JPS63153820A - 投影露光装置 - 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、投影露光装置にかかるものであり、特に該装
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］ 投影露光装置で行われるマスクないしレチクルとクエへ
とのアライメント方式のうち、露光波長と異った波長の
光を使用する方式では、レチクルとクエへとが露光光の
波長に対して共役の位置となっているため、アライメン
ト光の波長に対しては、レチクルとウェハとが必ずしも
共役の位置とはならない。

このため、補正レンズの挿入や光路の変更による対応が
行われている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、以上のような対応では、オフセットが乗
りやすく、アライメント位置が固定されてしまうという
不都合、がある。

また、アライメント光として露光波長の光を使用すると
、ウェハ上のレジストがアライメント時に感光し、アラ
イメントに使用したマークを再び使用できないという不
都合がある。

特に、レジストとして、露光光を吸収して反射しない色
素人レジストが使用されているような場合には、アライ
メントが困難になる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
イメントオフセットのない高精度の良好なアライメント
を行うことができる投影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、フレネルパターンを透過ないし反射した光も
しくは偏光特性を持ったレンズ（２重焦点素子）を透過
した光が二つの位置で結像することを利用し、該結像位
置の間隔を、投影光学系の色収差量に対応させるように
してレチクル上及びウェハ上に照明光を結像させるよう
にしたことを技術的要点としている。

［作用］ 本発明によれば、露光光と異る波長の照明光がアライメ
ント用の光として使用される。このため、レジストが露
光されることはない。フレネルパターンまたは偏光レン
ズ（２重焦点素子）が利用されて、照明光が２重焦点化
されるので、格別の補正用レンズをレチクルとクエへの
間のアライメント光路中に挿入する必要がない。

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

第１図には、本発明にかかる投影露光装置の第１の実施
例が示されている。この図において、投影レンズ１０は
、レンズ１２および１４から構成されている。

投影レンズ１０の上方には、レチクル１６がレチクルス
テージ１８に保持されて配置されている。そして、レチ
クル１６の上方には、コンデンサレンズ２０が配置され
ており、露光光が該コンデンサレンズ２０を介し−でレ
チクル１６に入射するようになっている。

上記投影レンズ１０の下方には、ステージ２２上に載置
されたウェハ２４が配置されており、該ステージ２２上
には、その端側の適宜位置に、基準マーク２６が設けら
れている。

次に、前記露光光と異る波長のアライメント光であるレ
ーザ光２８は、レーザ光源３０から出力されるようにな
っている。

レーザ光２８は、フレネルパターン板３２、ビームスプ
リッタ３４、対物レンズ３６、ミラー３８を各々介して
レチクル１６のアライメント用のマーク部分に入射する
ようになっている。

次に、レチクル１６を透過したレーザ光２８は、更に投
影レンズ１０を透過してウェハ２４に入射し、そこで反
射されて往路を戻り、再びレチクル１６を透過してミラ
ー３８、対物レンズ３６を介しビームスプリッタ３４に
入射するようになっている。

そして、ビームスプリッタ３４で反射されたレーザ光２
８の反射光は、ハーフミラ−４０に入射し、一方は、レ
ンズ４２、アパーチャ４４、レンズ４６、空間フィルタ
４８、レンズ５０を各々介して受光素子５２に入射する
ようになっている。

他方のレーザ光２８の反射光は、ミラー５４、レンズ５
６、アパーチャ５８、レンズ６０、空間フィルタ６２、
レンズ６４を各々介して受光素子６６に入射するように
なっている。

次に、受光素子５２、受光素子６６は、各々信号処理部
６８に接続されており、前述したフレネルパターン板３
２の駆動部７０も信号処理部６８に接続されている。こ
の信号処理部６８は、ステージ２２の駆動部７２、ステ
ージ２２の位早検出を行う干渉計７４とともに、主制御
装置７６に接続されている。

以上の各構成部分のうち、フレネルパターン板３２には
、例えば第８図に示すようなパターンが形成されており
、これを、透過したレーザ光２８は、二つの位置で合焦
する。この例では、第一焦点（１次回折光の集光点、）
がＰであり、第二焦点（２次回折光の集光点）がＱであ
る。

そして、第一焦点Ｐは、第１図の実線で示すように、レ
チクル１６上で結像するようになっており、第二焦点Ｑ
は、破線で示すように、ウェハ２４上で結像するように
なっている。

ずなわち、第一焦点Ｐは、レチクル１６と共役となって
おり、第二焦点Ｑは、ウェハ２４と共役となっている。

そして、駆動部７０によりフレネルパターン板３２が駆
動されると、各々結像したパターンがレチクル１６ある
いはウェハ２４上で振動するようになり、レチクル１６
あるいはウェハ２４上のパターン（マーク）からの光情
報が受光素子５２あるいは受光素子６６で読取られるよ
うになっている。

次に、フレネルパターン板３２のフレネルパターンの作
用によってレチクル１６およびウェハ２４上に投影され
た照明光の反射光は、各々ビームスプリッタ３４に反射
され、更には４０で分割されて受光素子５２および６６
に各々入射するようになっている。

以上のうち、受光素子５２に反射光を入射させるレンズ
４２、アパーチャ４４、レンズ４６、空間フィルタ４８
、レンズ５０は、全体としてレチクル１６からの反射光
による像（回折、散乱光による暗視野像）を受光素子５
２上で結像できるように、その光学的特性が設定されで
いる。また、受光素子６６に反射光を入射させるミラー
５４、レンズ５６、アパーチャ５８、レンズ６０、空間
フィルタ６２、レンズ６４は、全体としてウェハ２４か
らの反射光による像（回折、散乱光による暗視野像）を
受光素子６６上で結像できるように、その光学的特性が
設定されている。また、アパーチャ４４はレチクル１６
のパターン（又はマークＲＭ）、すなわち点Ｐと共役に
配置され、アパーチャ５８はウェハ２４のパターン（又
はマークＷＭ）、すなわち点Ｑと共役に配置される。

次に、信号処理部６８は受光素子５２、受光素子６６の
検出出力から１、アライメント用のマークの位置ずれを
検出してその結果を主制御装置７６に出力するものであ
る。

主制御装置７６は、駆動部７０の駆動制御を行うととも
に、干渉計７４の出力によりてステージ２２の位置を把
掴し、信号処理部６８の出力によってステージ２２の位
置を制御調整する機能を有する。

次に、上記実施例の全体的動作について、第２図乃至第
７図を参照しながら説明する。

なお、第２図には、レチクル１６上のアライメントマー
クの一例が示されており、ウィンドＲＷ内に、レチクル
マークＲＭ＋　、ＲＭ２を形成した構成となっている。

レチクルマークＲＭ　ｒ、ＲＭ２の照明光ＳＲは、合焦
した第一焦点の照明光５ＰＲ（実線参照）と、合焦して
いない第二焦点の照明光５ＱＲ（破線参照）とを含んで
いる。

第３図には、かかる照明光ＳＰＲ，ＳＱＲの第２図左右
方向の強度分布が示されている。同図中、（Ａ）は各々
の分布であり、（Ｂ）は全体の分布である。この図に示
すように、照明光ＳＰＲは、狭い部分を強く照明するの
に対し、照明光ＳＱＲは、広い分布となっている。

また、第４図には、ウェハ２４上のアライメントマーク
の一例が示されており、ウェハマークＷＭが該当する。

図には、レチクルマークＲＭＩ　、ＲＭ２の投影像も示
されている。ウェハマークＷＭの照明光ＳＷは、合焦し
ていない第一焦点の照明光ｓｐｗ（実線参照）と、合焦
した第二焦点の照明光５ＱＷ（破線参照）とを含んでい
る。これらの照明光の強度分布は、第２図の場合と反対
の関係になる。

まず、駆動部７０によるフレネルパターン板３２の駆動
操作により、照明光ＳＲがレチクルマークＲＭ、％　Ｒ
Ｍ２上を走査すると、該マークのエツジ部分から強く光
が反射（散乱）され、第５図に示すような波形の光電信
号ＩＲが受光素子５２によって得られる。レチクルマー
クＲＭＩ　、ＲＭ２の中心は、光電信号ＩＨのビークＸ
Ａ、ＸＢの中心と、ピークＸＣ，ＸＤの中心とを求め、
次に、該中心間、の更に中心を求めるようにすればよい
。尚、アパーチャ４４は、クエへ面とは共役でないので
、ウニへ面からの反射光はほとんど遮光される。

他方、上述したフレネルパターン板３２の駆動により、
照明光ＳＷがウェハマークＷＭ上を走査すると、該マー
クのエツジ部分から強く光が反射（散乱）され、第６図
に示すような波形の光電信号ＩＷが受光素子６６によっ
て得られる。ウェハマークＷＭの中心は、光電信号ＩＷ
のピークＸＥ、ＸＦの中心から求められる。尚、アパー
チャ５８は、レチクル面とは共役でないのでレチクル面
からの反射光はほとんど遮光される。

以上のようにして得られた光電信号ＩＲ。

ＩＷは、信号処理部６８に各々入力され、ここで互いに
加えられて第７図にしめず加算信号となり、主制御装置
７６に入力される。

そして、上述した方法でレチクル１６とウェハ２４の位
置ずれｄが求められる。例えば、レチクルマークＲＭ、
　、ＲＭ２のエツジで生じる光電信号ＩＲの各ピークの
位置をＡ％　Ｂ、Ｃ，Ｄとし、ウェハマークＷＭのエツ
ジで生じる光電信号ＩＷの各ピークの位置をε、Ｆとす
ると、ｄ＝　（２（Ｆ−Ｅ）　−（Ａ＋　Ｄ）　＋　（
Ｂ＋　Ｃ））／４となる。

以上のようにして求められたレチクル１６とウェハ２４
の位置ずれは、主制御装置７６によってフィードバック
され、７２によってステージ２２が！！！勅されてアラ
イメントが行われることとなる。

次に、第９図、′！ＪＪ１０図を参照しながら、フレネ
ルパターン板３２の他の例について説明する。

第９図に示すものは、透過型のもので、図の右方向から
入射した照明光ＬＢのうち、プラス次光ＬＢＩは一次焦
点Ｓ１で合焦し、マイナス次光ＬＢ２は二次焦点Ｓ２で
合焦するようになる。

従って、焦点Ｓ１、Ｓ２の間隔を、投影レンズ１０の色
収差量に対応させてやればよい。

次に、第１０図に示すものは、反射型のもので、図の上
方から入射した照明光ＬＢのうち、プラス次光のうち１
次光ＬＪ　１は一次焦点Ｓ４で合焦し、プラス次光のう
ち例えば２次光ＬＢ２は二次焦点Ｓ３で合焦する。従っ
て、同様に焦点Ｓ３、Ｓ４の間隔を、投影レンズ１０の
色収差量に対応させてやればよい。

以上説明したように、本実施例によれば、フレネルパタ
ーン板３２を利用して照明光を複数の位置で合焦ないし
結像させ、該位置の間隔を投影レンズ１０の色収差量に
対応させることとしたので、レーザのぶれや経時変化に
よるアライメントのオフセットを良好に除去することが
できるとともに、非露光波長の光を用いているのでマー
ク保護を行って同一のマークを何回でも使用することが
できるという効果がある。

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、例えば、ステージ２２上に固定して形成された基準
マーク２６を利用してアライメントを行うようにすると
、ベースライン（ウェハアライメント顕微鏡とＴＴＬ方
式の顕微鏡との間隔）計測、レチクルアライメントなど
を行うことが可能となる。またフレネル板以外にレンズ
系によるフレネル効果を用いてもよい。

次に、本発明の第２の実施例を、添付図面を参照しなが
ら詳細に説明する。

第１１図には、本発明にかかる投影露光装置の第２の実
施例が示されている。この図において、２重焦点Ｐ、Ｑ
を与えるための送光光学系とアライメントのための受光
光学系以外は、第１の実施例と同一の構成であるため、
それらの説明を省略する レーザ光源３０からのレーザ光は、ビームスプリッタ８
０で反射され、スキャナー８３．２重焦点レンズ８２．
対物レンズ（テレセントリックであることが望ましい）
８１．ミラー３８を各々介して、互いに異なる偏光成分
（Ｐ偏光とＳ偏光）となってレチクル１６のアライメン
ト用のマーク部分に入射するようになっている。

次に、レチクル１６を透過したレーザ光は、更に投影レ
ンズ１０を透過してウェハ２４に入射し、そこで反射さ
れて往路を戻り、再びレチクル１６を透過してミラー３
８．対物レンズ８１゜２重焦点レンズ８２．及び投影レ
ンズ１ｏの瞳゛位置をリレーした位置に設けられたスキ
ャナー８３を介しビームスプリッタ８０に入射する様に
なっている。（尚、スキャナー８３の存する瞳位置は上
記の構成によってＰ偏光、Ｓ偏光に共通している。） そしてビームスプリッタ８０で透過されたレーザ光の透
過光は、レンズ８４．８５及び瞳面と共役に配置された
空間フィルター（例えば正反射光のカット用）８６を各
々介して偏光板（偏光ビームスプリッタ）８７に入射す
る。そして一方の偏光は偏光板８７を透過し、レンズ６
４を介して受光素子６６に入射し、他方の偏光は偏光板
８７によって反射され、レンズ５０を介して受光素子５
２に入射するようになりている。

次に、受光素子５２、受光素子６６は、各々信号処理部
６８に接続されており、前述したスキャナー８３の駆動
部７０も信号処理部６８に接続されている。

以上の各構成部分のうち、２重焦点レンズ８２及び対物
レンズ８１の拡大図を第１２図に示す、２重焦点レンズ
８２の斜線部分は、異常光線（紙面に垂直な偏波面）で
ｎい常光線（紙面に平行な偏波面）でｎｏの屈折率をも
つ結晶である。斜線の描かれていない部分は、屈折率が
ｎｏの通常のガラスであり、異常光線は境界面でその曲
率に従って屈折するが、常光線は直進する。その結果、
対物レンズ８１によって一方の偏光は第１焦点Ｐに結像
し、他方の偏光は破線で示す様に第２焦点Ｑに結像する
。すなわち第１の実施例と同様に第１焦点Ｐはレチクル
１６と共役となっており、第２焦点Ｑはウェハ２４と共
役となっている。

そして駆動部７０によりスキャナー８３が振動すると、
２つの偏光成分の異なるレーザ光の夫々が、レチクル１
６とウェハ２４の各々に結像したスポット光となって振
動する。この際、第１の実施例と同様にスポット光をス
リット状にするためには、レーザ光源３０とビームスプ
リッタ８０の間の光路中にシリンドリカルレンズ等を設
ければよい。このスポット光がレチクル１６あるいはウ
ェハ２４上のパターン（マーク）を走査すると、受光素
子５２あるいは受光素子６６は、それらパターンからの
光情報（散乱光や回折光）を受光する。このとき２重焦
点レンズの特性によってレチクル１６及びウェハ２４に
照射された照明光の反射光の夫々は、ビームスプリッタ
８０を透過し、更に偏光板８７によって一方の偏光特性
をもつ光は透過して受光素子６６に入射し、他方の偏光
特性をもつ光は反射して受光素子５２に入射する。

また第１の実施例と同様にレンズ５０．６４等の光学系
は、レチクル、クエへからの反射光による像（暗視舒像
、又は瞳面でのフーリエ像）を受光素子５２．６６の夫
々の受光面に結像するように光学的特性が定められてい
る。検出部については第１の実施例とほぼ同様なので説
明は省略する。

以上第２の実施例では、２重焦点素子と対物レンズとで
本発明の送光光学系の一部分を構成するが、それらは同
時に受光系の一部分にもなっている。また、２重焦点素
子と対物レンズとの組み合わせとして、例えば特開昭５
９−４２５１７号公報に開示された方法を採用すること
もできる。

以上、本発明の各実施例を説明したが、アライメント用
の照明光は露光すべきレジストに対して感度が十分低け
ればよく、必ずしもレジストを感光させない光である必
要はない（長時間に渡っては感光する光であってもかま
わない）。

〔発明の効果コ 以上説明したように、本発明によれば、露光光と異る波
長の照明光を用いて、何ら補正用の光学系を使用するこ
となく良好にオフセットの発生を防止して高精度のアラ
イメントを行うことができるとともに、マーク保護も行
うことができ、更には、高スルーブツトを達成できると
いう効果がある。

さらに第２の実施例では、第１焦点と第２焦点の偏光特
性が異なる為、レチクルマークからの信号とクエへから
の信号を偏光板によって分離して受光することが可能と
なり信号のＳ／Ｎ比を向上させ、アライメント精度が良
くなるとともに、レーザ光（送光用）の損失が少ないと
いう効果もある。

【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、′！Ｊ２図は
レチクルマークの例を示す説明図、第３図は照明光の強
度分布の例を示す線図、第４図はウェハマークの例を示
す説明図、第５図はレチクルマークの反射光によって得
られる光電信号の例を示す線図、第６図はウェハマーク
の反射光によって得られる光電信号の例を示す線図、第
７図は光電信号の処理例を示す線図、第８図はリニアフ
レネルパターンの例を示す説明図、第９図および第１０
図はフレネルパターン板の他の例を示す説明図、第１１
図は本発明の第２の実施例を示す構成図、第１２図は偏
光特性をもったレンズの例を示す説明図である。 １０・・・投影レンズ、１６・・・レチクル、２２・・
・ステージ、２４・・・ウェハ、２８・・・レーザ光、
３２・・・フレネルパターン板、５２□、６６・・・受
光素子、６８・・・信号処理部、８１・・・対物シン４
ズ、８２・・・２１焦点レンズ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 基板上の感光体を感光させ得る波長を有する露光光をマ
   スクに照射し、該露光光のもとで投影光学系を介して前
   記マスクとほぼ共役になるように配置された基板に前記
   マスクのパターンを投影する投影露光装置において、 前記露光光と異なる波長を有するとともに、前記マスク
   と基板に各々形成されたアライメント用のマークを照明
   するための照明光を出力する照明系と、 該照明系とマスクの間の照明光光路中に配置され、この
   照明光に対する前記投影光学系の色収差量に相当する間
   隔だけ離れた二ケ所に該照明光を結像させる送光光学系
   とを具備し、 該照明光の一方の結像面を前記マスクと略一致もしくは
   ほぼ共役の位置とし、該照明光の他方の結像面を前記基
   板とほぼ共役の位置としたことを特徴とする投影露光装
   置。