JPS6352768B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、投影型の露光装置、特に、LSIや
VLSI等の製造に用いられる縮小投影型露光装置
におけるアライメント光学系に関する。

縮小投影型の露光装置では、１回の露光面積が
小さいため、ウエハーを露光ごとに移動させて同
一の露光を繰り返すいわゆるステツプ露光が行わ
れている。

ステツプ露光を行う方式には大きく分けて次の
２方式がある。

(イ) レテイクルとウエハーを全く別個に位置決め
し、あとは所定のステツプ量ずつウエハーを送
つて露光を行う方式（オフアクシス方式） (ロ) レテイクル上のパターンとウエハー上のパタ
ーンの相対位置関係を、投影レンズを通してそ
の対応をとりながらステツプ露光を行う方式
（スルーザレンズ方式） これら２つの方式には、それぞれ種々の長所と
短所があるが、スループツトを主として考えれば
(イ)の方式精度のことを主として考えれば一般に(ロ)
の方式、が有利となる。

位置合せの精度を高めるためには、アライメン
ト用の光は露光光と同一波長であることが必要で
ある。また１回の露光でウエハー上に焼付けられ
るパターンの領域の大きさ（一般にチツプサイズ
と呼ばれる）は、一定ではない。そして一回の露
光毎に、レテイクル上のパターンとウエハー上の
パターンの相対位置関係をとり直すことが必要で
ある。これをステツプアライメントと呼ぶ。ステ
ツプアライメントに使われるウエハー上のアライ
メントマークは、一般に有効領域のすぐ外側にあ
るスクライブライン上に置かれる。ステツプアラ
イメントの際に、このスクライブライン以外の有
効領域をも照明すると、それは正規の露光以外の
露光を有効領域に与えることになり、露光ムラ及
びフレアーやゴーストの原因になる。しかもこの
ようなステツプアライメント用の光学系は、レテ
イクルと露光照明用のコンデンサーレンズとの間
に挿入されるため、露光にケラレを生ずることの
ないように配置しなければならず制約の大きいも
のであつた。

本発明の目的は、上述のごときステツプアライ
メント光学系の制約や問題点にもかかわらず、ウ
エハーの露光領域に悪影響を及ぼすことなくウエ
ハーのアライメントマークと投影原版の基準マー
クとを正確に観察することのできるアライメント
光学系を提供することにある。

本発明の構成は、投影型露光装置における投影
原版とウエハーとの位置合せのために、該投影原
版上の基準マークと、主投影対物レンズによつて
該投影原版上に形成されるウエハー上のアライメ
ントマークの像とを観察するアライメント光学系
において、 投影原版上の基準マークと投影原版上に形成さ
れるウエハー上のアライメントマークの像とを観
察手段へ投影するために投影原版上で投影原版に
平行な光軸を有する如く配置された第１対物レン
ズと、第１対物レンズの光軸を投影原版に対して
垂直にして第１対物レンズの焦点面を投影原版上
に合致させるために対物レンズと投影原版との間
の光路中に第１対物レンズの光軸に対して斜設さ
れる反射部材と、第１対物レンズを射出する投影
原版及びウエハーからの概略平行光束を集光する
ための第２対物レンズと、第２対物レンズの焦点
位置に配置された絞り部材と、光源からの光束を
絞り部材、第１及び第２対物レンズを通して投影
原版へ供給すると共に、さらに主投影対物レンズ
を通してウエハー面へ供給するためのコンデンサ
ーレンズと、第１対物レンズを通過してくる投影
原版及びウエハーからの反射光を観察手段に導く
ためにコンデンサーレンズと第１対物レンズとの
間に配置された光路分岐部材とを有し、第１、第
２対物レンズ及びコンデンサーレンズは同一光軸
上に配置され、さらに、第１対物レンズの焦点が
投影原版上を移動するように、第１対物レンズと
反射部材とが、対物レンズの光軸を含む面内で投
影原版にそつて一体的に移動可能に設けられてい
る。

以下、本発明による実施例の構成を図面を用い
て説明する。

第１図は、縮小投影型露光装置の露光光学系と
アライメント光学系との概略を示す光学配置図で
ある。露光光束１は図示なき光源部より供給さ
れ、メインコンデンサー２によつて投影原版とし
てのレテイクル３を照明する。そしてメインコン
デンサー２により主投影レンズ５の入射瞳面６内
に光源の像が形成される。レテイクル３のパター
ン面３ａ上には、所定のパターンが形成されてお
り、このパターンが主投影レンズ５によりウエハ
ー７のパターン面７ａ上に所定の倍率で縮小投影
される。露光光束１はウエハー７のパターン面７
ａ上に塗られたフオトレジストを感光させるのに
有効な光で、例えば超高圧水銀灯より発生する波
長435.8nｍ（ｇ線）や404.7nｍ（ｈ線）が用いら
れる。

このような露光光学系に対して、ウエハー７上
のスクライブラインに設けられたアライメントマ
ークＡと、レテイクル３のパターン面３ａの周辺
部に設けられた基準マークＢとの位置関係を観察
するためのアライメント光学系は次のようであ
り、露光光と同一の光が用いられる。レテイクル
３の周縁の上部に反射鏡１４、第１対物レンズ１
５、第２対物レンズ１６が設けられている。第１
対物レンズ１５の光軸１３は反射鏡１４によりレ
テイクル３のパターン面３ａと直交し、従つて、
主投影レンズ５の光軸９と実質的に平行であり、
また第１対物レンズ１５の前側焦点面はレテイク
ル３のパターン面３ａ上に位置している。そし
て、この位置関係を維持しつつ、第１対物レンズ
１５と反射鏡１４とが光軸１３にそつて一体的に
移動可能である。従つて第１対物レンズ１５と第
２対物レンズ１６との間は常に平行系となつてお
り、第２対物レンズ１６の後側焦点位置に設けら
れた絞り１８とレテイクル３のパターン面３ａと
は第１、第２対物レンズに関して共役であり、さ
らに主投影対物レンズ５に関してウエハー７のパ
ターン面７ａとも共役である。絞り１８の後方に
はコンデンサーレンズ１９が設けられ、その焦点
は絞り１８の位置に合致している。コンデンサー
レンズ１９は第１、第２対物レンズの光軸１３と
同軸上に配置されている。そして、照明光を供給
するためのライトガイド２０の射出面２０ａはそ
の中心が光軸１３から外れて設けられている。一
方、絞り１８の近傍に設けられたビームスプリツ
ター１７を介してITV撮像管２１が設けられ、
撮像管２１の撮像面２１ａは、絞り１８と同じく
第１、第２対物レンズ１５，１６に関してパター
ン面３ａと共役であり、またウエハー７のパター
ン面７ａとも共役である。

このような構成によつてウエハー７のパターン
面７ａ上に設けられたアライメントマークＡとレ
テイクル３のパターン面３ａ上に設けられた基準
マークＢとにライトガイド２０からの光束が供給
され、両者の像がITV撮像管２１を通して観察
される。第１図中にはアライメントマークＡと基
準マークＢとを通る主光線１１の様子を実線で記
入した。第１図に示されるとおり、投影レンズ５
を射出する主光線１１は、主投影レンズ５の光軸
９に平行となり、ウエハー面７ａをほぼ垂直に照
明し、ウエハー面７ａで反射されて同一経路を戻
る主光線１１は第１対物レンズ１５を射出した後
第１対物レンズ１５の光軸１３に平行となり、ビ
ームスプリツター１７で反射された後、撮像管２
１の撮像面２１ａの中心に達する。一方、ビーム
スプリツター１７を通過する主光線１１は絞り１
８の中心を通り、コンデンサーレンズ１９で屈折
されて光軸１３に平行になりライトガイド２０の
ほぼ中心に達する。すなわちこの主光線１１がラ
イトガイド２０から供給される照明光の主光線に
相当する。

第１対物レンズ１５と第２対物レンズ１６との
間は平行系に構成されているから、この間の間隔
が変化してもレテイクルパターン面３ａと絞り１
８及びITV撮影面２１ａとの共役関係は変らな
い。従つて、チツプサイズの変更に伴い、アライ
メント用マークの位置が変つても、第１対物レン
ズ１５及び反射鏡１４を一体にして、その新しい
アライメントマーク位置に移動することにより、
絶えずモニターTV上で焦点の合つた像を見るこ
とが出来、しかも絞り１８が視野絞りとして機能
することにより照明領域が限定されているため、
スクライブライン以外の領域を照明する恐れは全
くない。

今、アライメントマークの位置が一定の所にあ
る場合を考えると、ライトガイド２０の端面２０
ａの大きさと位置は、第１と第２の対物レンズ１
５，１６及びコンデンサーレンズ１９による主投
影対物レンズの瞳６の像の大きさと位置に合わせ
ればよい。

本実施例においては、主投影対物レンズの瞳６
は明らかに第１及び第２対物レンズの光軸１３か
ら外れた位置にあるため、この瞳との共役点も光
軸外にあるため、光源としてのライトガイドの端
面２０ａを光軸外に位置させることが望ましい。
このようにして、第１対物レンズ１５は、第２対
物レンズ１６及びコンデンサーレンズ１９と協働
して、光源としてのライトガイドの端面２０ａと
主投影対物レンズの瞳６とをほぼ共役に形成し、
主投影対物レンズ５を射出するアライメント光学
系の主光線が、図示の如くウエハー面７ａ上で主
投影対物レンズの光軸にほぼ平行になり、ウエハ
ー面をほぼ垂直に照明することができる。そし
て、主投影対物レンズの瞳６を開口絞りとするケ
ーラー照明が形成され、しかもインコヒーレント
な照明となるので、均一な明るさの、高い解像を
示す像が、モニターTV上で観察される。

ところが、実際にはチツプサイズの変化に応じ
てアライメントマークの位置も変わる。レテイク
ル上に設けられるアライメント基準マークは、そ
の像がウエハーのスクライプライン上に形成され
なければならないため、レテイクルのパターンの
周囲にごく接近して設けられる。このため第２図
のレテイクル平面図に示すごとく、パターン部４
が小さい場合にはこのパターン用の基準マーク
B′はパターン部が大きな場合の基準マークＢよ
り内側に位置することとなる。この場合、第１対
物レンズ１５と反射鏡１４とが一体的に、第１図
中点線で示した位置まで移動することにより、基
準マークB′が観察可能となる。この状態におけ
る主光線の様子も第１図中に点線で記されてい
る。図示のように、第１、第２対物レンズ１５，
１６での主光線の高さは変化するが、撮像管２１
の撮像面２１ａがレテイクル３のパターン面３ａ
と共役であることに変わりはない。

しかしながら、ライトガイド２０における主光
線の高さＨはいくらか変化する。さらに、第１対
物レンズ１５と第２対物レンズ１６の間の空気間
隔が変化する為に、主投影対物レンズ５の入射瞳
６の第１、第２対物レンズ及びコンデンサーレン
ズによる像の位置は、光軸１３方向にも若干変化
する。従つて厳密なケーラー照明系を形成する為
には、アライメントマークの位置に応じて、ライ
トガイド２０の端面２０ａの位置を、光軸１３方
向にもそれと直角方向にも移動させることが望ま
しい。位置の移動と同時にライトガイドの太さも
変更することが望ましいが、こちらの方は別に開
口絞りが設けられているので、少し太めのライト
ガイドを用いることとすれば、太さを可変にする
必要はない。

図示した実施例では、反射鏡１４がレテイクル
３のパターン面３ａに対して45°に斜設されてい
るため、第１対物レンズ１５の光軸は、レテイク
ルのパターン面３ａに直交しつつ反射によつて、
レテイクル３と平行に配置されており、この構成
が最も簡単である。しかしながらこれに限らず、
レテイクル３のパターン面３ａで第１対物レンズ
１５の光軸が直交しさえすれば、反射鏡１４を
45°以外の傾きとし、反射後の第１対物レンズの
光軸１３がレテイクル３と非平行になつてもよ
い。この場合には、第１対物レンズ１５と反射鏡
１４とが光軸を含む面内でレテイクル３に沿つて
一体的に移動することが必要である。

このように、チツプサイズが変わつた場合にも
第１対物レンズ１５と反射鏡１４とを一体的に移
動することによつて、ステツプアライメントをほ
ぼ同様の精度で行なうことができる。しかもアラ
イメントを行なう必要のない時には、第１対物レ
ンズ１５と反射鏡１４とを一体に第２対物レンズ
１６側へ移動すれば、露光光束１の光路から完全
に退避させることができるため、露光時に何ら悪
影響を及ぼすことがない。

尚、第１図では省略したが、本装置には上述し
たアライメント光学系と同一のもう１つのアライ
メント光学系が図の紙面に垂直な方向に設けら
れ、２つのアライメント光学系によつて、第２図
に示したごとき直交する２方向のアライメントマ
ークをそれぞれ観察し、レテイクルのパターンと
ウエハーのパターンとの正確な位置決めがなされ
る。また、アライメントマークと基準マークとの
観察はITV撮像管によつて行なうものに限られ
るものではない。

以上のように本発明のアライメント光学系によ
れば、ウエハーの有効領域には何ら悪影響を及ぼ
すことなく、ステツプアライメントを行なうこと
ができ、チツプサイズが変わつても光学系の一部
を移動するだけの簡単な構成で対応できるのみな
らず、露光光路から退避することによつてウエハ
ーの露光には何ら支障を与えることがない。しか
も、レテイクルのパターン面と第１対物レンズの
前側焦点面が実質的に常に合致しているため、パ
ターン面の広範囲を鮮明に観察することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は縮小投影型露光装置の露光光学系とア
ライメント光学系との概略を示す光学配置図、第
２図はレテイクルの平面図である。 〔主要部分の符号の説明〕、３……レテイクル、
７……ウエハー、１５……第１対物レンズ、１４
……反射鏡、１６……第２対物レンズ、１８……
絞り、１９……コンデンサーレンズ、２０……ラ
イトガイド、１７……ビームスプリツター。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 投影型露光装置における投影原版とウエハー
   との位置合せのために、該投影原版上の基準マー
   クと、主投影対物レンズによつて該投影原版上に
   形成されるウエハー上のアライメントマークの像
   とを観察するアライメント光学系において、 前記投影原版上の基準マークと該投影原版上に
   形成される前記ウエハー上のアライメントマーク
   の像とを観察手段へ投影するために前記投影原版
   上で該投影原版に平行な光軸を有する如く配置さ
   れた第１対物レンズと、 該第１対物レンズの光軸を前記投影原版に対し
   て垂直にして該第１対物レンズの焦点面を前記投
   影原版上に合致させるために該対物レンズと前記
   投影原版との間の光路中に該第１対物レンズの光
   軸に対して斜設される反射部材と、 該第１対物レンズを射出する前記投影原版及び
   前記ウエハーからの概略平行光束を集光するため
   の第２対物レンズと、 該第２対物レンズの焦点位置に配置された絞り
   部材と、 光源からの光束を前記絞り部材、前記第１及び
   第２対物レンズを通して前記投影原版へ供給する
   と共に、さらに前記主投影対物レンズを通して前
   記ウエハー面へ供給するためのコンデンサーレン
   ズと、 前記第１対物レンズを通過してくる前記投影原
   版及びウエハーからの反射光を前記観察手段に導
   くために前記コンデンサーレンズと前記第１対物
   レンズとの間に配置された光路分岐部材とを有
   し、 前記第１、第２対物レンズ及び前記コンデンサ
   ーレンズは同一光軸上に配置され、さらに、該第
   １対物レンズの焦点が前記投影原版上を移動する
   ように、前記第１対物レンズと前記反射部材と
   が、前記光軸を含む面内で前記投影原版にそつて
   一体的に移動可能であることを特徴とするアライ
   メント光学系。 ２ 第１対物レンズは、第２対物レンズ及びコン
   デンサーレンズと協働して、光源と主投影対物レ
   ンズの入射瞳とをほぼ共役に形成し、前記主投影
   対物レンズを射出するアライメント光学系の主光
   線がウエハー面上で前記主投影対物レンズの光軸
   にほぼ平行になることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載のアライメント光学系。 ３ 光路分岐部材はコンデンサーレンズと第２対
   物レンズとの間に配置されたビームスプリツター
   であることを特徴とする特許請求の範囲第２項記
   載のアライメント光学系。 ４ 光源は、第１及び第２対物レンズの光軸に対
   して偏芯した位置に配置されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第２項記載のアライメント光
   学系。