JP4258035B2 - Exposure apparatus and device manufacturing method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、または薄膜磁気ヘッド等のデバイスを製造するためのリソグラフィ工程において投影原版(マスク、レチクル等)を基板上に転写する際に用いられる露光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体素子等のデバイスは、一般に感光材料が塗布されたウエハ(又はガラスプレート等の基板)上に複数層の回路パターンを積み重ねて形成されるため、回路パターンをウエハ上に露光するための露光装置には、これから露光するレチクルのパターンと、既に回路パターンが形成されているウエハの各ショット領域との位置合わせを行うためのアライメント装置が備えられている。
従来、この種のアライメント装置としては、特開平4−65603号公報、特開平4ー273246号公報等で提示されているように、ハロゲンランプ等の光源から射出される波長帯域幅の広い光で、ウエハ上のアライメントマーク(ウエハマーク)を照明し、その拡大像を撮像素子上に形成し、得られた撮像信号を画像処理してそのアライメントマークの位置検出を行うオフアクシス方式で、且つ撮像方式のアライメント装置が知られている。撮像方式のアライメント装置の検出系はFIA(Field Image Alignment)系とも呼ばれている。
【0003】
図9にてFIA系のアライメント装置を設置した露光装置の従来例を説明する。光ファイバー8より発した広帯域波長の光束Tは、開口絞り7によって適当な照明光束Tとなって、コンデンサーレンズ6、視野絞り5、照明リレーレンズ4の順に透過した後、ハーフプリズム3に入射される。ハーフプリズム3を透過した光束Tは、第1対物レンズ2を透過して、落射プリズム1に入射する。落射プリズム1の光束反射面で反射した光束Tは、ウエハW上のアライメントマークを照明する。
ここでウエハWは、ウエハステージ50上に設置されている。ウエハステージ50は、露光装置の投影光学系30の投影中心軸Z1、及びアライメントマークに入射される光束Tの計測中心軸Z2に垂直なxy平面に設置されており、ウエハステージ駆動部(不図示)によりxyz方向に移動可能となっている。
また、投影光学系30の投影中心軸Z1と、アライメントマークに入射する光束Tの計測中心軸Z2との距離BL1(ベースライン長)を小さくするため、第1対物レンズ2は、その光軸がxy平面と平行になるように設置され、第1対物レンズ2とウエハWとの間の光路には、落射プリズム1が設置されている。
【0004】
ウエハW上のアライメントマークで反射した光束Tは、落射プリズム1の光束反射面で反射して、第1対物レンズ2を透過してハーフプリズム3に入射する。ハーフプリズム3で反射した光束Tは、第2対物レンズ9を透過して、指標板10上にアライメントマーク像を形成する。このアライメントマーク像を形成した光束Tは、リレーレンズ11、12を透過して、xy分岐ハーフプリズム13に入射する。xy分岐ハーフプリズム13に入射した光束Tのうち、xy分岐ハーフプリズム13の光束分割面を透過した光束は、X座標用CCD14の撮像面に再結像される。
【0005】
一方、xy分岐ハーフプリズム13の光束分割面で反射した光束は、Y座標用CCD15の撮像面に再結像される。これらX座標用CCD14及びY座標用CCD15から出力される撮像信号は、信号処理部40で処理された後、アライメントマークの位置情報として主制御系(不図示)に転送される。この位置情報を基に、露光装置に設置されたマスク(不図示)とウエハWの位置合わせを行った後に、マスクパターンをウエハW上の狙いの位置に投影光学系30を介して転写露光する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のアライメント装置では、広帯域照明であるため、ウエハ上のフォトレジスト層での薄膜干渉の影響が低減される利点がある。
しかしながら、従来の撮像方式のアライメント装置の結像光学系では、加工、組立、調整等の製造工程において、僅かながら収差が残存していた。このように収差が残存していると、撮像面上でのウエハマーク像のコントラストが低下したり、ウエハマーク像に歪が生じるなどして、マーク位置の検出誤差が発生する。近年、回路パターンの線幅の微細化に伴い、益々高精度のアライメントが必要とされるようになり、上記の如き僅少な収差による、アライメント精度の低下も問題となってきている。
【0007】
そのように残存する収差の内で、特にコマ収差のウエハマーク像の検出に及ぼす影響は大きく、光軸に軸対称なコマ収差や視野全面に均一な偏心コマ収差等の、瞳において光軸に非対称な横収差が光学系内に発生していると、撮像面上に投影されるアライメントマーク像は、理想結像の場合と比べて、位置ずれして計測される。また、ピッチ、デューティ比、段差等のアライメントマークの形状が変わった場合や、アライメントマークがデフォーカスした場合に、そのアライメントマーク像にコマ収差が存在すると、その像の非対称性の度合いが様々に変化し、且つその計測位置のずれ量も様々に変わることになる。
半導体製造工程毎にアライメントマークの形状は異なるため、コマ収差が残留した光学系でウエハのアライメントを行うと、プロセスオフセットが発生したり、重ね合わせ精度の再現性が悪化する等により、アライメント精度が低下する。
したがって本発明は、被検物であるアライメントマークの位置を高精度に検出して、微細な線幅に対応できる露光装置を提供することを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、すなわち、本発明にかかる露光装置は、投影原版上に設けられたパターンを感光性基板上に投影する投影光学系を備えた露光装置であって、前記感光性基板上に設けられた位置検出用パターンに対して所定波長のアライメント光を供給するための照明光学系と、前記アライメント光により照明された位置検出用パターンからのアライメント光を受光可能な位置に設けられた対物レンズ系と、少なくとも1つの光束偏向手段とを有する集光光学系と、該集光光学系を介したアライメント光を光電変換するための光電変換手段とを備え、前記対物レンズ系の前記感光性基板側の開口数をNAW とするとき、
0.35≦NAW ≦0.85
を満足するものである。その際、前記集光光学系中の前記対物レンズ系は、各面の研磨面精度のRMSの平均値が0.01λ以下の光学素子から構成される。但し、λは使用中心波長である。
【0009】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記少なくとも1つの光束偏向手段のうち最も前記感光性基板側に配置される光束偏向手段と前記感光性基板との間の光路中には、少なくとも1つの正屈折力を有する光学部材が配置されるものである。
また、本発明の好ましい態様によれば、前記対物レンズ系は、最も感光性基板側に位置する前群と後群とを有し、前記前群と前記後群との間には、前記光束偏向手段が位置するものである。
【0010】
また、本発明の好ましい態様によれば、前記最も感光性基板側に配置される光束偏向手段と、前記対物レンズ系の前記感光性基板から最も遠い面との距離Dが、
D≦30mm
となるように配置されるものである。
また、本発明の好ましい態様によれば、前記集光光学系の前記対物レンズ系は、前記対物レンズ系の計測中心位置と前記投影光学系の投影中心位置との距離BLが、
50mm≦BL≦200mm
を満足するように配置されるものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面によって説明する。本発明では、アライメント系中の対物レンズ系が、
0.35≦NAW≦0.85 (1)
但し、NAW:対物レンズ系の感光性基板(ウエハ)側の開口数
を満足するように構成した。上記条件式(1)の説明をする前に、まず図1にて、光学系のコマ収差が結像に与える影響を説明する。ここで、図1(A)は光学系にコマ収差が残存していないときの結像状態を示し、同図(B)は光学系にコマ収差が残存しているときの結像状態を示す。物体面Oには、ピッチがpのライン・アンド・スペース・パターン(以下、ピッチpのパターンと称する。)と、ピッチが2pのライン・アンド・スペース・パターン(以下、ピッチ2pのパターンと称する。)とが設けられている。
【0012】
図示なき照明光によりこれらのパターンが照明されると、ピッチpのパターンからは0次光及び±1次光P(+1)、P(−1)が生じ、ピッチ2pのパターンからは0次光及び±1次光2P(+1)、2P(−1)が生じる。なお、ピッチp及び2pのパターンからは、±2次以上の高次回折光も生じるが、ここでは高次回折光を無視する。
図1(A)において、ピッチpのパターンからの±1次回折光P(+1)、P(−1)、並びにピッチ2pのパターンからの±1次回折光2P(+1)、2P(−1)は、それぞれ、レンズ群L1、L2及び開口絞りASからなる光学系を通過して、該光学系の像面I上の所定の点に到達する。ここで、同図(B)の光学系との比較のために、同図(A)の光学系における瞳面(開口絞りASの位置)での波面Wiを理想波面とする。
【0013】
また、図1(B)に示すように、レンズ群L1、L2及び開口絞りASからなる光学系にコマ収差が残存している場合には、ピッチp及び2pのパターンからの±1次回折光P(+1)、P(−1)及び2P(+1)、2P(−1)には、当該コマ収差に対応する波面収差Wcが付与される。このとき、ピッチpのパターンからの−1次回折光P(−1)には、波面収差量ΔWc(p(−1))が付与され、+1次回折光P(+1)には、波面収差量ΔWc(p(+1))が付与される。また、ピッチ2pのパターンからの−1次回折光2P(−1)には、波面収差量ΔWc(2p(−1))が付与され、+1次回折光2P(+1)には、波面収差量ΔWc(2p(+1))が付与される。このように、光学系のコマ収差に応じた波面収差を有するときには、波面収差量ΔWc(p(−1))、ΔWc(p(+1))と、波面収差量ΔWc(2p(−1))、ΔWc(2p(+1))とは異なる。したがって、±1次回折光P(−1)、P(+1)が像面Iに到達する位置と、±1次回折光2P(−1)、2P(+1)が像面Iに到達する位置とが異なる。すなわち、光学系にコマ収差が存在しているときには、パターンのピッチの大きさにより、そのパターンの結像位置が異なってしまう問題がある。
【0014】
また、上述のようなパターンのピッチの差のみならず、そのデューティ比や段差等が変わった場合においても、結像位置が変化してしまう。
半導体製造工程におけるアライメントに際して、コマ収差が残存した光学系を用いてウエハのアライメントを行うと、半導体製造工程毎にアライメントマークの形状(ピッチ、デューティ比、段差等)が異なるため、ウエハマークの形状により検出位置がばらつく、いわゆるプロセスオフセットが生じる。
【0015】
次に図2にて、条件式(1)の説明を行う。図2は、アライメント系に残存しているコマ収差と、プロセスオフセットとの関係のシミュレーション結果を示すグラフであり、縦軸にプロセスオフセットをとり、横軸にコマ収差をとっている。このシミュレーションは、所定のコマ収差残存量が発生していたときのプロセスオフセット(理想位置からの像のずれ量)を、物体側開口数(NA)毎に計算したものである。これより、開口数が同じ条件であれば、残存するコマ収差を少なくすればするほど、プロセスオフセットを小さくすることができ、同じコマ収差であれば、光学系の開口数を大きくすればするほどプロセスオフセットを小さくすることができることが分かる。
さて、残存するコマ収差を少なくするためには、光学設計上の収差補正のみならず、製造工程における誤差を最小限にする必要があるが、製造誤差により生じるコマ収差の量を小さくすることには限界がある。図2に示すように、光学系の開口数が0.35以下である場合には、製造誤差を限界まで追い込んでも、回路の微細化に伴って要求される厳しいアライメント精度を満足するほどプロセスオフセットを小さくすることは難しい。
【0016】
一方、光学系の開口数を大きくすればするほどプロセスオフセットを小さくすることができるが、開口数が0.85を超える場合には、開口数を大きくすることによるプロセスオフセットの減少への効果が少なくなる。すなわち、開口数を大きくすることによるグラフの傾きの変化が小さくなる。
またこの場合、光学設計上の負担も大きくなり、対物レンズ系に後続する光学系において補正不可能な高次の光学設計上のコマ収差の発生が大きくなる。すなわち、却ってコマ収差の発生を招き、結果としてプロセスオフセットの増大を招くことになる。
またこの場合、ウエハと、対物レンズ系の最もウエハ側のレンズ面との間隔、いわゆる作動距離を確保することも非常に困難になる。
したがって、上記条件式(1)で規定した範囲が、プロセスオフセットの低減に効果がある範囲である。
【0017】
また、例えば本願出願人が特願平9−33283号で提案しているように、アライメント系の対物レンズを介したTTL方式のオートフォーカスを実施しようとする場合、オートフォーカスの分解能を向上させるためには、対物レンズ系の開口数は小さくしたまま被検物とオートフォーカス用検出器との間の倍率を上げるか、対物レンズ系の開口数を大きくして上記倍率をあまり上げないかの2通りが考えられる。ここで、前者の場合、すなわち上記条件式(1)の下限を下回る場合においては、オートフォーカス用検出器に達する光量が減少し、オートフォーカスの測定精度や再現性が悪化し、その結果、アライメント精度の悪化を招く恐れがある。後者の場合には、オートフォーカス用検出器に達する光量は十分に維持されるので、オートフォーカスの測定精度や再現性は良好に保たれる。
【0018】
また本発明では、条件式(1)に基づいて、上記対物レンズ系を構成する光学素子の各面の研磨精度のRMSの平均値が0.01λ以下であることが好ましい。但し、λは使用中心波長である。
上述したように、プロセスオフセットの大きさは、コマ収差に比例し、且つ開口数の大きさに反比例するため、コマ収差が一定である場合において開口数が大きいとプロセスオフセットは小さくなる。
ここで、本願発明者らは、対物レンズ系を構成する光学素子の各面の研磨精度のRMSの平均値を0.01λ以下とすると、対物レンズ系に残存している収差のうち、低次の収差が十分に小さく高次の収差が支配的になることを見出した。
【0019】
このとき、対物レンズ系の瞳面においては、瞳面内において収差がランダムに分布することになり、開口数を小さくしてもコマ収差はあまり減少せず、開口数を大きくすることによるプロセスオフセットの減少が大となる。これに反して、低次の収差が支配的となる場合には、開口数を小さくすることによりコマ収差が減少することになるが、上記の光学素子の各面の研磨精度のRMSの平均値が0.01λ以下である場合に開口数を大きくしたときと比べて、コマ収差の値自体は大きくなり、結果としてプロセスオフセットの向上を図ることはできない。
本発明では、研磨精度をRMSで表現しているが、研磨精度を最大値と最小値の差(いわゆる、ピーク・ツー・バレー、又はピーク・ツー・ピーク)や、収差係数で言い換えることもできる。
【0020】
また本発明では、図3に示すように、最もウエハW側に配置されるミラー18(光束偏向部材)と、ウエハWとの間の光路中に、第1対物レンズ2(対物レンズ系)を配置することが好ましい。
マスク(投影原版)の像をウエハW(感光性基板)上に投影するための投影光学系30においては、近年そのウエハW側の開口数が益々大きくなり、それに伴って投影光学系30のウエハW側の作動距離を大きくすることが非常に困難となっている。また、条件式(1)で規定される開口数を有する第1対物レンズ2では、必然的にその外径は大きくなる。したがって、第1対物レンズ2を、図9に示す従来の配置とする場合、ウエハWと投影光学系30との間隔が非常に狭くなり、第1対物レンズ2を配置することが困難となる。更に、条件式(1)で規定される開口数の第1対物レンズ2では、長い作動距離(焦点距離)を確保することが困難であるため、図9のように落射プリズム1を第1対物レンズ2の物体側に介在させるための空間を確保できない。
【0021】
このとき、図8に示すように、第1対物レンズ2の物体側に落射プリズム1を介在させない構成が考えられる。この場合には、第1対物レンズ2からの光束TをX座標用CCD14及びY座標用CCD15ヘ導く光路を確保するため、投影光学系30の鏡筒をxy平面へ投影した領域の外側に、第1対物レンズ2を設ける必要がある。前述のように、投影光学系30自体も開口数の増大が図られているため、その鏡筒の径も大きい。したがって、このときには、ベースライン長BL1が非常に長くなることになる。
そこで、図3に示すような構成とすることで、ベースライン長BLを従来並みの長さに、且つプロセスオフセットの低減を図るために第1対物レンズ2の開口数を大きくすることができる。
【0022】
その際、図3に示す第1対物レンズ2を分割して第1対物レンズ前群と第1対物レンズ後群とで構成して、これら第1対物レンズ前群と第1対物レンズ後群との間の光路中に、第1対物レンズ前群からの光束を偏向させるためのミラー18を配置することもできる。このとき、ミラー18の位置では、大きな開口数の光束が第1対物レンズ前群の収斂作用により小さな開口数の光束に変換されるため、このミラー18の大きさはそれ程大きなものである必要はない。更に、第1対物レンズ前群の全長(最も物体側のレンズ面から最も像側のレンズ面までの距離)は、第1対物レンズ2の全長よりも短いため、投影光学系30の作動距離が短い場合であっても、その設置スペースに、第1対物レンズ前群と第1対物レンズ後群とミラー18を設置して、光束を検出器へ導く光路を確保することができる。
【0023】
また本発明では、最も感光性基板側に配置される光束偏向部材と、対物レンズ系の感光性基板から最も遠い面との距離Dが、
D≦30mm (2)
となるように配置することが好ましい。図3において、ミラー18(光束偏向部材)とウエハW(感光性基板)との距離の最大値h0は、
但し、A:投影光学系30の露光領域の直径
NAUL:投影光学系30のウエハW側の開口数
BL:ベースライン長
で求められる。上記最大値h0は、投影光学系30を構成する光学素子の厚みや、該光学素子を保持する保持部材の厚みを考慮していない値であり、ミラー18とウエハWとの距離hは、
h≦h0 (B)
である。
【0024】
ここで、ベースライン長BLは、短ければ短いほど良いが(理由は後述)、このベースライン長BLが短すぎると、上記(A)、(B)式より距離hが短くなりすぎ、第1対物レンズ2を配置することが困難となる。本発明では、第1対物レンズ2の物体側開口数が条件式(1)を満足する構成であるため、ミラー18とウエハWとの距離hは、
35mm≦h≦70mm
となる。ここで、ミラー18とウエハWとの間には、第1対物レンズ2を配置する必要があるため、この第1対物レンズ2の全長を考慮し、上記条件式(2)を得る。
条件式(2)を満足しない場合には、第1対物レンズ2及びミラー18を、投影光学系30とウエハWとの間のスペースに配置することができなくなり、ベースライン長BLを短く維持することが難しくなる。
【0025】
また本発明では、ベースライン長BLが、
50mm≦BL≦200mm (3)
を満足することが好ましい。図3において、ベースライン長BLが、条件式(3)の上限を超える場合には、ウエハWを保持するためのウエハステージ50の拡大化や、スループットの低下、更にはアライメント精度の長期安定性の低下を招くことになる。
まず、ウエハステージ50の拡大化について説明する。オフアクシスアライメント方式においてウエハWの全面を位置検出することを可能にするためには、ベースライン長BLが長ければ、その分ウエハステージ50を大きくしなければならない。ウエハステージ50が拡大化すると、装置の床面積(フットプリント)も大きくなる。また、ウエハステージ50が拡大化すると、その重量も増すため、ウエハステージ50移動時に、装置が振動するといった問題も生じる。
【0026】
次に、スループット低下について説明する。オフアクシスアライメント方式においては、例えば特開平6−275496号公報に提案されているような位置合わせ方式が用いられる。すなわち、ウエハW上の複数のアライメントマークの位置を計測し、その結果より統計的手法を用いてショット領域の座標を予測し、その後、ウエハW上のショット領域が投影光学系30の露光領域となるようにウエハステージ50を移動させる。この移動時間はベースライン長BLの長さに比例して大きくなるため、上記条件式(3)の上限を上回るときには、スループットの低下は著しくなる。
次に、アライメント精度の長期安定性に関して説明する。オフアクシスアライメント方式では、投影光学系30の投影中心軸Z1からベースライン長BLだけ離れたアライメント位置で、アライメントを行っている。このとき、ベースライン長BLを管理するために、ウエハステージ50上には基準マークが設置されるが、上記条件式(3)の上限を超えてベースライン長BLが長くなるときには、長期的な熱変動により基準マークの位置ずれ、回転等の影響が大きくなる。
【0027】
また、実際に露光動作を行う際には、干渉計により計測したアライメント位置でのウエハステージ座標から、ベースライン長BLをオフセットとして除去した座標を、露光位置として取り扱うが、上記熱変動により、ウエハステージ50上に設けられる干渉計の移動鏡等の回転による影響が生じる。条件式(3)の上限を超える場合には、この回転による計測位置誤差が大きくなる。
また、上記条件式(3)の下限を超えてベースライン長BLが短くなる場合には、条件式(1)を満足する第1対物レンズ2を配置することが困難になるか、あるいは投影光学系30のウエハW側の開口数の確保や投影領域の確保が困難になる。
【0028】
以下、図3における具体的数値例を示す。ウエハWとミラー18との距離hをh=50mmとし、べースライン長BLをBL=100mmとし、第1対物レンズ2の物体側開口数はNA=0.6とする。更に、第1対物レンズ2の各面の研磨面精度を平均でRMS=0.01λ(λ=633nm)とすることで、低次の収差成分は非常に小さくなる。このとき、開口数がNA=0.2程度の従来の第1対物レンズ2のコマ収差と、本数値例による開口数がNA=0.6の第1対物レンズ2のコマ収差とは、ほぼ等しくなる。プロセスオフセットとコマ収差との関係は、
プロセスオフセット=コマ収差/NA
となるので、本数値例によるプロセスオフセットは、従来のプロセスオフセットの約1/3の大きさになる。
【0029】
【実施例】
本発明の実施例を図面によって説明する。図4にて、本発明による露光装置の第1実施例を示す。同図(B)に示すように、光ファイバー8より発した光束Tは、開口絞り7によって適当な照明光束Tとなって、コンデンサーレンズ6、視野絞り5、照明リレーレンズ4の順に透過した後、ハーフプリズム3に入射する。
同図(A)に示すように、ハーフプリズム3で反射した光束Tは、各ミラー18a、18b、18cで反射した後に、第1対物レンズ2を透過して、ウエハW上のアライメントマークを照明する。
【0030】
ここでウエハWは、ウエハステージ50上に設置されている。ウエハステージ50は、露光装置の投影光学系30の投影中心軸Z1、及びアライメントマークに入射される光束Tの計測中心軸Z2に垂直なxy平面に設置されており、ウエハステージ駆動部(不図示)によりxy方向及びz方向に移動可能となっている。
また第1対物レンズ2は、その光軸が、投影光学系30の投影中心軸Z1、及びアライメントマークに入射される光束Tの計測中心軸Z2に対して平行となるように配置されている。
また、第1対物レンズ2の物体側開口数は、前述した条件式(1)を満足する。また、第1対物レンズ2の各レンズ面の研磨面精度のRMSの平均値は、0.01λ以下(λは、光束の波長)となっている。また、ミラー18cと第1対物レンズ2のレンズ上面との距離は、前述した条件式(2)を満足する。また、ベースライン長BLは、前述した条件式(3)を満足する。
【0031】
ウエハW上のアライメントマークで反射した光束Tは、第1対物レンズ2を透過して、各ミラー18c、18b、18aで反射した後に、ハーフプリズム3に入射する。ハーフプリズム3を透過した光束Tは、第2対物レンズ9を透過して、ミラー35で反射された後に、指標板10上にアライメントマーク像を形成する。このアライメントマーク像を形成した光束Tは、リレーレンズ11、12を透過して、xy分岐ハーフプリズム13に入射する。xy分岐ハーフプリズム13に入射した光束Tのうち、xy分岐ハーフプリズム13の光束分割面を透過した光束は、X座標用CCD14の撮像面に再結像される。
一方、xy分岐ハーフプリズム13の光束分割面で反射した光束は、Y座標用CCD15の撮像面に再結像される。これらX座標用CCD14及びY座標用CCD15から出力される撮像信号は、信号処理部40で処理された後、アライメントマークの位置情報として主制御系(不図示)に転送される。この位置情報を基に、露光装置に設置されたマスク(不図示)とウエハWの位置合わせを行った後に、マスクパターンをウエハW上の狙いの位置に投影光学系30を介して転写露光する。
【0032】
なお、本第1実施例では、ハーフプリズム3に対して、光ファイバー8から発した光束Tをハーフプリズム3の反射光路側で用い、ウエハWで反射した光束Tをハーフプリズム3の透過光路側で用いているが、本発明は、逆に、光ファイバー8から発した光束Tをハーフプリズム3の透過光路側で用い、ウエハWで反射した光束Tをハーフプリズム3の反射光路側で用いても良い。
また、本第1実施例では、ハーフプリズム3と第1対物レンズ2との間の光路内に、ミラー18a、18b、18cを3枚配置しているが、必要に応じてミラーの枚数を増減しても良い。
以上のように本第1実施例では、ベースラインBLが短いので、スループットを高くすることができる。また、第1対物レンズ2の焦点距離(作動距離)が短いので、全体の光路長が短くなり、アライメント装置としての安定性を高くすることができ、更に第1対物レンズ2の物体側開口数を比較的大きく設定できるので、プロセスオフセットを小さくすることができる。
【0033】
次に図5にて、本発明による露光装置の第2実施例を示す。本第2実施例と前記第1実施例との構成の違いは、図4における第1対物レンズ2を分割して、第1対物レンズ前群2aと第1対物レンズ後群2bとを用いた点である。そして、図4の第1対物レンズ2の位置に第1対物レンズ前群2aを設置して、ミラー18とハーフプリズム3の間の光路に第1対物レンズ後群2bを配置している。図4のような構成では、第1対物レンズ2が大き過ぎて、装置に挿入できない場合に、図5の構成は有効となる。すなわち、装置内に装着するには大き過ぎる第1対物レンズ2を、第1対物レンズ前群2aと第1対物レンズ後群2bとに分割することで装置内に装着可能とする。これにより、本第2実施例においても、第1実施例と同等の効果を得ることができる。
なお、本第2実施例では、第1対物レンズ群の分割数を、第1対物レンズ前群2aと第1対物レンズ後群2bとの2つとしたが、必要に応じて、それ以上の群数に分割することも可能である。
また、図4のようにミラー18a、18b、18cを3枚配置した場合は、第1対物レンズ後群2bを両ミラー18b、18cの間等、ハーフプリズム3と第1対物レンズ前群2aとの間の光路内のどこへでも配置することができる。
【0034】
次に図6にて、本発明による露光装置の第3実施例を示す。本第3実施例と前記第1実施例との構成の違いは、アライメント装置内に、ウエハWの合焦度を検出するオートフォーカス機構を併設した点である。すなわち、第1実施例のアライメント装置がウエハWのxy方向の位置合わせのみ行うのに対して、本第3実施例では更にウエハWのz方向の位置合わせも行う。
同図(B)に示すように、光ファイバー8より発した光束Tは、開口絞り7によって適当な照明光束Tとなって、コンデンサーレンズ6を透過して、視野絞り板16に入射する。ここで、同図(C)に示すように、視野絞り板16は、オートフォーカス用スリット27と、xy方向の位置合わせ用の視野絞り5とで構成されている。視野絞り板16を射出した光束Tは、照明リレーレンズ4を透過して、ハーフプリズム3に入射する。
【0035】
同図(A)に示すように、ハーフプリズム3で反射した光束Tは、各ミラー18a、18b、18cで反射した後に、第1対物レンズ2を透過して、ウエハW上に視野絞り5とオートフォーカス用スリット27の投影像を形成する。
ウエハW上で反射した光束Tは、第1対物レンズ2を透過して、各ミラー18c、18b、18aで反射した後に、ハーフプリズム3に入射する。ハーフプリズム3を透過した光束Tは、第2対物レンズ9を透過して、ビームスプリッター20に入射する。ビームスプリッター20で反射した光束Tは、前記第1実施例と同様にX座標用CCD14及びY座標用CCD15にアライメントマーク像を形成する。他方、ビームスプリッター20を透過した光束Tは、オ−トフォーカス用スリット27の投影像を選択する選択板21を透過して、リレーレンズ22を介して屋根型ミラー23に入射する。ここで屋根型ミラー23は、開口絞り7とほぼ共役となる位置に配置されて、入射した光束Tを2光束に分割して反射する。
【0036】
屋根型ミラー23で反射した2光束は、リレーレンズ24を透過して、1次元CCD等の焦点検出用の撮像素子25の撮像面上に、オートフォーカス用スリット27の2つの投影像A、Bを形成する。ここで、屋根型ミラー23の影響により、ウエハWから撮像素子25に至る結像光学系のテレセントリック性は崩れている。そのため、ウエハWが合焦点から±z方向にずれた場合、撮像素子25上でのオートフォーカス用スリット27の2つの投影像A、B(同図D)の間隔は、計測方向に変化することになる。
この撮像素子25から出力される撮像信号は、撮像信号処理部45で処理された後、ウエハWの焦点位置情報として主制御系(不図示)に転送される。この焦点位置情報を基に、その合焦度が最大となるように、露光装置に設置されたウエハWの焦点位置合わせを行う。その後、ウエハW上のアライメントマークのxy方向の位置合わせを行う。
【0037】
以上のように本第3実施例では、前記第1実施例と同等の効果に加え、ウエハWの合焦度の検出を行う上での効果を得ることができる。すなわち、第3実施例では、第1対物レンズ2の物体側開口数を大きく設定できるため、測定に十分な測定光束の光量を確保することができる。これにより、結像光学系としてそれ程倍率を上げることなく、高分解能なオートフォーカスを得ることができる。
なお、オートフォーカス系の開口数を、アライメント系の開口数より大きくしたい場合は、アライメント系に結像開口絞りを設けてやれば良い。
【0038】
次に図7にて、本発明による露光装置の第4実施例を示す。本第4実施例の構成は、xy方向の位置検出用の光ファイバー8と、焦点検出用光源29との2つの独立した照明系をもつ点で、前記第3実施例の構成とは異なる。
同図(B)に示すように、焦点検出用光源29より発した焦点検出用光束は、AF用コンデンサーレンズ28を透過して、オートフォーカス用スリット27を照明する。オートフォーカス用スリット27を射出した焦点検出用光束は、ダイクロイックミラー26に入射する。ダイクロイックミラー26を透過した焦点検出用光束は、照明リレーレンズ4を透過して、ハーフプリズム3に入射する。ハーフプリズム3で反射した後の焦点検出用光束は、第3実施例と同様の光路を通過して、ダイクロイックミラー33に入射する。ダイクロイックミラー33を透過した焦点検出用光束は、第3実施例と同様の光路を通過して、最後に撮像素子25に入射する。
【0039】
一方、同図(B)に示すように、光ファイバー8より発した位置検出用光束は、コンデンサーレンズ6を透過して、視野絞り5を照明する。視野絞り5を射出した位置検出用光束は、ダイクロイックミラー26に入射する。ダイクロイックミラー26で反射した位置検出用光束は、照明リレーレンズ4を透過して、ハーフプリズム3に入射する。ハーフプリズム3で反射した後の位置検出用光束は、第3実施例と同様の光路を通過して、ダイクロイックミラー33に入射する。ダイクロイックミラー33で反射した位置検出用光束は、第3実施例と同様の光路を通過して、最後にX座標用CCD14及びY座標用CCD15に入射する。
【0040】
なお、本第4実施例では、ダイクロイックミラー26、33に対して、焦点検出用光源29から発した焦点検出用光束をダイクロイックミラー26、33の透過光路側で用い、光ファイバー8から発した位置検出用光束をダイクロイックミラー26、33の反射光路側で用いているが、本発明は、逆に、焦点検出用光源29から発した焦点検出用光束をダイクロイックミラー26、33の反射光路側で用い、光ファイバー8から発した位置検出用光束をダイクロイックミラー26、33の透過光路側で用いても良い。
以上により、本第4実施例においても、前記第3実施例と同等の効果を得ることができる。
【0041】
【発明の効果】
以上のように本発明は、アライメントマークの位置を高精度に検出して、微細な線幅に対応できる露光装置を提供することができる。更に本発明は、ベースライン長が短くスループットが高く、全体の光路長が短く結像光学系としての安定性が高く、加えて高分解能のオートフォーカスを装備可能な露光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】結像光学系に(A)コマ収差がないときの結像状態を示す概略図と、(B)コマ収差があるときの結像状態を示す概略図である。
【図2】物体側開口数によるコマ収差とプロセスオフセットとの関係を示す図である。
【図3】露光装置における第1対物レンズとミラーの配置を示す概略図である。
【図4】本発明の第1実施例による露光装置を示す(A)概略図と、(B)A図中X−X矢視図である。
【図5】本発明の第2実施例による露光装置を示す(A)概略図と、(B)A図中X−X矢視図である。
【図6】本発明の第3実施例による(A)露光装置を示す概略図と、(B)A図中X−X矢視図と、(C)B図中Y−Y矢視図と、(D)撮像素子上の投影像を示す概略図である。
【図7】本発明の第4実施例による露光装置を示す(A)概略図と、(B)A図中X−X矢視図である。
【図8】第1対物レンズを投影光学系領域外に配置した露光装置を示す図である。
【図9】従来技術による露光装置を示す図である。
【符号の説明】
1…落射プリズム 2…第1対物レンズ
2a…第1対物レンズ前群 2b…第1対物レンズ後群
3…ハーフプリズム 4…照明リレーレンズ
5…視野絞り 6…コンデンサーレンズ
7…開口絞り 8…光ファイバー
9…第2対物レンズ 10…指標板
11、12、22、24、28…リレーレンズ
13…xy分岐ハーフプリズム
14…X座標用CCD 15…Y座標用CCD
16…視野絞り板
18、18a、18b、18c、35…ミラー
20…ビームスプリッター 21…選択板
23…屋根型ミラー 25…撮像素子
26、33…ダイクロイックミラー
27…オートフォーカス用スリット
29…焦点検出用光源 30…投影光学系
40…信号処理部 45…撮像信号処理部
50…ウエハステージ
W…ウエハ Z1…投影中心軸
Z2…計測中心軸 T…光束[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exposure apparatus used for transferring a projection original (a mask, a reticle, etc.) onto a substrate in a lithography process for manufacturing a device such as a semiconductor element, an imaging element, a liquid crystal display element, or a thin film magnetic head. .
[0002]
[Prior art]
Since devices such as semiconductor elements are generally formed by stacking a plurality of layers of circuit patterns on a wafer (or a substrate such as a glass plate) coated with a photosensitive material, an exposure apparatus for exposing circuit patterns onto the wafer. Is provided with an alignment device for aligning a reticle pattern to be exposed from now and each shot area of a wafer on which a circuit pattern has already been formed.
Conventionally, as this type of alignment apparatus, as disclosed in JP-A-4-65603, JP-A-4-273246, etc., light having a wide wavelength band emitted from a light source such as a halogen lamp is used. An off-axis system that illuminates an alignment mark (wafer mark) on the wafer, forms an enlarged image of the alignment mark on the image sensor, performs image processing on the obtained image signal, and detects the position of the alignment mark. A type of alignment apparatus is known. The detection system of the imaging type alignment apparatus is also called an FIA (Field Image Alignment) system.
[0003]
A conventional example of an exposure apparatus provided with an FIA alignment apparatus will be described with reference to FIG. A wide-band wavelength light beam T emitted from the
Here, the wafer W is placed on the
Further, a distance BL between the projection center axis Z1 of the projection
[0004]
The light beam T reflected by the alignment mark on the wafer W is reflected by the light beam reflecting surface of the
[0005]
On the other hand, the light beam reflected by the light beam splitting surface of the xy
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional alignment apparatus has an advantage that the influence of the thin film interference on the photoresist layer on the wafer is reduced because of the broadband illumination.
However, in the imaging optical system of the conventional imaging type alignment apparatus, a slight amount of aberration remains in the manufacturing process such as processing, assembly, and adjustment. If the aberration remains in this way, the contrast of the wafer mark image on the imaging surface is lowered, or the wafer mark image is distorted, resulting in a mark position detection error. In recent years, as the line width of a circuit pattern becomes finer, higher precision alignment is required, and a decrease in alignment accuracy due to the slight aberration as described above has become a problem.
[0007]
Of these remaining aberrations, the effect of coma on the detection of wafer mark images is particularly large. Coma aberration that is axially symmetric about the optical axis and uniform decentering coma aberration over the entire field of view, etc. When an asymmetric lateral aberration occurs in the optical system, the alignment mark image projected on the imaging surface is measured with a positional shift compared to the case of ideal imaging. Also, when the alignment mark shape such as pitch, duty ratio, step, etc. changes, or when the alignment mark is defocused, if the alignment mark image has coma aberration, the degree of asymmetry of the image varies. It changes, and the amount of deviation of the measurement position changes variously.
Since the shape of the alignment mark is different for each semiconductor manufacturing process, alignment of the wafer with an optical system with residual coma aberration may cause alignment errors due to process offsets and poor reproducibility of overlay accuracy. descend.
Accordingly, an object of the present invention is to provide an exposure apparatus that can detect the position of an alignment mark, which is a test object, with high accuracy and can cope with a fine line width.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to solve the above-described problems. That is, an exposure apparatus according to the present invention includes an exposure optical system that projects a pattern provided on a projection original plate onto a photosensitive substrate. An illumination optical system for supplying alignment light having a predetermined wavelength to a position detection pattern provided on the photosensitive substrate, and alignment light from the position detection pattern illuminated by the alignment light A condensing optical system having an objective lens system provided at a position capable of receiving light, at least one light beam deflecting unit, and a photoelectric converting unit for photoelectrically converting alignment light via the condensing optical system. The numerical aperture on the photosensitive substrate side of the objective lens system is NA W And when
0.35 ≦ NA W ≦ 0.85
Is satisfied. At that time, the objective lens system in the condensing optical system is composed of optical elements whose average RMS value of polished surface accuracy of each surface is 0.01λ or less. The Where λ is the center wavelength used.
[0009]
According to a preferred aspect of the present invention, at least one of the at least one light beam deflecting means is disposed in the optical path between the light beam deflecting means disposed closest to the photosensitive substrate and the photosensitive substrate. An optical member having positive refractive power is disposed.
According to a preferred aspect of the present invention, the objective lens system has a front group and a rear group that are located closest to the photosensitive substrate, and the luminous flux is between the front group and the rear group. The deflecting means is located.
[0010]
Further, according to a preferred aspect of the present invention, the distance D between the light beam deflecting means arranged on the most photosensitive substrate side and the surface farthest from the photosensitive substrate of the objective lens system is:
D ≦ 30mm
It is arrange | positioned so that it may become.
According to a preferred aspect of the present invention, the objective lens system of the condensing optical system has a distance BL between a measurement center position of the objective lens system and a projection center position of the projection optical system,
50mm ≦ BL ≦ 200mm
It is arranged so as to satisfy.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present invention, the objective lens system in the alignment system is
0.35 ≦ NA W ≦ 0.85 (1)
However, NA W : Numerical aperture on the photosensitive substrate (wafer) side of the objective lens system
Configured to satisfy. Before describing the conditional expression (1), the influence of coma aberration of the optical system on image formation will be described with reference to FIG. Here, FIG. 1A shows an imaging state when no coma aberration remains in the optical system, and FIG. 1B shows an imaging state when coma aberration remains in the optical system. . On the object plane O, a line and space pattern with a pitch of p (hereinafter referred to as a pattern with a pitch p) and a line and space pattern with a pitch of 2p (hereinafter referred to as a pattern with a pitch of 2p). )).
[0012]
When these patterns are illuminated by illumination light (not shown), zero-order light and ± first-order light P (+1) and P (−1) are generated from the pattern of pitch p, and zero-order light is generated from the pattern of
In FIG. 1A, ± first-order diffracted lights P (+1) and P (−1) from a pattern with a pitch p, and ± first-order diffracted
[0013]
As shown in FIG. 1B, when coma aberration remains in the optical system including the lens groups L1 and L2 and the aperture stop AS, the ± first-order diffracted light P from the patterns of pitch p and 2p. The wavefront aberration Wc corresponding to the coma aberration is given to (+1), P (−1), 2P (+1), and 2P (−1). At this time, the wavefront aberration amount ΔWc (p (−1)) is given to the −1st order diffracted light P (−1) from the pattern of the pitch p, and the wavefront aberration amount ΔWc is given to the + 1st order diffracted light P (+1). (P (+1)) is given. The wavefront aberration amount ΔWc (2p (−1)) is given to the −1st order diffracted light 2P (−1) from the pattern of the
[0014]
Further, not only the difference in pattern pitch as described above but also the change of the duty ratio, step, etc., the imaging position changes.
When aligning wafers using an optical system in which coma has remained during alignment in the semiconductor manufacturing process, the shape of the alignment mark (pitch, duty ratio, step, etc.) differs for each semiconductor manufacturing process. This causes a so-called process offset in which the detection position varies.
[0015]
Next, the conditional expression (1) will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a graph showing a simulation result of the relationship between the coma aberration remaining in the alignment system and the process offset. The vertical axis represents the process offset and the horizontal axis represents the coma aberration. In this simulation, a process offset (an image shift amount from an ideal position) when a predetermined amount of residual coma aberration occurs is calculated for each object-side numerical aperture (NA). Thus, if the numerical aperture is the same, the smaller the remaining coma aberration, the smaller the process offset, and the same coma aberration, the larger the numerical aperture of the optical system. It can be seen that the process offset can be reduced.
In order to reduce the remaining coma, it is necessary not only to correct aberrations in optical design, but also to minimize errors in the manufacturing process, but to reduce the amount of coma caused by manufacturing errors. There are limits. As shown in FIG. 2, when the numerical aperture of the optical system is 0.35 or less, even if the manufacturing error is pushed to the limit, the process offset is sufficient to satisfy the strict alignment accuracy required with circuit miniaturization. It is difficult to make small.
[0016]
On the other hand, as the numerical aperture of the optical system is increased, the process offset can be reduced. However, when the numerical aperture exceeds 0.85, the effect of reducing the process offset by increasing the numerical aperture is effective. Less. That is, the change in the slope of the graph by increasing the numerical aperture is reduced.
In this case, the burden on the optical design also increases, and the occurrence of coma aberration on the higher-order optical design that cannot be corrected in the optical system following the objective lens system increases. In other words, coma aberration occurs, resulting in an increase in process offset.
In this case, it is also very difficult to ensure a so-called working distance between the wafer and the lens surface on the most wafer side of the objective lens system.
Therefore, the range defined by the conditional expression (1) is a range that is effective in reducing the process offset.
[0017]
Further, for example, as proposed in Japanese Patent Application No. 9-33283 by the applicant of the present application, in order to improve the autofocus resolution when attempting to implement the TTL autofocus through the alignment objective lens. For example, increase the magnification between the object to be detected and the autofocus detector while keeping the numerical aperture of the objective lens system small, or increase the numerical aperture of the objective lens system to increase the magnification not much. A street is conceivable. Here, in the former case, that is, when the value falls below the lower limit of the conditional expression (1), the amount of light reaching the autofocus detector decreases, and the autofocus measurement accuracy and reproducibility deteriorate, resulting in alignment. There is a risk of deteriorating accuracy. In the latter case, the amount of light reaching the autofocus detector is sufficiently maintained, so that the autofocus measurement accuracy and reproducibility are kept good.
[0018]
In the present invention, it is preferable that the average RMS value of the polishing accuracy of each surface of the optical element constituting the objective lens system is 0.01λ or less based on the conditional expression (1). Where λ is the center wavelength used.
As described above, the size of the process offset is proportional to the coma aberration and inversely proportional to the numerical aperture. Therefore, when the coma is constant, the process offset decreases when the numerical aperture is large.
Here, when the average value of the RMS of the polishing accuracy of each surface of the optical element that constitutes the objective lens system is 0.01λ or less, the inventors of the present application are low-order among the aberrations remaining in the objective lens system. It has been found that the aberration of the above is sufficiently small and the higher order aberration becomes dominant.
[0019]
At this time, in the pupil plane of the objective lens system, aberrations are randomly distributed in the pupil plane, and even if the numerical aperture is reduced, the coma aberration does not decrease much, and the process offset by increasing the numerical aperture The reduction of becomes large. On the other hand, when low-order aberrations are dominant, the coma aberration is reduced by reducing the numerical aperture, but the average value of the RMS of the polishing accuracy of each surface of the optical element described above. If the numerical aperture is 0.01λ or less, the coma value itself becomes larger than when the numerical aperture is increased, and as a result, the process offset cannot be improved.
In the present invention, the polishing accuracy is expressed by RMS, but the polishing accuracy can be paraphrased by a difference between a maximum value and a minimum value (so-called peak-to-valley or peak-to-peak) or an aberration coefficient. .
[0020]
In the present invention, as shown in FIG. 3, the first objective lens 2 (objective lens system) is disposed in the optical path between the mirror 18 (light beam deflecting member) arranged closest to the wafer W and the wafer W. It is preferable to arrange.
In the projection
[0021]
At this time, as shown in FIG. 8, a configuration in which the
Therefore, by adopting the configuration as shown in FIG. 3, the numerical aperture of the first
[0022]
At that time, the first
[0023]
In the present invention, the distance D between the light beam deflecting member arranged closest to the photosensitive substrate and the surface farthest from the photosensitive substrate of the objective lens system is:
D ≦ 30mm (2)
It is preferable to arrange so that. In FIG. 3, the maximum value h of the distance between the mirror 18 (light beam deflecting member) and the wafer W (photosensitive substrate). 0 Is
Where A: the diameter of the exposure area of the projection
NA UL : Numerical aperture on the wafer W side of the projection
BL: Baseline length
Is required. Maximum value h 0 Is a value that does not take into account the thickness of the optical element constituting the projection
h ≦ h 0 (B)
It is.
[0024]
Here, the shorter the baseline length BL, the better (the reason will be described later). However, if the baseline length BL is too short, the distance h becomes too short from the above formulas (A) and (B). It becomes difficult to arrange the
35mm ≦ h ≦ 70mm
It becomes. Here, since it is necessary to dispose the first
If the conditional expression (2) is not satisfied, the first
[0025]
In the present invention, the baseline length BL is
50mm ≦ BL ≦ 200mm (3)
Is preferably satisfied. In FIG. 3, when the baseline length BL exceeds the upper limit of the conditional expression (3), the
First, enlargement of the
[0026]
Next, throughput reduction will be described. In the off-axis alignment method, for example, an alignment method as proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-27596 is used. That is, the positions of a plurality of alignment marks on the wafer W are measured, and the coordinates of the shot area are predicted using a statistical method based on the results. Thereafter, the shot area on the wafer W is determined as the exposure area of the projection
Next, the long-term stability of alignment accuracy will be described. In the off-axis alignment method, alignment is performed at an alignment position separated from the projection center axis Z1 of the projection
[0027]
Further, when actually performing the exposure operation, the coordinates obtained by removing the baseline length BL as an offset from the wafer stage coordinates at the alignment position measured by the interferometer are handled as the exposure position. The influence of rotation of a moving mirror of an interferometer provided on the
Further, when the baseline length BL becomes shorter than the lower limit of the conditional expression (3), it is difficult to dispose the first
[0028]
Hereinafter, specific numerical examples in FIG. 3 will be shown. The distance h between the wafer W and the
Process offset = coma / NA
Therefore, the process offset according to this numerical example is about 1/3 of the conventional process offset.
[0029]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 4 shows a first embodiment of an exposure apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 5B, the light beam T emitted from the
As shown in FIG. 2A, the light beam T reflected by the
[0030]
Here, the wafer W is placed on the
The first
Further, the object-side numerical aperture of the first
[0031]
The light beam T reflected by the alignment mark on the wafer W passes through the first
On the other hand, the light beam reflected by the light beam splitting surface of the xy
[0032]
In the first embodiment, with respect to the
In the first embodiment, three
As described above, in the first embodiment, since the baseline BL is short, the throughput can be increased. Further, since the focal length (working distance) of the first
[0033]
Next, FIG. 5 shows a second embodiment of the exposure apparatus according to the present invention. The difference in configuration between the second embodiment and the first embodiment is that the first
In the second embodiment, the number of divisions of the first objective lens group is two, that is, the first objective
Further, when three
[0034]
Next, FIG. 6 shows a third embodiment of the exposure apparatus according to the present invention. The difference in configuration between the third embodiment and the first embodiment is that an autofocus mechanism for detecting the degree of focus of the wafer W is provided in the alignment apparatus. That is, while the alignment apparatus of the first embodiment only performs alignment of the wafer W in the xy direction, the alignment of the wafer W in the z direction is further performed in the third embodiment.
As shown in FIG. 5B, the light beam T emitted from the
[0035]
As shown in FIG. 6A, the light beam T reflected by the
The light beam T reflected on the wafer W is transmitted through the first
[0036]
The two light fluxes reflected by the roof-type mirror 23 are transmitted through the
The imaging signal output from the
[0037]
As described above, in the third embodiment, in addition to the same effects as in the first embodiment, an effect in detecting the degree of focus of the wafer W can be obtained. That is, in the third embodiment, since the object-side numerical aperture of the first
If it is desired to make the numerical aperture of the autofocus system larger than the numerical aperture of the alignment system, an imaging aperture stop may be provided in the alignment system.
[0038]
Next, FIG. 7 shows a fourth embodiment of the exposure apparatus according to the present invention. The configuration of the fourth embodiment is different from the configuration of the third embodiment in that it has two independent illumination systems of an
As shown in FIG. 5B, the focus detection light beam emitted from the focus
[0039]
On the other hand, as shown in FIG. 5B, the position detection light beam emitted from the
[0040]
In the fourth embodiment, the position detection light emitted from the
As described above, also in the fourth embodiment, an effect equivalent to that of the third embodiment can be obtained.
[0041]
【The invention's effect】
As described above, the present invention can provide an exposure apparatus that can detect the position of the alignment mark with high accuracy and cope with a fine line width. Furthermore, the present invention can provide an exposure apparatus that has a short baseline length, a high throughput, a short overall optical path length, a high stability as an imaging optical system, and can be equipped with a high-resolution autofocus. .
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are a schematic diagram showing an imaging state when there is no coma aberration in the imaging optical system, and FIG. 1B is a schematic diagram showing an imaging state when there is coma aberration.
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between coma aberration and process offset due to numerical aperture on the object side.
FIG. 3 is a schematic view showing an arrangement of a first objective lens and a mirror in the exposure apparatus.
4A is a schematic view showing an exposure apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a view taken along line XX in FIG.
5A is a schematic view showing an exposure apparatus according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a view taken along the line XX in FIG.
6A is a schematic view showing an exposure apparatus according to a third embodiment of the present invention, FIG. 6B is a schematic view showing an XX arrow in FIG. A, and FIG. (D) It is the schematic which shows the projection image on an image pick-up element.
7A is a schematic view showing an exposure apparatus according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 7B is a view taken along line XX in FIG.
FIG. 8 is a view showing an exposure apparatus in which a first objective lens is disposed outside a projection optical system region.
FIG. 9 is a view showing an exposure apparatus according to the prior art.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
2a ... first objective
3 ...
5 ...
7 ...
9 ... Second
11, 12, 22, 24, 28 ... relay lens
13 ... xy branching half prism
14 ... CCD for X coordinate 15 ... CCD for Y coordinate
16 ... Field stop plate
18, 18a, 18b, 18c, 35 ... Mirror
20 ...
23 ... Roof-
26, 33 ... Dichroic mirror
27 ... Slit for autofocus
29 ... Light source for
40:
50. Wafer stage
W ... wafer Z1 ... projection center axis
Z2 ... Measurement center axis T ... Light flux
Claims (4)
前記感光性基板上に設けられた位置検出用パターンに対して所定波長のアライメント光を供給するための照明光学系と、
前記アライメント光により照明された位置検出用パターンからのアライメント光を受光可能な位置に設けられた対物レンズ系と、少なくとも1つの光束偏向手段とを有する集光光学系と、
該集光光学系を介したアライメント光を光電変換するための光電変換手段と、
前記アライメント光を前記対物レンズ系へ導くと共に、前記対物レンズ系を介した前記位置検出用パターンからの前記アライメント光を前記光電変換手段へ導く手段と、
を備え、
前記対物レンズ系の前記感光性基板側の開口数をNAW とするとき、
0.35≦NAW ≦0.85
を満足し、
前記対物レンズ系は、最も感光性基板側に位置し且つ少なくとも1つの正屈折力を有する光学部材を備える前群と、後群とを備え、
前記少なくとも1つの光束偏向手段のうち最も前記感光性基板側に配置される光束偏向部材は、前記前群と前記後群との間に位置し、
前記集光光学系中の前記対物レンズ系は、各面の研磨面精度のRMSの平均値が0.01λ以下の光学素子から構成されることを特徴とする露光装置。In an exposure apparatus provided with a projection optical system that projects a pattern provided on a projection original plate onto a photosensitive substrate,
An illumination optical system for supplying alignment light of a predetermined wavelength to a position detection pattern provided on the photosensitive substrate;
A condensing optical system having an objective lens system provided at a position capable of receiving alignment light from the position detection pattern illuminated by the alignment light, and at least one light beam deflecting unit;
Photoelectric conversion means for photoelectrically converting alignment light via the condensing optical system;
Means for guiding the alignment light to the objective lens system, and guiding the alignment light from the position detection pattern via the objective lens system to the photoelectric conversion means;
With
When the numerical aperture on the photosensitive substrate side of the objective lens system is NA W ,
0.35 ≦ NA W ≦ 0.85
Satisfied,
The objective lens system includes a front group including an optical member that is located closest to the photosensitive substrate and has at least one positive refractive power, and a rear group.
The light beam deflecting member arranged closest to the photosensitive substrate among the at least one light beam deflecting means is located between the front group and the rear group ,
Wherein in said condensing optical system objective lens system, the exposure apparatus the mean value of the RMS of each surface of the polishing surface accuracy is characterized Rukoto consists of the following optical elements 0.01Ramuda.
D≦30mm
となるように配置されることを特徴とする請求項1記載の露光装置。The distance D between the light beam deflecting means arranged on the most photosensitive substrate side and the surface of the objective lens system farthest from the photosensitive substrate is:
D ≦ 30mm
The exposure apparatus according to claim 1 , wherein the exposure apparatus is arranged so that
50mm≦BL≦200mm
を満足するように配置されることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の露光装置。The objective lens system of the condensing optical system has a distance BL between the measurement center position of the objective lens system and the projection center position of the projection optical system,
50mm ≦ BL ≦ 200mm
The exposure apparatus according to claim 1 or claim 2 wherein you being arranged so as to satisfy.
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