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JPH0340497B2 - - Google Patents
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JPH0340497B2 - - Google Patents

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JPH0340497B2
JPH0340497B2 JP61008228A JP822886A JPH0340497B2 JP H0340497 B2 JPH0340497 B2 JP H0340497B2 JP 61008228 A JP61008228 A JP 61008228A JP 822886 A JP822886 A JP 822886A JP H0340497 B2 JPH0340497 B2 JP H0340497B2
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alignment
beam splitter
lens
optical system
reduction projection
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7088Alignment mark detection, e.g. TTR, TTL, off-axis detection, array detector, video detection

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、半導体素子製造に用いる光学露光装
置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention relates to an optical exposure apparatus used for manufacturing semiconductor devices.

さらに詳しくは、半導体素子製造におけるホト
リソグラフイー工程の超微細加工を実現するため
に考案された縮小投影型エキシマー露光装置に関
するものである。
More specifically, the present invention relates to a reduction projection excimer exposure apparatus devised to realize ultrafine processing in a photolithography process in semiconductor device manufacturing.

従来の技術 従来、すでに半導体素子、特にLSI、VLSI等
の微細加工用として超高圧水銀灯を光源として用
いた縮小投影型露光装置(ステツパー)が市販さ
れている。しかしながら、従来のステツパーは、
超高圧水銀灯のg線(436nm)やi線(365nm)
を用いているため、解像度はg線で1.2μm、i線
で0.8μm程度が限界であつた。これらの波長で
は、今後4MbitRAMや16MbitRAM製造に必要
とされる0.5μmの解像度を得ることは不可能に近
い。
2. Description of the Related Art Conventionally, reduction projection exposure apparatuses (steppers) using ultra-high pressure mercury lamps as light sources have already been commercially available for microfabrication of semiconductor devices, particularly LSIs, VLSIs, etc. However, conventional stepper
G-line (436nm) and i-line (365nm) of ultra-high pressure mercury lamps
Because of this, the resolution was limited to about 1.2 μm for the g-line and 0.8 μm for the i-line. At these wavelengths, it is nearly impossible to obtain the 0.5 μm resolution required for future 4MbitRAM and 16MbitRAM production.

そこで、近年、g線やi線に比べより波長の短
いXeCl(308nm)やKrF(249nm)やArF(193n
m)等のエキシマー光源を用いた露光装置の開発
が検討されるようになつてきた。
Therefore, in recent years, XeCl (308 nm), KrF (249 nm), and ArF (193 nm), which have shorter wavelengths than g-lines and i-lines, have been
The development of exposure apparatuses using excimer light sources such as m) has begun to be considered.

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、エキシマレーザーを用いた縮小
投影露光においては次に揚げる2点の問題があ
る。
Problems to be Solved by the Invention However, reduction projection exposure using an excimer laser has the following two problems.

(1) エキシマレーザー光の発振する光の波長分布
の半値幅と縮小投影レンズの色消しの問題(ス
ペツクルと解像度の関係)。
(1) Problems with the half-width of the wavelength distribution of excimer laser light and achromatization of the reduction projection lens (relationship between speckle and resolution).

(2) アライメント波長の選択の問題 前者においては、エキシマレーザー光の横モ
ードを乱しつつ、かつ縦モードを整のえる光学
系にすることにより解決できる可能性はある
が、後者のアライメント光の選択の問題におい
ては、アライメント精度を高めるために、露光
波長を用いて縮小投影レンズを通過してレチク
ル(マスク)とウエハーのマークを直接アライ
メントする方法(スルーザレンズ;略TTL方
式)を採用するのが好ましく、レンズ設計が容
易になるメリツトが発生するが、露出波長が紫
外域になるため従来のビデオカメラのような可
視光のパターン認識ではアライメントができな
いという問題が発生する。そこで、本発明で
は、エキシマ縮小投影露光においてアライメン
トに露出波長と同じ波長の光を用いる場合や、
TTL方式でのアライメントを可能とすること
を目的とする。
(2) The problem of selecting the alignment wavelength The former problem may be solved by creating an optical system that disturbs the transverse mode of the excimer laser beam while aligning the longitudinal mode, but in the latter case, the problem of selecting the alignment wavelength may be solved. When it comes to selection issues, in order to improve alignment accuracy, we adopt a method (through-the-lens; abbreviated as TTL method) in which the exposure wavelength is used to pass through a reduction projection lens to directly align the reticle (mask) and the mark on the wafer. This is preferable and has the advantage of facilitating lens design, but since the exposure wavelength is in the ultraviolet region, there is a problem that alignment cannot be performed using visible light pattern recognition as in conventional video cameras. Therefore, in the present invention, when using light of the same wavelength as the exposure wavelength for alignment in excimer reduction projection exposure,
The purpose is to enable alignment using the TTL method.

問題点を解決するための手段 すなわち、光路順の構成を述べると、光発生源
であるエキシマーレーザ光学系、レーザ光の均一
性とビームを整形するためのミラー及びインテグ
レータ系、レチクル照明用石英製コンデンサレン
ズ、レチクル、石英製ビームスプリツター、石英
製縮小投影レンズ、XYZステージ上ウエハーか
らなる主光学系と前記ビームスプリツターと露光
光路と垂直なる光路、順番にアライメントレン
ズ、アライメント用ビームスプリツター、画像増
幅及び波長変換用イメージインテンシフアイヤ
(IIT)、画像処理用のビデオカメラ(例えばCCD
カメラ)のアライメント光学系(アライメント用
ビームスプリツターの垂直光路には照明用のアラ
イメント光源が付随する)からなる。なおアライ
メント光学系は、ウエハー上の任意の場所を照明
するためXY系の駆動系が付随する。そして、ア
ライメント光学系とウエハーを装着するX−Yス
テージは画像処理及びアライメント信号処理とし
てコンピユータでインターフエースされた構成と
なる。
Means to solve the problem Namely, the configuration of the optical path order is as follows: an excimer laser optical system as a light generation source, a mirror and integrator system for uniformity of laser light and beam shaping, and a quartz system for illuminating the reticle. A main optical system consisting of a condenser lens, a reticle, a quartz beam splitter, a quartz reduction projection lens, a wafer on an XYZ stage, the beam splitter, an optical path perpendicular to the exposure optical path, an alignment lens, an alignment beam splitter, Image intensifier (IIT) for image amplification and wavelength conversion, video camera for image processing (e.g. CCD
(camera) alignment optical system (the vertical optical path of the alignment beam splitter is accompanied by an alignment light source for illumination). Note that the alignment optical system is accompanied by an XY system drive system in order to illuminate any location on the wafer. The alignment optical system and the XY stage on which the wafer is mounted are configured to be interfaced with a computer for image processing and alignment signal processing.

作 用 従つて、本発明では、ビームスプリツターと画
像増幅・波長変換用IITを用いることにより、レ
チクルとウエハーのアライメントを直接エキシマ
レーザー光、または、それに近い波長の光を用い
てTTLアライメントすることが可能となり、高
精度アライメントが達成できる作用がある。
Therefore, in the present invention, by using a beam splitter and an IIT for image amplification and wavelength conversion, the alignment of the reticle and wafer can be performed directly using excimer laser light or light with a wavelength close to it to achieve TTL alignment. This has the effect of making it possible to achieve highly accurate alignment.

実施例 以下、本発明の実施例を図を用いて説明する。
すなわち、光源部として、例えばKrFエキシマー
レーザー光源1とレーザー光源より発振励起発射
された光を整形及び均一化するインテグレータ2
及び光路を垂直にする大形の全反射ミラー3、レ
チクル5及び縮小レンズ7を照明するための石英
製のコンデンサレンズ4、レチクル5、アライメ
ントのための大形のビームスプリツタ6、そして
石英製の縮小投影レンズ7なる光学系の構成で、
結像点に、XYZステージ8上に設置されたウエ
ハー9に転写する縮小投影露光装置の主光学系
と、前記ビームスプリツター6と露光光路と垂直
なる光軸上に、光路順にアライメント用レンズ1
0、アライメント用ビームスプリツター11、画
像処理・波長変換用IIT12、画像処理用のCCD
カメラ13、更にアライメント用ビームスプリツ
ター11と垂直にアライメントマーク照明用のア
ライメント光源14(例えば、超高圧水銀灯の光
をカツトフイルターまたはモノクロメータで分光
したもの、あるいはレーザー)からなるアライメ
ント光学系は、ウエハー上の任意の場所を照明す
るためのXY駆動系15に保持している。そして
アライメント光学系とウエハー9を設置する
XYZステージ8は画像処理及びアライメント信
号処理として制御用コンピユータ16でインター
フエースされたものにしておく。
Examples Examples of the present invention will be described below with reference to the drawings.
That is, as a light source part, for example, a KrF excimer laser light source 1 and an integrator 2 that shapes and homogenizes the light oscillated and emitted from the laser light source.
and a large total reflection mirror 3 that makes the optical path perpendicular, a quartz condenser lens 4 for illuminating the reticle 5 and the reduction lens 7, a reticle 5, a large beam splitter 6 for alignment, and a quartz mirror. With the configuration of the optical system consisting of the reduction projection lens 7,
At the image forming point, there is a main optical system of a reduction projection exposure apparatus that transfers images onto a wafer 9 placed on an XYZ stage 8, and an alignment lens 1 in the order of the optical path on the optical axis perpendicular to the beam splitter 6 and the exposure optical path.
0, Beam splitter 11 for alignment, IIT 12 for image processing/wavelength conversion, CCD for image processing
The alignment optical system consists of a camera 13, and an alignment light source 14 for illuminating the alignment mark (for example, light from an ultra-high pressure mercury lamp separated by a cut filter or monochromator, or a laser) perpendicular to the alignment beam splitter 11. It is held by an XY drive system 15 for illuminating any location on the wafer. Then, install the alignment optical system and wafer 9.
The XYZ stage 8 is interfaced with a control computer 16 for image processing and alignment signal processing.

アライメント光学系をさらに詳細に説明する。
アライメント照明系14例えばXe−Hg超高圧ラ
ンプよりカツトフイルタで250nm付近(縮小投
影レンズ7とエキシマレーザー光源1をKrFにし
た時)の光を照明し、アライメント用ビームスプ
リツター11によりアライメント用レンズ10を
介し主光学系のビームスプリツター6を照明する
ことになる。この時、レチクル及びウエハーのア
ライメントマーク位置に応じてアライメント系
XY駆動系15によつて任意に照明することがで
きる。アライメント照明光はビームスプリツター
6を介し、レチクル5上のアライメントマークと
ウエハー9上のアライメントマークを250nm付
近の紫外域の光のイメージをとらえることがで
き、その反射光は更にビームスプリツター6を介
し、ウエハー9、レチクル5上のアライメントマ
ークのイメージをアライメント用レンズ10にも
どることになる。この時、ウエハー9、レチクル
5上のイメージは、縮小投影レンズ7とアライメ
ント用レンズ10により拡大されたイメージとな
るため非常に大きな解像度が得ることが可能とな
る。更に紫外線であるイメージ(目視あるいは、
ビデオ処理は紫外域では観察できない)を可視に
するための波長変換と、S/N比を向上するため
の画像信号の増幅するマイクロチヤンネルプレー
ト(MCP)を備えたイメージインテンシフアイ
ヤ(IIT)12を用いてイメージが加工されるこ
とになる。この時、イメージの波長は通常500n
m以上にすることにより、可視域での観察が可能
となり、最後にCCDカメラ13により、絵素事
のパターン認識処理を行なうものである。なお
CCDカメラの分解能は高ければ高い程よい事は
当然であるが、イメージの拡大、可視光等の効果
でさほど問題はない。
The alignment optical system will be explained in more detail.
Alignment illumination system 14 For example, a cut filter is used to illuminate the light of around 250 nm from a Xe-Hg ultra-high pressure lamp (when the reduction projection lens 7 and excimer laser light source 1 are KrF), and the alignment lens 10 is illuminated by the alignment beam splitter 11. The beam splitter 6 of the main optical system is illuminated through the beam splitter 6 of the main optical system. At this time, the alignment system is adjusted according to the alignment mark position on the reticle and wafer.
Illumination can be performed arbitrarily by the XY drive system 15. The alignment illumination light passes through the beam splitter 6 to capture an image of the alignment mark on the reticle 5 and the alignment mark on the wafer 9 in the ultraviolet region around 250 nm, and the reflected light is further passed through the beam splitter 6. Through this process, the images of the alignment marks on the wafer 9 and reticle 5 are returned to the alignment lens 10. At this time, the images on the wafer 9 and reticle 5 are magnified by the reduction projection lens 7 and the alignment lens 10, making it possible to obtain a very high resolution. Furthermore, an image of ultraviolet light (visual or
Image intensifier (IIT) 12 is equipped with a microchannel plate (MCP) that converts wavelengths (which cannot be observed in the ultraviolet region) into visible video and amplifies image signals to improve the S/N ratio. The image will be processed using . At this time, the wavelength of the image is usually 500n
By increasing the number of pixels to m or more, observation in the visible range becomes possible, and finally, the CCD camera 13 performs pattern recognition processing of picture elements. In addition
It goes without saying that the higher the resolution of a CCD camera, the better it is, but with the effects of image magnification, visible light, etc., there is not much of a problem.

また、イメージインテンシフアイヤーとしては
光電面にCs−Teを持ち、150〜320nmに感度のあ
るV1506(浜松ホトニクス(株)型名)等が、またマ
イクロチヤンネルプレートとしては、F1217(浜
松ホトニクス(株)製)等が使用可能である。
Image intensifiers include the V1506 (Hamamatsu Photonics Co., Ltd. model name), which has Cs-Te on the photocathode and is sensitive to 150 to 320 nm, and microchannel plates include the F1217 (Hamamatsu Photonics Co., Ltd.). ) etc. can be used.

発明の効果 エキシマーレーザー露光装置において、本発明
の構成、すなわちMCPを含むIITをビデオカメラ
前面に設置することにより、紫外光を可視光に変
換できるとともに104倍程度映像の増幅が可能と
なり、高精度のTTL方式アライメントが可能と
なる。
Effects of the Invention In an excimer laser exposure device, by installing the configuration of the present invention, that is, an IIT including an MCP in front of a video camera, it is possible to convert ultraviolet light into visible light and amplify the image by about 104 times, resulting in a high Accurate TTL alignment is possible.

以上の理由により、実用レベルで超々LSIに必
要な0.5μmの解像度を有するエキシマー露光装置
を完成できる。なお、エキシマー光源はKrFに限
定されるものではない。また、反射縮小投影露光
装置でも同じ効果が得られることも明らかであろ
う。
For the above reasons, it is possible to complete an excimer exposure device with a resolution of 0.5 μm, which is necessary for ultra-super LSI at a practical level. Note that the excimer light source is not limited to KrF. It will also be clear that the same effect can be obtained with a catoptric reduction projection exposure apparatus.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

図は本発明のエキシマー露光装置を説明するた
めの一実施例の概念図である。 1……エキシマー光源、2……インテグレータ
ー、3……ミラー、4……コンデンサレンズ、5
……レチクル、6……ビームスプリツター、7…
…縮少投影レンズ、8……XYZステージ、9…
…ウエハー、10……アライメント用レンズ、1
1……アライメント用ビームスプリツター、12
……画像処理・波長変換用IIT、13……CCDカ
メラ、16……制御用コンピユーター。
The figure is a conceptual diagram of an embodiment for explaining the excimer exposure apparatus of the present invention. 1...Excimer light source, 2...Integrator, 3...Mirror, 4...Condenser lens, 5
...Reticle, 6...Beam splitter, 7...
...Reduction projection lens, 8...XYZ stage, 9...
...Wafer, 10...Alignment lens, 1
1...Beam splitter for alignment, 12
...IIT for image processing and wavelength conversion, 13...CCD camera, 16...control computer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 縮小投影レンズとウエハーステージとレチク
ルステージとエキシマレーザ光源を含む半導体素
子製造用光学露光装置において、前記レチクルス
テージと縮小投影レンズの光路間に、ビームスプ
リツタを配置し、前記投影レンズの露光光軸と垂
直な光路に、アライメント用レンズ、アライメン
ト用ビームスプリツタ、画像処理・波長変換部、
カメラ部がこの順番に配置され、アライメント用
紫外光照明部を有するアライメント光学系と、前
記アライメント光学系の駆動部を備えてなること
を特徴とした露光装置。 2 画像処理・波長変換部に、マルチチヤンネル
プレートを含むことを特徴とした特許請求の範囲
第1項記載の露光装置。
[Scope of Claims] 1. In an optical exposure apparatus for manufacturing semiconductor devices including a reduction projection lens, a wafer stage, a reticle stage, and an excimer laser light source, a beam splitter is disposed between the optical path of the reticle stage and the reduction projection lens, In an optical path perpendicular to the exposure optical axis of the projection lens, an alignment lens, an alignment beam splitter, an image processing/wavelength conversion unit,
An exposure apparatus comprising: a camera section arranged in this order; an alignment optical system having an alignment ultraviolet light illumination section; and a drive section for the alignment optical system. 2. The exposure apparatus according to claim 1, wherein the image processing/wavelength conversion section includes a multi-channel plate.
JP61008228A 1986-01-17 1986-01-17 Exposure device Granted JPS62165917A (en)

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JP61008228A JPS62165917A (en) 1986-01-17 1986-01-17 Exposure device
US07/004,133 US4724466A (en) 1986-01-17 1987-01-16 Exposure apparatus
US07/104,041 US4805000A (en) 1986-01-17 1987-10-02 Exposure apparatus

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996037326A1 (en) * 1995-05-26 1996-11-28 Tetsuro Tagami Chuck for cutting tool

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996037326A1 (en) * 1995-05-26 1996-11-28 Tetsuro Tagami Chuck for cutting tool

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