JP2000323381A - Exposure method and device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、フォトリソグラフ
ィ技術を用いて例えば半導体素子、撮像素子、液晶表示
素子、プラズマディスプレイ若しくは薄膜磁気ヘッド、
又はフォトマスク（レチクル）等のデバイスを製造する
際にマスクパターンを基板上に転写する工程で使用され
る露光方法及び露光装置に関し、特に露光ビームとして
真空紫外域等のパルスレーザ光を使用する場合に使用し
て好適なものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, an image sensor, a liquid crystal display device, a plasma display or a thin film magnetic head using photolithography technology.
Also, the present invention relates to an exposure method and an exposure apparatus used in a process of transferring a mask pattern onto a substrate when manufacturing a device such as a photomask (reticle), particularly when a pulse laser beam such as a vacuum ultraviolet region is used as an exposure beam. It is suitable for use in
【０００２】[0002]
【従来の技術】例えば半導体素子等のデバイスを製造す
る際に、マスクとしてのレチクルのパターンの像を、投
影光学系を介して基板としてのレジストが塗布されたウ
エハ（又はガラスプレート等）上に転写するステッパー
型、又はステップ・アンド・スキャン方式等の投影露光
装置が使用されている。斯かる投影露光装置では、解像
度を高めるために露光波長の短波長化が行われており、
露光ビームとしての露光用の照明光（露光光）は従来主
流であった水銀ランプのｉ線（波長３６５ｎｍ）からＫ
ｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）に移行してお
り、最近ではＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎ
ｍ）やＦ2 レーザ光（波長１５７ｎｍ）を使用する投影
露光装置の開発も行われている。2. Description of the Related Art For example, when manufacturing a device such as a semiconductor device, an image of a reticle pattern as a mask is formed on a wafer (or a glass plate or the like) coated with a resist as a substrate via a projection optical system. A projection exposure apparatus of a stepper type for transferring or a step-and-scan method is used. In such a projection exposure apparatus, the exposure wavelength is shortened in order to increase the resolution,
Exposure illumination light (exposure light) as an exposure beam is converted from the i-line (wavelength 365 nm) of a mercury lamp, which has conventionally been mainstream, to
It has shifted to rF excimer laser light (wavelength 248 nm), and recently, ArF excimer laser light (wavelength 193 n)
m) and a projection exposure apparatus using F 2 laser light (wavelength: 157 nm) has also been developed.
【０００３】また、この種の投影露光装置では、例えば
組立調整時又は定期的に照明光学系や投影光学系の微調
整等を行う必要がある。このためには、例えば投影光学
系に調整用のレーザビーム等を通す必要がある。更に、
実際に露光工程で使用する際には、露光に先立ってレチ
クルとウエハとのアライメント（位置合わせ）を高精度
に行う必要がある。このためにはウエハ上の各ショット
領域に付設されているウエハマークの位置を高精度に計
測する必要があり、そのためのアライメントセンサとし
て、ＴＴＬ（Through The Lens）方式、及びレチクルと
投影光学系とを介してウエハマークを検出するＴＴＲ
（Through The Reticle)方式のように、投影光学系をア
ライメント光学系の一部として使用するセンサも使用さ
れている。In this type of projection exposure apparatus, fine adjustment of an illumination optical system and a projection optical system must be performed, for example, during assembly adjustment or periodically. For this purpose, for example, it is necessary to pass an adjustment laser beam or the like through the projection optical system. Furthermore,
When actually used in the exposure process, it is necessary to perform high-precision alignment (alignment) between the reticle and the wafer prior to exposure. For this purpose, it is necessary to measure the position of a wafer mark attached to each shot area on the wafer with high precision. For this purpose, a TTL (Through The Lens) method, a reticle and a projection optical system are used as alignment sensors. TTR to detect wafer mark through
As in the (Through The Reticle) method, a sensor using a projection optical system as a part of an alignment optical system is also used.
【０００４】これに関して、従来のように水銀ランプの
ｉ線を露光光とする投影露光装置において、投影光学系
を介して調整や計測を行う際には、調整や計測用の光束
としてＨｅ−Ｎｅレーザ光（波長６３３ｎｍ）が用いら
れていた。そのため、投影光学系は、ｉ線の波長とＨｅ
−Ｎｅレーザの波長との２波長に対してＡＲコーティン
グ（反射防止コーティング）を施す必要があった。これ
に対して、最近のようにＡｒＦエキシマレーザ光等の波
長が２００ｎｍ程度以下の真空紫外光を露光光とする場
合、高性能の２波長ＡＲコーティングが困難であるた
め、調整や計測用の光束としては露光光を分岐した光束
を利用していた。即ち、調整又は計測用の光源としては
露光光源そのものを利用していた。[0004] In this regard, in a conventional projection exposure apparatus using an i-line of a mercury lamp as exposure light, when adjustment or measurement is performed via a projection optical system, He-Ne is used as a light beam for adjustment or measurement. Laser light (wavelength 633 nm) was used. Therefore, the projection optical system uses the wavelength of i-line and He
It was necessary to apply an AR coating (anti-reflection coating) to two wavelengths, ie, the wavelength of the -Ne laser. On the other hand, when vacuum ultraviolet light having a wavelength of about 200 nm or less, such as ArF excimer laser light, is used as exposure light, it is difficult to perform high-performance two-wavelength AR coating. Used a light beam obtained by splitting exposure light. That is, the exposure light source itself was used as the light source for adjustment or measurement.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上記の如く露光光とし
てほぼ真空紫外域の例えばＡｒＦエキシマレーザ光（波
長１９３ｎｍ）を使用する場合、発振波長の狭帯化を行
った状態でもＡｒＦエキシマレーザ光の波長幅は、約
０．５ｐｍである。しかしながら、例えば投影光学系を
構成する所定の光学部材の光軸方向の位置調整用の光束
には、その露光光の波長幅よりも１／５程度以下の小さ
い波長幅が望まれている。As described above, when an ArF excimer laser beam (wavelength: 193 nm), which is substantially in a vacuum ultraviolet region, is used as the exposure light, the ArF excimer laser beam is emitted even when the oscillation wavelength is narrowed. The wavelength width is about 0.5 pm. However, for example, it is desired that a light beam for adjusting the position of a predetermined optical member constituting the projection optical system in the optical axis direction has a wavelength width smaller than that of the exposure light by about 1/5 or less.
【０００６】また、ＡｒＦエキシマレーザ光は、発振周
波数が１ｋＨｚ程度と小さいパルスレーザ光であるた
め、そのレーザ光を用いて調整、又はＴＴＬ方式やＴＴ
Ｒ方式のアライメント用の計測を行う場合、測定及び測
定結果の平均化に要する時間が長くなり、スループット
が低下するという不都合がある。更に、露光光と同軸に
無い部分の調整や計測を行う場合、露光光の光路に分岐
用の光学系を設ける必要があると共に、照明光学系に近
接して引き回し用の光学系を設ける必要があるため、照
明光学系の構成や配置に制約が生じるという不都合もあ
った。Further, since the ArF excimer laser light is a pulse laser light having an oscillation frequency as small as about 1 kHz, adjustment is performed using the laser light, or the TTL method or TT method is used.
When performing the measurement for the R-type alignment, there is an inconvenience that the time required for the measurement and the averaging of the measurement results is long, and the throughput is reduced. Furthermore, when performing adjustment or measurement of a portion that is not coaxial with the exposure light, it is necessary to provide a branching optical system in the optical path of the exposure light, and to provide a routing optical system close to the illumination optical system. For this reason, there is an inconvenience that the configuration and arrangement of the illumination optical system are restricted.
【０００７】本発明は斯かる点に鑑み、露光ビームとし
てほぼ真空紫外域程度の短波長の光を使用する場合で
も、照明光学系の構成にあまり影響を与えることなく、
所定の光学系の調整等を高精度に行うことができる露光
方法及び露光装置を提供することを第１の目的とする。
更に本発明は、露光ビームとしてパルス光を使用する場
合でも、投影光学系等を介して高速に所定の計測等を行
うことができる露光方法及び露光装置を提供することを
第２の目的とする。[0007] In view of the above, the present invention does not significantly affect the configuration of the illumination optical system even when light having a short wavelength of about the vacuum ultraviolet region is used as the exposure beam.
It is a first object of the present invention to provide an exposure method and an exposure apparatus capable of adjusting a predetermined optical system with high accuracy.
A second object of the present invention is to provide an exposure method and an exposure apparatus capable of performing a predetermined measurement or the like at high speed via a projection optical system or the like even when pulsed light is used as an exposure beam. .
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明による露光方法
は、露光光源（１）からの露光ビームでマスク（Ｒ）を
照明し、そのマスクのパターンを基板（Ｗ）上に転写す
る露光方法において、その露光光源とは別に、その露光
ビームと実質的に同一波長の実質的に連続光よりなる照
明光を発生する一つ又は複数個の計測用光源（３０）を
備え、この計測用光源からの照明光を用いて所定の計測
を行うものである。According to the present invention, there is provided an exposure method for illuminating a mask (R) with an exposure beam from an exposure light source (1) and transferring a pattern of the mask onto a substrate (W). And one or more measurement light sources (30) for generating illumination light consisting of substantially continuous light having substantially the same wavelength as the exposure beam, separately from the exposure light source. The predetermined measurement is performed by using the illumination light of (1).
【０００９】斯かる本発明によれば、一例としてその露
光ビームとして比較的波長幅の広い真空紫外光が使用さ
れているものとすると、その計測用光源からの照明光と
してその露光ビームと中心波長がほぼ同じで、かつ例え
ばその露光ビームよりも波長幅の狭い光を使用する。そ
して、そのマスクのパターンを転写するために投影光学
系が使用されている場合、例えばその照明光をその投影
光学系に通すことによって、その照明光学系の構成を殆
ど複雑化することなく、その投影光学系の収差等を高精
度に計測できる。この計測結果に基づいてその投影光学
系の調整を高精度に行うことができる。According to the present invention, as an example, assuming that vacuum ultraviolet light having a relatively wide wavelength width is used as the exposure beam, the exposure beam and the center wavelength are used as illumination light from the measurement light source. And light having a wavelength width smaller than that of the exposure beam is used. When the projection optical system is used to transfer the pattern of the mask, for example, by passing the illumination light through the projection optical system, the configuration of the illumination optical system is hardly complicated. Aberrations and the like of the projection optical system can be measured with high accuracy. The adjustment of the projection optical system can be performed with high accuracy based on the measurement result.
【００１０】また、別の例としてその露光ビームとして
パルス光が使用されている場合、その計測用光源からの
照明光としてその露光ビームと中心波長がほぼ同じで、
かつ連続光、又は非常に発振周波数が高く連続光に近い
光を使用する。そして、投影光学系が使用されている場
合には、その投影光学系を介してその基板上のマークに
その照明光を照射することによって、実質的に連続光を
用いて高速にそのマークの位置を検出でき、この検出結
果を用いて高精度にその基板のアライメントを行うこと
ができる。As another example, when pulsed light is used as the exposure beam, the illumination light from the measurement light source has substantially the same center wavelength as the exposure beam.
In addition, continuous light or light having a very high oscillation frequency and close to continuous light is used. When a projection optical system is used, the mark on the substrate is illuminated with the illumination light through the projection optical system. Can be detected, and the alignment of the substrate can be performed with high accuracy using the detection result.
【００１１】次に、本発明による露光装置は、露光ビー
ムを発生する露光光源（１）と、この露光光源からの露
光ビームでマスク（Ｒ）を照明する照明光学系（２〜１
０）とを備え、その露光ビームのもとでそのマスクのパ
ターンを基板（Ｗ）上に転写する露光装置において、そ
の露光光源とは別に、その露光ビームと実質的に同一波
長の実質的に連続光よりなる照明光を発生する一つ又は
複数個の計測用光源（３０）を備え、この計測用光源か
らの照明光を用いて所定の計測を行うものである。この
露光装置によって本発明の露光方法が実施できる。Next, an exposure apparatus according to the present invention comprises an exposure light source (1) for generating an exposure beam and an illumination optical system (2 to 1) for illuminating a mask (R) with an exposure beam from the exposure light source.
0), wherein the pattern of the mask is transferred onto the substrate (W) under the exposure beam, independently of the exposure light source, substantially the same wavelength as the exposure beam. One or a plurality of measurement light sources (30) for generating illumination light composed of continuous light are provided, and a predetermined measurement is performed using the illumination light from the measurement light source. With this exposure apparatus, the exposure method of the present invention can be performed.
【００１２】この場合、その計測用光源は、その露光ビ
ームより長い波長の照明光を発生する光源と、入射する
光束の高調波を発生するＳＢＢＯ（Ｓｒ2 Ｂｅ2 Ｂ2 Ｏ
7)よりなる非線形光学結晶と、を含むことが望ましい。
ＳＢＢＯを使用することによって、真空紫外域の照明光
であっても高い効率で発生することができる。また、そ
の露光ビームの波長は一例として実質的に１９３ｎｍ
（ＡｒＦエキシマレーザ光）又は１５７ｎｍ（Ｆ2 レー
ザ光）であり、その計測用光源から射出される照明光の
波長幅はその露光ビームの波長幅よりも狭いことが望ま
しい。これによって、ＡｒＦエキシマレーザ光やＦ2 レ
ーザ光の真空紫外パルス光を露光ビームとして使用する
場合であっても、光学系の調整やアライメント等を高速
に行うことができる。In this case, the measuring light source includes a light source that generates illumination light having a wavelength longer than the exposure beam and an SBBO (Sr 2 Be 2 B 2 O) that generates harmonics of the incident light beam.
And 7 ) a nonlinear optical crystal.
By using SBBO, illumination light in the vacuum ultraviolet region can be generated with high efficiency. The wavelength of the exposure beam is substantially 193 nm as an example.
(ArF excimer laser light) or 157 nm (F 2 laser light), and the wavelength width of the illumination light emitted from the measurement light source is desirably narrower than the wavelength width of the exposure beam. Thereby, even when the vacuum ultraviolet pulse light of the ArF excimer laser light or the F 2 laser light is used as the exposure beam, the adjustment of the optical system and the alignment can be performed at high speed.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
につき図１〜図６を参照して説明する。本例は、ＴＴＲ
（Through The Reticle)方式のアライメントセンサを備
えた投影露光装置に本発明を適用したものである。図１
は本例の投影露光装置を示す概略構成図であり、この図
１において、露光光源１としてＡｒＦエキシマレーザ光
源が使用され、露光時に露光光源１から射出された中心
波長が１９３ｎｍ程度で波長幅が０．５ｐｍ程度のパル
スレーザ光よりなる露光光ＩＬ１は、ミラー２で反射さ
れた後、光軸のずれ等を補正するための不図示のビーム
マッチングユニット（ＢＭＵ）を経てミラー３に向か
う。そして、ミラー３で反射された露光光ＩＬ１は、不
図示のビーム整形光学系及び光量調整用のＮＤフィルタ
を経て、照度分布均一化用のオプティカル・インテグレ
ータ（ホモジナイザー）としてのフライアイレンズ４に
入射する。なお、露光光源１としては、ＹＡＧレーザの
高調波発生装置等を使用してもよい。また、露光光ＩＬ
１としてＦ2 レーザ光（波長１５７ｎｍ）やＡｒ2 レー
ザ光（波長１２６ｎｍ）等を使用する場合にも本発明が
適用される。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This example uses the TTR
The present invention is applied to a projection exposure apparatus provided with a (Through The Reticle) type alignment sensor. FIG.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a projection exposure apparatus of the present example. In FIG. 1, an ArF excimer laser light source is used as an exposure light source 1, and a central wavelength emitted from the exposure light source 1 at the time of exposure is about 193 nm and a wavelength width is about 193 nm. The exposure light IL1 composed of a pulse laser beam of about 0.5 pm is reflected by the mirror 2, and then travels to the mirror 3 via a beam matching unit (BMU) (not shown) for correcting a shift of the optical axis and the like. The exposure light IL1 reflected by the mirror 3 passes through a beam shaping optical system (not shown) and an ND filter for adjusting the amount of light, and then enters a fly-eye lens 4 as an optical integrator (homogenizer) for uniformizing the illuminance distribution. I do. Note that, as the exposure light source 1, a harmonic generator of a YAG laser or the like may be used. Also, the exposure light IL
The present invention is applicable to the case of using the F 2 laser beam (wavelength 157 nm) or Ar 2 laser light (wavelength 126 nm) or the like as one.
【００１４】フライアイレンズ４の射出面には照明系開
口絞り５が配置され、フライアイレンズ４から射出され
て開口絞り５を通過した露光光ＩＬ１は、リレーレンズ
６、レチクルブラインド（可変視野絞り）７、リレーレ
ンズ８、ミラー９及びコンデンサレンズ１０を経てレチ
クルＲのパターン面（下面）のパターン領域を照明す
る。レチクルＲのパターン面とレチクルブラインド７の
配置面とは共役であり、レチクルブラインド７によって
そのパターン領域中の照明領域が規定されている。ミラ
ー２，３，９、フライアイレンズ４、開口絞り５、リレ
ーレンズ６，８、レチクルブラインド７、及びコンデン
サレンズ１０より照明光学系が構成されている。An illumination system aperture stop 5 is disposed on the exit surface of the fly-eye lens 4. Exposure light IL1 emitted from the fly-eye lens 4 and passing through the aperture stop 5 is transmitted through a relay lens 6, a reticle blind (variable field stop). And (7) illuminate the pattern area on the pattern surface (lower surface) of the reticle R via the relay lens 8, the mirror 9, and the condenser lens 10. The pattern surface of reticle R and the arrangement surface of reticle blind 7 are conjugate, and reticle blind 7 defines an illumination area in the pattern area. An illumination optical system includes the mirrors 2, 3, 9, fly-eye lens 4, aperture stop 5, relay lenses 6 and 8, reticle blind 7, and condenser lens 10.
【００１５】レチクルＲを透過した露光光ＩＬ１は、投
影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に、レチクルＲ上の照
明領域内のパターンを投影倍率β（βは１／４，１／５
等）で縮小した像を形成する。ウエハ（wafer)Ｗは例え
ばシリコン等の半導体又はＳＯＩ(silicon on insulato
r)等の円板状の基板であり、その上にフォトレジストが
塗布されている。以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平
行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図１の紙面に平
行にＸ軸を取り、図１の紙面に垂直にＹ軸を取って説明
する。この場合、レチクルＲ上の照明領域は、Ｘ方向に
細長いスリット状であり、本例のレチクルＲ及びウエハ
Ｗは露光時に投影倍率βを速度比としてＹ方向に同期し
て走査される。The exposure light IL1 transmitted through the reticle R is projected onto the wafer W via the projection optical system PL onto the pattern in the illumination area on the reticle R by a projection magnification β (β is 1/4, 1/5).
Etc.) to form a reduced image. The wafer W is, for example, a semiconductor such as silicon or SOI (silicon on insulator).
A disk-shaped substrate such as r), on which a photoresist is applied. Hereinafter, the Z axis is taken parallel to the optical axis AX of the projection optical system PL, the X axis is taken parallel to the plane of FIG. 1 in a plane perpendicular to the Z axis, and the Y axis is taken perpendicular to the plane of FIG. explain. In this case, the illumination area on the reticle R has a slit shape elongated in the X direction, and the reticle R and the wafer W in this example are scanned synchronously in the Y direction at the time of exposure with the projection magnification β as the speed ratio.
【００１６】このとき、レチクルＲは、レチクルステー
ジ１１上に保持され、レチクルステージ１１はレチクル
ベース１２上でレチクルＲをＹ方向に連続移動し、Ｘ方
向、Ｙ方向及び回転方向に微動してレチクルＲの同期誤
差を補正する。レチクルステージ１１の２次元的な位置
はレチクルステージ駆動系１４内のレーザ干渉計によっ
て計測され、この計測値及び装置全体の動作を統轄制御
する主制御系１３からの制御情報に基づいて、レチクル
ステージ駆動系１４はレチクルステージ１１の動作を制
御する。At this time, the reticle R is held on the reticle stage 11, and the reticle stage 11 continuously moves the reticle R on the reticle base 12 in the Y direction, and finely moves in the X direction, the Y direction, and the rotation direction. Correct the synchronization error of R. The two-dimensional position of the reticle stage 11 is measured by a laser interferometer in a reticle stage drive system 14, and based on the measured values and control information from a main control system 13 that controls the overall operation of the apparatus, the reticle stage 11 is controlled. The drive system 14 controls the operation of the reticle stage 11.
【００１７】一方、ウエハＷは不図示のウエハホルダを
介してウエハステージ１５上に保持され、ウエハステー
ジ１５はウエハベース１６上でウエハＷをＹ方向に連続
移動すると共に、必要に応じてウエハＷをＸ方向、Ｙ方
向にステップ移動する。ウエハステージ１５の２次元的
な位置もウエハステージ駆動系１７内のレーザ干渉計に
よって計測され、この計測値及び主制御系１３からの制
御情報に基づいて、ウエハステージ駆動系１７はウエハ
ステージ１５の動作を制御する。また、不図示のオート
フォーカスセンサによって計測されるウエハＷ上の複数
の計測点でのフォーカス位置（光軸ＡＸ方向の位置）の
情報に基づいて、ウエハステージ１５はオートフォーカ
ス方式で露光中は継続してウエハＷの表面を投影光学系
ＰＬの像面に合わせ込む。On the other hand, the wafer W is held on a wafer stage 15 via a wafer holder (not shown), and the wafer stage 15 continuously moves the wafer W on the wafer base 16 in the Y direction. The step moves in the X and Y directions. The two-dimensional position of the wafer stage 15 is also measured by a laser interferometer in the wafer stage drive system 17, and based on the measured values and control information from the main control system 13, the wafer stage drive system 17 Control behavior. Further, based on information on the focus positions (positions in the optical axis AX direction) at a plurality of measurement points on the wafer W measured by an auto focus sensor (not shown), the wafer stage 15 is continuously operated during the exposure by the auto focus method. Then, the surface of the wafer W is adjusted to the image plane of the projection optical system PL.
【００１８】露光時には、ウエハＷ上の一つのショット
領域への露光が終わると、ウエハステージ１５のステッ
プ移動によって次のショット領域が走査開始位置に移動
した後、レチクルステージ１１及びウエハステージ１５
を投影光学系ＰＬの投影倍率βを速度比としてＹ方向に
同期走査する。即ち、レチクルＲとウエハＷ上の当該シ
ョット領域との結像関係を保った状態でそれらを走査す
るという動作がステップ・アンド・スキャン方式で繰り
返されて、ウエハＷ上の各ショット領域に順次レチクル
Ｒ上のパターン像が逐次転写される。At the time of exposure, when the exposure of one shot area on the wafer W is completed, the next shot area is moved to the scanning start position by the step movement of the wafer stage 15, and then the reticle stage 11 and the wafer stage 15 are moved.
Are synchronously scanned in the Y direction using the projection magnification β of the projection optical system PL as the speed ratio. That is, the operation of scanning the reticle R and the shot area on the wafer W while maintaining the imaging relationship between the reticle R and the reticle R is repeated in a step-and-scan manner, and the reticle is sequentially moved to each shot area on the wafer W. The pattern images on R are sequentially transferred.
【００１９】さて、このような露光（重ね合わせ露光）
に先立って、レチクルＲ上の転写すべき原版パターンの
位置と、ウエハＷの各ショット領域に既に形成されてい
る回路パターンの位置とをそれぞれ計測し、この計測結
果に基づいてレチクルＲとウエハＷとのアライメントを
高精度に行う必要がある。そのため、図２（ａ）に示す
ように、レチクルＲのパターン面の原版パターン２１の
近傍にＸ方向に所定ピッチで形成された回折格子状のＸ
軸のレチクルマーク２３Ｘ、及びＹ方向に所定ピッチで
形成された回折格子状のＹ軸のレチクルマーク２３Ｙが
形成されている。更に、レチクルＲ上でレチクルマーク
２３Ｘ，２３Ｙの非計測方向に近接して、照明光をウエ
ハ側に通過させるための窓部２２Ｘ，２２Ｙが形成され
ている。また、それらのレチクルマークに対応してウエ
ハＷ上の各ショット領域にもそれぞれウエハマークが付
設されている。Now, such exposure (overlay exposure)
Prior to this, the position of the original pattern to be transferred on the reticle R and the position of the circuit pattern already formed in each shot area of the wafer W are measured, and the reticle R and the wafer W are measured based on the measurement results. Alignment must be performed with high accuracy. Therefore, as shown in FIG. 2A, a diffraction grating X is formed at a predetermined pitch in the X direction near the original pattern 21 on the pattern surface of the reticle R.
An axis reticle mark 23X and a Y-axis reticle mark 23Y in the form of a diffraction grating formed at a predetermined pitch in the Y direction are formed. Further, windows 22X and 22Y for passing illumination light to the wafer side are formed near the non-measuring direction of reticle marks 23X and 23Y on reticle R. In addition, each shot area on the wafer W is also provided with a wafer mark corresponding to the reticle mark.
【００２０】図２（ｂ）はウエハＷ上のウエハマークの
一例を示し、この図２（ｂ）において、ウエハＷ上には
Ｘ方向及びＹ方向に所定ピッチで多数のショット領域２
４が形成され、各ショット領域２４内にはそれまでの工
程によって所定の回路パターンが形成されている。ま
た、ショット領域２４を囲むストリートライン領域内に
Ｘ方向に所定ピッチの回折格子状のＸ軸のウエハマーク
２５Ｘ、及びこれを９０°回転した形状のＹ軸のウエハ
マーク２５Ｙが形成されている。FIG. 2B shows an example of a wafer mark on the wafer W. In FIG. 2B, a large number of shot areas 2 are formed on the wafer W at a predetermined pitch in the X and Y directions.
4 are formed, and a predetermined circuit pattern is formed in each shot region 24 by the steps up to that point. In the street line area surrounding the shot area 24, a diffraction grating X-axis wafer mark 25X having a predetermined pitch in the X direction and a Y-axis wafer mark 25Y obtained by rotating the wafer mark 25Y by 90 ° are formed.
【００２１】この場合、図１において、レチクルＲの原
版パターン２１の投影光学系ＰＬによる投影像に対して
ウエハＷのショット領域２４を位置合わせした状態で、
レチクルＲの窓部２２Ｘ及び２２Ｙとショット領域２４
に付設されたウエハマーク２５Ｘ，２５Ｙとがほぼ共役
の位置関係となるように設定されている。また、ウエハ
ステージ１５上には不図示であるが、ウエハマーク２５
Ｘ，２５Ｙに対応する基準マークが形成された基準マー
ク部材が固定されている。In this case, in FIG. 1, the shot area 24 of the wafer W is aligned with the projected image of the original pattern 21 of the reticle R by the projection optical system PL.
Windows 22X and 22Y of reticle R and shot area 24
Are set so as to be substantially conjugated with the wafer marks 25X and 25Y attached thereto. Although not shown on the wafer stage 15, the wafer mark 25
A reference mark member on which reference marks corresponding to X and 25Y are formed is fixed.
【００２２】また、本例の投影露光装置には、レチクル
マークとウエハマークとの位置関係を計測するためのＴ
ＴＲ（Through The Reticle)方式でＬＩＡ（Laser Inte
rferometric Alignment)方式のアライメントセンサ２６
が備えられている。ＬＩＡ方式のセンサは、例えば K.
Ota, et al.:"New Alignment Sensors for Wafer Stepp
er" Proc. of SPIE Vol.1463(1991)で開示されているよ
うに、被検マークに対して同一周波数（ホモダイン方
式）の又は僅かに周波数が異なる（ヘテロダイン方式）
１対の可干渉な光ビームを照射し、その被検マークから
平行に戻される１対の回折光よりなる干渉光を受光し、
その干渉光の位相よりその被検マークの位置を検出する
ものである。なお、アライメントセンサ２６はＸ軸用で
あり、これと並列にＹ軸用のアライメントセンサ（図示
省略）も配置されている。The projection exposure apparatus of this embodiment has a T for measuring the positional relationship between the reticle mark and the wafer mark.
LIA (Laser Integer) by TR (Through The Reticle) method
rferometric Alignment) type alignment sensor 26
Is provided. LIA type sensors are, for example, K.
Ota, et al.:"New Alignment Sensors for Wafer Stepp
er "Proc. of SPIE Vol.1463 (1991), the test mark has the same frequency (homodyne method) or slightly different frequency (heterodyne method) with respect to the test mark.
Irradiating a pair of coherent light beams and receiving an interference light composed of a pair of diffracted lights returned parallel from the test mark;
The position of the test mark is detected from the phase of the interference light. The alignment sensor 26 is for the X-axis, and an alignment sensor (not shown) for the Y-axis is arranged in parallel with the X-axis.
【００２３】また、上記のウエハマーク２５Ｘ，２５Ｙ
はファインアライメント用のマークであり、ウエハＷ上
にはサーチアライメント用のマーク（図示省略）も形成
されている。そして、このマークの位置を不図示のサー
チアライメント用のセンサで検出した結果に基づいて、
ウエハＷ上のショット配列（ウエハマーク２５Ｘ，２５
Ｙの位置）が大まかに検出されている。この結果に基づ
いてファインアライメントを行う際に、レチクルＲの原
版パターン２１の像に対してウエハＷ上の露光対象のシ
ョット領域２４が大まかに位置合わせされ、レチクルＲ
の窓部２２Ｘ，２２Ｙの像に対してウエハマーク２５
Ｘ，２５Ｙがほぼ重なるように位置合わせされる。以下
のアライメントセンサ２６の説明は、このように大まか
にアライメントが行われた状態での説明である。なお、
本例の投影露光装置は走査露光型であり、例えばＸ軸及
びＹ軸のレチクルマーク２３Ｘ，２３Ｙの像を同時には
投影光学系ＰＬを介してウエハステージ１５側に投影で
きない、即ちウエハマーク２５Ｘ，２５Ｙの像を同時に
はレチクルＲ側に投影できないときには、レチクルステ
ージ１１及びウエハステージ１５を駆動してレチクルマ
ーク２３Ｘ，２３Ｙの一方とウエハマーク２５Ｘ，２５
Ｙの一方との位置ずれ量を順次計測するようにしてもよ
い。The above-mentioned wafer marks 25X, 25Y
Is a mark for fine alignment, and a mark for search alignment (not shown) is also formed on the wafer W. Then, based on the result of detecting the position of this mark with a search alignment sensor (not shown),
Shot arrangement on wafer W (wafer marks 25X, 25
Y position) is roughly detected. When performing fine alignment based on this result, the shot area 24 to be exposed on the wafer W is roughly aligned with the image of the original pattern 21 of the reticle R, and the reticle R
Marks on the windows 22X and 22Y of the wafer mark 25
The positions are adjusted so that X and 25Y substantially overlap. The following description of the alignment sensor 26 is in a state where alignment is roughly performed as described above. In addition,
The projection exposure apparatus of the present embodiment is of a scanning exposure type. For example, images of the reticle marks 23X and 23Y of the X axis and the Y axis cannot be simultaneously projected on the wafer stage 15 side via the projection optical system PL, that is, the wafer marks 25X, When the image of 25Y cannot be simultaneously projected on the reticle R side, the reticle stage 11 and the wafer stage 15 are driven to drive one of the reticle marks 23X, 23Y and the wafer marks 25X, 25X.
You may make it measure the positional shift amount with respect to one of Y sequentially.
【００２４】本例のアライメントセンサ２６において、
露光光源１０とは別に、露光ビームとしての露光光ＩＬ
１と中心波長がほぼ等しく、かつ露光光ＩＬ１よりも波
長幅の狭い照明光ＩＬ２を発生する光源３０が設けられ
ている。本例の露光光ＩＬ１は中心波長が１９３ｎｍ程
度で波長幅が０．５ｐｍ程度のパルス光であるため、照
明光ＩＬ２は中心波長が１９３ｎｍ程度で波長幅が０．
１ｐｍ程度の連続光である。また、照明光ＩＬ２は可干
渉性を有する。なお、本例のように照明光ＩＬ２をアラ
イメントに使用する場合には、必ずしも波長幅を露光光
ＩＬ１より狭くする必要は無い。また、ＬＩＡ方式で
は、被検マークから発生する２つの回折光の光路長の差
を短くできるため、波長幅が或る程度広くとも、十分な
可干渉性が得られる。In the alignment sensor 26 of this embodiment,
Exposure light IL as an exposure beam separately from the exposure light source 10
A light source 30 is provided which generates illumination light IL2 having a center wavelength substantially equal to 1 and a wavelength width smaller than that of the exposure light IL1. Since the exposure light IL1 of this example is a pulse light having a center wavelength of about 193 nm and a wavelength width of about 0.5 pm, the illumination light IL2 has a center wavelength of about 193 nm and a wavelength width of 0.1 mm.
It is continuous light of about 1 pm. The illumination light IL2 has coherence. When the illumination light IL2 is used for alignment as in this example, it is not always necessary to make the wavelength width narrower than the exposure light IL1. Further, in the LIA method, since the difference between the optical path lengths of two diffracted lights generated from the test mark can be reduced, sufficient coherence can be obtained even if the wavelength width is somewhat wide.
【００２５】光源３０から射出された照明光ＩＬ２は、
ビームスプリッタ３１によって第１の光ビーム３４Ａ及
び第２の光ビーム３４Ｂに分割され、第１の光ビーム３
４Ａはミラー３２を経て第１光変調器３３Ａに入射し、
第２の光ビーム３４Ｂは第２光変調器３３Ｂに入射す
る。光変調器３３Ａ及び３３Ｂはそれぞれ音響光学素子
（ＡＯＭ）を含み、入射する光ビームの周波数を互いに
僅かに異なるように変調する。これによって光変調器３
３Ａ及び３３Ｂからそれぞれ射出される光ビーム３４Ａ
及び３４Ｂの周波数は、Δｆ（例えば数１０ｋＨｚ）だ
け異なっている。光変調器３３Ａ，３３Ｂから射出され
た光ビーム３４Ａ，３４Ｂは、ミラー３５で反射されて
レンズ３６で集光された後、コンデンサレンズ１０とレ
チクルＲとの間で露光光ＩＬ１の光路に近接して斜めに
配置されたミラー３７で反射されて、レチクルＲのレチ
クルマーク２３Ｘに隣接した窓部２２Ｘ（図２（ａ）参
照）で対称に所定の交差角で交差して、窓部２２Ｘを透
過する。The illumination light IL2 emitted from the light source 30 is
The first light beam 34A is split into a first light beam 34A and a second light beam 34B by the beam splitter 31.
4A enters the first optical modulator 33A via the mirror 32,
The second light beam 34B enters the second light modulator 33B. Each of the light modulators 33A and 33B includes an acousto-optic device (AOM), and modulates the frequency of an incident light beam so as to be slightly different from each other. Thereby, the optical modulator 3
Light beams 34A respectively emitted from 3A and 33B
And 34B differ by Δf (eg, tens of kHz). The light beams 34A and 34B emitted from the light modulators 33A and 33B are reflected by the mirror 35 and condensed by the lens 36, and then approach the optical path of the exposure light IL1 between the condenser lens 10 and the reticle R. The light is reflected by the mirror 37 disposed obliquely and crosses the window 22X (see FIG. 2A) adjacent to the reticle mark 23X of the reticle R symmetrically at a predetermined intersection angle and transmits through the window 22X. I do.
【００２６】光ビーム３４Ａ，３４Ｂの波長は露光光Ｉ
Ｌ１の波長と実質的に等しいため、光ビーム３４Ａ，３
４Ｂのもとで投影光学系ＰＬに関してレチクルＲのパタ
ーン面とウエハＷの表面とは共役である。従って、窓部
２２Ｘを透過した光ビーム３４Ａ，３４Ｂは投影光学系
ＰＬを介して、ウエハＷのウエハマーク２５Ｘ上で再び
対称に交差する。その交差角は、ウエハマーク２５Ｘか
らほぼ垂直上方に１次回折光が発生するように設定され
ている。The wavelength of the light beams 34A and 34B is the exposure light I
The light beams 34A and 3A are substantially equal to the wavelength of L1.
Under 4B, with respect to the projection optical system PL, the pattern surface of the reticle R and the surface of the wafer W are conjugate. Therefore, the light beams 34A and 34B transmitted through the window 22X cross again symmetrically on the wafer mark 25X of the wafer W via the projection optical system PL. The crossing angle is set so that first-order diffracted light is generated substantially vertically above the wafer mark 25X.
【００２７】図３は、ウエハマーク２５Ｘを示す拡大図
であり、この図３において、ウエハマーク２５Ｘに交差
するように光ビーム３４Ａ，３４Ｂが入射しており、ウ
エハマーク２５Ｘからほぼ垂直上方に平行に光ビーム３
４Ａの＋１次回折光３４Ａ１と、光ビーム３４Ｂの−１
次回折光３４Ｂ１とが発生する。＋１次回折光３４Ａ１
と−１次回折光３４Ｂ１とは互いに周波数がΔｆだけ異
なる可干渉な光ビームであるため、±１次回折光３４Ａ
１，３４Ｂ１は干渉光（ヘテロダインビーム）４１とな
る。FIG. 3 is an enlarged view showing the wafer mark 25X. In FIG. 3, light beams 34A and 34B are incident so as to intersect with the wafer mark 25X, and are parallel to the wafer mark 25X almost vertically upward. Light beam 3
+ A first order diffracted light 34A1 of 4A and -1 of light beam 34B
Next-order diffracted light 34B1 is generated. + 1st-order diffracted light 34A1
And the -1st-order diffracted light 34B1 are coherent light beams whose frequencies differ from each other by Δf, so that the ± 1st-order diffracted light 34A
1, 34B1 becomes the interference light (heterodyne beam) 41.
【００２８】図１に戻り、干渉光４１は投影光学系ＰＬ
を経てレチクルＲの窓部２２Ｘを透過した後、ミラー３
７、レンズ３６を経てミラー３８で反射されて光電検出
器３９Ｗで受光される。光電検出器３９Ｗにおいて干渉
光４１を光電変換して得られる周波数Δｆのウエハビー
ト信号ＳＷが、主制御系１３内のアライメント信号処理
部に供給される。アライメントセンサ２６内には不図示
であるが、レチクルＲ上のレチクルマーク２３Ｘに対し
て周波数の異なる２光束を所定の交差角で照射する光学
系も組み込まれており、レチクルマーク２３Ｘで上方に
発生した１対の回折光よりなる干渉光（図示省略）も、
ミラー３７、レンズ３６、ミラー３８を経て光電検出器
４０Ｒで受光される。光電検出器４０Ｒでレチクルマー
ク２３Ｘからの干渉光を光電変換して得られる周波数Δ
ｆのレチクルビート信号ＳＲもそのアライメント信号処
理部に供給され、このアライメント信号処理部では一例
としてウエハビート信号ＳＷとレチクルビート信号ＳＲ
との位相差より、ウエハマーク２５ＸのレチクルＲ上へ
の像とレチクルマーク２３ＸとのＸ方向の位置ずれ量Δ
Ｘ１を求める。Returning to FIG. 1, the interference light 41 is transmitted to the projection optical system PL.
Through the window 22X of the reticle R through the mirror 3
7. The light is reflected by the mirror 38 via the lens 36 and received by the photoelectric detector 39W. A wafer beat signal SW having a frequency Δf obtained by photoelectrically converting the interference light 41 in the photoelectric detector 39W is supplied to an alignment signal processing unit in the main control system 13. Although not shown, the alignment sensor 26 also incorporates an optical system for irradiating the reticle mark 23X on the reticle R with two luminous fluxes having different frequencies at a predetermined crossing angle, and is generated upward by the reticle mark 23X. The interference light (not shown) composed of the pair of diffracted lights is also
The light is received by the photoelectric detector 40R via the mirror 37, the lens 36, and the mirror 38. Frequency Δ obtained by photoelectrically converting interference light from reticle mark 23X by photoelectric detector 40R.
The reticle beat signal SR is also supplied to the alignment signal processing unit, and the alignment signal processing unit exemplifies the wafer beat signal SW and the reticle beat signal SR as an example.
From the phase difference between the reticle mark 23X and the image of the wafer mark 25X on the reticle R in the X direction.
Find X1.
【００２９】同様に不図示のＹ軸のアライメントセンサ
からの２つのビート信号をそのアライメント信号処理部
で処理することによって、Ｙ軸のウエハマーク２５Ｙの
像とレチクルマーク２３ＹとのＹ方向への位置ずれ量Δ
Ｙ１が求められる。そして、例えばダイ・バイ・ダイ方
式で露光を行う場合には、主制御系１３は検出された位
置ずれ量（ΔＸ１，ΔＹ１）が所定の目標値になるよう
にレチクルステージ１１とウエハステージ１５との位置
合わせを行った後、レチクルステージ１１及びウエハス
テージ１５をそれぞれ走査開始位置に移動させて走査露
光を行なう。また、例えばエンハンスト・グローバル・
アライメント（ＥＧＡ）方式でアライメントを行うこと
も可能であり、この場合にはウエハＷ上から選択された
複数個のショット領域についてそれぞれレチクルＲとの
位置ずれ量（ΔＸｉ，ΔＹｉ）（ｉ＝１，２，…）が計
測され、この計測値を統計処理することによってウエハ
Ｗ上の全部のショット領域の配列座標が算出される。Similarly, the two beat signals from the Y-axis alignment sensor (not shown) are processed by the alignment signal processing section to thereby position the image of the Y-axis wafer mark 25Y and the reticle mark 23Y in the Y direction. Deviation Δ
Y1 is determined. For example, when performing exposure by a die-by-die method, the main control system 13 controls the reticle stage 11 and the wafer stage 15 so that the detected positional deviation amounts (ΔX1, ΔY1) become predetermined target values. Is performed, the reticle stage 11 and the wafer stage 15 are respectively moved to the scanning start position to perform scanning exposure. Also, for example, Enhanced Global
It is also possible to perform alignment by an alignment (EGA) method. In this case, for a plurality of shot regions selected from the wafer W, the positional deviation amounts (ΔXi, ΔYi) with respect to the reticle R (i = 1, i = 1) 2,...) Are measured, and the arrangement coordinates of all the shot areas on the wafer W are calculated by statistically processing the measured values.
【００３０】この際に、本例の光ビーム３４Ａ，３４
Ｂ、即ち照明光ＩＬ２は、露光光ＩＬ１と同じ波長であ
るため、アライメントセンサ２６及び投影光学系ＰＬに
色収差補正用の光学系を設けることなく、レチクルマー
ク２３Ｘ，２３Ｙとウエハマーク２５Ｘ，２５Ｙとの位
置ずれ量を直接検出することができる。また、本例の照
明光ＩＬ２は連続光であるため、ウエハビート信号ＳＷ
及びレチクルビート信号ＳＲの位相を極めて短時間に検
出でき、アライメントに要する時間を短縮することがで
きる。At this time, the light beams 34A, 34 of this embodiment
B, that is, the illumination light IL2 has the same wavelength as the exposure light IL1, so that the reticle marks 23X and 23Y and the wafer marks 25X and 25Y can be used without providing an optical system for correcting chromatic aberration in the alignment sensor 26 and the projection optical system PL. Can be directly detected. Further, since the illumination light IL2 of this example is continuous light, the wafer beat signal SW
In addition, the phase of reticle beat signal SR can be detected in a very short time, and the time required for alignment can be reduced.
【００３１】更に、例えばレチクルマーク２３Ｙ及びウ
エハマーク２５Ｙに対向するようにそれぞれＹ軸のレチ
クルマーク及びウエハマークを設けておき、これらのマ
ークのＹ方向の位置ずれ量ΔＹ２をも計測するようにし
てもよい。そして、Ｙ方向の２つの位置ずれ量ΔＹ１，
ΔＹ２より算出される回転誤差をも補正することによっ
て、レチクルＲとショット領域２４との回転誤差を補正
することができる。Further, for example, a reticle mark and a wafer mark of the Y-axis are provided so as to face the reticle mark 23Y and the wafer mark 25Y, respectively, and the displacement amount ΔY2 of these marks in the Y direction is measured. Is also good. Then, two displacement amounts ΔY1,
By correcting the rotation error calculated from ΔY2, the rotation error between the reticle R and the shot area 24 can be corrected.
【００３２】次に、アライメントセンサ２６に使用され
ている波長１９３ｎｍ（ＡｒＦエキシマレーザ光）用の
光源３０の構成例につき説明する。図４は、光源３０の
第１の構成例を示し、この図４の光源３０は、波長可変
固体レーザ光発生装置とその光高調波変換装置とを備え
ている。本例では波長可変固体レーザ結晶５１としてＣ
ｒ：ＬｉＣＡＦ（Ｃｒ：ＬｉＣａＡｌＦ6)を使用する。
そして、波長６７０ｎｍで連続発振する半導体レーザ素
子４２からの光Ｌ１を集光光学系４４で集光して、光Ｌ
２として波長可変固体レーザ結晶５１の一方の端面に入
射させる。Next, an example of the configuration of the light source 30 for the wavelength of 193 nm (ArF excimer laser light) used in the alignment sensor 26 will be described. FIG. 4 shows a first configuration example of the light source 30. The light source 30 in FIG. 4 includes a wavelength-tunable solid-state laser light generator and its optical harmonic converter. In this example, the wavelength tunable solid-state laser crystal 51 is C
r: LiCAF (Cr: LiCaAlF 6 ) is used.
The light L1 from the semiconductor laser element 42 that continuously oscillates at a wavelength of 670 nm is condensed by the condensing optical system 44, and the light L1 is condensed.
As 2, it is made incident on one end face of the wavelength variable solid-state laser crystal 51.
【００３３】波長可変固体レーザ結晶５１の他方の端面
側にはＬＢＯ（ＬｉＢ3 Ｏ5)よりなる非線形光学結晶５
２が配置され、非線形光学結晶５２は入射する光の２倍
光高調波（波長が１／２の光）を発生する。波長可変固
体レーザ結晶５１及び非線形光学結晶５２を挟むように
凹面ミラー４３Ａ及び４３Ｂよりなるレーザ共振器が配
置されている。そして、入射側の凹面ミラー４３Ａに
は、波長６７０ｎｍの光に対して高透過率（ＡＲ：減反
射特性）で波長７７２ｎｍの光に対して高反射率のコー
ティングが施され、射出側の凹面ミラー４３Ｂには、波
長７７２ｎｍの光に対して高反射率で波長３８６（＝７
７２／２）ｎｍの光に対して高透過率（ＡＲ）のコーテ
ィングが施されている。これによって、波長可変固体レ
ーザ結晶５１は、波長７７２ｎｍで連続波発振し、波長
７７２ｎｍの光Ｌ３が非線形光学結晶５２の光高調波発
生により波長３８６ｎｍの光Ｌ４に変換され、レーザ共
振器の凹面ミラー４３Ｂからは光Ｌ４が射出される。な
お、レーザ共振器中には、単一周波数化のために不図示
の複屈折フィルタとエタロンとが挿入されている。On the other end face side of the tunable solid-state laser crystal 51, a nonlinear optical crystal 5 made of LBO (LiB 3 O 5 )
2, the nonlinear optical crystal 52 generates a double optical harmonic (light having a wavelength of １ ／) of the incident light. A laser resonator including concave mirrors 43A and 43B is arranged so as to sandwich the tunable solid-state laser crystal 51 and the nonlinear optical crystal 52. The incident-side concave mirror 43A is coated with a coating having a high transmittance (AR: anti-reflection characteristic) with respect to light having a wavelength of 670 nm and a high reflectance with respect to light having a wavelength of 772 nm. 43B has a wavelength 386 (= 7) with a high reflectivity for light having a wavelength of 772 nm.
The coating has a high transmittance (AR) for light of 72/2) nm. As a result, the tunable solid-state laser crystal 51 oscillates continuously at a wavelength of 772 nm, and the light L3 having a wavelength of 772 nm is converted into light L4 having a wavelength of 386 nm by optical harmonic generation of the nonlinear optical crystal 52. Light L4 is emitted from 43B. Note that a birefringent filter (not shown) and an etalon are inserted into the laser resonator for achieving a single frequency.
【００３４】凹面ミラー４３Ｂから射出された光Ｌ４の
一部は僅かな反射率を持つビームスプリッタ６１（部分
反射ミラーでも可）によって光検出器６２に取り込ま
れ、光検出器６２では例えば回折格子等を用いて光Ｌ４
の波長を検出し、検出された波長を制御部６３に供給す
る。制御部６３は、検出された波長が目標値となるよう
に、入射側の凹面ミラー４３Ａの周辺に配置されたピエ
ゾ素子等の駆動素子６４Ａ，６４Ｂ（実際には３個配置
されている）を駆動することによって、レーザ共振器の
長さをフィードバック制御する。ビームスプリッタ６１
を透過した波長３８６ｎｍの光Ｌ４は、第２の光高調波
変換装置に入射する。A part of the light L4 emitted from the concave mirror 43B is taken into the photodetector 62 by the beam splitter 61 having a slight reflectance (or a partial reflection mirror). Using light L4
And supplies the detected wavelength to the control unit 63. The control unit 63 controls driving elements 64A and 64B (actually, three driving elements) such as piezo elements arranged around the concave mirror 43A on the incident side so that the detected wavelength becomes the target value. By driving, the length of the laser resonator is feedback-controlled. Beam splitter 61
The light L4 having a wavelength of 386 nm that has passed through the second optical harmonic converter enters the second optical harmonic converter.
【００３５】この第２の光高調波変換装置は、凹面ミラ
ー４３Ｃ，４３Ｄとプリズム４５とからなる光共振器の
内部に、ＳＢＢＯ（Ｓｒ2 Ｂｅ2 Ｂ2 Ｏ7)よりなる非線
形光学結晶５３を配置して構成され、非線形光学結晶５
３も入射する光の２倍の光高調波を発生する。また、入
射側の凹面ミラー４３Ｃには、波長３８６ｎｍの光に対
して部分反射コーティングが施され、射出側の凹面ミラ
ー４３Ｄには、波長３８６ｎｍの光に対して高反射率で
波長１９３（＝３８６／２）ｎｍの光に対して高透過率
（ＡＲ）のコーティングが施されている。また、三角プ
リズム４５は、波長３８６ｎｍの光に対してブリュース
タ角となるようにカットされている。In this second optical harmonic converter, a nonlinear optical crystal 53 made of SBBO (Sr 2 Be 2 B 2 O 7 ) is provided inside an optical resonator consisting of concave mirrors 43 C and 43 D and a prism 45. A nonlinear optical crystal 5
3 also generates optical harmonics twice as high as the incident light. The concave mirror 43C on the incident side is partially coated with light having a wavelength of 386 nm, and the concave mirror 43D on the exit side has a high reflectivity with respect to the light of 386 nm and a wavelength of 193 (= 386). / 2) coating with high transmittance (AR) for light of nm. The triangular prism 45 is cut so as to have a Brewster angle with respect to light having a wavelength of 386 nm.
【００３６】そして、凹面ミラー４３Ｃに入射した光Ｌ
４の一部は非線形光学結晶５３によって光高調波変換さ
れて波長１９３ｎｍの光になり、この光は凹面ミラー４
３Ｄから照明光ＩＬ２として外部に射出される。一方、
非線形光学結晶５３をそのまま透過した波長３８６ｎｍ
の光は凹面ミラー４３Ｄで反射されて、三角プリズム４
５及び凹面ミラー４３Ｃを経て再び非線形光学結晶５３
に戻されるため、最終的に凹面ミラー４３Ｃに入射する
波長３８６ｎｍの光Ｌ４のかなりの部分が、中心波長が
１９３ｎｍ程度で波長幅が０．１ｐｍ程度の連続光より
なる照明光ＩＬ２に変換される。照明光ＩＬ２の中心波
長が図１の露光光ＩＬ１の中心波長に合致するように、
凹面ミラー４３Ａ，４３Ｂよりなるレーザ共振器の長さ
が制御される。Then, the light L incident on the concave mirror 43C
A part of the light is converted into a light having a wavelength of 193 nm by the nonlinear optical crystal 53 to be converted into a light having a wavelength of 193 nm.
The light is emitted from the 3D to the outside as illumination light IL2. on the other hand,
386 nm wavelength transmitted directly through the nonlinear optical crystal 53
Is reflected by the concave mirror 43D and the triangular prism 4
5 and the non-linear optical crystal 53 again through the concave mirror 43C.
, A considerable portion of the light L4 having a wavelength of 386 nm finally incident on the concave mirror 43C is converted into illumination light IL2 composed of continuous light having a center wavelength of about 193 nm and a wavelength width of about 0.1 pm. . The center wavelength of the illumination light IL2 matches the center wavelength of the exposure light IL1 in FIG.
The length of the laser resonator including the concave mirrors 43A and 43B is controlled.
【００３７】更に、図４の例では、凹面ミラー４３Ｃを
通過した光、又は凹面ミラー４３Ｃで反射された光の一
部がわずかな反射率を持つビームスプリッタ６２Ｃを介
して、光電検出器６２Ｂに取り込まれている。光電検出
器６２Ｂでは受光した光の波長を検出して制御部６３Ｂ
に供給し、制御部６３Ｂは検出された波長が目標値とな
るようにピエゾ素子等の駆動素子６４Ｃ，６４Ｄ（実際
には３個配置されている）を介して凹面ミラー４３Ｄを
微動させて、三角形状に配置されるレーザ共振器（４３
Ｃ，４３Ｄ，４５）の光路の長さをフィードバック制御
する。これによって、照明光ＩＬ２の波長の精度がより
向上する。このフィードバック制御系は、先の共振器
（４３Ａ，４３Ｂ）のフィードバック制御系と併用して
もよいが、前者のフィードバック制御系のみ、又は後者
のフィードバック制御系のみをそれぞれ単独に設けても
よい。Further, in the example of FIG. 4, a part of the light passing through the concave mirror 43C or the light reflected by the concave mirror 43C is transmitted to the photoelectric detector 62B via the beam splitter 62C having a small reflectance. Has been captured. The photoelectric detector 62B detects the wavelength of the received light and controls the control unit 63B.
The controller 63B finely moves the concave mirror 43D via driving elements 64C and 64D (actually, three elements) such as piezo elements so that the detected wavelength becomes a target value. Laser resonators (43
C, 43D, and 45) are feedback controlled. Thereby, the accuracy of the wavelength of the illumination light IL2 is further improved. This feedback control system may be used together with the feedback control system of the resonators (43A, 43B), but may be provided with only the former feedback control system or only the latter feedback control system.
【００３８】このように本例では、最終段にＳＢＢＯよ
りなる非線形光学結晶５３を使用することによって、半
導体レーザ素子４２からの波長６７０ｎｍの連続光から
ほぼ真空紫外域の波長１９３ｎｍの連続光よりなる照明
光を発生することができる。なお、波長可変固体レーザ
結晶５１としては、Ｃｒ：ＬｉＣＡＦ結晶の代わりにＴ
ｉ：サファイア（Ｔｉ：Ａｌ2 Ｏ3)結晶を用いてもよ
い。As described above, in the present embodiment, by using the nonlinear optical crystal 53 made of SBBO in the last stage, the continuous light having a wavelength of 670 nm from the semiconductor laser element 42 is converted into a continuous light having a wavelength of 193 nm in a vacuum ultraviolet region. Illumination light can be generated. It should be noted that the wavelength tunable solid-state laser crystal 51 is made of T instead of Cr: LiCAF crystal.
i: Sapphire (Ti: Al 2 O 3 ) crystal may be used.
【００３９】固体レーザの高調波を発生する場合には、
その他にＴｉ：サファイアレーザの発振波長７０７ｎｍ
の光とＮｄ：ＹＡＧ（Ｎｄ：Ｙ3 Ａｌ5 Ｏ12）又はＮ
ｄ：ＹＶＯ4 レーザの４倍光高調波（波長２６６ｎｍ）
との和周波混合により１９３ｎｍの光を発生させる方法
もある。和周波混合に用いる非線形光学結晶としては、
ＢＢＯ（β−ＢａＢ2 Ｏ4)やＣＬＢＯ（ＣｓＬｉＢ6 Ｏ
10）等が挙げられる。To generate harmonics of a solid-state laser,
In addition, the oscillation wavelength of Ti: sapphire laser is 707 nm
Light and Nd: YAG (Nd: Y 3 Al 5 O 12 ) or N
d: 4 times optical harmonic of YVO 4 laser (wavelength 266 nm)
A method of generating light of 193 nm by sum frequency mixing with the above. Nonlinear optical crystals used for sum frequency mixing include:
BBO (β-BaB 2 O 4 ) and CLBO (CsLiB 6 O 4 )
10 ) and the like.
【００４０】また、図１の露光光ＩＬ１としてＦ2 レー
ザ光（波長１５７ｎｍ）を用いる場合、照明光ＩＬ２と
しても中心波長が１５７ｎｍの連続光を使用する。この
ためには、上記のＣｒ：ＬｉＣＡＦ結晶の基本波（波長
７８５ｎｍ）とその４倍光高調波（波長１９６ｎｍ）と
の和周波混合により、１５７ｎｍの光を発生させる方法
もある。この和周波混合に用いる非線形光学結晶として
は、ＳＢＢＯが挙げられる。また、４倍光高調波を発生
させる方法は、前記の波長１９３ｎｍの光を発生させる
場合と同じである。When F 2 laser light (wavelength: 157 nm) is used as the exposure light IL1 in FIG. 1, continuous light having a center wavelength of 157 nm is used as the illumination light IL2. For this purpose, there is a method of generating 157 nm light by sum frequency mixing of the fundamental wave (wavelength 785 nm) of the above-mentioned Cr: LiCAF crystal and its fourth harmonic (wavelength 196 nm). SBBO is mentioned as a nonlinear optical crystal used for the sum frequency mixing. The method of generating the quadruple optical harmonic is the same as the method of generating the light having the wavelength of 193 nm.
【００４１】次に、照明光ＩＬ２を発生する光源３０の
第２の構成例につき図５を参照して説明する。図５にお
いて図４に対応する部分には同一符号を付してその詳細
説明を省略する。図５において、単一波長（シングルモ
ード）化されたＧａＮ系半導体レーザ素子４６から波長
３８６ｎｍの連続光よりなる光Ｌ５が射出される。Ｇａ
Ｎ系半導体レーザ素子４６としては、例えばＤＦＢ（Di
stributed feedback：分布帰還型）レーザが使用でき
る。射出された光Ｌ５の一部は、ビームスプリッタ６１
を介して光検出器６２に取り込まれ、光検出器６２で検
出される波長が目標値となるように、制御部６３Ａはペ
ルチェ素子よりなる温度制御部５４を介してレーザ素子
４６の温度（ひいてはレーザ素子４６の光共振器の長
さ）をフィードバック制御する。Next, a second configuration example of the light source 30 for generating the illumination light IL2 will be described with reference to FIG. 5, parts corresponding to those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. In FIG. 5, light L5 composed of continuous light having a wavelength of 386 nm is emitted from a GaN-based semiconductor laser element 46 having a single wavelength (single mode). Ga
As the N-based semiconductor laser device 46, for example, DFB (Di
(stributed feedback) laser can be used. A part of the emitted light L5 is converted to a beam splitter 61.
The control unit 63A controls the temperature of the laser element 46 via the temperature control unit 54 composed of a Peltier element (therefore, the temperature of the laser element 46, and so on) so that the wavelength detected by the photodetector 62 becomes the target value. The length of the optical resonator of the laser element 46 is feedback-controlled.
【００４２】ビームスプリッタ６１を透過した波長３８
６ｎｍの光Ｌ５は、凹面ミラー４３Ｃ，４３Ｄと三角プ
リズム４５とからなる光共振器内にＳＢＢＯよりなる非
線形光学結晶５３を配置してなる光高調波変換装置によ
って、波長１９３ｎｍの照明光ＩＬ２に変換されて外部
に取り出される。図５の構成例では、波長３８６ｎｍの
紫外域で発振する半導体レーザを使用して出力段にＳＢ
ＢＯよりなる非線形光学結晶を使用することによって、
構成が簡素化されている。The wavelength 38 transmitted through the beam splitter 61
The 6 nm light L5 is converted into illumination light IL2 having a wavelength of 193 nm by an optical harmonic conversion device in which a nonlinear optical crystal 53 made of SBBO is disposed in an optical resonator including concave mirrors 43C and 43D and a triangular prism 45. Is taken out. In the configuration example shown in FIG. 5, a semiconductor laser oscillating in the ultraviolet region with a wavelength of 386 nm is used and the SB
By using a nonlinear optical crystal consisting of BO,
The configuration has been simplified.
【００４３】次に、照明光ＩＬ２を発生する光源３０の
第３の構成例につき図６を参照して説明する。図６にお
いて図５に対応する部分には同一符号を付してその詳細
説明を省略する。図６において、単一波長化されたＧａ
ＡｌＡｓ系半導体レーザ素子４７から波長７７２ｎｍの
連続光よりなる光Ｌ６が射出される。レーザ素子４７と
しても、例えばＤＦＢレーザが使用できる。射出された
光Ｌ６の一部は、ビームスプリッタ６１Ａを介して光検
出器６２に取り込まれ、光検出器６２、制御部６３Ａ及
び温度制御部５４によって、光６の波長が目標値となる
ように、レーザ素子４７の温度がフィードバック制御さ
れる。Next, a third configuration example of the light source 30 for generating the illumination light IL2 will be described with reference to FIG. 6, parts corresponding to those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. In FIG. 6, Ga having a single wavelength is used.
Light L6 composed of continuous light having a wavelength of 772 nm is emitted from the AlAs-based semiconductor laser element 47. As the laser element 47, for example, a DFB laser can be used. A part of the emitted light L6 is taken into the photodetector 62 via the beam splitter 61A, and is controlled by the photodetector 62, the control unit 63A, and the temperature control unit 54 so that the wavelength of the light 6 becomes a target value. The temperature of the laser element 47 is feedback-controlled.
【００４４】ビームスプリッタ６１Ａを透過した波長７
７２ｎｍの光Ｌ６は、凹面ミラー４３Ｅ，４３Ｆ及び三
角プリズム４５Ａよりなる光共振器の内部にＬＢＯ（Ｌ
ｉＢ 3 Ｏ5)よりなる非線形光学結晶５２Ａを配置してな
る第１の光高調波変換装置に入射する。入射側の凹面ミ
ラー４３Ｅには、波長７２２ｎｍの光に対して部分反射
コーティングが施されており、射出側の凹面ミラー４３
Ｆには、波長７７２ｎｍの光に対して高反射率で波長３
８６ｎｍの光に対して高透過率（ＡＲ）のコーティング
が施されている。また、三角プリズム４５Ａは、波長７
７２ｎｍの光に対してブリュースタ角となるようにカッ
トされており、光Ｌ６のかなりの部分は、その第１の光
高調波変換装置によって波長３８６ｎｍの光Ｌ７に変換
されて射出される。Wavelength 7 transmitted through beam splitter 61A
The 72 nm light L6 passes through the concave mirrors 43E, 43F and
An LBO (L
iB ThreeOFive)).
Incident on the first optical harmonic converter. Concave surface on the entrance side
Is partially reflected with respect to light having a wavelength of 722 nm.
The coating is applied to the concave mirror 43 on the emission side.
F has a high reflectivity for light having a wavelength of 772 nm and a wavelength of 3
High transmittance (AR) coating for 86nm light
Is given. The triangular prism 45A has a wavelength of 7
Cut so that the Brewster angle is
And a significant portion of light L6 is its first light
Converted to light L7 with wavelength 386nm by harmonic converter
It is injected.
【００４５】そして、光Ｌ７は、凹面ミラー４３Ｃ，４
３Ｄと三角プリズム４５とからなる光共振器内にＳＢＢ
Ｏよりなる非線形光学結晶５３を配置してなる第２の光
高調波変換装置によって、波長１９３ｎｍの照明光ＩＬ
２に変換されて外部に取り出される。この図６の構成例
によれば、容易に入手できるＧａＡｌＡｓ系半導体レー
ザ素子４７を使用して、かつ最終段にＳＢＢＯよりなる
非線形光学結晶５３を使用することによって、光源を安
価に製造することができる。The light L7 is transmitted to the concave mirrors 43C and 43C.
SBB in the optical resonator consisting of 3D and triangular prism 45
Owing to the second optical harmonic converter having the nonlinear optical crystal 53 made of O, the illumination light IL having a wavelength of 193 nm is used.
It is converted to 2 and taken out. According to the configuration example of FIG. 6, the light source can be manufactured at low cost by using the GaAlAs-based semiconductor laser element 47 which can be easily obtained and by using the nonlinear optical crystal 53 made of SBBO in the last stage. it can.
【００４６】次に、本発明の第２の実施の形態につき図
７及び図８を参照して説明する。本例は、光学系の各種
検査等を行う機能を備えた投影露光装置に本発明を適用
したものであり、図７において図１に対応する部分には
同一符号を付してその詳細説明を省略する。図７は、本
例の投影露光装置を示し、この図７において、ＡｒＦエ
キシマレーザ光源よりなる露光光源１から波長１９３ｎ
ｍのパルス光よりなる露光光ＩＬ１が射出される。露光
時には、露光光ＩＬ１はシャッタ１８及びミラー１９を
経て、オプティカル・インテグレータ、視野絞り、コン
デンサレンズ等を含む照明系２０を介してレチクルＲの
パターン領域を照明し、そのパターン領域内のパターン
の像が投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に投影され
る。そして、レチクルＲはレチクルステージ１１によっ
て駆動され、ウエハＷはウエハステージ１５によって駆
動されるのは図１の実施の形態と同様である。なお、図
７は投影光学系ＰＬの特性計測時の状態を示しており、
ウエハＷは投影光学系ＰＬの露光領域から外れた位置に
移動している。Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this example, the present invention is applied to a projection exposure apparatus having a function of performing various inspections of an optical system. In FIG. 7, portions corresponding to FIG. Omitted. FIG. 7 shows a projection exposure apparatus according to this embodiment. In FIG. 7, an exposure light source 1 composed of an ArF excimer laser light source has a wavelength of 193n.
Exposure light IL1 composed of m pulse light is emitted. At the time of exposure, the exposure light IL1 passes through a shutter 18 and a mirror 19, illuminates a pattern area of the reticle R through an illumination system 20 including an optical integrator, a field stop, a condenser lens, and the like. Is projected onto the wafer W via the projection optical system PL. The reticle R is driven by the reticle stage 11 and the wafer W is driven by the wafer stage 15, as in the embodiment of FIG. FIG. 7 shows a state at the time of measuring the characteristics of the projection optical system PL.
The wafer W has moved to a position outside the exposure area of the projection optical system PL.
【００４７】上記のようにウエハに対して露光を行うに
際しては、投影光学系ＰＬのディストーション（倍率誤
差を含む）等の収差を許容範囲内に収めておく必要があ
る。また、常に高い解像度でウエハ上にレチクルのパタ
ーンを転写するためには、ウエハの表面を常に投影光学
系ＰＬの像面に焦点深度の幅内で合わせ込んで露光を行
う必要がある。ところが、大気圧の変動や露光光の照射
熱等によって投影光学系ＰＬの結像特性は次第に変動す
る恐れがあるため、例えば露光工程中に定期的に投影光
学系ＰＬの結像特性を計測し、その計測結果に応じて投
影光学系ＰＬの所定の光学部材を駆動して結像特性を補
正したり、又はウエハＷのフォーカス位置を補正するこ
とが望ましい。When the wafer is exposed as described above, it is necessary to keep aberrations such as distortion (including a magnification error) of the projection optical system PL within an allowable range. In addition, in order to transfer a reticle pattern onto a wafer with a constantly high resolution, it is necessary to always align the surface of the wafer with the image plane of the projection optical system PL within the range of the depth of focus. However, since the imaging characteristics of the projection optical system PL may gradually fluctuate due to changes in atmospheric pressure, irradiation heat of exposure light, and the like, for example, the imaging characteristics of the projection optical system PL are periodically measured during the exposure process. It is desirable that a predetermined optical member of the projection optical system PL be driven in accordance with the measurement result to correct the imaging characteristics or correct the focus position of the wafer W.
【００４８】そのため、本例の投影露光装置には投影光
学系ＰＬの結像特性を計測するための計測機構が備えら
れている。まず、レチクルＲの上方には例えば露光光Ｉ
Ｌ１の光路から待避自在にミラー３７が配置され、ミラ
ー３７の側面方向に露光光源１とは別に、露光光ＩＬ１
と中心波長がほぼ同じで波長幅の狭い連続光よりなる照
明光ＩＬ２を発生する光源３０が配置されている。ま
た、レチクルＲのパターン領域内に例えばＸ方向に所定
ピッチで配列されたライン・アンド・スペースパターン
よりなる評価用マーク２３Ｋが形成されており、結像特
性の計測時には露光光ＩＬ１をシャッタ１８で遮光した
状態（露光光源１の発振を停止してもよい）で、光源３
０からの照明光ＩＬ２がミラー３７を介して評価用マー
ク２３Ｋを照明する。なお、評価用マーク２３Ｋの近傍
にはＹ方向を計測方向とする評価用マークも形成されて
いると共に、レチクルＲのパターン領域内には格子状に
多数組の評価用マークが形成されている。For this purpose, the projection exposure apparatus of this embodiment is provided with a measuring mechanism for measuring the image forming characteristics of the projection optical system PL. First, above the reticle R, for example, the exposure light I
A mirror 37 is disposed so as to be able to retract from the optical path of L1.
And a light source 30 for generating illumination light IL2 composed of continuous light having substantially the same center wavelength and a narrow wavelength width. Further, an evaluation mark 23K composed of a line and space pattern arranged at a predetermined pitch in the X direction, for example, is formed in the pattern area of the reticle R, and the exposure light IL1 is applied to the shutter 18 when measuring the imaging characteristics. In the light-shielded state (the oscillation of the exposure light source 1 may be stopped), the light source 3
The illumination light IL2 from 0 illuminates the evaluation mark 23K via the mirror 37. Note that an evaluation mark having the Y direction as a measurement direction is also formed near the evaluation mark 23K, and a large number of sets of evaluation marks are formed in a lattice shape in the pattern area of the reticle R.
【００４９】また、ウエハステージ１５上のウエハＷの
近くに、照明光ＩＬ２（露光光ＩＬ１）を透過するガラ
ス基板２７が固定され、ウエハＷの表面と同じ高さに設
定されたガラス基板２７の表面にクロム等の遮光膜が形
成され、この遮光膜の中央部にほぼ正方形の開口２７ａ
が形成されている。そして、開口２７ａの底部のウエハ
ステージ１５内に、レンズ２８及び光電検出器２９が配
置され、開口２７ａを通過した照明光ＩＬ２を光電検出
器２９で光電変換して得られる検出信号ＳＫが不図示の
信号処理系に供給されている。Further, a glass substrate 27 transmitting the illumination light IL2 (exposure light IL1) is fixed near the wafer W on the wafer stage 15, and the glass substrate 27 set at the same height as the surface of the wafer W is fixed. A light-shielding film of chrome or the like is formed on the surface, and a substantially square opening 27a is formed at the center of the light-shielding film.
Are formed. A lens 28 and a photoelectric detector 29 are arranged in the wafer stage 15 at the bottom of the opening 27a, and a detection signal SK obtained by photoelectrically converting the illumination light IL2 passing through the opening 27a by the photoelectric detector 29 is not shown. Are supplied to the signal processing system.
【００５０】本例では、評価用マーク２３Ｋの像を投影
光学系ＰＬを介してウエハステージ１５上に投影した状
態で、ウエハステージ１５を駆動して開口２７ａによっ
てその像をＸ方向に走査して、ウエハステージ１５のＸ
座標に対応させて光電検出器２９の検出信号ＳＫを取り
込む。図８（ａ）はそのようにして取り込まれた検出信
号ＳＫを示し、その横軸はＸ座標、縦軸は検出信号ＳＫ
のレベルである。図８（ａ）より分かるように、開口２
７ａの積分効果によって検出信号ＳＫは階段状に変化す
る。そこで、その信号処理系において検出信号ＳＫを位
置Ｘで微分して、図８（ｂ）に示すように微分信号ｄＳ
Ｋ／ｄＸを算出すると、評価用マーク２３Ｋの各ライン
の像のＸ座標を検出することができる。従って、一例と
してそれらのＸ座標の平均値を求めることで評価用マー
ク２３Ｋの像のＸ座標を求めることができる。同様にＹ
方向の評価用マークの像を開口２７ａでＹ方向に走査す
ることによって、その評価用マークの像のＹ座標を求め
ることができ、他の複数組の評価用マークの像の座標も
求めることができる。そして、求められた複数組の評価
用マークの像の座標を設計値と比較することで投影光学
系ＰＬのディストーションが求められる。In this embodiment, the image of the evaluation mark 23K is projected onto the wafer stage 15 via the projection optical system PL, and the wafer stage 15 is driven to scan the image in the X direction through the opening 27a. , X of the wafer stage 15
The detection signal SK of the photoelectric detector 29 is taken in corresponding to the coordinates. FIG. 8A shows the detection signal SK thus captured, the horizontal axis of which is the X coordinate, and the vertical axis of which is the detection signal SK.
Level. As can be seen from FIG.
The detection signal SK changes stepwise due to the integration effect of 7a. Therefore, in the signal processing system, the detection signal SK is differentiated at the position X, and as shown in FIG.
By calculating K / dX, the X coordinate of the image of each line of the evaluation mark 23K can be detected. Therefore, as an example, the X-coordinate of the image of the evaluation mark 23K can be obtained by calculating the average value of those X-coordinates. Similarly Y
By scanning the image of the evaluation mark in the Y direction in the opening 27a in the Y direction, the Y coordinate of the image of the evaluation mark can be obtained, and the coordinates of the image of other plural sets of evaluation marks can also be obtained. it can. Then, the distortion of the projection optical system PL is obtained by comparing the obtained coordinates of the images of the plurality of sets of evaluation marks with the design values.
【００５１】また、微分信号ｄＳＫ／ｄＸのコントラス
トを求めた後、ウエハステージ１５によってフォーカス
位置を次第に変えながら上記の計測を繰り返してそれぞ
れ微分信号ｄＳＫ／ｄＸのコントラストを求め、最もコ
ントラストの高いフォーカス位置を検出することで、投
影光学系ＰＬのベストフォーカス位置を求めることがで
きる。更に、複数の位置でベストフォーカス位置を求め
ることによって像面湾曲を求めることができ、Ｘ方向及
びＹ方向の評価用マークのそれぞれについてベストフォ
ーカス位置を求めることによって、非点収差も求めるこ
とができる。After obtaining the contrast of the differential signal dSK / dX, the above measurement is repeated while gradually changing the focus position by the wafer stage 15 to obtain the contrast of the differential signal dSK / dX, and the focus position having the highest contrast is obtained. , The best focus position of the projection optical system PL can be obtained. Further, the field curvature can be obtained by obtaining the best focus position at a plurality of positions, and the astigmatism can also be obtained by obtaining the best focus position for each of the evaluation marks in the X direction and the Y direction. .
【００５２】この際に本例の照明光ＩＬ２は露光光ＩＬ
１と同じ波長で、かつ連続光であるため、露光光ＩＬ１
における結像特性を正確に、かつ高速に計測することが
できる。更に、照明光ＩＬ２の波長幅は露光光ＩＬ１の
波長幅よりも狭いため、投影光学系ＰＬの結像特性を高
精度に計測することができる。なお、上記の実施の形態
では、照明光ＩＬ２として連続光が使用されているが、
照明光ＩＬ２として露光光ＩＬ１の発振周波数よりも高
い周波数で、実質的に連続光とみなすことができる光を
使用してもよい。At this time, the illumination light IL2 of this embodiment is the exposure light IL
1 and continuous light, the exposure light IL1
Can be measured accurately and at high speed. Further, since the wavelength width of the illumination light IL2 is narrower than the wavelength width of the exposure light IL1, the imaging characteristics of the projection optical system PL can be measured with high accuracy. In the above embodiment, continuous light is used as the illumination light IL2.
Light that can be regarded as substantially continuous light at a frequency higher than the oscillation frequency of the exposure light IL1 may be used as the illumination light IL2.
【００５３】また、上記の実施の形態は、投影露光装置
においてＴＴＲ方式のアライメントや投影光学系の全体
としての結像特性の計測を行う場合に本発明を適用した
ものであるが、本発明はそれ以外にも、例えばＴＴＬ方
式でアライメントを行う場合、投影光学系の一部の検査
や調整を行う場合、更には露光状態の検査や調整を行う
場合等にも適用することができる。また、本発明はＬＩ
Ａ方式のアライメントセンサのみならず、ＬＳＡ（Lase
r Step Alignment）方式や画像処理方式（ＦＩＡ方式）
のアライメントセンサにも適用することができる。In the above-described embodiment, the present invention is applied to the case where alignment of the TTR system and measurement of the imaging characteristics of the entire projection optical system are performed in the projection exposure apparatus. In addition, the present invention can be applied to, for example, the case where alignment is performed by the TTL method, the case where inspection or adjustment of a part of the projection optical system is performed, and the case where inspection or adjustment of an exposure state is performed. Also, the present invention relates to LI
In addition to the A-type alignment sensor, LSA (Lase
r Step Alignment method and image processing method (FIA method)
Can be applied to the alignment sensor.
【００５４】更に、本発明は、レチクルＲとウエハＷと
の間から投影光学系ＰＬの少なくとも一部を介して１本
のビームをウエハマークに照射し、そのウエハマークか
ら発生する一対の回折光（例えば±１次回折光）を受光
するアライメントセンサにも適用できる。また、ＴＴＬ
方式又はオフ・アクシス方式であって、１本のレーザビ
ームをウエハマークに照射し、そのウエハマークから発
生する一対の回折光を受光するアライメントセンサにも
本発明が適用できる。これらの場合、検出する一対の回
折光は通常は同一次数（符号は逆）であるが、更に０次
光と２次光（又は−２次光）というように次数が異なる
複数対の回折光の干渉光をそれぞれ独立に検出し、その
少なくとも１つの光電変換信号を用いるようにしてもよ
い。これによって、ウエハマークの非対称性の影響やレ
ジストの薄膜干渉の影響が軽減できる場合がある。Further, according to the present invention, one beam is irradiated to the wafer mark from between the reticle R and the wafer W through at least a part of the projection optical system PL, and a pair of diffracted light generated from the wafer mark is irradiated. The present invention can also be applied to an alignment sensor that receives (for example, ± first-order diffracted light). Also, TTL
The present invention can also be applied to an alignment sensor that irradiates a wafer mark with one laser beam and receives a pair of diffracted lights generated from the wafer mark. In these cases, a pair of diffracted lights to be detected usually have the same order (signs are opposite), but a plurality of pairs of diffracted lights having different orders such as a zero-order light and a second-order light (or -secondary light). May be independently detected, and at least one photoelectric conversion signal may be used. This may reduce the effects of wafer mark asymmetry and resist thin film interference.
【００５５】また、本発明は走査露光型の投影露光装置
のみならず、一括露光型（ステッパー型）の投影露光装
置、又はプロキシミティ方式やコンタクト方式等の露光
装置にも適用することができる。このように、本発明は
上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱し
ない範囲で種々の構成を取り得る。The present invention can be applied not only to a scanning exposure type projection exposure apparatus, but also to a batch exposure type (stepper type) projection exposure apparatus or an exposure apparatus of a proximity type or a contact type. As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can take various configurations without departing from the gist of the present invention.
【００５６】[0056]
【発明の効果】本発明の露光方法及び露光装置によれ
ば、露光光源とは別に調整等を行うために露光ビームと
実質的に同一波長の光源を備えているため、露光ビーム
としてほぼ真空紫外域の短波長の光を使用する場合で
も、照明光学系の構成にあまり影響を与えることなく、
投影光学系等の調整等を高精度に行うことができる利点
がある。According to the exposure method and the exposure apparatus of the present invention, a light source having substantially the same wavelength as the exposure beam is provided for performing adjustment and the like separately from the exposure light source. Even when using short-wavelength light, it does not significantly affect the configuration of the illumination optical system,
There is an advantage that adjustment of the projection optical system and the like can be performed with high accuracy.
【００５７】また、照明光として実質的に連続光を使用
する場合には、露光ビームとしてパルス光を使用する場
合でも、投影光学系等を介して高速に所定の計測等を行
うことができる。Further, when substantially continuous light is used as the illumination light, even when pulsed light is used as the exposure beam, a predetermined measurement or the like can be performed at high speed via a projection optical system or the like.
【図１】 本発明の第１の実施の形態で使用される投影
露光装置を示す概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a projection exposure apparatus used in a first embodiment of the present invention.
【図２】 （ａ）はレチクルマークの一例を示す平面
図、（ｂ）はウエハマークの一例を示す平面図である。2A is a plan view illustrating an example of a reticle mark, and FIG. 2B is a plan view illustrating an example of a wafer mark.
【図３】 ＬＩＡ方式の検出原理の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of the detection principle of the LIA method.
【図４】 図１の光源３０の第１の構成例を示す図であ
る。FIG. 4 is a diagram illustrating a first configuration example of a light source 30 in FIG. 1;
【図５】 その光源３０の第２の構成例を示す図であ
る。FIG. 5 is a diagram showing a second configuration example of the light source 30.
【図６】 その光源３０の第３の構成例を示す図であ
る。FIG. 6 is a diagram showing a third configuration example of the light source 30.
【図７】 本発明の第２の実施の形態で使用される投影
露光装置を示す一部を切り欠いた構成図である。FIG. 7 is a partially cutaway configuration view showing a projection exposure apparatus used in a second embodiment of the present invention.
【図８】 図７の投影露光装置で結像特性の計測時に検
出される検出信号、及びこの微分信号を示す図である。8 is a diagram showing a detection signal detected at the time of measuring an imaging characteristic by the projection exposure apparatus of FIG. 7, and a differential signal thereof.
１…露光光源、ＩＬ１…露光光、ＩＬ２…照明光、Ｒ…
レチクル、１１…レチクルステージ、ＰＬ…投影光学
系、Ｗ…ウエハ、１３…主制御系、１５…ウエハステー
ジ、２２Ｘ，２２Ｙ…窓部、２３Ｘ，２３Ｙ…レチクル
マーク、２５Ｘ，２５Ｙ…ウエハマーク、２６…アライ
メントセンサ、３０…光源、３３Ａ，３３Ｂ…光変調
器、４２…半導体レーザ素子、４３Ａ，４３Ｂ，４３
Ｃ，４３Ｄ…凹面ミラー、４６…ＧａＮ系半導体レーザ
素子、４７…ＧａＡｌＡｓ系半導体レーザ素子、５１…
波長可変固体レーザ結晶、５２，５２Ａ…非線形光学結
晶（ＬＢＯ）、５３…非線形光学結晶（ＳＢＢＯ）1: exposure light source, IL1: exposure light, IL2: illumination light, R:
Reticle, 11: Reticle stage, PL: Projection optical system, W: Wafer, 13: Main control system, 15: Wafer stage, 22X, 22Y: Window, 23X, 23Y: Reticle mark, 25X, 25Y: Wafer mark, 26 ... Alignment sensor, 30 ... Light source, 33A, 33B ... Light modulator, 42 ... Semiconductor laser device, 43A, 43B, 43
C, 43D: concave mirror, 46: GaN-based semiconductor laser device, 47: GaAlAs-based semiconductor laser device, 51 ...
Tunable solid-state laser crystal, 52, 52A: nonlinear optical crystal (LBO), 53: nonlinear optical crystal (SBBO)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ２１Ｋ 5/00 Ｇ２１Ｋ 5/00 Ｒ Ｆターム(参考） 2F065 AA03 AA06 AA20 BB02 BB03 BB18 BB28 CC20 DD06 EE00 FF48 FF51 FF52 GG04 GG06 GG21 GG25 HH04 HH13 JJ01 JJ09 LL04 LL12 LL19 LL21 LL30 LL42 LL46 LL57 NN06 NN08 NN20 PP12 QQ00 QQ13 QQ28 QQ41 QQ42 2H097 CA13 KA03 KA12 KA13 KA20 KA28 LA10 5F046 BA04 BA05 CB27 DB05 EA07 EB02 EB07 ED01 FA02 FA05 FB10 FB12 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI theme coat ゛ (reference) G21K 5/00 G21K 5/00 RF term (reference) 2F065 AA03 AA06 AA20 BB02 BB03 BB18 BB28 CC20 DD06 EE00 FF48 FF51 FF52 GG04 GG06 GG21 GG25 HH04 HH13 JJ01 JJ09 LL04 LL12 LL19 LL21 LL30 LL42 LL46 LL57 NN06 NN08 NN20 PP12 QQ00 QQ13 QQ28 QQ41 QQ42 2H097 CA13 KA03 KA12 KA13 KA05 KA13 KA5 KA20
Claims (10)
明し、前記マスクのパターンを基板上に転写する露光方
法において、 前記露光光源とは別に、前記露光ビームと実質的に同一
波長の実質的に連続光よりなる照明光を発生する一つ又
は複数個の計測用光源を備え、 該計測用光源からの照明光を用いて所定の計測を行うこ
とを特徴とする露光方法。1. An exposure method for illuminating a mask with an exposure beam from an exposure light source and transferring a pattern of the mask onto a substrate, wherein, apart from the exposure light source, substantially the same wavelength as the exposure beam is used. An exposure method comprising: providing one or more measurement light sources for generating illumination light composed of continuous light; and performing predetermined measurement using the illumination light from the measurement light source.
光光源からの露光ビームでマスクを照明する照明光学系
とを備え、前記露光ビームのもとで前記マスクのパター
ンを基板上に転写する露光装置において、 前記露光光源とは別に、前記露光ビームと実質的に同一
波長の実質的に連続光よりなる照明光を発生する一つ又
は複数個の計測用光源を備え、 該計測用光源からの照明光を用いて所定の計測を行うこ
とを特徴とする露光装置。2. An exposure light source for generating an exposure beam, and an illumination optical system for illuminating a mask with the exposure beam from the exposure light source, and transferring a pattern of the mask onto a substrate under the exposure beam. In the exposure apparatus, apart from the exposure light source, one or more measurement light sources that generate illumination light substantially consisting of continuous light having substantially the same wavelength as the exposure beam are provided. An exposure apparatus for performing a predetermined measurement using the illumination light.
写する投影光学系と、 前記基板の位置決めを行う基板ステージと、 前記計測用光源からの照明光を前記マスク及び前記投影
光学系を介して前記基板上のマークに照射する検出用照
明系と、 前記マークから戻される照明光を前記投影光学系及び前
記マスクを介して受光する検出用受光系と、を備え、該
検出用受光系からの検出情報に基づいて前記マークの位
置を計測することを特徴とする請求項２記載の露光装
置。A projection optical system for transferring the pattern of the mask onto the substrate; a substrate stage for positioning the substrate; and illumination light from the measurement light source via the mask and the projection optical system. A detection illumination system that irradiates the mark on the substrate, and a detection light reception system that receives the illumination light returned from the mark through the projection optical system and the mask, 3. The exposure apparatus according to claim 2, wherein the position of the mark is measured based on the detection information.
写する投影光学系と、 前記基板の位置決めを行う基板ステージと、 前記計測用光源からの照明光を前記マスク上のマークに
照射する検出用照明系と、 前記基板ステージ上に配置された前記マーク及び前記投
影光学系を経た照明光を受光する検出用受光系と、を備
え、該検出用受光系からの検出情報に基づいて前記マー
クの状態を計測することを特徴とする請求項２記載の露
光装置。4. A projection optical system for transferring the pattern of the mask onto the substrate, a substrate stage for positioning the substrate, and a detecting device for irradiating illumination light from the measurement light source onto a mark on the mask. An illumination system, comprising: a detection light receiving system that receives the mark and the illumination light that has passed through the projection optical system disposed on the substrate stage; and, based on detection information from the detection light receiving system, 3. The exposure apparatus according to claim 2, wherein the state is measured.
長い波長の照明光を発生する光源と、入射する光束の高
調波を発生するＳＢＢＯよりなる非線形光学結晶と、を
含むことを特徴とする請求項２〜４の何れか一項記載の
露光装置。5. The measurement light source includes: a light source that generates illumination light having a wavelength longer than the exposure beam; and a nonlinear optical crystal made of SBBO that generates a harmonic of an incident light beam. The exposure apparatus according to claim 2.
長い波長の照明光を発生する光源と、該光源からの照明
光に励起された光の高調波を発生する波長可変レーザ光
源と、該波長可変レーザ光源からの光の高調波を発生す
る高調波発生系と、を有することを特徴とする請求項２
〜５の何れか一項記載の露光装置。6. The measurement light source includes: a light source that generates illumination light having a wavelength longer than the exposure beam; a wavelength-variable laser light source that generates harmonics of light excited by the illumination light from the light source; 3. A harmonic generation system for generating harmonics of light from the wavelength tunable laser light source.
The exposure apparatus according to any one of claims 1 to 5.
長い波長の照明光を発生する半導体レーザ光源と、該光
源からの照明光の波長を所定波長に安定化する波長安定
系と、前記光源からの光の高調波を発生する高調波発生
系と、を有することを特徴とする請求項２〜４の何れか
一項記載の露光装置。7. The measurement light source includes: a semiconductor laser light source that generates illumination light having a wavelength longer than the exposure beam; a wavelength stabilizing system that stabilizes a wavelength of the illumination light from the light source to a predetermined wavelength; The exposure apparatus according to any one of claims 2 to 4, further comprising a harmonic generation system configured to generate a harmonic of light from the light source.
長い波長の照明光を発生する半導体レーザ光源と、該光
源からの照明光の波長を所定波長に安定化する波長安定
系と、前記光源からの光の４倍高調波以上の高調波を発
生する高調波発生系と、を有することを特徴とする請求
項２〜４の何れか一項記載の露光装置。8. The measurement light source includes: a semiconductor laser light source that generates illumination light having a wavelength longer than the exposure beam; a wavelength stabilizing system that stabilizes a wavelength of the illumination light from the light source to a predetermined wavelength; The exposure apparatus according to any one of claims 2 to 4, further comprising a harmonic generation system that generates a harmonic that is equal to or more than the fourth harmonic of light from the light source.
るレーザ共振器を含むことを特徴とする請求項７又は８
記載の露光装置。9. The measurement light source according to claim 7, wherein the measurement light source includes a laser resonator arranged in a triangular shape.
Exposure apparatus according to the above.
３ｎｍ又は１５７ｎｍであり、前記計測用光源から射出
される照明光の波長幅は前記露光ビームの波長幅よりも
狭いことを特徴とする請求項２〜９の何れか一項記載の
露光装置。10. The wavelength of the exposure beam is substantially 19
The exposure apparatus according to any one of claims 2 to 9, wherein the wavelength is 3 nm or 157 nm, and the wavelength width of the illumination light emitted from the measurement light source is smaller than the wavelength width of the exposure beam.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP11127694A JP2000323381A (en) | 1999-05-07 | 1999-05-07 | Exposure method and device |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000323381A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010153867A (en) * | 2008-12-24 | 2010-07-08 | Asml Netherlands Bv | Lithographic apparatus and method of manufacturing device |
| JP2011155302A (en) * | 2003-02-22 | 2011-08-11 | Kla-Tencor Corp | Apparatus and method for detecting overlay error using scatterometry |
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| JP2018503872A (en) * | 2014-12-29 | 2018-02-08 | エーエスエムエル ホールディング エヌ．ブイ． | Feedback control system for alignment system |
-
1999
- 1999-05-07 JP JP11127694A patent/JP2000323381A/en not_active Withdrawn
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