JP3517483B2 - 位置検出装置及びそれを用いた半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は位置検出装置及びそれを
用いた半導体デバイスの製造方法に関し、特にレチクル
（マスク）面上に形成されているＩＣ，ＬＳＩ等の微細
な電子回路パターンを投影レンズ系（投影光学系）によ
りウエハ面上に投影し露光するときに、レチクル面上や
ウエハ面上の状態（アライメントマーク）を観察し、こ
れによりレチクルとウエハとの位置合わせを行い高集積
度の半導体デバイスを製造する際に好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より半導体素子製造用の縮小投影型
の露光装置では、第１物体としてのレチクルの回路パタ
ーンを投影レンズ系により第２物体としてのウエハ上に
投影し露光する。このとき投影露光に先立って観察装置
（検出手段）を用いてウエハ面を観察することによりウ
エハ上のアライメントマークを検出し、この検出結果に
基づいてレチクルとウエハとの位置整合、所謂アライメ
ントを行っている。

【０００３】このときのアライメント精度は観察装置の
光学性能に大きく依存している。この為、観察装置の性
能は露光装置において重要な要素となっている。特に最
近は位相シフトマスクや変形照明等により高集積度の半
導体デバイスを製造する露光装置が種々と提案されてお
り、このような露光装置においては、より高いアライメ
ント精度が要望されている。

【０００４】従来より露光装置では、ウエハ面上の位置
情報を得る為のウエハアライメントマーク（ウエハマー
ク）の観察方式として、主に次の３通りの方式が用いら
れている。

【０００５】（イ）．非露光光を用い、且つ投影レンズ
系を通さない方式（ＯＦＦ−ＡＸＩＳ方式） （ロ）．露光光を用い、且つ投影レンズ系を通す方式
（露光光，ＴＴＬ方式） （ハ）．非露光光を用い、且つ投影レンズ系を通す方式
（非露光光，ＴＴＬ方式）。

【０００６】これらの各方式のうち、例えば本出願人は
特開平３−６１８０２号公報で、非露光光ＴＴＬ方式の
観察装置を利用してアライメント系を提案している。同
公報ではウエハ面上のアライメントマーク（ウエハマー
ク）の光学像をＣＣＤカメラ等の撮像素子上に結像し、
該撮像素子から得られる画像情報を処理してウエハマー
クの位置を検出している。

【０００７】又、本出願人は特開昭６２−２３２５０４
号公報において、ウエハマークの光学像をＣＣＤカメラ
で結像し、該ＣＣＤカメラで得た画像情報を２値化し、
その２値化画像中の特定画像パターンの位置座標をテン
プレートを用いたテンプレートマッチング処理を行うこ
とによりウエハマークの位置を検出する位置検出装置を
提案している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】近年、半導体デバイス
の微細化が進み、これに対してレチクルとウエハとのよ
り高精度の相対的位置合わせ（アライメント）が要望さ
れている。アライメント方法として前述の非露光光ＴＴ
Ｌ方式ではウエハ上に構成されるアライメントマーク
（以下ウエハマーク）の光学像を投影光学系を通して
（ＴＴＬ）、ＣＣＤカメラ等の撮像素子上に結像し、そ
の電気信号を画像処理しウエハマークの位置を検出して
いる。

【０００９】投影光学系は露光波長（例えばｉ線３６５
ｎｍやエキシマレーザの発振光２４８ｎｍ）に対して収
差補正を行っている。この収差補正ではほとんど無収差
と言えるレベルまで補正しており、より細い線幅をより
広い範囲に露光できるようにしている。

【００１０】一般に光学設計においては、アライメント
波長（非露光光で、例えばＨｅ−Ｎｅレーザ発振光６３
３ｎｍ）に対して、投影光学系の収差を補正することが
可能である。しかしながら、このことが露光波長の仕様
（ＮＡ，露光範囲）に対して束縛条件となり、投影光学
系の全長を長くしたり、構成レンズ枚数を多くしたりす
ることになっている。その為、現在存在するほとんどの
投影光学系においてはアライメント波長で収差が存在す
る仕様となっている。

【００１１】本出願人はこのアライメント波長での収差
を補正する方法を、例えば特開平３−６１８０２号公報
で提案している。同公報では投影光学系で発生する以下
の収差の補正の方法について提案している。

【００１２】．球面収差‥‥検出系のレンズで、逆の
球面収差を発生して補正 ．コマ収差‥‥平行平面板を傾けて、逆のコマ収差を
発生して補正 ．アス（非点）収差‥‥平行平面板を傾けて、逆のア
ス収差を発生して補正 ．軸上色収差‥‥検出系のレンズで、逆の軸上色収差
を発生して補正 ．色アス収差‥‥貼り合わせたシリンドリカルレンズ
で、逆の色アス収差を発生して補正 ．倍率色収差‥‥アスコマ補正をする平行平面板の硝
子材を選択することにより色ズレを発生して補正

【００１３】このうち、の倍率色収差の補正は、アラ
イメント波長が多色光の場合、アスコマ補正を担う光学
素子の性能，材質等と関係していて、一般に全ての波長
を独立に補正するのが難しい。例えば、投影光学系の収
差によっては倍率色収差の全ての波長における補正が困
難な場合があり、そのようなときには投影光学系の再設
計が必要となる。このことは投影光学系の設計における
束縛条件となっている。

【００１４】本発明は、アライメント光として露光光と
して異なった複数波長（連続スペクトルを含む）の光束
を用いたときに投影光学系で発生するコマ収差，非点収
差，倍率色収差等の諸収差を互いに分散の異なる複数の
硝材を接合した少なくとも１つの透光性部材を有する補
正光学素子を用いることにより投影光学系のアスコマ収
差に大きく影響されずに倍率色収差の補正を良好に行
い、ウエハ面上に設けたアライメントマークの位置情報
を高精度に検出し、レチクルとウエハとの相対的位置合
わせを高精度に行い高集積度の半導体デバイスの製造を
容易にした位置検出装置及びそれを用いた半導体デバイ
スの製造方法の提供を目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の位置検
出装置は、光源手段からの波長が異なる複数の光束で投
影レンズ系を介して所定面上に設けたマークを照明し、
該マー-クの像を該投影レンズを介して撮像手段面上に
形成し、前記撮像手段面上における前記マークの像の位
置情報を検出する位置検出装置であって,、前記マーク
の像を形成する際に、前記波長が異なる複数の光束に対
して生じる非点収差、コマ収差を補正し、前記舷長が異
なる複数の光束の主光線が該撮像手段面上において互い
にほぼ一致するようにした補正光学素子を有し、該補正
光学素子が、互いに分散の異なる少なくとも２つの硝材
を接合した透光性部材を少なくとも１つ備え該少なくと
も１つの透光性部材は、その接合面に対して主光線が垂
直でない角度で入射するように配置されていることを特
徴としている。請求項２の発明は請求項１の発明におい
て、前記光源手段は白色光源であることを特徴としてい
る。請求項３の発明は請求項１又は２の発明において、
前記光源手段はハロゲンランプであることを特徴として
いる。請求項４の発明は請求項１乃至３のいずれか１項
の発明において、前記液長が異なる複数の光束は、所定
の波長幅の光束であることを特徴としている。請求項５
の発明は請求項１乃至４のいずれか１項の発明におい
て、前記波長が異なる複数の光束は、連続スペクトルを
有する光束であることを特徴としている。

【００１６】請求項（5の発明の露光装置は、照明手段
からの露光光で照明した第１物体面上のパターンを投影
レンズ系により第２物体面上に投影露光する露光装置で
あって、光源手段からの波長が異なる複数の光束で投影
レンズ系を介して所定面上に設けたマークを照明し、該
マークの像を該投影レンズを介して撮像手段面上に形成
し、前記昆像手段面上における前記マークの像の位置情
報を検出する位置検出装置を有し、該位置検出装置が、
前記マークの像を形成する際に、前記波長が異なる複数
の光束に対して生じる非点収差、コマ収差を補正し、前
記波長が異なる複数の光束の主光線が該撮像手段面上に
おいて互いにほぼ一致するようにした補正光学素子を有
し、該補正光学素子が、互いに分散の異なる少なくとも
２つの硝材を接合した透光性部材を少なくとも１つ備え
該少なくとも１つの透光性部材は、その接合面に対して
主光線が垂直でない角度で入射するように配置されてい
ることを特徴としている。請求項７の発明は請求項６の
発明において、前記光源手段は白色光源であることを特
徴としている。請求項８の発明は請求項６又は７発明に
おいて、前記光源手段はハロゲンランプであることを特
徴としている。請求項９の発明は請求項６乃至８のいず
れか１項の発明において、前記波長が異なる複数の光束
は、所定の波長幅の光束であることを特徴としている。
請求項１０の発明は請求項６乃至９のいずれか１項の発
明において、前記波長が異なる複数の光束は、連続スペ
クトルを有する光束であることを特徴としている。

【００１７】請求項１１の発明の半導体デバイスの製造
方法は、照明手段からの露光光で照明したレチクル面上
のパターンを投影レンズ系によりウエハ面上に投影露光
する露光工程と、前記ウエハを現像処理して半導体デバ
イスを製造する現像工程とを有する半導体デバイスの製
造方法であって、前記露光工程は、請求項６乃至１０の
いずれか１項に記載の露光装置を用いて行うことを特徴
としている。

【００１８】

【実施例】図１は本発明の実施例１の要部概略図であ
り、半導体製造用の露光装置を示している。同図におい
て１は第１物体としてのレチクルであり、レチクルステ
ージ２８に載置されている。レチクル１は照明手段３１
からの露光光で照明されている。２は第２物体としての
ウエハであり、その面上にはアライメント用のマーク１
４が設けられている。３は投影光学系で投影レンズ系よ
り成りレチクル１面上の回路パターン等をウエハ２面上
に投影している。

【００１９】２１はθ，Ｚステージでウエハ２を載置し
ており、ウエハ２のθ回転及びフォーカス調整即ちＺ方
向の調整を行っている。θ，Ｚステージ２１はステップ
動作を高精度に行う為のＸＹステージ２２上に載置され
ている。ＸＹステージ２２にはステージ位置計測の基準
となる光学スクウェアー２３が置かれており、この光学
スクウェアー２３をレーザー干渉計２４でモニターして
いる。

【００２０】本実施例におけるレチクル１とウエハ２と
の位置合わせ（アライメント）は予め位置関係が求めら
れている基準マークに対して各々位置合わせを行なうこ
とにより間接的に行なっている。又は実際レジスト像パ
ターン等をアライメントを行なって露光をおこないその
誤差（オフセット）を測定し、それ以後その値を考慮し
てオフセット処理している。

【００２１】次にウエハ２面のマーク１４の位置検出を
行なう方法について説明する。６３は光源（光源手段）
であり、ハロゲンランプ等の白色光源より成っている。
光源６３からの光束のうち波長選択フィルター６６で露
光光とは波長の異なった所定の波長幅（例えば波長６３
３±２０ｎｍ、半値幅４０ｎｍ）の光束を通過させ、コ
ンデンサーレンズ６２を介して偏光ビームスプリッター
６７で所定方向に偏光面を有する直線偏光の光束を反射
させている。光源６３からは所定の半値幅を有した光束
を放射している。

【００２２】本実施例において光源６３としてはこの
他、波長が異なる光束を放射する複数の発光手段（レー
ザー等）より構成したものでも良い。

【００２３】偏光ビームスプリッター６７で反射した光
束をλ／４板６５で円偏光とし球面収差や色収差の補正
用の補正レンズ１８と後述する光学性質を有し、且つ所
定の形状で配置した互いに分散の異なる複数の硝材を接
合した透光性部材から成る補正光学素子４００を介して
ミラーＭ１で反射させた後、投影レンズ系３に入射させ
ている。

【００２４】ここで補正光学素子４００は投影レンズ系
３のメリディオナル断面内においてその入射端，出射端
が光軸に対し、各々所定角度の傾きになるように配置す
ることにより、後述するように露光光と検出光（アライ
メント光）の波長の違いにより投影レンズ系３から発生
する非点収差とコマ収差そして色収差，特に全てのアラ
イメント波長にわたり倍率色収差等をバランス良く補正
している。投影レンズ系３に入射した光束は射出後ウエ
ハ２面のマーク１４を照明している。

【００２５】ウエハ２面のマーク１４からの反射光は順
に投影レンズ系３，ミラーＭ１，補正光学素子４００，
そして補正光学系１８と元の光路を戻り、λ／４板６５
に入射する。λ／４板６５を通過した光束は前とは偏光
面が９０度回転した直線偏光となり、今度は偏光ビーム
スプリッター６７を通過しＣＣＤ（撮像素子）１９に入
射し、その面上にマーク１４の像（マーク像）を形成す
る。

【００２６】このときＣＣＤ１９面上に形成したマーク
像の位置を観察（計測）することによりウエハ２の位置
関係を求めている。例えばマーク像のＣＣＤ１９面上の
基準位置（基準マーク）からのずれを求めている。

【００２７】このように本実施例では要素６３，６６，
６２，６７，６５，１８，４００，Ｍ１，１９を有する
検出手段でウエハ２面のマークの基準マークからのずれ
を投影レンズ系３を介して検出している。そしてこのと
きのマーク像の検出を要素Ｍ１，４００，１８を有する
像形成手段により該マーク像をＣＣＤ１９面上に形成す
ることにより行なっている。

【００２８】次にレチクル１に設けたマーク１ａと本体
に設けた基準マーク６４との位置合わせ方法について説
明する。

【００２９】光源６３ａからの光束のうち波長選択フィ
ルター６８で、所定の波長幅の光束を通過させコンデン
サーレンズ６２ａで集光し、ハーフミラー６１で反射さ
せている。そしてハーフミラーで反射し、補正レンズ１
８ａとミラー１７を介した光束でマーク１ａと基準マー
ク６４とを照明している。マーク１ａと基準マーク６４
からの反射光は順にミラー１７、補正レンズ１８ａと元
の光路を戻り、ハーフミラー６１を通過してＣＣＤ１９
ａ面上に入射し、その面上に双方のマーク像を形成して
いる。このときの双方のマーク像の位置関係よりレチク
ル２の本体に対する位置合わせを行なっている。

【００３０】尚、本実施例ではウエハ２面のマークを検
出する検出手段及びレチクルと本体との位置合わせを行
なう光学系を投影レンズ系３の光軸に対して対称に複数
個設けている。

【００３１】本実施例では以上のようにウエハ２面上の
マーク１５を検出する際の検出光学系の光路中に前述の
如く１群の補正光学素子４００を設けることにより、露
光光と検出光の波長の差により投影レンズ系３より発生
する非点収差，コマ収差，そして色収差をサジタル面内
とメリジオナル面内の双方において補正し、ウエハ２上
のマーク１４の検出を良好に行ない、これによりレチク
ル１とウエハ２との相対的位置合わせを高精度に行なっ
ている。その後レチクル１面のパターンを投影レンズ系
３によりウエハ２面に投影露光し、公知の現像処理等を
経て半導体チップを製造している。

【００３２】次に本実施例で用いた補正光学素子４００
の光学的作用について説明する。まず、図２を用いて倍
率色収差の補正について説明する。図２では簡単の為に
補正光学素子を構成する１つの透光性部材１００を光束
の入射端１００ａと出射端１００ｂが光軸１０３に対し
て垂直となるように設定している。

【００３３】図２において１００は互いに分散の異なる
２つの硝材１０１，１０２を光軸１０３に対する角度θ
で接合した透光性部材である。今、この透光性部材１０
０に波長λの単色光１０４が入射した場合を考える。波
長λにおける硝材１０１，１０２の屈折率をそれぞれｎ
₁ ，ｎ₂ とする。硝材１０１と１０２の分散が異なる
為、接合面１０５の前後での屈折率は ｎ₁ ≠ｎ₂ ‥‥‥（１） である。その為、硝材１０１に入射し、接合面１０５を
経て硝材１０２から出射し、観察像面１０６に至る光路
に関し、「スネルの法則」から以下の関係式が成立す
る。

【００３４】 ｎ₁ sin （９０°−θ）ｎ₂ sin θ ‥‥‥（２） θ₂ ＝９０°−θ−θ₁ ‥‥‥（３） ｎ₂ sin θ₂ ＝sin θ₃ ‥‥‥（４） Ｙ＝Ｌtan θ₂ ＋Ｄtan θ₃ ‥‥‥（５） 但し、θ ：接合面１０５と光軸１０３のなす角 θ₁ ：波長λの光線の接合面１０５における屈折角 θ₂ ：接合面１０５の透過後の波長λの光線１０４と光
軸１０３のなす角 θ₃ ：出射端面１００ｂの法線と波長λの光線１０４の
なす角 Ｌ ：接合面１０５と波長λの光線１０４の交点から出
射端面１００ｂまでの距離 Ｄ ：出射端面１００ｂから観察像面１０６までの距離 Ｙ ：観察像面１０６における波長λの光軸１０３から
の光線の位置

【００３５】上式（２）〜（５）は、他の波長について
も同様に成立する。しかし、波長が異なる場合、硝材１
０１，１０２における屈折率が波長により異なってくる
為、 ｎ₁ ＝Ｎ₁ （λ） ‥‥‥（６） ｎ₂ ＝Ｎ₂ （λ） ‥‥‥（７） となる。従って複数の異なる波長の光が、この透光性部
材１００を透過した場合、観察像面１０６上での各波長
の位置Ｙは各々異なった値となる。

【００３６】例えば、 硝材１ ｎ_d ＝1.72600 ν_d ＝５３．５ 硝材２ ｎ_d ＝1.72825 ν_d ＝２８．５ の２種類の硝材をθ＝４５°で接合した場合、Ｌ＝２
５，Ｄ＝21.78881とすると、波長６３２．８ｎｍと、波
長６１３ｎｍでは、 λ＝632.8nm ｎ₁ ＝1.7231493 θ₁ ＝45.00181557 ｎ₂ ＝1.7230947 θ₂ ＝-0.00181557 θ₃ ＝-0.00312840 Ｙ₆₃₃ ＝-0.001982mm λ＝613nm ｎ₁ ＝1.7243238 θ₁ ＝44.97096755 ｎ₂ ＝1.7251982 θ₂ ＝ 0.02903245 θ₃ ＝ 0.05008673 Ｙ₆₁₃ ＝ 0.031715mm となる。

【００３７】従って、両者の観察像面１０６での位置の
差ΔＹは、 ΔＹ＝Ｙ₆₁₃ −Ｙ₆₃₃ ＝３３．６μｍ である。このことを利用して逆に波長６３２．８ｎｍと
波長６１３ｎｍの間で−３３．６μｍの色ズレが発生し
ていた場合、この透光性部材１００に光束を通すことに
より、色ズレを除去できることを示している。

【００３８】上記の例では、２波長について計算した
が、連続的なスペクトルを有する光束においても硝材の
屈折率が波長の略１次関数になる波長領域で成立する。
従って、上記のパラメーターを変化させることにより、
複数の異なる波長の主光線を観察像面上で略一致させる
ことができる。

【００３９】図１に示した実施例１の場合、図２に示し
たような透光性部材１００の補正光学素子４００により
投影レンズ３で発生する倍率色収差の補正以外にコマ収
差及び非点収差も補正する。以下に図３を用いてこのと
きの収差補正について説明する。

【００４０】図３において２００は図２に示したのと同
様な硝材２０１，２０２をメリディオナル断面内で光軸
２０３に対し、所定の角度θ傾けて配置した透光性部材
である。モデルを簡単化する為、図３においては２つの
接合された互いに異なる分散の硝材２０１，２０２の材
質の屈折率が基本波長λに対し、同じ（ｎ₁ ＝ｎ₂ ）で
あるとしている。そうすると基本波長λに関しては透光
性部材２００内の接合面２０５で光束が屈折しない為、
透光性部材２００は単なる平行平面板と等価になる。

【００４１】一般に図３に示すように厚さｄ、屈折率Ｎ
の平行平面板２００に対して拡がり角μの光束を、その
主光線ＰＲが角度θとなるように入射させたとする。こ
のとき該平行平面板２００より発生する非点収差ＡＳと
コマ収差ＣＭはW.Smith著の“Modern Optical Engineer
ing”に示されているように ＡＳ＝ｄ・θ² （Ｎ² −１）／Ｎ³ ‥‥‥（８） ＣＭ＝ｄ・μ² ・θ（Ｎ² −１）／（２Ｎ³ ） ‥‥‥（９） となる。

【００４２】即ち、非点収差ＡＳは入射角θの二乗、コ
マ収差ＣＭは入射角θに比例する。又同様に、非点収差
ＡＳもコマ収差ＣＭも厚さｄに比例する。

【００４３】そこで本実施例ではこの性質を利用して図
１の投影レンズ系３で発生するアライメントの基本波長
における非点収差及びコマ収差を打ち消すような入射角
θ，厚さｄを（８），（９）式の連立方程式を解くこと
によって求め、これにより基本波長においては非点収
差，コマ収差を良好に補正している。但し、このとき厚
さｄの符号が負になってしまうと現実的な解は存在しな
い。

【００４４】その為、本実施例では投影レンズ系のアラ
イメント基本波長における収差をコントロールすること
により補正光学素子４００への入射角θと厚さｄが必ず
実現できる解になるように投影レンズ系を設計してい
る。

【００４５】アライメント波長が基本波長から遠ざかる
ほど、補正光学素子４００の接合面における光束の屈折
角は大きくなり、コマ収差，非点収差とも残存収差が増
えてくるが、位置合わせ計測にとって許容範囲内の程度
であれば波長の広帯域化も十分可能である。

【００４６】このように本実施例では予め投影レンズ系
の収差量を制御することにより１群の補正光学素子４０
０で波長の違いにより投影レンズ系３から生ずる諸収差
を補正し、ウエハ２面のマーク１４の観察を良好に行っ
ている。

【００４７】図４〜図７は各々本発明の実施例２〜５の
要部概略図である。図中、図１で示した要素と同一要素
には同符番を付している。

【００４８】図４の実施例２は図１の実施例１に比べて
補正光学素子４００を互いに異なる分散の２つの硝材を
接合して構成する際に各々のアライメント基本波長での
２つの屈折率ｎ₁ ，ｎ₂ が硝材の都合等でｎ₁ ＝ｎ₂ を
実現することができない場合を推定してｎ₁ ≠ｎ₂ とし
ている点が異なっているだけであり、その他の構成は同
じである。

【００４９】本実施例では基本波長も補正光学素子４０
０内の接合面にて屈折する為、補正光学素子４００以降
（補正光学素子４００よりＣＣＤ１９側）の光学系の光
軸と光束の主光線とを一致させるようにミラーＭ２を所
定量傾けて配置している。但し、補正光学素子４００以
降の光学系の光軸を傾けて配置するのであれば光学系内
のミラーの傾きを調整する必要はない。

【００５０】図５の実施例３では図１の実施例１に比べ
てアライメント波長において投影レンズ系３で発生する
コマ収差と非点収差がほとんどなく、且つ補正光学素子
５００を構成する硝材の屈折率が基本波長においてｎ₁
＝ｎ₂ としている点が異なっているだけであり、その他
の構成は同じである。

【００５１】本実施例では補正光学素子５００により倍
率色収差のみ補正すれば良いので図２に示したような補
正光学素子のみを光路内に挿入している。

【００５２】図６の実施例４では図１の実施例１に比べ
てアライメント波長において投影レンズ系３で発生する
収差が非点収差と倍率色収差だけであり、コマ収差は発
生しないとしている点が異なっているだけであり、その
他の構成は同じである。

【００５３】本実施例において補正光学素子６００によ
り補正する収差は、非点収差と倍率色収差である。一
方、コマ収差は０の為、補正する必要がない。しかしこ
の場合、先に説明した実施例のような１群の透光性部材
だけでは非点収差と倍率色収差を補正し、コマ収差を０
のまま変化させないという収差補正をすることが難し
い。なぜなら、（８），（９）式より補正光学素子の厚
さｄ，入射角θが０以外で投影レンズ系３で発生した非
点収差をキャンセルする為、所定量を発生させ、且つコ
マ収差ＣＭ＝０となる解は現実には存在しない為であ
る。

【００５４】従って、本実施例の場合、補正光学素子６
００として図６に示すように、倍率色収差を補正する為
の透光性部材６０１とサジタル断面内において対向した
「ハ」の字形に配置した同一な一対の平行平面板より成
る透光性部材６０２，６０３で非点収差を補正してい
る。これらの透光性部材６０１，６０２，６０３により
非点収差，倍率色収差を補正し、コマ収差は０のまま変
化させない補正を達成している。

【００５５】図７の実施例５では図１の実施例１に比べ
てアライメント波長において投影レンズ系３で発生する
収差がコマ収差と倍率色収差だけであり、非点収差は発
生しないとしている点が異なっているだけであり、その
他の構成は同じである。

【００５６】本実施例において補正光学素子７００によ
り補正する収差は、コマ収差と倍率色収差である。一
方、非点収差は０の為、補正する必要がない。しかし、
この場合も先に説明した実施例１〜３のような１群の透
光性部材だけではコマ収差と倍率色収差を補正し、非点
収差を変化させないという収差補正をすることが難し
い。

【００５７】なぜなら、これも実施例４と同様に
（８），（９）式より透光性部材の厚さｄ，入射角θが
０以外で投影レンズ系３で発生したコマ収差をキャンセ
ルする為、所定量発生させ、非点収差ＣＭ＝０となる解
は現実には存在しない為である。

【００５８】従って本実施例の場合、補正光学素子７０
０として図７に示すように透光性部材７０１をメリディ
オナル断面内に所定量傾けて光路内に挿入し、投影レン
ズ系３で発生する倍率色収差とコマ収差を補正する。

【００５９】しかしこの場合、透光性部材７０１を傾け
て配置したことにより非点収差が発生してくる。そこ
で、この非点収差を補正する為、透光性部材７０１以降
にサジタル断面内において対向した「ハ」の字形に同一
な一対の平行平面板より成る透光性部材７０２，７０３
を配置している。これら３つの透光性部材７０１，７０
２，７０３によりコマ収差，倍率色収差を補正し、透光
性部材７０１で発生した非点収差も補正することにより
高精度な位置合わせを実現している。

【００６０】次に上記説明した露光装置を利用したデバ
イスの製造方法の実施例を説明する。

【００６１】図８は半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の
半導体チップ、或は液晶パネルやＣＣＤ等）の製造のフ
ローを示す。ステップ１（回路設計）では半導体デバイ
スの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では設
計した回路パターンを形成したマスクを製作する。

【００６２】一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリ
コン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４
（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記用意したマ
スクとウエハを用いてリソグラフィ技術によってウエハ
上に実際の回路を形成する。

【００６３】次のステップ５（組立）は後工程と呼ば
れ、ステップ４によって作製されたウエハを用いて半導
体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシ
ング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封
入）等の工程を含む。ステップ６（検査）ではステップ
５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久
性テスト等の検査を行なう。こうした工程を経て半導体
デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。

【００６４】図９は上記ウエハプロセスの詳細なフロー
を示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化
させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁
膜を形成する。

【００６５】ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に
電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打
込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５
（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ１６（露光）では上記説明した露光装置によってマ
スクの回路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ
１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステップ
１８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部分
を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチ
ングがすんで不要となったレジストを取り除く。これら
のステップを繰り返し行なうことによってウエハ上に多
重に回路パターンが形成される。

【００６６】本実施例の製造方法を用いれば、従来は製
造が難しかった高集積度の半導体デバイスを製造するこ
とができる。

【００６７】

【発明の効果】本発明によれば以上のように、アライメ
ント光として露光光として異なった複数の波長の光束を
用いたときに投影光学系で発生するコマ収差，非点収
差，倍率色収差等の諸収差を互いに分散の異なる複数の
硝材を接合した少なくとも１つの透光性部材を有する補
正光学素子を用いることにより投影光学系のアスコマ収
差に大きく影響されずに全ての波長に対し倍率色収差の
補正を良好に行い、ウエハ面上に設けたアライメントマ
ークの位置情報を高精度に検出し、レチクルとウエハと
の相対的位置合わせを高精度に行い高集積度の半導体デ
バイスの製造を容易にした位置検出装置及びそれを用い
た半導体デバイスの製造方法を達成することができる。

【００６８】特に本発明によれば、投影光学系で発生す
る倍率色収差，コマ収差，非点収差を良好に補正でき、
従来は投影レンズ系を設計するときの制約条件であった
アライメント基本波長近辺の色収差の変化も大幅に緩和
でき、投影レンズの設計を容易にし、且つ良好なアライ
メント信号を得ることにより高精度な位置合わせが達成
できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の要部概略図

【図２】本発明に係る補正光学素子の概略図

【図３】本発明に係る補正光学素子の概略図

【図４】本発明の実施例２の要部概略図

【図５】本発明の実施例３の要部概略図

【図６】本発明の実施例４の要部概略図

【図７】本発明の実施例５の要部概略図

【図８】本発明の半導体デバイスの製造方法のフローチ
ャート

【図９】本発明の半導体デバイスの製造方法のフローチ
ャート

【符号の説明】

１ レチクル（第１物体） ２ ウエハ（第２物体） ３ 投影光学系 ４，４００，５００，６００，７００ 補正光学素子 １４ アライメントマーク １８，１８ａ 補正レンズ １９ 撮像素子 ６３ 光源手段 １００，２００，６０１，６０２，６０３，７０１，７
０２，７０３ 透光性部材

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−190420（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−223326（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−342748（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−267820（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−5494（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−29196（ＪＰ，Ａ)

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光源手段からの波長が異なる複数の光束で
   投影レンズ系を介して所定面上に設けたマークを照明
   し、該マークの像を該投影レンズを介して撮像手段面上
   に形成し、前記撮像手段面上における前記マークの像の
   位置情報を検出する位置検出装置であって、 前記マークの像を形成する際に、前記波長が異なる複数
   の光束に対して生じる非点収差、コマ収差を補正し、前
   記波長が異なる複数の光束の主光線が該撮像手段面上に
   おいて互いにほぼ一致するようにした補正光学素子を有
   し、 該補正光学素子が、互いに分散の異なる少なくとも２つ
   の硝材を接合した透光性部材を少なくとも１つ備え該少
   なくとも１つの透光性部材は、その接合面に対して主光
   線が垂直でない角度で入射するように配置されているこ
   とを特徴とする位置検出装置。
2. 【請求項２】前記光源手段は白色光源であることを特徴
   とする請求項１記載の位置検出装置。
3. 【請求項３】前記光源手段はハロゲンランプであること
   を特徴とする請求項１又は２記載の位置検出装置。
4. 【請求項４】前記波長が異なる複数の光束は、所定の波
   長幅の光束であることを特徴とする請求項１乃至３のい
   ずれか１項記載の位置検出装置。
5. 【請求項５】前記波長が異なる複数の光束は、連続スペ
   クトルを有する光束であることを特徴とする請求項１乃
   至４のいずれか１項記載の位置検出装置。
6. 【請求項６】照明手段からの露光光で照明した第１物体
   面上のパターンを投影レンズ系により第２物体面上に投
   影露光する露光装置であって、 光源手段からの波長が異なる複数の光束で投影レンズ系
   を介して所定面上に設けたマこ-クを照明し、該マーク
   の像を該投影レンズを介して撮像手段面上に形成し、前
   記撮像手段面上における前記マークの像の位置情報を検
   出する位置検出装置を有し、 該位置検出装置が、前記マークの像を形成する際に、前
   記波長が異なる複数の光束に対して生じる非点収差、コ
   マ収差を補正し、前記波長が異なる複数の光束の主光線
   が該撮像手段面上において互いにほぼ一致するようにし
   た補正光学素子を有し、該補正光学素子が、互いに分散
   の異なる少なくとも２つの硝材を接合した透光性部材を
   少なくとも１つ備え該少なくとも１つの透光性部材は、
   その接合面に対して主光線が垂直でない角度で入射する
   ように配置されていることを特徴とする露光装置。
7. 【請求項７】前記光源手段は白色光源であることを特徴
   とする請求項６記載の露光装置。
8. 【請求項８】前記光源手段はハロゲンランプであること
   を特徴とする請求項６又は７記載の露光装置。
9. 【請求項９】前記波長が異なる複数の光束は、所定の波
   長幅の光束であることを特徴とする請求項６乃至８のい
   ずれか１項記載め露光装置。
10. 【請求項１０】前記波長が異なる複数の光束は、連続ス
    ペクトルを有する光束であることを特徴とする請求項６
    乃至９のいずれか１項記載の露光装置。
11. 【請求項１１】照明手段からの露光光で照明したレチク
    ル面上のパターンを投影レンズ系によりウエハ面上に投
    影露光する露光工程と、 前記ウエハを現像処理して半導体デバイスを製造する現
    像工程とを有する半導体デバイスの製造方法であって、 前記露光工程は、請求項６乃至１０のいずれか１項に記
    載の露光装置を用いて行うことを特徴とする半導体デバ
    イスの製造方法。