JPH07142328A - 投影露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レジスト膜の厚さむらに起因した検出波形の
非対称が防止でき、アライメントマークを高精度に検出
可能なパターン位置検出装置を備えた投影露光装置を提
供する。 【構成】 ＴＴＬ方式のアライメントマーク検出光学系
を備えた投影露光装置において、検出光学系の照明光と
して、波長幅の広いインコヒーレント光源２０３を用
い、レジストの厚さむらに起因した検出波形の非対称が
防止する。インコヒーレント光を用いることによって生
じる戻り光の色収差は、検出光路２０６に配置した色収
差補正レンズ２１６にて補正する。また、回折光検出又
は明視野検出を適宜行うための空間フィルタ２１８を、
検出光路２０６に設定する。 【効果】 レジスト膜に厚さむらを生じても、検出波形
の対称性が良好になり、アライメントマークの形成位置
を正確に検出できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は投影露光装置に係り、特
に、原版に形成されたパターンを光学的に縮小して被転
写物に転写する縮小投影露光装置（以下、ステッパとい
う）におけるＴＴＬ（Through The Lens）方式のパター
ン位置検出部の構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩのように微細な回路パターンより
成る集積回路の製造には、マスク等の原版を縮小レンズ
により縮小してウエハの表面に投影するステッパが使用
されている。かかるステッパを用いてウエハ上にパター
ン露光を行なうに際しては、すでにウエハ上に形成され
ている回路パターンに対して、露光する回路パターンの
位置を高精度に重ね合わせる必要がある。

【０００３】従来より、かかる回路パターンの位置合わ
せ作業方式としては、例えば特開平１ー２１６１５号公
報に記載されているように、原版及びウエハ上に予め形
成された位置決め用パターン（アライメントマーク）の
相対位置を縮小レンズを通して観察し、これらの各アラ
イメントマークを合致させるＴＴＬ方式が知られてい
る。また、ウエハ上に形成されたアライメントマークを
光学的に検知する手段としては、前記公報に記載されて
いるように、ウエハ上に形成されたアライメントマーク
にコヒーレント光すなわち単色光を照射し、該アライメ
ントマークからの±１次以上の高次回折光のみを検出す
る方法が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ウエハへの
パターン露光は、ウエハ上に形成されたレジスト膜に行
なわれ、ウエハへのレジスト膜の形成は、例えばスピン
塗布法などによって行なわれる。ウエハの表面が平滑で
ある場合には、高度に均厚性の高いレジスト膜を形成す
ることができるが、凹凸状のアライメントマークが既に
形成されたウエハにレジスト膜を形成する場合には、レ
ジストの流れが凹凸状のアライメントマークによって阻
害されるために、均厚性の高いレジスト膜を形成するこ
とがむずかしい。

【０００５】上記従来技術においては、ウエハ上に形成
されたアライメントマークの照明光としてコヒーレント
光を用いているため、レジスト内で生じる照明光の多重
干渉の影響が顕著であり、レジスト膜の厚さむらやアラ
イメントマークの段差むらがあると、該部より発生する
検出光の光強度がむらになって検出波形が非対称にな
り、アライメントマークの位置を精度良く検出すること
ができない。かかる不都合は、照明光としてコヒーレン
ト光を用いる限り防止することは不可能である。したが
って、高密度にして高精度の回路パターンをウエハ上に
転写するためには、レジスト膜の厚さむらやアライメン
トマークの段差むらがある場合にもアライメントマーク
の位置を高精度に検出できるパターン位置検出手段の開
発が不可欠である。

【０００６】本発明は、かかる課題を解決するためにな
されたものであって、その目的は、ウエハ上に形成され
たレジスト膜の厚さむらやアライメントマークの段差む
らに拘らず、アライメントマークの形成位置を高精度に
検出できるＴＴＬ方式のパターン位置検出部を備えたス
テッパを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するため、第１に、原版に形成された転写パターン
を投影レンズを通して被転写物の表面に投影する投影光
学系と、前記被転写物の表面に形成されたアライメント
マークの位置を前記投影レンズを通して検出する検出光
学系とを備えた投影露光装置において、前記検出光学系
として、前記被転写物にインコヒーレント光を照射する
照明手段と、前記投影レンズを透過した前記被転写物か
らの戻り光を結像する結像手段と、該結像手段によって
結像されたパターン像を入射して光電変換し、前記アラ
イメントマークの位置を検出する検出手段と、前記投影
レンズから検出手段に至る光路中に配設された前記戻り
光の色収差を補正する色収差補正手段とを含んで構成さ
れるものを備えた。

【０００８】また第２に、同様の投影露光装置におい
て、前記検出光学系として、前記被転写物にインコヒー
レント光を照射する照明手段と、前記投影レンズを透過
した前記被転写物からの戻り光を結像する結像手段と、
該結像手段によって結像されたパターン像を入射して光
電変換し、前記アライメントマークの位置を検出する検
出手段と、前記投影レンズから検出手段に至る光路中に
配設された前記戻り光の色収差を補正する色収差補正手
段と、前記投影レンズから検出手段に至る光路中に配設
された前記検出手段に入射する光の一部を選択的に透過
する光選択手段とを含んで構成されるものを備えた。

【０００９】前記各装置における検出光学系は、広範囲
にわたる照明を可能にするため、照明光が被転写物の表
面に対してケーラー照明されるように照明光入射光路を
構成することが好ましい。また、前記照明手段から前記
投影レンズに至る照明光入射光路中には、照明光の形状
及び寸法を調整するための開口絞りを備えることが好ま
しく、該開口絞りとしては、照明光の像を円形に整形す
るもの、輪帯状に整形するもの、もしくは長方形に整形
するものなどを用いることができる。この場合、形状及
び／又は寸法が異なる複数個の開口絞りが並設された開
口部材を移動機構に搭載し、該移動機構を駆動すること
によって、前記照明光の像の形状及び／又は寸法を適宜
変更できるようにすることも可能である。

【００１０】また、前記光選択手段としては、前記結像
手段によって結像されるパターン像の０次回折光を遮蔽
し、±１次以上の回折光を透過するものを備えることも
できるし、これとは逆に、前記結像手段によって結像さ
れるパターン像の±１次以上の回折光を遮蔽し、０次回
折光を透過するものを備えることもできる。なお、所望
とする１ないし複数種類の光選択手段を移動機構に搭載
し、該移動機構を駆動することによって、前記検出手段
に入射する光を適宜変更できるようにすることも可能で
ある。

【００１１】

【作用】膜厚にむらのあるレジスト膜にコヒーレント光
を照射した場合には、レジスト膜内で生じる照明光の多
重干渉強度がレジスト膜の膜厚の変化に対して顕著に変
化するため、検出波形が非対称となり、アライメントマ
ークの形成位置を高精度に求めることができないが、波
長幅の広いインコヒーレント光を照射した場合には、レ
ジスト膜内で生じる照明光の多重干渉強度がレジスト膜
の膜厚の変化に対してあまり変化しないので、検出波形
の対称性が良好になり、アライメントマークの形成位置
を高精度に求めることができる。

【００１２】一方、特定波長の投影光（マスクに形成さ
れたパターンを被転写物に投影する光）に対して最適に
調整された投影レンズを介して波長幅の広いインコヒー
レント光を被転写物に照射し、該被転写物からの戻り光
を当該投影レンズを介して取り出すと、戻り光に波長の
相違に起因する色収差が生じるため、このままではアラ
イメントマークの形成位置を高精度に求めることができ
ないが、色収差は、戻り光路中に適当なレンズ（色収差
補正レンズ）を組み込むことによって除去可能である。
よって、検出光学系にインコヒーレント光を照射する照
明手段と、色収差の除去手段を備えることによって、膜
厚むらのあるレジスト膜が形成された被転写物から凹凸
状のアライメントマークの形成位置を高精度に検出する
ことができる。

【００１３】また、投影レンズから検出手段に至る光路
中に、検出手段に入射する光の一部を選択的に透過する
光選択手段を配設すると、その光選択手段の種類によっ
て、アライメントマークで正反射した０次光を遮光し、
±１次光以上の回折光のみを検出手段に入射させる回折
光検出、又は０次光及び回折光を共に検出手段に入射さ
せる明視野検出を行なうことができる。さらに、光選択
手段を移動機構に搭載すると、移動機構を駆動すること
によって、所望の光選択手段を光路中に配設したりある
いは光路中から排除することができるので、必要に応じ
て回折光検出又は明視野検出を使う分けることができ、
装置の汎用性、高機能性を高めることができる。

【００１４】

【実施例】以下、ステッパ（縮小投影装置）を例にとっ
て本発明の一実施例を説明する。本実施例では、原版と
してマスクが、投影レンズとして縮小レンズが、被転写
物としてウエハが用いられ、マスクには投影パターンと
して回路パターンの拡大図が形成されている。

【００１５】図２に、実施例に係るステッパを示す。同
図に示すように本例のステッパは、投影光学系１００
と、検出光学系２００と、ＸーＹステージ３００と、処
理制御系４００とから構成されている。投影光学系１０
０は、所望とする回路パターンの拡大図１０１ａが形成
されたマスク１０１と、該マスク１０１に投影光を照射
する照明部１０２と、ウエハ１０３上に回路パターンを
投影する縮小レンズ１０４とからなる。検出光学系２０
０は、前記マスク１０１のＸ方向及びＹ方向に配設され
たアライメントマーク検出装置２０１，２０２と、これ
ら各マーク検出装置２０１，２０２を介して前記ウエハ
１０３上にインコヒーレント光を照射するインコヒーレ
ント光源２０３とからなる。ＸーＹステージ３００は、
従来より公知のものであって、搭載されたウエハ１０３
をＸーＹ方向に二次元的に移動する。処理制御系４００
には、装置各部の動作判定並びに統制を行う制御用コン
ピュータ４０１と、前記照明部１０２による露光を制御
する露光制御装置４０２と、前記マーク検出装置２０
１，２０２によって検出された信号を画像処理する処理
装置４０３，４０４，４０５と、前記マーク検出装置２
０１，２０２に備えられた移動機構を制御する移動機構
制御装置４０６と、前記ＸーＹステージ３００を駆動す
るためのサーボアンプ４０７とが備えられている。

【００１６】図１に、投影光学系１００、検出光学系２
００、ＸーＹステージ３００の要部を拡大して示す。な
お、２つのパターン検出装置２０１，２０２は同一構成
であるので、図１にはマーク検出装置２０１のみを示
し、マーク検出装置２０２については図示が省略されて
いる。縮小レンズ１０４は、照明部１０２から出射され
る投影光１０５の波長を用いたときに回路パターン１０
１ａがもっとも良好に解像できるように設計されてい
る。なお、図中の符号１０６は、縮小レンズ１０４の瞳
を示している。

【００１７】ウエハ１０３には、図３に示すように、凹
溝状のアライメントマーク１０７が形成され、該アライ
メントマーク１０７内を含むウエハ１０３の表面には、
レジスト膜１０８が形成されている。ウエハ１０３への
レジスト膜１０８の形成は、スピン塗布法などによって
行なわれるが、レジスト塗布時にレジストの流れが凹溝
状のアライメントマーク１０７によって阻害されるため
に均厚性の高いレジスト膜を形成することがむずかし
く、同図に示すように通常膜厚むらのあるレジスト膜１
０８が形成される。ところで、ステッパの場合、縮小レ
ンズ１０４によって１度に露光できる範囲は２０ｍｍ平
方程度であり、ウエハ１０３の全面に回路パターン１０
１ａを露光するためには、ＸーＹステージ３００を駆動
してのアライメントマーク合わせと露光とを交互に繰り
返すステップ・アンド・リピート方式がとられる。した
がって、ウエハ１０３の表面には、ステップ・アンド・
リピートの繰返し数に応じた組数のアライメントマーク
１０７が形成される。また、１回の露光を行なうために
は、少なくともＸ方向及びＹ方向の双方にアライメント
マーク１０７を必要とする。

【００１８】インコヒーレント光源２０３としては、波
長幅の広いインコヒーレント光を発光する例えばハロゲ
ンランプ等が用いられる。この光源２０３には、光ファ
イバ２０４が接続されており、光源２０３から出射され
た光は、光ファイバ２０４を通ってアライメントマーク
検出装置２０１内に導かれる。

【００１９】アライメントマーク検出装置２０１は、光
ファイバ２０４からの光を前記ウエハ１０３に導く照明
光路２０５と、ウエハ１０３からの反射光又は回折光を
光電変換素子に導く検出光路２０６とを有する。照明光
路２０５は、光ファイバ出射端２０４ａの固定位置に対
向して配設されたコレクタレンズ２１１と、コレクタレ
ンズ２１１の結像位置に開口が配置された開口絞り２１
２と、ビームスプリッタ２１３と、照明光を前記縮小レ
ンズ１０４の瞳１０６に結像するレンズ２１４と、光路
を変更する折り曲げミラー２１５と、前記縮小レンズ１
０４とから構成される。一方、検出光路２０６は、前記
縮小レンズ１０４と、折り曲げミラー２１５と、レンズ
２１４と、ビームスプリッタ２１３と、色収差補正レン
ズ２１６と、色収差補正レンズ２１６の結像位置に配設
された拡大レンズ２１７と、前記縮小レンズ１０４の瞳
１０６と光学的に共役の位置に配設された光選択手段た
る空間フィルタ２１８と、光電変換素子２１９とから構
成される。なお、図中の符号２２０は、前記空間フィル
タ２１８を搭載し、これを検出光路２０６に設定する方
向又は検出光路２０６から除去する方向に移動する移動
機構を示している。

【００２０】インコヒーレント光源２０３から出射され
たインコヒーレントな照明光は、光ファイバ２０４を通
ってコレクタレンズ２１１に入射され、これによって開
口絞り２１２の配設位置に結像される。開口絞り２１２
の径は、照明光のパーシャルコヒーレンシーσを決定す
る。開口絞り２１２の像は、ビームスプリッター２１３
を反射した後、レンズ２１４によって縮小レンズ１０４
の瞳１０６に結像される。また、この光路中に配設され
た折り曲げミラー２１５によって照明光の光軸が縮小レ
ンズ１０４の瞳１０６の中心に合致される。これによ
り、照明光はウエハ１０３に対してケーラー照明とな
り、ウエハ１０３を均一に照明する。

【００２１】照明光は、ウエハ１０３上に形成されたア
ライメントマーク１０７で反射、回折、散乱を起こす。
その結果発生したアライメントマーク１０７の像は、再
び縮小レンズ１０４及び折り曲げミラー２１５を通って
アライメントマーク検出装置２０１に戻され、レンズ２
１４で拡大された後、ビームスプリッター２１３を透過
して色収差補正レンズ２１６に入射する。色収差補正レ
ンズ２１６を出射した光は、拡大レンズ２１７の焦点位
置に色収差が補正されたアライメントマーク１０７の像
を結像させる。拡大レンズ２１７は、アライメントマー
ク１０７の像をさらに拡大し、空間フィルタ２１８を通
して、又はこれを通さずに光電変換素子２１９に結像さ
せる。空間フィルタ２１８として±１次以上の高次回折
光のみを透過し、０次光を遮光するものを用い、かつこ
の空間フィルタ２１８を移動機構２２０を用いて光路中
に配設した場合には、光電変換素子２１９によっていわ
ゆる回折光検出を行なうことができる。また、移動機構
２２０を駆動して空間フィルタ２１８を光路外に配設し
た場合には、光電変換素子２１９によっていわゆる明視
野検出を行なうことができる。

【００２２】図３に示したウエハ１０３にコヒーレント
光を照射した場合には、図４（ａ）に示すとおり、レジ
スト膜１０８内で生じる照明光の多重干渉強度がレジス
ト膜１０８の膜厚の変化に対して顕著に変化するため、
検出波形が図４（ｂ）に示すとおり非対称となる。これ
に対して、同様のウエハ１０３に波長幅の広いインコヒ
ーレント光を照射した場合には、図５（ａ）に示すとお
りレジスト膜１０８内で生じる照明光の多重干渉強度
は、レジスト膜１０８の膜厚をある程度厚くした状態に
おいては、膜厚の変化に対してあまり変化しなくなるの
で、検出波形の対称性が図５（ｂ）に示すとおり良好に
なる。また、検出光路２０６中に色収差補正レンズ２１
６を備えることによって、検出されたアライメントマー
ク１０７の像の色収差を補正するようにしたので、光電
変換素子２１９に色収差のないアライメントマーク１０
７の像を入射できる。よって、膜厚にむらのあるレジス
ト膜１０８を介して、アライメントマーク１０７の中心
位置を正確に検出でき、良品の歩留まりの向上、作業性
の向上、製品の低コスト化、転写パターンの高密度化等
を図ることができる。

【００２３】次に、図６を用いて、開口絞り２１２及び
空間フィルタ２１８の各種実施例を説明する。なお、図
６においては、説明を容易にするために検出光学系２０
０が透過光路として図示されている。この図において、
符号２１２ａは開口絞り２１２に形成された開口パター
ン、符号２１８ａは空間フィルタ２１８に形成された遮
光部、符号２２１は０次回折光、符号２２２は±１次回
折光を示し、その他前出の図１と対応する部分にはそれ
と同一の符号が表示されている。前記したように、光フ
ァイバ２０４の出射端２０４ａから出射された照明光
は、コレクタレンズ２１１により開口絞り２１２の配設
位置に結像される。そして開口絞り２１２の像は、レン
ズ２１４により縮小レンズ１０４の瞳１０６に結像さ
れ、縮小レンズ１０４によりウエハ１０３上にケーラー
照明される。なお、アライメントマーク１０７として、
複数条の線状マークを一定ピッチに配設したものを形成
した場合、そのピッチの大きさをＰμｍ、照明光の波長
をλμｍとすると、アライメントマーク１０７で回折さ
れた光の±１次回折角θは、ｓｉｎθ＝λ／Ｐで表わさ
れる。

【００２４】ウエハ１０３からの戻り光には、０次回折
光２２１及び±１次回折光２２２が含まれている。これ
らの各回折光２２１，２２２は、縮小レンズ１０４の瞳
１０６で分離される。そして、縮小レンズ１０４により
得られたアライメントマーク１０７の像は拡大レンズ２
１７により拡大されて、光電変換素子２１９に結像され
る。なお、光電変換素子２１９にリニアセンサを用いる
場合は、図に示すようにシリンドリカルレンズ２２３を
用いて光束を圧縮することが望ましい。拡大レンズ２１
７により縮小レンズ１０４の瞳１０６と空間フィルタ２
１８の位置は、光学的な共役関係になっている。このた
め、０次回折光２２１が結像される部分に遮光部２１８
ａが形成された空間フィルタ２１８を光路内に備えるこ
とによって、±１次回折光２２２以上の高次回折光のみ
を検出することができる。また、空間フィルタ２１８を
光路から除去することにより、０次回折光２２１及び±
１次回折光２２２を含んだ戻り光の検出、すなわち明視
野検出が可能となる。

【００２５】一方、開口絞り２１２と空間フィルタ２１
８も光学的に共役な関係にある。したがって、図６（ｂ
１）に示す円形の開口２１２ａが形成された開口絞り２
１２を光路上に配置した場合、空間フィルタ２１８の遮
光部２１８ａを図６（ｂ２）に示す形状に設計すること
によって、±１次回折光２２２以上の高次回折光による
回折光検出波形が得られる。なお、遮光部２１８ａは、
０次回折光２２１が照射される部分だけに形成すれば足
りるのであって、図６（ｂ３）に示すように、空間フィ
ルター２１８の中央部に円形の遮光部２１８ａが形成さ
れたものを用いても、同様の効果が得られる。

【００２６】また、図６（ｃ１）に示す長方形状の開口
２１２ａを有した開口絞り２１２を用いた場合にも、図
６（ｃ２）に示す空間フィルター２１８を光路内に配設
することによって、±１次回折光２２２以上の高次回折
光による回折光検出波形を得ることができる。なお、ア
ライメントマーク１０７のピッチ、照明光の波長、もし
くは開口絞り２１２ａの大きさによっては、図６（ｃ
３）に示すように、０次光２２１と±１次回折光２２２
とが重なることがあるが、この場合にも、空間フィルタ
２１８で０次光２２１を遮光することによって、±１次
回折光２２２以上の高次回折光による回折光検出波形が
得られる。但し、この場合には、遮光部２１８ａにて回
折光が遮光されて検出光量が低下するため、アライメン
トマーク１０７の検出に不都合を生じない程度の検出光
量が得られるようにアライメントマーク１０７のピッ
チ、照明光の波長、開口絞り２１２ａの大きさを設定す
ることが望ましい。

【００２７】さらに、図６（ｄ１）に示すように輪帯状
の開口２１２ａを有した開口絞り２１２を配置した場合
には、空間フィルタ２１８の遮光部２１８ａを図６（ｄ
２）に示すように輪帯状にすることによって、前記と同
様の回折光検出が可能となる。また、光路中に配置され
た空間フィルタ２１８を光路外に退避させることによ
り、輪帯照明の明視野検出が可能となる。この輪帯照明
の明視野検出は、解像度が向上することが知られてお
り、検出精度の向上に効果がある。

【００２８】次に、図６に示した各種の開口絞り２１２
及び空間フィルタ２１８を備えたステッパの光学系を示
す。

【００２９】図７（ａ）は、円形の開口２１２ａを有す
る開口絞り２１２を光ファイバ出射端２０４ａに対向さ
せると共に、２つの四角形の透光部を所定の間隔だけ隔
てて上下に設けた空間フィルタ２１８を検出光路２０６
に対して出入可能に配置した実施例である。本例の場合
には、同図に示すように、空間フィルタ２１８を検出光
路２０６上に設定することによって、光電変換素子２１
９に±１次以上の回折光を結像させることができ、図７
（ｂ）に示す検出波形が得られる。また、空間フィルタ
２１８を移動機構２２０により光路から除去させること
によって、０次光と回折光を光電変換素子２１９に結像
させることができ、図７（ｃ）に示す明視野検出波形が
得られる。

【００３０】図８は、輪帯状の開口２１２ａを有する開
口絞り２１２を光ファイバ出射端２０４ａに対向させる
と共に、輪帯状の遮光部２１８ａを有する空間フィルタ
２１８を、検出光路２０６に対して出入可能に配置した
実施例である。本例の場合には、空間フィルタ２１８の
遮光部２１８ａは、０次光を完全に遮光できるものでな
くとも良く、例えば１０％程度の光を透過するような構
成としてもよい。移動機構２２０を用いて、空間フィル
タ２１８を光路から除去させれば輪帯照明の明視野検出
が可能となり、解像度が向上する効果がある。

【００３１】図９（ｂ）は、長方形の開口２１２ａを有
する開口絞り２１２を光ファイバ出射端２０４ａに対向
させると共に、２つの四角形の透光部を所定の間隔だけ
隔てて上下に設けた空間フィルタ２１８を検出光路２０
６に対して出入可能に配置した実施例である。図９
（ａ）はアライメントマーク１０７に対する投影された
開口絞り２１２の像の位置関係を示したものであり、縮
小レンズ１０４の瞳１０６に投影された開口絞り２１２
の像２２４の長手方向が、ウエハ１０３上に形成された
アライメントマーク１０７の長手方向と直交する方向
（検出方向と同方向）に結像される。

【００３２】なお、本発明は、投影露光装置の検出光学
系を、被転写物にインコヒーレント光を照射する照明手
段と、被転写物からの戻り光に生じた色収差を補正する
色収差補正手段とを含んで構成すること、もしくは前記
照明手段及び色収差補正手段並びに検出手段に入射する
光の一部を選択的に透過する光選択手段とを含んで構成
することを特徴とするものであって、本発明の要旨が前
記実施例に限定されるものではない。以下に、本発明の
他の実施例を列挙する。

【００３３】前記実施例においては、コレクタレンズ
２１１に対向して１個の開口２１２ａを有する１個の開
口絞り２１２を設けたが、図１０に示すように、形状及
び／又は寸法が異なる複数個の開口２１２ａ〜２１２ｄ
が並設された開口絞り２２５を移動機構２２６に搭載し
て設定し、該移動機構２２６を適宜駆動することによっ
て、コレクタレンズ２１１から出射された照明光の像の
形状及び／又は寸法を適宜変更できるようにすることも
できる。すなわち、前記したように図１０に示す構成の
投影露光装置においては、空間フィルター２１８を検出
光路２０６中に設定したり、あるいは空間フィルター２
１８を検出光路２０６から除去することによって、回折
光検出又は明視野検出を適宜選択できるが、回折光検出
と明視野検出とでは照明のパーシャルコヒーレンシーσ
の最適値が必ずしも一致しないため、検出条件やウエハ
３の段差条件などによっては、１種類の開口絞りでは最
適なマーク検出が行えない。そこで、複数個の開口２１
２ａ〜２１２ｄが並設された開口絞り２２５を移動機構
２２６に搭載して設定し、適宜の開口を使いわけるよう
にすれば、回折光検出及び明視野検出共に良好な検出波
形が得られる。

【００３４】前記実施例においては、インコヒーレン
ト光源２０３から出射された照明光を縮小レンズ１０４
を通してウエハ１０３にケーラー照明したが、図１１に
示すように、インコヒーレント光源２０３から出射され
た照明光を直接ウエハ１０３に照明するように照明光路
１０５を構成することもできる。

【００３５】前記実施例においては、空間フィルター
２１８を検出光路２０６中に出入可能に設定したが、空
間フィルター２１８は、検出光路２０６中に固定配置す
ることもできる。また、明視野検出のみを行う投影露光
装置においては、これを省略することもできる。さら
に、移動機構２２０に複数種の空間フィルター２１８を
搭載し、検出光路２０６に設定すべき空間フィルター２
１８を適宜変更できるようにすることもできる。

【００３６】前記実施例においては、空間フィルター
２１８として０次回折光を遮蔽し、±１次以上の回折光
を透過するものを備えたが、これとは逆に、±１次以上
の回折光を遮蔽し、０次回折光を透過するものを備えた
こともできる。

【００３７】その他、前記実施例においては、ＬＳＩ
製造用のステッパを例にとって説明したが、本発明の要
旨はこれに限定されるものではなく、公知に属する全て
の投影露光装置に応用できる。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、波長幅の広いインコヒ
ーレント光を照明光に用いたので、アライメントマーク
の検出方向にレジスト膜の厚さむらが生じている場合に
おいても検出波形の非対称性を防止できる。しかも、ア
ライメントマークの投影像が投影される光路の一部に光
選択手段を設けておき、正反射光を含むパターンの投影
像と正反射光を含まないパターンの投影像とを任意に選
択して検出手段に導き検出できるようにしたので、対象
とするプロセスに応じて適宜明視野検出もしくは回折光
検出像を選択することができ、常に最適な条件でパター
ン位置検出を行うことができる。よって、全プロセスに
渡って高精度なパターン位置検出を実現できる効果や、
製造される半導体集積回路の歩留まりを向上し製造原価
を引き下げられる効果、さらには、半導体集積回路に設
けられているパターンの重ね合わせ誤差を許容するため
のパターン余裕を小さくして、半導体集積回路の集積度
を高め、性能を向上する効果等がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係るアライメントマーク検出光学
装置の説明図である。

【図２】ステッパの斜視図である。

【図３】ウエハの要部拡大断面図である。

【図４】単波長の照明光をアライメントマークに照射し
た場合のレジスト膜厚と検出される光強度との関係並び
に検出波形を示すグラフ図である。

【図５】波長幅の広いインコヒーレント光をアライメン
トマークに照射した場合のレジスト膜厚と検出される光
強度との関係並びに検出波形を示すグラフ図である。

【図６】アライメントマーク検出光学系の光路図並びに
開口絞りと空間フィルタの各種実施例を示す説明図であ
る。

【図７】第１実施例に係るアライメントマーク検出光学
装置と、これによって検出される検出波形を示す説明図
である。

【図８】第２実施例に係るアライメントマーク検出光学
装置を示す説明図である。

【図９】第３実施例に係るアライメントマーク検出光学
装置を示す説明図である。

【図１０】第４実施例に係るアライメントマーク検出光
学装置を示す説明図である。

【図１１】第５実施例に係るアライメントマーク検出光
学装置を示す説明図である。

【符号の説明】

１００ 投影光学系 １０１ マスク １０３ ウエハ １０４ 縮小レンズ １０７ アライメントマーク １０８ レジスト膜 ２００ 検出光学系 ２０１，２０２ アライメントマーク検出装置 ２０３ インコヒーレント光源 ２０５ 照明光路 ２０６ 検出光路 ２１２ 開口絞り ２１６ 色収差補正レンズ ２１８ 空間フィルタ ２１９ 光電変換素子 ２２１ ０次回折光 ２２２ ±１次回折光

フロントページの続き (72)発明者 吉田 実 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 中山 保彦 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 佐瀬 善光 茨城県勝田市市毛882番地 株式会社日立 製作所計測機事業部内 (72)発明者 窪田 仁志 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 原版に形成された転写パターンを投影レ
   ンズを通して被転写物の表面に投影する投影光学系と、
   前記被転写物の表面に形成されたアライメントマークの
   位置を前記投影レンズを通して検出する検出光学系とを
   備えた投影露光装置において、前記検出光学系として、
   前記被転写物にインコヒーレント光を照射する照明手段
   と、前記投影レンズを透過した前記被転写物からの戻り
   光を結像する結像手段と、該結像手段によって結像され
   たパターン像を入射して光電変換し、前記アライメント
   マークの位置を検出する検出手段と、前記投影レンズか
   ら検出手段に至る光路中に配設された前記戻り光の色収
   差を補正する色収差補正手段とを含んで構成されるもの
   を備えたことを特徴とする投影露光装置。
2. 【請求項２】 原版に形成された転写パターンを投影レ
   ンズを通して被転写物の表面に投影する投影光学系と、
   前記被転写物の表面に形成されたアライメントマークの
   位置を前記投影レンズを通して検出する検出光学系とを
   備えた投影露光装置において、前記検出光学系として、
   前記被転写物にインコヒーレント光を照射する照明手段
   と、前記投影レンズを透過した前記被転写物からの戻り
   光を結像する結像手段と、該結像手段によって結像され
   たパターン像を入射して光電変換し、前記アライメント
   マークの位置を検出する検出手段と、前記投影レンズか
   ら検出手段に至る光路中に配設された前記戻り光の色収
   差を補正する色収差補正手段と、前記投影レンズから検
   出手段に至る光路中に配設された前記検出手段に入射す
   る光の一部を選択的に透過する光選択手段とを含んで構
   成されるものを備えたことを特徴とする投影露光装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、前記照明手段
   から出射された照明光が前記被転写物の表面に対してケ
   ーラー照明されるように、前記検出光学系の照明光入射
   光路を構成したことを特徴とする投影露光装置。
4. 【請求項４】 請求項１又は２において、前記照明手段
   から前記投影レンズに至る照明光入射光路中に、照明光
   の像を円形、輪帯状、もしくは長方形のいずれかに整形
   する開口絞りを備えたことを特徴とする投影露光装置。
5. 【請求項５】 請求項４において、形状及び／又は寸法
   が異なる複数個の開口絞りが並設された開口部材を移動
   機構に搭載し、該移動機構を駆動することによって、前
   記照明光の像の形状及び／又は寸法を適宜変更できるよ
   うにしたことを特徴とする投影露光装置。
6. 【請求項６】 請求項２において、前記光選択手段とし
   て、前記結像手段によって結像されるパターン像の０次
   回折光を遮蔽し、±１次以上の回折光を透過するものを
   備えたことを特徴とする投影露光装置。
7. 【請求項７】 請求項２において、前記光選択手段とし
   て、前記結像手段によって結像されるパターン像の±１
   次以上の回折光を遮蔽し、０次回折光を透過するものを
   備えたことを特徴とする投影露光装置。
8. 【請求項８】 請求項１において、前記光選択手段を移
   動機構に搭載し、該移動機構を駆動することによって、
   前記検出手段に入射する光を適宜変更できるようにした
   ことを特徴とする投影露光装置。