JPH0794691A - イメージセンサ - Google Patents

イメージセンサ

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JPH0794691A
JPH0794691A JP5234840A JP23484093A JPH0794691A JP H0794691 A JPH0794691 A JP H0794691A JP 5234840 A JP5234840 A JP 5234840A JP 23484093 A JP23484093 A JP 23484093A JP H0794691 A JPH0794691 A JP H0794691A
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JP
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light receiving
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light
lid
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JP5234840A
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English (en)
Inventor
Kensho Tokuda
憲昭 徳田
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/54—Mounting of pick-up tubes, electronic image sensors, deviation or focusing coils

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 干渉性の高い照明光を使用しても、イメージ
センサが干渉縞を検出しないようにする。 【構成】 イメージセンサは、受光素子１と保護部材
（リッド）２とが一体にパッケージ３に固定される。そ
して、受光素子１の表面に照明光に対する反射防止膜７
を形成する、又は受光素子１の表面とリッド２の受光素
子１側の面との間隔ｄを、照明光の可干渉距離Ｄの半分
程度以上に定める。 【効果】 イメージセンサは干渉縞を検出しないので、
観察、画像処理計測等の精度向上が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、画像処理装置等に使用
されるイメージセンサに関し、特にレーザ等の干渉性の
高い照明光を利用する装置に好適なイメージセンサに関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】図７は代表的なイメージセンサであるＣ
ＣＤ型イメージセンサの外観図、図８は図７のイメージ
センサの断面構造を示す図である。図７、図８におい
て、受光用フォトダイオード・アレイ等が形成されてい
るＣＣＤイメージセンシング素子（以下、受光素子と呼
ぶ）１は、樹脂、又はセラミック等で形成されたパッケ
ージ３に収納され、パッケージ３は受光素子１を保護す
るためのカバーガラス２によってほぼ密封されている。
カバーガラス２は、１ｍｍ前後の厚さの平行平板ガラス
であり、受光素子１の表面とほぼ平行（水平）にパッケ
ージ３固定されている。
【０００３】通常、カバーガラス（以下、リッド（蓋）
と呼ぶ）２の表面、裏面には共に、ガラス表面での反射
損失（片面当たりおよそ４％）を低減するために、イメ
ージセンサが検出すべき照明光の波長域に対する反射防
止膜が形成されており、表面反射率は片面あたり１％未
満に抑えられている（図１２）。これに対して受光素子
１の表面には反射防止、特に特定波長を狙った反射防止
コーティングの措置は取られない。このため、例えばシ
リコンウエハ上に作り込まれた素子であれば、可視から
紫外領域の波長で５０〜６０％程度の表面反射率を持っ
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成のイメージセンサを、干渉性の高いほぼ単色の照明
光、例えばレーザ光を利用して物体を観察する装置に使
用した場合、本来観察したい像の上に干渉縞が重なって
観察され、観察、又は画像処理計測の支障になるという
問題がある。ここで、図９を用いて受光素子１上に干渉
縞が形成される仕組みを詳細に説明する。簡単の為、図
９ではリッド２は厚みのない平面２’であると見なし、
受光素子１も突起等のない平坦な表面１’を持つものと
し、両者が微小傾角θ0(単位rad)をなして固定されてい
るものとする。
【０００５】さて、イメージセンサはリッド２を通過し
た光を受光素子１で受光する。このため、図９に示すよ
うにリッド面２’を通過して受光素子表面（受光面）
１’で反射し、もう一回リッド面２’で反射して受光面
１’に達する光束４と、リッド面２’を通過して直接受
光面１’に達する光束５との干渉により、受光面１’上
に干渉縞が形成される。尚、図９及び以下の説明で使用
する図面では、便宜上光束４、５を受光素子表面１’に
対して傾けて描いているが、実際には概鉛直に入射す
る。
【０００６】これはフィゾーの干渉縞といわれるもの
で、干渉縞の強度（コントラスト）は、リッド面の表
面反射率ＲL 、受光素子の表面反射率ＲI 、レーザ
光の可干渉性（コヒーレンシー）に依存する。また、干
渉縞のピッチｐは図１０に示したような関係によって決
まる。図１０において、光束４（の波面）はリッド２を
通過して受光素子表面１’及び傾き角θ0 のリッド面で
反射し、角度２θ0 で受光素子表面１’に入射する光束
であり、光束５（の波面）は受光素子表面１’に直接ほ
ぼ垂直に入射する光束である。光束４、５の波長は何れ
の波面においても、間隔λで示してある。
【０００７】さて、素子表面１’上の位置１０に干渉縞
のある位相、例えば暗線の中心があるとすると、それに
隣接する暗線の中心は位置１１であり、その２点間の距
離、すなわち干渉縞のピッチｐは、図から明らかなよう
に、 ｐ＝λ／ｓｉｎ２θ0 ≒λ／２θ0 （但し、１≫２θ0) という式で表すことができる。従って、干渉縞は受光素
子表面１’上で紙面に垂直（配列方向は紙面と平行な方
向）に発生する。図１１は図９の斜視図であり、干渉縞
は点線６で表されている。
【０００８】尚、以上の説明ではリッド面２’と受光素
子表面１’は完全な平面であるとしてきたが、実際には
この両者は完全な平面ではなく、例えばリッド２の加工
精度、あるいはリッド２がパッケージ３に接着されると
きにかかる応力による歪み、または受光素子１の製造プ
ロセスやパッケージ３への取付時に発生する歪等によ
り、両者の表面は相対的にうねっているので、干渉縞も
それに応じて歪んだ形になっている。別の見方をすれ
ば、図９に示した微小傾角θ0 はリッド面と受光素子表
面の相対的うねり、すなわち傾きを局所的に表現したも
のと考えることもできる。
【０００９】本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なされたもので、干渉性の高いほぼ単色の照明光を利用
する系においても、受光素子上に干渉縞が生じない、も
しくは干渉縞があっても観察、又は画像処理上での影響
を十分に低減できるイメージセンサを提供することを目
的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】かかる問題点を解決する
ため本発明においては、干渉性の高い実質的に単色の照
明光を利用する系で使用され、受光素子（１）と保護部
材（２）とが一体化されたイメージセンサにおいて、受
光素子の表面に、照明光（４、５）に対する反射防止膜
（７）を形成することとした。または、受光素子の表面
と保護部材の受光素子側の面との間隔（ｄ）を、照明光
の可干渉距離（Ｄ）の半分程度以上に定めることとし
た。
【００１１】さらに本発明においては、受光素子の表面
と保護部材の面とを相対的に傾けることとした。例え
ば、受光素子の画素配列方向に関する受光素子と保護部
材との相対的な傾き角θ [rad]を、受光素子の信号処理
上の有効画素の配列ピッチをＰ、照明光の波長をλとす
ると、θ≧λ／２Ｐなる関係を満足するように定める。
また、イメージセンサが２次元のエリアイメージセンサ
であるときは、受光素子と保護部材とを、受光素子の信
号処理上の有効画素の配列格子と交差する方向に関して
相対的に傾けるようにした。特に有効画素の対角線と垂
直な方向に関して、受光素子と保護部材とを相対的に傾
けると良い。
【００１２】
【作用】本発明では、受光素子上に形成される干渉縞の
強度（コントラスト）が、受光素子の表面反射率、照明
光の可干渉性等に依存することに着目した。まず、干渉
縞の形成に寄与する一方の光束（受光素子表面、及び保
護部材で反射して再度受光素子に入射する光束）の強度
が低下すると、それに応じて干渉縞のコントラストが低
下することに着目し、その一方の光束の強度を低下させ
るために、受光素子の表面反射率を下げる、すなわち受
光素子の表面に反射防止膜を形成するようにした。この
ため、受光素子上の干渉縞のコントラストが極端に低下
する、すなわち干渉縞がほぼ発生しなくなる。
【００１３】また、干渉縞の形成に寄与する光束の干渉
性を低下させると、それに応じて干渉縞のコントラスト
が低下することに着目し、受光素子の表面と保護部材の
受光素子側の面との間隔を、照明光の可干渉距離の半分
程度以上に定めるようにした。このため、受光素子上で
干渉が起こり難くなる（理想的には干渉しなくなる）の
で、干渉縞が発生するという不具合は生じない。
【００１４】さらに本発明では、受光素子の表面と保護
部材の面とを相対的に傾けると、それに応じて受光素子
上に形成される干渉縞の配列方向、ピッチが変化するこ
とに着目し、受光素子上に干渉縞が発生していてもイメ
ージセンサの観察、計測に支障がないように、受光素子
表面と保護部材面とを相対的に傾けて一体化するように
した。具体的には、受光素子表面と保護部材面とを相対
的に傾けていくと、干渉縞のピッチはそれに反比例して
細かくなり、干渉縞のピッチｐが受光素子の信号処理上
の有効画素の配列ピッチＰと同等以下になれば、有効画
素中で干渉縞が平均化されて実質的に見えなくなる。そ
こで、受光素子の画素配列方向に関する受光素子表面と
保護部材面との相対的な傾き角θ [rad]を、受光素子の
信号処理上の有効画素の配列ピッチをＰ、照明光の波長
をλとすると、Ｐ≧ｐ＝λ／ sin２θ≒λ／２θ（但
し、１≫２θ）、すなわちθ≧λ／２Ｐなる関係を満足
するように定める。このため、干渉縞が発生していても
イメージセンサの観察、計測に全く支障がなくなる。ま
た、イメージセンサが２次元のエリアイメージセンサで
あるときは、受光素子と保護部材とを、受光素子の信号
処理上の有効画素の配列格子と交差する方向に関して相
対的に傾けるようにした。特に有効画素の対角線と垂直
な方向に関して、受光素子と保護部材とを相対的に傾け
ると良い。このため、２次元のエリアイメージセンサで
あっても、干渉縞がその観察、計測に支障をきたすこと
がなくなる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明するが、
各実施例によるイメージセンサは、干渉性の高いほぼ単
色の照明光を利用して物体の観察、又は画像処理計測を
行う装置、例えば半導体素子製造用の投影露光装置に設
けられるマーク検出系（アライメント系）に使用される
ものである。
【００１６】図１は本発明の第１実施例によるイメージ
センサの構成を示す図であって、図８と同じ機能、作用
の部材には同一の符号を付してある。本実施例では、保
護部材（リッド）２の両面、及び受光素子１の表面の各
々に、照明光（例えばＫｒＦ、ＡｒＦエキシマレーザ）
４、５の波長域に応じた反射防止膜７を形成したもので
ある。エキシマレーザ用の反射防止膜としては、例えば
Ａｌ2 Ｏ3 とＳｉＯ2とを交互に真空蒸着法により堆積
させたものを使用すれば良い。尚、リッド２は照明光に
対してほぼ透明な平行平板ガラスである。
【００１７】以上のように本実施例では、受光素子１の
表面反射率に着目してその表面に反射防止膜７を形成し
たので、リッド２を通過して受光素子１に達する光束４
のうち、受光素子表面で反射してリッド２に達し、ここ
で反射して再度受光素子１に入射する光束、すなわち干
渉縞の形成に寄与する光束（４、５）の一方の強度を、
従来装置（図１２）に比べて大幅に低下させることがで
きる。図１２は、リッド２の両面のみに反射防止膜７を
形成したイメージセンサを示している。従って、本実施
例では受光素子１上に発生する干渉縞のコントラストが
極端に低下し、観察や画像処理計測を行う上で干渉縞が
全く支障にならなくなる。
【００１８】図２は本発明の第２実施例によるイメージ
センサの構成を示す図であって、図１、８と同じ機能、
作用の部材には同一の符号を付してある。本実施例では
照明光の可干渉性（コヒーレンシー）に着目し、受光素
子１とリッド（平行平板ガラス）２とをパッケージ３に
一体化するにあたり、受光素子１の表面とリッド２の受
光素子１側の面との間隔ｄを、照明光の可干渉距離Ｄの
半分程度、もしくはそれ以上に定めるようにしたもので
ある。このとき、間隔ｄの値に応じてパッケージ３自体
の高さを変える、あるいはパッケージ３とリッド２との
間にスペーサを設ければ良い。
【００１９】以上のように本実施例では、受光素子１と
リッド２との間隔ｄを照明光の可干渉距離Ｄの半分程度
以上としたので、干渉縞の形成に寄与する２本の光束の
光路長差が照明光の可干渉距離と同程度以上となる。す
なわち２光束の干渉が生じず、受光素子１上に干渉縞が
発生することがなくなる。尚、図２中のリッド２の両
面、さらには受光素子１の表面に、第１実施例と同様の
反射防止膜を形成しておいても良い。
【００２０】ここで、Ｈｅ−Ｎｅレーザ等では一般的に
その可干渉距離が数十ｃｍ以上となり、リッドを含めた
イメージセンサのサイズが極端に大きくなるため、本実
施例はあまり現実的なものではない。しかしながら、近
年リソグラフィー装置等に応用されているエキシマレー
ザでは、可干渉距離がせいぜい十から数十ｍｍ程度であ
るため、本実施例によっても実用上問題とならない程度
の大きさでイメージセンサを作ることができ、十分に干
渉縞の発生防止が可能である。
【００２１】図３は本発明の第３実施例によるイメージ
センサの構成を模式的に示し、図１、２と同じ機能、作
用の部材には同一の符号を付してある。図３では受光素
子１とリッド２とを一体に保持するパッケージを省略し
てある。本実施例では、受光素子１の表面に対してリッ
ド（平行平板ガラス）２を微小角度θ[rad] だけ傾けて
パッケージに装着するようにし、受光素子表面とリッド
面とを相対的に傾けたものである。尚、傾き角θは、実
際のリッド２の傾き角Θを、受光素子１の画素８の配列
方向（紙面内左右方向）と直交する方向に射影した角度
である。すなわち本実施例では、実際のリッド２の傾き
角Θではなく、画素配列方向に関する受光素子表面とリ
ッド面との相対的な傾き角（傾き角Θの射影成分）θが
重要となる。
【００２２】さて、先に説明したように本構成によれ
ば、干渉縞６のピッチｐは、照明光の波長をλとする
と、ｐ＝λ／ sin２θ≒λ／２θ（但し、１≫２θ）と
表される。ここで、干渉縞６のピッチｐが画素８の配列
ピッチＰと同等以下になれば、画素中で干渉縞が平均化
されて実質的に見えなくなる。そこで、画素配列ピッチ
Ｐに対して干渉縞ピッチｐがｐ≦Ｐとなる、すなわちθ
≧λ／２Ｐなる関係を満足するようにリッド２を傾け
る。従って、本実施例では受光素子１上に干渉縞が存在
するものの、画素８中で干渉縞が平均化されるために、
イメージセンサの出力上では干渉縞が実質的に観察され
ず、観察や画像処理計測等を行う上で全く支障がなくな
る。尚、本実施例では前述の条件を満足すれば、リッド
２はどのように傾けても構わない。また、リッド２を傾
けてパッケージに固定するためには、傾き角θ（正確に
はΘ）に応じてパッケージの高さを部分的に変える、パ
ッケージとリッドとの間の一部にスペーサを設ける、リ
ッドをパッケージに固定するための接着剤の厚みを部分
的に変える、あるいはパッケージと接触する部分のリッ
ドの厚さを部分的に異ならせれば良い。また、本実施例
における受光素子１の画素とは、受光素子１の信号処理
上の有効画素を指すものとする。さらに本実施例でも、
受光素子１の表面、さらにはリッド２の少なくとも一方
の面に、第１実施例と同様に反射防止膜を形成しておい
ても良い。
【００２３】ところで、本実施例において配列ピッチＰ
＝１２μｍ、照明波長λ＝０．２４８μｍとしたとき、
前述の傾き角θは約１０ｍｒａｄ（＝０．５９°）以下
とすれば良い。ここで、傾き角θを１０ｍｒａｄとした
ときはｐ≒Ｐとなり、図３に示すように受光素子１の１
つの画素８に対して１組の明暗縞がかかることになる。
これにより、画素８中で明暗縞が平均化されて実質的に
干渉縞が観察されなくなる。しかしながら、実際にはリ
ッド２の歪み、撓み、うねり等で干渉縞のピッチが部分
的に異なることがあったり、ピッチの微妙なずれによっ
てモアレ模様が観察されることがある。そこで、安全の
ために傾き角θをλ／２θよりも大きくし、干渉縞のピ
ッチを更に細かして１つの画素内に複数本、例えば２〜
３本の干渉縞（明暗縞）が入るようにすることが望まし
い。また、傾き角θを大きくするときには、リッド２の
反射防止膜の角度特性を、その傾き角θ、すなわちリッ
ド２の実際の傾き角Θに応じて適宜調整することが望ま
しい。
【００２４】また、本実施例ではイメージセンサが１次
元のリニアイメージセンサであることを前提に説明を行
っており、リッド２の傾斜方向（干渉縞６のピッチ方
向）と画素配列方向とが直交しているとき以外は前述の
条件（θ≧λ／２Ｐ）を満足するようにリッド２を傾け
れば良いが、両者が直交しているときは画素配列方向と
垂直な方向に関する画素の幅Ｗに着目してリッド２を傾
ける必要がある。すなわち、干渉縞のピッチｐが画素の
幅Ｗと同程度以下となる、換言すればｐ≦Ｗなる関係を
満足するように、リッド２を傾けてパッケージに固定す
る必要がある。つまり、傾き角θがθ≧λ／２Ｗなる関
係を満足するようにリッド２を傾ければ良い。尚、イメ
ージセンサが２次元のエリアイメージセンサであるとき
は、受光素子１上で直交する２つの画素配列方向に関す
る傾き角（傾き角Θの射影成分）θの各々が、前述の条
件を満足するようにリッド２を傾ければ良い。尚、２つ
の画素配列方向の各々での画素配列ピッチが互いに異な
っていても、同様に各傾き角θが前述の条件を満足する
ようにリッド２を傾ければ良い。
【００２５】また、本実施例ではリッド２を平行平面板
とし、このリッド２を受光素子１の表面に対して傾けて
パッケージに取り付けるものとした。しかしながら、図
４に示すようにリッド２を楔形としてパッケージに取り
付ける（図４（ａ))、受光素子１をパッケージに対して
傾けて取り付ける（図４（ｂ))、あるいは受光素子１及
びリッド２の両方を傾けてパッケージに取り付ける（図
４（ｃ))ようにしても良い。要は、受光素子表面とリッ
ド面との傾き角θが前述の条件を満足するように受光素
子１とリッド２とが相対的に傾いていれば良く、その取
付方法は任意で構わない。
【００２６】図５は本発明の第４実施例によるイメージ
センサの構成を模式的に示し、図１〜３と同じ機能、作
用の部材には同一の符号を付してある。図５では、受光
素子１とリッド２とを一体に保持するパッケージを省略
してある。本実施例は、特に２次元のエリアイメージセ
ンサに有効なものであり、前述の第３実施例と同様に受
光素子表面とリッド面とを相対的に傾けるものである。
【００２７】さて、本実施例では図５（ａ）の如く受光
素子表面１’とリッド面２’とを相対的に角度θだけ傾
けるが、受光素子１上に生じる干渉縞６の明暗パターン
の長手方向（図５（ｂ）中の矢印９の方向）が、受光素
子１上の多数の正方形の画素８の対角線（画素配列格子
の４５°方向）にほぼ平行になるように、受光素子１と
リッド２とをパッケージに取り付けるようにするもので
ある。この構成によれば、受光素子１をを縦、横いずれ
の方向に見ても干渉縞は同じ角度で交差しているので、
縦、横共に同等に観察されることはない。尚、本実施例
でも受光素子１の表面、さらにはリッド２の少なくとも
一方の面に、第１実施例と同様に反射防止膜を形成して
おいても良い。
【００２８】ここで、本実施例では受光素子１上の画素
配列格子に対して干渉縞６が４５°傾いて交差するよう
にしたが、その交差角は４５°である必要はなく、例え
ば干渉縞６のピッチに応じて交差角を適宜決定すれば良
い。すなわち、干渉縞６のピッチによって１つの画素８
に入る明暗縞の本数が決まることから、１画素に付き何
組の明暗縞を入れるかによって交差角を調整すれば良
い。このとき、１画素に少なくとも１組の明暗縞が入る
ように交差角を決定する必要がある。また、干渉縞６の
ピッチが粗くて１画素に１組の明暗縞が入らないとき
は、前述の傾き角θを調整、すなわち大きくして干渉縞
のピッチを細かくすれば良い。つまり、本実施例でも第
３実施例と同様に傾き角θがθ≧λ／２Ｐなる関係を満
足するように、受光素子表面とリッド面とを相対的に傾
けておくと良い。
【００２９】以上のように本実施例では、受光素子１上
の２次元の画素配列格子に対して干渉縞６が交差するよ
うに、その画素配列格子と交差する方向に関して受光素
子表面とリッド面とを相対的に傾けてパッケージに取り
付けるようにする。このため、２次元のエリアイメージ
センサでも実質的に干渉縞が観察されることがなくな
る。
【００３０】ところで、図５では画素８を正方形で表し
ているが、実際のイメージセンサでは画素は必ずしも正
方形ではなく、図６（ａ）の如く長方形である場合もあ
る。また、図６（ｂ）のように所謂インターライン走査
において、水平走査線（矢印Ｈ）と垂直な方向に並んだ
２つの画素をまとめて使用する場合、又は図６（ｃ）の
ように画像処理の都合上２つ以上の隣接する画素をまと
めて利用する場合、１つの画素が正方形であったとして
も信号処理上の有効画素は長方形となる。図６（ａ）〜
（ｃ）のように有効画素（各図中の斜線部）８’が長方
形となる場合には、前述した干渉縞と画素配列格子との
交差角を、信号処理上の有効画素８’の対角線（図中の
実線）と平行に干渉縞が生じるように定める、すなわち
干渉縞の明暗パターンの長手方向９’と有効画素８’の
対角線とが平行になるように、受光素子表面とリッド面
とを相対的に傾けてパッケージに取り付ければ、第４実
施例（図５）と全く同じ効果が得られる。
【００３１】次に、図１３を参照して本発明によるイメ
ージセンサが適用される装置について説明する。ここで
は半導体素子製造用の投影露光装置に設けられたマーク
検出系への適用例について述べる。図１３の装置では、
露光用照明光としてＫｒＦエキシマレーザを用いるもの
とする。図１３において、レチクルＲのパターン領域Ｐ
Ａを通過した照明光は投影光学系ＰＬに入射し、投影光
学系ＰＬはレチクルパターンをウェハＷ上に結像投影す
る。レチクルＲは、駆動系ＤＲによってＸ、Ｙ、θ方向
に移動可能なレチクルステージＲＳに載置され、その位
置はレーザ干渉計（不図示）によって常時計測される。
また、レチクルＲの周辺部には２組のアライメントマー
クＲＭ1 、ＲＭ2が対向して配置されている。図示して
いないが、アライメントマークＲＭ1 、ＲＭ2 は矩形の
透明窓内に十字状の遮光マークを形成したものである。
ウェハＷは２次元移動可能なウェハステージＷＳに載置
され、その位置はレーザ干渉計ＩＦＭによって常時計測
される。ウェハステージＷＳには、干渉計ＩＦＭからの
レーザビームを反射する移動鏡ＭＲと、レチクルアライ
メントやベースライン計測等に用いられる基準板ＦＭと
が設けられている。
【００３２】図１４（ａ）は基準板ＦＭの具体的な構成
を示しており、基準板ＦＭにはＸ方向に所定距離だけ離
れた２組の透明窓ＭＷ1 、ＭＷ2 が形成されている。透
明窓ＭＷ1 、ＭＷ2 の間隔はレチクルＲ上のアライメン
トマークＲＭ1 、ＲＭ2 の間隔に投影光学系ＰＬの投影
倍率を乗じたものである。図１３に示すように基準板Ｆ
Ｍは、光ファイバーＦＢを用いてウェハステージＷＳ内
部まで伝送した照明光ＩＥによってその下面から照明さ
れるように構成されている。照明光ＩＥは、露光用照明
光と同一波長域の光が用いられ、ここでは露光用光源か
ら射出したＫｒＦエキシマレーザを一部分岐して光ファ
イバーＦＢの一端に入射させるものとする。図１４
（ｂ）は透明窓ＭＷ1 の拡大図であり、透明窓ＭＷ1 内
には４組の基準マークＭＸ1 、ＭＸ2 、ＭＹ1 、ＭＹ2
が形成されている。この基準マークはいずれも２本の直
線状の遮光マークで構成されている。尚、透明窓ＭＷ2
の構成も透明窓ＭＷ1 と全く同じであるので、ここでは
説明を省略する。
【００３３】次に、図１３の投影露光装置に設けられた
マーク検出系について説明する。図１３において、ウェ
ハステージＷＳを移動して基準板ＦＭを所定位置に位置
決めした後、光ファイバーＦＢからの照明光ＩＥを基準
板ＦＭの下面に照射する。基準板ＦＭの透明窓ＭＷ1 、
ＭＷ2 を通過した照明光ＩＥは投影光学系ＰＬを介して
レチクルＲに達し、透明窓ＭＷ1 、ＭＷ2 の像がそれぞ
れアライメントマークＲＭ1 、ＲＭ2 上に形成される。
さらにアライメントマークＲＭ1 を通過した光は、ミラ
ーＭ1 、及びリレーレンズ系ＯＢ1 を介してビームスプ
リッタ（ハーフミラー）ＢＳ1 に達し、ここで分割され
て２組の撮像素子ＩＳX1、ＩＳY1の各々に入射する。一
方、アライメントマークＲＭ2 を通過した光は、ミラー
Ｍ2 、リレーレンズ系ＯＢ2 、及びビームスプリッタＢ
Ｓ2 を介して撮像素子ＩＳX2、ＩＳY2の各々に入射す
る。ここで、リレーレンズ系ＯＢ1 は拡大系であって、
アライメントマークＲＭ1 と透明窓ＭＷ1 の像を撮像素
子ＩＳX1、ＩＳY1の受光面上に再結像するものである。
尚、リレーレンズ系ＯＢ2 も同様である。また、４組の
撮像素子ＩＳX1、ＩＳY1、ＩＳX2、ＩＳY2は本発明、例
えば第１実施例のイメージセンサ（図１）が用いられて
いるものとする。
【００３４】さて、図１４（ｃ）は撮像素子ＩＳX1によ
って検出されるマーク像を示し、アライメントマークＲ
Ｍ1 の像ＲＭｇが透明窓ＭＷ1 、すなわち基準マークＭ
Ｘ1、ＭＸ2 の像ＭＸg1、ＭＸg2の間に挟み込まれて検
出される。このとき、これらのマーク像とともに干渉縞
が観察されることはない。画像信号処理回路ＩＤＳは撮
像素子ＩＳX1からの画像信号を入力し、所定の演算処理
によりアライメントマークＲＭ1 と基準マークＭＸ1 、
ＭＸ2 とのＸ方向の相対的な位置ずれ量を算出する。ま
た、撮像素子ＩＳY1ではアライメントマークＲＭ1 と基
準マークＭＹ1、ＭＹ2 の像が検出され、画像信号処理
回路ＩＤＳにおいて相対的なＹ方向の位置ずれ量が算出
される。尚、撮像素子ＩＳX2、ＩＳY2からの画像信号も
画像信号処理回路ＩＤＳに入力し、ここでアライメント
マークＲＭ2 と透明窓ＭＷ2 とのＸ、Ｙ方向の相対的な
位置ずれ量が算出される。主制御装置ＭＣＳは、画像信
号処理回路ＩＤＳで算出された位置ずれ量を入力し、こ
れら位置ずれ量に基づいてレチクルＲのＸ、Ｙ、θ方向
の残留誤差を算出する。そして、主制御装置ＭＣＳはこ
の残留誤差が零となるように駆動系ＤＲを介してレチク
ルステージＲＳを微動する。これにより、レチクルＲの
アライメントが終了する。
【００３５】以上のように、投影露光装置のマーク検出
系に本発明のイメージセンサを適用すると、干渉縞の影
響を受けることがないので、その検出精度を大幅に向上
させることができ、要求精度が厳しい投影露光装置では
非常に有効である。ところで、図１３中の４組の撮像素
子ＩＳX1、ＩＳY1、ＩＳX2、ＩＳY2として本発明のイメ
ージセンサを用いるものとしたが、従来のイメージセン
サをそのまま使用しても干渉縞の影響を低減できる方法
がある。例えば、撮像中に撮像素子とその受光面上に生
じる干渉縞とを相対移動（又は振動）させると、全体と
して干渉縞が平均化されてその影響が大幅に低減でき
る。このとき、相対移動方向は受光面上に生じる干渉縞
のピッチ方向と交差する方向とすることが望ましい。相
対移動手段としては、撮像素子の角度を微小変化させる
もの、ビームスプリッタＢＳ1 を振動させるもの等が考
えられる。あるいは、撮像素子の受光面に対するフーリ
エ変換面、もしくはその近傍面に振動ミラーを配置し、
撮像中にこの振動ミラーを揺動するようにしても良い。
このとき、撮像素子の受光面と各マーク像とは相対移動
しないが、振動ミラーの揺動に同期して干渉縞が移動す
ることになり、画素毎に干渉縞を平均化することができ
る。
【００３６】また、撮像中に干渉縞を移動させる方式の
他に、例えば画像処理に利用する画像を複数のフィール
ドの平均像として、各フィールド毎に異なった干渉縞の
像を取り込んでその出力を加算して干渉縞の影響を低減
する方法もある。
【００３７】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、干渉性の
高い照明光を使用される系においても、受光面上にもと
もと干渉縞が発生しないか、または発生していてもイメ
ージセンサの出力では平均化されて観測されることがな
いので、実質的には干渉縞のない画像が得られるという
効果がある。従って、各種観察、画像処理計測等の精度
を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例によるイメージセンサの構
成を示す図。
【図２】本発明の第２実施例によるイメージセンサの構
成を示す図。
【図３】本発明の第３実施例によるイメージセンサの構
成を示す図。
【図４】第３実施例のイメージセンサの変形例を示す
図。
【図５】本発明の第４実施例によるイメージセンサの構
成を示す図。
【図６】第４実施例のイメージセンサの変形例を示す
図。
【図７】従来のイメージセンサの外観図。
【図８】図７のイメージセンサの断面図。
【図９】従来のイメージセンサで干渉縞が発生する理由
を説明する模式図。
【図１０】図９で発生する干渉縞のピッチを説明する模
式図。
【図１１】受光素子表面に発生する干渉縞を示す斜視
図。
【図１２】図８中のリッドの両面に反射防止膜が形成さ
れた様子を示す図。
【図１３】本発明のイメージセンサが適用されるマーク
検出系を備えた投影露光装置の概略構成を示す図。
【図１４】（ａ）、（ｂ）は図１３中の基準板の具体的
な構成を示す図、（ｃ）は図１３中の撮像素子によって
検出されるマーク像を示す図。
【符号の説明】
１ …… 受光素子 ２ …… 保護部材（リッド） ３ …… イメージセンサのパッケージ ４、５ …… 入射光束 ６ …… 干渉縞 ７ …… 反射防止膜 ８ …… イメージセンサ画素

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 干渉性の高い実質的に単色の照明光を利
    用する系で使用され、該照明光を受光する素子と、該受
    光素子を覆う、前記照明光に対してほぼ透明な保護部材
    とが一体化されたイメージセンサにおいて、 前記受光素子の表面に、前記照明光に対する反射防止膜
    を形成したことを特徴とするイメージセンサ。
  2. 【請求項２】 干渉性の高い実質的に単色の照明光を利
    用する系で使用され、該照明光を受光する素子と、該受
    光素子を覆う、前記照明光に対してほぼ透明な保護部材
    とが一体化されたイメージセンサにおいて、 前記受光素子の表面と前記保護部材の前記受光素子側の
    面との間隔を、前記照明光の可干渉距離の半分程度以上
    に定めたことを特徴とするイメージセンサ。
  3. 【請求項３】 干渉性の高い実質的に単色の照明光を利
    用する系で使用され、該照明光を受光する素子と、該受
    光素子を覆う、前記照明光に対してほぼ透明な保護部材
    とが一体化されたイメージセンサにおいて、 前記受光素子の表面と前記保護部材の面とを相対的に傾
    けたことを特徴とするイメージセンサ。
  4. 【請求項４】 前記保護部材は平行平板ガラスであっ
    て、前記受光素子に対して傾けられたことを特徴とする
    請求項３に記載のイメージセンサ。
  5. 【請求項５】 前記受光素子の画素配列方向に関する前
    記受光素子と前記保護部材との相対的な傾き角θ [rad]
    は、前記受光素子の信号処理上の有効画素の配列ピッチ
    をＰ、前記照明光の波長をλとすると、θ≧λ／２Ｐな
    る関係を満足するように定められたことを特徴とする請
    求項３、又は４に記載のイメージセンサ。
  6. 【請求項６】 前記イメージセンサは２次元のエリアイ
    メージセンサであって、前記受光素子と前記保護部材と
    は、前記受光素子の信号処理上の有効画素の配列格子と
    交差する方向に関して相対的に傾いたことを特徴とする
    請求項３、又は４に記載のイメージセンサ。
  7. 【請求項７】 前記受光素子と前記保護部材とは、前記
    有効画素の対角線と垂直な方向に関して相対的に傾いた
    ことを特徴とする請求項６に記載のイメージセンサ。
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