JPS59101828A - 観察装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は複数個の物体を自動的に整合する装置に関する
ものである。この様な装置の代表的な例として工ａ　、
　Ｌｓ工等の半導体素子の製造装置であるアライナ−が
挙げられる。ＩＣ！、ＬＳＩは複雑な回路パターンを何
層にも重ね合わせる事によシ製作される。半導体素子の
高速化、高密度化に伴い回路パターンの線幅は微細化の
一途を辿シ、それにつれて重ね合わせ精度もサブミクロ
ンオーダーの高度なものが要求されている。

この様な高精度化、微細化に対応するアライナ−として
、例えばステッパーと呼ばれるステップアンドリピート
方式の装置が挙げられる。ステッパーでは縮小又は等倍
でレチクル上にあるパターレをウェハー上に投影転写す
る。この際、投影転写を行う光学系の制約から露光面積
が制限される。ウェハー全面を露光する為、焼き付けを
行ってはステップしてウェハーを動かし、又焼き付けを
行うという動作を繰シ返すのである。ウェハーの大型化
が進んで来るにつれ、必要とされるステップ数は増加し
、処理時間が増大する。一方スチツパ−で順次、焼き付
けが行なわれる為にはレチクルとウェハーの相対的な位
置合せがなされていなければならない。その為どの様な
方式で位置合せを行うかが非常に重要なパラメーターと
なる。位置合せの方式としては先づオフアクシス方式と
いって焼き付けを行う位置から離れた所で予め位置決め
をし、その後はレーザー干渉計の精度を頼シにして焼き
付けを行っていくやシ方がある。但しこの方式は高速で
ある反面、焼き付けを行う位置で直接位置合せ状態を確
認できない事、ウェハーが工程を経ていくに従って生ず
る非線型な歪に対処できない事、ステージの動きのモニ
ターの精度が誤差要因になる事といった欠点がある。一
方、これに対して実際に焼き付けを行う位置又はその近
傍で投影光学系を通してウェハーを観察し、レチクルと
アライメントを行うＴＴＬ方式がある。

ＴＴＬ方式を用いると前述のウェハーの歪みゃステージ
精度の影響を免れる事ができるので、アライメント精度
の向上が期待できる。

ＴＴＬ方式に対してはレーザービームの走査をの一例で
ある。この方式の簡単な実施例である第１図では一つの
レーザー光源１がらの光を左右２本の対物１１に対して
分割し、２ケ所でレチクル１２とウェハー１３の位置ず
れを検出する。２ケ所でずれ量を検知する事にょシ平行
移動と回転という２種類の自由度を完全に抑える事がで
きる。

図中１はレーザー、２はレーザー系のピント出しを行う
集光レンズ、５は回転多面鏡、４はｆ−θレンズ、５は
ビームスプリッタ−である。

レーザー１を出た元が回転多面鏡３の回転に従って走査
を行い、ビームスプリッタ−５以下の光学系に入ってい
く。６はフィールドレンズ、２５は視野分割プリズム、
７は偏光ビームスプリッタ−１８はリレーレンズ、９は
ビームスプリッタ−で、これらの部材を反射又は通過し
た元が対物レンズ１１に入９物体面上で結像し、走査を
行う。瞳結像レンズ１４からディテクター１８に至る系
は光電検出系である。１５は色フイルタ−，１６は空間
周波数フィルターで、正反射光をカットし、散乱穴をと
シ出す役目をする。１７はコンデンサーレンズである。

光源１９、コンデンサーレンズ２０、色フイルタ−２１
が照明元学系、エレクタ−２２、接眼レンいるのでここ
では省略する。この例では光量を有効に用いる為、走査
レーザー元が、レチクル及びウェハーの共軛面に置かれ
た視野分割プリズム２５によって左右にわけられている
。走査線は視野分割プリズムの稜線と直交している。

アライメントを行う為の顕微鏡系、即ちアライメントス
コープの元電検出以外のもう一つ重要な機能は観察機能
である。特にレチクルとウェハーの合致状態のモニター
、或いはレチクルの初期設定の確認等、観察機能はアラ
イメントスコープに対して欠く事のできない要素である
と言える。観察光学系としてアライメントスコープが望
まれるのは観察できる像が自然に見易い形で見えるとい
う事である。

第１図の様な実施形態をとった場合、観察される像視野
の関係を第２図に示す。図中３１が視野分割プリズム２
５の稜線、３２はレーザービームの走査線、３３は右側
の対物レンズに対応する視野、５４は左側の対物レンズ
に対応すゐ視野である。実際に走査線は物体面上を横方
向に走査し、対応する位置にレチクル及びウェハーのア
ライメント用マークが設置される。アライメントマーク
は半導体素子を製造する過程では役に立つが、半導体の
実素子として実際の回路機能を果すわけでは無いかう、
ウェハーの処理が終った時点ではアライメントマークの
部分はデッドスペースになる。−従って７ライメントマ
ークの占有エリアは実素子の収率を高める意味でなるべ
く小さい事が盟ましい。第５図に示した様なマスク（又
はレチクル）がある時、アライメントマークを各チップ
の間のスクライブ線の中に収容すると、この問題は解決
される。

この場合、アライメントマ−プによる走査が横方向なの
で、アライメントマークは横方向のスクライブ線の中に
収容される様にすれば凧い。

しかしながら、特に縮小型のステッパーの機力場合、レ
チクル全体が１個のチップに対応し、スクライブ線が周
辺部にしか存在しない場合が起こる。第４図にレチクル
上に１チツプしか存在しない場合の例を示す。図中斜線
を引いて示したのがアライメントマークの部分である。

ここで横方向に走査を行うとアライメントマークの位置
は中心から大きく離れた位置に置かざるを得ない由、こ
の結果としてアライメントマークのついていなり辺の付
近では、マークのついている辺付近に比してアライメン
トの精度が悪化する。すなわちチップの中心線に対し、
アライメントマークの有る辺と無い辺でアライメント精
度が異なシ好ましくない。

本発明では従来の横走査系では難しかったアライメント
マークの配置を走査方向を縦にする事で解決しようとす
るものである。更に本発明では縦方向に走査を行う事に
よって起こる諸問題を光学系の構成によって解決しよう
とするものである。

縦方向に走査することによって、アライメントマークは
第５図の様に配置する事ができる。

第５図の如き、アライメントマークは中心に対してほぼ
対称な位置に配置する事ができ、全面でのアライメント
精度を均一に良くしてやる事ができる。

縦方向に走査する場合の光学的な問題点は走査線と視野
分割プリズムの相対位置関係から生ずる。ここで縦方向
の走査を行う為、第２図の様な方式で、レーザービーム
の走査方向を変え走査ビームを視野分割線と平行に走ら
せる方式が先づ考えられる。しかしこの場合、左視野側
に木れるビームと右視野側に入れるビームとい５２種類
のビームが必要となシ、光学系の構成が複雑となる。特
にビームを２つに分けて左視野側と右視野側に同時に入
れてやる様な方式をとると、元素は各々の視野について
は第２図の方式の半分となってしまう。

本発明ではこの為、第２図の様に走査を視野分割プリズ
ムの分割線に対して直交する方式を採用し、元素の損失
を抑える事を特徴とする。

これを実現するには、視野分割線を９０°回転し、第６
図の様な関係にすれば良い。これは第１図の系で視野分
割プリズムを９０°回転し、更に視野分割プリズムから
手前側にあるレーザーを含んだ系を９０°回転する事に
相当する。しかし実際には小感はこれ程単純ではない。

例えば物体位置にＦという字を置いたと仮定すると、観
察光学系で観察される像は第７図に示される様なものと
なる。第７図で斜線で示しだのがレーザーの走査線であ
る。第７図よυ問題点として次の３つの点が拳げられる
。即ち （１）右側の対物系のイ象と左側の対物系の像が１８０
０回転している、 （２）左右に離れている位置のものが上下に見えている
、 （３）見えているＦというパターンの中心が視野の中心
から離れている、 ことである。

本発明は上述の点をも解決する事を目的とする。この為
本発明ではビーム走査用の視野分割プリズムと観察用の
視野分割プリズムを別個に設け、両者の視野分割線が互
いに直交する様（配置する事を特徴とする。

更に本発明では互いに直交する様に配置したプリズムの
相対関係から起こる不都合を除去する為、偏心光学系を
用いる事を特徴とする。更に本発明では偏心光学系を達
成する為、偏心させる光学系の連結部をテレ七ントリッ
ク光学系で構成する事を特徴とする。

本発明の詳細な説明は以下の実施例で明らかとなる。第
８図は本発明の好ましい実施例の一つである。この構成
は第１図の光学系の一部を変形し、レーザー元を入射す
る側の視野分割プリズム塩の部分を一段下に下げ、観察
光学系と分離して二段構造とした所に特徴がある。レー
ザー１からｆ−θレンズ４、視野分割プリズム２５及び
プリズム７ａ迄を一譚下に配置し、光路をひねった皇に
よシ、第１図で横方向の走査であった系が縦方向の走査
に変換される。このひねシの役目を担っているのが、偏
光ビームスプリッタ−７である。マスク１２を透過して
不え、再びアライメントスコープ系の中に戻っていく。

そして今度は偏光ビームスプリッタ−７を透過してビー
ムスプリッタ−４３で一部の光が光電検知系に導れる。

残った元は反射して観察光学系の方に入シ、新しく設け
た観察用の視野分割プリズム４１に到達する。２つの視
野分割プリズム２５　、４１は光学的には双方ともレチ
ン／Ｉ／１２に共軛な位置に配置されているという意味
で等価の位置にあるが、視野を分割する為の稜線の方向
が９０°異っている。言わば４１と２５の関係は等価的
に第９図の様に置かれた事に相当している。４１は観察
用の視野分割プリズム、２５は照明用の視野分割プリズ
ムの役割を果している。この様にプリズムの機能を分離
する事によシ、物体像の見えを自然にし、アライメント
の処理をし易くする事ができる。

２枚のプリズムの効果を更に高める為には偏心光学系の
採用が望ましい。偏心系の効果を述べる事によシ、本発
明の効用が全体として明らかになる。第１０図に第８図
の系を偏心系とせずに構成した場合の観察像を示す。観
察すべきパターンはＦといりパターンである。２つの視
野分割プリズムが等価的に第９図の様に直交している事
によシ、左右に別れて存在しているパターンをきちんと
横方向に並べる事ができる。

これが２枚プリズムの効果である。しかし第１０図の像
は未だ幾つか不自然な点を持っている。

この間の事情を明らかにする為照明用プ・リズムを示す
第６図に戻る事とする。図中斜線で示したのはレーザー
の走査線である。レーザーの走査線上にオートアライメ
ントのパターンがセットされる。

図中点線で示しであるのが観察系の視野分割プリズムの
稜線５１である。第１０図では逆に一点鎖線で示しであ
るのが照明用の視野分割プリズムの稜線３１である。オ
ートアライメントマークはレーザー元が走査して光が照
たっている所即ち斜線部の所にセットしまければならな
い事になる。第１０図よシ次の事がわかる。

（１）右視野、左視野共レーザーの走査線が分割線に沿
って２分割されておシ、走査線が半分穏れてしまってい
る （２）走査線が上半分にあり、従ってオートアライメン
ト用のマークを画面の中心にセットする皇ができない。

この様に画面上で偏心し、穏れてしまっている状態を脱
する為に、本発明では偏心光学系を採用し、観察できる
像を第１１図の様な状態に変換している。偏心光学系の
作用を示す図を第１２図に示す。第１２図（ａ）は通常
の共軸系で左側の光学系５５ａと右側の光学系５５ｂと
を視野を合成する視野分割プリズム４１で合成している
。

合成された左右の像はエレクタ−２２に向う。

４１と２２の間には第８図の様にフィールドレンズが挿
入される事もあるが、ここでは簡単の為省略する。ここ
で第１１図の様に像をずらして見るには５５ａ、５５ｂ
の光学系の軸が４１の稜線で交わらない様に第１２図（
１））の様にΔずつずらしてやれば良い。この場合のす
らしの方向は視野分割プリズム４１の稜線に直交する方
向である。

第１２図の様な偏心光学系を達成するには左又は右の光
学系５５とエレクタ−２２との偏心の影響が無くなる様
にしてやる必要がある。この為には左右の視野が合成さ
れる位置での光束がテレ七ントリックになっている事が
望ましい。

この間の事情を第１３図を用いて説明する。第１３図（
ａ）は光学系５５を出た光束がテレ七ントリックでない
場合を示す。光学系の性能上、工レフター２２の元軸上
の光束の主光線はエレクタ−２２に垂直入射するべきで
ある。しかし偏心の為、垂直に入る光束は△だけずれて
しまう。

第１３図（ｂ）は光学系５５を出た光束がテレセントリ
ックな場合で、この時は、どの光束もエレクタ−２２に
垂直に入る。従って光学系５５とエレクタ−２２の合成
については特に問題がない。光学系５５から出る光束が
テレセントリッつてない場合には第１３図（Ｃ）に示さ
れるように光学系５５の後にフィールドレンズ５６を挿
入して主＋ｉをテレセントリックにすれば良い。

視野を合成する時のずれ量△は第１２図の様にして実現
されるが、視野分割縁の稜線方向のずらしを実現するに
は第１４図（ａ）に示される如く光学系５５とエレクタ
−２２を予め定まった量パだけ、今度は視野分割プリズ
ム４１の分割線に平行な方向にずらしてやれば良い。図
中６１は撮像素子であるが第１４図（ｂ）に示される如
く、光学系５５とエレクタ−２２は稜線と平行方向には
共軸とし、検出する像面での観察位置をβ△′だけずら
してやっても同様の事が実現される。

以上述べてきた様に本発明は観察用の視野分割プリズム
と照明用の視野分割プリズムを直交させ、又、偏心光学
系を用いる事により、従来の方法では不自然な形でしか
観察できなかった物体を効率良く自然な見易い形で表示
する事を可能とした。

更に本発明では観察をレーザー光源のみを用いて行う事
ができる。レーザー光源として例えばＨｅ−０ｄレーザ
ー（４４１，６ｎｍ）を用いれば、投影光学系がｇ線（
４５５，８ｎｍ）補正のレンズであった場合など、レン
ズの色収差の問題を省く事ができて都合が良い。又投影
光学系が色収差のない又は少ないミラー系などで構成さ
れている時にはＨｅ−Ｎｅレーザー、Ａｒ＋レーザー等
を用いる事も可能である。この様にすると光電検出と観
察を同一の光源で行うことができ、装置の簡略化に果す
役割が大きい。なお本発明で視野分割プリズム２５と４
１の光学的な交差角度は直角の場合に限らず、一般的な
角度に設定することか可能であることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光電検出及び観察光学系の図、第２図は
走査線と視野分割プリズムの関係を示した図、 第６図はマスク又はレチクルを示す図、第４図は従来の
１チツプレチクルにおけるアライメントマークの説明図
、 第５図は本発明に係わる１チツプレチクルにおけるアラ
イメントマークの説明図、 第６図は縦方向走査にする為の視野分割プリズムと走査
線の関係を示す図、 第７図は第６図の方式で像を観察した場合の図、 第８図は本発明の実施例の図、 第９図は２つの視野分割プリズムの光学的な関係を示す
図、 第１０図は第８図の系を共軸系で構成した場合の観察像
の図、 第１１図は本発明の偏心系による観察像の図、第１２図
（ａ）、（１））は各々、共軸系、偏心系の説明図、 ｉ　１３　図（ａ）、（ｂ）、（ｅ）はテレ七ントリッ
ク系の効用を示す図、 第１４図（ａ）、（１））は第１２図の場合と直交方向
の偏心系の説明図、 図中 １　・・・レーザー ６・・・回転多面鏡 ４・・・ｆ−θレンズ ６・・・フィールドレンズ ７・・・ｉ＋ビームスプリッタ− ８・・・リレーレンズ １１・・・対物レンズ １２・・・マスク又はレチクル １６・・・ウェハー １６・・・空間周波数フィルター １９・・・光源 ２２・・・エレクタ− ２３・・・接眼レンズ ２５・・・視野分割プリズム ２９・・・投影光学系 ３１・・・視野分割プリズム２５の視野分割線４１・・
・視野分割プリズム ５１・・・視野分割プリズム４１の視野分割線５５・・
・左又は右の光学系 ５６・・・フィールドレンズ 出願人　キャノン株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｔ　２物体の所定圧離隔たった２箇所の整合用バクーン
   に対し、一連のビーム走査を行ない、２物体の位置ずれ
   を合成された視野で観察検知する整合装置において、 前記２箇所の整合用パターンを結ぶ方向に交差する方向
   にビームを走査する手段を有することを％徴とする整合
   装置。 ２、　前記ビームを走査する手段は、第１の視野分割プ
   リズムを有し、該プリズムは、観察検知すべく視野合成
   するための第２の視野分割プリズムに対し互いの稜線が
   光学的に所定の角度をもって交わるように配置される特
   許請求の範囲第１項記載の整合装置。 ５一方の視野分割プリズムの前と後の光学系の光学軸が
   互いに所定の値だけ偏心している特許請求の範囲第２項
   記載の整合装置。 ４゜　前記互いに偏心している光学系の結合部がテレセ
   ントリツ、り系である特許請求の範囲第３項記載の整合
   装置。