JPS60238836A

JPS60238836A - パタ−ン検出方法と該方法を用いた投影光学装置

Info

Publication number: JPS60238836A
Application number: JP59094051A
Authority: JP
Inventors: Kyoichi Suwa; 恭一諏訪
Original assignee: Nikon Corp; Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1984-05-11
Filing date: 1984-05-11
Publication date: 1985-11-27
Anticipated expiration: 2009-05-25
Also published as: JPH0640539B2

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】（発明の技術分野）本発明はマスクに描かれた所定のパターンを感光基板に
露光転写した後、該感光基板上のパターンを検出する方
法と、その方法を用いる投影光学装置に関する。

（発明の背景）近年、微細な回路パターンを露光転写する装置として縮
小投影型露光装置（所謂ステッパー）がＩＣやＬＳＩ等
の半導体装置の生産現場に多数使用されてきた。この縮
小投影型露光装置はレチクル（マスク）に描かれた回路
パターンの像を投影レンズによシ縮小して半導体ウェハ
上の７オトレジスト（感光剤）の層に露光するものであ
る。現在、投影レンズの解像力としてはウェハ上の１５
篇角の露光領域内で１ミクロン（μｍ）が容易に得られ
る。ところが、このように高解像力の投影レンズを用い
ても、ウェハ上にすでに形成された回路パターン（チッ
プ）とレチクルの回路パターンの投影像の重ね合せ露光
については十分な精度で実行できない場合がある。それ
はウェノ・のプロセス（エツチングや拡散等の工程）に
よる伸縮に起因して生じた１つのチップと回路パターン
の投影像との相対的な伸縮と、投影レンズ自体の縮小倍
率の変動等である。特に投影レンズの縮小倍率の変動は
重ね合せ精度の悪化を招くので、露光装置の製造時に予
めできるだけ小さくなるように調整されている。しかし
ながら露光装置の稼動中に生じる倍率の変動は、所定の
位置に所定の間隔で設けられた複数のマークを有するテ
ストレチクルのパターンをウェハ上に露光し、そのウェ
ハのフォトレジストヲ現像した後、ウェハ上に形成され
た複数のマークの配置関係を別の測定器で計測すること
によって検出されている。このため、よシ微細な回路パ
ターンの重ね合せ露光を十分な精度で行なうには、投影
レンズの倍率変動を逐次計測しなければならず、不便で
あるという欠点があった。

また、露光動作中に倍率変動が生じた場合にも、ただち
にその変動を計測することができず、正確な倍率変動量
を知ることができないという欠点もあった。

（発明の目的）本発明は、上記欠点を解決し、よυ迅速に投影光学系の
倍率や、重ね合せのずれを測定するだめのパターン検出
方法と、その方法を使って倍率や重ね合せのずれの測定
を行なう投影光学装置を得ることを目的とする。

（発明の概要）本発明は、露光用のエネルギー線（光、Ｘ線。

電子線等）が透過する部分と遮断される部分とで所定の
パターンを形成したマスクと、エネルギー線に感光する
層が形成された感光基板と全対応するように配置し、感
度層がほぼ飽和するように、エネルギー線をマスクを介
して感光基板に照射することによって、感光層にパター
ンの潜像を形成し、該潜像のエネルギー線の照射を受け
た露光部分の光学特性と、照射を受けなかった未露光部
分の光学特性とが異なるこをを利用して、ｆｌ＠を検出
することによって、感光基板に露光されたパターンを検
出することを技術的要点としている。

さらに、本発明は所定間隔の２つのマークを有するマス
クと感光基板との間に配置され、２つのマークの＠を感
光層に結像するための投影光学系と、感光層の感光が飽
和する程度の露光用エネルギー線をマスクに照射し、感
光層に２つのマークの潜像を形成するための露光手段と
、感光層上の２つのマーク潜像の部分とその周囲の部分
との光学的な特性が異なることを利用して、マーク潜像
に応じた検出信号（例えば光電信号）を出力する潜像検
出手段（光電検出器）と、その検出信号に基づいて２つ
のマーク潜像の間隔を検出し、その間隔とマスク上のマ
ーク間隔とを比較して投影光学系の倍率を検出する手段
とを設けることを技術的要点としている。

（実施例）第１図は本発明の実施例に好適なレチクルの平面図、第
２図は本発明の第１の実施例に使用される縮小投影型露
光装置の概略的な構成を示す図である。

第１図において、レチクルＲにはガラス基板上に所望の
回路パターンをクロム等の遮光材料で形成したパターン
領域１と、このパターン領域１の両脇にクロム等で形成
した矩形状の遮光部２．３とが設けられている。パター
ン領域１の中心ＲＣを直交座標系ＸＹの原点に定め、そ
のＸ軸が２つの遮光部２，３を通るように決めると、遮
光部２゜３の各々にはＹ方向に伸びたスリット状の開口
２ａ、３ａがＸ軸上に位置するように形成されている。

この開口２ａ　、３ｍはレチクルＲの中心ＲＣを挾んで
間隔Ｌ０で配置されている。さて、このレチクルＲは第
２図に示すように設計上の縮小倍率が犠（ただしＭ〉１
）の投影レンズ７の物体側に配置される。レチクルプ２
インド４ａ、４ｂはそれぞれレチクルＲの上方にスライ
ド可能に設けられ、フォトレジストを感光させるのに有
効な波長（例えばＶ線やｌ線）を有する露光光ｔのレチ
クルＲへの照明範囲を任意に可変するものでおる。

さて、投影レンズ７はレチクルＲのパターン領域１や開
口２ａ、３ａの鐵をウェハＷ上の７オトレジストに結像
する。またレチクルＲの中心ＲＣは投影レンズ７の光軸
ＡＸを通るように位置決めされているものとする。ステ
ージ９はウエノＳＷを載置するとともに、座標系ＸＹに
沿って２次元移動する。第２図ではステージ９のＸ方向
の移動を行なう駆動部８と、ステージ９のＸ方向の位置
を検出するためのレーザ干渉計４の−）を示すが、Ｙ方
向（紙面と垂直な方向〕についても同様に駆動部レーザ
干渉計が設けられている。レーザ干渉計４はステージ９
に固定された移動鏡１４の反射平面に垂直に測長用のレ
ーザビームを照射する。さて、オフアクシス顕微鏡６は
投影レンズ７の光軸ＡＸと平行な光軸を有し、投影レン
ズ７と所定間隔で設けられている。このオフアクシス顕
微鏡６はフォトレジストを感光させないような波長のレ
ーザ光（ヘリウム・ネオン）ｆｔスポット光に収束する
と共に、ウェハＷ上で微少振動させ、ウェハＷ上の凹凸
の段差エツジ等で生じる散乱光や回折光のみを光電検出
し、その光電信号を同期検波するものであり、所謂レー
ザ走査（振動）型光電顕微鏡と呼ばれるものである。こ
のオフアクシス顕微鏡６は本来ウェハＷ上のアライメン
トマークを検出するものであり、ウェハＷの投影レンズ
７に対する位置合せの時に使われる。一方、ウニ／ＳＷ
の位置合せを投影レンズ７を介して行なうために、フォ
トレジストを感光させないレーザ光（ヘリウム・ネオン
）を発生する光源５と、そのレーザ光ｔ。

を透過するビームスプリッタ１１と、レーザ光１゜を投
影レンズ７の入射瞳の中心に向けて折り曲げるミラー１
２とが設けられ、このミラー１２からのレーザ光４は投
影レンズ７によってウェハＷ上にスポット光１０として
結像される。このスポット光ｌＯがウェハＷ上のマーク
（例えば凹凸の段差エツジ）を照射すると、このマーク
から散乱光や回折光が生じる。この回折光や散乱光は投
影レンズ７に逆入射し、再びミラー１２．ビームスプリ
ンタ１１で反射されて、回折光や散乱光のみを検出する
光電検出器１３に達する。この光源５゜ビームスプリッ
タ１１．ミラー１２及び光電検出器１３によってスルー
ザレンズ（ＴＴＬ）方式のアライメント光学系を構成す
る。尚、オアアクシス顕微鏡６のスポット光とＴＴＬア
ライメント光学系のスポット光１０とは共に不図示のシ
リンドリカルレンズによってＹ方向に細長く伸びた楕円
（スリット状）に整形されているものとする。また第２
図において演算制御手段１５は光電検出器１３からの光
電信号とレーザ干渉計４の位置情報とを入力して、投影
レンズ７０倍率変動（誤差）をめるための演算を行なう
と共に、駆動部８の制御（位置決め）も行なう。

次にこの露光装置を用いて投影レンズ７０倍率でフォト
レジストを塗布し、そのウェハＷをステージ９に載置す
る。そしてレチクルブラインド４ａ　、４ｂのうち、例
えばブラインド４ａをレチクルＲの開口２ａ上から退避
させ、ブラインド４ｂでパターン領域１と開口３ａを覆
う。そして、露光光ｔによって開口２ａのｅをウェハＷ
上に露光する。開口２ａは露光光ｔを透過するので、ウ
ェハＷ上の７オトレジストの層（感光層）には開口２ａ
の潜ｌ１１１＋が形成される。この露光の際、フォトレ
ジスト層の厚さによっても異なるが、レジストの飽和エ
ネルギーに和尚する露光量をレジスト層に与える。これ
は開口２ａを通った露光光ｔによって露光したレジスト
層の部分と、その周囲の未露光部分との光学特性のちが
い、すなわち反射率や屈折率のちがいをできるだけ大き
くするためである。さて、このときのステージ９のＸ方
向の位置はレーザ干渉計４で例えば０．０２μｍの分解
能で検出されている。尚、レチクルＲのもうひとつの開
口３ａの像は投影レンズ７の縮小倍率が変動しなければ
、ウェハＷ上で開口２ａの像から−１だけＸ方向に離れ
た位置に投影されるはずである。

しかしながら周囲の環境や露光光ｔの照射によシ実際の
縮小倍率は１／Ｍ’　（ただしＭ′〉１）になっておシ
、開口３ａの鐵は開口２ａの像からＬ０／Ｍ’だけ離れ
た位置に投影されることになる。

次に露光光ｔの照射を中止し、レチクルブラインド４ａ
によって開口２ａとパターン領域１とを遮光し、ブライ
ンド４ｂを開口３ａの直上から退避させる。そして、開
口２ａを露光したときの位置から、駆動部８とレーザ干
渉計４とを使ってステージ９をＸ方向計　−／Ｍ＋ΔＸ
だけ移動させ、開口２ａの潜像に極めて近い位置に開口
３ａの像が整列して露光されるように演算制御手段１５
によってウェハＷを位置決めする。

第２図ではステージ９を左側に移動させることになる。

ただしΔＸはり。／Ｍ＞ΔＸで、かつΔＸ＞　Ｌｏ　Ｉ
　１／Ｍ　−１／Ｍ’　ｌになるように予め定められた
一定距離である。そしてその位置で露光光ｔを開口３ａ
に照射し、ウェハＷのレジスト層に開口３ａの潜像全形
成する。ここでもレジストの飽和エネルギーに相轟する
露光量をレジスト層に与える。

以上のようにして、レジスト層には開口２ａと３ａの潜
像がＸ方向に概ねΔＸだけ離れて形成される。ただし、
両潜像の正確な間隔（ピッチ）は、αをＬｏ　（１／Ｍ
　−１／Ｍ’　）とすると、Δχ十αで表わされる。

第３図はその開口２　ａ　＋　３　ａの潜像２ａ’　、
　３ａ’の配置を示す図である。第３図に示すように、
レジスト層にはＸ方向の中心間隔がΔχ十αになるよう
な潜像２ａ’　、　３ａ’がＹ方向に伸びて平行に整列
する。そこでＴＴＬアライメント光学系によるスポット
光１０が潜像２ａ’　、　３ａ’と平行に、第３図のよ
うに潜像２ａ’の左側に位置するようにステージ９を位
置決めする。そしてスポット光１０が潜像２　ａ’　＊
　３　ａ’　ｋ順番にＸ方向に走査するようにステージ
９を移動させる。このとき、演算制御手段１５は光電検
出器１３の光電信号をレーザ干渉計４で読み取るステー
ジ９の位置に応じて、例えば０．０２μｍ毎にサンプリ
ングし、そのサンプリングした光電信号の大きさＩａｔ
ｌ−デジタル値に変換し、そのデータを番地とサンプリ
ング位置とが一義的に対応したメモリに順次記憶する。

これによシ、スポット光１０が潜＠３ａ′の走査を終了
した時点で、そのメモリに社例えば第４図に示すように
スポット光１０の走査方向（Ｘ方向）におけるレジスト
層の光学特性の変化（プロファイル）に起因した光電信
号Ｅが記憶される。この光電信号Ｅの波形からもわかる
ように、潜９２ａ’　、　３＆’のところでは散乱光、
あるい線回折光が生じたことになる。これは、レジスト
層の潜像２ａ’、３＆’の露光部分とその周囲の未露光
部分とで光に対する屈折率が若干変化しているため、露
光部分と未露光部分との境界でスポット光１０を形成す
るレーザ光の位相が変化するからである。

そこでこの光電信号Ｅとスポット光１０の走査位置とに
基づいて、演算制御手段１５はｌ！ｉ’慮２ａ’の両側
の境界（エツジ）で生じたピークの位置ＸＩ。

Ｘ、と、潜＠３ａ′の両側のエツジで生じたピークの位
置Ｘ、、Ｘ、と全抽出し、さらに位置Ｘ、とＸ。

の中点位置ｘａと位置為と為の中点位置ｘｂとをめる。

そして演算制御手段１５は中点位置Ｘａとｘｂの間隔を
計算し、潜像２ａ’　、　３ａ’の間隔ｊＸ＋αをめる
。

従って、先の弐ΔＸ十り。（１／Ｍ　−１／Ｍ’　）か
ら実際の縮小倍率１／Ｍ′はただちに演算することがで
きる。また、αのみをめるようにしてウェハＷ上での投
影像の伸縮量だけを算出してもよい。

この場合、開口２ａ、３ａのレチクルＲの中心ＲＣから
の距離が共に等しいものとすれば、投影レンズ７の倍率
誤差に起因した投影像の伸縮量はα／２になる。

以上、本発明の＠１の実施例を説明したが、潜像２ａ’
　、　３ａ’の検出はＴＴＬアライメント光学系を使う
代りに、オフアクシス顕微鏡６を使っても同様に可能で
おる。ただしオアアクシス顕微鏡６はレーザ振動型光電
顕微鏡であるので、　もし第４図のような光電信号Ｅを
得る必要がおる時には、同期検波をレーザ光の振動周波
数の２倍の周波数（倍周波）で行なうとよい。また振動
周波数で同期検波すれば光電信号Ｅのピークの位置で零
となるようなＳカーブ信号が得られるので、このＳカー
ブ信号の零点を潜＠２ａ’　、　３ａ’のエツジ位置ｘ
８．為ｓ　Ｘｓ　＃　ｘ４とすればよい。

以上、第１の実施例で線潜像の検出に、フォトレジスト
を感光させないレーザ光を使うので、このレーザ光で同
じ潜像を繰返し走査して平均をめることができ、２つの
潜像の間隔検出の精度向上が期待できる。

次に本発明の第２の実施例を第５図、第６図に基づいて
説明する。第５図は第２の実施例に好適なレチクルＲ′
の平面図であり、第６図はそのレチクルＲ′を用いるの
に適した縮小投影型露光装置の概略な構成を示す図であ
る。レチクルＲ′は第１図に示したレチクルＲと同様に
、間隔Ｌ０でノくターン領域１の両脇の遮光部（図中の
斜線部）内に設けられた開口２ａ、３ａがある。第５図
では開口２ａ、３ａともＸ軸上に位置していないが、開
口２ａ、３ａ、のＹ方向の中心点を結ぶ線分１ｒ：Ｘ軸
と平行にし、々るべくＸ軸に近づければよい。そしてレ
チクルＲ′には開口３ａのＹ方向の隣りに遮光部を矩形
状に切シ取った観察用の窓２０が設けられている。この
窓２０はウェハＷ上に転写するためのものではなく、ウ
ェハＷのレジスト層に露光された開口２ａ、３ａの潜像
を投影レンズ７を介して観察するためのものである。こ
のため窓２０のＸ方向の幅は開口２ａ、３ａの各潜像２
ａ′。

３　ａ　Ｌが概ね間隔ｌＸで整列したのを同時に観察で
きる程度に定められている。

さて、このレチクルＲ′は第６図に示した露光装置の投
影レンズ７の物体側の所定位置にレチクルＲ′の中心Ｒ
Ｃが光軸ＡＸを通るように位置決めして装着される。第
６図において、第２図の露光装置と同一の部材、作用の
ものについては同じ符号をつけである。この露光装置に
は、露光光りと同一波長の照明光ｔ′を導びくライトガ
イド２１と、ライトガイド２１から射出した照明光ｔ′
の横断面の形状を窓２０に合せて整形する視野絞シ２２
と、視野絞り２２を通った照明光ｔ′を透過するビーム
スプリッタ２３と、その照明光ｔ’ｆレチクルＲ′の窓
２０に向けて収光し、視野絞＃）２２の開口像を窓２０
に結像するための対物レンズ２４と、対物レンズ２４０
光軸を直角に折シ曲げて、照明光ｔ′を窓２０に向けて
反射するためのミラー２５とが設けられている。さらに
窓２０を通った照明光ｔ′がウェハＷ上のパターンを照
明したとき、そのパターンの像は投影レンズ７によシ窓
２０に逆投影され、ミツ−２５，対物レンズ２４及びビ
ームスプリッタ２３を介して撮像するための撮像素子（
撮像管）２６が設けられている。これら、ライトガイド
２１．視野絞り２２．ビームスプリッタ２３．対物レン
ズ２５．撮像素子２６によって、ＴＴＬアライメント光
学系を構成する。このＴＴＬアライメント光学系は本来
ウェハ上のアライメントマークとレチクル上のアライメ
ントマークとの位置合せ状態を投影レンズ７を介して観
察、及び検出するものであるが、本実施例で鉱その必要
はなく、ウェハ面のみを観察すればそれでよい。

尚、第６図では省略したが、ミラー２５の上方には、レ
チクルＲ′と平行にレチクルブラインド４ａ、４ｂが第
２図と同様に設けられている。また照明光ｔ′の強度は
、ウェハＷのレジスト層の厚さを１μｍで、その露光飽
和エネルギー（感度）を９０ｍＪ／ｉとしたとき、撮像
素子２６に最低限必要な照度を満足し、ウェハＷ上での
照度が露光光ｌの照度よシも十分小さい値、例えば３０
ｍＷ／ａｄ程度になるように定められている。

このように定めた場合、露光光ｔの照度を３００ｍＷ／
ｃＪとすると、この露光光ｔでレジスト層の感光を飽和
させるには、０．３秒（９０／３００）の露光時間があ
れば十分であり、照明光ｔ′でレジスト層の感光を飽和
させるには３秒（９０／３０）の照射時間が必要となる
。本実施例では露光光ｔよりも低い照度の照明光ｔ′を
用いるものとするが、フォトレジストの感度によっては
露光光ｔと照明光ｔ′の照度を同一にしてもよく、逆に
照明光ｔ′の照度の方を高くしてもよい。この場合は撮
ｍ紫子２６からの画像信号の抽出（データサンプリング
）が照明光ｔ′の照射開始から極めて短い時間（例えば
数ミリ秒）以内に完了するような高速画歇処理回路を設
けるようにすればよい。

次に本実施例による倍率誤差の検出方法についてさらに
第７図、第８図を参照して説明する。レチクルＲ′の開
口２ａ、３ａの像をウェハＷのレジスト層に潜像として
形成するまでは第１の実施例と全く同様に行なわれる。

ただし、ＴＴＬアライメント光学系の照明光Ｌ′はウエ
ノ・Ｗに達しないように遮断しておく。次に、レジスト
層にできた２つの潜（ＩＩ’　２　ａ　’　、　３　ａ
　ｔがともに窓２０の投影位置にくるようにステージ９
を位置決めする。このとき撮像素子２６の受光面２６ａ
には第７図のように窓２００周辺部と、この窓２０内に
間隔Δχ＋αで位置した潜像２ａ’　、　３ａ’が結像
する。そこで照明光ｔ”５窓２０を介してウエノ・Ｗに
照射すると同時に、受光面２６ａをＸ方向に走査する１
本の走査１［１１ｓＬに従って、潜ｅ　２　ａ　’　、
　３　ａ　ｔに応じた画像信号を抽出する。この場合も
その画像信号を画素毎の大きさ■８に分割し、そのデー
タ金各画素の位置と番地とを一義的に対応させたメモリ
に順次記憶する。こうしてメモリ上に読み込まれた画像
信号Ｆは、例えば第８図に示すように、走査線ＳＬ上の
コントラストに応じた強度分布になる。

この画像信号Ｆの抽出は撮像素子２６　ｔ−ＩＴＶ等の
撮像管とすれば、はぼ１／３０秒で終了する。従って照
明光ｔ′をウニ／％Ｗに照射し始めた初期段階で、ただ
ちにｉｉｆ＋＋像信号Ｆを抽出すれば、照明光ｔ′を露
光光ｔに比べて低照度にしたことで、潜像２ａ′、３ａ
′周囲の未露光部分のレジストは飽和エネルギーに和尚
する照明光ｔ′を吸収するまでゆつく多感光することに
な９、潜像２　ａ　／　、　３　ａ　ｌと未露光部分と
のコントラストの差を十分に検出し得る。さて、第８図
の画像信号Ｆにも表わしたように、レジスト層の潜像２
ａ’　、　３ａ’の部分は感光が飽和するまで露光光ｔ
ｔ−吸収したため、照明光ｔ′の吸収特性が十分に残っ
ている未露光部分よりも反射率が高い。そこで画像信号
Ｆから潜像２ａ’　、　ａａ／に対応したレベルの大き
な部分を２つ選び出し、その立上シ、立下りの画素位置
Ｘ、　、　Ｘ、と画素位置Ｘ、、Ｘ、を検出する。そし
て画素位置Ｘ、　、　Ｘ、の中点位置ｘａと画素位置Ｘ
ｓ　、　Ｘ４の中点位置ｘｂとをめ、中点位置ｘａとｘ
ｂの画素間隔（画素数）を算出する。１画素のＸ方向の
幅（長さ）がウェハＷ上でどれぐらいの長さになるかは
予め解っているので、その換算を行なうことによって潜
＠２ａ’と３ａ′の中心間隔Δχ十αがめられる。

以上、本実施例によれば、レチクルＲ′に逆投影された
潜像２ａ’　、　３ａ’の像をミラー２５．対物レンズ
２４等によって、さらに拡大して撮像素子２６で受光す
るので、第１の実施例にくらべて潜像ｚａ／　、　ａａ
’の間隔検出の感度が増大するという効果がある。

さて、本実施例では開口２ａ、３ａの露光を露光光ｔで
行なうようにしたが、露光光ｔと同一波長の照明光ｔ′
を発生する自己照明光学系を備植ＴＴＬアシイメント光
学系では、その照明光ｔ′を使って開口２ａ、３ａの露
光転写を行なってもよい。この場合、第６図に示したＴ
ＴＬアライメント光学系は開口３ａと窓２０を同時に照
明するようにし、開口２ａの露光のために、もう１組の
ＴＴＬアライメント光学系を設ける必要がある。また第
５図において窓２０はパターン領域１の周辺のＹ軸上に
設け、その位置で窓２０を観察するようにＴＴＬアライ
メント光学系を配置してもよい。

さらに１露光光ｔと同一波長の光で潜＃２Ｂ’　＊３　
ａ　／を暗視野照明し、撮像素子２６から画像信号Ｆを
抽出してもよい。この場合画像信号Ｆは第８図の波形と
は異なり、第４図に示したように潜像のエツジ部でピー
クを生じる波形になる。

以上、第１及び第２の実施例のようにして倍率誤差がめ
られるので、この倍率誤差に基づいて投影レンズ７の縮
小倍率を所望の値に補正するためには、投影レンズ７の
物体側が非テレセン）　ＩＪソック光学系の場合、投影
レンズ７とレチクルＲ（Ｒ′）との光軸ＡＸ方向の間隔
を変化させる方式投影レンズ７を構成するレンズ素子の
１つ又は複数を光軸ＡＸ方向に移動させる方式、あるい
はレンズ素子とレンズ素子の間の１つ、又は連通した複
数の空気間隔を外気から遮断した気密空間とし、この気
密空間内の気体（空気、チッ素等）の圧力を制御して、
空気間隔の屈折率を変化させる方式等のいずれかを用い
ればよい。特に投影レンズ内の空気間隔の圧力を制御す
る方式は機械的な可動部がなく極めて高精度な倍率補正
（倍率制御）が可能である。しかも圧力変化量に対する
倍率変動量〔例えば１５ｍｍ角の投影像の伸縮量〕は例
えば±５０　ｎｒｍＨｔで±０．５μｍ程度と小さく、
倍率制御が容易になる。さらに、圧力制御の方式によれ
ば、可動部がないので倍率調整を実時間（リアルタイム
）に実行できるという利点もある。例えばレチクルの回
路パターンを一枚のウェノ・に露光した後、倍率誤差を
測定してただちに補正し、引き続き次のウェハの露光動
作に移ることができる。

もちろん機械的に光学配置を調整する場合でも同様のこ
とは可能であるが、レチクルと投影レンズ７の間隔を変
えたり、レンズ素子を移動させたシすると、レチクルの
中心ＲＣと投影レンズ７の光軸ＡＸとの位置ずれやレン
ズ素子の光軸の倒れ等が生じ、回路パターンの投影像と
ウェハ上のチップとの重ね合せ精度が低下したシ、像面
の傾きにより解像力が低下するといった問題が発生しや
すい。このため機械的に倍率を制御する場合は、倍率誤
差を補正した後何らかの方式で、レチクルと投影レンズ
７の位置ずれかないことや、レンズ素子の光軸の倒れが
ないこと等をチェックする必要がある。

上記のように本発明の第１と第２の実施例では、潜［１
！２ａ’　、　３ａ’を光電検出するＴＴＬアライメン
ト光学系が１組だけなので、複数のＴＴＬ　アライメン
ト光学系を使ってウェ／’Ｗ上の潜像を検出する場合に
くらべて、ＴＴＬアライメント光学系間の機差や配置誤
差が除去できるから、測定精度を低下させることがない
という利点がある。

尚、第１と第２の実施例において、実素子（デバイス）
作成用のウェハを使う場合は、実素子（チップ）を形成
しない領域例えばストリートライン上に潜像２ａ’　＋
　３＆’を露光すればよく、またベア・ンソコン（Ｂａ
ｒｓ　Ｓｉ　）等でパターンのない特別なウェハを使う
場合は、レチクルプ２インド４ａ　、４ｂを使った遮光
は不要である。また、潜＠２ａ’　、　３ａ’はレチク
ルＲ（Ｒ’）の開口２，３を介して露光光ｔが照射され
たものとしたが、逆に潜像２ａ’　Ｉ　３＆’は未露光
部分とし、その周囲は露光部分とするようにしてもよい
。

また、レチクルＲの開口２ａ；３ａに相当するマークは
有効露光領域（パターン領域１）内の外周部分に設けて
もよい。

（発明の効果）以上本発明によれば、感光層に所定のパターン（マーク
）を潜像として形成した後、現像することなく露光され
たパターンを検出できるので、投影光学系の倍率等を迅
速に測定でき、倍率誤差をただちに補正することができ
る。このため投影光学装置（露光装置）の投影倍率を常
時所定値に保てることによって重ね合せ精度が高まり、
ＩＣやＬＳＩ等の製造歩留シが向上するという効果が得
られる。

また、露光装置自体が備えている位置合せ用の検出光学
系をそのまま使うことができるので、露光装置が多数の
ウェハを露光している間の一定時間（又は稼動中の所定
のタイミング）毎に自動的に倍率を測足する機能、所謂
セルフチェックの機能を持たせ、無人で倍率の補正まで
行なわせることができ、露光装置の精度を短期、長期を
問わず極めて安定した状態に保てるという効果も得られ
る。さらに本発明は、Ｘ線露光法によって露光されたパ
ターンの潜像を検出する場合や、電子線露光装置の投影
光学系（電子レンズ）の特性を調べる場合等にも広く応
用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に好適なレチクル（マス
ク）の平面図、第２図は第１の実施例による縮小投影型
露光装置の概略的な構成を示す図、第３図は潜像と検出
用のスポット光との配置を示す図、第４図は第３図のス
ポット光の走査で得られる光電信号の波形図、第５図は
本発明の第２の実施例に好適なレチクル（マスク）の平
面図、第６図は第２の実施例による縮小投影型露光装置
の概略的な構成を示す図、第７図は潜像を撮はした様子
を示す図、第８図は潜像を撮像したときに得られる画像
信号の波形図である。〔主要部分の符号の説明〕Ｒ、Ｒ’　・・・レチクル、Ｗ−・・ウニ”、２　、２
ａ　、　３゜３ａ・・・開口、２ａ’　＋　３ａ’・・
・潜像、７・・・投影レンズ、８・・・駆動部、１３・
・・光電検出器、１５・・・演算制御手段、２６・・・
撮像素子、ｔ・・・露光光、ｔ′・・・照明光出願人　
日本光学工業株式会社代理人　渡　辺　隆　男

Claims

【特許請求の範囲】

（１）露光用のエネルギー線が透過する部分と遮断され
る部分とで所定のパターンを形成したマスクと、前記エ
ネルギー線に感光する層が形成された感光基板とを対向
するように配置し、前記感光層がほぼ飽和するように前
記エネルギー線を前記マスクを介して前記感光基板に照
射することによシ、前記感光層に前記パターンの潜像を
形成し、該潜像の前記エネルギー線の照射を受けた露光
部分の光学特性と、照射を受けなかった未露光部分の光
学特性とが異なることを利用して、前記潜像を検出する
ことによって前記感光基板に露光されたパターンを検出
することを特徴とするパターン検出方法。
（２）前記エネルギー線は前記感光層を感光し得る波長
を含む露光光であシ、前記潜像を検出する際、前記感光
層を感光させない波長の単色光を前記潜像に照射し、前
記露光部分と未露光部分の屈折率のちがいによって該露
光部分と未露光部分の境界部分で生じる散乱光又は回折
光を光電検出することを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の方法。
（３）前記エネルギー線は前記感光層を感光し得る波長
を含む露光光で−あシ、前記潜像を検出光部分と同程度
まで感光する以前に、該露光部分と未露光部分の反射率
のちがいによって生じる反射光量の差を光電検出するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。
（４）所定の間隔で設けられた２つのマークを有するマ
スクと、感光層を有する基板との間に配置され、前記２
つのマークの像を前記感光層に結像するための投影光学
系と；前記感光層の感光が飽和する程度の露光用エネル
ギー線を前記マスクに照射し、前記感光層に前記２つの
マークの潜ｇＩを形成するための露光手段と；前記感光
層の該２つのマーク潜像の部分とその周囲の部分との°
光学的な特性が異なることを利用して、前記マーク潜像
に応じた検出信号を出力する潜像検出手段と；該検出信
号に基づいて前記２つのマーク潜像の間隔を検出し、そ
の間隔と前記マスク上のマーク間隔とを比較して前記投
影光学系の倍率を検出する手段とを備えたことを特徴と
する投影光学装置。