JPS6348422B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は物体面上の異なる位置に形成された複
数個のマークを同一視野内で観察するための観察
装置に関する。この種の観察装置は複数個の物体
を自動的に整合する所謂位置合わせ装置に使用さ
れる。そして、この位置合わせ装置の代表的な例
としてIC、LSI等の半導体素子の製造装置である
アライナーが挙げられる。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り製作さ
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り、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ーとして、例えばステ
ツパーと呼ばれるステツプアンドリピート方式の
装置が挙げられる。ステツパーでは縮小又は等倍
でレクチル上にあるパターンをウエハー上に投影
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。ウエハー全面を露光
する為、焼き付けを行つてはステツプしてウエハ
ーを動かし、又焼き付けを行うという動作を繰り
返すのである。ウエハーの大型化が進んで来るに
つれ、必要とされるステツプ数は増加し、処理時
間が増大する。一方ステツパーで順次、焼き付け
が行なわれる為にはレクチルとウエハーの相対的
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つ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りにして焼き付けを行つ
ていくやり方がある。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、ウエハー工程を経ていくに従つ
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
つた欠点がある。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
てウエハーを観察し、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
のウエハーの歪みや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
用いる方法が従来公知技術として知られている。
本件出願人になる特開昭54−53562号はその一例
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からの光を左右２本の対
物１１に対して分割し、２ケ所でレチクル１２と
ウエハー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より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、３は回転多面鏡、４はｆ−
θレンズ、５はビームスプリツターである。レー
ザー１を出た光が回転多面鏡３の回転に従つて走
査を行い、ビームスプリツター５以下の光学系に
入つていく。６はフイールドレンズ、２５は視野
分割プリズム、７は偏光ビームスプリツター、８
はリレーレンズ、９はビームスプリツターで、こ
れらの部材を反射又は通過した光が対物レンズ１
１に入り物体面上で結像し、走査を行う。瞳結像
レンズ１４からデイテクター１８に至る系は光電
検出系である。１５は色フイルター、１６は空間
周波数フイルターで、正反射光をカツトし、散乱
光をとり出す役目をする。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２
０、色フイルター２１が照明光学系、エレクター
２２、接眼レンズ２３が観察光学系である。この
光学系の作用については特開昭54−53562号で知
られているのでここで省略する。この例では光量
を有効に用いる為、走査レーザー光が、レチクル
及びウエハーの共軛面に置かれた視野分割プリズ
ム２５によつ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
メントスコープの充電検出以外のもう一つ重要な
機能は観察機能である。特にレチクルとウエハー
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つた場合、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２５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、３４は左側の対物レンズに対応する視野であ
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エハーのアライメ
ント用マークが設置される。従つて、第２図に示
す像視野内の視野に右側のアライメントマーク像
が、右側の視野に左側のアライメントマーク像が
観察されるのであるが、走査線３３に沿つて各々
の像が表示される為、互いの像が稜線３１（実際
には見えないのではあるが）を境として近接して
いる場合には左右のアライメントマーク像を明確
に観察するのが困難である。一方、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
わけでは無いから、ウエハーの処理が終つた時点
ではアライメントマークの部分はデツドスペース
になる。従つてア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
が望ましい。第３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ツ
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、アライメントスコー
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
すれば良い。

しかしながら、特に縮小型のステツパーの様な
場合、レチクル全体が１個のチツプに対応し、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い
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。すなわちチツ
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り好ましくな
い。

従来の横走査系に代えて縦走査系を使用し、レ
ーザビームを縦方向に走査することによつてアラ
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、左視野側に入れるビー
ムと右側野側に入れるビームという２種類のビー
ムが必要となり、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、光量は各々の
視野については第２図の方式の半分となつてしま
う。

従つて、この光量の問題を解決する為には、第
２図の様に走査線を視野分割プリズムの分割線
（稜線）に対して直交する様に、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
際には事態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図で斜線で示したのがレーザーの走査
線である。第７図より問題点として次の３つの点
が挙げられる。即ち (1) 右側の対物系の像と左側の対物系の像が180゜
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。

上記(1)、(2)、(3)の問題を解決する為に、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
リズムとを個別に設け、両者の視野分割線が光学
的に直交する様に配置することが考えられるが、
この様な系を構成した場合にも、像視野内におけ
る左右のアライメントマーク像が視野分割線を境
として近接してしまい、殆ど重なつている様に見
える。従つて、第２図の場合同様、左右のアライ
メントマークを明確に観察できない。

従つて、本発明の目的は、同一視野内の左右に
表示される相異なるマーク像を明確に観察するこ
とが可能な観察装置を提供することにある。

本発明の具体的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、レーザー光を入射する側の視野分割プリズム
迄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迄を一段下に配置し、光路をひねつた事
により、第１図で横方向の走査であつた系が縦方
向の走査に変換される。このひねりの役目を担つ
ているのが、偏光ビームスプリツター７である。
マスク１２上には第５図で示した様なアライメン
トマークが設けられており、一方のアライメント
マーク（第１マーク）と他方のアライメントマー
ク（第２マーク）に対して個別に対物レンズ１１
が設置されている。そして、対物レンズ１１、ビ
ームスプリツター９、リレーレンズ８、偏光ビー
ムスプリツター７、ビームスプリツター４３から
成る左右の第１及び第２光学系を介して、各マー
クからの光が個別に視野分割プリズム４１（結合
手段）へ導かれる。そして、視野分割プリズム４
１で合成された各マークからの光はエレクター２
２から成る結像光学系へ入射する。さて、マスク
１５上の各アライメントマークは、第１図で説明
した様にレーザビームで走査照明される。そし
て、マスク１２を透過して不図示のウエハー迄到
達した光は投影光学系の中に配置されたλ／４板を ２度通過して偏光方向を変え、再びアライメント
スコープ系の中に戻つていく。そして今度は偏光
ビームスプリツター７を透過してビームスプリツ
ター４３で一部の光が光電検知系に導れる。残つ
た光は反射して観察光学系の方に入り、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
双方ともレチクル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゜異つている。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
る事により、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に加えて、本発明の偏心
光学系を使用することによりアライメントの処理
が更に容易となる。偏心系の効果を述べる事によ
り、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
うパターンである。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り、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
な点を持つている。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
ーンがセツトされる。

図中点線で示して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
鎖線で示して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
レーザー光が走査して光が照たつている所即ち斜
線部の所にセツトしなければならない事になる。
第１０図より次の事がわかる。

(1) 右視野、左視野共レーザーの走査線が分割線
に沿つて２分割されており、走査線が半分穏れ
てしまつている。

(2) 走査線が上半分にあり、従つてオートアライ
メント用のマークを画面の中心にセツトする事
ができない。

この様に画面上で偏心し、穏れてしまつている
状態に脱する為に、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ー２２に向う。４１と２２
の間には第８図の様にフイ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５５
ａ，５５ｂの光学系の軸が４１の稜線で交わらな
い様に第１２図ｂの様に△ずつずらしてやれば良
い。この場合のず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とエレクター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セ
ントリツクになつ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を出た光束がテレセントリツクでない
場合を示す。光学系の性能上、エレクター２２の
光軸上の光束の主光線はエレクター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ツクな場合で、こ
の時は、どの光束もエレクター２２に垂直に入
る。従つて光学系５５とエレクター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
束がテレセントリツクでない場合には第１３図ｃ
に示されるように光学系５５の後にフイールドレ
ンズ５６を挿入して主光線をテレセントリツクに
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、視野分割線の稜線方向のずら
しを実現するには第１４図ａに示される如く光学
系５５とエレクター２２を予め定まつた量△′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５
５とエレクター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
してやつても同様の事が実現される。

以上、本発明によれば、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
なかつ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−Cdレーザー（44.16nｍ）を用いれば、投影
光学系がｇ線（435.8nｍ）補正のレンズであつた
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４１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が可能であるこ
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３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，ｂは各々、共軸系、偏心系の説明図、第１３
図ａ，ｂ，ｃはテレセントリツク系の効用を示す
図、第１４図ａ，ｂ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、３……回転多面鏡、４
……ｆ−θレンズ、６……フイールドレンズ、７
……偏光ビームスプリツター、８……リレーレン
ズ、１１……対物レンズ、１２……マスク又はレ
チクル、１３……ウエハー、１６……空間周波数
フイルター、１９……光源、２２……エレクタ
ー、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……フイー
ルドレンズ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 物体面上の相異なる位置に形成された第１及
   び第２マークを各々光で照明し、該第１マークか
   らの光を第１光学系で受けると共に該第２マーク
   からの光を第２光学系で受け、該第１及び第２光
   学系を結合手段を介して同一の結像光学系と接続
   し、該結像光学系によつて前記第１及び第２マー
   クを同一視野内で観察する装置であつて、前記第
   １及び第２の光学系の光軸を前記結像光学系に対
   して互いに偏心させたことを特徴とする観察装
   置。