JPH0785465B2 - 観察装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は観察装置に関し、就中、表面に透明な薄膜のつ
いた物体を観察し、その情報を検知する光学系に関す
る。この種の光学系の代表として、ステッパのようにフ
ォトレジストの塗布されたウエハをレチクルに対して位
置合せする露光装置がある。

［従来技術および発明が解決しようとする問題点］ この種の露光装置の基本的な２つの性能といえば解像力
と重ね合せ精度である。解像力に関しては取り扱いが非
常にシンプルである。なぜなら解像力を決定するパラメ
ータが数少ないからで、ステッパと呼ばれる装置におい
ては投影レンズの使用波長と開口数（NA）さえわかれ
ば、その光学系の解像力を容易に類推することができ
る。また、Ｘ線露光の場合でもパラメータは光源の大き
さによる半影ボケ等といった限られたものしか存在して
いない。

メモリーセルの１トランジスタ化が実現して以来、半導
体の高集積化の両翼を担ってきたのはリソグラフィすな
わち微細線幅焼付技術の進歩とエッチング等のプロセス
技術の進歩であった。解像力に関してはステッパのレン
ズ歴史を辿れば解るように光学系は着実に進歩してきて
いる。光学方式は１μｍの壁を破り、サブミクロン時代
に対応したレンズが次々と発表されている。

一方、プロセスの方でも溝掘り方式等、低段差化、高段
差化相俟って三次元IC的な発想で新しいアイディアが実
現されている。露光装置側での解像力の進歩と、プロセ
ス側での進歩は各工程のパターンの重ね合せという舞台
で最も大きな接点を見出すこととなる。その意味で重ね
合せ精度は露光装置の中で重要度をますます高めている
といえる。

重ね合せ精度を解像力を取り扱ったようなシンプルなパ
ラメータで表示することは難しい。それはウエハプロセ
スの多様性を物語っているが、その一方で、、重ね合せ
のためのアライメントシステムの構成が多種多様である
ことに起因しているともいえる。ウエハプロセス要因を
より複雑にしているのは、この問題が１つウエハ基板だ
けに留まらず、ウエハ上に塗布されているフォトレジス
ト迄含めて論ずる必要があるからである。現在の半導体
の明らかな方向の一つにICの三次元的な構成への流れと
いうものが存在している。その中で、ウエハ表面の高段
差化は避けられないものであるが、この高段差がフォト
レジストの塗布状態に明らかな悪影響を及ぼす。またウ
エハは６インチから８インチさらには10インチとますま
す大型化の傾向にある。大口径のウエハにフォトレジス
トをスピン方式で塗布した場合、中心部と周辺部でレジ
ストの塗布状況が異なるのは自明のことであり、その差
がウエハ表面の段差が大きいほど顕著にあらわれること
も明らかである。実際、アライメント状態がレジスト塗
布に影響を受けて変化することは公知であり、逆に均一
な塗布の仕方をどうすれば良いかという研究がなされて
いるほどである。

フォトレジストでもう一つ注意しなければならないのは
サブミクロン時代における多層化への流れである。多層
レジストプロセスやCELといった解像力向上のための手
段は必然的に幾つかの工程で採用されるので、これに対
する対策も必要である。露光装置は重ね合せという舞台
でこうした新しいウエハプロセスへの対処を迫られてい
るといえる。

一方、これに対してアライメントシステムの多様性はシ
ステム構成のフレキシビリティと困難さの証明である。
現在、提案され実現されているアライメントシステムは
一つとして同じものがなく、各システムがそれぞれ長所
と短所を合せ持っている。例えば本出願人になる特開昭
58−25638号「露光装置」が一つの事例として挙げられ
る。このシステムは投影光学系にレチクル及びウエハ双
方にテレセントリックな光学系を用いてTTL on Axisと
いう思想を実現した優れた構成例の一つである。投影レ
ンズはｇ線（436nm）に対して収差補正がなされている
が、同様の性能をHe−Cdレーザの波長（442nm）でも発
揮するようになっている。この特許出願で開示した一実
施例ではHe−Cdレーザによるレーザビーム走査法をアラ
イメント信号検知法として採用しており、この結果TTL
on Axisすなわちアライメントした状態で即露光動作に
入ることが可能となっている。TTL on Axisシステムは
露光装置として誤差要因がアライメント信号の検知エラ
ー唯一つであるという意味で、最もシステム的な誤差要
因の少ない構成であり、理想のシステムに近い。このシ
ステムの欠点は唯一つで、それは多層レジストのような
露光波長近辺の波長を吸収するようなプロセスに弱いと
いうことである。

一方、これに対して露光波長以外の波長、具体的にはｅ
線（546nm）とかHe−Neレーザ（633nm）といったより長
い波長を用いるシステム構成例も多数提案されている。
露光波長よりも長い波長を用いるため多層レジストのよ
うな吸収型のプロセスに対して、このシステムは強いと
いう利点を持っている。しかし、通常、投影レンズの色
の諸収差のためにアライメントする像高が投影レンズに
対して固定されており、アライメントの検出を行なった
後に露光位置までウエハを移動させるという誤差要因が
入り込むことになる。露光波長以外の光でのアライメン
トシステムはこのため必然的にTTL off Axisのシステム
となってしまうのである。

しかしながら、近年の重ね合せ精度に対する要求はます
ます厳しくなってきており、特開昭58−25638号に示し
たような理想システムにおける誤差要因であるアライメ
ント信号の検知エラーすら問題となる領域にまできてい
る。本発明では従来例に基づいてアライメント信号の検
知エラー成分を分析し、その誤差要因をとり除くことに
より、アライメント精度の向上を図ったことを特徴とし
ている。

アライメント信号の検知誤差成分を本願の発明者等が分
析したところによると、その誤差成分は主としてフォト
レジストの塗布問題に起因するものが大部分であること
が判明した。フォトレジストによる誤差要因は種々挙げ
られるが、そのうち最も大きいのは次の２つの要因であ
るものと考えられる。

第１はレジストの表面反射光とレジストを透過し、ウエ
ハ基板に当って戻ってくる光との干渉効果である。特に
前述したようにフォトレジストはウエハ内で均一に塗布
されているとは限らず、中心と周辺では塗布状態が異な
っている場合が多い。ウエハ基板自体もエッチング、ス
パッタ等のウエハ内均一性の問題を抱えている。そのた
め、ウエハ内の各ショットのアライメントマークの構造
はレジストと塗布迄含めて考えた時、場所場所で異り、
従って、干渉効果も異っている。レジスト塗布の影響で
アライメントに誤差が出るのはこの干渉による効果が最
も大きいと思われる。

第２の要因として挙げられるのは多重反射である。レジ
ストは一つの光導波路としての性格を持ている。そのた
めにウエハ基板で反射された光の一部はレジストと空気
の境界面で反射され、またウエハに戻ってきて再反射を
受けることとなる。この影響は基板の反射率が高いほど
顕著であるし、またこの多重反射光が最終的には干渉を
起こしアライメントの精度を劣化させる要因ともなる。

レジストの要因としてはその他に屈折による像ズレ等の
要因が考えられるが、それ等はあくまで二次的なもので
あり、今ここで挙げた２つの要因特に第１の干渉効果を
除くことがアライメントの精度向上に大きく貢献するこ
とが解析の結果確かめられた。

本発明では従って、干渉効果を軽減し、より高いアライ
メント検出精度を実現するようなシステムを提供するこ
とを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するため本発明では、第１物体上に描か
れたパターンを投影光学系を介してレジストが塗布され
た第２物体上に投影露光する装置における、該第２物体
上に形成されたマークを観察する観察装置において、前
記投影光学系を介して前記マークを観察する観察光学系
と、前記観察光学系が前記第２物体上で持つ光束のNAを
sinAとした時、前記第２物体を照明する照明光が前記観
察光学系の光軸となす角度を略Ａ＋10゜とする暗視野照
明光学系とを有することを特徴とする。

この他、本発明の種々の実施の態様等、本発明の特徴は
下記の実施例において記載した。

［実施例］ 本発明の一実施例を第１図に示す。第１図は本発明をス
テッパすなわち縮小投影露光装置に応用した例である。

同図において、縮小レンズ３はレチクル１上のパターン
２をウエハ４上に投影露光する役目を果たしている。縮
小レンズ３は、焼付ける対象物であるウエハの凹凸や、
通常、レンズ３とウエハ４の間に配置されているオート
フォーカス系の計測駆動エラー等に基づくフォーカスの
変動等によって、ディストーションおよび倍率が変化し
ないようにウエハ側ではテレセントリックとなっている
のが通常である。なお、ウエハ上で２に対応する場所は
第１図では５が対応している。

本発明での最大の特徴は投影レンズ３の下に配置された
照明系にある。第１図でこれから焼き付けられるべき、
ウエハの部分５のためのアライメントマーク６はこの場
合ウエハ４と投影レンズ３の間に存在している照明系に
よって斜めに照明されている。

これが本発明の最も主要な部分をなすものである。

既に述べたようにアライメント信号の検出エラーの最も
大きい要因はレジストの表面反射とウエハ基板の反射光
との干渉である。この影響を無くすためには幾つかの方
法があるが、最も根本的な解決法は一方を無くしてしま
うことである。レジストの塗布状態をSEMや干渉顕微鏡
で観察したところ、たとえ非常に大きい段差構造を持っ
たウエハでも、その上に塗布されたレジストの表面の傾
斜は最大でも５゜前後しかいかずそれ以上急峻なスロー
プは存在しないことが判明した。ステップカバレージの
問題から大きい段差に対してはそれを上回る厚さのレジ
ストを塗布するのが普通であり、その結果ほぼ５゜前後
の値で納まるのである。このため、本発明では照明光に
対して第２図に示すように次のような条件を付け加える
のが特徴である。すなわち、 （検知光学系がウエハ上で持つ最大角Ａ＋10゜） ≦（照明光のウエハへの入射角Ｂ） ……（１） このようにすると、照明光のレジスト表面で反射される
成分は検知光学系に入らず、その外に逃げてしまう（第
２図）。従って、ウエハ基板からの反射光のみを検知光
学系で捉えることができるのである。照明光のウエハへ
の入射角が大きくなると一般的に検知光学系で検知する
光強度が小さくなるので、照明光が前期観察光学系の光
軸となす角度Ｂを略Ａ＋10゜とするのが好ましい。検知
光学系とは第１図で投影レンズ３およびアライメントス
コープ光学系７を介して、例えばCCDのような光電変換
手段８に到るまでのウエハの観察光学系全体を意味して
いる。露光波長と観察波長が異なる場合には９のような
補正光学系を入れて、レチクルとウエハの同時観察を可
能にするような場合もあるし、第３図のようにウエハの
みを観察するということで、レチクルと投影レンズの間
にアライメントスコープ光学系を持ってくる場合もあ
る。第３図の場合にはレチクルは別のアライメントスコ
ープ系によって独立にアライメントされ、ウエハ系のア
ライメントの基準とレチクル系のアライメントの基準と
が所定の関係になるよう、基準値較正が行なわれる。

検知光学系がウエハ上で持つ最大角Ａはアライメントス
コープ側で、特別に絞りを入れて、投影レンズのNAを規
制しない限り、投影レンズのNAで定まる値と一致する。
すなわち、NAが0.35のレンズであればＡ＝sin^-1 0.35＝
20.49゜であるから、照明系の入射角Ｂは30.49゜以上で
なければならない。また、アライメントスコープ側に絞
りがついていて投影レンズのNAを規制している場合、Ａ
の値はNAで定まる値より小さくなる。これまでステッパ
で提案されてきたすべてのTTL方式は入射光をアライメ
ントスコープを介して上から照明する方式であった。こ
れに対し、本発明は投影レンズの外側からウエハを照明
する方式であり、しかも10゜という規制値を設けること
により、レジスト表面反射の除去に成功したものであ
る。レジストの底にあるウエハ基板の散乱、回折光を分
散して取り出せるということはアライメント精度の向上
に直接結びつくことを意味している。

本発明ではこのようにウエハ基板自体からの散乱、回折
光をとるので、照明光はレジスト表面での反射のロスが
少なくなるようにＰ偏光で入れると有利である。Ｐ偏光
だとＳ偏光より表面反射が少ないので、より行くの光が
基板に達することとなる。更に入射角をブリュースター
角で入れると、表面反射が最も少なくなるので有利であ
る。また、この条件に合うように、他の自由度例えばマ
ークの形状等を決めていくことも可能である。第１図に
おいて10はレーザであり、ミラー11とレンズ12を介して
レーザ10からの照明光がウエハ４上のアライメントマー
ク６を照射している。

第１図の照明系のもう１つの特徴は、予め解っているパ
ターン方向に対応する所定の方向から光を入射してやる
ことである。このため照明光は検出しようとするマーク
のエッジに対して直交するような方向から入射させるよ
うな方向性を持たせることが望ましい。

第４図にドット状のマークを用いた場合の照明光の入れ
方を示す。ここでは、ドットで構成されたマークの幅方
向の中心位置Ｃをアライメント信号として求めたいとす
る。第４図（Ａ）の例では照明光はグレーティングの幅
を示す方向であるP,P′というエッジを光らすような方
向から入射される。入射方向は矢印D,D′で示されてい
る。この場合、実際に像面で観察される像は第５図
（Ａ）の如くになり、この像をCCDで受けたり、または
スリット状の開口により走査することにより、中心位置
Ｃを求めることができる。エッジであるP,P′の光り方
は入射方向D,D′に対応している。但し、Ｄからの入射
光が必ずしも常にＰを光らせるとは限らず、基板の段差
量、レジストの塗布状態によってはＰ′の方がＰより明
るくなることもある。ＤとＤ′の２つの方向から照明光
を入れてやるとP,P′の非対称性は緩和されるが、両者
の対称性はＣを求める際、特に必要無いことが第５図
（Ａ）よりわかる。従って、システム構成を考える際に
はD,D′は必ずしも対称に２方向から入れる必要はな
く、片一方のみでも良いし、また、両方向から入れる場
合でも非対称な配置、すなわち第４図（Ａ）でのα，
α′の値を同一にしなくてもＣの位置は充分精度良く検
知できる。

第４図（Ｂ）の例では、同図（Ａ）における照明光の方
向と直交する方向から照明光が入射されている。この場
合に観察される像は第５図（Ｂ）に示されるように同図
（Ａ）の場合とは逆の方向のエッジが光ったものが観察
されることとなる。（Ａ）と（Ｂ）で示されたどちらの
方向のエッジを光らせるかは使用するマークの信号処理
法に依存している。また、マークとしては２方向のエッ
ジを持っているという理由でドットの列を説明に採用し
たが、勿論この例に限る必要はない。

以上のような照明法をとることにより表面反射の影響な
しでS/N比の良い明るい像を単色光でも観察することが
可能となる。照明されたウエハのマーク部６は第１図で
投影レンズ３、補正光学系９を介して観察光学系１の位
置に一旦結像される。そしてアライメントスコープ部に
入り、８の位置で像として捉えられるのである。アライ
メント状態を検知した後の露光動作への移行のやり方と
しては、露光位置への所定量送り込み法とか補正光学系
９の露光光束外への退避等、公知の種々のシステムの構
成をとることが可能である。

第３図は第１図の系でのウエハ信号をレチクルと投影レ
ンズの間でとるシステムの例である。レチクル１は不図
示のレチクルアライメント用の光学系で別個にアライメ
ントされる。照明はやはりレーザ10を用いるが、この例
ではレーザ光の指向性を利用して、ビームがそのままウ
エハ上のアライメントマーク６に入射されている。ウエ
ハ信号は投影レンズ３を介して20以下のウエハ観察光学
系に導かれる。図中、20は対物レンズ、21はエレクター
レンズであり、ガルバノミラー23がエレクタの後に配置
されている。ウエハ６の像はガルバノミラー23によって
走査を受けるが、走査を受けた像は、像面に置かれたス
リット24を介してフォトマルチプライアー25に導かれ、
しかるべくオートアライメント信号が検知される。暗視
野照明光と露光光の波長が異る場合は第１図の９に相当
する補正光学系を20の前または20以下の光学系の中に入
れてやる必要がある場合がある。

第６図は第３図の変形であるが10の他にもう１本10′と
いう10と異なる波長のレーザ光を入射したことを特徴と
している。10としては例えばHe−Neレーザ（633nm）、1
0′としてはA_r ⁺イオンレーザ（515nm）またはグリーンH
e−Neレーザ（543nm）等が考えられる。レーザ10′をレ
ーザ10に加えたのは、ウエハの段差構造によっては波長
633nmのHe−Neレーザからの散乱光が極端に弱くなって
しまうケースがあるので、それに対応させたためであ
る。弱くなる条件はレーザの波長と密接に結びついてい
るので、異なった波長のレーザを入射させればその出力
特性が相補的になり、より安定した計測ができるように
なる。なお、この場合はウエハの検出光学系も投影レン
ズ３の色収差の波長による違いに留意してそれぞれ別個
に設けられている。また、２つの波長の合成を行なうビ
ームスプリッタ13にダイクロ膜を利用すると効率が良く
有利である。

投影レンズ３の外側よりレジストの表面反射が検知光学
系に入らないような照明をする本発明の概念図は第1,3,
6図に端的に示されている。

従来、投影レンズ３とウエハ４との間には、ステッパ時
代になってオートフォーカス機能が入っている。本発明
に示したように照明法に積極的な意義付けがなされてい
なかったため、従来は両者を共存させようとする試みが
存在していなかった。しかし、本発明の主旨のように条
件式（１）を満たす条件はウエハ情報の検出に対して積
極的な意義付けができるので、両者の共存が検討され、
メカニカルに両者が共存し得ることが判明した。また、
オートフォーカスもTTLで行なうとすれば投影レンズウ
エハ間のオートフォーカス機構を除去できるためこの照
明法は容易に投影レンズウエハ間に実装し得る。以下、
具体的な実装上での本発明の実施例について触れること
とする。

本発明の暗視野法で最も問題となることの一つは光量で
ある。そのため本発明では一貫してレーザによる暗視野
照明と投影レンズの組合せを特徴としてきた。その理由
は露光波長と異なる観察、波長を用いた時の投影露光系
３の色収差に存在している。一般に投影レンズ３は露光
波長での最高の性能を発揮するように設計されており、
観察波長での性能は野放しになっている例が多い。例え
ばｇ線（436nm）用のレンズではｇ線のスペクトル幅ま
でも考慮に入れた設計がなされ、第16図に示すようにｇ
線で接するような、波長vs.フォーカス変化を示してい
る。このため、観察波長と異なるとフォーカスの色によ
る変化の係数は極めて大となる。例えば暗視野照明光源
として水銀のｅ線（546nm）を使用することも考えられ
るが、このｅ線のスペクトルの拡がりのすそまで考える
と、ピント変化が10μｍ近く生じてしまうことが起こっ
てしまうのである。この色収差は第１図に示したアライ
メント光学系の中で到底補正し得る量ではない。一つの
策として狭帯域のバンドパスフィルタを入れることが考
えられるが、その場合には光量の落ちが無視し得ない。
かといって、スペクトルを狭くしない場合には、スペク
トル内でのピントずれによるコントラストの低下が問題
となる。本発明のような暗視野照明にレーザを用いるの
はレーザのスペクトル幅が殆ど無視し得る位小さいた
め、投影レンズのこのような制約からフリーになること
ができるからである。ピント変化の他にも色により諸収
差がでるが、これもレーザの単色性を利用して補正する
ことが可能である。第１図の９はこれに当る。なお、こ
れらの補正等に関しては、本出願人による特開昭62−28
1422号「露光装置」において詳細な説明がなされてい
る。

レーザは光源自体が高輝度であるため、光量の点で非常
に有利であり、また、単色性に基く信号の干渉による消
失に対する対処として第６図のように複数個のレーザを
重ねて多波長で見ることもできる。ここで入射角である
が、マークが第４図のようにピッチを持っており、第４
図（Ａ）のような方向から照明する場合、入射角は、第
ｎ次の回折光が、投影レンズ３の光軸と平行に出るよう
な方向に入れることが好ましい。このようなピッチをも
つものは一種のグレーティングとなるので、良く知られ
たグレーティングの回折理論が成立する。一般に（１）
式を満たすような条件の場合、検知系で検知されるのは
３次光とか４次光といったかなり高次の光となることが
多い。通常は高次の回折光になる程光量が少なくなるの
で回折方向が予め定まっているなら、その何次かの回折
光が投影レンズ３の光軸と平行になるようにしてやるの
が好ましい。これは投影レンズ３がウエハの凹凸やオー
トフォーカスの精度の影響でディストーションが変化し
ないよう、ウエハ側でテレセントリックな構成となって
いることと関連している。すなわち第1,3,6図の例では
検知光学系で観察している位置が投影光学系３の光軸外
の位置となっているが、テレセントリック性のため、こ
の観察点での主光線も光軸と平行にウエハ面に垂直にな
っている。

通常のシリコンウエハの場合には、このように単純な照
明の仕方で充分良いS/Nの信号をとることができる。し
かし、更にS/N比や検出率を上げるために第８図に示し
たような照明法をとることも可能である。

第８図（Ａ）は、レーザ10から出た照明光をガルバノミ
ラー31によって振動させ、ウエハ上のアライメントマー
ク６に照明している例である。この例では振動するミラ
ーの反射点がマーク６とほぼ共役の位置に置かれ、ミラ
ーの回転に従ってマーク６への入射角が変化させられ
る。入射角の変化はアライメントマークのエッジの散乱
回折条件を変化させるため、信号出力が変化する。特に
エッジの段差量がレーザの波長と整合して信号を消し合
う条件になった時などはこの入射角変化の効用が大き
い。入射角の変化は第８図（Ａ）のような反射タイプだ
けでなく、同図（Ｂ）のように透過タイプでも実現で
き、また、その変形も色々考えられる。入射角を時間的
に変化させる場合には、検知系との間で同期をとる場合
がある。例えば第１図の例では検知がCCDとなっている
が、この場合にはCCDの読み出しのタイミングとの同期
をとるか、または非常に入射角変化を読み出しに比して
速くしてその変化の影響の無いようにする必要がある。

また、別の手段として入射角変化を信号出力の最も有利
な位置でとめるように制御することも勿論可能である。

第９図の実施例は、ミラー等を直接介さずにファイバを
用いて照明した場合の例である。投影レンズとウエハ間
のスペース上の問題から、レーザ光の引き回しが難し
く、照明手段としてファイバを用いた方が良い場合があ
る。第９図（Ａ）はファイバの出口35を２次光源として
ケーラー照明を行なった場合の例である。距離によって
はレンズ12は必ずしも必要ではない。ファイバ束を用い
た本実施例ではファイバを用いたことによるデメリット
すなわちレーザ光のスペックル干渉がウエハ面上で生じ
てしまう。スペックルの影響を除去するため、本実施例
ではファイバ束に入るレーザ光線をガルバノミラー31お
よびモータ32によって揺動させて時間的に積分し、その
結果としてウエハ面でのスペックルを除去する手法を用
いている。ガルバノミラーは回転多面鏡やAO素子に置き
換えることもできるが、検知系との同期関係では第８図
に関して説明したのと同じようなことがいえる。

第９図（Ｂ）はクリティカル照明をした例で、この場合
はファイバの出口35が２次光源としてレンズ12によりウ
エハ面上のマーク６の上に結像される。このような例で
はファイバのコア部による照明の不均一性がスペックル
に乗る場合がある。このため第９図（Ｂ）では途中の光
路中にガルバノミラーを置いて走査し、照明ムラを除去
している。検知系との同期の関係は前と同じである。

第７図から第９図にかけては主として２次元的な断面図
で好ましい実施形の原理的な説明を行なったが、実際に
はさらに装置側の照明系としてはマークとの相関を考え
ねばならない。例えば、第９図の例ではオートアライメ
ントマーク６は紙面に垂直な方向に伸びている線となっ
ている。この方向のエッジだけでアライメントマークが
構成されていれば良いが、これと直交する線がマーク内
にあった場合、その線は検知系で全く検知されないこと
になる（第４図、第５図参照）。例えばオートアライメ
ントマーク６が第10図（Ａ）に示されるように４つの長
方形より成っている場合を考える。この４本は例えば第
１図の実施例で観察すれば第10図（Ｂ）のようになり、
点線で示されたレチクルのマークをはさむことによって
アライメントがなされる。

第10図のマークは、その機能からして第11図（Ａ）の線
40で仕切られるように２つの領域ＵとＬに分れる。そし
て各領域に図中矢印で示した方向より光を当てると、ア
ライメントのためのエッジが第11図（Ｂ）のように光っ
て見える。この時、一度に４つの方向から光を入射して
しまう方法もあるが、粗面状のウエハが対象のような場
合、Ｕ領域に必要な上下方向の光がＬ領域も照射する
と、Ｌ領域ではそれがバックグラウンドのノイズとなっ
てS/N比を低下させることがある。逆にＬ領域に必要な
左右方向の光がＵ領域にまぎれこんでも同様である。そ
のため、本発明の好ましい実施形では第12図に示される
ように照明系内にマークの光らせたい領域に合せて視野
絞りを持ち、照射域の制限していることを特徴としてい
る。図中41が照明域制限スリットであり、このスリット
が結像レンズ12を通じてウエハマーク上に投影されるこ
とにより照明域が限定される。

同図は第９図（Ａ）タイプのファイバを用いた照明法の
場合を示している。

照明域をよりきっちり制限するためには第12図ではわか
りにくいが第13図に模式的に示したようにスリットを光
軸に対してあおりの条件を満足するように傾けると好都
合である。

また、第14図はＵ領域とＬ領域に入射させる方向を第11
図の方向と直交させて入射する時に好適なマークを示し
た。

照明系内に設けたスリット41には別の効用もある。本発
明の特徴はレジストの表面反射を除くということなので
波長は別に非露光光に限ることなく、露光光でも同様で
ある。しかし露光光をスリット41も無しで照明すると、
アライメントマーク近辺の実素子マークを露光してしま
う。従って、レジストを感光させる光を用いる場合には
アライメントマークの所望部分のみを照明する視野絞り
を照明系に設置すれば、この問題は解決される。

また、第12図では視野制限スリット41を用いたが、単な
る照明方向の切り換えを用いる方式でも例えば第３図に
用いるような走査系を用いる場合は４本のファイバを入
口で走査に同期してAO素子等でON,OFFすることによって
も視野絞りと似たS/N比の向上を図ることができる。

以上、投影レンズ３とウエハ４の間の種々の変形例につ
いて述べてきたが、どの場合にも照射角は（１）式を満
足しており、レジストの表面反射が除去できるという点
で、ウエハ信号が正しく捉えられ、アライメント精度は
著しく向上する。

これに対して検知系であるが、検知系はウエハが粗面で
あったり、特に高い段差で無い限りは補正光学系の挿入
などがある場合があるにせよ、通常の顕微鏡系に最終的
につなげば充分である。しかし、粗面の場合には粗面に
よりあらする方向に散乱した光からエッジ信号のみを取
り出したり、また、高段差では多重反射による光の回り
込みを無視することができない。

例えば、第15図は検知系対物レンズの瞳位置での光量分
布を示しているが、同図（Ａ）は粗面で瞳全体に一様に
拡がっている。一方、同図（Ｂ）は第４図のようなドッ
トパターンに第４図（Ａ）のように光を当てた場合のア
ライメントマークからの回折光分布である。高次の回折
光が、この場合だと３個瞳内に入っている。従って、対
物レンズに第15図（Ｃ）に示したような空間周波数フィ
ルタを入れると、S/N比が改善し、所望のパターンの信
号を抽出できる。このフィルタは使用するマークによっ
て種々の形状が考えられる。一方このようにアライメン
トマークに対応してフィルタを作成することは多重反射
による影響を小さくすることもできる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明に係る観察装置によれば、
照明系と検知系により種々のウエハに対して説明してき
たような対策を臨機応変にとることにより、ウエハの情
報のみをレジストとの干渉の影響を除いたままで観察す
ることが可能となった。本手法はオートアライメントの
みならず、オートフォーカス等レジストの塗布されたウ
エハの情報を精度良く取り出すために非常に有効な手段
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る観察装置の概略構成
図、 第２図は、ウエハへの照明光とそのレジスト表面での反
射成分等を示す図、 第３図は、レチクルと投影レンズとの間にアライメント
スコープ光学系を配置した例を示す図、 第４図は、ドット状のマークを用いた場合の照明光の照
射方向を示す図、 第５図は、第４図の照明により実際に像面で観察される
像を示す図、 第６図は、２つの異なる波長のレーザ光を入射させた例
を示す図、 第７図は、ウエハへの照明光とマークにおける散乱、回
折光を示す図、 第８図は、照明光を振動させてウエハ上のアライメント
マークに照射する例を示す図、 第９図は、ファイバーを用いて照明する例を示す図、 第10図は、アライメントマークの一例を示す図、 第11図は、第10図のアライメントマークに対する照明光
の方向等を示す図、 第12図は、照射域制限スリットを持つ照明系の例を示す
図、 第13図は、スリットを光軸に対してあおりの条件を満足
するように傾けた例を示す図、 第14図は、第11図に示す方向に直交する方向から照明す
る場合に好適なマークを示す図、 第15図は、検知系対物レンズの瞳位置における光量分布
等を示す図、 第16図は、波長vs.フォーカス変化を示すグラフであ
る。 1:レチクル、 4:ウエハ、 6:アライメントマーク、 7:アライメントスコープ光学系、 8:光電変換手段、 9:補正光学系、 10,10′：レーザ光源、 12:結像レンズ、 23,32:ガルバノミラー、 35:ファイバー出口、 41:照射域制限スリット。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１物体上に描かれたパターンを投影光学
   系を介してレジストが塗布された第２物体上に投影露光
   する装置における、該第２物体上に形成されたマークを
   観察する観察装置において、 前記投影光学系を介して前記マークを観察する観察光学
   系と、 前記観察光学系が前記第２物体上で持つ光束のNAをsinA
   とした時、前記第２物体を照明する照明光が前記観察光
   学系の光軸となす角度を略Ａ＋10゜とする暗視野照明光
   学系と を有することを特徴とする観察装置。
2. 【請求項２】前記照明光がＰ偏光で前記第２物体上に入
   射することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の観
   察装置。
3. 【請求項３】前記照明光が前記レジストのブリュースタ
   ー角で入射する特許請求の範囲第１または２項記載の観
   察装置。
4. 【請求項４】前記照明光学系の照明光の光源がレーザで
   ある特許請求の範囲第１、２または３項の観察装置。
5. 【請求項５】前記観察光学系には前記マークに対応した
   空間周波数フィルターが配置されている特許請求の範囲
   第１項記載の観察装置。