JPS62188902A - 光学装置 - 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】 本発明は光学装置、特に半導体製造分野でマスクに対し
てウェハをアライメントするために用いられる光学装置
に関する。

第３図にこのような光学装置の従来例を示す。

この図において１はレーザ光源、２は集光レンズ、３は
回転多面鏡、４はリレーレンズ、５は２２以下の目視観
察用の光学系に光を導く為のビームスプリッタ、６はフ
ィールドレンズ、７は１４以降の光電検出光学系に光を
導く為のビームスプリッタ、８はリレーレンズ、９は１
９から２１より成る目視観察用照明光学系からの光を導
く為のビームスプリッタ、１０は対物レンズ１１の瞳、
１２はマスク、１３はウェハである。

第３図でレーザ光源１からのレーザ光による走査スポッ
トの結像関係は次の様になっている。

図中、３４で示す位置が走査箇所であるが、３４から逆
に回転多面鏡３の方に追って行くと、スポットは対物レ
ンズ１１及びリレーレンズ８を介して一担フイーレドレ
ンズ６の近傍の３２で示す位置に結像し、再びリレーレ
ンズ４を介して回転多面鏡３で反射後、３０で示す位置
に結像している。即ち３０，３２．３４の各位置は互い
に共役な関係となっている。また、対物レンズ１１の瞳
１０の中心点（対物レンズ１１の光軸上の点）３３と、
回転多面鏡３の反射点３１とは互いに共役になっている
。即ち、第３図の配置はレーザービームの対物レンズ１
１への入射という観点から見れば、丁度、瞳１ｏの位置
に回転多面鏡３を置いた場合と等価になっている。

第３図の装置では対物レンズ１１がテレセントリックな
配置となっている。テレセントリックな対物レンズとは
対物レンズを通る光束の大きさを決定する場所である瞳
の位置がその焦点の位置と合致しているものを言う。瞳
の中心を通る光線は光束の中心線となる光線となるので
主光線と呼ばれる。瞳の中心とは即ち対物レンズの焦点
の事なので、主光線は対物レンズを通過後は対物レンズ
の光軸と平行になり、物体面の垂直に入射する。垂直に
入射した光線は物体の鏡面反射を行う部分に当った場合
には反射して、もと来た道を辿り、対物レンズを通過後
、再びもとの瞳の中心位置にもどる。一方、光が当る部
分にパターンがあったとすると光はパターンを構成して
いる境界線の部分で散乱を受ける。境界線の部分を総称
してエツジと呼ぶことにすれば、エツジ散乱された光は
鏡面反射の場合と異って、もと来た光路を辿らない。従
って、散乱光は対物レンズで再び捉えられて瞳を通過す
る時、最早瞳の中心を通らないのである。この事は対物
レンズを通った反射光を眼上で観察した時、鏡面反射光
（非散乱光）と散乱光が瞳の中で空間的に分離されてい
るという事を示している。

第３図に戻り、ビームスプリッタ７から別れて、フォト
ディテクタ１８に到る光電検出光学系について考える。

図中、１４は対物レンズ１１の［１ＩｉｌＯを結像させ
るレンズ、１５は光電検出用の光を通過させ他の波長、
例えば目視用光学系で用いられる波長域の光を実質的の
遮断するフィルタである。遮光板１６の位置はレンズ１
４により瞳１０の像ができる所である。ここに、散乱光
と非散乱光がｌｌ！１０で空間的に分離されていること
を利用して、散乱光のみ通し、非散乱光をブロックする
遮光板１６を設ける、遮光板１６を通過した散乱光はコ
ンデンサーレンズ１７によりフォトディテクタ１８に集
められる。従って、フォトディテクタ１８には走査スポ
ットがパターンのエツジ部にさしかかった時にのみ出力
があられれる事になる。パターンをマスク１２及びウェ
ハ１３上にそれぞれ形成されたアライメントマークとす
れば、出力信号からマスク１２とウェハ１３の相対的な
位置ずれを検知する事ができる。検知されたずれ量に従
って不図示の駆動系によって両者の相対関係を補正し、
オートアライメントがなされる。

第３図でこの他に設けられているのは１９〜２１の目視
用照明系と２２〜２４の観察系である。照明系で、コン
デンサーレンズ２０は光源１９の像を対物レンズ１１の
ｌ１ｉｌＯ上に形成させ、いわゆるケーラー照明を行わ
せる役目をしている。２１はアライメントを行う対象で
あるウェハー１３上に塗布されたフォトレジストの非感
光域の波長を透過させるフィルターである。

２２以下の観察系で、２２は像を正転させるエレクタ−
１２３は光電検出用の走査レーザー光の光を減衰させる
フィルター、２４は接眼レンズである。

ところで、従来のこのような光学装置では、レーザ光源
１からの光をマスク１２又はウェハ１３で反射された後
にフォトディテクタ１８に導いたり、光源１９からの光
をマスク１２又はウェハ１３で反射された後に目視観察
光学系に導くための対物レンズ１１の光路の分離を単純
なビームスプリッタ５．７等で行っているため対物レン
ズを通して戻って来る各光源からの光を検出又は観察の
ために有効に利用し得ないという不都合があった。

本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、その目
的は照明光の有効な利用を可能にする光学装置を提供す
ることにある。この目的を達成するため、本発明は共通
の対物レンズを波長又は波長域の異なる複数種類の光が
通過する場合、各種類の光をダイクロイックビームスプ
リッタを用いて分離し、それぞれの目的のために利用し
ている。

以下、本発明を図に示した実施例に基づいて詳細に説明
する。

第２図に本発明の一実施例を示す。基本的な構成は第３
図の例を結像がテレセントリックなミラー又はレンズに
よる結像光学系４ｏの上にそのまま載せた格好をしてい
る。マスク１２の像をウェハ１３上に転写する結像光学
系の中にはに載っている光学系で、第１図と異なるのは
レーザー光源１が直線偏光型のものであること、ビーム
スプリッタ５の代りにダイクロイックビームスプリッタ
５０が配置されていること、ビームスプリッタフの代り
に偏光ビームスプリッタ５１が配されていること、及び
照明光学系内に偏光板５２が入っている事である。物体
と瞳についての共役関係は第３図と同様であるので説明
は省略する。

次にその作用について説明する。図中、偏光ビームスプ
リッタ−５１は紙面内にある偏光方向（これをＰ偏光と
する）を透過し、紙面に垂直な方向にある偏光方向（こ
れをＳ偏光とする）を反射するものとする。先づレーザ
ー光について考えると、レーザー光は出射するビームの
偏光方向が紙面内にあるＰ偏光となる様にセットされる
。レーザー光は回転多面鏡３によって反射された後、ダ
イクロイックビームスプリッタ５゜へ入る。ダイクロイ
ックビームスプリッタ５ｏにレーザー光はＰ偏光で入る
が、ダイクロイックビームスプリッタ５０はレーザー波
長のＰ偏光に対しては十分な透過率を持つものとする。

ダイクロイックビームスプリッタ５０を通過後、光は偏
光ビームスプリッタ５１へ進むが、偏光ビームスプリッ
タ５１にはやはりＰ偏光で入るので透過し、対物レンズ
１１を介してマスター２上を走査する。レーザー光は更
にマスター２から結像光学系４０を通ってウェハ１３で
反射し、再び結像光学系４０を通って対物レンズ１１に
戻るが、この時−波長板４１を２度通る為、偏光方向が
９０°回転してＰ偏光がＳ偏光になる。

従って、光電検出用のレーザー光は偏光ビームスプリッ
タ５１で反射を受け、光電検出器１８に到る系に導かれ
る。この間レーザー光の減衰要因は殆ど無くする事がで
きる。

一方、光電検出系と共に目視用の光学系も同時に重要で
ある。目視用光学系はパターンの観察だけでなく、初期
のマスク設定などオートアライメントの際に必須な事項
を行うに当って重要な役割を果すからである０本実施例
では光電検出光であるレーザー光の偏光方向と目視用観
察の照明光の偏光方向をマスク入射の時点で直交させて
いる。目視用観察系の照射光の偏光方向をレーザー光と
直交させるという事は、第１図の例では偏光板５２をＳ
偏光の光を通過させる様にセットする事を意味している
。Ｓ偏光でマスク１２に到達した光で観察時にフレア光
となって全系のコントラス口を弱めるマスク１２の裏面
の反射光は、Ｓ偏光のままなので、偏光ビームスプリッ
タ−５１で反射を受け、光電検出系側にいってしまう。

この光はフィルター１５によって光電検出器１８に到達
するのを阻まれる。

目視用照明光のマスク裏面の反射光以外はウェハ１３に
達した後、反射し戻ってくるが、Ｐ偏光に変っている。

従って、対物レンズ１１を逆に通過した後はＰ偏光なの
で偏光ビームスプリッタ−５１を通過し、ダイクロイッ
クビームスプリッタ−５０に入る。目視用観察光はここ
で反射を受け２２以下の光学系に入っていく。

従って、ダイクロイックビームスプリッタ−５０の特性
はレーザー波長のＰ偏光を透過し、目視観察用のＰ偏光
を反射するという事になる。

レーザー光源１としてＨｅ−Ｎｅレーザー（波長：６３
２．８ｎｍ）、目視用観察光の代表としてｅ線（波長：
５４６．ｌｎｍ）を例にとると、ダイクロイックビーム
スプリッタ−５０はこの波長の間でＰ偏光に対する特性
が大きく変ることを要求される。この種の特性は訪電体
の膜を多層蒸着したいわゆるダイクロ膜で実現される。

ただし、ダイクロイックビームスプリッタ−５０の特性
はそれ程厳密なものである必要はなく、光電検出系と目
視系に十分な光が来る程度のもので良い。

第２図に第１図の装置のマスク１２から上の部分の立体
配置図を示す。ｘ、ｙ、ｚ軸を図の様な方向にとった時
、レーザー光源１から出る光の偏光方向はＺ軸方向、こ
れに対して偏光板５２の透過偏光方向はｙ軸方向にセッ
トされる。

またビームスプリッタ−９を光電検出光を反射し、目視
用の光に対してハーフミラ−として働く様な特性とすれ
ば光のロスは少くて済む。

第２図の例は２ケ所を観測検知している配置例であり、
走査レーザー光を２つの光路に分割する役目は屋根型ミ
ラー２５が果している。屋根型ミラー２５の屋根部の稜
線は光軸と交わる様にセットされており、更にその稜線
もしくはその稜線の近傍は対物レンズ１１とリレーレン
ズ８によフて形成されるマスク１２の一次結像面となっ
ている。即ち、屋根部の稜線は接眼レンズ２４で観察す
る時、視野の分割線の働きをする。

第２図中の番号は第１図の原理図の番号と対応している
が、番号のふっていない部品は光路を折り曲げるのに用
いられるミラー又はプリズムをあられしている。又対物
レンズ１１の瞳１０は第１図では説明の便宜上絞りを書
いて示したが、瞳１０の有効径は対物レンズ１１の有効
径などから必然的に定まるので特に機械的な絞りを置く
必要はない。従って第２図では瞳１０の位置に特別な部
品を置く事は省略しである。

以上述べて来た様に、本発明によれば複数種類の照明光
の目的ごとの有効利用が可能となる。

従って、従来からのメリットを何等損うことなく目視系
と光電検出系の両立を可能にできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光学装置の一実施例を示す図、第２図
は第１図の装置の立体配置の一例を示す図、第３図は本
発明が通用される従来の光学装置の一例を示す図である
。 １・・・レーザー光源、　３・・・回転鏡、１１・・・
対物レンズ、　　１２・・・マスク、１３・・・ウェハ
、　　　　１Ｂ・・・フォトディテクタ、１９・・・目
視用光源、　　２４・・・接眼レンズ、５０・・・ダイ
クロイックビームスプリンタ、５１・・・偏光ビームス
プリンタ、 ５２・・・偏光板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１照明光を対物レンズを通して物体に照射する第１照
   明光源と、上記第１照明光とは波長又は波長域の異なる
   第２照明光を上記対物レンズを通して上記物体に照射す
   る第２照明光源と、上記物体をアライメントするために
   上記対物レンズを通して上記物体から戻って来る上記第
   １並び第２照明光の一方を光電的に検出する光電検出器
   と、上記対物レンズの上記第１並び第２照明光に関する
   共通光路を上記第１照明光に関する光路と上記第２照明
   光に関する光路に分離するダイクロイックビームスプリ
   ッタを有することを特徴とする光学装置。