JPS63107114A - 投影光学装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は投影光学装置に関し、とくにそのアライメン
ト系に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、半導体露光装置の投影光学装置（よテレセントリ
ックすなわち射出瞳がほぼ無限遠の光学系で構成されて
いるなめに、ウェハへの入射光路と、ウェハ面で反射し
て戻ってくる光路は共通すなわち同一経路をとる。した
がって、これらの光をマスクの上方に設けられたアライ
メント系内で分割してその位置情報を検出する手段とし
てハーフミラ−等の分割器を光路内に設けろ方式によっ
て、この分割ビームを用いて例えばアライメン）・光学
系の検出光として取出している。このようなアライメン
ト系の構成は、例えば特開昭５７−１４２６１２号公報
に開示されている通り公知である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のような従来の投影光学装置においては、光路内に
ハーフミラ−等を用いて照明光とアライメント光学系へ
の検出光とを分割しているので、アライメント光学系に
戻ってくる元旦は上記ハーフミラーを最低２回通過しな
ければならないために、照明系の光景に対して最大でも
２５％の光量しか得られないことになり、満足されるア
ライメント精度が得られない原因となることがあった。

この発明は上記の問題点を解決するためになされたもの
で、光景損失が非常に少なく、かつアライメント精度が
改良される光学系を採用したアライメント系を得ろこと
を目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る投影光学装置においては、射出瞳がほぼ
無限遠（テレセントリック）な投影レンズが使われろ。

マスク（レチクルも同義）にはアライメント用のマーク
が設けられており、このマークは投影レンズを介して被
投影基板としてのウェハ（又はステージ上の基準板）に
設けられたマークと位置合わせするために使われる。マ
スク又は基板上のマークには光源から対物光学系を介し
て観察又は検出用の照明光が送られる。さらにこの対物
光学系はマスク上のマークと、投影レンズにより逆投影
されたウェハ上のマークの像との整合状態を、所定の観
察面上に結像するために設けられる。そして光源と対物
光学系との間で、投影レンズの瞳と共役な位置（光源が
点光源と考えられる場合は、ここに光源像が形成される
）には、瞳を中心で２分割したとき、その２分割された
一方の領域の少なくとも一部に照明光が通るように制限
する光学部材（反射ミラー等）が設けられる。

本発明では、アライメント用の照明光は、所謂瞳分割方
式でウニへ上に照射されるため、ウェハ面での照明光は
垂直ではなく角度をもつ。このためアライメント用のマ
ークが単純な１本の直線パターンであり、そのマークの
直線エツジをアライメント検出に使う場合、直線エツジ
を含む平面内で照明光が傾いているようにすることがア
ライメントのためには望ましい。

〔作用〕

この発明においては、テレセントリックな投影光学系で
、アライメント系の光路にハーフミラ−等の分割器を使
用しない光学系とするために、照明光の光路と被投影基
板すなわちウェハ面で反射してきた戻り光の光路を投影
光学系の瞳と共役な位置で分離して、光量的な損失を少
なくできることを技術的要点とするもので、このため、
ＳｌＮ比の高い位置検出のための電気的な出力波形が得
られて、アライメント精度が向上する。

〔発明の実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示す投影光学装置の説明
図である。図において、光源（図示は省略）から出射さ
れた光はコンデンサレンズ１で集束され、図の矢印のよ
うにはゾ均一な強度分布の照明光としてマスクすなわち
レチクル２を照射する。レチクルパターン又はレチクル
マーク３の像は投影レンズ５によってステージ１１上に
載置されたウェハ６上に縮少投影される。投影レンズ５
は前記テレセントリックな主光学系を形成している。ま
た、ステージ１１は干渉計９によってＸ及びＹとθ（角
度）の位置計測が行われろ。この位置（座標）情報は制
御装置１９に送られ、制御装置１９は駆動装置１０に対
してステージ１１を任意の位置に移動及び停止の指示を
行なう機構金儲えてステージの移動手段を形成している
。

一方、第１図の右上部分に示した光学系は、コ　。

ンデンサレンズ１とレチクル２の間の所定位置に設置さ
れたミラー４を含め、投影レンズ５と共同してアライメ
ント装置を構成するものである。アライメント装置はア
ライメント光源１２から発する光を光ファイバ１３と２
個のレンズ２１及び２２と視野絞り２３によって集光す
るが、その光は投影レンズ５の瞳と共役な位置Ａに設け
た折返しミラー（全反射鏡）２０で瞳の半分に相当する
部分が直角に偏向され、第１図中の斜線部で示す　　”
ように第１対物レンズ１４の上半分を通過してミラー４
に達しミラー４によって反射されレチクルマーク３の位
置で集束したのち投影レンズ５の瞳ｅｐの半分の領域を
介してウェハ゛６の表面にあるウェハマーク７位置に結
像される。このため、アライメント用の照明系の主光線
はウェハ６に対して垂直から傾いた光路をもつ。すなわ
ち、投影レンズ５の光軸ＡＸを含む平面内で照明光が傾
いたものとなる◇そして、ウェハマーク７からの戻り光
、特に正反射光はｍｏｐの他方の半分の領域を介して、
レチクルマーク３の位置に結像し、さらにレチクル３を
透過して第１対物レンズ１４の下半分を通す、瞳共役位
置Ａを折返しミラー２０に遮光されることなく通過し、
第２対物レンズ１５の下半分を通って集束され、撮像管
１７の撮像面に結像される。撮像面にはレチクルマーク
３とウェハマーク７の両方の像が形成され、両マークの
相対的な位置情報（画像信号）が撮像管１７より得られ
る。

上記戻り光のうち正反射光は光量的な損失（もちろんレ
ンズの透過率による損失はある）をアライメント系によ
っては全く受けることなく、撮像管１７によって受光さ
れたのち、アライメント系の波形処理装置１８によって
、レチクルマーク３とウェハマーク７の位置ずれを計測
し、制御装置１９にその結果を伝え、制御装置１９はそ
の結果にもとづいて駆動装置１０がステージ１１を駆動
してアライメントが自動的に行われる。

上記のようなアライメント系の構成によって、アライメ
ン！・用の光を分割する分割器を使用しないために、光
景の損失がなくなり、撮像管１７で光電変換したときの
Ｓ／Ｎ比が非常に高く、アライメント精度が向上する利
点が得られる。また、この光学系はＭ方向（投影レンズ
５の光軸ＡＸを通る半径方向）に対してはテレセントリ
ック性をくずしており、かつ開口数ＮＡもＭ方向のみ小
さくなっているが、アライメント計測をＳ方向（Ｍ方向
と直交する方向）で行うようにすれば、その影響は測定
精度に対して無視できることになる。また、Ｓ方向に対
しては主光線はテレセントリック系のためウェハ６に対
してほぼ垂直に入射するので、Ｓ方向に関してはディフ
ォーカス（焦点ぼけ）時にマーク像のシフトがおこるこ
ともない。ただし、Ｍ方向に関してはマークシフト　（
像シフト）が起る。

第２図は瞳位置Ａにおけろ瞳像ｅｐ′での照明光と戻り
光の配置関係を示す説明図である。図において、中心線
ＣＩより左側斜線部は照明光ＩＡの分布を示し、右側は
戻り光の分布を示している。

図において、戻り光の場合、Ｓ方向の像の形成に関与す
る０次光（正反射光）ｒｔｏ及び回折光（図には１次光
のみを示した）Ｒ１はその大部分が撮像管１７で受光で
きることがわかる。なお、照明光ＩＡの瞳像ｅｐ′上で
の分布は第２図のように半円状になっているが、第２図
の中心線Ｃｅ　　より左側にある限り、マークに適した
任意の分布をえらぶことができ、照明光と戻り光のうち
の正反射光とはほぼ完全に分離できる。

第３図に、レチクルマーク３とウェハマーク７の像形状
とその波形信号を示した。第３図（Ａ）はアライメント
時のレチクルマーク３の像３ａ及び３ｂとウェハマーク
７の像７ａの関係位置を示したものてあり、第３図（Ａ
）に対応する画像信号の波形を第３図（Ｂ）の説明図に
示した。例えば、第３図（人）においてレチクルマーク
３が３ａと３ｂの２本からなり、その間隔りを３０μｍ
の設計値としたとき、第３図（Ｂ）のようにレチクルマ
ーク３によってできる波形の中心位置ａとし、ウェハマ
ークの１ｇ４７ａの中心位置をｂとすれば、ａとｂのず
れ量αはレチクルマークの波形３ａと３ｂの距離からミ
クロン単位で換算して求めろことができる。すなわち、
次式 を用いて求めてやればよい。実際には、ずれ量α＝０と
なるように前記の手段で制御することによって、アライ
メント作業が完了することになる。

尚、第３図において、レチクルマーク３の像３ａ、３ｂ
は撮像管１７の撮像面では暗部として結像される。これ
は投影レンズ５の射出瞳が無限遠にあることと密接な関
係がある。第１図に示したように、投影レンズ５のレチ
クル２側が非テレセントリックな場合、レチクルマーク
３の中心とＭｅｐの中心を結ぶ主光線は光軸ＡＸに対し
て傾くことになる。このため第１対物レンズ１４を介し
てレチクル２を照明するマーク３からの直接の反射光は
第１対物レンズ１４には戻らない。そしてマーク３の回
りの透明部、投影レンズ５を介してウェハ６に到達した
照明光の反射光が、再びレチクル２の下面を照明するこ
とになる。もちろんマーク３の像はウェハ６上に投影さ
れるから、その反射像もレチクル２の下面に逆投影され
る。しかしながら投影レンズ５のウェハ側がテレセント
リックであると、その逆投影像はレチクルマーク３と全
く重ね合わさって結像されることになる。

このため、撮像管１７には、ウェハ７で反射された照明
光が投影レンズ５を介してマーク３を透過照明した状態
でマーク３の像が結像する乙とになり、マーク３は暗部
として見えるのである。

尚、第１図の実施例で１ライメント用の照明光はミラー
２０で折返して第１対物レンズ１４の上半分に入射して
いるが、この照明光の入れ方は、Ｍ方向に関して瞳分割
ができればどのようなものであってもよい。例えば光源
１２、ファイバー１３、レンズ２１，２２、絞り２３で
構成される系と第２対物レンズ１５、撮像管１７で構成
される系との配置を入れ替えてもよい。

なお、本発明によるアライメント系の光学系、すなわち
照明光とウェハ面（又は像面に位置した基準マーク板８
）で反射してきた戻り光の光路を瞳で分離する光学系で
は、アライメント系の照明用光源としてレーザを使用し
た場合でも、レーザ光源に光が戻るいわゆるバックトー
クを防ぐことができ、それによる障害を防止することに
も有効であることはいうまでもない。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、アライメント系の照明
光及び照明された物体からの反射光（０次光２回折光、
散乱光）の光路にハーフミラ−等を使用しないので、光
量的な損失がな（Ｓ／Ｎ比の高い検出波形を得られるこ
とによるアライメン）・精度の向上に著るしい効果があ
る。その上、レチクルマークとステージ上に設けられた
標準マーク板８に形成されたフィデューシャルマーク（
ウェハマーク７と同形）でアライメン】・を行えば、オ
フアクシスアライメント光学系１６に対するベースライ
ン計測（アライメント光学系１６の検出中心とレチクル
マーク３の投影位置との物理的な間隔の測定）を行うこ
とにもなり、この面でも有効な手段となる。

さらに、本発明を合焦装置として用いることもできる。

すなわち、投影レンズ５の視野内でＳ方向に伸びたエツ
ジを持つウェハマークはテレセントリック性ずれのため
に、ディフォーカス時に撮像管１７の結像面でＭ方向に
マークシフトをおこす。この現象を利用すれば合焦時の
マーク位置を記憶しておき、その位置とのずれを検出す
ることによって、合焦検出も行うことができる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す投影光学装置の一説明
図、第２図はアライメント光学系の瞳位置での照明光と
戻り光の配置説明図、第３図はレチクルマークとウェハ
マークによる像形状とその波形信号との関係を示す説明
図である。 図において、１はコンデンサレンズ、２はレチクル、３
はレチクルマーク、４はミラー、５は投影レンズ、６は
ウェハ、７はウェハマーク、８は標準マーク（ＦＭ）　
、９は干渉計、１０は駆動装置、１１はステージ、１２
はアライメント光源、１３は光ファイバ、１４は第１対
物レンズ、１５は第２対物レンズ、１６はオフアキシス
方式アライメント光学系、１７は撮像管、１８は波形処
理装置、１９は制御装置、２０は折返しミラー、２１は
ミラー、２２はミラー、２３は視野絞りである。 なお、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. マスク上のパターンを射出瞳がほぼ無限遠の投影光学系
   を介して被投影基板に投影する投影光学装置において、
   上記投影光学装置を介して前記基板に照明光を送るため
   の光源と、該光源とマスクとの間に配置され、上記照明
   光を前記マスクに向けて照射するとともに、上記投影光
   学系と上記マスクとを介して得られる前記基板からの光
   情報を入射し、所定の検出面に結像させる対物光学系と
   、該対物光学系と前記光源との間で、前記投影光学系の
   前記射出瞳とほぼ共役な位置に配置され、該射出瞳を中
   心で２分割したとき、該２分割された一方の領域の少く
   とも１部に前記照明光が通るように制限する制限部材と
   を設けたことを特徴とする投影光学装置。