(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェーハステージおよびマスクステージがステップアンドスキャン式ホトリソグラフィー技術に応じて動く形式のリソグラフィーにおけるマスクおよびウェーハを位置合わせするのに使用される、１つの光学的位置合わせチャンネルを有するオンアクシス型レンズ通過位置合わせ装置であって、
第１の平行内で移動可能なウェーハステージと、
第２の平面内で移動可能なマスクステージとを具備し、前記第１と第２の平面は実質的に平行であり、さらに、
前記ウェーハステージとマスクステージの間に配設され、光軸を有した投影レンズと、
前記投影レンズの光軸光路内に配設されたビームスプリッタと、
前記投影レンズの光軸に一部重なる光路を有した位置合わせ用照明光源と、
位置合わせ照明の一部をウェーハ上に投影するための位置合わせレンズと、
前記位置合わせ照明光源と関連付けられ、ウェーハからの反射照明を検出するための第１検出手段を具備し、
前記１つの位置合わせチャンネルは、前記位置合わせ用照明光源と、位置合わせ照明の一部をウェーハ上に投影するための前記位置合わせレンズと、前記第１検出手段から成り、さらに、
マスクの一部を検出するための第２検出手段と、
前記ウェーハステージ、マスクステージ、第１検出手段、および第２検出手段に結合され、ウェーハステージとマスクステージ間の相対移動を制御するための制御手段を具備しており、
マスクおよびウェーハがスキャニングプロセス中に同時に露光および位置合わせされる、
ことを特徴とする位置合わせ装置。
【請求項２】
前記第２検出手段が投影レンズの光軸上にある、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記第２検出手段がウェーハステージに取り付けられている、請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記位置合わせ照明光源から可視領域の光が照射される、請求項１記載の装置
【請求項５】
前記位置合わせレンズにより、反転暗視野像が形成される、請求項１記載の装置。
【請求項６】
ウェーハステージおよびマスクステージがステップアンドスキャン式ホトリソグラフィー技術に応じて動く形式のリソグラフィーにおけるマスクおよびウェーハを位置合わせするのに使用される、１つの光学的位置合わせチャンネルを有するオンアクシス型レンズ通過位置合わせ装置であって、
第１の平面内で移動可能なウェーハステージと、
前記ウェーハステージ上に置かれ、上部にウェーハターゲットを有したウェーハと、
第２の平面内で移動可能なマスクステージを具備し、前記第１と第２の平面は実質的に平行であり、さらに、
前記マスクステージ上に配置され、上部にマスクターゲットを有したマスクと、
前記ウェーハステージとマスクステージ間に配設され、光軸を有した投影レンズと、
前記投影レンズの光軸上に置かれたビームスプリッタと、
前記投影レンズの光軸に一部重なる光路を有した位置合わせ照明光源と、
位置合わせ照明をマスクとウェーハターゲット上に投影するための、傾斜プレートダイクロイックビームスプリッタ、傾斜平行平面板および円柱レンズを有した位置合わせレンズと、
ウェーハターゲットを検出しその位置を測定するためのウェーハターゲット検出手段を具備し、
前記１つの位置合わせチャンネルは、前記位置合わせ照明光源と、位置合わせ照明をマスクとウェーハターゲット上に投影するための前記位置合わせレンズと、前記ウェーハターゲット検出手段から成り、さらに、
マスクターゲットを検出しその位置を測定するためのマスクターゲット検出手段と、
前記ウェーハステージ、マスクステージ、ウェーハターゲット検出手段、およびマスクターゲット検出手段に結合されており、マスクとウェーハ間の相対移動を制御するための制御手段とを具備しており、
マスクおよびウェーハがスキャニングプロセス中に同時に露光および位置合わせされる、
ことを特徴とする位置合わせ装置。
【請求項７】
前記マスクターゲット検出手段が投影レンズの光軸上にある、請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記マスクターゲット検出手段が、ウェーハステージに取り付けられている、請求項６記載の装置。
【請求項９】
前記位置合わせ照明光源から可視光域の光が照射される、請求項６記載の装置。
【請求項１０】
前記位置合わせレンズから反転暗視野像が形成される、請求項６記載の装置。
【請求項１１】
ウェーハステージおよびマスクステージがステップアンドスキャン式ホトリソグラフィー技術に応じて動く形式のリソグラフィーにおけるマスクおよびウェーハを位置合わせするのに使用される、１つの光学的位置合わせチャンネルを有するオン
アクシス型レンズ通過位置合わせ装置であって、
第１の平面内で移動可能なウェーハステージと、
第２の平面内で移動可能なマスクステージとを具備し、前記第１と第２の平面は実質的に平行であり、さらに、
前記ウェーハステージとマスクステージ間に配設され、光軸を有した投影レンズと、
前記投影レンズの光軸上に配設されたビームスプリッタと、
前記投影レンズの光軸に一部重なる光路を有した位置合わせ照明光源と、
クロームメッキされた表面上に透明な十字形を有した平行平面板と、縮小リレー系と、収差補正レンズ群と、傾斜平行平面板と、ダイクロイック板ビームスプリッタと、光軸が平行平面上の十字形と、縮小リレーと収差補正レンズ群と重なるよう構成された前記投影レンズとを有した、位置合わせ照明の一部をウェーハ上に投影するための位置合わせレンズと、
前記位置合わせ照明光源と関連付けられ、ウェーハから反射された照明を検出するための第１の検出手段を具備し、
前記１つの位置合わせチャンネルは、前記位置合わせ照明光源と、位置合わせ照明の一部をウェーハ上に投影するための前記位置合わせレンズと、前記第１の検出手段から成り、さらに、
マスクの一部を検出するための第２の検出手段と、
前記ウェーハステージ、マスクステージ、第１検出手段、および第２検出手段と結合されており、ウェーハステージとマスクステージの相対移動を制御するための制御手段を具備しており、
マスクおよびウェーハがスキャニングプロセス中に同時に露光および位置合わせされる、
ことを特徴とする位置合わせ装置。
【請求項１２】
ウェーハから反射された照明を検出するための前記第１検出手段が、
照明開口数より小さい開口数で反射された光を検出する手段と、
照明開口数より大きい開口数で反射された光を検出する手段とを具備した、請求項11記載の装置。
【請求項１３】
照明開口数より小さい開口数において反射された光を検出する前記手段が、
投影レンズと、
ダイクロイックプレートビームスプリッタと、
収差補正レンズ群と、
視野絞りと、
ビームスプリッタと、
瞳リレーレンズ群と、
前記投影レンズ瞳と共役な平面に置かれた検出器とを具備した、請求項12記載の装置。
【請求項１４】
照明開口数より大きい開口数で反射された光を検出する手段が、
投影レンズと、
前記投影レンズ内に置かれたビームスプリッタと、
前記投影レンズの瞳平面と共役な平面に置かれた検出器とを具備した、請求項12記載の装置。
【請求項１５】
マスクの一部を検出するための第２検出手段が、
投影レンズと、
前記マスク上の透明領域と、
ビームスプリッタと、
瞳リレーレンズ群と、
前記投影レンズの瞳平面と共役な平面に置かれた検出器とを具備した、請求項１記載の装置。
【請求項１６】
ウェーハステージおよびマスクステージがステップアンドスキャン式ホトリソグラフィー技術に応じて動く形式のホトリソグラフィーにおけるマスクおよびウェーハを位置合わせするのに使用される、１つの光学的位置合わせチャンネルを有するオンアクシス型レンズ通過位置合わせ装置であって、
第１の平面内で移動可能なウェーハステージと、
第２の平面内で移動可能なマスクステージとを具備し、前記第１と第２の平面は実質的に平行であり、さらに、
前記ウェーハステージとマスクステージ間に配設され、投影光軸を有した投影レンズと、
投影光軸内に置かれたビームスプリッタと、
投影光軸と一部重なる光路を有した位置合わせ照明光源と、
位置合わせ照明の一部をウェーハ上に投影するための、縮小リレーレンズと、収差補正レンズ群と、傾斜平行平面板を有し、前記投影光軸と交差する位置合わせ光軸を有した位置合わせレンズと、
位置合わせ光軸と投影光軸の交点に置かれたダイクロイックプレートビームスプリッタと、
前記位置合わせ照明光源と関連付けられ、ウェーハから反射された照明を検出するための第１検出手段を具備し、
前記１つの位置合わせチャンネルは、前記位置合わせ照明光源と、位置合わせ照明の一部をウェーハ上に投影するための前記位置合わせレンズと、前記第１検出手段から成り、さらに、
マスクの一部を検出するための第２検出手段と、
前記ウェーハステージ、マスクステージ、第１検出手段、および第２検出手段と結合され、ウェーハステージとマスクステージ間の相対移動を制御するための制御手段を具備しており、
マスクおよびウェーハがスキャニングプロセス中に同時に露光および位置合わせされる、
ことを特徴とする位置合わせ装置。
【請求項１７】
前記投影レンズが紫外線投影レンズであり、
前記位置合わせ照明光源から可視光波長域の光が照射されるよう構成された、請求項16記載の装置。
【請求項１８】
前記ダイクロイックプレートビームスプリッタに続いて平行平面板が配設されている、請求項17記載の装置。
【発明の詳細な説明】
関連出願
本願は、1993年４月12日米国同時係属出願第08/046038号の一部継続出願である。
発明の分野
本願発明は、半導体製造に使用されるステップアンドスキャン式リソグラフィー装置内のマスクとウェーハを位置合わせするための光学位置合わせ装置に関する。
発明の背景
電子回路を上部に有した半導体回路またはチップの製造には主としてホトリソグラフィー技術が利用される。この製造プロセスにおいては、回路パターンを上部に有したマスクの像を、フォトレジスト被覆を有したウェーハ上に投影することにより、回路パターンの層が順次半導体ウェーハ上に形成される。半導体ウェーハ上に形成された回路素子の加工寸法は典型的には0.50ミクロン程度である。このように極めて小さい加工寸法に加えて、半導体チップ形成には複数の層を必要とするため、ウェーハとマスクの位置合わせには非常に正確な位置合わせ装置が要求される。
このような位置合わせ装置が米国特許第4697087号公報、「スキャニングリソグラフィックアライナ用反転暗視野位置合わせ装置」、Frederick Y.Wu,September 29,1987に開示されている。この位置合わせ装置によれば、ウェーハターゲットを有したウェーハと、マスクターゲットを有したマスクが相互に位置合わせされる。この位置合わせ装置は２つの光学チャネルないしアームを具備し、それらは半導体ウェーハ上に結像されるマスクパターンの上下のスクライブアレー内の位置合わせターゲットを検出するために使用される。この２つの光学チャネルないしアームにおいて使用される光路の一部は投影レンズを通過する。この光路は投影レンズの光軸と同軸ではなく、離れて（″off axis″）いる。光学位置合わせチャネルないしアームはさらに可動で、様々な投影フィールド高さに対応できる。このような装置はオフアクシス型レンズ通過（″off axis through the lens″）位置合わせ装置と呼ばれる。オフアクシス型位置合わせ装置はいくつかの利点を有するが、複雑な上に投影レンズ内のオフアクシス水平色収差のための補正を必要とする。このオフアクシス色収差用の調整は定期的に校正し直し、異なる光学位置合わせチャネルないしアーム位置毎に調節しなければならない。
図１に、米国特許第4697087号公報記載の位置合わせ装置の略図を示す。ウェーハ10はウェーハステージ12によりＸ−Ｙ方向に可動である。ウェーハステージ12に隣接して自動校正検出器14が配設されている。マスク20はマスクステージ22に取り付けられている。マスクステージ22は典型的にはウェーハステージ12の動きに平行な面内の単一の軸に沿って可動であり、典型的にはそれはＹ方向である。ウェーハ10とマスク20の間には投影レンズ16が位置している。投影レンズ16はマスク20の像をウェーハ10の複数の部分に結像する。マスク20をウェーハ10に結像するための照明系は図示されておらず、本願発明の構成要素ではない。
マスク20とウェーハ10の間にはまたビームスプリッタ18が配設されている。ビームスプリッタ18には２つの位置合わせチャネルが関連付けられている。１つは第１チャネル位置合わせレンズ26、第１チャネル照明光源28およびウェーハターゲット検出器29により構成されている。第２の位置合わせチャネルは第２チャネル位置合わせレンズ30、第２チャネル位置合わせ照明光源32、およびウェーハターゲット検出器33により構成される。第１位置合わせチャネルは光軸34を有し、第２位置合わせチャネルは光軸36を有する。これら位置合わせチャネルはいずれも投影レンズの光軸から外れている。投影レンズの光軸は線38により示されている。位置合わせチャネル照明は、可視位置合わせ用波長で補正された投影レンズを通過する特別な光路を有する。それぞれの位置合わせチャネルはマスクターゲット検出器24と共に使用することにより、ウェーハとマスクの同時スキャン中に、ウェーハとマスク両方の位置合わせターゲットの場所を検出できる。位置合わせスキャン１回の間に、フィールドの上下のスクライブアレー内に位置する一連のウェーハとマスクターゲット間の相対位置が測定される。位置合わせ照明の複数波長を、別に用意された光検出器により受光された色毎に、光学的に分離しなければならない。オフアクシス水平色収差による位置合わせシフトは位置合わせデータが集められたのちに補正される。位置合わせ照明の可視光路はフィールド高さの全域にわかって補正しなければならない。２つの光学位置合わせチャネルは可動であり、様々なフィールド高さに対応できるので、自動校正検出器14はウェーハステージ上に配設されて、可視光位置合わせチャネル光路と化学線露光投影レンズ光路間のオフセットを、異なるチャネル位置毎に、および異なる位置合わせウェーハ長さ毎に周期的に測定するのに使用される。マスクターゲット検出器24はマスク20上のターゲットの検出に使用され、ウェーハターゲット検出器29、33と共に使用することも出来る。このオフアクシス型レンズ通過位置合わせ装置の動作は制御手段39により制御される。
別の公知の位置合わせ装置によれば、静止光学位置合わせチャネルが投影レンズに隣接して配設され、ウェーハターゲットとマスクターゲットを順次スキャンするのに使用される。位置合わせ用照明光路は投影レンズを通過しないので、この位置合わせ装置はレンズ非通過（″non−through the lens″）位置合わせ装置と呼ばれる。このレンズ非通過位置合わせ装置には、オフアクシス型レンズ通過位置合わせ装置に伴う水平色収差の問題が無い。しかし、レンズ非通過位置合わせ装置は一回の位置合わせスキャン中にウェーハとマスク位置合わせマークの両方を同時に検出することは出来ず、ウェーハステージとマスクステージを順次移動して位置合わせデータを集めなければならない。よって、製造中のスループットが大きく影響される。
図２には別の公知の位置合わせ装置が示されている。この光学位置合わせ装置は図１のものに非常に似ているが、単一チャネルレンズ非通過位置合わせ装置が使用されている点で異なる。図２のレンズ非通過位置合わせ装置は、位置合わせ照明光源40、ウェーハターゲット検出器41、および位置合わせレンズ42により示されている。この単一チャネル位置合わせ装置は位置合わせ光軸44を有する。この単一チャネル光学位置合わせ装置は、投影レンズ16に隣接した配設されている。ウェーハが位置合わせ装置のフィールド内の所定の位置に移動され、ウェーハステージ12の移動によりスキャンされる際、ウェーハ10上のウェーハターゲットの位置が測定される。マスク位置合わせターゲットがウェーハステージ12により移動された後、該ターゲットの位置が、自動校正検出器すなわち化学線光検出器14により測定される。よって、一回の位置合わせスキャン中にウェーハとマスクターゲットの両方を検出することはできず、また、ウェーハターゲット検出器41と投影レンズ16の相対位置を、順次測定の間安定させておく必要がある。この単一オフアクシス型視点ではまた、ウェーハステージ12が広い移動範囲にわたって高い正確性を有していることと、光学倍率と装置スキューを別個に測定する必要がある。このレンズ非通過位置合わせ装置の動作は制御手段43により制御される。
上記およびその他の公知位置合わせ装置は所期の目的を満たすものであるが、半導体チップ製造におけるウェーハとマスクの位置合わせ用光学位置合わせ装置に対しては、よりシンプルで、より高信頼性および高能率のものが要求されている。
発明の要旨
本願発明によれば、投影レンズの光軸に部分的に重なる光軸を有した、単一チャネル位置合わせ装置が提供される。上部にウェーハターゲットを有した半導体ウェーハを保持可能なウェーハステージと、マスクターゲットを上部に有したマスクを保持可能なマスクステージが平行面上で移動される。光軸を有した投影レンズがウェーハステージとマスクステージ間に配置され、マスクの像がウェーハ上に投影される。位置合わせレンズと照明光源を有した位置合わせチャネルが、ウェーハターゲットの照明と検出に使用される。位置合わせチャネルからの照明はまた、マスクターゲットの検出にも使用可能である。単一チャネル位置合わせ装置の光路は部分的に投影レンズ系の光路を重なる。こうして、単一チャネルオンアクシス型レンズ通過位置合わせ装置が構成される。これによりマスクとウェーハを同時に位置合わせ装置によりスキャンでき、スキャニングおよび露光中にマスクとウェーハの位置合わせを維持できる。ウェーハとマスクステージ間の相対移動は制御手段により制御され、スキャニングおよび露光中のマスクとウェーハの位置合わせが維持される。
よって、本願発明の位置合わせ装置の課題は、よりシンプルでより正確な半導体リソグラフィー用位置合わせ装置を提供することである。
本願発明の位置合わせ装置の利点は、オフアクシス水平色収差を補正する必要がない点である。
本願発明の位置合わせ装置の別の利点は、２つの可動位置合わせチャネルに伴う複雑さが無い点である。
本願発明の位置合わせ装置の特徴は、位置合わせ照明光路の一部が投影レンズの光軸に重なっている点である。
本願発明の位置合わせ装置の別の特徴は、ウェーハとマスク位置合わせターゲットの両方を、ウェーハとマスク両方を同時に一回スキャンする間に検出及びスキャニングできる点である。
上記および他の課題、利点および特徴は以下の詳細な説明を参照することにより用意に明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
図１は公知の２チャネルオフアクシス型光学位置合わせ装置の略図である。
図２は公知のレンズ非通過光学位置合わせ装置の略図である。
図３は本願発明の光学位置合わせ装置の略図である。
図４は、オンアクシス型位置合わせ照明型マスクおよびウェーハ位置合わせ装置において使用可能な光学装置の１実施例である。
図５は、反転暗視野光路におけるウェーハ位置合わせマークによる光散乱を示す図である。
図６は、開口数が0.25の照明系より小さい角度で光を散乱しているウェーハ位置合わせマークを示す図である。
図７は、ウェーハにより鏡面反射された可視照明光の光路を示す図である。該可視照明光はレチクルの後方照明に使用され、ウェーハ位置合わせマークに対するレチクルの位置を求めるための信号を発生する。
好適な実施例の詳細な説明
図３に本願発明の光学位置合わせ装置を示す。図３において、ウェーハ10はウェーハステージ12により保持されている。ウェーハステージ12は同一平面上の２軸方向、すなわちＸとＹ軸方向に可動である。ウェーハステージ12はまた回転可能、すなわちΘ方向に移動可能である。ウェーハステージ12には自動校正検出器14が取り付けられている。自動校正検出器14は主に２つの機能を有している。第１の機能はマスクターゲットの像を検出することであり、第２の機能は位置合わせ装置が特定するためのターゲットを提供することである。マスク20はマスクステージ22により保持される。マスクステージ22は、ウェーハステージ12の移動により形成される面に平行な面上の１つの軸に沿って可動である。ウェーハ10とマスク20の間には投影レンズ16とビームスプリッタ18が置かれる。投影レンズ16は光軸38を有している。ビームスプリッタ18は光軸38の光路上に配設される。ビームスプリッタ18には１つの光学位置合わせチャネル対応付けられている。光学位置合わせチャネルは照明光源45、ウェーハターゲット検出器46、および位置合わせレンズ48から構成される。ウェーハターゲット検出器46は位置合わせ装置内の他の位置に置くこともできる。位置合わせレンズ48は光軸50を有している。光軸50の一部は投影レンズ16の光軸38の一部と重なる。マスク20の後部にはマスクターゲット検出器24がある。ウェーハステージ12とマスクステージ22の動きは制御手段52により制御される。制御手段52はまた自動校正検出器14、マスクターゲット検出器24、およびウェーハ検出器46から信号を受け取るよう構成されている。制御手段52は、自動校正検出器14、ターゲット検出器24、ウェーハステージ12、マスクステージ22およびウェーハターゲット検出器46からの信号に基づき、ウェーハステージ12とマスクステージ22の相対移動を制御することによって、ウェーハ10とマスク20を位置合わせする。
単一チャネル位置合わせ装置の詳細構造は、米国特許第4697087号公報記載のチャネルないしスキャンアームの一方と同様であることが出来る。すなわち、反転暗視野型とすることが可能であり、または他の公知の光学位置合わせ装置が使用できる。
動作時には、照明光源45とウェーハターゲット検出器46により、スキャニング中にウェーハ上のターゲットが検出される。位置合わせ照明がウェーハに投影され、反射ないし散乱光が投影レンズ16を通過してウェーハターゲット検出器46とマスクターゲット検出器24により受光されるのである。位置合わせ照明は可視光域を使用できる。位置合わせ照明の光路の一部が投影レンズ16の光軸38に重なる。マスクターゲット検出器24は投影レンズの光軸上で動作し、ウェーハターゲットの位置またはウェーハとマスクターゲットの両方を検出するために使用される。軸一致型ターゲット検出器を使用するためには、マスクがマスクフィールドの中心にターゲットを有していなければならない。マスクターゲットは回路パターン間のフィールド中心の垂直切溝内に置くことができる。よって、可視光補正光路のフィールドはごく小さいものでよい。または、マスクターゲットと特定のウェーハターゲット間の相対位置は、ウェーハとマスク両方を同時にスキャンしている最中にターゲット検出器24により測定できる。マスクターゲット検出器24が１つの視点しか有しないため、光学倍率と装置スキューを自動校正検出器14により測定する必要がある。ただし、ウェーハステージ12を高精度で移動する必要性は抑えられる。マスクターゲットはまた、図示しない露光照明を使用中に、自動校正検出器14をマスクターゲットの像上でスキャンすることにより測定することもできる。そのようにして、順次スキャニング中に、マスクターゲットと選択されたウェーハターゲットの相対位置を検出できる。
本願発明による、単一チャネルオンアクシス型レンズ通過光学位置合わせ装置は、公知の位置合わせ装置に比べて多くの利点を有する。例えば、順次スキャン中にステージを位置合わせし直すためのステージの移動が必要ないため、レンズ非通過装置に比べてスループットが向上している。さらに、ウェーハ露光用の露光照明ないし化学線光と部分的に共通の光路を有することから得られる、安定性に関わる利点と、マスクとウェーハの相対位置合わせ測定を同時に行える機能が、２チャネルオフアクシス型位置合わせ装置に伴う構成の複雑さなしに、維持可能である。
図４に示したのは光学装置60の一実施例であり、図３に示した上記のオンアクシス型ウェーハおよびマスク位置合わせ装置と共に使用可能である。照明光源としては、488nmおよび515nmのスペクトル線を有するアルゴンイオンレーザ11が使用できる。適当なレーザの一例を挙げれば、Lexel Laser Corporation製造のModel No.85がある。
この実施例では、レーザ11から照射される平面偏波可視光は平行平面プレート59に入射する。プレート59の表面はクロームメッキされておりエッチングによる十字形等のマークを有し、該マークにより物体61が規定される。十字形“x"はその線が、図４の面に対して45度を成す面内にあり、光学装置60の光軸を横切るように方向付けられる。この方向付けを理解するには、まず図４のページの面上のプレート59の位置にｘが置かれ、参照数字および文字と同じ方向基準を有していると想像する。次にこのｘをページから持ち上げ、その際このｘの左腕部分をは浮かさず、右腕部分を90度持ち上げ、この右腕部分がページ上に立っているようにする。これが十字形の配置である。ｘの中心はこの時光軸上にあるため、ｘの半分は図４のページの下に埋まった形になる。
光学装置60の入射瞳は無限遠に置かれ、レンズ62により開口絞り63に向けて結像される。開口絞り63により光学装置60の開口数が決定される。開口数（NA）は定義によれば、最も外側の光線と光軸のなす角度の正弦である。その次に円柱レンズ64が置かれる。空気絶縁レンズダブレット65、66は物体61の像を、部分反射フォールドミラー67を介して視野絞り68にリレーする。この部分反射フォールドミラーにより、装置をパッケージングする際にコンパクトにできる。フォールドミラー69は更に光を収差補正レンズ70、傾斜平行平面プレート71、ダイクロイックプレートビームスプリッタ72へと向け、その後、光はウェーハ89を露光するための紫外線（UV）投影光学系の光軸に重なる。
適当なUV投影光学系は例えば以下の公報に記載されている：米国特許第4953960号、「光学縮小系」、September 9,1990,David Williamsonおよび米国特許出願第08/134505、「高開口数を有した反射屈折光学縮小系」。一実施例において、UV投影光学系はレンズ73、74、75、76、および直角プリズム77、79から作られた偏光ビームスプリッタキューブを有する。直角プリズム77、79は誘電体マルチレイヤー被膜面78を間にはさんで斜辺面同士が接触している。ビームスプリッタの表面78の被覆としては、特注被膜の公知の業者、例えばカリフォルニア州Santa RosaのO.C.L.I.社、またはコロラド州LongmontのRocky Mountain Instruments社から適当なものが入手可能である。
UV投影光学系で使用するｓ偏光はビームスプリッタ表面78で反射される。これに対し、レーザ11から照射される可視光はビームスプリッタ表面78で偏光される。よって、光は大部分がビームスプリッタ表面78を透過し、可視零次４分の１波長板80、球面収差補正レンズ81、および球面凹ミラー82へと向けられる。反射光は屈折レンズ81と４分の１波長板80を介してビームスプリッタ表面78に戻る。しかしながら、光は４分の１波長板80を２回通過しているので、ｓ偏光になっている。よって、この光は大部分ビームスプリッタ表面78により反射されて、UV投影光学系の光軸に沿って、UV零次４分の１波長板83を有した屈折レンズ群へと戻り、さらにレンズ84、85、86、87、88へと向かう。この屈折レンズ群を出射すると、光はUV投影光学系の光軸を中心とする小さな十字形領域を有したウェーハ89の表面を照射する。
上記の光学装置60は多くの利点と特徴を有する。傾斜平行平面プレート71により、傾斜プレートダイクロイックビームスプリッタ72によるコマ収差が減少ないしキャンセルされる。円柱レンズ素子64により、プレート71、72による非点収差が補正される。レンズ62、65、66は２倍縮小リレーレンズとして働き、視野絞り68において中間像を形成する。視野絞り68は、素子80、81、82を通過するUV投影系の可視光路により形成される、レチクル97（図７）の像と共役である。これら素子80、81、82により物体61がさらに４分の１に縮小される。よって、ウェーハ89における最終像は物体61の８分の１の大きさとなる。ミラー82は光学装置60の瞳に近く、すなわち開口絞りと概共役である。ウェーハ89を照射する可視光ビームは0.25の開口数を有し、十字形視野の直径は500ミクロンである。
以下に示すように、表１には光学装置60の実施例の規格リストが示されており、半径、厚さ、個々のレンズ素子の材質、およびミラーとビームスプリッタの寸法と位置を含む。省略のため、表１〜４に示された素子の表面は以下の略字で表してある：無限曲率半径（INF）、平面形（FLT）、曲面が凸（CX）、凹（CC）、球面（SPH）、または円柱（CYL）。開口の形は円形（CIR）または四角形（REC）で表す。レンズの材質は石英ガラス（SILICA）または有名メーカから入手可能な光学グレードガラス等である。例を挙げれば、ニュージャージー州SayrevilleのHeraeus Amersil社、およびニューヨーク州CorningのCorning Glass Works社の石英ガラス；ベンシルバニア州DuryeaのSchott Optical Glass社製造の光学ガラスBK7（表内のガラス）；およびニュージャージ州SomervilleのOhara Optical Glass社製造のガラスBSM16C（表１の素子65）等が、表１から４内の素子の材料として適当である。
0003544986.tif 000002
0003544986.tif 000003
0003544986.tif 000004
図５において、ウェーハ位置合わせマークにより可視光が散乱される際、その結果生じる光路のいくつかは可視光照明系の開口数より大きく、UV投影系の開口数よりは小さい角度を有することが示されている。この範囲における光は「暗視野」と呼ばれるが、暗視野顕微鏡法における照明技術とは反対の効果を有するので、より適切には「反転暗視野」と呼ぶ。図５の実施例の場合、照明系の開口数は0.25であり、投影光学系の開口数は0.6である。
図５に示した可視光は開口数0.6に対応し、ウェーハ89からUV投影レンズ系レンズ88、87、86、85、84およびUV4分の１波長板83を通過している。可視光の波長がUV領域の放射光の約２倍なので、UV4分の１波長板83は可視光に対しては８分の１波長板として機能する。よって、ウェーハ89に入射するｓ偏光可視光はUV4分の１波長板を２回通過することにより概して円偏波光に変換される。そのような光が再びビームスプリッタキューブ77、79のビームスプリッタ表面78に入射すると、光は一部表面78で反射され、プリズム79から出射して可視光素子80、81、82のクリヤーアパーチャの外側へ向かう。好適には90の位置、つまり系の瞳に近く、ウェーハ位置合わせ十字形の２つのアームから図４と５の面に対して45度の角度で散乱された光の方向に対応する位置に、検出器を４つ配設する。
表２には、プリズム79と、レンズ80、81、82の外側の位置90に置かれた検出器の間の素子に適当な光学規格が示されている。
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図６には、ウェーハ89における位置合わせマークから散乱された光の光路が照明系の開口数0.25よりも小さい角度を有した実施例を示す。光は光学装置60を逆の順序で、すなわち最初にレンズ88、87、86、85、84、続いて４分の１波長板83、プリズム79、表面78、プリズム79、４分の１波長板80、レンズ81、ミラー82、レンズ81、４分の１波長板80、プリズム79、表面78、プリズム77、レンズ76、75、74、73、そしてダイクロイックビームスプリッタ72を通ってUV投影レンズ系を出射し、続いて傾斜板71、レンズ70、ミラー69へと進む。光はさらに中間像面における視野絞り68を通過する。視野絞り68は、視野絞り68とウェーハ89の間の屈折面で反射された光によるデフォーカスゴーストイメージを阻止する。光強度の約10％が部分反射ミラー67を透過し、単一レンズ91を通過する。単一レンズ91は、検出面92における光学装置の瞳像を形成する。図示しない検出器が検出面92に配設され、ウェーハ89上の位置合わせマークからいわゆる明視野信号を受信する。適当な検出器としては、Hamamatsu S3590−01 Reverse Dark Field Signal Detectors、および、Hamamatsu S−3071 Brief Field Wafer Signal Detectorsがある。使用頻度は高くないが、ウェーハ89上の位置合わせマークが暗視野系内で明確に観察できない時、例えばマークが非常に粗い金属性の基板上に置かれている場合などにこの明視野信号を利用できる。
表３は、部分反射ミラー67と検出面92の間に配設される光学素子の規格のリストである。
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図７には、ウェーハ89の表面から鏡面反射された可視照明光の光路が示されており、該可視照明光はレチクル97（図７）を後方照明してウェーハ89上の位置合わせマークに対するレチクルの位置測定用信号を発生するために使用される。この光は同じ光路をたどり、すなわちレンズ88、87、86、85、84、４分の１波長板83、プリズム79、表面78、プリズム79、素子80、81、ミラー82、素子81、80、プリズム79、表面78、プリズム77、およびレンズ76、75、74、73である。光強度の一部は傾斜平行平面板72上の誘電体マルチレイヤー被覆面で反射され、UV投影レンズ系光路内に留まり、レンズ93、94、95、96を介してレチクル97へと進行する。誘電体マルチレイヤー被覆表面用の適当な被覆材料はいくつかの有名特注被覆材業者から入手可能である。例えばカリフォルニア州Santa RosaのO.C.L.I.社、またはコロラド州LongmontのRocky Mountain Instruments社がある。光はレチクル97のクローム内の透明な領域を照明し、レチクル97を通過してUV照明系のレンズ98に進み、その後ダイクロイックビームスプリッタ99によってUV照明系の光路から外れる。レンズ100は平面101において実射出瞳を形成し、そこにレチクル信号用の検出器102、例えばHamamatsu S−3071 Reticle Signal Detectorsが置かれる。
表４に素子72と101間の光学規格を示す。
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上記した実施例以外にも、本願発明の要旨から外れることなく様々な変更を加えることができるのは言うまでもない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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