JPH11194502A

JPH11194502A - 撮像装置、形状測定装置、位置検出装置及びそれを用いた露光装置とデバイスの製造方法

Info

Publication number: JPH11194502A
Application number: JP9359804A
Authority: JP
Inventors: Minoru Yoshii; 実吉井; Masanori Hasegawa; 雅宣長谷川; Hideki Ine; 秀樹稲
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 1999-07-21

Abstract

(57)【要約】【課題】原理的に大型部材の光軸方向の可動を必要と
せずに、形状を高速、高精度に測定できる構成を実現す
る。【解決手段】複数波長の光を発生可能な光源１と、該
光源からの光により照明された被検物体２の光学像を結
像するための結像光学系６と、該光学像を光電変換する
撮像素子９とを有し、前記結像光学系は回折光学素子７
を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、撮像装置、形状測
定装置、位置検出装置及びそれを用いた露光装置とデバ
イスの製造方法に関する。本発明は、例えばICやLSIな
どの半導体デバイスやCCD等の撮像デバイスや液晶パネ
ル等の表示デバイスや磁気ヘッド等のデバイスを製造す
る工程のうち、リソグラフィー工程で使用される投影露
光装置において、レチクル等の第１物体面上のパターン
をウエハ上の第２物体面上に投影光学系により投影する
際のレチクルとウエハ間の相対的位置合わせを行う場合
に好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、IC、LSI等の半導体デバイスの高
集積化がますます加速度を増して進んでおり、これに伴
う半導体ウエハの微細加工技術の進展も著しい。

【０００３】この微細加工技術として、マスク（レチク
ル）の回路パターン像を投影光学系（投影レンズ）によ
り感光基板上に形成し、この感光基板をステップ方式で
逐次露光する縮小投影露光装置（ステッパー）が知られ
ている。このステッパーにおいては、レチクル上の回路
パターンを所定の縮小倍率をもった投影光学系を介して
シリコンウエハ面上の所定の位置に縮小投影して転写を
行い、１回の投影転写終了後、ウエハが載ったステージ
を所定の量移動して再び転写を行うステップを繰り返し
て一枚のウエハ全面の露光を行っている。

【０００４】一般にIC素子の完成までには、一枚のウエ
ハに数十工程のプロセス加工を経る。その工程の中で、
前の工程で既に焼き付けられてウエハ上に出来た回路パ
ターンに対し、新たな回路原版のパターンを位置合せ
（アライメント）した後パターン投影し、重ねて焼き付
けることがステッパの役割である。

【０００５】このときに重なり状態が良くないと、IC素
子の性能例えば演算速度の低下や故障、不良率の増大を
招く。上述した様に半導体デバイスの高集積化がますま
す進み、回路パターン線幅が狭くなるに従い、これに伴
うアライメントの精度の更なる向上が必要となる。

【０００６】アライメントするためのウエハ上のマーク
つまりアライメントマークは通常スリット状の形状をし
ている。このアライメントマークを光学系で拡大し撮像
素子により光電変換し、濃淡画像情報とする。この光学
系にパターンを焼き付けるための投影露光光学系を兼用
させて用いるＴＴＬ（Through The Lens）系と呼ばれる
ものと、投影露光光学系とは別に顕微鏡等で検出するも
のOff Axis系と呼ばれるものとが知られている。通常は
両方の長短所を考慮して併用し、得られた濃淡画像から
アライメントマークの位置を検出する。この検出したウ
エハの位置ずれ量から、所望の位置にウエハを制御す
る。

【０００７】ここで、アライメントマークのエッジ部の
形状はプロセスを経る毎にだれたり、盛り上がりが発生
する。これらが問題になってくる程ほど高精度の要求の
ハードルが高くなってきており、アライメントの高精度
が求められている。

【０００８】そこでアライメントマークの３次元形状情
報を検出し、これをアライメント情報に活用する方向が
考えられている。

【０００９】アライメントマークの３次元形状を検出す
る方法の一つとしてコンフォーカル顕微鏡方式がある。
図１〜図３に、コンフォーカル顕微鏡で３次元情報を検
出する従来の方法を示す。

【００１０】図１は従来のコンフォーカル顕微鏡の例を
しめす。ステージ２Ａ上の試料２を照明するところの光
源１Ａから出射した光束は、偏光ビームスブリッタ（PB
S）３によりS偏光のみが反射し、この反射光がλ／４板
４により円偏光になって、ニッポウディスクとよばれる
ピンホール列７Ａを通る。

【００１１】ニッポウディスク７Ａは図２に示すような
ピンホールの列からなり、回転軸７１を中心に毎分数１
００回転する。ニッポウディスク７Ａと観察したい試料
２は結像光学系６に関し光学的共役関係にある。まずニ
ッポウディスク７Ａの回転をとめて説明する。

【００１２】ある１つのピンホール例えば７２を透過し
た光束が結像光学系６により試料２上の対応する点にそ
の像を形成し照明する。つぎにその照明領域内の試料の
強度分布をもって反射光が同経路を逆方向に進行し、該
ピンホール７２を透過する。その光束はλ／４板４を通
過して円偏光からP偏光になりPBS３を透過する。

【００１３】一方撮像素子９とニッポウディスク７とは
結像系光学８に関し共役関係になっている。該ピンホー
ル７２を通過した光束は、撮像系９により光電変換さ
れ、信号処理装置１０で該ビンホール部分の像が記憶さ
れる。

【００１４】次に、ニッポウディスク７Ａが回転する
と、ピンホール７２が走査し、従って試料２面上の照明
領域が走査される。これにより撮像系９では、一走査線
上の像がえられる。一方図２に示すようにニッポウディ
スク７Ａ上にはピンホール７２からすこしはなれてピン
ホール７３が設けられており、このピンホール７３が同
様に走査を実行する。このピンホールの間隔は結像光学
系の解像力で決まる大きさ以上となっており、例えばピ
ンホール７２の像がピンホール７３にかかる事がないよ
うに設計されている。

【００１５】ピンホール７３による像もピンホール７２
の時と同様に撮像系９で得られ、信号処理装置１０に一
走査線上の像がえられる。以上の動作がニッポウディス
ク７Ａが回転する間に実行され、信号処理装置１０では
全ピンホールの走査像から試科２の画像がえられる。

【００１６】図３は３次元情報を得る場合の例を示した
ものである。光学系は一部省略して表示している。いま
試料２が結像光学系６に共役関係の位置を中心に光軸に
沿って移勤したもので、(１）は共役位置から遠くにあ
る場合、（２）は共役位置の場合、（３）は共役位置よ
り手前の場合を示している。ニッポウディスク７Ａ上の
高速の集光状態（スポット径）をみれば明らかなよう
に，（２）以外はピンホール上で光束が広がっており、
従ってピンホ一ルを透過して撮像素子上に到達する光量
の最大値と試料の光軸方向の移動距離を対応させること
により光軸方向の位置が検出でき、よって撮像情報とあ
わせて試料の３次元形状が検出できる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】アライメントの向上に
は、アライメントマークの３次元形状を検出することが
必須となる。上述したコンフォーカル顕微鏡は３次元形
状を検出する一例である。しかしながら、説明した様
に、従来の方法をそのまま用いるとすると、観察するサ
ンプルであるウエハを光軸方向に機械的に動かすため、
３次元形状検出時間が制限されるという問題がある。例
えばTVレートで３次元形状を検出しようとすると２００
mmφ以上の大きなウエハを１０m sec以下で光軸方向に
数μm移動させる必要がある。

【００１８】一方でニッポウディスクの方を光軸方向に
動かすことも考えられる。しかしながらこれらの方式は
ニッポウディスクのような大きな部材を抵抗の大きい光
軸方向に動かす為の可動部分があるため異物発生源とな
ったり、振動等の擾乱源になる可能性があるため、制約
があった。

【００１９】本発明は上述の従来例に鑑みて、原理的に
大型部材の光軸方向の可動を必要とせずに、形状を高
速、高精度に測定できる形状測定装置、及びこれを用い
てアライメントマークによる位置検出を光束、高精度に
実行できる位置検出装置、又これに好適に使用できる撮
像装置、更にこれを用いた高速、高精度なデバイスの製
造方法とこれに好適に使用できる露光装置を提供するこ
とを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上述目的を達成するため
の第１発明は、複数波長の光を発生可能な光源と、該光
源からの光により照明された被検物体の光学像を結像す
るための結像光学系と、該光学像を光電変換する撮像素
子とを有し、前記結像光学系は回折光学素子を含むこと
を特徴とする撮像装置である。

【００２１】第２発明は更に、前記回析光学素子はバイ
ナリ光学素子であることを特徴とする。

【００２２】第３発明は更に、前記被検物体を照明する
波長可変の光源を有することを特徴とする。

【００２３】第４発明は更に、該光源は半導体レーザで
あることを特徴とする。

【００２４】第５発明は更に、開口群を有する開口手段
を有し、該開口群からの光束で被検物体を照明し、該被
検物体の像を前記開口群を介し前記結像光学系によって
前記撮像素子上に結像するコンフォーカル光学系が構成
されることを特徴とする。

【００２５】第６発明は更に、前記開口手段は前記開口
群を構成する各々の開口が独立に制御できるライトバル
ブであることを特徴とする。

【００２６】第７発明は更に、前記ライトバルブは微小
ミラーデバイスであることを特徴とする。

【００２７】第８発明は更に、前記ライトバルブは液晶
デバイスであることを特徴とする。

【００２８】上述目的を達成するための第９発明は、被
検物体を回折光学素子を介して結像させることにより結
像位置毎の前記被検物体の像を結像波長で分離して得、
該結像位置毎の像より被検物体の結像光軸方向成分を少
なくとも含む形状を測定することを特徴とする形状測定
装置である。

【００２９】第１０発明は更に、前記結像位置毎の像よ
り被検物体の三次元形状を測定することを特徴とする。

【００３０】第１１発明は更に、前記被検物体を波長を
時間的に変えて照明することにより結像位置毎の前記被
検物体の像を結像波長で時間的に分離して得ていること
を特徴とする。

【００３１】第１２発明は更に、前記回析光学素子はバ
イナリ光学素子であることを特徴とする。

【００３２】上述目的を達成するための第１３発明は、
物体上に設けられたアライメントマークを回折光学素子
を介して結像させることにより結像位置毎の前記アライ
メントマークの像を結像波長で分離して得、該結像位置
毎の像を用いて前記物体の位置情報を得ることを特徴と
する位置検出装置である。

【００３３】第１４発明は更に、前記結像位置毎の像を
用いて前記アライメントマークの形状情報を得、該形状
情報から前記アライメントマークの所定位置からのずれ
情報を得ることにより前記物体の位置情報を得ることを
特徴とする。

【００３４】第１５発明は上述の撮像装置のいずれかを
アライメントマーク検出手段に用いたことを特徴とする
露光装置である。

【００３５】第１６発明は上述の撮像装置のいずれかを
アライメントマーク検出に用い、該検出に基づいてウエ
ハの位置決めを行い、パターン転写を行って回路形成す
ることを特徴とするデバイスの製造方法である。

【００３６】第１７発明は上述の形状測定装置のいずれ
かをアライメントマーク検出手段に用いたことを特徴と
する露光装置である。

【００３７】第１８発明は上述の形状測定装置のいずれ
かをアライメントマーク検出に用い、該検出に基づいて
ウエハの位置決めを行い、パターン転写を行って回路形
成することを特徴とするデバイスの製造方法である。

【００３８】第１９発明は上述の位置検出装置のいずれ
かを用いたことを特徴とする露光装置である。

【００３９】第２０発明は上述の位置検出装置のいずれ
かを用い、該装置の位置検出に基づいてウエハの位置決
めを行い、パターン転写を行って回路形成することを特
徴とするデバイスの製造方法である。

【００４０】

【発明の実施の形態】以下の実施形態では、アライメン
トマーク等を観察する顕微鏡の対物レンズの少なくとも
１枚をバイナリー光学素子（BO)で構成する。BOは、波
長分散が通常のガラスと比べ１０倍以上大きい事が知ら
れている。通常のガラスは波長分散が２０〜９０である
がBOは−３というような値である。つまりBOは波長が長
くなると集光点がBO側によるが、通常の硝材は波長が短
くなるに従って集光点はレンズ側による。したがって、
観察するサンプルを機械的に動かす代わりに、観察光の
中心波長を変化させることで結像位置を光軸方向に移動
させることができる。

【００４１】このBOを用いた対物レンズをコンフォーカ
ル顕微鏡に応用すれば、等価的に３次元形状の検出が実
現できる。さらにこのBOを用いたコンフォーカル顕微鏡
を露光装置のアライメント光学系に適用すれば、ウエハ
を機械的に動かす事なく、３次元形状を検出でき、その
３次元形状惜報をもとにアライメントすることにより、
プロセス歪に影響しない高精度なアライメントを実現で
きることになる。

【００４２】以下、図面に基づいて詳細に説明する。図
４は本発明の実施形態１の概要図である。前出と同様の
部材には同じ符番を冠する。光源１は中心波長が可変の
光源で、ハロゲンランプのようなインコヒーレントな光
源でもレーザのようなコヒーレント光源でもよい。光源
１からの光束は偏光ビームスプリッタ（PBS）３にむか
う。５は偏光板で、光源１からの光束のうち偏光ビーム
スプリッタ３で反射するS偏光のみを選択して透過させ
ている。

【００４３】λ／４板４は、往復２度透過すると偏光面
を９０゜回転する性質を持つ。PBS３からのS偏光はPBS
４を反射した後λ／４板４で円偏光に変換される。そし
て試料２に照射され、試料２で反射された後λ／４板４
でこの反射光をP偏光に変換し、PBS３を透過させる。

【００４４】６は屈折光学素子（ここではレンズ系）、
７は回折光学素子を表している。光学素子６、７は全体
として、試料２と撮像素子９とを光学的共役関係にする
結像光学系である。ここで示した光学系はあくまで概念
図で示してあり、具体的な設計上の構成は本質から外れ
るので説明は省く。

【００４５】図５は回折光学素子７を説明したものであ
る。図中（a）で示す様に回折光学素子７の基本構成は
フレネルゾーンプレートで説明される。同心円状の隣り
あう輸帯からの光波は１波長分（２π）位相差を生じて
干渉する。例えば所定の輸帯幅とピッチにすると各輪帯
からの１次回折の光波が１点に集光する。従って１次回
折光のみを考えれば無収差の結像素子となる。

【００４６】しかしながら、１次回折光以外の回折光が
ゴーストやフレアとして同時に像面に照射されるため、
実用上問題がある。この欠点を補ったのがキノホ−ムと
呼ばれる位相型の回折素子で、図中（b）に示す。

【００４７】この素子は所望の回折次数（例えば１次
光）のみに回折効率を集中させることができるためフレ
ネルゾーンプレ−トのもつ欠点は解消できる。

【００４８】一方このタイプは制作上の困難さがある。
これを現実的に解決したのが図（c）に示すようなバイ
ナリー光学素子（BO素子）と呼ばれるものである。これ
はリソグラフィーの技術を活用して位相型の回折格子の
形状を多段形状で近似したもので、例えば実用的には８
段形状で所望の回折光（通常は１次）を９５％の効率で
得ることが出来る。

【００４９】前述したようにBO素子は光源の中心波長が
シフトすると集光位置が大きく変化する。この性質を利
用すると光軸方向の結像面を移動させることができる。

【００５０】図４に再びもどって説明する。中心波長λ
０の照射された試料２は撮像素子９と光学的に共役関係
が成り立っている。次に光源の波長をλ０からλに波長
走査すると、上記の説明で示すようにBO素子の焦点距離
が変化する。撮像素子９の位置は変化しないので、物体
側の光学的共役位置が移動することになる。つまりこれ
は試料を機械的に光軸方向に移勤したことに相当する。
撮像素子９上には、試料の光軸に垂直な切断面画像が投
影され、その切断面を光軸方向に移動させながら複数の
画像を得、それらの複数の画像を信号処理装置１０で再
構成することにより試料の３次元形状を得ることができ
る。

【００５１】バイナリ光学素子において、波長と焦点距
離の関係はf＝（λ０／λ）f ０と表せる。ここでλ
０、f０は基準波長とその時の焦点距離である。従って
波長がdλ変化したときの焦点矩離変化d fはd f＝−
（λ０f ０／λ^**２）dλとなる。ここで波長変化が微
小な場合はλ０＝λとなり、上式はd f＝−（f ０／
λ）dλと近似できる。例えばここでλを８００nm、f０
を５mm、dfを１０μmとしたときdλ＝１．６nmとなる。
つまり、僅か２nm程度の波長変化をあたえれば、１０μ
m程度の焦点移勤を実現できることになる。

【００５２】一方、使いやすい可変波長光源の一つとし
て、半導体レーザーが知られている。この光源は波長制
御を温度や注入電流などでコントロールできる。特に注
入電流の場合は、高速な変調も可能である。

【００５３】半導体レーザは知られているように波長の
変化が２通りあり、一つはモードホップと呼ばれる１０
nm程度の離散的な変化と数nm程度のモードホップを起こ
す前の連続的変化である。この連続的変化を利用すると
上記の例で示すような１０μm程度の光軸方向の焦点移
勤が実現出来る。

【００５４】図６、図８はそれぞれ本発明を応用した第
２、第３の実施形態の概要図である。これらの実施形態
は前出第１実施形態の光学系をコンフォーカル系と組み
合わせた例を示しており、図６は反射のライトバルブを
用いた場合、図８は透過のライトバルブを用いた場合で
ある。前出と同様の部材には同じ符番を冠して、説明を
省略する。

【００５５】以下図６を用いて第２の実施形態を説明す
る。本実施例ではライトバルブ２０と試料２を光学的共
役関係にしている。８も結像光学系でライトバルブ２０
と撮像索子９とを光学的共役関係にしている。１２は試
料２を結像系６の光軸（高さ）方向に移動できる移動機
構で処理装置２０からの指令で所定量移動させることが
できる。

【００５６】図７は反射型ライトバルブ２０を微小ミラ
ーデバイスで実現した模式図で、小さなミラ−（画素）
が複数集まって構成したものである。この微小ミラーデ
バイスは一つのミラーのサイズは数μmから数百μmを一
辺とした長方形で出来ている。そしてミラ一の個数は数
千から数百万で、マトリックス状に配置され、この微小
ミラーデバイス２０の全体のサイズは一辺が数ミリから
数十ミリ程度の長方形をしている。図７ではこれを８つ
の微小ミラーで模式している。

【００５７】図７で画素つまり小さなミラー２０１〜２
０８それぞれが独立にミラーと電極２０９の間を電磁気
力を利用して引力や斥力で支持部を中心に角度を偏向さ
せ、反射光の角度を変えることによって反射光のON／OF
F制御をすることができる。例えば、この図７では微小
ミラー２０１、２０３、２０６、２０８はOFF状態であ
り一方２０２、２０４、２０５、２０７は０N状態にな
っている。

【００５８】再び図６の説明にもどる。処理装置１０か
らの指令により微小ミラーデバイス２０は所定の画素
（微小ミラ一）パターンを０Nにする。光源１からの光
束はビームスプリッタ１１で反射し、偏光板５を介した
後PBS３で反射し、λ／４板４を介して微小ミラーデバ
イス２０にはいる。所定の画素パタ一ンがON状態になっ
ている微小ミラーデバイス２０は、そのONになっている
画素パターンで反射して試料２を照明する。照明された
試料からの反射光は微小ミラーデバイス２０まで同一経
路を逆に進み、同じくONになっている画素パターン部で
反射する。この画素パターンからの反射光はPBS３まで
の光路を逆行し、PBS３で反射して撮像素子９上に結像
し、撮像素子９に光電変換されて信号処理装置１０内の
記憶部に記憶される。

【００５９】次に処理装置１０は微小ミラーデパイス２
０を制御して別の画素パタ一ンを生成し、この一連の動
作を繰り返し行うことで試料表面の実質的な走査を実行
し、所望の画像を得ることができる。以上で画像を取り
込む一連の動作が終了する。この一連の動作は、微小ミ
ラーデパイス２０の高速応答性と、試料の必要な部分の
みを選択的に走査することで１msec以下で一画像を得る
事ができる。

【００６０】次に３次元（立体）形状を得るために処理
系１０から光源１へ波長をシフトさせる制御信号が発せ
られる。すると結像面が光軸方向に移動する。そしてそ
の高さでの画像を上述と同様にして取り込む。順次、光
源１を作動し、高さ方向の画像を複数枚記憶し対応画素
の輝度が一番高い画像の高さ方向の情報から３次元情報
を得ることができる。そして以上の３次示情報の取得を
TVレートの３３msec以内で実現できる。

【００６１】図８は、第２の実施形態に対し、ライトバ
ルブ２０を透過型ライトバルブに置き換えたもので、具
体的には液晶で構成した例を示している。光学系の形態
は第１実施形態に対して、λ／４板４の下側にこの透過
型ライトバルブ２０を配置した点が異なる。

【００６２】図９にパターン例を示す様に、液晶である
ライトバルブ２０で所望の透過部Tと不透過Nを空間的パ
ターン生成する。このパターン生成は処理装置１０で指
令して所望のパターンに変更できる。従って、前述反射
型ライトバルブと同様にパターン変更しながら撮像素子
９で映像信号を得ることにより、１msec以下の高速で一
高さでの画像をえることができる。

【００６３】そして第２の実施形態と同様に３次元（立
体）形状をえるために処理系１０から光源１ヘの指令で
試料２を光軸方向に移動させる。これを繰り返して前述
した一連の動作をおこない、各高さでの画像を取り込
む。順次、光源１を作動し高さ方向の画像を複数枚記憶
し対応画素の輝度が一番高い画像の高さ方向の情報から
３次元情報を得ることができる。そして以上の３次元情
報の取得をTVレートの３３msec以内で実現できる。

【００６４】以上のようにライトバルブを用いることで
高速で分解能の高い３次元形状を得ることができる。

【００６５】図１０、図１１を用いて本発明のコンフォ
ーカル顕微鏡を露光装置のアライメント用に応用した例
を説明する。

【００６６】図１０はステッパの投影光学系POの横に固
定したoff Axisのアライメント光学系AUを斜線で示して
いる。このアライメント光学系AUに前述した各実施形態
のいずれかが配置されることになる。Wは投影光学系PO
によってパターン投影されるべきウエハであり、このウ
エハW上のアライメントマーク２が前述実施形態の説明
における試料に相当する。又ウエハステージ２Ａが前述
の試料ステージに相当することになる。アライメント光
学系AUの下にウエハWのアライメントマーク２が来る様
にステージ２Ａを移動する。この状態で前述のようにア
ライメントマーク２の３次元形状を解析する事で、アラ
イメントマーク２のアライメントされるべき所定位置か
らのずれが求められる。

【００６７】例えばアライメントマーク２が所定方向に
配列された周期パターンであれば、３次元形状情報を所
定方向に垂直な方向に電気的に積算した後所定方向に関
してＦＦＴ等して周波数情報に変換し、アライメントさ
れるべき所定位置にある際の周期パターンの配置（位
相）から現状の周期パターンの配置（位相）が所定方向
にどれだけずれているかを位相差として計測できる。

【００６８】このずれ情報により、このアライメントマ
ーク２に位置を代表されたウエハW全体の位置情報が得
られ、この位置情報に基づいて不図示の制御系によって
ステージ２Ａが制御され、ウエハWの各露光ショットを
投影光学系POによる露光エリアに順次配置してパターン
投影転写が実行される。

【００６９】図１１は、ウエハW上のアライメントマー
ク２にレジストRが塗布された状態を、アライメント光
学系AUとして用いた第２ないし第３実施形態のコンフォ
ーカル光学系で観察した例をしめしている。光学系は一
部省略して記載されている。

【００７０】BO素子７を光学系にもちいたコンフォーカ
ル系は、前述のように波長を可変（走査）することで光
軸方向に画像のベストピント面を移動できる。いまウエ
ハWの構造はレジストRも含めて数μmの厚さの層構造を
しており、前述した様に半導体レーザの波長を２nm程度
走査すると１０μmほども光軸方向を走査するので断面
構造を観察するのは十分な大きさである。

【００７１】この様に、露光装置などのウエハの表面の
位置合わせをする装置に適用すれば、ウエハのアライメ
ントマークの３次元形状をリアルタイムに検出でき、マ
ークの非対称性や反射率むらなどの影響を受けにくいア
ライメントが実現できる。

【００７２】次に上記説明した露光装置を利用したデバ
イスの製造方法の実施形態を説明する。

【００７３】図１２は半導体デバイス（ICやLSI等の半
導体チッブ、或は液晶パネルやCCP）の製造のフローを
示す。ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回
路設計を行う。ステップ２（マスク制作）では設計した
回路パターンを形成したマスクを制作する。一方、ステ
ップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウ
エハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は前工
程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いてリソ
グラフィ技術によってウエハ上の実際の回路を形成す
る。次のステップ５（組立）は後工程と呼ばれ、ステッ
プ４によって作成されたウエハを用いて半導体チップ化
する工程てあり、アッセンブリ工程（ダイジング、ボン
ディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工
程を含む。ステップ６（検査）ではステップ５で作成さ
れた半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等
の検査を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが
完成し、これが出荷（ステップ７）される。

【００７４】図１３は上記ウエハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸
化させる。ステップ１２（CVD）ではウエハ表面に絶縁
膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上
に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン
打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５
（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ１６（露光）では上記説明した露光装置によってマ
スクの回路パタ一ンをウエハに焼付け露光する。ステッ
プ１７（現像）では露光したウエハを現像する。ステッ
プ１８（エッチング）では現像したレジスト像以外の部
分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッ
チングがすんで不要となったレジストを取り除く。これ
らのステップを繰り返し行うことによってウエハ上に多
重に回路パターンが形成される。本実施形態を用いれ
ば、従来よりも高集積度の半導体デバイスを製造するこ
とが可能となる。

【００７５】以上述べてきたように、顕微鏡においてBO
素子と可変波長光源を用いれば高速に３次元画像を得る
事ができる。またこれとコンフォーカル光学系を組合せ
ることで、３次元形状をより鮮明により速く得ることが
出来る。ここでは走査速度を高逮化するためニッポウデ
ィスクの代わりにピンホールに相当する画素を独立に制
御できるライトバルブ手段を設けることで実現した。こ
れにより一画素の検出時間を制御するだけで、また画面
全体を必ずしも必要でないときも選択的に画素のo n／o
f fを制御するだけで、高速化が実現できる。

【００７６】前述実施形態においては、試料の三次元形
状だけではなく、撮像素子を１次元素子として、光軸方
向と光軸に垂直な一方向の成分よりなる試料の二次元形
状を求めるものとすることも可能である。この場合ライ
トバルブは対応する方向に１列に配列されただけのもの
を用いればよい。

【００７７】また、前述実施形態では波長を変更する、
即ち各波長毎の像を時分割する構成としたが、光源から
複数波長を含む光を発生させ、試料からの光をダイクロ
イックミラー等を用いて各波長別に別光路に分離して別
々の撮像素子で撮像する構成、即ち各波長毎の像を空間
分割する構成としても良い。

【００７８】

【発明の効果】以上、第１発明によれば、結像位置毎の
被検物体の光学像を、原理的に大型部材を光軸方向に可
動構成とすることなく分離して得ることが容易に可能と
なる。

【００７９】又、第２発明によれば更に、このような構
成がノイズ成分を発生させること無く、且つ製作簡単に
実現できる。

【００８０】又、第３発明によれば更に、この様な構成
が撮像側の構成を簡素化して実現できる。

【００８１】又、第４発明によれば更に、この様な構成
が使いやすい光源を使用して実現できる。

【００８２】又、第５発明によれば更に、より精度良く
光学像が得られる。

【００８３】又、第６発明によれば更に、より高速、高
精度に光学像が得られる。

【００８４】又、第７発明によれば更に、この様な構成
が小型構成で得られ、更なる高速化が図れる。

【００８５】又、第８発明によれば更に、この様な構成
が小型構成で得られ、更なる高速化が図れる。

【００８６】又、第９発明によれば、原理的に大型部材
の光軸方向の可動を必要とせずに、被検物体の形状を高
速、高精度に測定できる構成が実現できる。

【００８７】又、第１０発明によれば更に、被検物体の
三次元形状を高速、高精度に測定できる構成が実現され
る。

【００８８】又、第１１発明によれば更に、この様な構
成が撮像側の構成を簡素化して実現できる。

【００８９】又、第１２発明によれば更に、このような
構成がノイズ成分を発生させること無く、且つ製作簡単
に実現できる。

【００９０】又、第１３発明によれば、原理的に大型部
材の光軸方向の可動を必要とせずに、アライメントマー
クを用いた高速、高精度な位置検出ができる構成が実現
できる。

【００９１】又、第１４発明によれば更に、マークの非
対称性や反射率むらなどの影響を受けにくい構成が実現
できる。

【００９２】又、第１５、１７、１９発明によれば、簡
易、高速且つ精度の高いアライメントを行える良好な露
光装置が実現される。

【００９３】又、第１６、１８、２０発明によれば、簡
易、高速且つ精度の高いアライメントによる集積度の高
い良好なデバイスの製造が実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のニッポウディスクを用いた顕微鏡の概略
図

【図２】図１におけるニッポウディスク説明図

【図３】コンフォーカル顕微鏡による形状計測説明図

【図４】本発明の実施形態１の概略図

【図５】BO素子の説明図

【図６】本発明の実施形態２の概略図

【図７】図６の要部の拡大図

【図８】本発明の実施形態３の概略図

【図９】図７の要部の拡大図

【図１０】本発明を露光装置のアライメント系に適用し
た概略図

【図１１】図１０におけるアライメント系の説明図

【図１２】デバイスの製造方法の概略フローチャート

【図１３】図１０の露光装置等を用いたデバイスの製造
方法のフローチャート

【符号の説明】

１光源２被観察物３偏光ビームスプリッタ４ λ／４位相差板５偏光手段６結像光学系７回折結像光学素子８結像光学系９撮像素子１０処理装置２０ライトバルブ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数波長の光を発生可能な光源と、該光
源からの光により照明された被検物体の光学像を結像す
るための結像光学系と、該光学像を光電変換する撮像素
子とを有し、前記結像光学系は回折光学素子を含むこと
を特徴とする撮像装置。
【請求項２】前記回析光学素子はバイナリ光学素子で
あることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】前記被検物体を照明する波長可変の光源
を有することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】該光源は半導体レーザであることを特徴
とする請求項４記載の撮像装置。
【請求項５】更に開口群を有する開口手段を有し、該
開口群からの光束で被検物体を照明し、該被検物体の像
を前記開口群を介し前記結像光学系によって前記撮像素
子上に結像するコンフォーカル光学系が構成されること
を特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項６】前記開口手段は前記開口群を構成する各
々の開口が独立に制御できるライトバルブであることを
特徴とする請求項５記載の撮像装置。
【請求項７】前記ライトバルブは微小ミラーデバイス
であることを特徴とする請求項６記載の撮像装置。
【請求項８】前記ライトバルブは液晶デバイスである
ことを特徴とする請求項６記載の撮像装置。
【請求項９】被検物体を回折光学素子を介して結像さ
せることにより結像位置毎の前記被検物体の像を結像波
長で分離して得、該結像位置毎の像より被検物体の結像
光軸方向成分を少なくとも含む形状を測定することを特
徴とする形状測定装置。
【請求項１０】前記結像位置毎の像より被検物体の三
次元形状を測定することを特徴とする請求項９記載の形
状測定装置。
【請求項１１】前記被検物体を波長を時間的に変えて
照明することにより結像位置毎の前記被検物体の像を結
像波長で時間的に分離して得ていることを特徴とする請
求項９記載の形状測定装置。
【請求項１２】前記回析光学素子はバイナリ光学素子
であることを特徴とする請求項９記載の形状測定装置。
【請求項１３】物体上に設けられたアライメントマー
クを回折光学素子を介して結像させることにより結像位
置毎の前記アライメントマークの像を結像波長で分離し
て得、該結像位置毎の像を用いて前記物体の位置情報を
得ることを特徴とする位置検出装置。
【請求項１４】前記結像位置毎の像を用いて前記アラ
イメントマークの形状情報を得、該形状情報から前記ア
ライメントマークの所定位置からのずれ情報を得ること
により前記物体の位置情報を得ることを特徴とする請求
項１３記載の位置検出装置。
【請求項１５】請求項１から８までに記載の撮像装置
のいずれかをアライメントマーク検出手段に用いたこと
を特徴とする露光装置。
【請求項１６】請求項１から８までに記載の撮像装置
のいずれかをアライメントマーク検出に用い、該検出に
基づいてウエハの位置決めを行い、パターン転写を行っ
て回路形成することを特徴とするデバイスの製造方法。
【請求項１７】請求項９から１２までに記載の形状測
定装置のいずれかをアライメントマーク検出手段に用い
たことを特徴とする露光装置。
【請求項１８】請求項９から１２までに記載の形状測
定装置のいずれかをアライメントマーク検出に用い、該
検出に基づいてウエハの位置決めを行い、パターン転写
を行って回路形成することを特徴とするデバイスの製造
方法。
【請求項１９】請求項１３から１４までに記載の位置
検出装置のいずれかを用いたことを特徴とする露光装
置。
【請求項２０】請求項１３から１４までに記載の位置
検出装置のいずれかを用い、該装置の位置検出に基づい
てウエハの位置決めを行い、パターン転写を行って回路
形成することを特徴とするデバイスの製造方法。