JP3326902B2 - パターン検出方法及びパターン検出装置及びそれを用いた投影露光装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体集積回路等層構造
からなる被検出物体に形成されたパタ−ンを検出する方
法及び装置に関する。特にフォトレジスト等光学的に透
明な層で覆われたパタ−ンの位置等の情報を正確に検出
する方法及び装置に係り、またこの方法及び装置を用い
た投影露光装置並びに露光システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路の高集積化、微細化に伴
い、回路パタ−ン線幅は０．５μｍ以下に成り、回路パ
タ−ンの露光工程におけるアライメント精度は０．１μ
ｍ以下が要求されており、今後益々高精度化が必要にな
る。またアライメントを行い重ね露光を行った結果を評
価する場合にも上記の精度あるいは更に精度の高い検出
性能が要求されている。

【０００３】高精度の検出を実現する上で最大の障害は
露光や検出に用いる検出パタ−ンそのもの、あるいはこ
のパタ−ンに薄く（１〜２μｍ厚）塗布されたフォトレ
ジストが対称な形状をしていないことである。パタ−ン
の最上層に形成されている光学的に透明な薄膜の厚さが
このように場所により非対称になると、単波長の光で検
出した場合、図１３に示すように検出波形が非対称に成
り、例えばパタ−ンの中心位置を検出しようとすると、
検出中心が真の中心から大きくずれてしまう。

【０００４】このような課題に対し、従来、特開昭６１
−２０３６４０、特開平１−２２７４３１に示されてい
るように検出波長を多波長にしたり、波長バンド幅を広
くして検出する方法が提案されている。このような方法
を採用することにより、単波長で検出した場合に比べか
なり高い検出精度が得られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかるに上記の従来法
では今後のパタ−ンの微細化に対応できる程度の精度を
確保することが困難である。これは上記の多波長あるい
は波長バンド幅を広くした検出法では検出波長は固定で
あるため、どのような検出対象に対しても高い精度で検
出できる分けではないことによる。即ち検出しようとす
る対象の層構造によって、最も検出精度が高くなる検出
波長の強度分布（光の分光照明強度特性）は異なってく
る。従来の技術はこの検出波長の強度分布はあくまでも
固定であるか、せいぜいあらかじめ用意された複数の検
出光の何れかを用いる、またはすべてを用いることに留
まっていた。またこの選択は各光での検出結果、または
露光した後にアライメント精度を評価することにより行
っていた。このため０．５μｍ以下のパタ−ン線幅の集
積回路では充分な精度が得られないばかりでなく、波長
の選択に多大の時間を要していた。

【０００６】このことを更に詳しく説明する。話を分か
り易くするため図１３に示した単純な構造を考える。た
だし下地は波長により反射率が図１４（Ａ）に示すよう
に異なるとする。このような例は多層構造からなる被検
物体の場合一般に生じている。また下地が層構造でなく
ても、下地の材質の分光反射率特性に波長依存性が強い
被検物体もこのような例に該当する。層構造物体を検出
するには図１４（Ｂ）に示すような分光照度分布を有す
る白色光を用いると、膜厚の影響を受けにくいことは良
く知られているが、ここで示した様に下地の反射率が図
１４（Ａ）に示すように波長により異なると反射率の低
い波長の検出波形に及ぼす寄与が小さくなり、実効的に
図１４（Ｃ）に示すように狭い波長で検出したのと変わ
らなくなる。この結果膜厚の影響をより多く受け、検出
波形が図１４（Ｄ）に示すように非対称性の強い歪の大
きな波形となる。

【０００７】さらに従来の多波長あるいは波長バンド幅
を広くした検出法では検出に用いる各波長には関係無く
一定の検出光学系の開口数を用いていた。しかし各波長
で得られる検出波形の合成が最終的に得られる波形であ
ることに着目すれば、検出像の解像度Ｌが次式で与えら
れることから、

【０００８】

【数１】

【０００９】波長により解像度が異なってしまうことに
なる。この結果波長に比例して解像度が変わり、解像度
の異なる各波長での波形の合成が検出されることにな
り、波長合成の効果が低減されることになる。

【００１０】さらに従来波長バンド幅の広い波長で検出
しようとすると、検出光学系に含まれる色収差、特に横
色収差の影響を受けて例えばパタ−ンのエッジを検出し
ようとすると波長ごとにエッジ位置が変わり、アライメ
ント検出や寸法検出、位置検出の誤差となってしまう。
このような誤差は検出制度が０．１μｍ程度ではあまり
問題にならなかったが、０．０５μｍ以下の精度が要求
される今後の計測技術では大いに問題となるところであ
る。しかしながらこのような精度を満足する検出光学
系、即ち顕微鏡対物レンズや、縮小レンズの製作は困難
を極めている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明は以下に示す手段を用いる。光源として波長
幅の広い光源もしくは実効的に複数の単波長を含む光源
を用い、この光源から出射した光を、層構造から成りそ
の表面の最上層の少なくとも一部が光学的に透明な被検
物体に照明する。そしてこの被検物体で反射した光を用
いてこの被検物体表面のパタ−ンを検出する分けである
が、この際この被検物体の層構造および材質の情報に応
じて上記の光源から出射する光の分光照明強度特性（波
長強度分布特性）を実効的に変化させ、この変化により
得られた所望の分光照明強度で照射された被検物体のパ
タ−ン像を一次元もしくは二次元の像として検出する。

【００１２】上に述べた検出法の更に具体的な手段とし
ては、例えば、上記の光源から出射する光を分光手段に
より波長ごとに光の進行方向が変化するようにした後、
分光された光路中に各波長の光の通過する場所ごとに光
の透過率を異ならしめる空間光透過率変調器を配置し
て、上記分光照明強度特性（波長強度分布特性）を実効
的に変化させればよい。

【００１３】また別の具体例として、照射された被検物
体のパタ−ン像を一次元もしくは二次元の像として検出
する際に、被検物体で反射した光の光路中にその反射光
の波長ごとに透過率を変化せしめる分光透過率可変フィ
ルタを挿入し、検出光の分光透過率を変えることによ
り、最適な分光強度の照明をしていることに成り、上記
光源から出射する光の分光照明強度特性（波長強度分布
特性）を実効的に変化させていることになる。

【００１４】本発明は更に前述の波長ごとに解像度が異
なる従来技術の課題を解決するために、上記所望の分光
照明強度で照射された被検物体のパタ−ン像を一次元も
しくは二次元の像として検出する際に、被検物体で反射
した反射光の各波長ごとに上記パタ−ン検出の開口数
（ＮＡ）を異ならしめる。

【００１５】更にこの際、上記各波長ごとのパタ−ン検
出の開口数に対し一定の比率を持つ照明のパ−シャルコ
ヒ−レンスになるように照明光の各波長ごとに指向性を
持たせている。

【００１６】上記の色収差に対する課題を解決するた
め、本発明では波長幅の広い光源もしくは実効的に複数
の単波長を含む光源から出射した光を、被検物体に照明
し、被検物体で反射した光を用いて該被検物体表面のパ
タ−ン検出する。この際、光源から出射し、被検物体で
反射した光を格子等の分光手段上にほぼ結像させ、この
分光手段により分光されたパタ−ンの分光方向と直交す
るパタ−ン検出方向については分光手段上のパタ−ンを
結像し、分光方向については分光した非結像の状態で分
光一次元像として二次元撮像手段により検出する。しか
も分光一次元像の各分光波長に対応するパタ−ン検出方
向の各信号に対し、検出光学系による色収差を信号処理
により補正した後、色収差補正されたこれら各信号を合
成し、この合成信号によりパタ−ン検出する。

【００１７】上記の分光一次元像を検出する方法を用い
れば、各分光波長に対応するパタ−ン検出方向の各信号
に対し、各波長の信号全体に各波長ごとに異なる定数を
掛けた後、各波長の信号を合成し、当該合成波長により
パタ−ン検出すれば上記の照明光の分光特性を変化させ
所望の分光照明強度で照射された被検物体のパタ−ン像
を検出した場合と同一の効果がある。

【００１８】また上記分光一次元像を用いる方法を用い
れば、各分光波長に対応するパタ−ン検出方向の各信号
に対し、各波長の信号の場所により異なる定数を各波長
ごとに掛けた後、各波長の信号を合成し、当該合成波長
によりパタ−ン検出れば、各場所ごとに異なる層構造お
よび材質に応じて、各場所ごとに最適な分光照明強度を
与えて検出したことになる。

【００１９】上記分光照明強度を所望なもの、すなわち
最適なものにするため、本発明は、上記被検物体の層構
造および材質の情報を用いて検出光の各波長における層
構造に起因する多重干渉強度を計算し、パタ−ンの構造
を忠実に反映する検出信号波形が得られる様に上記光源
から出射する光の分光照明強度特性（波長強度分布特
性）を被検物体の層構造および材質の情報に応じて実効
的に変化させる。

【００２０】以上に説明したパタ−ン検出手段は単なる
パタ−ン検出或いはパタ−ン位置検出装置にのみ有効な
手段ではなく、投影露光装置のアライメントに必要なア
ライメントパタ−ン検出系の手段ともなる。

【００２１】ウエハに塗布されたレジストの下に形成さ
れているアライメントパタ−ン、或いはこのウエハを露
光後のアライメントパタ−ン、或いは現像後さらにはエ
ッチング後のアライメントパタ−ンを上記のパタ−ン検
出手段を用いてそのパタ−ン位置を正確に計測し、この
結果をレジスト塗布機、露光装置、現像装置、或いはエ
ッチング装置にフィ−ドバック、或いはフィ−ドフォワ
−ドする様に露光システムを構成することにより、より
高い精度で重ね露光が実現する。

【００２２】とりわけこの露光システムでは露光装置内
のパタ−ン検出系、即ちアライメントパタ−ン検出系の
分光照度（水銀ランプの輝線スペクトル、或いはレ−ザ
光等の単色光でも、多色光でも良い）や照明の指向性或
いは検出光学系の開口数等の光学条件と同一の条件にパ
タ−ン位置検出系を設定し、露光装置で露光する前のア
ライメントパタ−ンの位置を検出し、得られたこの第一
のパタ−ン位置情報と、検出しているアライメントパタ
−ンに対する最適な検出光学系条件で、かつ第一のパタ
−ン位置情報を得たときと同一のウエハ位置で検出し、
得られた第二のパタ−ン位置情報との差を求め、この差
を露光装置のアライメントオフセットとして、露光装置
にフィ−ドフォワ−ドすれば、露光装置のアライメント
検出系が例えウエハのアライメントパタ−ンに対し最適
な条件に成っていなくとも、正しいオフセット補正が成
され、精度の高い重ね露光を実現することができる。

【００２３】

【作用】前に示した図１４を例にとって本発明の作用を
説明する。下地が図１４（Ａ）のように波長により反射
率が異なっていれば図１５（Ａ）に示すような分光透過
率を有するフィルタ−を通して照明すれば、図１５
（Ｂ）のように下地の反射率が一定で完全な白色照明を
したのと同等になり、即ち、多重干渉の条件が波長依存
性がなくなり、図１５（Ｃ）に示すように検出波形は対
称になり、多重干渉による検出誤差が小さくなる。

【００２４】一般には下地の反射率は上記のような単純
な反射率ではなく、特に下地が多層構造の場合複素反射
率となる。このような場合でも複素反射率を下地の層構
造および材質の特性（分光複素屈折率）から計算により
もとめることができるし、光学的に計測することも可能
であるので、このようにして得られた複素反射率と下地
の上に乗る薄膜の膜厚と屈折率から照明光の最適分光強
度を求め、このような分光特性の照明を上記の手段で実
現して検出すれば、精度の高い検出を行うことができ
る。

【００２５】また本発明では検出波長により異なる検出
光学系の開口数を各波長にたいし同一になるようにする
ことにより、理想光学系においても発生するパタ−ンエ
ッジ部での色ずれ（色にじみ）がまったくなくなり、完
璧な検出が可能となる。

【００２６】また理想的でない色収差のある光学系に対
しても、被検出物で反射した光を一旦格子等の分光手段
上に結像後に分光した光をパタ−ンの検出方向には結像
し、これと直交する方向には分光した状態で二次元撮像
装置に結像することにより、各波長での像を別々に検出
することが可能となる。この結果、色収差のある光学系
で検出され、色ずれを持ったまま結像している像を各波
長ごとに色ずれを画像処理により補正してやることが可
能となる。

【００２７】さらに各波長での像が別々に検出されてい
るため、上記の例のように照明光の分光照度特性が所望
のものになるようにハ−ド的に補正する必要がなくな
る。即ち、検出された各波長の画像に上記の所望の分光
特性で照明したのと同等の結果が得られるように各波長
の信号にそれぞれ異なる定数を掛けあわせて得られた信
号を合成すれば良い。

【００２８】各波長での像が別々に検出できる方式を用
いれば、パタ−ンの部分ごとに異なる薄膜の厚さに応じ
て、その部分ごとに検出光に用いる波長を選ぶことが可
能になるため、最も検出誤差の小さくなる検出が実現で
きる。

【００２９】

【実施例】以下本発明を実施例により更に詳細に説明す
る。

【００３０】図１は本発明のパタ−ン検出方法をステッ
パ（投影露光装置）に適用した実施例である。レチクル
３に露光照明系６からｉ線、あるいはエキシマレ−ザ光
を照射し、レチクルを透過した光を縮小レンズ５により
レチクル描画パタ−ンをｘｙｚ方向に移動可能なウエハ
ステ−ジ７上のウエハ４の露光領域４０に投影露光す
る。ウエハステ−ジをｘｙ方向にステップ移動すること
により、図２に示すようにウエハ２上には露光された回
路パタ−ンの領域が配列される。隣合う各露光回路パタ
−ンの領域の間には次の露光プロセスの際に既に露光形
成されている回路パタ−ンとの重ね合わせを高精度に実
現するためにアライメントパタ−ン４１が形成されてい
る。このアライメントパタ−ン４１は図３に示すように
凹部４１１のある下地パタ−ンの上にフォトレジスト４
１２が塗布されている。このパタ−ンを縮小レンズ５を
通して精度良く、位置検出する必要がある。

【００３１】アライメントパタ−ン４１のｘ方向の位置
を検出する検出系は点線１０ｘである。図には示されて
いないが、ｙ方向の位置用のアライメントパタ−ンを検
出する検出系１０ｙは紙面と垂直な方向にある。検出系
１０ｘにはパタ−ン検出用の例えばハロゲンランプやキ
セノンランプ等からなる照明光源１１がある。照明光源
１１を出射した光は所望のビ−ム径と指向性にするレン
ズ１０１を透過し、ミラ−１０２で反射後、分光強度お
よび指向性調整照明手段１２を透過する。この分光強度
および指向性調整照明手段１２は照明光を最適な分光照
度分布にすると共に、それぞれの波長の光を所望の指向
性となるようにする。ここを透過した光は、ビ−ムスプ
リッタ１０３で反射し、レンズ１０４、ミラ−１０５を
通過し、縮小レンズ５を透過した後、ウエハ４上のアラ
イメントパタ−ン４１を照明する。アライメントパタ−
ン４１で反射した光は再び縮小レンズ５を通過した後、
ミラ−１０５で反射し、検出系１０ｘに入る。入ってき
た検出光はレンズ１０４、ビ−ムスプリッタ１０３を通
過後波長選択ビ−ムスプリッタ１０６で２分される。

【００３２】このビ−ムスプリッタは波長がλ₁からλ₂
までの光を反射し、λ₂からλ₃までの光を透過する。こ
のように検出光を２つの波長帯域に分離し、検出するの
は縮小レンズ５が露光光で最高の解像度が得られるよう
に設計、製作されているため、λ₁からλ₃までの広い波
長幅の光に対し、大きな色収差を持ってしまい、これを
補正する色補正レンズの製作が困難となるためである。
即ち図１に示すように２つの波長帯域に分離しておけば
λ₁からλ₂までの光はレンズ１０４と１０８により色補
正でき、λ₂からλ₃までの光は１０４と１０８’により
色補正できる。波長選択ビ−ムスプリッタ１０６で分離
されたλ₁からλ₂までの光は分光透過率および開口数調
整検出手段１３を透過する。この分光透過率および開口
数調整検出手段１３は各検出波長に対し、最適な検出開
口数で検出することを可能とする。波長選択ビ−ムスプ
リッタ１０６で分離さえた他方の波長がλ₂からλ₃まで
の光はミラ−１０７で反射され分光透過率および開口数
調整検出手段１３’により同様に各波長で最適な検出開
口数で検出される。このようにして各検出波長帯の検出
光は色補正レンズ１０８および１０８’により色ずれの
ない像を一次元又は二次元撮像装置１４および１４’の
撮像面に結ぶ。

【００３３】撮像装置１４、１４’で検出されたアライ
メントパタ−ンは信号処理回路２に送られ、パタ−ンの
位置が検出される。このようにしてウエハ上のアライメ
ントパタ−ンの位置が検出されれば、この情報と各パタ
−ンを検出したときのウエハテ−ブルの位置（図示され
ていないが通常レ−ザ測長器により計測される）の情報
から正しく重ね露光されるようにウエハステ−ジを微動
調整し、重ね露光が実行される。上記の分光強度および
指向性調整照明手段１２および分光透過率および開口数
調整検出手段１３は後に実施例を用いて詳細を説明する
が、これら手段により調整される照明光の分光強度およ
び指向性、並びに検出の分光透過率及び開口数は検出す
る対象のウエハパタ−ンの構造や材質特性により一般に
最適値が異なる。これら最適値は予めオフラインで計算
し、その値を入力端末２２から入力しても良いし、図１
に示すように構造や材質の特性値を端末２２から入力し
て最適値演算回路２１で最適値を演算しても良い。

【００３４】なお、図１の実施例では分光強度および指
向性調整照明手段１２と分光透過率および開口数調整検
出手段１３とを同時に使用しているが、１２における分
光強度の調整と１３における分光透過率の調整はいずれ
か一方を行えば十分である。

【００３５】図４は本発明のパタ−ン検出方法をアライ
メント評価装置に適用したものである。図１と同一部品
番号は同一物を表わす。ウエハテ−ブル７の上のウエハ
には既に重ね露光、現像された例えばレジストパタ−ン
４１２が図５のように形成されている。即ち、４１２は
重ね露光することにより形成されたパタ−ンである。他
方パタ−ン４１１は重ね露光される前に形成されていた
パタ−ンである。ｘ方向の重ね合わせ精度を評価するに
は、図５のＸＸ’断面を示した図６の左右のパタ−ン４
１１の検出中心Ｃｐと左右のパタ−ン４１２の検出中心
Ｃｒのずれを求めれば良い。しかしながら図６に示した
ように通常のパタ−ンは多層構造になっており特に最上
層が光学的に透明な層であると、多重干渉の影響を受け
最適な波長分光特性を持った光で照明しないと、検出波
形が歪み誤検出する。この実施例ではパタ−ン４１１と
パタ−ン４１２は異なる層構造であるから、両者に対し
総合的に最適となる波長を選ぶ。

【００３６】図４で１１’は照明系であり、ここを出射
した光は分光強度および指向性調整照明手段１２で所望
の分光強度と、各波長に応じた指向性を持っている。即
ち後に説明するように、波長ごとに大きさと強度が異な
る２次光源を分光強度および指向性調整照明手段１２で
作る。このような光がレンズ１０１’を通り、ビ−ムス
プリッタで反射後、対物レンズの瞳にこの２次光源の像
を結ぶ。対物レンズの瞳を通過した光はウエハ上のパタ
−ンをテレセントリックに照明する。ウエハから反射し
た光は対物レンズ５’ビ−ムスプリッタ１０５’結像レ
ンズ１０９を通り、２次元撮像装置１４’に結像され
る。結像レンズ１０９と２次元撮像装置１４’の間には
分光透過率および開口数調整検出手段１３が配置されて
おり、検出光の波長に応じた開口数で検出するようにな
っている。

【００３７】上記実施例では分光強度および指向性調整
照明手段１２および分光透過率および開口数調整検出手
段１３でともに分光強度を変化させているが、一方のみ
で十分である。即ち例えば分光強度および指向性調整照
明手段１２で照明光の分光強度を最適に調整すれば、分
光透過率および開口数調整検出手段１３は各波長にたい
し同一の透過率で良い。

【００３８】本実施例で示す方法により検出された２次
元パタ−ンを２次元撮像装置で検出し、ｘ方向とｙ方向
のパタ−ン４１１とパタ−ン４１２のそれぞれの中心の
ずれを求めれば、アライメント精度が求まる。ウエハの
層構造や材質に依存して最適な照明光分光強度及び検出
時の光学系の開口数、或いは照明光の指向性は異なるた
め、入力端末２２からこれら条件を入力すると、処理回
路２’で最適な照明光分光強度及び検出時の光学系の開
口数、或いは照明光の指向性が計算され分光強度および
指向性調整照明手段１２、および分光透過率および開口
数調整検出手段１３を駆動し、そのような照明光分光強
度及び検出時の光学系の開口数、或いは照明光の指向性
が実現する。

【００３９】図７は本発明のパタ−ン検出装置の分光強
度および指向性調整照明手段１２の具体的実施例を示し
たものである。また、図７は後述するように一部の構成
を変えることにより、本発明の分光透過率および開口数
調整検出手段１３の一実施例にもなりえる。１２１は回
折格子或いはプリズム（図示せず）等の分光手段であ
る。検出用照明光源１１（１１’）からの出射光は図の
ｙ方向には指向性をある程度高めた状態の光１０１０と
なり、分光手段１２１に入射する。検出用照明光源は検
出波長域を総て含む分光強度を持っているが、検出に最
適な分光強度特性を持っていない。そこで分光手段１２
１で分光されたビ−ム１０１１Ａから１０１１Ｎを集光
レンズ１２３により空間光透過率変調器１２５上に各分
光光を集光するように分離する。回折格子を用いた場
合、１０１２Ａには最も波長の短い光が、１０１２Ｎに
は最も波長の長い光が集光する。なお分光手段１２１に
照射された光の０次透過光は用いないので遮光板１２６
により遮光する。この遮光板は図７に示すようにレンズ
１２３の前に配置しても良いし、空間光透過率変調器１
２５上に配置しても良い。

【００４０】そこで空間光透過率変調器１２５を図８
(Ａ)に示すように遮光部１２５２に透過部１２５１を設
けた構造で、透過部１２５２は各波長の光の強度がここ
を通過後最適な強度になるよう、図８(Ｂ)に示すように
透過率Ｔ(λ)を変化させる。このように部分的に光の強
度を変化させる方法としては、例えば液晶シャッタマト
リックスや、ＰＺＴ、フォトクトミック材料等がある。
またもっと簡単な物として、ｙ方向の変化をステップ的
に変えても本発明の目的が達成できるため、図１９(Ｂ)
に示すようにｘ方向に透過率が少しずつ変化するｘ方向
に長い短冊状のＮＤフィルタ−をＸ方向に移動可能な構
造にし、図１９(Ａ)に示すようにｙ方向に並んだ沢山の
短冊をそれぞれｘ方向に制御し、図８(Ｂ)に示すような
所望の透過率になるようにしても良い。

【００４１】次に式（１）を用いて前述したように各検
出光に対し同一の解像度で検出させるための照明光の指
向性を最適化する実施例について図９を用いて説明す
る。即ち各検出光に対し同一の解像度で検出させるに
は、各検出波長λに比例した検出光学系の開口数ＮＡに
し、さらにこのＮＡに対し各波長での照明光のパ−シャ
ルコヒ−レンシ−が一致するようする。図９(Ａ)に示す
空間光透過率変調器１２５’の空間光透過率変調領域１
２５３の内１２５２を光遮光領域１２５１を光透過領域
にし、波長の長いλ_Bでは波長の短いλ_Aに比べ像検出の
ＮＡが大きく、またこのＮＡに比例し照明のパ−シャル
コヒ−レンスが大きくなるように、図９(Ａ)に示す照明
用の空間光透過率変調器１２５’透過領域の幅を広くし
ている。この幅の比はほぼ波長の比に等しくしている。
液晶シャッタマトリックスや、ＰＺＴ等を用いることに
より空間光透過率変調領域１２５３の領域内を電気信号
で駆動することにより各波長ごとに所望のＮＡ（後述）
とこれに比例した照明のパ−シャルコヒ−レンスで検出
することを可能にする。

【００４２】空間光透過率変調器１２５、或いは１２
５’を透過した光は図７の集光レンズ１２４により回折
格子或いはプリズム（図示せず）等の分光手段１２２に
入射する。分光手段１２２の面はレンズ１２３と１２４
により分光手段１２１の面と共役な関係にあるので、分
光手段１２１に入射する光、即ち上記図のｙ方向には指
向性をある程度高めた状態の光１０１０の強度分布が分
光手段１２２上に再現される。但し、空間光透過率変調
器１２５で変調されたことによる各波長ごとに強度のの
変化を受けている。その結果分光手段１２２を透過し、
回折する光は所望の照明のパ−シャルコヒ−レンスと分
光照度分布を持ってウエハ４を照明することになる。

【００４３】図７では１２を照明系に用いる場合につい
て説明したが、図７の１２と同じ構成で１３を検出系に
用いることにより、上記の各波長に対し所望の検出ＮＡ
を与え、各波長での検出像の解像度を同一にすることを
可能にする。即ちこの場合には図７の１３は例えば図１
の実施例の１３及び１３’の位置に配置され、ウエハ上
のパタ−ン４１で反射した光が縮小レンズ５、ミラ−１
０５、ビ−ムスプリッタ１０３を通り、ビ−ムスプリッ
タ１０６またはミラ−１０７で反射し、図７の分光手段
１２１上に結像し、各波長ごとに異なる回折角で回折し
た後、レンズ１２３、空間光透過率変調器１２５を通
り、レンズ１２４で分光手段１２２上にパタ−ン４１の
像を再び結像する。

【００４４】空間光透過率変調器１２５は図９（Ａ）に
示すように光透過領域１２５１の幅が各波長ごとに、即
ち高さ方向ｙに沿って式（１）を満たすように変化して
いる。但し照明系内で図８（Ｂ）や図９（Ｂ）に示すよ
うに各波長ごとに透過率を変化させている場合には、検
出系内の空間光透過率変調器１２５’は波長ごとの透過
率変化は必ずしも必要でない。上記レンズ１２４で分光
手段１２２上に再結像されたパタ−ンは各波長で異なる
入射角で分光手段１２２に入射、結像するがここを透過
する回折光１０２０は各波長の光が同一の光路を進む。
この回折透過光は図１の色補正レンズ１０８または１０
８’により一次元又は二次元撮像装置１４及び１４’の
撮像面に分光手段１２２上の像を再結像する。

【００４５】色補正レンズ１０８または１０８’はそれ
ぞれの波長バンド幅内の光にたいし色収差を含む各種収
差が補正されており、それぞれのバンド幅の光の像が一
次元又は二次元撮像装置１４及び１４’の撮像面に歪及
び色ずれなく結像する。

【００４６】次に、上記に説明したパタ−ン検出装置の
実施例の構成を用いて、具体的にパタ−ン検出する方法
を示す。パタ−ン検出する対象は図３に示すような層構
造を持っているため、このパタ−ンの最上層がフォトレ
ジストの場合、フォトレジストの厚さは図１０に示すよ
うになっている。

【００４７】フォトレジストは通常スピンコ−タ−で塗
布されるため、図３の左上にウエ−ハの中心があればフ
ォトレジストの流れは左から右に向かう。その結果フォ
トレジストの厚さは図１０（Ａ）に示すように、パタ−
ンエッジの左端に比べ右端の方が厚くなる。この結果フ
ォトレジストの厚さの範囲は図１０（Ａ）に示すように
ｔ_B1からｔ_B2までの厚さと、ｔ_T1からｔ_T2までの厚さの
範囲が存在することになる。

【００４８】このようなレジスト構造、層構造、および
レジストや下地のパタ−ンの材質の光学的定数（複素屈
折率等）が分かれば、図１２に示すようにこれら条件を
パラメ−タにして干渉計算を行う。即ち上記のパラメ−
タに対して波長を変えたときに、干渉強度がどのように
なるか計算する。得られた結果から、如何なる分光照明
強度分布で照明すればず１０（Ａ）のレジスト厚の範
囲、即ちｔ_B1からｔ_B2までと、ｔ_T1からｔ_T2までで干渉
強度の変化が小さく、一定値に近づくかを計算により求
めることにより、分光照明強度を決定する。このように
決定された分光照明強度の分布Ｉ_i（λ）は例えば図１
１の（Ａ）に示すようになっている。この分布はあくま
でもウエハを照明する光の分光照度分布であり、実際に
は光源の分光強度分布や、光学系の分光透過率分布は一
定でないため、その補正をする必要がある。

【００４９】即ち例えば光源の分光強度分布Ｉ
_iil（λ）が図１１（Ｂ）のようになっており、光学系
の分光透過率分布Ｉ_OS（λ）が図１１（Ｃ）のようにな
っていれば、空間光透過率変調器１２５の各波長ごとの
透過率Ｉ（λ）は図１１（Ｄ）に示すように次式で求ま
る値にする必要がある。

【００５０】

【数２】

【００５１】このようにして決定されたＩ（λ）になる
ように空間光透過率変調器１２５を駆動すれば図１０
（Ｂ）に示すようにレジスト厚の範囲、即ちｔ_B1からｔ
_B2までと、ｔ_T1からｔ_T2までで干渉強度の変化が小さく
なり、検出パタ−ンの波形はレジストの塗布むらの影響
を受けず、対称になり、精度の高いパタ−ン位置検出が
実現する。

【００５２】本発明のパタ−ン検出法をパタ−ン位置検
出装置に実施した例を図１６を用いて説明する。本実施
例のパタ−ン位置検出装置はステッパのオフアクシスア
ライメント検出系、あるいはアライメント評価用の検出
系に適用される。ウエハ４の上にある検出マ−ク４１は
図１６（Ｂ）に示すような構造になっている。検出用の
対物レンズ５’には照明光１１００がビ−ムスプリッタ
５１、結像レンズ５１および対物レンズ５’を通して照
明される。反射光は照明の光路を逆に戻りビ−ムスプリ
ッタで反射されて検出光１２００となる。検出光は分光
手段１２１の上に検出パタ−ンの像を結ぶ。分光手段を
まっすぐ通過する光は遮光版１２６で遮光される。

【００５３】一方分光手段で回折された光は波長ごとに
回折角度が変わり集光レンズ１２３上では短い波長の光
はＤ_λ1に、長い波長の光はＤ_λnに集光する。集光レン
ズ１２３を透過した各波長の光は互いに平行になり、開
口数決定開口１１５１を通過する。これにより前述のと
おり波長に応じてＮＡが変わるようになる。開口数決定
開口１１５１通過した光はシリンドリカルレンズ１２
４’に入射する。この非回転対称結像系であるシリンド
BR>リカルレンズ１２４’はパタ−ン位置検出方向ｘに
対しては結像作用を持ち、それと直角の方向は結像作用
を持たない。従って、撮像装置１４”の撮像面１４０上
にはｙ方向は分光されたままの状態の分光一次元像、即
ち、ｘ方向はウエハ上のパタ−ンが拡大された結像状態
で像が形成され、この像が各色ごとに縦方向ｙに並んで
結像されている。

【００５４】即ち波長λ₁からλ_nまでの各波長の光によ
る像が撮像面上に１４０上Ｐ_λ1からＰ_λnの位置に形成
されている。従って、信号処理装置２１のテレビモニタ
−２１０上には各波長に応じてＰ_λ1’……、Ｐ_λi’…
…、Ｐ_λn’の位置に各波長の像が形成され、各波長で
の検出信号が得られている。

【００５５】このように各波長ごとに分離検出された信
号を用いて信号処理回路２１でパタ−ン検出する方法を
以下に示す。撮像装置１４”で検出された各波長の検出
波形のうちλ₁、λ_i、およびλ_nの各波長での検出波形
は例えば図１７（Ａ）に示すＩ_λ1(ｘ）、Ｉ_λi(ｘ）、
Ｉ_λn(ｘ）のようになっている。これらの検出波形のレ
ベルは光源の分光強度分布Ｉ_ill（λ_i）や、光学系の分
光透過率分布Ｉ_OS（λ_i）の影響を受けている。更にパ
タ−ン各部のレジスト膜厚や下地の構造、材質から前述
したように最適な分光照明強度Ｉ_i（λ_i）になるように
するには上記の各波長の検出波形Ｉ_λ1(ｘ）、Ｉ
_λi(ｘ）、Ｉ_λn(ｘ）に次に示す補正値α（λ_i）を掛
けたものを最適な検出波形とすればよい。

【００５６】

【数３】

【００５７】従って、最終的に得られる最適な検出波形
Ｉ（ｘ）は次式で求まる。

【００５８】

【数４】

【００５９】このようにして求まった検出波形は図１７
（Ｃ）に示すようになる。

【００６０】次に本発明の信号処理に関する他の実施例
を説明する。図１６の検出光学系は検出光に対し、色収
差補正された光学系を用いているが、通常の顕微鏡対物
レンズでは目視観察用に用いるため、対象物を目視観察
したときに色のにじみが出なければ十分仕様に耐える。
しかしアライメントの評価ではアライメントの精度を１
０ｎｍ程度の精度で評価する必要がある。そのため目視
では分からない程度の色収差でも評価精度に影響を与え
る。そこで図１６の光学系が組立られた状態で色収差が
どの程度残っているかを評価し、アライメントの精度評
価のときに、この残存色収差を補正し、色収差が０の状
態で検出評価することが重要になる。

【００６１】本実施例ではこれを実現している。即ち図
１６の光学系が組立られた状態で、照明光源、又は撮像
装置の撮像面の前に干渉フィルタ−等を入れ単波長で検
出したときの色収差をを評価しておく。例えば、Ｓｉウ
エハに決まった寸法の凹パタ−ンを形成しておき、これ
をいろいろな単波長、またはバンド幅の狭い光で検出
し、検出位置とパタ−ン幅或いはパタ−ン間隔を計測し
ておく。図１８（Ａ）はこのようにして色収差を評価し
た結果の例である。即ち横軸は波長、縦軸は横倍率を表
わしている。このように波長λ₁、λ_i、およびλ_n等の
波長で横倍率が異なっていると、図１６の実施例で検出
される各波長での検出信号は，図１８（Ｂ）に示すよう
にパタ−ン幅がＷ_λ1、Ｗ_λi、およびＷ_λnのように異
なってくる。

【００６２】しかしこれら各波長での波形は独立に得ら
れているから、上記方法で求められている横色倍率Ｍ
（λ₁）、Ｍ（λ_i）、Ｍ（λ_n）等を用いて倍率の補正
を行うことができる。図１８（Ｃ）はこの補正の結果を
表わしている。即ち補正された結果はどの波長において
もパタ−ンの幅もしくは間隔は等しく、検出位置も一致
させるようにすることが可能になる。

【００６３】このように倍率の補正を行った後、図１７
で説明した分光照明強度等の補正を行えば、図１８
（Ｄ）に示すように理想的なパタ−ン検出が実現する。
即ち本実施例では光学系では完全に取り除くことが不可
能な色収差を、分光検出することにより各波長での波形
を分離検出し、各波長の波形に対し、検出位置座標対応
の補正（色倍率補正、検出中心の色ごとのオフセット
（位置ずれ）、色ごとの像歪等に起因する色ごとの位置
ずれの補正）を行い、更に各検出信号毎にレベル補正を
行うことが可能になった。

【００６４】また図１６のパタ−ン検出装置は上記の補
正のほかに、例えば照明光の波長ごとに照明むらが発生
しているような場合でも、各波長ごとに検出波形が得ら
れるため、各波長ごとにこの照明むらを補正することが
容易にできる。

【００６５】更に図１６のパタ−ン検出装置の優れてい
る点を説明する。図１６（Ｂ）や図１０に示すように凹
パタ−ンの周辺とパタ−ン部（凹んだ部分）では図１０
（Ａ）に示すようにレジストの厚さが異なっている。周
辺部のレジスト厚に対し最適な照明の分光強度があり、
これはパタ−ン部のそれとは必ずしも一致しない。この
ような場合、本実施例では各波長ごとに検出波形が得ら
れているため、各波長のそれぞれの部分で異なる上記
（３）式のα（λ_i）を用いる。即ちα（λ_i）を座標ｘ
の関数として扱えば、レジストの場所による厚さの違い
に応じてα（λ_i）を最適な値にでき、歪みのない検出
波形を得ることができるようになり、最も高い精度で検
出することが可能となる。なおこのようにα（λ_i）を
座標ｘの関数α（λ_i，ｘ）にする場合、例えば図１０
（Ａ）に示すようにパタ−ンエッジ部ｘ_L、ｘ_Rにおいて
不連続になる。このような不連続部が生じると検出波形
に不連続部や歪みが発生するため、不連続部でスム−ズ
に連続化する処理を行う。

【００６６】図１６の実施例ではｘ方向のパタ−ンを検
出する光学系しか表示されていないが、ｘｙ２軸を検出
する場合には分光手段１２１と結像レンズ５１の間にビ
−ムスプリッタを挿入し、ｘ方向と同様の（ただしｙ方
向を検出する構成である）検出系を設ければよい。

【００６７】上記の図７で本発明のパタ−ン検出装置の
分光強度および指向性調整照明手段１２と分光透過率お
よび開口数調整検出手段１３を説明し、また図１６では
分光透過率および開口数調整検出手段１３を説明した
が、分光透過率および開口数調整検出手段で設定された
各波長に対する最適な分光指向性が存在する。即ち、上
記したようにどの検出波長に対しても同一の解像度を持
たせるため（１）式に示した解像度Ｌが検出する総ての
波長にたいしほぼ同一の値になるように、ＮＡを波長ご
とに変え、このＮＡ（λ）に対して決まる照明のパ−シ
ャルコヒ−レンスσ（被検物体が平坦な時に、検出の開
口数を決定する開口、即ち、１２５１の上での被検物体
の反射光の広がりとこの開口の幅の比）が波長によらず
ほぼ一定にする。このようにすれば、どの波長に対して
も、ＭＴＦ（Moduration TransferFunction）が同じに
なり、歪みの少ない波長合成波形が得られることにな
る。

【００６８】次に本発明で２次元的なパタ−ンをｘｙ分
離してそれぞれの方向を独立に検出するのではなく、２
次元的にｘｙ同時に検出する実施例を図２０を用いて示
す。

【００６９】図２０は２次元同時検出に用いる照明系の
実施例である。検出用光源１１’は水銀ランプ或いはキ
セノンランプ１１１から出射する光を楕円面鏡１１２で
ミラ−１１３を通過させ光ファイバ−１２１の入射端に
集光させる。光ファイバ−１２１はその途中で複数のフ
ァイバ−束に分岐している。複数の分岐ファイバ−の光
出射端１２１１、１２１２、１２１３、１２１４、１２
１５は図示するように光軸方向の位置がずれるようにし
ている。このファイバ−の光出射端の直後に波長選択フ
ィルタ−および指向性調整照明手段１２２１、１２２
２、１２２３、１２２４、１２２５が設置されている。

【００７０】即ち１２２１は波長が６４０ｎｍから７０
０ｎｍの光を通すとともにＮＤフィルタ等を重ねて用い
ることにより所望の光強度にする。波長選択フィルタ−
および指向性調整照明手段１２２１等は図２０（Ｂ）に
示すように遮光部１２２０の内側に実線で示した開口１
２２１Ａが開いている。

【００７１】同様に１２１２は５８０ｎｍから６４０ｎ
ｍの光を通す。以下１２１３は５２０ｎｍから５８０ｎ
ｍ、１２１４は４６０ｎｍから５２０ｎｍ、１２１５は
４００ｎｍから４６０ｎｍの光を通すとともにＮＤフィ
ルタ或いは電気信号で透過率を変化させることができる
液晶シャッタ等を重ねて用いることにより所望の光強度
にする。また例えば１２１５では図２０（Ｂ）の点線で
示した開口１２２５Ａが開いている。この各波長選択フ
ィルタ−および指向性調整照明手段を通過した光は波長
選択ビ−ムスプリッタ１２３に入射する。

【００７２】反射面１２３１は全反射であるが、例えば
１２３３面は５８０ｎｍ以下の波長の光を反射し、５８
０ｎｍ以上の波長の光を透過する。このような波長選択
ビ−ムスプリッタ１２３を通ってきた光を検出光学系の
照明光に用いる。例えばこの照明系１２’を図４の実施
例に用いる場合を例に採ると、開口１２２１Ａ〜１２２
５Ａがレンズ１０１’によりパタ−ン検出レンズ５’の
入射瞳に結像され、この像の径に比例した照明指向性を
持ったケ−ラ照明光を被検出パタ−ンに照射できる。

【００７３】このようにして各波長帯の光に分離し、各
波長帯の光を所望の強度比にし、かつ各波長帯の光を所
望の照明指向性にして被検物に照射することが可能にな
る。本実施例では照明の指向性が光軸に回転対称性を有
しているため、被検物のパタ−ンが一次元的であっても
二次元的であっても、関係無く、望ましい照明を実現す
ることが可能である。

【００７４】次に２次元同時検出に用いる検出光学系の
実施例を図２１に示す。

【００７５】図２０の実施例の分光強度および指向性調
整手段１２’を用いて照明されたウエハのパタ−ンから
の反射光は図４等で示されている検出用対物レンズを通
り、拡大結像される。この像を２次元撮像装置１４’で
検出する前に図２１に示した分光透過率および開口数調
整検出手段１３”を通す。この分光透過率および開口数
調整検出手段１３”を図４の実施例に適用する場合には
結像レンズ１０９のほぼ後側焦点位置に上記の各波長帯
の分光透過率および開口数調整検出手段１３３１、１３
３２、１３３３、１３３４、および１３３５が来るよう
に配置する。ここに至るまでに、ビ−ムスプリッタ１３
１により各波長を分離する。このビ−ムスプリッタは基
本的に上記図２０の１２３と同じである。

【００７６】上記の各波長帯の分光透過率および開口数
調整検出手段１３３１、１３３２、１３３３、１３３
４、および１３３５には図２１（Ｂ）に示すように遮光
部１３３０の中央部に開口１３３１Ａ（〜１３３５Ａ）
が開いており、この開口径で検出の開口数ＮＡが決ま
る。ここを透過した各光は再びビ−ムスプリッタ１３２
で合成され、二次元撮像装置１４’に像を結ぶ。なおビ
−ムスプリッタ１３２はビ−ムスプリッタ１３１や１２
３とは異なり、例えば１３２３面は５２０ｎｍ以下の波
長の光を透過し、５２０ｎｍ以上の波長の光を反射す
る。開口１３３１Ａ（〜１３３５Ａ）は各波長帯での解
像度がほぼ等しくなるように、例えば数式１に示される
解像度Ｌが各波長帯の中心でほぼ等しくなるように、そ
の径が決定されている。このようにすることにより各波
長でほぼ同一の解像度で、また被検出物の構造、材質に
応じて最適な分光照明特性でパタ−ンを検出することが
可能になる。

【００７７】図２２（Ａ）は本発明の実施例で、図２１
に示した実施例とは異なり各波長帯に分離し、被検出パ
タ−ンから反射した検出光を各波長帯に分離したまま別
々に二次元撮像装置で検出するものである。ビ−ムスプ
リッタ１３１で各波長帯に分離された光は開口数調整検
出手段１３３１’、１３３２’、１３３３’、１３３
４’、および１３３５’で各波長帯ごとに所望の検出開
口数ＮＡされた後結像レンズ１０９１、１０９２、１０
９３、１０９４、および１０９５により二次元撮像装置
１４１’、１４２’１４３’、１４４’、及び１４５’
上に結像される。各二次元撮像装置で得られた各波長帯
の検出信号は信号処理回路２’に入力される。

【００７８】図２２（Ｂ）に示す各撮像装置の撮像面上
の任意の点Ｐの座標（ｘ’，ｙ’）は検出光学系の持っ
ている色収差等の収差の影響を受け、検出光学系が無収
差の理想的な光学系の場合の結像点Ｐ₀（ｘ，ｙ）とは
異なっている。いまｉ番目の波長帯をλ_iで表し、波長
帯λ_iの結像系での上記点Ｐ（ｘ’，ｙ’）と点Ｐ
₀（ｘ，ｙ）の関係が数式５で表せるとする。

【００７９】

【数５】

【００８０】ここで（ｘ，ｙ）（ｘ’，ｙ’）は二次元
座標上の位置ベクトルであり、ｐ_λiは波長帯λ_iごとに
異なる座標変換の関数、即ち収差による歪を表す関数で
ある。関数ｐ_λi（ｘ’，ｙ’）は例えばウエハ上に規
則正しい碁盤目のパタ−ンを形成し、このパタ−ンを用
いて検出し、検出像の位置信号から求めることができ
る。

【００８１】図２３は二次元パタ−ンを検出する他の実
施例である。図２０で示した照明光源を用い（図示せ
ず）、ファイバ１２１’の出射端は図１０の実施例のよ
うに分岐せず、照明光を出射させる。出射光は図２３
（Ｂ）に示す指向性調整手段１２２’を通り、波長選択
手段１２５５を通過する。指向性調整手段１２２’は前
述した照明の指向性を各波長ごとに所望の値にする。こ
のため図２３（Ｂ）に示すように液晶等の透過率可変領
域１２２０’の内所望の領域１２２１Ａ’（波長がλ_i
の場合）の内側を所望の透過率にし、外側を透過率０に
する。

【００８２】波長選択手段１２５５には図２３（Ｄ）に
示すように透過波長帯が少しずつ異なっているバンドパ
スフィルタ１２５５１〜１２５５８が円盤上に円周方向
に配列されている。例えば４００ｎｍ〜７００ｎｍを８
等分した波長帯λ₁〜λ₈の光が円盤を回転することによ
り得られる。このようにして得られた照明光を上記の実
施例と同じようにウエハ等の被検物に照射し、得られた
反射光を上述の１２２’と同じ機能を持つ開口数調整検
出手段１３３’に導く。１３３’は検出光学系の瞳と共
役な位置にあり、光透過領域１３３０’中の１３３１
Ａ’内を透過状態、外を遮光状態にすることにより、所
望の検出開口数ＮＡを得ることができる。

【００８３】波長帯λ₁での検出が完了し検出情報Ｉ_λi
（ｘ’，ｙ’）を信号処理回路２”に記憶したならば、
波長選択手段１２５５の円盤を回転し、波長帯λ₂の検
出ができるようにし、指向性調整手段１２２’および開
口数調整検出手段１３３’を駆動し、この波長帯での決
められた条件に設定し、検出、記憶する。以上の動作を
順次波長帯λ₈まで行い、総べての波長帯での検出信号
の記憶が終了する。得られた信号を如何に用いるかの具
体的な実施例を次に説明する。

【００８４】図２０から図２３を用いて説明した方法に
より得られた例えば前述の図５に示す２次元パタ−ン４
１’の４１１と４１２のｘ方向およびｙ方向のずれΔｘ
およびΔｙを求める方法を図２４を用いて説明する。図
２４は検出信号の処理の流れを表すと共に、処理の内容
を表している。各ブロックは総べて個別に専用の電子回
路で実現することもできるが、処理時間が短い部分は共
通のマイコンで処理する。波長帯λ_iの検出で得られた
検出信号をＩ_λi（ｘ’，ｙ’）とする。パタ−ン４１
１と４１２は前述したように構造及び材質が異なってい
るため、検出の最適分光照度分布は異なる。

【００８５】実施例図２０、２２、２３では各波長帯で
独立に検出波形が得られるので、上記最適分光照度分布
に成るように、得られている信号にパタ−ン４１１と４
１２ごとに、及び検出波長帯λ_iごとに定数α_1λi、α
_2λiを掛けるとともに、前述の収差の補正を２２１およ
び２２１’で行う。得られた補正後の波形は図２４の２
２１および２２１’にそれぞれＩ_1λi’（ｘ，ｙ）およ
びＩ_2λi’（ｘ，ｙ）の式でで示されている。各波長で
得られた補正後の波形を２２２および２２２’で総べて
の波長にわたりパタ−ン４１１と４１２に対し、それぞ
れ位置座標ごとに強度波形を足し合わせ理想的なＩ
₁（ｘ，ｙ）およびＩ₂（ｘ，ｙ）を得る。

【００８６】この得られた波形を用いて例えば対称性パ
タ−ンマッチングのアルゴリズムを用いてパタ−ン４１
１および４１２のそれぞれのｘおよびｙ方向の中心位置
Ｃ_1x、Ｃ_1y、Ｃ_2xおよびＣ_2yを２２３および２２３’で
求める。図２４でｆ_xおよびｆ_yはパタ−ン中心を求める
演算関数（例えば対称性パタ−ンマッチングの演算関
数）を表す。このようにして得られたパタ−ン４１１と
４１２のｘ及びｙ方向の中心から、両パタ−ンのｘ、ｙ
方向の位置ずれΔｘ、Δｙは２２４で求められる。次に
このようにして得られる位置ずれ情報を如何に用いるか
についての実施例を示す。

【００８７】図２５は本発明の露光システムを示す実施
例図である。１は露光装置であり、例えば図１で示され
る縮小露光装置である。２はこの露光装置を制御する制
御回路である。１０は例えば図４で示したパタ−ン検出
装置或いはアライメント評価装置である。２’はこの装
置の制御回路である。９１、９２、９３はそれぞれレジ
スト塗布装置、現像装置、およびエッチング装置であ
る。８はこれらフォトリソグラフィシステムを制御する
制御回路である。図中点線で示した流れはウエハの流
れ、実線で示した流れは信号の流れである。

【００８８】レジスト塗布装置９１でレジストを塗布さ
れたウエハは露光装置１に搬入される。搬入されたウエ
ハには露光チップ毎に図２に示すようにアライメントパ
タ−ンが記録されているので、このアライメントパタ−
ン４１（４１’）を縮小レンズ５を通して検出系１０Ｘ
（１０Ｙ）で検出する。このようにして検出した位置情
報とウエハステ−ジのレ−ザ−測長機（図１に図示せ
ず）の位置情報ならびにレチクル３の位置情報を基にウ
エハステ−ジ７を駆動し、アライメントを行った後露光
を行う。

【００８９】このような露光をウエハ全面にわたりステ
ップアンドリピ−トで行い、ウエハ全面にレチクル３に
描画された回路パタ−ンを露光する。図１及び検出系１
０Ｘの実施例に付いて既に説明したように、本発明のパ
タ−ン検出方法を搭載している露光装置では、正しいア
ライメントパタ−ン検出が行われ、正確な重ね露光が実
現されている。露光されたウエハは現像装置９２に送ら
れ、現像される。現像されたウエハには予め重ね露光の
評価をするためにウエハ上に例えば図５の４１１のパタ
−ンが露光前に記録されている。このパタ−ン４１１に
新たなレジストパタ−ン４１２が露光されているため、
これら４１１と４１２のパタ−ンの相対的な位置を１０
のアライメント評価装置を用いて前述の実施例で説明し
たように検出することにより、重ね露光の精度が評価さ
れる。評価結果は制御回路２’から出力され、この出力
２３は制御回路８に送られる。

【００９０】制御回路８はレジスト塗布機９１及び露光
装置１につながっており、重ね露光の評価結果が目標の
精度に入っていなければ、その原因を分析する。その原
因がレジスト塗布機にある場合にはレジスト塗布条件、
例えばスピンコ−トの回転速度、回転の加減速条件、塗
布機のレジスト溶媒蒸気圧或いは温度等の条件を最適に
なるように制御する。また重ね評価結果の悪い原因が露
光装置にあるならば、露光装置内のどこに原因があるか
を判断する。

【００９１】もともと露光装置内に異常チェック機能
や、アライメント検出結果や露光時の位置情報等が記録
され、装置の状態が常時モニタ−、記録されている。こ
れらの情報を制御回路８に送り、この情報とアライメン
ト評価装置１０から送られてきた情報を用いて、露光装
置１のアライメント検出系に原因があるか否かを判断す
る。この判断は学習機能のある制御回路８で大方の判断
が可能である。本実施例のように露光装置のアライメン
ト検出系の中に前述したような照明手段及び検出手段を
具備していれば、かなりの精度の重ね露光が実現されて
いるはずであるが、さらに高い精度の重ね露光が要求さ
れていたり、露光装置に前述したような照明手段及び検
出手段を具備していない場合には、アライメント評価結
果を基に露光装置にフィ−ドバックし、以降の露光では
高いアライメント精度が得られるようにする必要があ
る。このフィ−ドバックの方法としては２つの方法が有
効である。

【００９２】第一の方法はアライメント評価の結果得ら
れたｘ、ｙ及びθ（θは露光チップのｒ離れた２か所に
ある２個のｘ方向検出パタ−ンの位置ｘ₁、ｘ₂を検出し
次式でもとまる、θ＝（ｘ₁−ｘ₂）／ｒ）方向の重ね誤
差の値Δｘ、Δｙ、Δθを次回の露光時にオフセット値
として与え、ソフト的に補正を掛ける。即ち、このウエ
ハを露光したときのオフセット値が例えばΔｘ₀、Δ
ｙ₀、Δθ₀であったとすると、このフィ−ドバックを掛
けて次回に露光するときのオフセット値Δｘ₁、Δｙ₁、
Δθ₁をΔｘ₁＝Δｘ₀−Δｘ、Δｙ₁＝Δｙ₀−Δｙ、Δ
θ₁＝Δθ₀−Δθにして露光する。このようにすること
によりフィ−ドバック後の重ね合わせ精度は大幅に向上
する。

【００９３】第二の方法は露光装置のアライメント検出
系の前述の照明系の分光照度分布及び照明の指向性、並
びに検出光学系の各波長ごとの検出の開口数等の条件を
さらに最適になるように変える。以上のいずれかの方法
を用いてアライメント評価結果を露光装置、或いはレジ
スト塗布装置にフィ−ドバックすることにより、重ね合
わせ露光精度は大幅に向上する。

【００９４】次に本発明の露光システムの実施例を図２
６を用いて説明する。本図と図２５が同一番号は同一物
を表している。図中の点線の矢印はウエハの流れを表し
ているが、ほぼ総べてのケ−スに付いて併記しているた
め、後の説明を判り易くするため各流れにＦで始まる番
号を付けている。実線の矢印は信号情報の流れを表して
いる。以下にこの図を用いて複数の実施例（Ａ）〜
（Ｅ）について説明する。

【００９５】（実施例Ａ） ウエハの流れ：Ｆ11→Ｆ12→Ｆ21→Ｆ22→Ｆ３→Ｆ４→
Ｆ５ 前の露光、現像エッチング工程で形成されたウエハアラ
イメントパタ−ン（レジスト未塗布）をアライメント評
価装置１０で評価し、ウエハパタ−ンの対称性等を評価
する。通常は対称性が良いので、この場合は以降のレジ
ストが塗布された状態で再びアライメント評価装置１０
で評価する。このアライメントパタ−ンを検出した結果
が非対称であれば、レジストの塗布が非対称に成されて
いると判断できる。

【００９６】即ち、この場合は、前述したようにレジス
ト塗布の非対称に対して検出波形が対称になるように、
前述の露光装置１のアライメント検出系の分光照度およ
び指向性調整照明手段１２及び分光透過率および開口数
調整検出手段１３を用いて、最適な条件で検出する様に
露光装置１にフィ−ドフォワ−ドする。このようにすれ
ば露光装置１で露光に先だって行われるアライメント検
出はレジスト塗布むらの影響を受けること無く、正確な
重ね合わせ露光が実現される。

【００９７】この場合には露光現像後に再びアライメン
ト評価装置を用いて、アライメント結果を評価する必要
はない。しかし確認の意味でＦ４の代わりにアライメン
ト結果の評価Ｆ４１→Ｆ４２を行っても良い。前述のＦ
１１の後でアライメント評価装置１０で評価した結果ウ
エハパタ−ンの対称性が悪い場合はその結果を制御装置
８に送り、エッチング装置にフィ−ドバックする（図示
せず）か、この非対称性を評価しアライメントのオフセ
ット値を決定し露光装置１にフィ−ドフォワ−ドする。

【００９８】（実施例Ａ’） ウエハの流れ：Ｆ11→Ｆ12→Ｆ21→Ｆ22→Ｆ３→Ｆ４→
Ｆ５ ウエハの流れは実施例Ａと同一である。

【００９９】本実施例では露光装置１のアライメント検
出系には上記の本発明の手段が施されておらず、例えば
水銀ランプやレ−ザ光でえられる単色光を照明光源とし
て検出しているとする。このような場合でも本実施例を
用いれば、高いアライメント精度で露光することが可能
である。

【０１００】以下にこれを実現する方法を示す。

【０１０１】先ず、アライメント評価装置１０検出系の
条件を露光装置のアライメント検出系と同一の条件とな
る様にする。これはアライメント評価装置１０には分光
照度、照明の指向性、検出の開口数がすべてコントロ−
ルできるようになっているため、露光装置のアライメン
ト検出系と同一条件にすることは容易に実現できる。こ
のような状態（露光装置のアライメント検出系と同一条
件）でウエハのアライメントパタ−ンの位置検出を行
う。

【０１０２】この結果を例えば（ｘ₁，ｙ₁）次にウエハ
の位置は固定にしたまま、前述の検出の最適条件に成る
様にアライメント評価装置の光学系を変え、ウエハのア
ライメントパタ−ンの位置検出を行う。この結果を（ｘ
₀，ｙ₀）とする。

【０１０３】これら検出結果を用いてオフセット値Δｘ
＝ｘ₀−ｘ₁，Δｙ＝ｙ₀−ｙ₁を求め、この値を次に行う
露光の際のアライメント検出結果に加えることにより、
高い精度で重ね露光を行うことができる。露光後のフロ
−は実施例Ａと同一である。

【０１０４】（実施例Ｂ） ウエハの流れ：Ｆ１→Ｆ21→Ｆ12→Ｆ21→Ｆ22→Ｆ３→
Ｆ４→Ｆ５ ウエハ上に形成されているパタ−ンの対称性が安定に保
たれている場合には、レジストを塗布する前にアライメ
ントパタ−ンを評価する必要がない。この場合はレジス
ト塗布後の評価をアライメント評価装置で行い、前述し
たように露光装置のアライメント検出系の照明、検出条
件を最適化する。以降のフロ−は実施例Ａと同じであ
る。

【０１０５】（実施例Ｂ’） ウエハの流れ：Ｆ１→Ｆ21→Ｆ12→Ｆ21→Ｆ22→Ｆ３→
Ｆ４→Ｆ５ ウエハの流れは実施例Ｂと同一である。

【０１０６】本実施例では実施例Ａ’同様に、露光装置
１のアライメント検出系には上記の本発明の手段が施さ
れておらず、例えば水銀ランプやレ−ザ光でえられる単
色光を照明光源として検出している。実施例Ａ’同様に
アライメント評価装置１０で露光装置のアライメント検
出系と同一の検出条件で検出した結果と、最適条件で検
出した結果から露光装置のアライメント検出のオフセッ
トを求め重ね露光を行う。

【０１０７】（実施例Ｃ） ウエハの流れ：Ｆ１→Ｆ２→Ｆ３→Ｆ41→Ｆ32→Ｆ４→
Ｆ５ 本実施例は図２５と同一であるので、説明を省略する。

【０１０８】（実施例Ｄ） ウエハの流れ：Ｆ１→Ｆ２→Ｆ３→Ｆ41→Ｆ42→Ｆ51→
Ｆ52 露光後に現像し、図５に示すように露光前に形成されて
いたパタ−ン４１１と露光により形成されたレジストパ
タ−ン４１２の合わせ精度をアライメント評価装置１０
で評価する。評価後エッチングを行い、４１２のレジス
トマスクで形成されたエッチングパタ−ンと４１１のパ
タ−ンの合わせ精度を評価する。これら２回の評価結果
が一致していれば、問題にならないが、一致していなけ
ればこの不一致量を次のウエハの露光時にアライメント
のオフセット値として加えることにより、エッチングに
伴い発生したアライメントオフセットを補正することが
可能になり、次のウエハのパタ−ンの重ね合わせ露光を
高精度に実現する。

【０１０９】（実施例Ｅ） ウエハの流れ：Ｆ１→Ｆ２→Ｆ31→Ｆ32→Ｆ41→Ｆ42→
Ｆ５ 露光後で現像する前のウエハをアライメント評価装置で
評価する。この評価は露光後にレジストパタ−ンに形成
されている潜像と既に形成されている下地のパタ−ンの
合わせ精度を評価することになる。この評価で得られた
ずれ量はこのウエハを現像する前に得られるので、この
結果を即座に次のウエハの露光時のアライメントオフセ
ット値として活かすことができるため、スル−プットを
落すこと無く、重ね合わせ露光を高精度に実現する。

【０１１０】

【発明の効果】本発明により、半導体回路の露光におけ
るアライメントがウエハ上に塗布されたレジストの塗布
むらや、下地パタ−ンの膜構造に依存せず高精度に行え
るようになり、実装密度の高い回路を高い歩留で生産す
ることが可能になった。また半導体回路の生産において
実施される、形成パタ−ンの寸法、間隔等の計測が高精
度に実行できるようになり、生産歩留の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のパタ−ン検出方法および装置及びそれ
を用いた投影露光装置を示すブロック図。

【図２】被検物体であるウエハ上の回路及び検出パタ−
ンの平面図。

【図３】検出パタ−ンの構造を示す斜視図。

【図４】本発明のパタ−ン検出方法および装置のブロッ
ク図。

【図５】被検物体のパタ−ンの平面図。

【図６】被検物体のパタ−ンの断面図。

【図７】本発明の分光強度および指向性調整照明手段お
よび分光透過率および開口数調整検出手段を示す断面
図。

【図８】本発明の第１の空間光透過率変調器の平面図及
びその透過率を示すグラフ。

【図９】本発明の第２の空間光透過率変調器の平面図及
びその透過率を示すグラフ。

【図１０】（Ａ）スピンコ−タで塗布されたレジストの
膜厚 （Ｂ）レジスト厚に対する多重干渉強度 （Ｃ）所望の分光照明強度の例

【図１１】（Ａ）所望の分光照明強度の例 （Ｂ）光源の分光強度 （Ｃ）光学系の分光透過率 （Ｄ）分光強度および指向性調整照明手段（または分光
透過率および開口数調整検出手段）の空間光透過率変調
器の透過率

【図１２】本発明における分光透過率を決定する過程を
示すブロック図。

【図１３】レジスト塗むらがある場合の断面構造と従来
の単波長光で検出したときの検出波形を示す図。

【図１４】下地の材質の分光反射率に波長依存性が強い
場合の従来の白色光検出で検出したときの検出波形を示
す図。

【図１５】本発明の作用を示す図。

【図１６】本発明のパタ−ン検出方法および装置を示す
ブロック図。

【図１７】検出波形を示す図。

【図１８】本発明における色収差補正を示す図。

【図１９】本発明による短冊上のＮＤフィルタにより構
成した空間光透過率変調器を示す平面図及びその透過率
を示すグラフ。

【図２０】二次元パタ−ンを検出する場合の本発明の照
明系を示すブロック図。

【図２１】二次元パタ−ンを検出する場合の本発明の検
出系を示すブロック図。

【図２２】二次元パタ−ンを検出する場合の本発明の検
出系を示すブロック図。

【図２３】二次元パタ−ンの検出系を示すブロック図。

【図２４】二次元パタ−ンを検出する場合の本発明の処
理フロ−を示す図。

【図２５】本発明の露光システムを示すブロック図。

【図２６】本発明の露光システムを示すブロック図。

【符号の説明】

１…露光装置、２…信号処理回路、４…ウエハ、５…縮
小投影レンズ、５’…対物レンズ、８…制御装置、１０
…パタ−ン検出装置、１１…光源、１４…パタ−ン検出
手段、２２…信号入力端末、４１…検出パタ−ン、９１
…レジスト塗布装置、９２…現像装置、９３…エッチン
グ装置、１２１…分光手段、１２４’…シリンドリカル
レンズ、１１５１…空間光透過率変調器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 実 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 芝田 行広 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (56)参考文献 特開 平５−144704（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−175096（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−86518（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−225815（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/20 521

Claims (33)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】波長幅の広い光源もしくは実効的に複数の
   単波長を含む光源から出射した光を、層構造を有する被
   検物体に照明し、該被検物体で反射した光を用いて該被
   検物体に形成されて表面が光学的に透明な膜で覆われた
   パタ−ンを検出する方法であって、上記光源から出射し
   た光を、該光の波長に応じて強度を異ならしめ、該波長
   に応じて強度の異なる光を上記被検物体に照射すること
   を特徴とするパタ−ン検出方法。
2. 【請求項２】上記光源から出射する光を分光手段により
   波長ごとに光の進行方向が変化するようにした後、分光
   された光路中に各波長の光の通過する場所ごとに光の透
   過率を異ならしめる空間光透過率変調器を用いて上記分
   光照明強度特性（波長強度分布特性）を実効的に変化せ
   しめることを特徴とする請求項１記載のパタ−ン検出方
   法。
3. 【請求項３】波長幅の広い光源もしくは実効的に複数の
   単波長を含む光源から出射した光を、層構造を有する被
   検物体に照明し、該被検物体で反射した光を用いて該被
   検物体に形成されて表面が光学的に透明な膜で覆われた
   パタ−ンを検出する方法であって、上記被検物体で反射
   した光を、該反射した光の波長に応じて強度を異ならし
   め、該波長に応じて強度の異なる光を用いて該被検物体
   表面のパタ−ンを検出することを特徴とするパタ−ン検
   出方法。
4. 【請求項４】 上記反射した光の波長に応じて強度を異な
   らしめることを、上記 被検物体で反射した光の光路中に
   その反射光の波長ごとに透過率を変化せしめる分光透過
   率可変フィルタを挿入し、上記光源から出射する光の分
   光照明強度特性（波長強度分布特性）を実効的に変化せ
   しめたことを特徴とする請求項３記載のパタ−ン検出方
   法。
5. 【請求項５】 上記反射した光の波長に応じて強度を異な
   らしめることを、上記 反射光の各波長ごとに上記パタ−
   ン検出の開口数（ＮＡ）を異ならしめることを特徴とす
   る請求項３記載のパタ−ン検出方法。
6. 【請求項６】 上記各波長ごとのパタ−ン検出の開口数に
   対し一定の比率を持つ照明のパ−シャルコヒ−レンスに
   なるように照明光の各波長ごとに指向性を持たせること
   を特徴とする請求項５記載のパタ−ン検出方法。
7. 【請求項７】 上記被検物体の層構造および材質の情報を
   用いて検出光の各波長における層構造に起因する多重干
   渉強度を計算し、パタ−ンの構造を反映する検出信号波
   形が得られる様に上記光源から出射する光の分光照明強
   度特性（波長強度分布特性）を被検物体の層構造および
   材質の情報に応じて実効的に変化せしめることを特徴と
   する請求項１記載のパタ−ン検出方法。
8. 【請求項８】 波長幅の広い光源もしくは実効的に複数の
   単波長を含む光源から出射した光を、被検物体に照明
   し、該被検物体で反射した光を用いて該被検物体に形成
   されて表面が光学的に透明な膜で覆われたパタ−ンを検
   出するパタ−ン検出方法において、上記光源から出射し
   上記被検物体で反射した光を格子等の分光手段上にほぼ
   結像させ、当該分光手段により分光されたパタ−ンの分
   光方向と直交するパタ−ン検出方向については上記分光
   手段上のパタ−ンを結像し、分光方向については分光し
   た該被検物体の非結像の状態で分光一次元像として検出
   することを特徴とするパタ−ン検出方法。
9. 【請求項９】 上記分光一次元像の各分光波長に対応する
   パタ−ン検出方向の各信号に対し、検出光学系による色
   収差を補正した後、色収差補正された各信号を合成し、
   当該合成信号によりパタ−ン検出することを特徴とする
   請求項８記載のパタ−ン検出方法。
10. 【請求項１０】 上記分光一次元像の各分光波長に対応す
    るパタ−ン検出方向の各信号に対し、各波長の信号全体
    に各波長ごとに異なる定数を掛けた後、各波長の信号を
    合成し、当該合成波長によりパタ−ン検出することを特
    徴とする請求項８記載のパタ−ン検出方法。
11. 【請求項１１】 上記分光一次元像の各分光波長に対応す
    るパタ−ン検出方向の各信号に対し、各波長の信号の場
    所により異なる定数を各波長ごとに掛けた後、各波長の
    信号を合成し、当該合成波長によりパタ−ン検出するこ
    とを特徴とする請求項８記載のパタ−ン検出方法。
12. 【請求項１２】 波長幅の広い光もしくは実効的に複数の
    単波長を含む光を出射する光源と、該光源から出射した
    光を、層構造を有する被検物体に照射する照明手段と、
    該被検物体で反射した光を用いて該被検物体に形成され
    て表面が光学的に透明な膜で覆われたパタ−ンを検出す
    るパタ−ン検出手段とを備えたパタ−ン検出装置であっ
    て、上記光源から出射した光を該光の波長に応じて強度
    を異ならしめる手段を更に備えたことを特徴とするパタ
    −ン検出装置。
13. 【請求項１３】 上記光の波長に応じて強度を異ならしめ
    る手段は 、上記光源から出射した光を波長ごとに光の進
    行方向を変化させる分光器と、該分光器で分光された光
    の光路中に配置されて分光された各波長の光の通過する
    場所ごとに光の透過率を異ならしめる空間光透過率変調
    器とを有することを特徴とする請求項１２記載のパタ−
    ン検出装置。
14. 【請求項１４】波長幅の広い光もしくは実効的に複数の
    単波長を含む光を出射する光源と、該光源から出射した
    光を層構造を有する被検物体に照明する照明手段と、該
    照明手段により照明されて上記被検物体で反射した光を
    受光して該被検物体に形成されて表面が光学的に透明な
    膜で覆われたパタ−ンを検出するパターン検出手段とを
    備えたパターン検出装置であって、上記照明手段により
    照明されて上記被検物体で反射した光を、該反射した光
    の波長に応じて強度を異ならしめる手段を更に備えたこ
    とを特徴とするパタ−ン検出装置。
15. 【請求項１５】 上記反射した光の波長に応じて強度を異
    ならしめる手段は、上記被検物体で反射した光の 光路中
    に挿入されて該反射光の波長ごとに透過率を変化せしめ
    る分光透過率可変フィルタであることを特徴とする請求
    項１４記載のパタ−ン検出装置。
16. 【請求項１６】 上記パターン検出手段は結像光学系を有
    し、該 結像光学系は、被検物体で反射した反射光の各波
    長ごとに当該結像光学系の開口数（ＮＡ）を異ならしめ
    る手段を具備したことを特徴とする請求項１２または１
    ４に記載のパタ−ン検出装置。
17. 【請求項１７】 上記各波長ごとのパタ−ン検出の開口数
    に対し一定の比率を持つ照明のパ−シャルコヒ−レンス
    になるように照明光の各波長ごとに指向性を持たせる手
    段を具備したことを特徴とする請求項１２または１４に
    記載のパタ−ン検出装置。
18. 【請求項１８】 上記被検物体の層構造および材質の情報
    を入力する手段と、当該層構造および材質の情報用いて
    検出光の各波長における層構造に起因する多重干渉強度
    を計算する手段と、パタ−ンの構造を反映する検出信号
    波形を得る上記光源から出射する光の分光照明強度特性
    （波長強度分布特性）を計算する手段とを更に備えたこ
    とを特徴とする請求項１２または１４に記載のパタ−ン
    検出装置。
19. 【請求項１９】 波長幅の広い光もしくは実効的に複数の
    単波長を含む光を出射する光源と、該光源から出射した
    光を、被検物体に照射する照明手段と、該被検物体で反
    射した光を用いて該被検物体に形成されて表面が光学的
    に透明な膜で覆われたパタ−ンを検出するパタ−ン検出
    手段とを備えたパタ−ン検出装置であって、該被検物体
    で反射した光を結像する光学系と、該結像光学系の該被
    検物体の像近傍の位置に配置された格子等の分光手段
    と、該分光手段により分光されたパタ−ンの分光方向と
    直交するパタ−ン検出方向については上記分光手段上の
    パタ−ンを結像させ、分光方向については分光した非結
    像の状態ならしめる非回転対象結像系と、該非回転対象
    結像系により得られた分光一次元像を検出する二次元撮
    像装置と、当該二次元撮像装置により得られた像を処理
    する処理回路系とを更に有することを 特徴とするパタ−
    ン検出装置。
20. 【請求項２０】 上記処理回路は、上記二次元像の各分光
    波長に対応するパタ−ン検出方向の各信号に対し、検出
    光学系による色収差を補正した後、色収差補正された各
    信号を合成し、該合成信号によりパタ−ン検出すること
    を特徴とする請求項１９記載のパタ−ン検出装置。
21. 【請求項２１】 上記処理回路は、上記分光一次元像の各
    分光波長に対応するパタ−ン検出方向の各信号に対し、
    各波長の信号全体に各波長ごとに異なる定数を掛けた
    後、各波長の信号を合成し、当該合成波長によりパタ−
    ン検出することを特徴とする請求項１９記載のパタ−ン
    検出方法。
22. 【請求項２２】 上記処理回路は、上記分光一次元像の各
    分光波長に対応するパタ−ン検出方向の各信号に対し、
    各波長の信号の場所により異なる定数を各波長ごとに掛
    けた後、各波長の信号を合成し、当該合成波長によりパ
    タ−ン検出することを特徴とする請求項１９記載のパタ
    −ン検出装置。
23. 【請求項２３】 原画マスクに描画されたパタ−ンを照明
    する露光照明系と、該露光照明系で照明され上記原画マ
    スクを透過した光を被露光物体に投影露光する投影光学
    系と、被露光物体を搭載して移動可能なステ−ジと、被
    露光物体上に既に加工されたパタ−ンの位置を検出する
    パタ−ン検出手段とを備え、原画マスクの像を被露光物
    体上に投影露光する投影露光装置であって、上記パタ−
    ン検出手段は、波長幅の広い光もしくは実効的に複数の
    単波長を含む光を出射する光源と、該光源から出射した
    光を該光の波長に応じて強度を異ならしめる強度変換部
    と、強度変換部で光の波長に応じて強度を異ならしめた
    光を層構造を有する被検物体に照射する照明部と、該被
    検物体で反射した光を用いて該被検物体に形成されて表
    面が光学的に透明な膜で覆われたパタ−ンを検出するパ
    タ−ン検出部とを備えたことを特徴とする投影露光装
    置。
24. 【請求項２４】上記強度変換部は、上記光源から出射し
    た光を波長ごとに光の進行方向を変化させる分光器と、
    該分光器で分光された光の光路中に配置されて分光され
    た各波長の光の通過する場所ごとに光の透過率を異なら
    しめる空間光透過率変調器とを有することを特徴とする
    請求項２３記載の投影露光装置。
25. 【請求項２５】原画マスクに描画されたパタ−ンを照明
    する露光照明系と、該露光照明系で照明され上記原画マ
    スクを透過した光を被露光物体に投影露光する投影光学
    系と、被露光物体を搭載して移動可能なステ−ジと、被
    露光物体上に既に加工されたパタ−ンの位置を検出する
    パタ−ン検出手段とを備え、原画マスクの像を被露光物
    体上に投影露光する投影露光装置であって、上記パタ−
    ン検出手段は、波長幅の広い光もしくは実効的に複数の
    単波長を含む光を出射する光源と、該光源から出射した
    光を層構造を有する被検物体に照明する照明部と、該照
    明部により照明されて上記被検物体で反射した光を該反
    射光の波長に応じて強度を異ならしめる強度変換部と、
    該強度変換部で波長に応じて強度を異ならしめられた反
    射光を受光して上記被検物体に形成されて表面が光学的
    に透明な膜で覆われたパタ−ンを検出するパターン検出
    部とを備えたことを特徴とする投影露光装置。
26. 【請求項２６】 上記強度変換部は、上記被検物体で反射
    した光の 光路中に挿入されて該反射光の波長ごとに透過
    率を変化せしめる分光透過率可変フィルタであることを
    特徴とする請求項２５記載の投影露光装置。
27. 【請求項２７】 上記パターン検出部は結像光学系を有
    し、該 結像光学系は、被検物体で反射した反射光の各波
    長ごとに上記結像光学系の開口数（ＮＡ）を異ならしめ
    る開口数調整部を具備したことを特徴とする請求項２３
    または２５に記載の投影露光装置。
28. 【請求項２８】 上記パタ−ン検出手段は、 上記各波長ご
    とのパタ−ン検出の開口数に対し一定の比率を持つ照明
    のパ−シャルコヒ−レンスになるように照明光の各波長
    ごとに指向性を持たせる指向性付与部を具備したことを
    特徴とする請求項２３または２ ５に記載の投影露光装
    置。
29. 【請求項２９】 上記パタ−ン検出手段は、 上記被検物体
    の層構造および材質の情報を入力する入力部と、上記層
    構造および材質の情報を用いて検出光の各波長における
    層構造に起因する多重干渉強度を計算する第１の計算部
    と、パタ−ンの構造を反映する検出信号波形を得る上記
    光源から出射する光の分光照明強度特性（波長強度分布
    特性）を計算する第２の計算部とを更に備えたことを特
    徴とする請求項２３または２５に記載の投影露光装置。
30. 【請求項３０】 上記 被露光物体上に既に加工されたアラ
    イメントパタ−ンの位置を検出するパタ−ン検出手段
    は、上記光源から出射した光が、上記投影光学系を透過
    し、層構造を有する被検物体に照射する如く構成し、ア
    ライメントパタ−ンで反射して上記投影光学系を透過し
    た光を用いて該被検物体表面のアライメントパタ−ンを
    検出することを特徴とする請求項２３または２５に記載
    の投影露光装置。
31. 【請求項３１】 上記パタ−ン検出手段は、上記波長幅の
    広い光もしくは実効的に複数の単波長を含む光を出射す
    る光源から出射し、上記アライメントパタ−ンで反射し
    た光が上記投影光学系を透過する際に発生する色収差を
    補正する色収差補正部を具備していることを特徴とする
    請求項２３または２５に記載の投影露光装置。
32. 【請求項３２】 上記パタ−ン検出手段を２組備え、各パ
    タ−ン検出手段はそれぞれ上記被検物体表面上の互いに
    直交する２つのアライメントパタ−ンを検出するごとく
    構成され、各パタ−ン検出手段は上記投影光学系の光軸
    を通る放射状の一次元アライメントパタ−ンを検出し、
    該検出した一次元アライメントパタ−ンの像を色収差補
    正部で色補正するごとく構成されていることを特徴とす
    る請求項２３または２５に記載の投影露光装置。
33. 【請求項３３】 上記一次元アライメントパタ−ンからの
    反射光のうち実効的に検出される光の主光線は該パタ−
    ンの方向と上記被検物体の法線を含む面内にあり、各波
    長ごとに反射角を異ならしめたことを特徴とする請求項
    ２３または２５に記載の投影露光装置。