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JPH08213306A - Position detecting device and projection exposure apparatus including the device - Google Patents

Position detecting device and projection exposure apparatus including the device

Info

Publication number
JPH08213306A
JPH08213306A JP7020325A JP2032595A JPH08213306A JP H08213306 A JPH08213306 A JP H08213306A JP 7020325 A JP7020325 A JP 7020325A JP 2032595 A JP2032595 A JP 2032595A JP H08213306 A JPH08213306 A JP H08213306A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
image
pattern
optical system
inspected
wafer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP7020325A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masahiro Nakagawa
正弘 中川
Ayako Sugaya
綾子 菅谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP7020325A priority Critical patent/JPH08213306A/en
Priority to US08/570,924 priority patent/US5783833A/en
Publication of JPH08213306A publication Critical patent/JPH08213306A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アライメント装置の焦点位置検出系として組
み込んだ場合に、簡単な構成で焦点ずれ(デフォーカ
ス)に対する検出感度を向上できる位置検出装置を提供
する。 【構成】 AF用位相パターン板17のパターン17a
の像を平行平面板19、ダイクロイックミラー5、及び
照明リレーレンズ6等を介してウエハ44上に投影し、
ウエハ44上のパターンの像を第1対物レンズ8、第2
対物レンズ9、ダイクロイックミラー10及び平行平面
板20等を介して撮像素子21上に再形成する。平行平
面板19(20)及びダイクロイックミラー5(10)
よりなるコマ収差付与光学系でコマ収差を発生させて、
撮像素子21上の像の非対称性を検出し、その非対称性
よりウエハ44のデフォーカス量を求める。
(57) [Summary] [Object] To provide a position detecting device capable of improving detection sensitivity to defocusing with a simple configuration when incorporated as a focus position detecting system of an alignment device. [Structure] Pattern 17a of AF phase pattern plate 17
An image of the above is projected on the wafer 44 through the plane-parallel plate 19, the dichroic mirror 5, the illumination relay lens 6, and the like,
The image of the pattern on the wafer 44 is transferred to the first objective lens 8 and the second objective lens 8.
It is re-formed on the image sensor 21 via the objective lens 9, the dichroic mirror 10, the plane parallel plate 20, and the like. Parallel plane plate 19 (20) and dichroic mirror 5 (10)
Coma aberration is generated by the coma aberration imparting optical system consisting of
The asymmetry of the image on the image pickup device 21 is detected, and the defocus amount of the wafer 44 is obtained from the asymmetry.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、被検面の高さ(法線方
向の位置)を検出するための位置検出装置、及びこのよ
うな位置検出装置を備えた投影露光装置に関し、特に、
例えば半導体ウエハ等の被検基板上の周期的な位置合わ
せ用マークの位置を検出するためのオートフォーカス方
式のアライメント装置の焦点位置検出系、及びそのよう
な焦点位置検出系を備えた投影露光装置に適用して好適
なものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a position detecting device for detecting the height (position in the normal direction) of a surface to be inspected, and a projection exposure apparatus equipped with such a position detecting device.
For example, a focus position detection system of an autofocus type alignment apparatus for detecting the position of a periodic alignment mark on a substrate to be inspected such as a semiconductor wafer, and a projection exposure apparatus equipped with such a focus position detection system. It is suitable to be applied to.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子、又は液晶表示素子等を製造
する際に、マスクとしてのレチクルのパターンを感光材
料が塗布されたウエハ(又はガラスプレート等)上の各
ショット領域に焼き付けるためにステッパー等の露光装
置が使用されている。斯かる露光装置では、ウエハ上に
多数層の回路パターンを形成する際の各層間の重ね合わ
せ精度を所定の許容範囲内に維持するために、ウエハ上
の各ショット領域に付設されている位置合わせ用のマー
ク(ウエハマーク)の位置を検出し、この検出結果に基
づいて対応するショット領域を正確に露光位置に合わせ
込むためのアライメント装置が備えられている。
2. Description of the Related Art When manufacturing a semiconductor device, a liquid crystal display device, or the like, a stepper or the like is used to print a pattern of a reticle as a mask on each shot area on a wafer (or glass plate, etc.) coated with a photosensitive material. Exposure apparatus is used. In such an exposure apparatus, in order to maintain the overlay accuracy between layers when forming a multi-layer circuit pattern on a wafer within a predetermined allowable range, alignment positions attached to each shot area on the wafer are aligned. An alignment device is provided for detecting the position of the mark (wafer mark) for use and accurately aligning the corresponding shot area with the exposure position based on the detection result.

【0003】ところが、ウエハの表面には、製造時の反
り、又は各種のプロセスを経ること等による凹凸がある
ため、従来よりアライメント装置には、検出対象とする
ウエハマークの高さが検出用の対物レンズの合焦点と合
致したかどうかを検出する焦点位置検出系が備えられ、
この検出結果に基づいてオートフォーカス方式でウエハ
マークの合焦を行っている。
However, since the surface of the wafer has unevenness due to warpage during manufacturing or through various processes, the alignment apparatus has conventionally been used to detect the height of a wafer mark to be detected. A focus position detection system is provided to detect whether or not it matches the in-focus point of the objective lens,
The wafer mark is focused by the autofocus method based on the detection result.

【0004】先ず、従来のアライメント装置としては、
特開平4−65603号公報、特開平4−273246
号公報等で開示されているように、ハロゲンランプ等か
らの波長帯域幅の広い光で照明されたウエハマークの拡
大像を結像光学系(アライメント顕微鏡)を介して撮像
素子の検出面上に形成し、得られた撮像信号を画像処理
してマーク位置検出を行う撮像方式のアライメント装置
が知られている。撮像方式によれば、広帯域照明により
薄膜干渉の影響が低減できると共に、非対称マークに対
しては像エッジの選択処理等を施せるため、高精度のア
ライメントが可能である。
First, as a conventional alignment apparatus,
JP-A-4-65603, JP-A-4-273246
As disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2003-264, etc., an enlarged image of a wafer mark illuminated by light having a wide wavelength band from a halogen lamp or the like is formed on a detection surface of an image sensor through an imaging optical system (alignment microscope). 2. Description of the Related Art There is known an image pickup type alignment apparatus which forms a mark and performs image processing on the obtained image pickup signal to detect a mark position. According to the imaging method, the influence of thin-film interference can be reduced by broadband illumination, and the asymmetric mark can be subjected to image edge selection processing and the like, so that highly accurate alignment is possible.

【0005】次に、オートフォーカス用の焦点位置検出
系としては、アライメント装置の結像光学系中に直接焦
点検出用の光(以下、「AF検出光」と呼ぶ)を通すT
TL(スルー・ザ・レンズ)方式が高精度に焦点検出を
行うことができる。このようなTTL方式の焦点位置検
出系としては、例えば特開平3−42611号公報に開
示されているように、被検面に所定のパターンを投影
し、その被検面に対するAF検出光のテレセントリック
性を崩してそのパターンの像を形成し、その被検面が上
下に変位するときのその像の横ずれ量からその被検面の
焦点位置を検出する所謂横ずれ方式がある。また、横ず
れ方式に近い方式として、例えば特開平5−19042
4号公報に開示されているように、被検面に斜めに所定
のパターンを投影し、再結像されるパターンの像の横ず
れ量に基づいてその被検面の焦点位置を検出する斜め入
射AF方式がある。
Next, as a focus position detection system for autofocus, a light for focus detection (hereinafter referred to as "AF detection light") is directly passed through an image forming optical system of an alignment apparatus.
The TL (through-the-lens) method can perform focus detection with high accuracy. As such a focus position detection system of the TTL system, as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 3-42611, a predetermined pattern is projected on a surface to be inspected, and telecentricity of AF detection light with respect to the surface to be inspected. There is a so-called lateral deviation method in which an image of the pattern is formed by breaking the property, and the focus position of the surface is detected from the lateral deviation amount of the image when the surface is vertically displaced. As a method close to the lateral shift method, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 5-19042.
As disclosed in Japanese Patent No. 4 publication, a predetermined pattern is obliquely projected on a surface to be inspected, and the oblique incidence for detecting the focal position of the surface to be inspected based on the lateral shift amount of the image of the pattern to be re-imaged. There is an AF method.

【0006】更に、例えば特開平2−99907号公報
で開示されているように、被検面のデフォーカスに伴っ
てAF検出光によるパターンの像のコントラストが低下
することを利用する所謂縦ずれ方式も知られている。以
上の焦点位置検出系は、それぞれAF検出光による所定
のパターンの像の位置や光量等の光学的変動量を検出す
ることで、被検面の焦点検出を行うものである。
Further, as disclosed in, for example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 2-99907, a so-called vertical shift method utilizing the fact that the contrast of the image of the pattern due to the AF detection light decreases with the defocus of the surface to be inspected. Is also known. The focus position detection system described above detects the focus of the surface to be inspected by detecting the amount of optical fluctuation such as the position of the image of a predetermined pattern and the amount of light by the AF detection light.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
焦点位置検出系では、形成される像のコントラストの変
化を検出する所謂縦ずれ方式、及びAF検出光のテレセ
ントリック性を崩す所謂横ずれ方式共に、結像光学系の
開口数に比較的大きく依存する方式であるため、焦点ず
れ量(デフォーカス量)に対する検出信号の変化量であ
る検出感度を高めることが困難であり、結果として焦点
ずれの検出分解能、及び検出精度を高められないという
不都合があった。特に、アライメント顕微鏡では、結像
光学系の開口数をあまり大きく取れないという特有の制
約があるため、従来のTTL方式の焦点位置検出系では
検出感度が低いという不都合もあった。
However, in the conventional focus position detection system, both the so-called vertical deviation method for detecting the change in the contrast of the formed image and the so-called lateral deviation method for destroying the telecentricity of the AF detection light are combined. Since it is a method that depends on the numerical aperture of the image optical system relatively greatly, it is difficult to increase the detection sensitivity, which is the amount of change in the detection signal with respect to the amount of defocus (defocus amount), and as a result, the detection resolution of defocus is detected. , And the detection accuracy cannot be improved. In particular, in the alignment microscope, there is a particular restriction that the numerical aperture of the imaging optical system cannot be made very large, so that the conventional TTL focus position detection system also has a disadvantage that the detection sensitivity is low.

【0008】本発明は斯かる点に鑑み、アライメント装
置の焦点位置検出系として組み込んだ場合に、簡単な構
成で焦点ずれ(デフォーカス)に対する検出感度を向上
できる位置検出装置を提供することを目的とする。更に
本発明は、そのような位置検出装置を備えた投影露光装
置を提供することをも目的とする。
In view of the above point, the present invention has an object to provide a position detecting device which, when incorporated as a focus position detecting system of an alignment device, can improve the detection sensitivity for defocusing with a simple structure. And A further object of the present invention is to provide a projection exposure apparatus equipped with such a position detection device.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明による第1の位置
検出装置は、例えば図1に示すように、被検面(44の
表面)の法線方向の位置(高さ)を検出する装置におい
て、その被検面上に形成されているパターン、又はその
被検面に投影されるパターンよりなる被検パターンの像
を形成する検出光学系(8,9)と、その被検パターン
の像にコマ収差を発生させるコマ収差付与光学系(1
9,5;10,20)とを有し、その被検パターンの像
の非対称性よりその被検面の位置を検出するものであ
る。
A first position detecting device according to the present invention is a device for detecting a position (height) of a surface to be inspected (surface of 44) in a normal direction, as shown in FIG. 1, for example. In (1), a detection optical system (8, 9) for forming an image of a pattern formed on the surface to be inspected or an image of the pattern to be inspected consisting of a pattern projected on the surface to be inspected, and an image of the pattern to be inspected Optical system that gives coma aberration to
9, 5; 10, 20), and the position of the test surface is detected from the asymmetry of the image of the test pattern.

【0010】この場合、そのコマ収差付与光学系は、そ
の被検パターンの像の非対称性の計測方向に沿ってコマ
収差を発生させることが望ましい。また、その被検面の
その被検パターンを含む所定の観察視野内の像を形成す
る観察光学系(1〜11)を設け、この観察光学系によ
る結像光束の光路外にそのコマ収差付与光学系を配置す
ることが望ましい。
In this case, it is desirable that the coma-aberration giving optical system generate coma along the measuring direction of the asymmetry of the image of the pattern to be measured. Further, an observation optical system (1 to 11) for forming an image in a predetermined observation visual field including the inspection pattern on the inspection surface is provided, and the coma aberration is given to the outside of the optical path of the image-forming light flux by the observation optical system. It is desirable to arrange an optical system.

【0011】次に、本発明の第2の位置検出装置は、例
えば図6に示すように、被検面(44の表面)の法線方
向の位置を検出する位置検出装置において、所定の計測
方向に配列された被検パターン(17a)が形成された
パターン板(17)を照明する照明系(1〜3)と、そ
の被検パターンのデフォーカスされた像をその被検面に
投影する投影系(6〜8)と、その被検面からの光束を
2分割する光束分割系(30)と、この光束分割系から
の一方の光束よりその被検パターンの像を形成する検出
光学系(8,9,33)と、その光束分割系からの他方
の光束よりその被検面上の像を形成する観察光学系
(8,9)と、その検出光学系内でその被検パターンの
像にコマ収差を発生させるコマ収差付与光学系(33)
と、を有し、その被検パターンの像のその計測方向への
非対称性よりその被検面の位置を検出するものである。
Next, the second position detecting device of the present invention is, for example, as shown in FIG. 6, a predetermined measurement in the position detecting device for detecting the position of the surface to be inspected (the surface of 44) in the normal direction. Illumination systems (1 to 3) for illuminating the pattern plate (17) on which the test pattern (17a) arranged in the direction is formed, and a defocused image of the test pattern is projected onto the test surface. A projection system (6 to 8), a light beam splitting system (30) that splits a light beam from the test surface into two, and a detection optical system that forms an image of the test pattern from one light beam from the light beam splitting system. (8, 9, 33), the observation optical system (8, 9) that forms an image on the surface to be inspected from the other light beam from the light beam splitting system, and the pattern to be inspected in the detection optical system. Coma aberration imparting optical system for generating coma aberration in an image (33)
And, and the position of the surface to be detected is detected from the asymmetry of the image of the pattern to be measured in the measuring direction.

【0012】また、本発明の投影露光装置は、例えば図
1に示すように、マスクパターン(41)の像を感光基
板(44)上に投影する投影光学系(43)と、感光基
板(44)をその投影光学系の光軸に垂直な方向へ移動
させる基板ステージ(46)と、感光基板(44)上の
位置合わせ用のマーク(48)の像を形成する観察光学
系(8〜11)と、感光基板(44)上の位置合わせ用
のマーク(48)の近傍での光軸方向(Z方向)の位置
を検出する位置検出手段と、感光基板(44)とその観
察光学系とのその光軸に平行な方向の相対位置を調整す
る高さ調整手段(45)と、を有し、その位置検出手段
の検出結果に基づいて高さ調整手段(45)を介して感
光基板(44)をその観察光学系に合焦させた後、その
観察光学系による位置合わせ用のマーク(48)の像の
位置に基づいて感光基板(44)の位置合わせを行う投
影露光装置に関する。
In the projection exposure apparatus of the present invention, as shown in FIG. 1, for example, a projection optical system (43) for projecting an image of a mask pattern (41) onto a photosensitive substrate (44) and a photosensitive substrate (44). ) Is moved in a direction perpendicular to the optical axis of the projection optical system, and an observation optical system (8 to 11) that forms an image of the alignment mark (48) on the photosensitive substrate (44). ), Position detecting means for detecting the position in the optical axis direction (Z direction) in the vicinity of the alignment mark (48) on the photosensitive substrate (44), the photosensitive substrate (44) and its observation optical system. And a height adjusting means (45) for adjusting the relative position of the optical element in the direction parallel to the optical axis of the photosensitive board (45) via the height adjusting means (45) based on the detection result of the position detecting means. 44) After focusing on the observation optical system, A projection exposure apparatus for aligning a photosensitive substrate (44) on the basis of the position of the image of the mark for location registration (48).

【0013】そして、本発明において、その位置検出手
段は、感光基板(44)上の位置合わせ用のマーク(4
8)、又は感光基板(44)上に投影される位置検出用
のパターンよりなる被検パターンの像を形成する検出光
学系(8,9)と、その被検パターンの像にコマ収差を
発生させるコマ収差付与光学系(19,5;10,2
0)とより構成され、その被検パターンの像の非対称性
より感光基板(44)の表面のその光軸方向の位置を検
出するものである。
In the present invention, the position detecting means is a mark (4) for alignment on the photosensitive substrate (44).
8), or a detection optical system (8, 9) that forms an image of a pattern to be detected that is formed by a pattern for position detection projected on the photosensitive substrate (44), and coma aberration is generated in the image of the pattern to be detected. Optical system for giving coma aberration (19, 5; 10, 2
0) and the position of the surface of the photosensitive substrate (44) in the optical axis direction is detected based on the asymmetry of the image of the test pattern.

【0014】[0014]

【作用】斯かる本発明の第1の位置検出装置によれば、
コマ収差付与光学系から付与されるコマ収差により、被
検パターンの像の光強度分布は所定方向に非対称とな
る。例えばその像のその所定方向の左右のエッジの非対
称性の程度は、被検面の法線方向への変位(高さの変
化)により敏感に変動する。この場合、コマ収差の発生
量や被検パターンの状態等を適当に設定することで、被
検面の変位に対するその被検パターンの像の非対称性の
変化量である検出感度を制御でき、且つその非対称性の
程度のその被検面の変位に対するリニアリティを十分広
く確保することができる。従って、焦点位置検出系に適
用した場合には、被検面のデフォーカス量に対する検出
感度及び検出範囲が向上する。
According to the first position detecting device of the present invention,
Due to the coma aberration imparted by the coma-aberration optical system, the light intensity distribution of the image of the pattern to be measured becomes asymmetric in the predetermined direction. For example, the degree of asymmetry of the left and right edges of the image in the predetermined direction is sensitively changed by the displacement (change in height) of the surface to be inspected in the normal direction. In this case, by appropriately setting the generation amount of coma aberration, the state of the test pattern, and the like, it is possible to control the detection sensitivity, which is the change amount of the asymmetry of the image of the test pattern with respect to the displacement of the test surface, and The linearity of the degree of asymmetry with respect to the displacement of the surface to be inspected can be secured sufficiently wide. Therefore, when applied to the focus position detection system, the detection sensitivity and the detection range for the defocus amount of the surface to be inspected are improved.

【0015】また、本発明の第2の位置検出装置によれ
ば、被検面には被検パターンのデフォーカスされた像が
投影されるため、その被検パターンが被検面の像を観察
する際の障害とならない。更に、コマ収差の付与により
被検パターンの像に発生する非対称性の程度より、高感
度にその被検面の高さの変化量が検出される。また、本
発明の投影露光装置によれば、コマ収差の付与によりそ
の被検パターンの像に発生する非対称性が所定の状態に
なるように高さ調整手段(44)を介して感光基板(4
4)の高さを調整した後、観察光学系により感光基板
(44)上の位置合わせ用のマーク(48)の位置を検
出することにより、オートフォーカス方式で感光基板
(44)の合焦が行われる。
Further, according to the second position detecting apparatus of the present invention, since the defocused image of the test pattern is projected on the test surface, the test pattern observes the image of the test surface. It does not become an obstacle when doing. Furthermore, the amount of change in the height of the surface to be detected can be detected with high sensitivity based on the degree of asymmetry that occurs in the image of the pattern to be measured due to the addition of coma. Further, according to the projection exposure apparatus of the present invention, the photosensitive substrate (4) is provided via the height adjusting means (44) so that the asymmetry generated in the image of the pattern to be inspected due to the addition of coma aberration becomes a predetermined state.
After adjusting the height of 4), the position of the alignment mark (48) on the photosensitive substrate (44) is detected by the observation optical system, so that the photosensitive substrate (44) can be focused by the autofocus method. Done.

【0016】[0016]

【実施例】以下、本発明の種々の実施例につき図面を参
照して説明する。 [第1実施例]図1〜図5を参照して第1実施例につき
説明する。本実施例は半導体素子製造用の投影露光装置
のオフ・アクシス方式のアライメント系に本発明を適用
したものである。図1は本例の投影露光装置の要部を示
し、この図1において、不図示の照明光学系からの露光
用の照明光L1のもとで、レチクルステージ42上に保
持されたレチクル41のパターンの投影光学系43を介
した像が、ウエハ44の各ショット領域に投影露光され
る。ここで、投影光学系43の光軸に平行にZ軸を取
り、Z軸に垂直な平面内で図1の紙面に平行にX軸を取
り、図1の紙面に垂直にY軸を取る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Various embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. [First Embodiment] The first embodiment will be described with reference to FIGS. In this embodiment, the present invention is applied to an off-axis type alignment system of a projection exposure apparatus for manufacturing semiconductor devices. FIG. 1 shows a main part of the projection exposure apparatus of this example. In FIG. 1, the reticle 41 held on a reticle stage 42 is exposed under an illumination light L1 for exposure from an illumination optical system (not shown). An image of the pattern through the projection optical system 43 is projected and exposed on each shot area of the wafer 44. Here, the Z axis is taken parallel to the optical axis of the projection optical system 43, the X axis is taken parallel to the paper surface of FIG. 1 in the plane perpendicular to the Z axis, and the Y axis is taken perpendicular to the paper surface of FIG.

【0017】ウエハ44は、ウエハ44をZ方向に位置
決めするZステージ45上に保持され、Zステージ45
は、ウエハ44をX軸に平行な方向(X方向)及びY方
向に位置決めするXYステージ46上に載置されてい
る。ウエハ44の各ショット領域はそれぞれに付設され
たウエハマークに基づいて位置決めされる。図2(a)
はウエハ44上の或るショット領域47を示し、この図
2(a)において、ショット領域47に隣接してX方向
に所定ピッチで配列された凹凸パターンよりなるX軸用
のウエハマーク48、及びY方向に所定ピッチで配列さ
れた凹凸パターンよりなるY軸用のウエハマーク49が
形成されている。本例ではそのX軸用のウエハマーク4
8を検出対象とする。
The wafer 44 is held on a Z stage 45 which positions the wafer 44 in the Z direction.
Are placed on an XY stage 46 that positions the wafer 44 in a direction parallel to the X axis (X direction) and in the Y direction. Each shot area of the wafer 44 is positioned based on the wafer mark attached to each shot area. Figure 2 (a)
2A shows a certain shot area 47 on the wafer 44. In FIG. 2A, an X-axis wafer mark 48 formed of an uneven pattern arranged adjacent to the shot area 47 at a predetermined pitch in the X direction, and Wafer marks 49 for the Y-axis are formed of a concavo-convex pattern arranged in the Y-direction at a predetermined pitch. In this example, the wafer mark 4 for the X axis is used.
8 is the detection target.

【0018】図1に戻り、投影光学系43の側面方向に
オフ・アクシス方式で撮像方式のアライメント系50が
配置されている。撮像方式のアライメント系は、FIA
(Field Image Alignment)方式のアライメント系とも呼
ばれている。そのアライメント系50において、位置検
出用のハロゲンランプ等の光源1から射出される照明光
は、光学的バンドパスフィルタ2に入射し、光学的バン
ドパスフィルタ2によりウエハ44上のフォトレジスト
を感光させない可視域の照明光L2が選択される。照明
光L2はコンデンサーレンズ3により視野絞り4上に集
光され、視野絞り4を通過した照明光L2は、ダイクロ
イックミラー5でほぼ全部が反射された後、照明リレー
レンズ6によりほぼ平行光束にされてハーフプリズム7
に至る。ハーフプリズム7により反射された光束が、第
1対物レンズ8を介してウエハ44上のX軸用のウエハ
マーク48を含む観察領域を照明する。
Returning to FIG. 1, an off-axis imaging system alignment system 50 is arranged in the lateral direction of the projection optical system 43. The imaging system alignment system is FIA
It is also called a (Field Image Alignment) type alignment system. In the alignment system 50, the illumination light emitted from the light source 1 such as a halogen lamp for position detection enters the optical bandpass filter 2 and the photoresist on the wafer 44 is not exposed by the optical bandpass filter 2. The illumination light L2 in the visible range is selected. The illumination light L2 is condensed on the field stop 4 by the condenser lens 3, and the illumination light L2 that has passed through the field stop 4 is reflected almost entirely by the dichroic mirror 5 and then converted into a substantially parallel light flux by the illumination relay lens 6. Half prism 7
Leading to. The light flux reflected by the half prism 7 illuminates an observation region including the wafer mark 48 for the X axis on the wafer 44 via the first objective lens 8.

【0019】照明光L2のもとで、視野絞り4の配置面
とウエハ44の表面とはほぼ共役であり、且つウエハ4
4の表面は光源1の配置面に対してほぼフーリエ変換の
関係となっている。即ち、ウエハマーク48に対する照
明光L2の照明はほぼケーラー照明となっている。ウエ
ハ44から反射された照明光L2は、第1対物レンズ8
により集光されてハーフプリズム7に戻り、ハーフプリ
ズム7を透過した光束が第2対物レンズ9を経てダイク
ロイックミラー10に至り、ダイクロイックミラー10
でほぼ全部が反射された照明光L2は、ハーフプリズム
11により2分割されて、それぞれ2次元CCD等から
なるX軸用の撮像素子12X、及びY軸用の撮像素子1
2Yの撮像面に入射する。そして、合焦時には撮像素子
12X及び12Yの撮像面はそれぞれウエハ44の表面
と共役であり、X軸用の撮像素子12Xの撮像面にウエ
ハマーク48の像が結像される。
Under the illumination light L2, the arrangement surface of the field stop 4 and the surface of the wafer 44 are substantially conjugate with each other, and the wafer 4 is
The surface of No. 4 has a Fourier transform relationship with the arrangement surface of the light source 1. That is, the illumination of the illumination light L2 on the wafer mark 48 is almost Koehler illumination. The illumination light L2 reflected from the wafer 44 is emitted from the first objective lens 8
Then, the light flux that has been condensed by the half prism 7 and returns to the half prism 7 passes through the second objective lens 9 and reaches the dichroic mirror 10. Then, the dichroic mirror 10
The illumination light L2, which is reflected almost entirely by, is divided into two by the half prism 11, and each is an X-axis image pickup device 12X and a Y-axis image pickup device 1 which are each composed of a two-dimensional CCD or the like.
It is incident on the imaging surface of 2Y. Then, at the time of focusing, the image pickup surfaces of the image pickup devices 12X and 12Y are respectively conjugate with the surface of the wafer 44, and the image of the wafer mark 48 is formed on the image pickup surface of the X-axis image pickup device 12X.

【0020】図2(b)は撮像素子12Xの撮像面12
Xaの様子を示し、この図2(b)において、撮像面1
2Xaの中央部にウエハマーク48の像48Aが結像さ
れている。この場合、ウエハ44上でのウエハマーク4
8の計測方向(X方向)に対応する図2(b)の撮像面
12Xa上での計測方向をX方向として、ウエハマーク
の像48AのX方向の両側に指標マーク24A及び24
Bが形成されている。なお、撮像素子12Xの画素を基
準にするときには指標マーク24A,24Bを省くこと
ができる。そして、撮像面12Xa上でX方向に平行な
走査線25に沿って画像を撮像信号に変換し、得られた
撮像信号を処理することにより、指標マーク24A,2
4Bを基準としたウエハマーク48のX方向の位置が検
出される。一方、図2(a)に示すY軸用のウエハマー
ク49のY方向の位置は、図1のY軸用の撮像素子12
Yの撮像信号を処理することにより検出される。
FIG. 2B shows the image pickup surface 12 of the image pickup device 12X.
The state of Xa is shown in FIG.
An image 48A of the wafer mark 48 is formed at the center of 2Xa. In this case, the wafer mark 4 on the wafer 44
The measurement direction on the imaging surface 12Xa of FIG. 2B corresponding to the measurement direction (X direction) of 8 is the X direction, and the index marks 24A and 24 are provided on both sides of the wafer mark image 48A in the X direction.
B is formed. The index marks 24A and 24B can be omitted when the pixels of the image sensor 12X are used as a reference. Then, the image is converted into an image pickup signal along the scanning line 25 parallel to the X direction on the image pickup surface 12Xa, and the obtained image pickup signal is processed to thereby generate the index marks 24A, 2A.
The position of the wafer mark 48 in the X direction with reference to 4B is detected. On the other hand, the position in the Y direction of the wafer mark 49 for the Y axis shown in FIG.
It is detected by processing the Y image pickup signal.

【0021】次に、アライメント系50でオートフォー
カスを行うための焦点位置検出系について説明する。先
ず発光ダイオードよりなる焦点検出用の光源(以下、
「AF用光源」と呼ぶ)15からの照明光(AF検出
光)L3は、コンデンサーレンズ16を介してAF用位
相パターン板17を照明する。照明光L3の波長帯は、
位置検出用の照明光L2の波長帯からずらしてあり、且
つダイクロイックミラー5及び10は、それぞれ照明光
L2を反射させて照明光L3を透過させる波長選択性を
有している。また、AF用位相パターン板17は、ガラ
ス基板等の透過性基板上に所定の計測方向に沿って所定
ピッチで凹凸の位相パターン17aを形成したものであ
る。位相パターン17aの隣接する凹部と凸部との段差
の光路長差は、照明光L3の中心波長λ0 の1/4(即
ち、位相にして90°)に設定されている。
Next, the focus position detection system for performing the autofocus by the alignment system 50 will be described. First, a light source for focus detection consisting of a light emitting diode (hereinafter,
Illumination light (AF detection light) L3 from the “AF light source” 15 illuminates the AF phase pattern plate 17 via the condenser lens 16. The wavelength band of the illumination light L3 is
The dichroic mirrors 5 and 10 are deviated from the wavelength band of the position-detecting illumination light L2, and have dichroic mirrors 5 and 10 each having a wavelength selectivity that reflects the illumination light L2 and transmits the illumination light L3. Further, the AF phase pattern plate 17 is one in which a concavo-convex phase pattern 17a is formed at a predetermined pitch along a predetermined measurement direction on a transparent substrate such as a glass substrate. The difference in optical path length between the adjacent concave and convex portions of the phase pattern 17a is set to ¼ of the central wavelength λ 0 of the illumination light L3 (that is, 90 ° in phase).

【0022】AF用位相パターン板17の位相パターン
17aを通過した照明光L3は、視野絞り18を通過し
た後、光軸に対して45°で傾斜した平行平面板19を
通過して、その平行平面板19を90°回転した状態の
ダイクロイックミラー5に至る。平行平面板19とダイ
クロイックミラー5とにより、位相パターン17aの像
に対して非点収差を補正してコマ収差を発生させる第1
のコマ収差付与光学系が構成されている。
The illumination light L3 that has passed through the phase pattern 17a of the AF phase pattern plate 17 passes through the field stop 18, and then passes through the plane parallel plate 19 that is inclined at 45 ° with respect to the optical axis, and then the parallel light. It reaches the dichroic mirror 5 in a state where the plane plate 19 is rotated by 90 °. The parallel plane plate 19 and the dichroic mirror 5 correct astigmatism in the image of the phase pattern 17a to generate coma.
The coma-aberration giving optical system is constructed.

【0023】ダイクロイックミラー5を透過した照明光
L3は、照明リレーレンズ6を経てほぼ平行光束として
ハーフプリズム7に入射し、ハーフプリズム7で反射さ
れた光束が第1対物レンズ8を介して、ウエハ44のウ
エハマーク48上にAF用位相パターン板17の位相パ
ターン17aの像、即ち焦点合わせ用マークの投影像2
6を形成する。即ち、照明光L3のもとで、AF用位相
パターン板17の配置面とウエハ44の表面とはほぼ共
役である。また、視野絞り18はAF用位相パターン板
17に近接して配置されているため、視野絞り18によ
りウエハ44上に投影される焦点合わせ用マークの投影
像26の領域、即ち焦点検出用の観察視野が設定され
る。また、位相パターンの投影像は段差部に対応する部
分が暗部となるため、その投影像26も暗部の幅が明部
の幅より狭い明暗の1次元の格子状パターンとなる。
The illumination light L3 transmitted through the dichroic mirror 5 enters the half prism 7 as a substantially parallel light flux through the illumination relay lens 6, and the light flux reflected by the half prism 7 passes through the first objective lens 8 and the wafer. An image of the phase pattern 17a of the AF phase pattern plate 17, that is, a projected image 2 of the focusing mark 2 on the wafer mark 48 of 44.
6 is formed. That is, under the illumination light L3, the arrangement surface of the AF phase pattern plate 17 and the surface of the wafer 44 are substantially conjugate. Further, since the field stop 18 is arranged close to the AF phase pattern plate 17, the area of the projected image 26 of the focusing mark projected on the wafer 44 by the field stop 18, that is, the observation for focus detection. The field of view is set. Further, the projected image of the phase pattern has a dark portion at a portion corresponding to the step portion, and thus the projected image 26 also has a light-dark one-dimensional grid pattern in which the width of the dark portion is narrower than the width of the bright portion.

【0024】焦点合わせ用マークの投影像26から反射
された照明光L3は、第1対物レンズ8を経てハーフプ
リズム7に戻り、ハーフプリズム7を透過した照明光L
3は、第2対物レンズ9を経て光軸に対して45°で交
差するダイクロイックミラー10に達する。そして、ダ
イクロイックミラー10をほぼ全部が透過した照明光L
3は、ダイクロイックミラー10を光軸を中心に90°
回転した状態の平行平面板20を透過した後、2次元C
CD等からなる焦点検出用の撮像素子21の撮像面上に
焦点合わせ用マークの投影像26の像を形成する。合焦
状態では、照明光L3のもとでウエハ44の表面と撮像
素子21の撮像面とが共役である。
The illumination light L3 reflected from the projected image 26 of the focusing mark returns to the half prism 7 through the first objective lens 8 and is transmitted through the half prism 7.
3 passes through the second objective lens 9 and reaches the dichroic mirror 10 which intersects the optical axis at 45 °. Then, the illumination light L that has almost all transmitted through the dichroic mirror 10
3 is the dichroic mirror 10 90 ° around the optical axis
After passing through the plane-parallel plate 20 in the rotated state, the two-dimensional C
An image of the projected image 26 of the focusing mark is formed on the image pickup surface of the image pickup device 21 for focus detection such as a CD. In the focused state, the surface of the wafer 44 and the image pickup surface of the image pickup device 21 are conjugated under the illumination light L3.

【0025】また、ダイクロイックミラー10と平行平
面板20とにより、焦点合わせ用マークの投影像26に
対して非点収差を補正してコマ収差を発生させる第2の
コマ収差付与光学系が構成されている。本例では、第1
のコマ収差付与光学系19,5、及び第2のコマ収差付
与光学系10,20によりウエハ44上で発生するコマ
収差は、それぞれ図3に示す計測方向Sで最大となるよ
うに設定されている。なお、コマ収差を発生させる光学
系としては、第1のコマ収差付与光学系19,5、又は
第2のコマ収差付与光学系10,20の一方を使用する
だけでもよい。更に、位置検出用の照明光L2はダイク
ロイックミラー5及び10により反射されるため、撮像
素子12Xで撮像されるウエハマーク48の像にはコマ
収差は生じない。
Further, the dichroic mirror 10 and the plane-parallel plate 20 constitute a second coma-aberration giving optical system for correcting astigmatism and generating coma for the projected image 26 of the focusing mark. ing. In this example, the first
The coma aberrations generated on the wafer 44 by the coma aberration imparting optical systems 19 and 5 and the second coma aberration imparting optical systems 10 and 20 are set to be maximum in the measurement direction S shown in FIG. There is. As the optical system for generating the coma aberration, only one of the first coma aberration imparting optical systems 19 and 5 or the second coma aberration imparting optical systems 10 and 20 may be used. Further, since the illumination light L2 for position detection is reflected by the dichroic mirrors 5 and 10, no coma aberration occurs in the image of the wafer mark 48 captured by the image sensor 12X.

【0026】図3は図1中のウエハマーク48を囲む観
察視野を示し、この図3において、X方向にピッチPWM
で形成されたウエハマーク48上に図1の位相パターン
17aの像である焦点合わせ用マークの投影像26が形
成され、その投影像26は、計測方向Sに沿って暗部2
6aと明部26bとをピッチPAFで配列した周期的なパ
ターンとなっている。その計測方向Sは、ウエハマーク
48の計測方向であるX方向にほぼ45°で交差してお
り、計測方向Sに垂直な方向を非計測方向Tとする。そ
して、ウエハマーク48を囲む円形の観察視野27内の
像が図1の位置検出用の撮像素子12Xで撮像される。
また、ほぼ矩形の領域に制限されている投影像26の像
が図1の焦点検出用の撮像素子21で撮像され、撮像素
子21の画素の走査方向は計測方向Sに対応する方向に
設定されている。
FIG. 3 shows an observation visual field surrounding the wafer mark 48 in FIG. 1. In FIG. 3, the pitch P WM in the X direction is shown.
A projection image 26 of the focusing mark, which is an image of the phase pattern 17a in FIG. 1, is formed on the wafer mark 48 formed in Step 1. The projection image 26 extends in the dark portion 2 along the measurement direction S.
6a and bright portions 26b are arranged at a pitch P AF to form a periodic pattern. The measurement direction S intersects the X direction, which is the measurement direction of the wafer mark 48, at approximately 45 °, and the direction perpendicular to the measurement direction S is the non-measurement direction T. Then, an image in the circular observation field 27 surrounding the wafer mark 48 is picked up by the image pickup device 12X for position detection shown in FIG.
Further, the image of the projection image 26, which is limited to the substantially rectangular area, is captured by the image sensor 21 for focus detection in FIG. 1, and the scanning direction of the pixels of the image sensor 21 is set to the direction corresponding to the measurement direction S. ing.

【0027】また、一例としてウエハマーク48のピッ
チPWMは4〜16μm程度に設定され、焦点合わせ用マ
ークの投影像26のピッチPAFもそのウエハマーク48
のピッチPWMと同程度に設定される。また、第1対物レ
ンズ8及び第2対物レンズ9よりなる結像光学系の開口
数は一例として0.2程度に設定される。なお、本例で
は撮像素子12Xには照明光L2のみが入射し、撮像素
子21には照明光L3のみが入射するため、位置検出用
の撮像素子12Xの撮像面には焦点合わせ用マークの投
影像26の像は形成されない。しかしながら、焦点検出
用の撮像素子21の撮像面には、投影像26内のウエハ
マーク48の照明光L3による像が形成される。
Further, as an example, the pitch P WM of the wafer mark 48 is set to about 4 to 16 μm, and the pitch P AF of the projected image 26 of the focusing mark is also set to the wafer mark 48.
It is set to the same level as the pitch P WM of. Further, the numerical aperture of the imaging optical system including the first objective lens 8 and the second objective lens 9 is set to about 0.2 as an example. In this example, only the illumination light L2 is incident on the image sensor 12X, and only the illumination light L3 is incident on the image sensor 21, so that the focusing mark is projected on the image capturing surface of the image sensor 12X for position detection. The image of image 26 is not formed. However, on the image pickup surface of the image pickup device 21 for focus detection, an image of the wafer mark 48 in the projected image 26 by the illumination light L3 is formed.

【0028】図1において、撮像素子21からの撮像信
号VAFは、信号処理装置22に供給され、信号処理装置
22では撮像信号を計測方向に垂直な非計測方向に積分
して得た積分信号ΣVAFに基づいて後述のように撮像さ
れた像の非対称性を算出し、この非対称性よりウエハマ
ーク48の焦点ずれ量を算出し、この焦点ずれ量をステ
ージ制御系23に出力する。ステージ制御系23では、
その焦点ずれ量分だけZステージ45をZ方向に駆動す
る。これによりオートフォーカス方式でウエハマーク4
8の合焦が行われる。
In FIG. 1, the image pickup signal V AF from the image pickup device 21 is supplied to a signal processing device 22, and the signal processing device 22 integrates the image pickup signal in a non-measurement direction perpendicular to the measurement direction. The asymmetry of the captured image is calculated based on ΣV AF as described later, the defocus amount of the wafer mark 48 is calculated from this asymmetry, and the defocus amount is output to the stage control system 23. In the stage control system 23,
The Z stage 45 is driven in the Z direction by the amount of defocus. This allows the wafer mark 4 to be
Focusing of 8 is performed.

【0029】次に本例でウエハマーク48の位置を検出
する際の動作につき図3〜図5を参照して詳細に説明す
る。先ず、図1において、ウエハ44上のサーチアライ
メント用のマーク(不図示)の位置を検出し、この検出
結果に予め設計値として記憶されているオフセット補正
を施すことにより、計測対象のウエハマーク48の大ま
かな位置が算出される。この算出された位置に基づい
て、ウエハステージ46を駆動することにより、ウエハ
マーク48が第1対物レンズ8の観察視野内に位置決め
される。これがサーチアライメントである。その後、ウ
エハ44上に投影されている焦点合わせ用マークの投影
像26を用いてオートフォーカスが行われる。
Next, the operation of detecting the position of the wafer mark 48 in this example will be described in detail with reference to FIGS. First, in FIG. 1, the position of a mark (not shown) for search alignment on the wafer 44 is detected, and the detection result is subjected to an offset correction stored in advance as a design value, whereby the wafer mark 48 to be measured. The rough position of is calculated. By driving the wafer stage 46 based on the calculated position, the wafer mark 48 is positioned within the observation visual field of the first objective lens 8. This is search alignment. After that, autofocus is performed using the projected image 26 of the focusing mark projected on the wafer 44.

【0030】その前に、図3において本例では、焦点検
出の際のウエハマーク48の像の影響を低減するため、
焦点合わせ用マークの投影像26の非計測方向Tへの幅
AFを、その非計測方向Tへのウエハマーク48のピッ
チ21/2・PWMの自然数倍に設定する。従って、自然数m
を用いて、次の関係を成立させる。 HAF=m・21/2・PWM (1)
Before that, in the present example in FIG. 3, in order to reduce the influence of the image of the wafer mark 48 at the time of focus detection,
The width HAF of the projected image 26 of the focusing mark in the non-measurement direction T is set to be a natural multiple of the pitch 2 1/2 · P WM of the wafer mark 48 in the non-measurement direction T. Therefore, natural number m
To establish the following relationship: H AF = m ・ 2 1/2・ P WM (1)

【0031】この関係より、ウエハマーク48の位置が
X方向及びY方向に多少ずれても、図1の焦点検出用の
撮像素子21から出力される撮像信号VAFを非計測方向
Tに幅HAFだけ積分することで、ウエハマーク48の像
の影響は計測方向Sにはほぼ直流レベルとなる。従っ
て、ウエハマーク48のパターンに影響されずに、正確
に焦点位置(ウエハ44の表面のZ座標)を検出でき
る。
From this relationship, even if the position of the wafer mark 48 is slightly shifted in the X and Y directions, the image pickup signal V AF output from the image pickup device 21 for focus detection in FIG. By integrating only AF , the influence of the image of the wafer mark 48 becomes almost DC level in the measurement direction S. Therefore, the focus position (Z coordinate of the surface of the wafer 44) can be accurately detected without being affected by the pattern of the wafer mark 48.

【0032】次に、図4(a)〜(c)は、それぞれ図
1の焦点検出用の撮像素子21から出力される撮像信号
AFを非計測方向Tに積分した積分信号ΣVAFを計測方
向Sに対してプロットした図であり、図4(a)はウエ
ハ44の表面のZ座標が、撮像素子12Xに対する合焦
点Z0 からΔZだけ上方向にずれた場合を示す。また、
図4(b)はウエハ44の表面のZ座標が合焦点Z0
ある場合を示し、図4(c)はウエハ44の表面のZ座
標が、合焦点Z0 からΔZだけ下方向にずれた場合を示
す。S0 は投影像の中心位置を示す。図4(a)〜
(c)に示すように、コマ収差の影響により、ウエハ4
4の表面のデフォーカス量の変化に応じて積分信号ΣV
AFの計測方向Sへの非対称性の程度が変化しており、図
4(b)に示す合焦状態では、ウエハ44から撮像素子
21への投影倍率をβとして、積分信号ΣVAFは計測方
向Sにピッチβ・PAFで変化する対称な信号となる。
Next, in FIGS. 4A to 4C, the integrated signal ΣV AF obtained by integrating the image pickup signal V AF output from the image pickup device 21 for focus detection in FIG. 1 in the non-measurement direction T is measured. FIG. 4A is a diagram plotted with respect to the direction S, and FIG. 4A shows a case where the Z coordinate of the surface of the wafer 44 is shifted upward by ΔZ from the focal point Z 0 with respect to the image sensor 12X. Also,
4B shows the case where the Z coordinate of the surface of the wafer 44 is at the focal point Z 0 , and FIG. 4C shows that the Z coordinate of the surface of the wafer 44 is shifted downward from the focal point Z 0 by ΔZ. It shows the case. S 0 indicates the center position of the projected image. 4 (a)-
As shown in (c), due to the influence of coma aberration, the wafer 4
Integral signal ΣV according to the change of the defocus amount on the surface of No. 4
The degree of asymmetry of AF in the measurement direction S changes, and in the in-focus state shown in FIG. 4B, the projection magnification from the wafer 44 to the image sensor 21 is β, and the integration signal ΣV AF shows the measurement direction. The signal becomes a symmetric signal that changes to S with the pitch β · P AF .

【0033】その非対称性の程度を定量化するため、先
ず図4(a)において、積分信号ΣVAFの一周期(ピッ
チβ・PAF)毎の左右のエッジ部(落ち込み部)の値を
iL及びViR(i=1,2,3,…)とする。次に、撮
像信号の非対称性の指標として、左右のエッジ部の値V
iL及びViRの差分ΔVi を求める。但し、その積分信号
ΣVAFの全体の両端を除く部分での最大値Vmax 及び最
小値Vmin の差分を用いて、その差分ΔVi を規格化し
ておく。従って、次式が成立する。
In order to quantify the degree of the asymmetry, first, in FIG. 4 (a), the value of the left and right edge portions (falling portions) of one cycle (pitch β · P AF ) of the integrated signal ΣV AF is V. Let iL and V iR (i = 1, 2, 3, ...). Next, as an index of the asymmetry of the image pickup signal, the value V of the left and right edge portions
The difference ΔV i between iL and V iR is calculated . However, the difference ΔV i is standardized by using the difference between the maximum value V max and the minimum value V min in the part of the integrated signal ΣV AF except for both ends. Therefore, the following equation is established.

【0034】 ΔVi =(ViR−ViL)/(Vmax −Vmin) (2) なお、差分ΔVi は必ずしも(Vmax −Vmin)で規格化
する必要はない。次に、図1の撮像素子21で撮像され
る焦点合わせ用マークの投影像26の像のピッチβ・P
AFを単位とした周期数をn(nは2以上の整数)とし
て、その差分ΔV i を積分信号ΣVAFのn(nは2以上
の整数)周期に亘って平均化して、焦点合わせ用マーク
の投影像26の像の非対称性の程度を示す量ΔIAを求
める。従って、和記号Σが添字iについての1からnま
での積算を表すものとして、次の関係が成立する。
ΔVi= (ViR-ViL) / (Vmax-Vmin) (2) Note that the difference ΔViIs not always (Vmax-Vmin) Standardize
do not have to. Next, the image is picked up by the image sensor 21 of FIG.
Pitch β of the projected image 26 of the focusing mark
AFLet n be the number of cycles with n as the unit (n is an integer of 2 or more)
And the difference ΔV iIntegrated signal ΣVAFN (n is 2 or more
(Integer of) Focusing marks averaged over a period
A quantity ΔIA indicating the degree of image asymmetry of the projected image 26 of
Meru. Therefore, the sum symbol Σ is from 1 to n for the subscript i.
The following relations are established to represent the integration in.

【0035】 ΔIA=(1/n)ΣΔVi (3) 図5は、その非対称性の程度を示す量ΔIAをウエハ4
4の表面のデフォーカス量ΔZに対してプロットした図
であり、図5(a)はコマ収差の無い理想結像の場合の
特性を示し、図5(b)は本例のようにコマ収差が付与
されている結像の場合の特性を示す。更に、図5(a)
において、平坦な直線28Aは、図1のAF用光源15
に偏心が無いときの特性、屈曲線状の線28Bは、その
AF用光源15に所定の偏心が有るときの特性を示し、
図5(b)において、原点を通る近似直線29AはAF
用光源15に偏心が無いときの特性、原点からずれた位
置を通る近似直線29BはAF用光源15に所定の偏心
が有るときの特性を示す。図5(b)において、AF用
光源15の偏心に依らず、近似直線29A及び29Bの
傾きtan φはほぼ一定である。
ΔIA = (1 / n) ΣΔV i (3) FIG. 5 shows the amount ΔIA indicating the degree of asymmetry as the wafer 4
4A and 4B are graphs plotted against the defocus amount ΔZ of the surface of FIG. 4, FIG. 5A shows the characteristics in the case of ideal image formation without coma aberration, and FIG. The characteristic in the case of the image formation with is given. Furthermore, FIG.
In FIG. 1, the flat straight line 28A is the AF light source 15 of FIG.
Shows the characteristic when there is no eccentricity, and the curved line 28B shows the characteristic when the AF light source 15 has a predetermined eccentricity.
In FIG. 5B, the approximate straight line 29A passing through the origin is AF
The characteristics when the light source 15 for AF has no eccentricity, and the approximate straight line 29B passing through the position deviated from the origin shows the characteristics when the light source 15 for AF has a predetermined eccentricity. In FIG. 5B, the slope tan φ of the approximate straight lines 29A and 29B is substantially constant regardless of the eccentricity of the AF light source 15.

【0036】図5(b)より分かるように、本例のよう
に焦点合わせ用マークの投影像26の像にコマ収差を付
与したときには、AF用光源15の偏心の有無に拘ら
ず、(3)式で表される非対称性の程度を示す量ΔIA
は、デフォーカスΔZにほぼ比例して変化する。従っ
て、その量ΔIAを算出し、この算出結果が所定値(例
えば0)になるようにZステージ45を制御することに
より、合焦が行われる。
As can be seen from FIG. 5B, when coma is imparted to the image of the projected image 26 of the focusing mark as in this example, regardless of whether the AF light source 15 is decentered or not, (3 ) Amount ΔIA indicating the degree of asymmetry expressed by the equation
Changes substantially in proportion to the defocus ΔZ. Therefore, focusing is performed by calculating the amount ΔIA and controlling the Z stage 45 so that the calculation result becomes a predetermined value (for example, 0).

【0037】デフォーカスΔZに対するその量ΔIAの
変化率ΔIA/ΔZ、即ち図5(b)の傾きtan φは、
付与されるコマ収差量に比例するが、コマ収差量は図1
のコマ収差付与光学系を構成するダイクロイックミラー
5,10、及び平行平面板19,20の厚さを変えるこ
とで制御できる。また、その変化率ΔIA/ΔZは、デ
フォーカスに対する検出感度とみなすことができ、その
検出感度は、AF用位相パターン板17をウエハ44上
に投影する結像光学系6,8の開口数に対するAF用位
相パターン板17の照明系15,16の開口数の比の値
である照明系のσ値、及びAF用位相パターン板17の
段差にも依存する。
The change rate ΔIA / ΔZ of the amount ΔIA with respect to the defocus ΔZ, that is, the slope tan φ in FIG. 5B is
Although it is proportional to the amount of coma given, the amount of coma is
This can be controlled by changing the thicknesses of the dichroic mirrors 5 and 10 and the plane-parallel plates 19 and 20 which form the coma aberration imparting optical system. Further, the rate of change ΔIA / ΔZ can be regarded as the detection sensitivity to defocus, and the detection sensitivity corresponds to the numerical aperture of the imaging optical systems 6 and 8 for projecting the AF phase pattern plate 17 onto the wafer 44. It also depends on the σ value of the illumination system, which is the ratio of the numerical apertures of the illumination systems 15 and 16 of the AF phase pattern plate 17, and the step of the AF phase pattern plate 17.

【0038】そして、コマ収差を大きくする以外に、デ
フォーカスに対する検出感度をより向上させるために
は、照明系のσ値を小さくすることが有効である。ま
た、AF用位相パターン板17のパターン17aの凹凸
の段差が、焦点検出用の照明光L3の中心波長λ0 にお
いて90°(2n+1)(n=0,1,2,…)の位相
差を持つときその変化率ΔIA/ΔZ(検出感度)は極
大となる。こうして得られる検出感度は従来の横ずれ方
式等の場合に比べてはるかに敏感であって、第1対物レ
ンズ8、及び第2対物レンズ9よりなる結像光学系(ア
ライメント顕微鏡)の開口数に殆ど制約されることがな
い。そのアライメント顕微鏡の開口数は例えば0.2程
度であるが、本例では付与するコマ収差量、及び照明系
のσ値を適当に組み合わせることにより、高感度にデフ
ォーカスを検出できる。
In addition to increasing the coma aberration, it is effective to reduce the σ value of the illumination system in order to improve the detection sensitivity to defocus. The unevenness of the pattern 17a of the AF phase pattern plate 17 causes a phase difference of 90 ° (2n + 1) (n = 0, 1, 2, ...) At the center wavelength λ 0 of the focus detection illumination light L3. When held, the change rate ΔIA / ΔZ (detection sensitivity) becomes maximum. The detection sensitivity obtained in this way is much more sensitive than in the case of the conventional lateral displacement method, and is almost the same as the numerical aperture of the imaging optical system (alignment microscope) including the first objective lens 8 and the second objective lens 9. Not restricted. The numerical aperture of the alignment microscope is, for example, about 0.2, but in this example, defocus can be detected with high sensitivity by appropriately combining the amount of coma aberration to be applied and the σ value of the illumination system.

【0039】本例のコマ収差利用の焦点検出方式におけ
るもう一つの特徴は、アライメント顕微鏡の開口数が
0.2程度であるときには、変化率ΔIA/ΔZのデフ
ォーカスΔZに対するリニアリティが極めて広い範囲で
良好であって、実用上で必要とされる焦点検出範囲を十
分にカバーできることにある。なお、ウエハ44上に投
影される焦点合わせ用マークの投影像26のピッチは検
出感度の値やリニアリティには殆ど関係が無い。
Another feature of the focus detection method using coma aberration of this example is that the linearity of the change rate ΔIA / ΔZ with respect to the defocus ΔZ is extremely wide when the numerical aperture of the alignment microscope is about 0.2. It is good and can sufficiently cover the focus detection range practically required. The pitch of the projected image 26 of the focusing mark projected on the wafer 44 has little relation to the value of detection sensitivity and linearity.

【0040】上述のように合焦が行われた後、撮像素子
12Xの撮像信号を処理することにより、ウエハマーク
48のX座標が検出され、その後Y軸用のウエハマーク
49のY座標も検出される。そして、このように検出さ
れたX座標及びY座標に基づいて対応するショット領域
の最終的な位置合わせ(ファインアライメント)が実行
される。
After the focusing is performed as described above, the X coordinate of the wafer mark 48 is detected by processing the image pickup signal of the image pickup device 12X, and then the Y coordinate of the wafer mark 49 for the Y axis is also detected. To be done. Then, the final alignment (fine alignment) of the corresponding shot area is executed based on the X and Y coordinates detected in this way.

【0041】[第2実施例]図6及び図7を参照して第
2実施例につき説明する。本実施例は第1実施例とは異
なり、位置検出用の光源と焦点検出用の光源とを1つの
光源で共用するものであり、図6において図1に対応す
る部分には同一符号を付してその詳細説明を省略する。
[Second Embodiment] A second embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7. This embodiment is different from the first embodiment in that the light source for position detection and the light source for focus detection are shared by one light source. In FIG. 6, parts corresponding to those in FIG. The detailed description thereof will be omitted.

【0042】図6のアライメント系50Aにおいて、位
置検出用及び焦点検出用のハロゲンランプ等からなる光
源1から射出される照明光より、光学的バンドパスフィ
ルタ2を介して選択された照明光L2は、コンデンサー
レンズ3によりAF用位相パターン板17上に集光さ
れ、AF用位相パターン板17の位相パターン17aを
通過した照明光L2は、デフォーカス量Δdを隔てて配
置された視野絞り4を経て、照明リレーレンズ6を介し
てハーフプリズム7に入射する。そして、ハーフプリズ
ム7により反射された光束が、第1対物レンズ8を介し
てウエハ44上のX軸用のウエハマーク48を含む所定
の観察領域を照明する。
In the alignment system 50A shown in FIG. 6, the illumination light L2 selected through the optical bandpass filter 2 from the illumination light emitted from the light source 1 including a halogen lamp for position detection and focus detection is used. The illumination light L2, which is condensed on the AF phase pattern plate 17 by the condenser lens 3 and has passed through the phase pattern 17a of the AF phase pattern plate 17, passes through the field stop 4 arranged with a defocus amount Δd. , Enters the half prism 7 via the illumination relay lens 6. Then, the light flux reflected by the half prism 7 illuminates a predetermined observation region including the wafer mark 48 for the X axis on the wafer 44 via the first objective lens 8.

【0043】この場合、照明光L2に関して視野絞り4
とウエハ44の表面とがほぼ共役となっており、AF用
位相パターン板17のパターン17aはウエハ44との
共役面からΔdだけデフォーカスしている。これによ
り、パターン17aがウエハマーク48を観察する際の
障害とならないようになっている。ウエハ44から反射
された照明光L2は、第1対物レンズ8により集光され
てハーフプリズム7に戻り、ハーフプリズム7を透過し
た光束が第2対物レンズ9を経てビームスプリッター3
0に至る。そして、ビームスプリッター30を透過した
光束はハーフプリズム11により2分割されて、それぞ
れX軸用の撮像素子12X、及びY軸用の撮像素子12
Yの撮像面に入射する。そして、合焦時には撮像素子1
2X及び12Yの撮像面はそれぞれウエハ44の表面と
共役であり、X軸用の撮像素子12Xの撮像面にウエハ
マーク48の像が結像される。
In this case, the field stop 4 with respect to the illumination light L2.
And the surface of the wafer 44 are substantially conjugate with each other, and the pattern 17a of the AF phase pattern plate 17 is defocused by Δd from the conjugate plane with the wafer 44. As a result, the pattern 17a does not become an obstacle when observing the wafer mark 48. The illumination light L2 reflected from the wafer 44 is condensed by the first objective lens 8 and returns to the half prism 7, and the light flux transmitted through the half prism 7 passes through the second objective lens 9 and the beam splitter 3
It reaches 0. Then, the light flux transmitted through the beam splitter 30 is divided into two by the half prism 11, and the X-axis image pickup device 12X and the Y-axis image pickup device 12 are respectively divided.
It is incident on the image pickup surface of Y. Then, at the time of focusing, the image sensor 1
The image pickup surfaces of 2X and 12Y are respectively conjugated with the surface of the wafer 44, and the image of the wafer mark 48 is formed on the image pickup surface of the X-axis image pickup device 12X.

【0044】一方、ビームスプリッター30で反射され
た光束は、中間像面31上に一度AF用位相パターン板
17のパターン17aの像を形成し、中間像面31から
の光束は迷光遮断用の視野絞り32を経た後、コマ収差
発生機能付きのリレーレンズ系33を介して焦点検出用
の撮像素子21の撮像面にパターン17aの像を再形成
する。即ち、照明光L2のもとで合焦時には、中間像面
31及び撮像素子21の撮像面は、それぞれAF用位相
パターン板17の位相パターン面と共役であり、視野絞
り32の配置面はウエハ44の表面と共役である。この
場合、視野絞り32の配置面から中間像面31までの間
隔をデフォーカス量ΔDとして、照明リレーレンズ6及
び第1対物レンズ8による投影倍率をβ1 、第1対物レ
ンズ8及び第2対物レンズ9による投影倍率をβ2 とす
ると、デフォーカス量ΔDは、AF用位相パターン板1
7のデフォーカス量Δdを用いて次のように表される。
On the other hand, the light flux reflected by the beam splitter 30 once forms an image of the pattern 17a of the AF phase pattern plate 17 on the intermediate image plane 31, and the light flux from the intermediate image plane 31 is a visual field for blocking stray light. After passing through the diaphragm 32, the image of the pattern 17a is re-formed on the image pickup surface of the image pickup device 21 for focus detection through the relay lens system 33 having a coma aberration generating function. That is, at the time of focusing under the illumination light L2, the intermediate image plane 31 and the image pickup surface of the image pickup device 21 are respectively conjugate with the phase pattern plane of the AF phase pattern plate 17, and the arrangement plane of the field stop 32 is the wafer. It is conjugated with the surface of 44. In this case, the distance from the arrangement surface of the field stop 32 to the intermediate image plane 31 is the defocus amount ΔD, the projection magnification by the illumination relay lens 6 and the first objective lens 8 is β 1 , the first objective lens 8 and the second objective lens 8. When the projection magnification by the lens 9 is β 2 , the defocus amount ΔD is equal to the AF phase pattern plate 1
It is expressed as follows using a defocus amount Δd of 7.

【0045】 ΔD=(β2 /β1)2 Δd (4) 本例では、AF用位相パターン板17の位相パターン1
7aの配列方向(ピッチ方向)を計測方向Sとして、コ
マ収差発生機能付きのリレーレンズ系33において、撮
像素子21の撮像面に投影されるパターン17aの像に
対して計測方向Sに対応する方向(これを撮像面上の計
測方向Sと呼ぶ)で最大となるようにコマ収差を発生さ
せる。また、そのパターン17aの像上の計測方向Sに
沿って撮像信号を読み出すこととする。
ΔD = (β 2 / β 1 ) 2 Δd (4) In this example, the phase pattern 1 of the AF phase pattern plate 17 is
A direction corresponding to the measurement direction S with respect to the image of the pattern 17a projected on the image pickup surface of the image pickup device 21 in the relay lens system 33 with a coma aberration generating function, with the arrangement direction (pitch direction) of the 7a being the measurement direction S. The coma aberration is generated so as to be maximum in (this is referred to as the measurement direction S on the imaging surface). Further, the image pickup signal is read out along the measurement direction S on the image of the pattern 17a.

【0046】なお、パターン17aの投影領域(焦点検
出領域)はウエハマーク48の内部に限定されるもので
はなく、ウエハマーク48を含む所定範囲の領域上にパ
ターン17aの像を投影してもよい。このように焦点検
出領域を広くすることにより、平均化効果により検出誤
差が低減される。従って、焦点合わせ用マークの投影像
(パターン17aの像等)のピッチや投影領域には特に
制約はない。
The projection area (focus detection area) of the pattern 17a is not limited to the inside of the wafer mark 48, and the image of the pattern 17a may be projected on a predetermined area including the wafer mark 48. . By thus widening the focus detection area, the detection error is reduced by the averaging effect. Therefore, there are no particular restrictions on the pitch of the projected image of the focusing mark (the image of the pattern 17a or the like) or the projected area.

【0047】次に、本例の焦点検出動作につき説明す
る。本例では図6に示すように、AF用位相パターン板
17のパターン面は、ウエハ44との共役面からΔdだ
けデフォーカスしているため、ウエハ44の合焦時には
ウエハ44上に投影されるAF用位相パターン板17の
位相パターン17aの像はぼけて、対物レンズ8,9の
視野内の照度分布はほぼ均一になる。この際でも、位置
検出用の撮像素子12X上にはウエハマーク48の像が
明瞭に結像し、パターン17aのぼけた像はほぼ均一な
背景光となる。
Next, the focus detection operation of this example will be described. In this example, as shown in FIG. 6, since the pattern surface of the AF phase pattern plate 17 is defocused by Δd from the conjugate plane with the wafer 44, it is projected onto the wafer 44 when the wafer 44 is focused. The image of the phase pattern 17a of the AF phase pattern plate 17 is blurred, and the illuminance distribution in the field of view of the objective lenses 8 and 9 becomes substantially uniform. Even at this time, the image of the wafer mark 48 is clearly formed on the image sensor 12X for position detection, and the blurred image of the pattern 17a becomes substantially uniform background light.

【0048】また、ウエハ44の合焦時には、焦点検出
用の撮像素子21上では逆にパターン17aの像が明瞭
に結像するが、ウエハマーク48の像はぼけてほぼ均一
な背景光となる。更に、焦点検出用の撮像素子21上の
パターン17aの像には計測方向Sに対応する方向(明
暗パターンの配列方向、且つ走査方向)に沿ってコマ収
差が生じるが、コマ収差を発生するリレーレンズ系33
は位置検出用の結像光束の光路外に配置されているた
め、位置検出用の撮像素子12X上のウエハマーク48
の像にはコマ収差は生じない。これにより、位置検出と
焦点検出とは相互に影響を与えることなく独立に高精度
に実行することができる。
On the other hand, when the wafer 44 is in focus, the image of the pattern 17a is clearly formed on the image pickup device 21 for focus detection, but the image of the wafer mark 48 is blurred and becomes a substantially uniform background light. . Further, a coma aberration is generated in the image of the pattern 17a on the image sensor 21 for focus detection along the direction corresponding to the measurement direction S (the arrangement direction of the light and dark patterns and the scanning direction), but the coma aberration is generated in the relay. Lens system 33
Is located outside the optical path of the image-forming light beam for position detection, the wafer mark 48 on the image sensor 12X for position detection is
There is no coma in the image. As a result, the position detection and the focus detection can be independently and highly accurately executed without affecting each other.

【0049】次に、本例でも撮像素子21から出力され
る撮像信号VAFを非計測方向に積分することにより、積
分信号ΣVAFが得られ、この積分信号ΣVAFはウエハ4
4のデフォーカス量ΔZに応じて、第1実施例と同様に
図4(a)〜(c)のように変化する。従って、第1実
施例と同様に、その積分信号ΣVAFの計測方向Sへの非
対称性からデフォーカス量ΔZを検出することができ
る。
Next, by integrating the image pickup signal V AF output from the imaging device 21 in the present embodiment in a non-measurement direction, the integrated signal [sigma] v AF is obtained, the integrated signal [sigma] v AF wafer 4
As shown in FIGS. 4A to 4C, the defocus amount ΔZ of 4 changes as in the first embodiment. Therefore, as in the first embodiment, the defocus amount ΔZ can be detected from the asymmetry of the integrated signal ΣV AF in the measurement direction S.

【0050】それ以外に次のように非対称性を定量化す
る方法もある。即ち、図4(c)に示すように、その積
分信号ΣVAFの計測方向Sへの1周期(ピーク2つ分)
毎の左右のエッジの幅aiL及びaiR(i=1,2,3,
…)を計測する。このためには、その積分信号ΣVAF
全体の両端を除く部分での最大値Vmax 及び最小値V
min の平均値Vme(=(Vmax +Vmin )/2)を求
め、その積分信号ΣVAFの値がその平均値Vmeを横切る
ときの幅を計測すればよい。次に、その積分信号ΣVAF
の計測方向Sへの非対称性の指標として、それらのエッ
ジの幅aiL及びaiRの差分Δai を算出する。従って、
次式が成立する。
Besides, the asymmetry is quantified as follows.
There is also a method. That is, as shown in FIG.
Minute signal ΣVAF1 cycle in the measurement direction S (for two peaks)
Left and right edge width aiLAnd aiR(I = 1, 2, 3,
…) Is measured. For this purpose, the integrated signal ΣVAFof
Maximum value V in the part excluding both ends of the wholemaxAnd the minimum value V
minAverage value Vme(= (Vmax+ Vmin) / 2)
Therefore, the integrated signal ΣVAFIs the average value VmeCross
The width of time can be measured. Next, the integrated signal ΣVAF
As an index of asymmetry in the measurement direction S of
Width aiLAnd aiRDifference ΔaiTo calculate. Therefore,
The following equation holds.

【0051】 Δai =aiR−aiL (5) 次に、撮像素子21で撮像されるパターン17aの像の
ピッチ(ピーク2つ分)を単位とした周期数をn(nは
2以上の整数)として、その差分Δai を積分信号ΣV
AFのn(nは2以上の整数)周期に亘って平均化して、
パターン17aの像の非対称性の程度を示す量ΔIBを
求める。従って、和記号Σが添字iについての1からn
までの積算を表すものとして、次の関係が成立する。
Δa i = a iR −a iL (5) Next, the number of cycles in units of the pitch (two peaks) of the image of the pattern 17 a picked up by the image pickup device 21 is n (n is 2 or more). The difference Δa i as an integral signal ΣV
Averaged over n (n is an integer of 2 or more) cycles of AF ,
An amount ΔIB indicating the degree of asymmetry of the image of the pattern 17a is obtained. Therefore, the sum symbol Σ is 1 to n for the subscript i.
The following relations are established to represent the integration up to.

【0052】 ΔIB=(1/n)ΣΔai (6) 第1実施例の(3)式で表される量ΔIAと同様に、
(6)式で表される非対称性の程度を示す量ΔIBも、
ウエハ44のデフォーカス量ΔZにほぼ比例して変化す
る。従って、第1実施例と同様にオートフォーカスを行
うことが出来る。量ΔIBのデフォーカスΔZに対する
変化率(検出感度)及びリニアリティの様子は、第1実
施例の量ΔIAと同じである。
ΔIB = (1 / n) ΣΔa i (6) Similar to the amount ΔIA represented by the equation (3) in the first embodiment,
The amount ΔIB indicating the degree of asymmetry expressed by the equation (6) is also
It changes substantially in proportion to the defocus amount ΔZ of the wafer 44. Therefore, the autofocus can be performed as in the first embodiment. The change rate (detection sensitivity) and linearity of the amount ΔIB with respect to the defocus ΔZ are the same as the amount ΔIA in the first embodiment.

【0053】上述のように本例でも、コマ収差を付与し
て撮像信号の非対称性を検出することにより、高い検出
感度で焦点検出を行うことができる。更に、焦点検出用
の照明光が、位置検出用(アライメント用)の照明光と
同じ広帯域の照明光であるため、焦点検出の際にもウエ
ハ44上のフォトレジストによる薄膜干渉の悪影響を受
けにくい利点がある。また、焦点検出用と位置検出用と
して光源が共用化されているため、全体の光学系が簡素
化されている。
As described above, also in this example, focus detection can be performed with high detection sensitivity by adding coma aberration and detecting the asymmetry of the image pickup signal. Furthermore, since the illumination light for focus detection is illumination light for the same wide band as the illumination light for position detection (for alignment), the thin film interference due to the photoresist on the wafer 44 is less likely to be adversely affected during focus detection. There are advantages. Further, since the light source is commonly used for focus detection and position detection, the entire optical system is simplified.

【0054】次に、コマ収差付与機能を備えたリレーレ
ンズ系33の具体的な構成例につき図7を参照して説明
する。図7(a)のリレーレンズ系33は、第1リレー
レンズ34A及び第2リレーレンズ34Bにより中間像
面31上の像を撮像素子21上にリレーするものであ
る。この場合、例えば前側の第1リレーレンズ34Aを
それまでの光軸AX2に対して偏心させることで、撮像
素子21上の焦点検出用の像に偏心コマ収差を発生させ
る。なお、図7(a)において、第1リレーレンズ34
Aの光軸を光軸AX2に合わせた状態で、リレーレンズ
系33を全体として偏心させて、中間像面31からの光
束がそのリレーレンズ系33の光軸外を通過するように
してもよい。このとき、撮像素子21上には像高に依る
コマ収差が生じることになる。これらの何れの場合でも
レンズの偏心量によりコマ収差の発生量を制御すること
ができる。
Next, a specific configuration example of the relay lens system 33 having a coma aberration imparting function will be described with reference to FIG. The relay lens system 33 in FIG. 7A relays the image on the intermediate image plane 31 onto the image pickup device 21 by the first relay lens 34A and the second relay lens 34B. In this case, for example, decentering the first relay lens 34A on the front side with respect to the optical axis AX2 up to that point causes decentration coma aberration in the image for focus detection on the image sensor 21. Note that in FIG. 7A, the first relay lens 34
With the optical axis of A aligned with the optical axis AX2, the relay lens system 33 may be decentered as a whole so that the light flux from the intermediate image plane 31 passes outside the optical axis of the relay lens system 33. . At this time, coma aberration depending on the image height is generated on the image pickup device 21. In any of these cases, the amount of coma aberration generated can be controlled by the amount of eccentricity of the lens.

【0055】図7(b)はリレーレンズ系33の他の構
成例を示し、この図7(b)において、2つのリレーレ
ンズ35A及び35Bにより中間像面31上の像を撮像
素子21上にリレーすると共に、第1リレーレンズ35
Aと第2リレーレンズ35Bとの間の瞳面(フーリレ変
換面)F1の近傍に1組のゾーンプレート36A及び3
6Bが近接して配置してある。このとき、例えば一方の
ゾーンプレート36Aを光軸AX2から偏心させて、ゾ
ーンプレート36A及び36Bを相対的にずらすことに
より、撮像素子21上に生ずるコマ収差量を制御でき
る。
FIG. 7B shows another example of the configuration of the relay lens system 33. In FIG. 7B, the image on the intermediate image plane 31 is formed on the image pickup device 21 by the two relay lenses 35A and 35B. It relays and the 1st relay lens 35
A pair of zone plates 36A and 3 is provided near the pupil plane (Fourier conversion plane) F1 between A and the second relay lens 35B.
6B is arranged in close proximity. At this time, for example, by decentering one of the zone plates 36A from the optical axis AX2 and relatively shifting the zone plates 36A and 36B, the amount of coma produced on the image sensor 21 can be controlled.

【0056】次に、図6の実施例では位置検出と焦点検
出とを独立に行うため、AF用位相パターン板17がウ
エハ44との共役面からデフォーカスされているが、A
F用位相パターン板17をウエハ44の共役面に配置
(即ち、図6でΔd=0となる)してもよい。この場合
に図6のX軸用の撮像素子12Xでは、図3において焦
点合わせ用マークの投影像26の領域をウエハマーク4
8の全面を覆うように広げたような像が観察される。こ
の状態で位置検出と焦点検出とをそれぞれ高精度に行う
ためには、図3と同様にウエハマーク48の計測方向で
あるX方向に対して、焦点合わせ用マークの投影像26
(パターン17aの像)の計測方向Sを45°で交差さ
せて、図6のリレーレンズ系33によりその計測方向S
に対応する方向に最大のコマ収差を発生させる。
Next, in the embodiment of FIG. 6, since the position detection and the focus detection are performed independently, the AF phase pattern plate 17 is defocused from the conjugate plane with the wafer 44.
The F phase pattern plate 17 may be arranged on the conjugate plane of the wafer 44 (that is, Δd = 0 in FIG. 6). In this case, in the X-axis image pickup device 12X of FIG. 6, the area of the projected image 26 of the focusing mark in FIG.
An image that is spread out so as to cover the entire surface of 8 is observed. In order to perform the position detection and the focus detection with high accuracy in this state, respectively, as in FIG.
The measuring direction S of (the image of the pattern 17a) is intersected at 45 °, and the measuring direction S is measured by the relay lens system 33 of FIG.
The maximum coma aberration is generated in the direction corresponding to.

【0057】また、撮像素子21で撮像信号を積分する
非計測方向Tの幅HAFについては、第1実施例の(1)
式の条件を課す。これにより、ウエハマーク48に影響
されずに焦点検出が行われる。一方、本例では位置検出
用の撮像素子12X上にも焦点合わせ用マークの投影像
26の像が形成される。そこで、その像の影響を除くた
め、図3においてウエハマーク48の計測方向(X方
向)に垂直なY方向に幅HWMX の領域で、その撮像素子
12Xから出力される撮像信号をY方向に積分すること
とする。そして、その幅HWMX は、この幅内に焦点合わ
せ用マークの投影像26の明暗パターンが整数個含まれ
るように設定する。投影像26のY方向へのピッチは2
1/2・PAFであるため、その幅HWMX は自然数m’を用い
て次のように設定すればよい。
[0057] Also, the width H AF of non-measurement direction T which integrates the image signal by the image sensor 21, of the first embodiment (1)
Impose conditions on the formula. As a result, focus detection is performed without being affected by the wafer mark 48. On the other hand, in this example, an image of the projected image 26 of the focusing mark is also formed on the image sensor 12X for position detection. Therefore, in order to remove the influence of the image, in FIG. 3, the image pickup signal output from the image pickup device 12X is output in the Y direction in the region of the width H WMX in the Y direction perpendicular to the measurement direction (X direction) of the wafer mark 48. We will integrate. The width H WMX is set so that an integral number of bright and dark patterns of the projected image 26 of the focusing mark are included in this width. The pitch of the projected image 26 in the Y direction is 2
Since it is 1/2 · P AF , its width H WMX may be set as follows using a natural number m ′.

【0058】 HWMX =m’21/2・PAF (7) これにより、共通の光源を使用し、且つAF用位相パタ
ーン板17をデフォーカスさせないときでも、AF用位
相パターン板17のパターン17aの像に影響されず
に、正確にウエハマーク48のX方向の位置を検出でき
る。更に、サーチアライメントの結果によりウエハマー
ク48とパターン17aの像(投影像26)との位置関
係がずれた場合でも、撮像信号を積分することにより、
そのパターン17aの像の影響は一定(直流成分)とな
り、位置検出精度は高く維持される。
H WMX = m′2 1/2 · P AF (7) As a result, the pattern of the AF phase pattern plate 17 is used even when the common light source is used and the AF phase pattern plate 17 is not defocused. The position of the wafer mark 48 in the X direction can be accurately detected without being affected by the image of 17a. Further, even if the positional relationship between the wafer mark 48 and the image of the pattern 17a (projected image 26) is deviated as a result of the search alignment, by integrating the image pickup signal,
The effect of the image of the pattern 17a is constant (DC component), and the position detection accuracy is maintained high.

【0059】[第3実施例]図8を参照して第3実施例
につき説明する。本実施例は上述実施例とは異なり、ウ
エハマークそのものを焦点合わせ用マークとみなすもの
であり、図8において図1に対応する部分には同一符号
を付してその詳細説明を省略する。図8のアライメント
系50Bにおいて、位置及び焦点検出用のハロゲンラン
プ等からなる光源1から射出される照明光より、光学的
バンドパスフィルタ2を介して選択された照明光L2
は、コンデンサーレンズ3により視野絞り4上に集光さ
れ、視野絞り4を通過した照明光L2は、照明リレーレ
ンズ6を介してハーフプリズム7に入射する。そして、
ハーフプリズム7により反射された光束が、第1対物レ
ンズ8を介してウエハ44上のX軸用のウエハマーク4
8を含む所定の観察領域を照明する。
[Third Embodiment] A third embodiment will be described with reference to FIG. The present embodiment is different from the above-described embodiments in that the wafer mark itself is regarded as a focusing mark, and in FIG. 8, parts corresponding to those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted. In the alignment system 50B of FIG. 8, the illumination light L2 selected from the illumination light emitted from the light source 1 including a halogen lamp for position and focus detection through the optical bandpass filter 2 is selected.
Is condensed on the field stop 4 by the condenser lens 3, and the illumination light L2 passing through the field stop 4 enters the half prism 7 via the illumination relay lens 6. And
The light beam reflected by the half prism 7 passes through the first objective lens 8 and the wafer mark 4 for the X axis on the wafer 44.
A predetermined observation area including 8 is illuminated.

【0060】この場合、照明光L2に関して視野絞り4
とウエハ44の表面とがほぼ共役となっており、視野絞
り4によりウエハ44上の位置及び焦点検出用の観察視
野が設定される。ウエハ44から反射された照明光L2
は、第1対物レンズ8により集光されてハーフプリズム
7に戻り、ハーフプリズム7を透過した光束が第2対物
レンズ9を経てビームスプリッター30に至る。そし
て、ウエハ44の合焦時には、ビームスプリッター30
を透過した光束は位置検出用の撮像素子12の撮像面に
ウエハマーク48の像を形成する。即ち、ウエハ44の
合焦時には撮像素子12の撮像面はウエハ44の表面と
共役である。
In this case, the field stop 4 with respect to the illumination light L2.
And the surface of the wafer 44 are substantially conjugate with each other, and the field stop 4 sets a position on the wafer 44 and an observation field of view for focus detection. Illumination light L2 reflected from the wafer 44
Is condensed by the first objective lens 8 and returns to the half prism 7, and the light flux transmitted through the half prism 7 reaches the beam splitter 30 via the second objective lens 9. Then, when the wafer 44 is focused, the beam splitter 30
The light flux transmitted through forms an image of the wafer mark 48 on the image pickup surface of the image pickup device 12 for position detection. That is, when the wafer 44 is focused, the image pickup surface of the image pickup device 12 is conjugate with the surface of the wafer 44.

【0061】一方、ビームスプリッター30で反射され
た光束は、中間像面31上に一度ウエハマーク48の像
を形成し、中間像面31からの光束はコマ収差発生機能
付きのリレーレンズ系39を介して焦点検出用の撮像素
子21の撮像面にウエハマーク48の像を再形成する。
即ち、照明光L2のもとで合焦時には、撮像素子12の
撮像面、中間像面31、及び撮像素子21の撮像面は、
それぞれウエハ44の表面と共役である。
On the other hand, the light beam reflected by the beam splitter 30 once forms an image of the wafer mark 48 on the intermediate image surface 31, and the light beam from the intermediate image surface 31 passes through the relay lens system 39 having a coma aberration generating function. The image of the wafer mark 48 is re-formed on the image pickup surface of the image pickup device 21 for focus detection via the above.
That is, at the time of focusing under the illumination light L2, the image pickup surface of the image pickup element 12, the intermediate image surface 31, and the image pickup surface of the image pickup element 21 are
Each is conjugated with the surface of the wafer 44.

【0062】また、リレーレンズ系39は、第1リレー
レンズ37A、コマ収差発生光学系38、及び第2リレ
ーレンズ37Bより構成され、コマ収差発生光学系38
は例えば図7(b)の1対のゾーンプレート36A及び
36Bより構成されている。そして、そのコマ収差発生
光学系38内の光学部材を偏心等させることにより、撮
像素子21上の像にコマ収差を発生させる。この場合の
コマ収差を最大にする方向(即ち計測方向S)は、ウエ
ハマーク48のピッチ方向であるX方向に対応する方向
とする。
The relay lens system 39 is composed of a first relay lens 37A, a coma aberration generating optical system 38, and a second relay lens 37B, and the coma aberration generating optical system 38.
Is composed of, for example, a pair of zone plates 36A and 36B shown in FIG. Then, by decentering the optical members in the coma aberration generating optical system 38, coma aberration is generated in the image on the image sensor 21. In this case, the direction in which the coma aberration is maximized (that is, the measurement direction S) is the direction corresponding to the X direction which is the pitch direction of the wafer mark 48.

【0063】本例では、先ず撮像素子21上のウエハマ
ーク48の像の計測方向Sへの非対称性を求めることに
より、ウエハ44のデフォーカス量が検出される。その
後、Zステージ45を介してそのデフォーカス量の補正
を行ってから、位置検出用の撮像素子12上のウエハマ
ーク48の像に基づいてウエハマーク48の位置が検出
される。この際に、ウエハマーク48そのものが焦点合
わせ用マークとして使用されているため、光学系が簡略
であると共に、焦点検出用の信号、及び位置検出用の信
号のSN比が高くなり、高精度にオートフォーカス及び
位置検出(アライメント)を行うことができる。
In this example, the defocus amount of the wafer 44 is detected by first determining the asymmetry of the image of the wafer mark 48 on the image pickup device 21 in the measurement direction S. After that, the defocus amount is corrected via the Z stage 45, and then the position of the wafer mark 48 is detected based on the image of the wafer mark 48 on the image sensor 12 for position detection. At this time, since the wafer mark 48 itself is used as the focusing mark, the optical system is simple, and the SN ratio of the focus detection signal and the position detection signal is high, which results in high accuracy. Autofocus and position detection (alignment) can be performed.

【0064】なお、上述実施例では被検マークの位置検
出を撮像方式(FIA方式)で行っているが、それ以外
に被検マークに2方向から可干渉性のあるレーザビーム
を照射し、その被検マークから戻されるヘテロダインビ
ームの位相に基づいてその被検マークの位置検出を行う
所謂ヘテロダイン干渉方式のアライメント系を使用する
場合等にも、本発明を適用して安定にオートフォーカス
を行うことができる。
Although the position of the mark to be detected is detected by the image pickup method (FIA method) in the above-described embodiment, the mark to be detected is irradiated with a coherent laser beam from two directions in addition to that. Even when using a so-called heterodyne interference type alignment system that detects the position of the test mark based on the phase of the heterodyne beam returned from the test mark, it is possible to apply the present invention to perform stable autofocus. You can

【0065】このように本発明は上述実施例に限定され
ず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り
得る。
As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.

【0066】[0066]

【発明の効果】本発明の第1の位置検出装置によれば、
被検パターンの像にコマ収差を発生させて、被検面の法
線方向の位置(高さ)に応じて変化するその被検パター
ンの像の非対称性を求めることにより、その被検面の高
さを検出している。従って、簡単な構成でそのコマ収差
量を大きくするだけで、高さの検出感度を高めることが
でき、例えば焦点位置検出系として使用した場合の焦点
ずれ(デフォーカス)に対する検出感度を高めることが
できる利点がある。
According to the first position detecting device of the present invention,
By generating coma aberration in the image of the test pattern and determining the asymmetry of the image of the test pattern that changes depending on the position (height) in the normal direction of the test surface, The height is detected. Therefore, the height detection sensitivity can be increased by simply increasing the coma aberration amount with a simple configuration, and for example, the detection sensitivity to defocus (defocus) when used as a focus position detection system can be increased. There are advantages.

【0067】この場合、コマ収差付与光学系が、被検パ
ターンの像の非対称性の計測方向に沿ってコマ収差を発
生させるときには、その計測方向で非対称性が最も大き
くなるため、高さ変化(デフォーカス等)に対する検出
感度が最も高くなる。また、その被検面の被検パターン
を含む所定の観察視野内の像を形成する観察光学系を設
け、この観察光学系による結像光束の光路外にそのコマ
収差付与光学系を配置するときには、その観察光学系に
よる観察像にコマ収差が発生しないため、例えばアライ
メント装置に適用した場合には、被検面上の位置合わせ
用のマークの位置等を高精度に検出できる。更に、コマ
収差を発生させる方式であるため、その観察光学系の対
物光学系を介してTTL方式で焦点検出を行う場合に、
その対物光学系の開口数が小さいときでも、高い検出感
度で焦点ずれを検出できる利点がある。
In this case, when the coma-aberration giving optical system produces coma aberration along the measuring direction of the asymmetry of the image of the pattern to be measured, the asymmetry becomes the largest in that measuring direction, so that the height change ( The detection sensitivity to defocus etc.) is the highest. Further, when an observation optical system for forming an image in a predetermined observation visual field including the pattern to be inspected on the surface to be inspected is provided and the coma aberration imparting optical system is arranged outside the optical path of the image-forming light flux by this observation optical system, Since no coma aberration is generated in the image observed by the observation optical system, when applied to an alignment device, for example, the position of the alignment mark on the surface to be inspected can be detected with high accuracy. Further, since it is a method of generating coma, when focus detection is performed by the TTL method via the objective optical system of the observation optical system,
Even if the numerical aperture of the objective optical system is small, there is an advantage that defocus can be detected with high detection sensitivity.

【0068】次に、本発明の第2の位置検出装置によれ
ば、コマ収差により発生する被検パターンの像の非対称
性に基づいて被検面の高さを検出しているため、簡単な
構成でコマ収差量を増加させるのみで高さ変化に対する
検出感度を高めることができる。更に、被検パターンは
被検面上にデフォーカス状態で投影されるため、その被
検面の観察像にはその被検パターンの影響が殆ど無い利
点もある。
Next, according to the second position detecting device of the present invention, the height of the surface to be inspected is detected based on the asymmetry of the image of the pattern to be inspected which is caused by coma aberration. With the configuration, it is possible to enhance the detection sensitivity to the height change only by increasing the coma aberration amount. Further, since the test pattern is projected on the test surface in a defocused state, there is an advantage that the test pattern is hardly influenced by the observation image of the test surface.

【0069】また、本発明の投影露光装置によれば、オ
ートフォーカス方式で観察光学系に対する感光基板の合
焦を行いつつ、その感光基板上の位置合わせ用のマーク
の位置検出を行うことができる。その際の位置検出手段
として、コマ収差を付与して得られる像の非対称性に基
づいてデフォーカス量を検出する装置が使用されている
ため、容易にデフォーカスに対する検出感度を向上でき
る。
Further, according to the projection exposure apparatus of the present invention, the position of the alignment mark on the photosensitive substrate can be detected while the photosensitive substrate is focused on the observation optical system by the autofocus system. . Since a device that detects the defocus amount based on the asymmetry of the image obtained by adding coma aberration is used as the position detection means in that case, the detection sensitivity to defocus can be easily improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施例の投影露光装置を示す構成
図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a projection exposure apparatus according to a first embodiment of the present invention.

【図2】(a)は図1のウエハ上のショット領域に付設
されたウエハマークを示す拡大平面図、(b)はウエハ
マーク48の図1の撮像素子12Xの撮像面での像を示
す拡大像である。
2A is an enlarged plan view showing a wafer mark attached to a shot area on the wafer of FIG. 1, and FIG. 2B is an image of the wafer mark 48 on an image pickup surface of an image pickup device 12X of FIG. It is an enlarged image.

【図3】第1実施例でウエハマーク上に投影される焦点
合わせ用マークの投影像を示す拡大図である。
FIG. 3 is an enlarged view showing a projected image of a focusing mark projected on a wafer mark in the first embodiment.

【図4】第1実施例でウエハのデフォーカス量に応じて
撮像素子上に形成される像の非対称性の程度が変化する
様子を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing how the degree of asymmetry of an image formed on an image sensor changes according to the defocus amount of a wafer in the first embodiment.

【図5】(a)は理想結像の場合のデフォーカス量ΔZ
と、像の非対称性を示す指標となる量ΔIAとの関係を
示す図、(b)はコマ収差を付与した場合のデフォーカ
ス量ΔZと量ΔIAとの関係を示す図である。
FIG. 5A is a defocus amount ΔZ in the case of ideal image formation.
And (b) is a diagram showing the relationship between the defocus amount ΔZ and the amount ΔIA when coma aberration is applied.

【図6】本発明の第2実施例の投影露光装置のアライメ
ント系を示す構成図である。
FIG. 6 is a configuration diagram showing an alignment system of a projection exposure apparatus according to a second embodiment of the present invention.

【図7】図6のコマ収差付与機能を有するリレーレンズ
系33の具体例を示す構成図である。
7 is a configuration diagram showing a specific example of a relay lens system 33 having a coma aberration imparting function of FIG.

【図8】本発明の第3実施例の投影露光装置のアライメ
ント系を示す構成図である。
FIG. 8 is a configuration diagram showing an alignment system of a projection exposure apparatus according to a third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 位置検出用の光源 2 光学的バンドパスフィルタ 4,18 視野絞り 5,10 ダイクロイックミラー 6 照明リレーレンズ 7,11 ハーフプリズム 8 第1対物レンズ 9 第2対物レンズ 12X,12Y 位置検出用の撮像素子 15 AF用光源 17 AF用位相パターン板 19,20 平行平面板 21 焦点検出用の撮像素子 22 信号処理装置 23 ステージ制御系 41 マスク 43 投影光学系 44 ウエハ 45 Zステージ 48 ウエハマーク 1 Light source for position detection 2 Optical bandpass filter 4,18 Field stop 5,10 Dichroic mirror 6 Illumination relay lens 7,11 Half prism 8 First objective lens 9 Second objective lens 12X, 12Y Image sensor for position detection 15 AF light source 17 AF phase pattern plate 19, 20 Parallel plane plate 21 Focus detection image sensor 22 Signal processing device 23 Stage control system 41 Mask 43 Projection optical system 44 Wafer 45 Z stage 48 Wafer mark

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被検面の法線方向の位置を検出する装置
において、 前記被検面上に形成されているパターン、又は前記被検
面に投影されるパターンよりなる被検パターンの像を形
成する検出光学系と、前記被検パターンの像にコマ収差
を発生させるコマ収差付与光学系とを有し、 前記被検パターンの像の非対称性より前記被検面の位置
を検出することを特徴とする位置検出装置。
1. An apparatus for detecting a position of a surface to be inspected in a normal direction, wherein an image of an inspection pattern formed of a pattern formed on the surface to be inspected or a pattern projected on the surface to be inspected is formed. A detection optical system that forms the image, and a coma-aberration giving optical system that generates a coma aberration in the image of the test pattern, and detects the position of the test surface from the asymmetry of the image of the test pattern. Characteristic position detection device.
【請求項2】 請求項1記載の位置検出装置であって、
前記コマ収差付与光学系は、前記被検パターンの像の非
対称性の計測方向に沿ってコマ収差を発生させることを
特徴とする位置検出装置。
2. The position detecting device according to claim 1, wherein
The position detecting device, wherein the coma-aberration giving optical system generates coma along the measurement direction of the asymmetry of the image of the test pattern.
【請求項3】 請求項1又は2記載の位置検出装置であ
って、前記被検面の前記被検パターンを含む所定の観察
視野内の像を形成する観察光学系を設け、該観察光学系
による結像光束の光路外に前記コマ収差付与光学系を配
置することを特徴とする位置検出装置。
3. The position detecting apparatus according to claim 1, further comprising an observation optical system that forms an image in a predetermined observation visual field including the inspection pattern of the inspection surface, the observation optical system. The position detecting device, wherein the coma-aberration giving optical system is arranged outside the optical path of the image-forming light flux.
【請求項4】 被検面の法線方向の位置を検出する位置
検出装置において、 所定の計測方向に配列された被検パターンが形成された
パターン板を照明する照明系と、 前記被検パターンのデフォーカスされた像を前記被検面
に投影する投影系と、 前記被検面からの光束を2分割する光束分割系と、 該光束分割系からの一方の光束より前記被検パターンの
像を形成する検出光学系と、 前記光束分割系からの他方の光束より前記被検面上の像
を形成する観察光学系と、 前記検出光学系内で前記被検パターンの像にコマ収差を
発生させるコマ収差付与光学系と、を有し、 前記被検パターンの像の前記計測方向への非対称性より
前記被検面の位置を検出することを特徴とする位置検出
装置。
4. A position detecting device for detecting a position of a surface to be inspected in a normal direction, and an illumination system for illuminating a pattern plate on which an inspected pattern arranged in a predetermined measuring direction is formed, and the inspected pattern. Of the defocused image on the surface to be inspected, a light beam splitting system for splitting the light beam from the surface to be inspected into two, and an image of the pattern to be inspected from one light beam from the light beam splitting system. A detection optical system that forms an image, an observation optical system that forms an image on the surface to be inspected from the other light beam from the light beam splitting system, and a coma aberration in the image of the pattern to be inspected in the detection optical system. And a coma-aberration giving optical system for detecting the position of the surface to be detected from the asymmetry of the image of the pattern to be measured in the measurement direction.
【請求項5】 マスクパターンの像を感光基板上に投影
する投影光学系と、 前記感光基板を前記投影光学系の光軸に垂直な方向へ移
動させる基板ステージと、 前記感光基板上の位置合わせ用のマークの像を形成する
観察光学系と、 前記感光基板上の前記位置合わせ用のマークの近傍での
前記光軸方向の位置を検出する位置検出手段と、 前記感光基板と前記観察光学系との前記光軸に平行な方
向の相対位置を調整する高さ調整手段と、を有し、 前記位置検出手段の検出結果に基づいて前記高さ調整手
段を介して前記感光基板を前記観察光学系に合焦させた
後、前記観察光学系による前記位置合わせ用のマークの
像の位置に基づいて前記感光基板の位置合わせを行う投
影露光装置において、 前記位置検出手段は、前記感光基板上の位置合わせ用の
マーク、又は前記感光基板上に投影される位置検出用の
パターンよりなる被検パターンの像を形成する検出光学
系と、前記被検パターンの像にコマ収差を発生させるコ
マ収差付与光学系とより構成され、 前記被検パターンの像の非対称性より前記感光基板の表
面の前記光軸方向の位置を検出することを特徴とする投
影露光装置。
5. A projection optical system for projecting an image of a mask pattern onto a photosensitive substrate, a substrate stage for moving the photosensitive substrate in a direction perpendicular to an optical axis of the projection optical system, and alignment on the photosensitive substrate. Optical system for forming an image of a mark for use, position detection means for detecting a position in the optical axis direction in the vicinity of the alignment mark on the photosensitive substrate, the photosensitive substrate and the observation optical system And height adjusting means for adjusting the relative position in the direction parallel to the optical axis, and the observation optical system for observing the photosensitive substrate via the height adjusting means based on the detection result of the position detecting means. In the projection exposure apparatus, which aligns the photosensitive substrate based on the position of the image of the alignment mark by the observation optical system after focusing on the system, the position detecting means is provided on the photosensitive substrate. For alignment Of the mark, or a detection optical system that forms an image of the pattern to be inspected, which is formed by a pattern for position detection projected on the photosensitive substrate, and a coma-aberration giving optical system that generates comatic aberration in the image of the pattern to be inspected. A projection exposure apparatus configured to detect the position of the surface of the photosensitive substrate in the optical axis direction based on the asymmetry of the image of the test pattern.
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