CN1419275A - 标记位置检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种即使在形成标记的像的成像光学系统中残存畸变像差，也能正确地检测标记的位置的标记位置检测装置。包括：照明装置(13～19)，对基板(11)上的被检标记(30)进行照明；成像光学系统(19～24)，对来自被检标记的光L2进行成像，形成被检标记的像；光学元件支持装置20a，以垂直于光轴O2的X轴、Y轴为中心，可倾斜地支持成像光学系统的一部分的光学元件20；摄像装置25，拍摄由成像光学系统形成的被检标记的像，输出图像信号；以及计算装置26，从摄像装置输入上述图像信号，计算出被检标记的位置。

Description

标记位置检测装置
技术领域
本发明涉及一种检测基板上的被检标记的位置的标记位置检测装置，特别是涉及一种适用于半导体元件等的制造工序中进行高精度位置检测的标记位置检测装置。
背景技术
众所周知，在半导体元件和液晶显示元件的制造工序中，经过将在掩模(分度线)上形成的电路图形复印在抗蚀膜上的曝光工序，和溶解抗蚀膜的曝光部分或未曝光部分的显影工序，电路图形(抗蚀图形)被复制在抗蚀膜上，通过将该抗蚀图形作为掩模而进行蚀刻或蒸镀(加工工序)，电路图形被复制在紧接在抗蚀膜下面的规定材料膜上。
接下来，为了在形成于上述规定材料膜上的电路图形上面形成另外的电路图形，反复进行相同的图形形成工序。通过反复数次进行图形形成工序，各种材料膜的电路图形被叠合在基板(半导体晶片或源极基板)上，从而形成半导体元件或液晶显示元件的电路。
但是，在上述制造工序中，为了高精度地叠合各种材料膜的电路图形，在各个图形形成工序中的曝光工序之前，进行掩模和基板的对准，而且在显影工序之后加工工序之前，进行基板上的抗蚀图形的叠合状态的检查，以提高产品的合格率。
其中，掩模和基板的对准(曝光工序之前)是指掩模上的电路图形和上一个图形形成工序中在基板上形成的电路图形的对准，该对准使用表示各个电路图形的基准位置的标记来进行。
此外，基板上的抗蚀图形的叠合状态的检查(加工工序之前)是指抗蚀图形相对于在上一个图形形成工序中形成的电路图形(以下称为“基底图形”)的叠合检查，该检查使用表示基底图形和抗蚀图形的各个基准位置的标记进行。
用于上述对准和叠合检查的标记位置检测是这样进行的，即利用CCD照相机等摄像元件拍摄标记的图像，然后再对得到的图像信号进行图像处理。
发明内容
但是，在上述现有的标记位置检测装置中，在摄像元件的摄像面上形成标记图像的成像光学系统存在畸变像差(distortion)，这是无法正确地检测标记位置的主要原因，而完全消除上述畸变像差是很困难的。
本发明的目的就是提供一种即使在形成标记图像的成像光学系统中残留有畸变像差，也能正确地检测标记位置的标记位置检测装置。
本发明技术方案1的标记位置检测装置包括：照明装置，对基板上的被检标记进行照明；成像光学系统，对来自上述被检标记的光进行成像，形成上述被检标记的像；光学元件支持装置，以垂直于上述成像光学系统光轴的轴为中心，可倾斜地支持上述成像光学系统的一部分的光学元件；摄像装置，拍摄由上述成像光学系统形成的上述被检标记的像，输出图像信号；以及计算装置，从上述摄像装置输入上述图像信号，计算出上述被检标记的位置。
技术方案2是技术方案1所述的标记位置检测装置，包括：测定装置，从上述摄像装置输入上述图像信号，测定上述成像光学系统的畸变像差的分布状态；以及控制装置，根据上述测定装置的测定结果，控制上述光学元件支持装置，调整上述一部分的光学元件的倾斜状态。
技术方案3是根据技术方案2所述的标记位置检测装置，包括基板支持装置，以上述光轴为中心，可旋转地支持上述基板。上述测定装置控制上述基板支持装置，调整上述基板的旋转状态，在使上述基板旋转180度的前后的状态下，分别从上述摄像装置输入上述图像信号，测定上述畸变像差的分布状态。
技术方案4是根据技术方案2或3所述的标记位置检测装置，上述控制装置调整上述一部分的光学元件的倾斜状态，使得上述畸变像差的分布状态相对于该装置的视场中心对称。
技术方案5是根据技术方案2至4任意一项所述的标记位置检测装置，上述光学元件支持装置沿垂直于上述光轴的轴，可移动地支持上述成像光学系统的其余部分的光学元件，上述控制装置在调整上述一部分的光学元件的倾斜状态之后，使上述其余部分的光学元件移动，校正上述成像光学系统的彗形像差。
附图说明
图1是表示叠合测定装置10的整体构成的图。
图2是形成于晶片11上的叠合标记30的俯视图(a)和剖视图(b)。
图3是形成于晶片11上的直线&基体标记33的俯视图(a)和剖视图(b)。
图4是表示成像光学系统(19～24)的畸变像差造成的像的位置偏移量的简图。
图5是说明TIS值的测定方法的图。
图6是表示在叠合测定装置10检查叠合状态之前进行的光学系统的调整顺序的流程图。
图7是说明利用QZ法进行光学系统的微调方法的图。
图8是表示叠合测定装置10的整体构成的图。
具体实施方式
以下，利用附图对本发明的实施方式进行详细说明。
本发明的实施方式与权利要求1～权利要求5对应。
其中，对于本实施方式的标记位置检测装置，以如图1所示的叠合测定装置10为例进行说明。
如图1(a)所示，叠合测定装置10由以下部分构成：检测台12，支承作为被测物体的晶片11(基板)；照明光学系统(13～18)，对着检测台12上的晶片11，射出照明光L1；成像光学系统(19～24)，形成由照明光L1进行照明的晶片11的像；CCD摄像元件25；图像处理装置26；控制装置27。
在对该叠合测定装置10具体说明之前，对作为被测物体的晶片11进行说明。
多个电路图形(未图示)被叠层在晶片11的表面上。最上层的电路图形是被复制在抗蚀膜上的抗蚀图形。即，晶片11处于在上一个图形形成工序中形成的基底图形上形成另一个电路图形的工序中(对抗蚀膜进行曝光·显影之后，并且在对材料膜进行蚀刻之前)的状态。
然后，通过叠合测定装置10，检测抗蚀图形对晶片11的基底图形的叠合状态。为此，在晶片11上形成用于进行叠合状态检测的叠合标记30(图2)。图2(a)是叠合标记30的俯视图，图2(b)是其剖视图。
如图2(a)、(b)所示，叠合标记30由尺寸不同的矩形基底标记31和抗蚀标记32构成。基底标记31与基底图形同时形成，表示基底图形的基准位置。抗蚀标记32与抗蚀图形同时形成，表示抗蚀图形的基准位置。基底标记31、抗蚀标记32分别与权利要求的“被检标记”对应。
在抗蚀标记32和抗蚀图形之间，以及基底标记31和基底图形之间，形成作为加工对象的材料膜，其图示省略。叠合测定装置10进行叠合状态检查之后，在抗蚀标记32相对于基底标记31正确地叠合、抗蚀图形相对于基底图形正确地叠合的情况下，该材料膜通过抗蚀图形被实际地加工。
上述叠合标记30也用于构成叠合测定装置10的成像光学系统(19～24)的畸变像差的调整中。如后面所详细说明的，使用叠合标记30的成像光学系统(19～24)的畸变像差的调整，在叠合测定装置10进行叠合状态的检查之前进行。
在晶片11上形成直线&基体标记33。直线&基体标记33，如图3(a)、(b)所示，线宽3μm、间距6μm、高度85nm(测定波长λ的1/8左右)。图3(a)是直线&基体标记33的俯视图，图3(b)是剖视图。
该直线&基体标记33用于照明光学系统(13～18)和成像光学系统(19～24)的微调中。如后面所详细说明的，使用直线&基体标记33的微调在使用上述叠合标记30的成像光学系统(19～24)的畸变像差的调整之后，在叠合测定装置10进行叠合状态的检查之间的阶段，根据需要进行。
以下对叠合测定装置10(图1)的具体构成进行说明。
叠合测定装置10的检测台12支持晶片11，使其保持水平状态，同时使晶片11在水平方向(XY方向)、垂直方向(Z方向)、旋转方向(θ方向)移动。检测台12和晶片11以成像光学系统(19～24)的光轴O2为中心进行旋转。光轴O2与Z方向平行。检测台12对应于权利要求中的“基板支持装置”。
照明光学系统(13～18)由沿光轴顺序配置的光源13、照明孔径光阑14、聚光透镜15、视场光阑16、照明中继透镜17以及半棱镜18构成。半棱镜18的反射透过面18a相对于光轴O1倾斜约45°，也配置在成像光学系统(19～24)的光轴O2上。照明光学系统(13～18)的光轴O1与成像光学系统(19～24)的光轴O2垂直。
此外，照明光学系统(13～18)的光源13射出白色光。照明孔径光阑14将从光源13射出的光的直径限制在特定的直径内。该照明孔径光阑14相对于光轴O1可移动地被支持。照明孔径光阑14的移动状态的调整，利用上述直线&基体标记33(图3)来进行，其结果是照明光学系统(13～18)被微调。
聚光透镜15汇聚照明孔径光阑14射出的光。视场光阑16是限制叠合测定装置10的视场的光学元件。如图1(b)所示，具有一个矩形开口的狭缝16a。照明中继透镜17对来自视场光阑16的狭缝16a的光进行校准。半棱镜18反射来自照明中继透镜17的光，将其导向成像光学系统(19～24)的光轴O2上(照明光L1)。
成像光学系统(19～24)由沿光轴O2顺序配置的第一物镜19、第二物镜20，21、第一成像中继透镜22、成像孔径光阑23以及第二成像中继透镜24构成。第一物镜19和第二物镜20，21之间配置有上述半棱镜18。
第一物镜19将来自半棱镜18的照明光L1汇聚在晶片11上，同时对由晶片11产生的光(反射光L2)进行校准。上述半棱镜18使来自第一物镜19的光透过。第二物镜20，21将来自半棱镜18的光在一次成像面10a上成像。
第二物镜20，21由第一组透镜20和第二组透镜21等两组透镜构成。支持第一组透镜20的支持部件20a和支持第二组透镜21的支持部件21a与权利要求中的“光学元件支持装置”对应。
第二物镜的第一组透镜20是具有规定倍率的透镜系统，以垂直于光轴O2的X轴和Y轴为中心，可倾斜地被支持。所谓的可倾斜，是指第一组透镜20自身的光轴相对于成像光学系统(19～24)的光轴O2可倾斜。
第二物镜的第二组透镜21是没有倍率的聚焦系统，沿垂直于光轴O2的轴，在XY平面内可移动地被支持。所谓的可移动，是指第二组透镜21自身的光轴相对于成像光学系统(19～24)的光轴O2不能倾斜，但可平行移动。
第一组透镜20的倾斜状态的调整，利用上述叠合标记30(图2)来进行，其结果是调整了成像光学系统(19～24)的畸变像差。此外，第二组透镜21的移动状态的调整，利用上述直线&基体标记33(图3)来进行，其结果是成像光学系统(19～24)被微调。第一组透镜20与权利要求中的“成像光学系统的一部分的光学元件”相对应。
第一成像中继透镜22对来自第二物镜20，21的光进行校准。成像孔径光阑23将来自第一成像中继透镜22的光的直径限制在特定的直径内。该成像孔径光阑23相对于光轴O2，被可移动地支持。成像孔径光阑23的移动状态的调整，利用上述直线&基体标记33来进行，其结果是成像光学系统(19～24)被微调。第二成像中继透镜24将来自成像孔径光阑23的光在CCD摄像元件25的摄像面(二次成像面)上再次成像。
在如上述构成的照明光学系统(13～18)和成像光学系统(19～24)中，从光源13射出的光，透过照明孔径光阑14和聚光透镜15，均匀地对视场光阑16进行照明。透过视场光阑16的狭缝16a的光，通过照明中继透镜17和半棱镜18，被导向第一物镜19，然后透过第一物镜19，成为与光轴O2大致平行的照明光L1。照明光L1大致垂直地对检测台12上的晶片11进行照明。
入射到晶片11上的照明光L1的入射角度范围，由配置在与第一物镜19的光瞳共轭的表面上的照明孔径光阑14的光阑直径决定。此外，由于视场光阑16和晶片11具有共轭的位置关系，所以晶片11的表面上与视场光阑16的狭缝16a对应的区域被均匀地照明。即，狭缝16a的像被投影在晶片11的表面上。
来自被照射照明光L1的晶片11的反射光L2，通过第一物镜19和半棱镜18，被导向第二物镜20，21，由第二物镜20，21在一次成像面10a上成像。此外，来自第二物镜20，21的光，通过第一成像中继透镜22和成像孔径光阑23，被导向第二成像中继透镜24，由第二成像中继透镜24在CCD摄像元件25的摄像面上再次成像。CCD摄像元件25是二维地排列有多个像素的面传感器。
照明光学系统(13～18)和第一物镜19对应于权利要求中的“照明装置”。此外，成像光学系统(19～24)对应于权利要求中的“成像光学系统”。CCD摄像元件25对应于“摄像装置”。
其中，当晶片11上的叠合标记30(图2)被定位在叠合测定装置10的视场中心上时，该叠合标记30由照明光L1被照明，叠合标记30的像成像在CCD摄像元件25的摄像面上。此时，CCD摄像元件25拍摄叠合标记30的像，并将与该像的光强度(亮度)对应的图像信号输出到图像处理装置26。
此外，当晶片11上的直线&基体标记33(图3)被定位在叠合测定装置10的视场中心上时，该直线&基体标记33由照明光L1被照明，直线&基体标记33成像在CCD摄像元件25的摄像面上。此时，CCD摄像元件25拍摄直线&基体标记33的像，并将与该像的光强度(亮度)对应的图像信号输出到图像处理装置26。
当图像处理装置26从CCD摄像元件25输入与叠合标记30(图2)的像相关的图像信号后，取出图像中出现的多条边，分别计算出基底标记31的中心位置C1和抗蚀标记32的中心位置C2。所谓边，是指图像信号的强度急剧变化的地方。图像处理装置26对应于权利要求中的“计算装置”。
图像处理装置26在检查抗蚀图形相对于晶片11的基底图形的叠合状态时，根据基底标记31的中心位置C1和抗蚀标记32的中心位置C2的差，计算出叠合偏移量R。叠合偏移量R表现为晶片11的表面的二维向量。
此外，图像处理装置26在计算出叠合偏移量R之前，根据基底标记31的中心位置C1和抗蚀标记32的中心位置C2，测定叠合测定装置10的成像光学系统(19～24)的畸变像差的分布状态(后面详细说明)。图像处理装置26对应于权利要求中的“测定装置”。
另一方面，图像处理装置26在从CCD摄像元件25输入与直线&基体标记33(图3)的像相关的图像信号后，测定后面说明的Q值的聚焦特性(参照图7(b))，作为用于微调照明光学系统(13～18)和成像光学系统(19～24)的指标。
在构成说明的最后，对控制装置27进行说明。控制装置27对应于权利要求中的“控制装置”。
控制装置27在检查抗蚀图形相对于晶片11的基底图形的叠合状态时，控制检测台12和晶片11在XY方向上的移动，将晶片11上的叠合标记30(图2)定位在叠合测定装置10的视场中心。
此外，控制装置27在调整叠合测定装置10的成像光学系统(19～24)的畸变像差时，与上述同样，将叠合标记30(图2)定位在视场中心，同时控制检测台12和晶片11在θ方向上的旋转，使图像处理装置26测定成像光学系统(19～24)的畸变像差的分布状态。然后，根据由图像处理装置26测定的畸变像差的分布状态，控制第二物镜20，21的支持部件20a，调整第一组透镜20的倾斜状态。
此外，控制装置27在微调照明光学系统(13～18)和成像光学系统(19～24)时，控制检测台12和晶片11在XY方向上的移动，将晶片11上的直线&基体标记33(图3)定位在叠合测定装置10的视场中心。然后，一边控制检测台12和晶片11在Z方向上的移动，一边使图像处理装置26测定Q值(参照图7)，根据需要，控制第二物镜20，21的支持部件21a，调整第二组透镜21的移动状态。此外，根据需要，也调整照明孔径光阑14和成像孔径光阑23的移动状态。
以下，对如上述构成的叠合测定装置10的成像光学系统(19～24)的畸变像差的调整、照明光学系统(13～18)和成像光学系统(19～24)的微调依次进行说明。
一般，在成像光学系统(19～24)中存在畸变像差。该畸变像差的成因是，在CCD摄像元件25的摄像面上成像的像发生失真。由于畸变像差而造成的像的位置偏移量Δ如下式(1)表示，与像高y的三次方成比例增大。y0表示像高y的任意位置，D0表示y＝y0时的畸变像差。
  Δ＝(D0/y0 2)×y3          …(1)
一般，在成像光学系统(19～24)的配置中包含了组装时的制造误差(偏心误差)。因此，成像光学系统(19～24)的畸变像差相对于视场中心非对称地分布。此时，畸变像差造成的像的位置偏移量Δ，如图4(a)的曲线b所示，相对于视场中心也非对称地分布。
这样，当像的位置偏移量Δ相对于视场中心非对称地分布时，在例如将叠合标记30(图2)定位在视场中心的情况下，如图4(b)所示，矩形标记(基底标记31或抗蚀标记32)的图像的左侧边34和右侧边35的位置偏移量(以图中的箭头的大小表示)有差异。
该位置偏移量的差直接反映在矩形标记的中心位置C(如图2所示的基底标记31的中心位置C1和抗蚀标记32的中心位置C2)的计算结果中，其结果是上述叠合偏移量R不正确。
与此相对，如果使成像光学系统(19～24)的畸变像差相对于视场中心对称分布，则该畸变像差造成的像的位置偏移量Δ，如图4(a)的曲线a所示，相对于视场中心对称分布。
在例如将叠合标记30(图2)定位在视场中心的情况下，如图4(c)所示，矩形标记(基底标记31或抗蚀标记32)的图像的左侧边34和右侧边35的位置偏移量(以图中的箭头的尺寸表示)相等。
因此，左侧边34的位置偏移量和右侧边35的位置偏移量，在计算矩形标记的中心位置C(如图2所示的基底标记31的中心位置C1和抗蚀标记32的中心位置C2)时被抵消，其结果是可以正确地求出上述叠合偏移量R。
在本实施方式中，为了调整成像光学系统(19～24)的畸变像差，使该畸变像差相对于视场中心对称分布，从而能使畸变像差造成的像的位置偏移量Δ相对于视场中心对称分布(图4(a)的曲线b→曲线a)，而使第二物镜20，21的第一组透镜20可围绕X轴和Y轴倾斜。通过调整第一组透镜20的倾斜，可以改变成像光学系统(19～24)的畸变像差的分布状态。
此外，在本实施方式中，作为判断成像光学系统(19～24)的畸变像差相对于视场中心是非对称分布，还是对称分布的指标，使用后面说明的TIS(Tool Induced Shift)值。当成像光学系统(19～24)的畸变像差相对于视场中心对称分布时，TIS值为0，当非对称分布时为任意值(≠0)。此外，畸变像差的分布状态的非对称性越大，TIS值也越大。
以下，对TIS值的测定方法进行简单说明。测定TIS值时，晶片11上的叠合标记30(图2)被定位在叠合测定装置10的视场中心。控制装置27在使晶片11围绕光轴O2旋转180度的前后的状态下(图5(a)、(b))，使图像处理装置26分别计算出基底标记31的中心位置C1和抗蚀标记32的中心位置C2。
通过图像处理装置26，根据在图5(a)的状态下计算出的中心位置C1、C2，以中心位置C1为起点，计算出0度方向的叠合偏移量R0，同样，根据在图5(b)的状态下计算出的中心位置C1、C2，以中心位置C1为起点，计算出180度方向的叠合偏移量R180。然后根据下式(2)，测定TIS值。
TIS值＝(R0+R180)/2         …(2)
以TIS作为指标，判断成像光学系统(19～24)的畸变像差的分布状态，然后根据该判断结果，调整第二物镜20，21的第一组透镜20的倾斜。使成像光学系统(19～24)的畸变像差相对于视场中心成对称分布状态的简要操作顺序，如图6的步骤S1～S3所示。
图6的步骤S1～S3的处理是成像光学系统(19～24)的畸变像差的调整处理，下面的步骤S4的处理是后面说明的照明光学系统(13～18)和成像光学系统(19～24)的微调处理。
在图6的步骤S1中，控制装置27取入由图像处理装置26测定的TIS值，在以后的步骤S2中，将其与预先确定的阈值进行比较。阈值表示为十分小的值。
如果所测定的TIS值大于阈值(S2为N)，则成像光学系统(19～24)的畸变像差相对于视场中心非对称分布，所以在以后的步骤S3中，调整第二物镜20，21的第一组透镜20的倾斜，稍微改变成像光学系统(19～24)的畸变像差的分布状态。在第一组透镜20的倾斜调整之后，再次进行步骤S1、S2的处理。
这样，控制装置27反复进行步骤S1～S3，直到所测定的TIS值小于阈值。当所测定的TIS值小于阈值(S2为Y)时，由于成像光学系统(19～24)的畸变像差相对于视场中心已对称分布，所以进行以后的步骤S4。
此时，成像光学系统(19～24)的畸变像差造成的像的位置偏移量Δ也相对于视场中心对称分布(图4(a)的曲线a)。因此，如图4(c)所示，在计算定位于视场中心的矩形标记的中心位置C(如图2所示的中心位置C1、C2)时，左侧边34和右侧边35的位置偏移量Δ抵消，其结果是可以正确地求出上述叠合偏移量R。
但是，在对第二物镜20，21的第一组透镜20进行倾斜调整时，在成像光学系统(19～24)中可能会发生一定的偏心彗形像差。在本实施方式中，为了校正此时的偏心彗形像差，更正确地求出上述叠合偏移量R，使第二物镜20，21的第二组透镜21可移动。
此外，在本实施方式中，为了更正确地求出上述叠合偏移量R，在成像光学系统(19～24)的偏心彗形像差的校正的基础上，还对成像光学系统(19～24)的反射光L2的消除、照明光L1的主光线的倾斜(照明远心)进行校正。反射光L2的消除、照明光L1的倾斜的校正，分别通过成像孔径光阑23、照明孔径光阑14的移动调整来进行。
作为第二物镜20，21的第二组透镜21、成像孔径光阑23、照明孔径光阑14的移动调整的方法，可以利用特开2000-77295号公报所公开的方法(称为“QZ法”)。
这样，在本实施方式中，为了更正确地求出上述叠合偏移量R，在图6的步骤S4中，利用QZ法，对第二物镜的第二组透镜21、成像孔径光阑23、照明孔径光阑14进行移动调整。
此时，晶片11上的直线&基体标记33(图3)被定位在叠合测定装置10的视场中心，其结果是，如图7(a)所示，与直线&基体标记33的像的光强度相应的图像信号被输入图像处理装置26。
在图像处理装置26中，当输入与直线&基体标记33的像相关的图像信号(图7(a))后，取出图像中显示的多条边，计算出左侧边36和右侧边37的信号强度差ΔI。然后，通过任意的信号强度I，对所得到的信号强度差进行标准化，计算出下式(3)所示的Q值。Q值表示左侧边36和右侧边37的非对称性。
Q值＝ΔI/I×100(％)    …(3)
控制装置27每次在Z方向上使晶片11移动时，都进行上述Q值的计算。其结果是，可以得到如图7(b)所示的Q值的聚焦特性曲线。
控制装置27将Q值的聚焦特性曲线(图7(b))作为指标，进行第二物镜的第二组透镜21、成像孔径光阑23、照明孔径光阑14的移动调整。
在Q值的聚焦特性曲线(图7(b))中，如图7(c)所示的平行移动成分α是由照明孔径光阑14的移动调整改变的成分。此外，如图7(b)所示的凹凸成分β是由成像孔径光阑23的移动调整改变的成分。图7(e)所示的倾斜成分γ是由第二物镜的第二组透镜21的移动调整改变的成分。
因此，根据需要，通过对第二物镜的第二组透镜21、成像孔径光阑23、照明孔径光阑14进行移动调整，可以将Q值的聚焦特性曲线(图7(b))限定在预先确定的标准值(例如表示与Z位置无关的0状态)范围内。
当利用QZ法对照明光学系统(13～18)和成像光学系统(19～24)进行微调处理结束后，控制装置27为了检查抗蚀图形相对于晶片11的基底图形的叠合状态，再次将晶片11上的叠合标记30(图2)定位在叠合测定装置10的视场中心。然后，图像处理装置26根据基底标记31的中心位置C1和抗蚀标记32的中心位置C2的差，计算出叠合偏移量R。
在本实施方式中，由于使成像光学系统(19～24)的畸变像差造成的像的位置偏移量Δ相对于视场中心对称分布(图4(a))，所以可以正确地计算出基底标记31的中心位置C1和抗蚀标记32的中心位置C2。其结果是也可以正确地计算出叠合偏移量R。
此外，在本实施方式中，由于对成像光学系统(19～24)的偏心彗形像差和反射光L2的消除、照明光L1的主光线的倾斜(照明远心)也进行了校正，所以可以更正确地进行上述中心位置C1、C2和叠合偏移量R的计算。
因此，采用叠合测定装置10，即使成像光学系统(19～24)中存在畸变像差，也能高精度地检查晶片11的叠合状态，从而进一步提高产品的成品率。
在上述实施方式中，为了调整成像光学系统(19～24)的畸变像差的分布，对第二物镜的第一组透镜20进行倾斜调整，但本发明不限于该构成。例如，也可以对第二物镜的第二组透镜21进行倾斜调整。此外，也可以对第一物镜19或第一成像中继透镜22、第二成像中继透镜24进行倾斜调整。
在上述实施方式中，为了校正成像光学系统(19～24)的偏心彗形像差，对第二物镜的第二组透镜21进行倾斜调整，但本发明不限于该构成。例如，也可以对第二物镜的第一组透镜20进行倾斜调整。也可以对第一物镜19或第一成像中继透镜22、第二成像中继透镜24进行倾斜调整。
但是，当对第二物镜的第一组透镜20等具有规定倍率的透镜进行倾斜调整时，由于考虑到可能会发生偏心彗形像差以外的新的像差(色像差等)，所以优选对第二物镜的第二组透镜21那样的聚焦系统进行移动调整。
此外，共同对透镜进行倾斜调整和移动调整的构成，由于会使驱动系统复杂且大型化，所以优选倾斜调整用透镜和移动调整用透镜分别构成。
此外，在上述实施方式中，通过控制装置27，自动地进行照明光学系统(13～18)和成像光学系统(19～24)的调整，然后检查叠合标记30的基底标记31和抗蚀标记32的中心位置C1、C2和叠合偏移量R，但本发明也适用于手动地进行调整和位置检测的装置。在这种情况下，叠合测定装置10的控制装置27被省略。
此外，在上述实施方式中，以例子对叠合测定装置10进行了说明，但本发明不限于此。
如图8所示的叠合测定装置11，没有与叠合测定装置10的成像光学系统的中继光学系统相当的22～24，而是采用在一次成像面10a上配置CCD摄像元件25，同时在第一物镜19内组合成像孔径光阑23。这样也能与叠合测定装置10同样地进行光学系统调整。图8的叠合测定装置由于采用从叠合测定装置10的构成中去除中继中继透镜的构成，所以可以实现装置的小型化。
此外，在抗蚀膜上曝光形成于掩模上的电路图形的曝光工序之前，也可以适用于对掩模和晶片11进行对准的装置(曝光装置的对准系统)。在这种情况下，可以高精度地检测形成于晶片11上的对准标记的位置。此外，本发明也适用于检测单一的标记和照相机的基准位置的光学位置偏移的装置。
如上所述，采用本发明，即使在形成标记的像的成像光学系统中存在畸变像差，也可以正确地检测出标记的位置，所以可以在半导体制造工艺中高精度地进行叠合检查和对准，确实地提高产品的成品率。

Claims (5)

1.一种标记位置检测装置，其特征在于，包括：
照明装置，对基板上的被检标记进行照明；
成像光学系统，对来自上述被检标记的光进行成像，形成上述被检标记的像；
光学元件支持装置，以垂直于上述成像光学系统光轴的轴为中心，可倾斜地支持上述成像光学系统的一部分的光学元件；
摄像装置，拍摄由上述成像光学系统形成的上述被检标记的像，输出图像信号；以及
计算装置，从上述摄像装置输入上述图像信号，计算出上述被检标记的位置。
2.根据权利要求1所述的标记位置检测装置，其特征在于，包括：
测定装置，从上述摄像装置输入上述图像信号，测定上述成像光学系统的畸变像差的分布状态；以及
控制装置，根据上述测定装置的测定结果，控制上述光学元件支持装置，调整上述一部分的光学元件的倾斜状态。
3.根据权利要求2所述的标记位置检测装置，其特征在于，
包括基板支持装置，以上述光轴为中心，可旋转地支持上述基板，
上述测定装置控制上述基板支持装置，调整上述基板的旋转状态，在使上述基板旋转180度的前后的状态下，分别从上述摄像装置输入上述图像信号，测定上述畸变像差的分布状态。
4.根据权利要求2或3所述的标记位置检测装置，其特征在于，
上述控制装置调整上述一部分的光学元件的倾斜状态，使得上述畸变像差的分布状态相对于该装置的视场中心对称。
5.根据权利要求2至4任意一项所述的标记位置检测装置，其特征在于，
上述光学元件支持装置沿垂直于上述光轴的轴，可移动地支持上述成像光学系统的其余部分的光学元件，
上述控制装置在调整上述一部分的光学元件的倾斜状态之后，使上述其余部分的光学元件移动，校正上述成像光学系统的彗形像差。
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