JP2002006223A - Illuminating optical system for microscope - Google Patents

Illuminating optical system for microscope

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JP2002006223A
JP2002006223A JP2000188635A JP2000188635A JP2002006223A JP 2002006223 A JP2002006223 A JP 2002006223A JP 2000188635 A JP2000188635 A JP 2000188635A JP 2000188635 A JP2000188635 A JP 2000188635A JP 2002006223 A JP2002006223 A JP 2002006223A
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JP
Japan
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light
wafer
mask
optical system
illumination
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Application number
JP2000188635A
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Japanese (ja)
Inventor
Tsutomu Miyatake
勤 宮武
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Publication date
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  • Microscoopes, Condenser (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an illuminating optical system for a microscope capable of obtaining a bright image by suppressing the intensity reduction of illuminating light and scattered light. SOLUTION: The illuminating light is emitted from a light source. The illuminating light emitted from the light source is reflected by a reflection mirror. The illuminating light reflected by the reflection mirror is transmitted through an objective lens so that an object to be observed may be illuminated, and also, the scattered light from the object to be observed is converged by the objective lens. The luminous flux scattered by the object to be observed and then converged by the objective lens reaches a light receiving surface through a through-hole formed in the reflection mirror.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、顕微鏡用照明光学
系に関し、特に観察対象物の明るい像を得るのに適した
顕微鏡用照明光学系に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a microscope illumination optical system, and more particularly to a microscope illumination optical system suitable for obtaining a bright image of an object to be observed.

【0002】[0002]

【従来の技術】図6を参照し、近接露光装置を例にとっ
て、従来の照明光学系について説明する。
2. Description of the Related Art A conventional illumination optical system will be described with reference to FIG.

【0003】図6は、特開平9−27449号公報に開
示された斜方位置検出法で用いられる位置検出装置の概
略図を示す。この位置検出装置は、ウエハ/マスク保持
部110、光学系120を含んで構成されている。
FIG. 6 is a schematic diagram of a position detecting device used in the oblique position detecting method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-27449. The position detecting device includes a wafer / mask holding unit 110 and an optical system 120.

【0004】ウエハ/マスク保持部110は、ウエハ保
持台115及びマスク保持台116から構成されてい
る。位置合わせ時には、ウエハ保持台115の上面にウ
エハ111を保持し、マスク保持台116の下面にマス
ク112を保持する。ウエハ111とマスク112と
は、ウエハ111の露光面とマスク112との間に一定
の間隙が形成されるように配置される。ウエハ111の
露光面には、位置合わせ用のウエハマーク113が形成
され、マスク112の下面(マスク面)には位置合わせ
用のマスクマーク114が形成されている。
The wafer / mask holder 110 comprises a wafer holder 115 and a mask holder 116. At the time of alignment, the wafer 111 is held on the upper surface of the wafer holder 115 and the mask 112 is held on the lower surface of the mask holder 116. The wafer 111 and the mask 112 are arranged such that a certain gap is formed between the exposure surface of the wafer 111 and the mask 112. A wafer mark 113 for positioning is formed on the exposure surface of the wafer 111, and a mask mark 114 for positioning is formed on the lower surface (mask surface) of the mask 112.

【0005】ウエハマーク113及びマスクマーク11
4は、入射光を散乱させるエッジを有する。これらのマ
ークに光が入射すると、エッジに当たった入射光は散乱
し、その他の領域に当たった入射光は正反射する。
[0005] Wafer mark 113 and mask mark 11
4 has edges that scatter incident light. When light enters these marks, the incident light that strikes the edges is scattered, and the incident light that strikes other areas is specularly reflected.

【0006】光学系120は、像検出装置121、レン
ズ122、ハーフミラー123、及び光源124を含ん
で構成されている。光学系120は、その光軸125が
露光面に対して斜めになるように配置されている。光源
124から放射された照明光はハーフミラー123で反
射して光軸125に沿った光線束とされ、レンズ122
を通して露光面に斜入射される。
The optical system 120 includes an image detecting device 121, a lens 122, a half mirror 123, and a light source 124. The optical system 120 is arranged so that its optical axis 125 is oblique to the exposure surface. Illumination light emitted from the light source 124 is reflected by the half mirror 123 to be a light beam along the optical axis 125,
Obliquely incident on the exposure surface through the

【0007】ウエハマーク113及びマスクマーク11
4のエッジで散乱された散乱光のうちレンズ122の入
射ひとみに入射する光は、レンズ122で収束されて像
検出装置121の受光面に結像する。このように、照明
光の光軸および観測光学系の光軸が、露光面に対して斜
めに配置されているため、各光学系を露光面の露光領域
上に配置する必要がない。このため、光学系を露光領域
上から退避させるこなく、露光を行うことができる。ま
た、露光中もアライメントマークを観測することが可能
になる。
[0007] Wafer mark 113 and mask mark 11
The light incident on the entrance pupil of the lens 122 among the scattered light scattered by the edge of No. 4 is converged by the lens 122 and forms an image on the light receiving surface of the image detection device 121. As described above, since the optical axis of the illumination light and the optical axis of the observation optical system are arranged obliquely with respect to the exposure surface, it is not necessary to arrange each optical system on the exposure area of the exposure surface. Therefore, exposure can be performed without retreating the optical system from the exposure area. Further, the alignment mark can be observed even during the exposure.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】図6に示す位置検出装
置においては、光源124から放射された照明光がハー
フミラー123で反射すると、その強度が約1/2に低
下する。さらに、ウエハマーク113及びマスクマーク
114で散乱され、レンズ122に入射した光線束がハ
ーフミラー123を透過するときに、その強度が約1/
2に低下する。このため、像検出装置121の受光面に
形成される像が暗くなってしまう。
In the position detecting device shown in FIG. 6, when the illumination light emitted from the light source 124 is reflected by the half mirror 123, the intensity is reduced to about 1/2. Further, when the light beam scattered by the wafer mark 113 and the mask mark 114 and incident on the lens 122 passes through the half mirror 123, the intensity thereof is reduced to about 1 /
Drops to 2. Therefore, an image formed on the light receiving surface of the image detection device 121 becomes dark.

【0009】本発明の目的は、照明光及び散乱光の強度
の低下を抑制し、明るい像を得ることが可能な顕微鏡用
照明光学系を提供することである。
An object of the present invention is to provide an illumination optical system for a microscope capable of suppressing a decrease in intensity of illumination light and scattered light and obtaining a bright image.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、照明光を放射する光源と、前記光源から放射された
照明光を反射する反射鏡と、前記反射鏡により反射され
た照明光を透過させて観察対象物を照明するとともに、
該観察対象物からの散乱光を収束させる対物レンズとを
有し、前記観察対象物で散乱され、前記対物レンズによ
り収束された光線束が前記反射鏡を貫通するように、該
反射鏡に貫通孔が設けられている顕微鏡用照明光学系が
提供される。
According to one aspect of the present invention, a light source for emitting illumination light, a reflector for reflecting illumination light emitted from the light source, and an illumination light reflected by the reflector are provided. While illuminating the observation target through transmission,
An objective lens that converges scattered light from the observation target, and penetrates through the reflection mirror so that a light beam scattered by the observation target and converged by the objective lens passes through the reflection mirror. An illumination optical system for a microscope provided with a hole is provided.

【0011】観察対象物で散乱され、対物レンズで収束
された光線束が、反射鏡に設けられた貫通孔を通るた
め、ほとんど減衰することなく受光面に到達する。ま
た、照明光が反射鏡で反射されるため、ハーフミラーで
反射される場合に比べて、その減衰量を少なくすること
ができる。
The light beam scattered by the object to be observed and converged by the objective lens passes through the through-hole provided in the reflecting mirror, and reaches the light receiving surface with almost no attenuation. Further, since the illumination light is reflected by the reflecting mirror, the amount of attenuation can be reduced as compared with the case where the illumination light is reflected by the half mirror.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施例による照
明光学系を採用した位置検出装置の概略断面図を示す。
この位置検出装置はウエハ/マスク保持部10、光学系
20、及び制御装置30を含んで構成されている。
FIG. 1 is a schematic sectional view of a position detecting apparatus employing an illumination optical system according to an embodiment of the present invention.
The position detecting device includes a wafer / mask holding unit 10, an optical system 20, and a control device 30.

【0013】ウエハ/マスク保持部10は、ウエハ保持
台15、マスク保持台16、駆動機構17及び18を含
んで構成されている。位置合わせ時には、ウエハ保持台
15の上面にウエハ11を保持し、マスク保持台16の
下面にマスク12を保持する。ウエハ11とマスク12
とは、ウエハ11の露光面とマスク12のウエハ側の面
(マスク面)との間に一定の間隙が形成されるようにほ
ぼ平行に配置される。ウエハ11の露光面には、位置合
わせ用のウエハマークが形成され、マスク12のマスク
面には位置合わせ用のマスクマークが形成されている。
The wafer / mask holder 10 includes a wafer holder 15, a mask holder 16, and driving mechanisms 17 and 18. At the time of alignment, the wafer 11 is held on the upper surface of the wafer holder 15 and the mask 12 is held on the lower surface of the mask holder 16. Wafer 11 and mask 12
Is arranged substantially parallel so that a constant gap is formed between the exposure surface of the wafer 11 and the surface of the mask 12 on the wafer side (mask surface). A wafer mark for alignment is formed on the exposure surface of the wafer 11, and a mask mark for alignment is formed on the mask surface of the mask 12.

【0014】駆動機構17は、ウエハ11とマスク12
との露光面内に関する相対位置が変化するように、ウエ
ハ保持台15若しくはマスク保持台16を移動させるこ
とができる。駆動機構18は、ウエハ11の露光面とマ
スク12のマスク面との間隔が変化するように、ウエハ
保持台15を移動させることができる。図の左から右に
X軸、紙面に垂直な方向に表面から裏面に向かってY
軸、露光面の法線方向にZ軸をとると、駆動機構17
は、ウエハ11とマスク12のX軸方向、Y軸方向、Z
軸の回りの回転方向(θZ 方向)に関する相対位置を調
整し、駆動機構18は、Z軸方向、X軸及びY軸の回り
の回転(あおり)方向(θX 及びθY 方向)の相対位置
を調整する。
The driving mechanism 17 includes the wafer 11 and the mask 12
The wafer holding table 15 or the mask holding table 16 can be moved so that the relative position of the wafer holding table 15 with respect to the exposure plane changes. The drive mechanism 18 can move the wafer holder 15 so that the distance between the exposure surface of the wafer 11 and the mask surface of the mask 12 changes. X-axis from left to right in the figure, Y from front to back in a direction perpendicular to the paper surface
When the Z axis is set in the axis and the normal direction of the exposure surface, the driving mechanism 17
Are the X-axis direction and Y-axis direction of the wafer 11 and the mask 12,
The driving mechanism 18 adjusts the relative position with respect to the rotation direction (θ Z direction) about the axis, and the relative position in the rotation (tilt) direction (θ X and θ Y direction) about the Z axis direction, X axis and Y axis. Adjust the position.

【0015】光学系20は、ウエハ11に形成されたウ
エハマーク及びマスク12に形成されたマスクマークに
照明光を照射するとともに、これらのマークで散乱され
た散乱光による像を得る。以下、図2を参照して、光学
系20の構成について説明する。
The optical system 20 illuminates the wafer mark formed on the wafer 11 and the mask mark formed on the mask 12 with illumination light, and obtains an image by the scattered light scattered by these marks. Hereinafter, the configuration of the optical system 20 will be described with reference to FIG.

【0016】図2は、光学系20の概略図を示す。光源
23が照明光L1を放射する。光源23は、例えば光フ
ァイバの出射端面である。光源23から放射された照明
光L1が、収束レンズ24で収束された後、反射鏡26
で反射する。反射鏡26で反射した照明光L2は、対物
レンズ22の光軸25に沿って伝搬し、対物レンズ22
に入射する。収束レンズ24は、対物レンズ22の像空
間側の焦点BFに、光源23の像を結ぶ。このため、照
明光L2は対物レンズ22でコリメートされ、平行光線
束L3になる。平行光線束L3が、ウエハ11及びマス
ク12に形成されたウエハマーク及びマスクマークを照
明する。
FIG. 2 shows a schematic diagram of the optical system 20. The light source 23 emits the illumination light L1. The light source 23 is, for example, an emission end face of an optical fiber. After the illumination light L1 emitted from the light source 23 is converged by the converging lens 24, the reflecting mirror 26
Reflected by The illumination light L2 reflected by the reflecting mirror 26 propagates along the optical axis 25 of the objective lens 22,
Incident on. The converging lens 24 forms an image of the light source 23 at a focal point BF on the image space side of the objective lens 22. For this reason, the illumination light L2 is collimated by the objective lens 22, and becomes a parallel light beam L3. The parallel light beam L3 illuminates the wafer mark and the mask mark formed on the wafer 11 and the mask 12.

【0017】なお、収束レンズ24と対物レンズ22に
よって、観察対象物上に光源23の像が結ばれるクリテ
ィカル照明としてもよい。
The converging lens 24 and the objective lens 22 may be used as critical illumination in which an image of the light source 23 is formed on the observation target.

【0018】ウエハマーク及びマスクマークで散乱した
散乱光L4が対物レンズ22に入射する。対物レンズ2
2は、散乱光L4を収束させて収束光線束L5とし、像
検出装置21の受光面29上に結像させる。反射鏡26
は、光軸25と交差する点を中心とする貫通孔26aを
有する。収束光線束L5は、貫通孔26a内を通過して
受光面29上に到達する。
The scattered light L4 scattered by the wafer mark and the mask mark enters the objective lens 22. Objective lens 2
2 converges the scattered light L4 into a converged light beam L5, and forms an image on the light receiving surface 29 of the image detection device 21. Reflector 26
Has a through hole 26a centered on a point intersecting the optical axis 25. The convergent light beam L5 passes through the through hole 26a and reaches the light receiving surface 29.

【0019】反射鏡26は、受光面29の近傍に配置さ
れている。このため、貫通孔26aの配置された位置で
は、収束光線束L5が細くなっている。貫通孔26a
は、細くなった収束光線束L5がケラレることなく通過
できるだけの大きさであればよい。貫通孔26aの配置
された位置における照明光L2の光線束の断面S2は、
収束光線束L5の断面S5に比べて十分大きい。このた
め、照明光の大部分は反射鏡26によって反射される。
The reflecting mirror 26 is arranged near the light receiving surface 29. Therefore, at the position where the through-hole 26a is arranged, the convergent light beam L5 is thin. Through hole 26a
Should be large enough to allow the narrowed convergent light beam L5 to pass without vignetting. The cross section S2 of the light beam of the illumination light L2 at the position where the through hole 26a is arranged is:
It is sufficiently larger than the cross section S5 of the convergent light beam L5. Therefore, most of the illumination light is reflected by the reflecting mirror 26.

【0020】図2に示した光学系20を用いると、光源
23から放射された照明光L1を、観察対象物であるウ
エハマークやマスクマークに、効率的に到達させること
ができる。また、対物レンズ22に入射した散乱光L4
を減衰させることなく、受光面29上に到達させること
ができる。
When the optical system 20 shown in FIG. 2 is used, the illumination light L1 emitted from the light source 23 can efficiently reach a wafer mark or a mask mark which is an object to be observed. The scattered light L4 incident on the objective lens 22
Can be made to reach the light receiving surface 29 without being attenuated.

【0021】収束光線束L5は、対物レンズ22に近づ
くに従って太くなる。このため、反射鏡26を配置する
位置が対物レンズ22側に移動すると、貫通孔26aを
大きくしなければならない。貫通孔26aが大きくなる
と、照明光のロスが大きくなる。貫通孔26aを有する
反射鏡26を用いた効果を十分に得るために、収束光線
束L5の、貫通孔26aが配置された位置における断面
S5の面積が、照明光L2の断面S2の面積の1/10
以下になる位置に反射鏡26を配置することが好まし
い。
The convergent light beam L5 becomes thicker as it approaches the objective lens 22. Therefore, when the position where the reflecting mirror 26 is disposed moves toward the objective lens 22, the through hole 26a must be enlarged. The larger the through hole 26a, the greater the loss of illumination light. In order to sufficiently obtain the effect of using the reflecting mirror 26 having the through hole 26a, the area of the cross section S5 of the convergent light beam L5 at the position where the through hole 26a is arranged is one of the area of the cross section S2 of the illumination light L2. / 10
It is preferable to arrange the reflecting mirror 26 at a position below.

【0022】図2では、反射鏡26に貫通孔26aが設
けられている場合を示したが、貫通孔の代わりに、光透
過領域を設けてもよい。例えば、透明基板の表面のうち
光透過領域以外の領域に金属膜を蒸着することにより、
このような反射鏡が得られる。
FIG. 2 shows a case where the reflecting mirror 26 is provided with a through hole 26a, but a light transmitting area may be provided instead of the through hole. For example, by depositing a metal film on a region other than the light transmission region on the surface of the transparent substrate,
Such a reflecting mirror is obtained.

【0023】図1に戻って説明を続ける。像検出装置2
1は、受光面29上に結像したウエハ11及びマスク1
2からの散乱光による像を光電変換し画像信号を得る。
これらの画像信号は制御装置30に入力される。
Returning to FIG. 1, the description will be continued. Image detection device 2
Reference numeral 1 denotes a wafer 11 and a mask 1 imaged on a light receiving surface 29.
An image is obtained by photoelectrically converting an image caused by the scattered light from Step 2.
These image signals are input to the control device 30.

【0024】制御装置30は、像検出装置21から入力
された画像信号を処理して、ウエハ11とマスク12と
の相対位置を検出する。さらに、ウエハ11とマスク1
2が所定の相対位置関係になるように、駆動機構17及
び18に対して制御信号を送出する。駆動機構17は、
この制御信号に基づいてマスク保持台16をXY面内で
平行移動させ、Z軸の回りに回転させる。駆動機構18
は、この制御信号に基づいてウエハ保持台15をZ軸方
向に平行移動させ、X軸とY軸の回りに微小回転させ
る。
The control device 30 processes the image signal input from the image detection device 21 to detect the relative position between the wafer 11 and the mask 12. Further, the wafer 11 and the mask 1
Control signals are sent to the drive mechanisms 17 and 18 so that 2 has a predetermined relative positional relationship. The driving mechanism 17
Based on this control signal, the mask holder 16 is translated in the XY plane and rotated around the Z axis. Drive mechanism 18
Moves the wafer holder 15 in the Z-axis direction based on this control signal, and slightly rotates it around the X-axis and the Y-axis.

【0025】図3(A)は、図1のウエハ11及びマス
ク12に形成された位置合わせ用のウエハマーク13
A、13B、及びマスクマーク14の相対位置関係の一
例を示す平面図である。長方形パターンをY軸方向に3
個、X軸方向に14個、行列状に配列して各ウエハマー
ク13A及び13Bが構成されている。同様の長方形パ
ターンをY軸方向に3個、X軸方向に5個、行列状に配
置して1つのマスクマーク14が構成されている。位置
合わせが完了した状態では、マスクマーク14は、Y軸
方向に関してウエハマーク13Aと13Bとのほぼ中央
に配置される。
FIG. 3A shows a wafer mark 13 for alignment formed on the wafer 11 and the mask 12 shown in FIG.
FIG. 3 is a plan view illustrating an example of a relative positional relationship between A, 13B, and a mask mark 14. 3 rectangular patterns in Y-axis direction
Wafer marks 13A and 13B are arranged in rows and columns in the X-axis direction. One mask mark 14 is formed by arranging three similar rectangular patterns in the Y-axis direction and five in the X-axis direction in a matrix. In the state where the alignment has been completed, the mask mark 14 is disposed substantially at the center between the wafer marks 13A and 13B in the Y-axis direction.

【0026】ウエハマーク13A、13B、及びマスク
マーク14の各長方形パターンの長辺はX軸と平行にさ
れ、短辺はY軸と平行にされている。各長方形パターン
の長辺の長さは例えば2μm、短辺の長さは例えば1μ
mであり、各マーク内における長方形パターンのX軸及
びY軸方向の配列ピッチは4μmである。ウエハマーク
13Aと13Bとの中心間距離は、56μmである。
The long sides of the rectangular patterns of the wafer marks 13A and 13B and the mask mark 14 are parallel to the X axis, and the short sides are parallel to the Y axis. The length of the long side of each rectangular pattern is, for example, 2 μm, and the length of the short side is, for example, 1 μm.
m, and the arrangement pitch in the X-axis and Y-axis directions of the rectangular pattern in each mark is 4 μm. The center-to-center distance between wafer marks 13A and 13B is 56 μm.

【0027】図3(B)は、図3(A)の一点鎖線B3
−B3における断面図を示す。ウエハマーク13A及び
13Bは、例えば露光面上に形成したSiN膜、ポリシ
リコン膜等をパターニングして形成される。マスクマー
ク14は、例えばSiC等からなるメンブレン12のマ
スク面上に形成したTa4B膜をパターニングして形成
される。
FIG. 3B is a dashed line B3 of FIG.
The sectional view in -B3 is shown. The wafer marks 13A and 13B are formed by patterning, for example, a SiN film, a polysilicon film, and the like formed on the exposed surface. The mask mark 14 is formed by patterning a Ta 4 B film formed on the mask surface of the membrane 12 made of, for example, SiC or the like.

【0028】図3(C)は、図3(A)の一点鎖線C3
−C3における断面図を示す。ウエハマーク13A、1
3B及びマスクマーク14に入射した照明光は、図3
(C)の各長方形パターンの短辺側のエッジで散乱され
る。エッジ以外の領域に照射された光は正反射し、図1
の対物レンズ22には入射しない。従って、像検出装置
21でアライメントマークからの散乱光のみを検出する
ことができる。
FIG. 3C is a dashed line C3 of FIG.
The sectional view in -C3 is shown. Wafer mark 13A, 1
3B and the illumination light incident on the mask mark 14 are shown in FIG.
The light is scattered at the short edge of each rectangular pattern in FIG. The light applied to the area other than the edge is specularly reflected, and FIG.
Does not enter the objective lens 22. Therefore, only the scattered light from the alignment mark can be detected by the image detection device 21.

【0029】図1の対物レンズ22の物空間において光
軸25に垂直な1つの平面上の複数の点からの散乱光
が、像検出装置21の受光面29上に同時に結像する。
受光面29上に結像している物空間内の物点の集合した
平面を「物面」と呼ぶこととする。
In the object space of the objective lens 22 shown in FIG. 1, scattered light from a plurality of points on one plane perpendicular to the optical axis 25 simultaneously forms an image on the light receiving surface 29 of the image detecting device 21.
A plane in which object points in the object space formed on the light receiving surface 29 are collectively called an "object surface".

【0030】図3(C)において、ウエハマーク13
A、13B及びマスクマーク14の各エッジのうち、物
面27上にあるエッジからの散乱光は受光面上に合焦す
るが、物面上にないエッジからの散乱光は合焦せず、エ
ッジが物面から遠ざかるに従って、当該エッジからの散
乱光による像のピントがぼける。従って、各マークのエ
ッジのうち物面に最も近い位置にあるエッジからの散乱
光による像が最も鮮明になり、物面から離れた位置にあ
るエッジからの散乱光による像はぼける。
In FIG. 3C, the wafer mark 13
Of the edges of A, 13B and the mask mark 14, scattered light from the edge on the object surface 27 is focused on the light receiving surface, but scattered light from the edge not on the object surface is not focused, As the edge moves away from the object surface, the image becomes out of focus due to scattered light from the edge. Therefore, among the edges of each mark, the image due to the scattered light from the edge closest to the object surface is the sharpest, and the image due to the scattered light from the edge distant from the object surface is blurred.

【0031】図4は、ウエハマーク13A、13B及び
マスクマーク14のエッジからの散乱光による受光面上
の像をスケッチした図である。図4のu軸が図3(C)
における物面27とXZ面との交線方向に相当し、v軸
が図3(C)におけるY軸に相当する。ウエハマーク1
3A及び13Bからの散乱光による像40A及び40B
が、v軸方向に離れて現れ、その間にマスクマーク14
からの散乱光による像41が現れる。
FIG. 4 is a diagram in which an image on the light receiving surface due to scattered light from the edges of the wafer marks 13A and 13B and the mask mark 14 is sketched. The u-axis in FIG. 4 is shown in FIG.
, The v-axis corresponds to the Y-axis in FIG. 3C. Wafer mark 1
Images 40A and 40B due to scattered light from 3A and 13B
Appear apart in the v-axis direction, during which the mask mark 14
The image 41 due to the scattered light from appears.

【0032】各長方形パターンの前方のエッジと後方の
エッジによる散乱光が観測されるため、1つの長方形パ
ターンに対して2つの点状の像が現れる。各像におい
て、図3(C)の物面27近傍のエッジからの散乱光に
よる像がはっきりと現れ、それからu軸方向に離れるに
従ってぼけた像となる。また、図3(C)に示すよう
に、観測光軸25が露光面に対して傾いているため、ウ
エハマークからの散乱光による像40A及び40Bの最
もピントの合っている位置u0とマスクマークからの散
乱光による像41の最もピントの合っている位置u1
は、u軸方向に関して一致しない。
Since scattered light due to the front edge and the rear edge of each rectangular pattern is observed, two dot images appear for one rectangular pattern. In each image, an image due to the scattered light from the edge near the object surface 27 in FIG. 3C clearly appears, and then becomes more blurred as the distance from the edge in the u-axis direction increases. Further, as shown in FIG. 3 (C), since the observation optical axis 25 is inclined with respect to the exposure surface, the position u 0 where the images 40A and 40B are most focused by the scattered light from the wafer mark and the mask. the position u 1 that matches the most focused image 41 by scattered light from the mark, does not coincide with respect to the u-axis direction.

【0033】マスクマークからの散乱光による像41
が、v軸方向に関して像40Aと40Bとの中央に位置
するように、図1のウエハ保持台15とマスク保持台1
6とを移動させることにより、Y軸方向、即ち物面と露
光面との交線方向に関してウエハ11とマスク12との
位置合わせを行うことができる。
Image 41 due to scattered light from mask mark
Is positioned at the center between the images 40A and 40B in the v-axis direction so that the wafer holder 15 and the mask holder 1 in FIG.
6, the wafer 11 and the mask 12 can be aligned with respect to the Y-axis direction, that is, the direction of the line of intersection between the object surface and the exposure surface.

【0034】図5は、ウエハマークがSiNで形成さ
れ、マスクマークがTa4Bで形成されている場合に、
像検出装置21により得られた画像信号の一例を示す。
横軸は図4のv軸に対応し、縦軸は光強度を表す。な
お、この画像信号は、図4に示す受光面を走査して得ら
れた画像信号のうち、像40A及び40Bの最もピント
の合っている位置の走査線と像41の最もピントの合っ
ている位置の走査線に対応する画像信号を合成したもの
である。ほぼ中央にマスクマークに対応する3本のピー
クが現れ、その両側にウエハマークに対応する3本のピ
ークが現れている。
FIG. 5 shows a case where the wafer mark is formed of SiN and the mask mark is formed of Ta 4 B.
An example of an image signal obtained by the image detection device 21 is shown.
The horizontal axis corresponds to the v-axis in FIG. 4, and the vertical axis represents the light intensity. Note that this image signal is the most in-focus scanning line of the image 41 and the scanning line at the position where the images 40A and 40B are most in-focused among the image signals obtained by scanning the light receiving surface shown in FIG. The image signal corresponding to the scanning line at the position is synthesized. Three peaks corresponding to the mask mark appear at substantially the center, and three peaks corresponding to the wafer mark appear on both sides thereof.

【0035】以下、図5に示す波形から、マスクマーク
とウエハマークとの相対位置を検出する方法の一例を簡
単に説明する。まず、マスクマークに対応するピーク波
形をv軸方向にずらせながら2つのウエハマークの各々
に対応するピーク波形との相関係数を計算する。最大の
相関係数を与えるずらし量が、ウエハマークとマスクマ
ークとの中心間距離に対応する。
Hereinafter, an example of a method of detecting the relative position between the mask mark and the wafer mark from the waveform shown in FIG. 5 will be briefly described. First, the correlation coefficient with the peak waveform corresponding to each of the two wafer marks is calculated while shifting the peak waveform corresponding to the mask mark in the v-axis direction. The shift amount giving the maximum correlation coefficient corresponds to the center-to-center distance between the wafer mark and the mask mark.

【0036】マスクマークに対応するピーク波形とその
両側のウエハマークの各々に対応するピーク波形との間
隔が等しくなるように、ウエハとマスクとを移動させる
ことにより、図1のY軸方向に関して位置合わせを行う
ことができる。
By moving the wafer and the mask so that the interval between the peak waveform corresponding to the mask mark and the peak waveform corresponding to each of the wafer marks on both sides thereof becomes equal, the position in the Y-axis direction in FIG. Matching can be performed.

【0037】なお、図4に示す2次元の画像信号を、u
軸方向及びv軸方向に平行移動し、マスクマークの像と
ウエハマークの像との相似性パターンマッチングを行う
ことにより、ウエハとマスクとの相対位置を求めてもよ
い。2次元画像のパターンマッチングを行うことによ
り、u軸方向とv軸方向に関する像間の距離を求めるこ
とができる。
The two-dimensional image signal shown in FIG.
The relative position between the wafer and the mask may be obtained by performing parallel pattern movement in the axial direction and the v-axis direction and performing similarity pattern matching between the image of the mask mark and the image of the wafer mark. By performing pattern matching of a two-dimensional image, a distance between images in the u-axis direction and the v-axis direction can be obtained.

【0038】図4に示した像から、u軸上における合焦
位置を検出するためには、ある基準値以上の明るい像を
得ることが必要とされる。図2に示した実施例による光
学系を用いることにより、明るい像を得ることが可能に
なる。また、図6に示した従来の位置検出装置の光学系
と、図2に示した実施例による光学系とを比較すると、
実施例による光学系を用いることにより、より暗い光源
を採用することが可能になる。
In order to detect the in-focus position on the u-axis from the image shown in FIG. 4, it is necessary to obtain a bright image having a certain reference value or more. By using the optical system according to the embodiment shown in FIG. 2, a bright image can be obtained. Further, comparing the optical system of the conventional position detecting device shown in FIG. 6 with the optical system according to the embodiment shown in FIG.
By using the optical system according to the embodiment, it becomes possible to employ a darker light source.

【0039】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
The present invention has been described in connection with the preferred embodiments.
The present invention is not limited to these. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
貫通孔を有する反射鏡で照明光を反射し、観察対象物を
照明する。観察対象物からの散乱光を収束させ、この貫
通孔を通して結像させる。ハーフミラーを用いないた
め、ハーフミラーにより照明光及び散乱光の減衰を防止
することができる。これにより、暗い光源を用いて、比
較的明るい像を得ることが可能になる。
As described above, according to the present invention,
The illumination light is reflected by a reflecting mirror having a through hole to illuminate the observation target. The scattered light from the observation object is converged, and an image is formed through the through hole. Since the half mirror is not used, attenuation of the illumination light and the scattered light can be prevented by the half mirror. This makes it possible to obtain a relatively bright image using a dark light source.

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

【図1】本発明の実施例による照明光学系を用いた位置
検出装置の概略を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a position detecting device using an illumination optical system according to an embodiment of the present invention.

【図2】実施例による照明光学系の概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of an illumination optical system according to an embodiment.

【図3】ウエハマークとマスクマークの平面図及び断面
図である。
FIG. 3 is a plan view and a sectional view of a wafer mark and a mask mark.

【図4】ウエハマークとマスクマークからの散乱光によ
る像をスケッチした図である。
FIG. 4 is a diagram in which an image due to scattered light from a wafer mark and a mask mark is sketched.

【図5】実施例を説明するための比較例による画像信号
を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing an image signal according to a comparative example for explaining the embodiment.

【図6】従来例による斜方検出装置の概略正面図であ
る。
FIG. 6 is a schematic front view of a conventional oblique detection device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 ウエハ/マスク保持部 11 ウエハ 12 マスク 13A、13B ウエハマーク 14 マスクマーク 15 ウエハ保持台 16 マスク保持台 17、18 駆動機構 20 光学系 21 像検出装置 22 対物レンズ 23 光源 24 収束レンズ 25 光軸 26 反射鏡 26a 貫通孔 27 物面 29 受光面 30 制御装置 40A、40B ウエハマークからの散乱光による像 41 マスクマークからの散乱光による像 Reference Signs List 10 Wafer / mask holder 11 Wafer 12 Mask 13A, 13B Wafer mark 14 Mask mark 15 Wafer holder 16 Mask holder 17, 18 Drive mechanism 20 Optical system 21 Image detector 22 Objective lens 23 Light source 24 Convergent lens 25 Optical axis 26 Reflector 26a Through hole 27 Object surface 29 Light receiving surface 30 Controller 40A, 40B Image due to scattered light from wafer mark 41 Image due to scattered light from mask mark

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 照明光を放射する光源と、 前記光源から放射された照明光を反射する反射鏡と、 前記反射鏡により反射された照明光を透過させて観察対
象物を照明するとともに、該観察対象物からの散乱光を
収束させる対物レンズとを有し、前記観察対象物で散乱
され、前記対物レンズにより収束された光線束が前記反
射鏡を透過するように、該反射鏡に透過領域が設けられ
ている顕微鏡用照明光学系。
A light source that emits illumination light; a reflector that reflects the illumination light emitted from the light source; and an illumination device that illuminates the observation target by transmitting the illumination light reflected by the reflector. An objective lens that converges the scattered light from the observation target; and a transmission area formed on the reflection mirror so that a light beam scattered by the observation target and converged by the objective lens passes through the reflection mirror. An illumination optical system for a microscope provided with.
【請求項2】 前記反射鏡の透過領域が、該反射鏡に形
成された貫通孔である請求項1に記載の顕微鏡用照明光
学系。
2. The illumination optical system for a microscope according to claim 1, wherein the transmission area of the reflection mirror is a through hole formed in the reflection mirror.
【請求項3】 前記反射鏡で反射された照明光の光軸
が、前記対物レンズの光軸に一致する請求項1または2
に記載の顕微鏡用照明光学系。
3. The optical axis of the illumination light reflected by the reflecting mirror coincides with the optical axis of the objective lens.
2. The illumination optical system for a microscope according to 1.
【請求項4】 さらに、前記光源から放射された照明光
を収束させて前記反射鏡に入射させる収束レンズを有す
る請求項1〜3のいずれかに記載の顕微鏡用照明光学
系。
4. The illumination optical system for a microscope according to claim 1, further comprising a converging lens that converges illumination light emitted from the light source and makes the light incident on the reflecting mirror.
【請求項5】 前記観察対象物で散乱され、前記対物レ
ンズにより収束された光線束の、前記反射鏡の貫通孔が
配置された位置における断面積が、前記照明光のそれの
1/10以下になる位置に前記反射鏡が配置されている
請求項4に記載の顕微鏡用照明光学系。
5. A cross-sectional area of a light beam scattered by the observation object and converged by the objective lens at a position where a through hole of the reflecting mirror is arranged is 1/10 or less of that of the illumination light. The illumination optical system for a microscope according to claim 4, wherein the reflecting mirror is disposed at a position that becomes:
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