JP3298212B2 - Position detection method and apparatus, exposure method, projection exposure apparatus, and element manufacturing method - Google Patents

Position detection method and apparatus, exposure method, projection exposure apparatus, and element manufacturing method

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JP3298212B2 JP05273693A JP5273693A JP3298212B2 JP 3298212 B2 JP3298212 B2 JP 3298212B2 JP 05273693 A JP05273693 A JP 05273693A JP 5273693 A JP5273693 A JP 5273693A JP 3298212 B2 JP3298212 B2 JP 3298212B2
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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7088Alignment mark detection, e.g. TTR, TTL, off-axis detection, array detector, video detection

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、被検物の位置検出を行
うための位置検出装置に関し、特に例えば半導体素子又
は液晶表示素子等の製造に使用される投影露光装置にお
いて、回路パターンが形成されたレチクルと、この回路
パターンが転写される感光基板とを相対的に位置合わせ
(アライメント)するためのアライメント装置に適用し
て好適な位置検出装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a position detecting apparatus for detecting the position of a test object, and more particularly, to a method for forming a circuit pattern in a projection exposure apparatus used for manufacturing, for example, a semiconductor device or a liquid crystal display device. The present invention relates to a position detection device suitable for being applied to an alignment device for relatively positioning (aligning) a reticle on which a circuit pattern is transferred and a photosensitive substrate onto which the circuit pattern is transferred.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子又は液晶表示素子等をフォト
リソグラフィ工程で製造する際に、フォトマスク又はレ
チクル(以下、「レチクル」と総称する)のパターンを
高分解能でフォトレジストが塗布されたウエハ等の感光
基板上に転写する投影露光装置が使用されている。斯か
る投影露光装置としては、ステップ・アンド・リピート
方式の縮小投影型露光装置(所謂ステッパー)が多用さ
れている。一般に半導体素子は、ウエハ上に多数層の回
路パターンを重ね合わせて形成されるため、ステッパー
には、これから露光するレチクルのパターンの投影像
と、それまでの工程によりウエハ上にマトリックス状に
形成されている回路パターン(チップ)とを正確に重ね
合わせるためのアライメント装置が設けられている。
2. Description of the Related Art When a semiconductor element or a liquid crystal display element is manufactured by a photolithography process, a pattern of a photomask or a reticle (hereinafter, collectively referred to as a "reticle") is coated with a photoresist at a high resolution. A projection exposure apparatus for transferring the image onto a photosensitive substrate is used. As such a projection exposure apparatus, a step-and-repeat type reduction projection type exposure apparatus (a so-called stepper) is frequently used. In general, a semiconductor element is formed by superimposing a multi-layer circuit pattern on a wafer, so that a stepper forms a projected image of a pattern of a reticle to be exposed and a matrix on the wafer by the steps up to that point. There is provided an alignment device for accurately overlapping the circuit pattern (chip).

【0003】このようなアライメント装置は、レチクル
に形成されたアライメントマーク(レチクルマーク)
と、それまでの工程によりウエハ上に形成されているア
ライメントマーク(ウエハマーク)との位置関係から、
レチクルとウエハの各ショット領域との位置合わせを行
うものである。従って、アライメント装置では、先ずレ
チクルマーク及びウエハマークの位置検出を行うための
アライメント系が重要な役割を果たしている。
[0003] Such an alignment apparatus uses an alignment mark (reticle mark) formed on a reticle.
And the positional relationship between the alignment mark (wafer mark) formed on the wafer by the previous steps,
The positioning of the reticle and each shot area of the wafer is performed. Therefore, in the alignment apparatus, first, an alignment system for detecting the positions of the reticle mark and the wafer mark plays an important role.

【0004】従来のアライメント装置として、例えば特
開昭60−130742号公報において、TTL(スル
ー・ザ・レンズ)方式で且つレーザ・ステップ・アライ
メント方式のアライメント装置が開示されている。レー
ザ・ステップ・アライメント方式のアライメント系は、
細長い帯状のスポット光を投影光学系を介して回折格子
状のウエハマーク上に照射し、ウエハマークから発生す
る回折光(又は散乱光)を光電検出するものである。
As a conventional alignment apparatus, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 60-130742 discloses an alignment apparatus of a TTL (through-the-lens) type and a laser step alignment type. The alignment system of the laser step alignment method
An elongated strip-shaped spot light is irradiated onto a diffraction grating wafer mark via a projection optical system, and photoelectrically detects diffracted light (or scattered light) generated from the wafer mark.

【0005】従来の他のアライメント装置として、所謂
ダイバイダイ方式のアライメント装置が知られている。
この方式は、アライメント光として、主に回路パターン
を露光するときの露光波長の光又は広帯域の白色光等を
使用し、ウエハ上の各ショット領域への露光を行う前に
それぞれレチクルマークとウエハマークとを個別に又は
同時に検出するものである。ダイバイダイ方式用のアラ
イメント系としては、レーザ・ステップ・アライメント
方式と同様にウエハマーク等を光電検出するアライメン
ト系、又はレチクルマーク及びウエハマークの像をCC
Dカメラ等で撮像し、画像データとして処理することに
より位置検出を行うFIA(field image alignment)方
式のアライメント系が使用されていた。
A so-called die-by-die type alignment apparatus is known as another conventional alignment apparatus.
This method mainly uses light having an exposure wavelength for exposing a circuit pattern or broadband white light as an alignment light, and uses a reticle mark and a wafer mark before exposing each shot area on a wafer. Are detected individually or simultaneously. As an alignment system for the die-by-die method, an alignment system for photoelectrically detecting a wafer mark or the like, or an image of a reticle mark and a wafer mark as in the laser step alignment method.
There has been used an FIA (field image alignment) type alignment system which performs position detection by taking an image with a D camera or the like and processing it as image data.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
の内で、FIA方式のアライメント系でレチクルマーク
及びウエハマークの位置検出を行う場合、通常は1次元
の撮像素子を使用してレチクルマーク及びウエハマーク
を例えばモニター受像機の画面に写し出し、この画面上
の像の状態から各マークの位置ずれを求めていた。
Among the conventional techniques described above, when the positions of a reticle mark and a wafer mark are detected by an FIA type alignment system, a reticle mark is usually formed by using a one-dimensional image pickup device. In addition, the wafer mark is projected on a screen of a monitor receiver, for example, and the positional deviation of each mark is obtained from the state of the image on the screen.

【0007】ところで、検出対象はX座標及びY座標よ
りなる2次元座標での位置であるため、1次元撮像素子
を使用して2次元座標上の位置検出を行うためには、少
なくとも2本の1次元撮像素子を使用するか、1次元撮
像素子を2次元座標内で回転させる必要がある。この場
合、1次元撮像素子を回転させる方式では安定性に欠け
るため、従来は各マークからの光路を分割して1次元撮
像素子を2本使用していた。しかしながら、このように
1次元撮像素子を2本使用した場合には、位置検出用の
光学系の組み立て誤差等により発生する非点収差によ
り、2本の1次元撮像素子に対応する2つの表示画面の
内の一方又は両方の画像にボケが発生してしまい、画像
処理により正確に位置検出を行うことができないという
不都合があった。
Since the detection target is a position in two-dimensional coordinates consisting of an X coordinate and a Y coordinate, at least two lines are required to perform position detection on two-dimensional coordinates using a one-dimensional image sensor. It is necessary to use a one-dimensional image sensor or to rotate the one-dimensional image sensor within two-dimensional coordinates. In this case, since the system in which the one-dimensional imaging device is rotated lacks stability, conventionally, the optical path from each mark is divided and two one-dimensional imaging devices are used. However, when two one-dimensional image sensors are used in this manner, two display screens corresponding to the two one-dimensional image sensors due to astigmatism generated due to an assembling error of an optical system for position detection and the like. There is a disadvantage that one or both of the images are blurred, and the position cannot be accurately detected by the image processing.

【0008】但し、その非点収差の量が固定している場
合には、それら2本の1次元撮像素子の撮像面の位置を
調整することにより、その非点収差の影響を除くことが
できる。しかしながら、この場合でも、温度等の外的条
件により、その非点収差の量が変化した場合には、それ
ら2本の1次元撮像素子の撮像面の位置を再び調整する
必要が生じるが、そのような再調整を行うことは困難で
ある。
However, when the amount of the astigmatism is fixed, the influence of the astigmatism can be eliminated by adjusting the positions of the imaging surfaces of the two one-dimensional imaging elements. . However, even in this case, when the amount of astigmatism changes due to external conditions such as temperature, it is necessary to adjust the positions of the imaging surfaces of the two one-dimensional imaging elements again. It is difficult to make such a readjustment.

【0009】また、FIA方式のアライメント系で例え
ばウエハマークの位置検出を行う場合に、2次元撮像素
子を用いれば光学系が単純化される。しかしながら、2
次元撮像素子を用いた場合には、2つの方向の画像を1
つの撮像面で撮像することになるため、撮像素子の位置
をずらして非点収差の補正を行うことができず、特に位
置検出用の光学系に起因する非点収差の影響が大きくな
る。更に、上述のレーザ・ステップ・アライメント方式
のアライメント系では、撮像素子による撮像は行われな
いが、より正確に位置検出を行うためには、位置検出用
の光学系における非点収差を低減することが望ましい。
Further, in the case of detecting the position of, for example, a wafer mark in an alignment system of the FIA system, the use of a two-dimensional image pickup device simplifies the optical system. However, 2
When a two-dimensional image sensor is used, images in two directions
Since imaging is performed on two imaging surfaces, it is not possible to correct astigmatism by shifting the position of the imaging element, and the effect of astigmatism due to the position detection optical system is particularly large. Further, in the above-described laser step alignment type alignment system, imaging by the image sensor is not performed, but in order to perform position detection more accurately, it is necessary to reduce astigmatism in the position detection optical system. Is desirable.

【0010】本発明は斯かる点に鑑み、被検物上の計測
用マークからの位置検出用の光を位置検出光学系を介し
て観察面上に導き、この観察面上でのその位置検出用の
光の位置からその被検物の位置を検出する場合に、その
位置検出用の光学系で発生した非点収差を補正してより
正確に被検物の位置検出を行うことを目的とする。
In view of the foregoing, the present invention guides position detection light from a measurement mark on a test object to an observation surface via a position detection optical system, and detects the position on the observation surface. if the position of the light use to detect the position of the test object, and aims to carry out a more accurate position detection of the object to correct the astigmatism occurring in the optical system for the position detection I do.

【0011】[0011]

【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に示す如く、被検物(W)上の
計測用マーク(WM)からの位置検出用の光を位置検出
光学系(6,7)を介して観察面(10)上に導き、観
察面(10)上でのその位置検出用の光の位置から被検
物(W)の位置を検出する装置において、被検物(W)
と観察面(10)との間のその位置検出用の光の光路に
沿って第1トーリックレンズ(8)及び第2トーリック
レンズ(9)を配置し、これら2つのトーリックレンズ
の内の少なくとも一方のトーリックレンズをこのレンズ
の光軸を中心に回転可能又はこの光軸に沿って移動可能
に設け、それら2つのトーリックレンズの内の少なくと
も一方のトーリックレンズを回転又は移動することによ
り、その位置検出用の光に対して位置検出光学系(6,
7)で発生する非点収差を補正するようにしたものであ
る。
According to a first position detecting device of the present invention, for example, as shown in FIG. 1, a position detecting light from a measuring mark (WM) on a test object (W) is transmitted to a position detecting device. An apparatus for guiding the object (W) to the observation surface (10) via the detection optical system (6, 7) and detecting the position of the test object (W) from the position of the position detection light on the observation surface (10). , Test object (W)
A first toric lens (8) and a second toric lens (9) are arranged along the optical path of the position detecting light between the toric lens and the observation surface (10), and at least one of the two toric lenses is provided. Is provided so as to be rotatable about the optical axis of this lens or to be movable along this optical axis, and at least one of the two toric lenses is rotated or moved to detect its position. Position detection optical system (6,
The astigmatism generated in 7) is corrected.

【0012】また、本発明による第2の位置検出装置
は、例えば図1に示す如く、被検物(W)上の計測用マ
ーク(WM)からの位置検出用の光を集光し、基準マー
ク(IM)が形成された基準マーク板(10)上に計測
用マーク(WM)の像を形成する位置検出光学系(6,
7)と、基準マーク(IM)及び計測用マーク(WM)
の像の2次元的な位置ずれ量を検出する計測手段(1
1,12,13M,13S)とを有し、基準マーク(I
M)と計測用マーク(WM)の像との位置ずれ量から被
検物(W)の位置を検出する装置において、被検物
(W)と基準マーク板(10)との間のその位置検出用
の光の光路に沿って第1トーリックレンズ(8)及び第
2トーリックレンズ(9)を配置し、それら2つのトー
リックレンズの内の少なくとも一方のトーリックレンズ
をこのレンズの光軸を中心に回転するか又はこの光軸に
沿って移動する駆動手段(50)を設け、それら2つの
トーリックレンズの内の少なくとも一方のトーリックレ
ンズを回転又は移動することにより、その位置検出用の
光に対して位置検出光学系(6,7)で発生する非点収
差を補正するようにしたものである。
A second position detecting device according to the present invention collects light for position detection from a measurement mark (WM) on a test object (W) as shown in FIG. A position detection optical system (6, 6) for forming an image of the measurement mark (WM) on the reference mark plate (10) on which the mark (IM) is formed.
7), reference mark (IM) and measurement mark (WM)
Measuring means (1) for detecting the two-dimensional displacement amount of the image of
1, 12, 13M, 13S) and the reference mark (I
M) and the position of the test object (W) based on the amount of displacement between the image of the measurement mark (WM) and the position of the test object (W) and the reference mark plate (10). A first toric lens (8) and a second toric lens (9) are arranged along the optical path of the light for detection, and at least one of the two toric lenses is placed around the optical axis of this lens. A driving means (50) that rotates or moves along this optical axis is provided, and by rotating or moving at least one of the two toric lenses, the light for detecting the position thereof is The astigmatism generated in the position detection optical system (6, 7) is corrected.

【0013】また、本発明による第3の位置検出装置
は、例えば図8に示す如く、マスク(R)上に形成され
たパターンの像を投影光学系(PL)を介して感光基板
(W)上に投影する露光装置に設けられ、感光基板
(W)上の計測用マーク(WM)から投影光学系(P
L)を介して得られる位置検出用の光を集光し、観察面
(35の撮像面)上に計測用マーク(WM)の像を形成
する位置検出光学系(PL,28,27,29,51,
36,34)と、その観察面上のその計測用マークの像
の2次元的な位置ずれ量を検出する計測手段(35,4
1)とを有し、計測用マーク(WM)の像の位置ずれ量
から感光基板(W)の位置を検出する位置検出装置にお
いて、投影光学系(PL)とその観察面との間のその位
置検出用の光の光路に沿って第1トーリックレンズ
(9)及び第2トーリックレンズ(8)を配置し、それ
ら2つのトーリックレンズの内の少なくとも一方のトー
リックレンズをこのレンズの光軸を中心に回転可能又は
この光軸に沿って移動可能に設け、それら2つのトーリ
ックレンズの内の少なくとも一方のトーリックレンズを
回転又は移動することにより、その位置検出用の光に対
してその投影光学系で発生する非点収差を補正するよう
にしたものである。次に、本発明による投影露光装置
は、レチクルを照明する照明光学系と、そのレチクルの
パターン像をその被検物としての感光性基板に投影する
投影光学系と、上記の本発明のいずれかの位置検出装置
とを有し、この位置検出装置によってその感光性基板の
位置を検出するものである。また、本発明の第1の素子
製造方法は、その本発明の投影露光装置を用いて半導体
素子、又は液晶表示素子を製造する素子製造方法であっ
て、その照明光学系を用いてそのレチクルを照明し、そ
の投影光学系を用いてそのレチクルのパターン像をその
感光性基板に投影露光するものである。また、本発明の
第1の露光方法は、その本発明の投影露光装置を用いた
露光方法であって、その照明光学系を用いてそのレチク
ルを照明し、その投影光学系を用いてそのレチクルのパ
ターン像をその感光性基板に投影露光するものである。
次に、本発明の第1の位置検出方法は、被検物上の計測
用マークからの位置検出用の光を位置検出光学系を介し
て観察面に導く工程と、この観察面上でのその位置検出
用の光の位置からその被検物の位置を検出する工程と、
その位置検出光学系で発生する非点収差を補正するため
に、その被検物とその観察面との間のその位置検出用の
光の光路に沿って配置された2つのトーリックレンズの
内の少なくとも一方のトーリックレンズを回転又は移動
させる工程とを有するものである。また、本発明の第2
の位置検出方法は、被検物上の計測用マークからの位置
検出用の光を位置検出光学系を介して観察面に導く工程
と、この観察面上でのその位置検出用の光からその被検
物の位置を検出する工程と、その位置検出光学系で発生
する非点収差を求める工程と、その位置検出光学系で発
生する非点収差を補正するために、その被検物とその観
察面との間の光路中に配置された2つのトーリックレン
ズの内の少なくとも一方のトーリックレンズを回転又は
移動させる工程とを有するものである。また、本発明の
第2の素子製造方法は、上記の本発明の位置検出方法を
用いてその被検物としての感光性基板の位置を検出する
工程と、照明光学系を用いてレチクルを照明する工程
と、投影光学系を用いてそのレチクルのパターン像をそ
の感光性基板に投影露光する工程とを有して、半導体素
子又は液晶表示素子を製造するものである。また、本発
明の第2の露光方法は、上記の本発明の位置検出方法を
用いてその被検物としての感光性基板の位置を検出する
工程と、照明光学系を用いてレチクルを照明する工程
と、投影光学系を用いてそのレチクルのパターン像をそ
の感光性基板に投影露光する工程とを有するものであ
る。
Further, as shown in FIG. 8, for example, as shown in FIG. 8, a third position detecting device according to the present invention transfers an image of a pattern formed on a mask (R) to a photosensitive substrate (W) via a projection optical system (PL). It is provided in an exposure apparatus for projecting an image on a photosensitive substrate (W) and a projection optical system (P)
L), the position detection optical system (PL, 28, 27, 29) for condensing the position detection light obtained through (L) and forming an image of the measurement mark (WM) on the observation surface (35 imaging surface). , 51,
36, 34) and measuring means (35, 4) for detecting a two-dimensional displacement amount of the image of the measurement mark on the observation surface.
1) and a position detecting device for detecting the position of the photosensitive substrate (W) from the amount of positional deviation of the image of the measurement mark (WM), the distance between the projection optical system (PL) and its observation surface. A first toric lens (9) and a second toric lens (8) are arranged along the optical path of light for position detection, and at least one of the two toric lenses is centered on the optical axis of this lens. Is provided so as to be rotatable or movable along the optical axis, and by rotating or moving at least one of the two toric lenses, the projection optical system can use the projection optical system for the position detection light. The astigmatism that occurs is corrected. Next, a projection exposure apparatus according to the present invention includes an illumination optical system that illuminates a reticle, a projection optical system that projects a pattern image of the reticle onto a photosensitive substrate as the test object, and any one of the above-described present invention. And a position detecting device for detecting the position of the photosensitive substrate. A first element manufacturing method of the present invention is an element manufacturing method of manufacturing a semiconductor element or a liquid crystal display element using the projection exposure apparatus of the present invention, wherein the reticle is manufactured using the illumination optical system. The reticle is illuminated and the pattern image of the reticle is projected and exposed on the photosensitive substrate using the projection optical system. Further, a first exposure method of the present invention is an exposure method using the projection exposure apparatus of the present invention, wherein the reticle is illuminated by using the illumination optical system, and the reticle is illuminated by using the projection optical system. Is projected onto the photosensitive substrate.
Next, a first position detection method of the present invention includes a step of guiding position detection light from a measurement mark on a test object to an observation surface via a position detection optical system; Detecting the position of the test object from the position of the position detection light,
In order to correct astigmatism generated in the position detection optical system, two of the toric lenses arranged along the optical path of the position detection light between the test object and the observation surface are used. Rotating or moving at least one of the toric lenses. Further, the second aspect of the present invention
The position detection method is a step of guiding the light for position detection from the measurement mark on the test object to the observation surface via the position detection optical system, and from the light for position detection on this observation surface, and detecting the position of the object, a step of determining the astigmatism generated at the position detecting optical system, in order to correct astigmatism occurring at that position detecting optical system, and its specimen thereof View
Two toric wrens arranged in the light path between the observation surface
Rotating at least one of the toric lenses
Moving step. Further, a second element manufacturing method of the present invention includes a step of detecting the position of the photosensitive substrate as the test object using the position detecting method of the present invention, and illuminating the reticle using the illumination optical system. And a step of projecting and exposing a pattern image of the reticle to the photosensitive substrate using a projection optical system to manufacture a semiconductor element or a liquid crystal display element. According to a second exposure method of the present invention, there is provided a step of detecting the position of a photosensitive substrate as a test object using the above-described position detection method of the present invention, and illuminating a reticle using an illumination optical system. And a step of projecting and exposing a pattern image of the reticle to the photosensitive substrate using a projection optical system.

【0014】[0014]

【作用】斯かる本発明の第1の位置検出装置によれば、
第1及び第2光学部材を有し非点収差を補正する補正光
学系を設けており、この第1及び第2光学部材として
は、2つのトーリックレンズ(8,9)が使用されてい
る。一般にトーリックレンズは光軸に対して垂直な面内
の直交する2方向の屈折力が異なるレンズであり、2つ
のトーリックレンズの一体としての回転角(絶対回転
角)、2つのトーリックレンズの相対回転角又は間隔を
変えることにより、2つのトーリックレンズを通過する
光の直交する2方向の焦点位置のずれ量を変えることが
できる。言い替えると、2つのトーリックレンズの絶対
回転角、相対回転角又は間隔を変えることにより、これ
ら2つのトーリックレンズを通過する光に所望の量の非
点収差を与えることができる。従って、その位置検出光
学系で発生する非点収差を、例えばそれら2つのトーリ
ックレンズで発生する非点収差で相殺することにより、
計測用マーク(WM)の像の2次元的な位置を正確に検
出することができる。
According to the first position detecting device of the present invention,
A correction optical system having first and second optical members for correcting astigmatism is provided, and two toric lenses (8, 9) are used as the first and second optical members. Generally, a toric lens is a lens having different refractive powers in two orthogonal directions in a plane perpendicular to the optical axis, and a rotation angle (absolute rotation angle) of the two toric lenses as one, and a relative rotation of the two toric lenses. By changing the angle or the interval, it is possible to change the amount of shift between the focal positions of the light passing through the two toric lenses in two orthogonal directions. In other words, by changing the absolute rotation angle, the relative rotation angle, or the interval between the two toric lenses, a desired amount of astigmatism can be given to light passing through these two toric lenses. Therefore, by canceling the astigmatism generated by the position detection optical system with, for example, the astigmatism generated by the two toric lenses,
The two-dimensional position of the image of the measurement mark (WM) can be accurately detected.

【0015】同様に、本発明の第2の位置検出装置にお
いても、第1及び第2光学部材を有し非点収差を補正す
る補正光学系を設けており、この第1及び第2光学部材
としは、2つのトーリックレンズ(8,9)が使用され
ている。また、本発明では、基準マーク(IM)が形成
された基準マーク板(10)上に計測用マーク(WM)
の像を結像する方式であるため、その位置検出光学系で
非点収差が生じた場合に、何の補正も行わないと、その
計測用マーク(WM)の像の2次元的な位置を正確に検
出することができない。そこで、本発明では、駆動手段
(50)によりそれら2つのトーリックレンズの相対回
転角又は間隔を調整して、その位置検出光学系で生じる
非点収差をそれら2つのトーリックレンズで発生する非
点収差で相殺することにより、計測用マーク(WM)の
像の2次元的な位置を正確に検出することができる。
Similarly, in the second position detecting device of the present invention, a correction optical system having first and second optical members and correcting astigmatism is provided, and the first and second optical members are provided. In this case, two toric lenses (8, 9) are used. In the present invention, the measurement mark (WM) is placed on the reference mark plate (10) on which the reference mark (IM) is formed.
Since the astigmatism occurs in the position detection optical system, if no correction is performed, the two-dimensional position of the image of the measurement mark (WM) is changed. It cannot be detected accurately. Accordingly, in the present invention, the relative rotation angle or interval between the two toric lenses is adjusted by the driving means (50), and the astigmatism generated by the position detecting optical system is generated by the two toric lenses. , The two-dimensional position of the image of the measurement mark (WM) can be accurately detected.

【0016】また、本発明の第3の位置検出装置におい
ても、第1及び第2光学部材を有し非点収差を補正する
補正光学系を設けており、この第1及び第2光学部材と
しは、2つのトーリックレンズ(8,9)が使用されて
いる。また、本発明では、感光基板(W)上の計測用マ
ーク(WM)からの位置検出用の光は投影光学系(P
L)を介して取り出されるが、投影光学系(PL)は露
光光に対して諸収差が補正されている。従って、特に位
置検出用の光の波長が露光波長と異なる場合には、その
位置検出用の光に対して投影光学系(PL)で非点収差
が発生することがある。そこで、本発明では、それら2
つのトーリックレンズの絶対回転角、相対回転角又は間
隔を調整し、投影光学系(PL)で生じる非点収差をそ
れら2つのトーリックレンズで発生する非点収差で相殺
することにより、計測用マーク(WM)の像の2次元的
な位置を正確に検出し、ひいては感光基板(W)の位置
を正確に検出することができる。
Also, in the third position detecting device of the present invention, a correction optical system having first and second optical members and correcting astigmatism is provided, and the first and second optical members are used as the first and second optical members. Uses two toric lenses (8, 9). Further, in the present invention, the light for position detection from the measurement mark (WM) on the photosensitive substrate (W) is transmitted by the projection optical system (P).
L), the projection optical system (PL) has been corrected for various aberrations with respect to the exposure light. Therefore, particularly when the wavelength of the position detecting light is different from the exposure wavelength, astigmatism may occur in the projection optical system (PL) with respect to the position detecting light. Therefore, in the present invention, those 2
By adjusting the absolute rotation angle, relative rotation angle, or interval of the two toric lenses, and canceling astigmatism generated by the projection optical system (PL) with astigmatism generated by the two toric lenses, the measurement mark ( The two-dimensional position of the image of the WM) can be accurately detected, and thus the position of the photosensitive substrate (W) can be accurately detected.

【0017】[0017]

【実施例】以下、本発明の第1実施例につき図1〜図6
を参照して説明する。本実施例は、投影露光装置に備え
られたオフ・アクシスのFIA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は本実施例の投影露
光装置の要部を示し、この図1において、図示省略され
た照明光学系からの露光光によりレチクルRのパターン
が均一な照度で照明され、レチクルRのパターンの像が
投影光学系PLを介して、等倍又は所定の倍率で縮小あ
るいは拡大されてウエハW上の各ショット領域に露光さ
れる。レチクルRのパターン領域の近傍には位置合わせ
用のレチクルマークRMが形成され、それに対応してウ
エハW上の各ショット領域の近傍にはそれぞれ位置合わ
せ用のウエハマークWMが形成されている。ウエハWは
ウエハステージ1上に載置され、ウエハステージ1は、
投影光学系PLの光軸AX1に垂直な2次元平面(この
直交座標軸をX軸及びY軸とする)でウエハWの位置決
めを行うXYステージ及びその光軸AX1に平行なZ方
向にウエハWを位置決めするZステージ等より構成され
ている。
1 to 6 show a first embodiment of the present invention .
This will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the present invention is applied to an off-axis FIA type alignment system provided in a projection exposure apparatus. FIG. 1 shows a main part of a projection exposure apparatus according to the present embodiment. In FIG. 1, the pattern of the reticle R is illuminated with uniform illuminance by exposure light from an illumination optical system (not shown). The image is reduced or enlarged at the same magnification or at a predetermined magnification through the projection optical system PL and is exposed to each shot area on the wafer W. A reticle mark RM for alignment is formed near the pattern area of the reticle R, and a wafer mark WM for alignment is formed near each shot area on the wafer W in correspondence thereto. The wafer W is placed on the wafer stage 1, and the wafer stage 1
An XY stage for positioning the wafer W on a two-dimensional plane perpendicular to the optical axis AX1 of the projection optical system PL (the orthogonal coordinate axes are the X axis and the Y axis), and the wafer W in the Z direction parallel to the optical axis AX1. It is composed of a Z stage for positioning.

【0018】レチクルR上にはレチクルマークRMの位
置検出を行うためのレチクルアライメント系用の対物レ
ンズ2が配置され、対物レンズ2とレチクルRとの間に
光路折り曲げ用のミラー3が配置されている。レチクル
アライメント系の光軸AX2は、投影光学系PLを経て
ウエハW側に伸びており、レチクルアライメント系で
は、対物レンズ2を介して例えばレチクルマークRMと
ウエハステージ1上の指標マーク(図示省略)との位置
ずれ量を検出することができる。
On the reticle R, an objective lens 2 for a reticle alignment system for detecting the position of the reticle mark RM is arranged, and a mirror 3 for bending the optical path is arranged between the objective lens 2 and the reticle R. I have. The optical axis AX2 of the reticle alignment system extends toward the wafer W via the projection optical system PL. In the reticle alignment system, for example, a reticle mark RM and an index mark (not shown) on the wafer stage 1 via the objective lens 2. Can be detected.

【0019】また、投影光学系PLの側面にオフ・アク
シスのFIA方式のアライメント系4が配置され、この
アライメント系4において、光源5から射出された位置
検出用の照明光(アライメント光)の内でビームスプリ
ッター6を透過した光が、対物レンズ7を介して、ウエ
ハW上のウエハマークWM上に照射される。そして、ウ
エハマークWMで反射されたアライメント光が、対物レ
ンズ7を経てビームスプリッター6に戻り、ビームスプ
リッター6で反射されたアライメント光が、負のシリン
ドリカルレンズ8及び正のシリンドリカルレンズ9を経
て焦点板10上にウエハマークWMの像を結像する。
An off-axis FIA type alignment system 4 is arranged on a side surface of the projection optical system PL. In the alignment system 4, of the illumination light (alignment light) emitted from the light source 5 for position detection. The light transmitted through the beam splitter 6 is irradiated onto the wafer mark WM on the wafer W via the objective lens 7. Then, the alignment light reflected by the wafer mark WM returns to the beam splitter 6 via the objective lens 7, and the alignment light reflected by the beam splitter 6 passes through the negative cylindrical lens 8 and the positive cylindrical lens 9 to form a focusing plate. An image of the wafer mark WM is formed on the reference numeral 10.

【0020】焦点板10上には指標マークIMが形成さ
れており、焦点板10を透過したアライメント光が、リ
レーレンズ11を経てハーフプリズム12に達し、ハー
フプリズム12を透過した光が、2次元CCDよりなる
第1撮像素子13Mの撮像面にウエハマークWM及び指
標マークIMの像を結像する。また、ハーフプリズム1
2で反射された光が、2次元CCDよりなる第2撮像素
子13Sの撮像面にウエハマークWM及び指標マークI
Mの像を結像する。このアライメント系4の光軸AX3
のウエハWとの交点が、投影光学系PLの光軸AX1に
対してX方向にずれているものとすると、投影光学系P
Lのメリジオナル方向はX方向となり、投影光学系PL
のサジタル方向はY方向となる。
An index mark IM is formed on the reticle 10, and the alignment light transmitted through the reticle 10 reaches the half prism 12 via the relay lens 11, and the light transmitted through the half prism 12 is two-dimensional. An image of the wafer mark WM and the index mark IM is formed on the imaging surface of the first imaging device 13M including a CCD. Half prism 1
The light reflected by the light source 2 reflects the wafer mark WM and the index mark I on the imaging surface of the second imaging device 13S composed of a two-dimensional CCD.
An image of M is formed. The optical axis AX3 of the alignment system 4
Is assumed to be shifted in the X direction with respect to the optical axis AX1 of the projection optical system PL, the projection optical system P
The meridional direction of L becomes the X direction, and the projection optical system PL
Is the Y direction.

【0021】本例の第1撮像素子13Mは、撮像面にお
いて、メリジオナル方向と共役な方向に水平走査線の方
向が設定されており、第1撮像素子13Mの撮像信号よ
り、ウエハマークWMの像と指標マークIMとのメリジ
オナル方向(本例ではX方向)の位置ずれ量が検出でき
る。一方、第2撮像素子13Sは、撮像面において、サ
ジタル方向と共役な方向に水平走査線の方向が設定され
ており、第2撮像素子13Sの撮像信号より、ウエハマ
ークWMの像と指標マークIMとのサジタル方向(本例
ではY方向)の位置ずれ量が検出できる。
In the first image pickup device 13M of this embodiment, the direction of the horizontal scanning line is set in a direction conjugate to the meridional direction on the image pickup surface, and the image of the wafer mark WM is obtained from the image pickup signal of the first image pickup device 13M. And the index mark IM in the meridional direction (in this example, the X direction) can be detected. On the other hand, in the second imaging device 13S, the direction of the horizontal scanning line is set in a direction conjugate to the sagittal direction on the imaging surface, and the image of the wafer mark WM and the index mark IM are obtained from the imaging signal of the second imaging device 13S. Can be detected in the sagittal direction (Y direction in this example).

【0022】本例では、第1撮像素子13M及び第2撮
像素子13Sの撮像信号を処理することにより、ウエハ
W上のウエハマークWMの焦点板10上の像と指標マー
クIMとの2次元的な位置ずれ量を求めることができ
る。そこで、予め図1のアライメント系の光軸AX3と
投影光学系PLの光軸AX1との間隔であるベースライ
ン量を求めておき、例えばウエハステージ1を駆動し
て、そのウエハマークWMの像と指標マークIMとの位
置ずれ量を所定の範囲内に追い込んでから、そのベース
ライン量分だけウエハステージ1を移動させることによ
り、そのウエハマークWMが属するショット領域を投影
光学系PLの露光フィールド内に設定することができ
る。
In this embodiment, by processing image signals of the first image sensor 13M and the second image sensor 13S, a two-dimensional image of the wafer mark WM on the wafer W on the reticle 10 and the index mark IM is formed. It is possible to obtain a large displacement amount. Therefore, a baseline amount which is an interval between the optical axis AX3 of the alignment system and the optical axis AX1 of the projection optical system PL in FIG. 1 is obtained in advance, and, for example, the wafer stage 1 is driven so that the image of the wafer mark WM is After moving the amount of displacement from the index mark IM to within a predetermined range, the wafer stage 1 is moved by the amount of the base line to move the shot area to which the wafer mark WM belongs within the exposure field of the projection optical system PL. Can be set to

【0023】但し、この際に対物レンズ7や光路の引き
回し用のビームスプリッター6によってアライメント光
に対して非点収差が発生すると、焦点板10上に結像さ
れるウエハマークWMの像にメリジオナル方向とサジタ
ル方向とで焦点ずれが発生する。そのため、仮にウエハ
マークWMの像のメリジオナル方向の焦点位置を焦点板
10上に合わせると、ウエハマークWMの像のサジタル
方向の焦点位置は焦点板10から外れることになり、ウ
エハマークWMの像と指標マークIMとをメリジオナル
方向及びサジタル方向で同時に合焦することができなく
なる。従って、第1撮像素子13M又は第2撮像素子1
3Sの何れか又は両方で、ウエハマークWMの像と指標
マークIMとの位置ずれ量を正確に検出できなくなる。
However, if astigmatism is generated in the alignment light by the objective lens 7 or the beam splitter 6 for guiding the optical path at this time, the image of the wafer mark WM formed on the focusing screen 10 will be merged in the meridional direction. And a sagittal direction defocus occurs. Therefore, if the focus position of the image of the wafer mark WM in the meridional direction is adjusted on the focusing screen 10, the focus position of the image of the wafer mark WM in the sagittal direction will deviate from the focusing screen 10, and the image of the wafer mark WM and the image of the wafer mark WM It becomes impossible to simultaneously focus on the index mark IM in the meridional direction and the sagittal direction. Therefore, the first image sensor 13M or the second image sensor 1
In any one or both of 3S, it becomes impossible to accurately detect the amount of displacement between the image of the wafer mark WM and the index mark IM.

【0024】そこで、本実施例では、非点収差を補正す
る補正光学系を構成する負のシリンドリカルレンズ8と
正のシリンドリカルレンズ9との相対回転角又はそれら
2枚のシリンドリカルレンズの間隔を変えることによ
り、それら2枚のシリンドリカルレンズで発生する非点
収差で、対物レンズ7又はビームスプリッター6で発生
した非点収差を相殺させる。これにより、ウエハマーク
WMの像と指標マークIMとのメリジオナル方向及びサ
ジタル方向の位置ずれ量を、それぞれ第1撮像素子13
M及び第2撮像素子13Sの撮像信号から正確に求める
ことができる。
Therefore, in the present embodiment, the relative rotation angle of the negative cylindrical lens 8 and the positive cylindrical lens 9 constituting the correction optical system for correcting astigmatism or the distance between the two cylindrical lenses is changed. Accordingly, the astigmatism generated by the two cylindrical lenses cancels the astigmatism generated by the objective lens 7 or the beam splitter 6. Accordingly, the amount of misalignment between the image of the wafer mark WM and the index mark IM in the meridional direction and the sagittal direction is determined by the first image sensor 13.
It can be accurately obtained from M and the image signal of the second image sensor 13S.

【0025】また、本実施例では、それら2枚のシリン
ドリカルレンズの相対回転角及び間隔をそれぞれ所望の
状態に設定するための設定装置50が設けられている。
なお、本例において、焦点板10と撮像素子13M,1
3Sとの間で、即ち例えばリレーレンズ11で非点収差
が生じた場合には、撮像素子13M,13Sの光軸AX
3方向の位置をそれぞれ調整することにより合焦を行う
ことができる。従って、焦点板10と撮像素子13M,
13Sとの間のみで非点収差が生じた場合には、シリン
ドリカルレンズ8,9を設置する必要はない。
In this embodiment, a setting device 50 is provided for setting the relative rotation angle and the interval between the two cylindrical lenses to desired states.
In this example, the reticle 10 and the imaging devices 13M, 1
3S, that is, when astigmatism occurs in the relay lens 11, for example, the optical axes AX of the imaging devices 13M and 13S.
Focusing can be performed by adjusting the positions in the three directions. Therefore, the reticle 10 and the image sensor 13M,
In the case where astigmatism occurs only between 13S, there is no need to install the cylindrical lenses 8 and 9.

【0026】次に、図2及び図3を参照して、図1のシ
リンドリカルレンズ8,9の相対回転角又は両者の間隔
により非点収差がどの程度変化するのかを定量的に説明
する。ここでは、負のシリンドリカルレンズ8の焦点距
離を−fC 、正のシリンドリカルレンズ9の焦点距離を
C として、且つ2枚のシリンドリカルレンズ8,9を
薄肉レンズ系として扱う。
Next, with reference to FIG. 2 and FIG. 3, how the astigmatism changes depending on the relative rotation angles of the cylindrical lenses 8 and 9 or the interval between them will be quantitatively described. Here, the focal length of the negative cylindrical lens 8 is -f C , the focal length of the positive cylindrical lens 9 is f C , and the two cylindrical lenses 8 and 9 are treated as a thin lens system.

【0027】A.回転した場合の非点収差の変化 先ず、図2(a)に示すように、光軸AX3を軸として
負のシリンドリカルレンズ8を角度θだけ回転した場合
の非点収差量を求める。角度θが0でシリンドリカルレ
ンズ8及び9の屈折力が共に0になる方向、即ち第1の
シリンドリカルレンズ8の母線方向と第2のシリンドリ
カルレンズ9の母線方向とが互いに一致した時の固定の
第2のシリンドリカルレンズ9の母線方向をメリジオナ
ル方向(M方向)として、このM方向に垂直な方向をサ
ジタル方向(S方向)とする。また、図2(b)に示す
ように、シリンドリカルレンズ8,9の主点から物点ま
での距離をa、その主点からメリジオナル方向及びサジ
タル方向の像点までの距離をそれぞれbM 及びbS とす
る。
A. Change in Astigmatism When Rotated First, as shown in FIG. 2A, the amount of astigmatism when the negative cylindrical lens 8 is rotated by the angle θ about the optical axis AX3 is obtained. The direction in which the angle θ is 0 and the refractive powers of the cylindrical lenses 8 and 9 are both 0, that is, the fixed direction when the generatrix direction of the first cylindrical lens 8 and the generatrix direction of the second cylindrical lens 9 match each other. The meridional direction (M direction) is defined as the generatrix direction of the second cylindrical lens 9, and the direction perpendicular to the M direction is defined as the sagittal direction (S direction). As shown in FIG. 2B, the distance from the principal point of the cylindrical lenses 8 and 9 to the object point is a, and the distances from the principal point to the image points in the meridional and sagittal directions are b M and b, respectively. S.

【0028】この場合、2枚のシリンドリカルレンズ
8,9のメリジオナル方向の合成焦点距離をFM とする
と、メリジオナル方向の薄肉レンズの結像公式より次の
2つの式が得られる。
[0028] In this case, when the combined focal length in the meridional direction of the two cylindrical lenses 8, 9 and F M, the following two equations from imaging official meridional direction thin lenses obtained.

【0029】[0029]

【数1】 (Equation 1)

【0030】[0030]

【数2】 (Equation 2)

【0031】同様に、2枚のシリンドリカルレンズ8,
9のサジタル方向の合成焦点距離をFS とすると、サジ
タル方向の薄肉レンズの結像公式より次の2つの式が得
られる。
Similarly, two cylindrical lenses 8,
Assuming that the composite focal length in the sagittal direction of No. 9 is F S , the following two equations are obtained from the imaging formula of the thin lens in the sagittal direction.

【0032】[0032]

【数3】 (Equation 3)

【0033】[0033]

【数4】 (Equation 4)

【0034】なお、入射光束が平行光束の場合には、メ
リジオナル方向又はサジタル方向の射出光束が発散して
しまうため、以下では、入射光束が平行光束の平行系と
入射光束が収斂光束である結像系とに分けて説明する。
When the incident light beam is a parallel light beam, the emitted light beam in the meridional or sagittal direction diverges. Therefore, hereinafter, the incident light beam is a parallel system of parallel light beams and the incident light beam is a convergent light beam. The image system will be described separately.

【0035】A−1.平行系の場合 図2(c)は平行系の光路図を示し、この図2(c)に
示すように、平行系では2枚のシリンドリカルレンズ
8,9の後に焦点距離fの凸レンズ14を配置して、こ
の凸レンズ14による結像位置を考える。そして、メリ
ジオナル方向では、図2(c)の実線で示す如き結像関
係が成立しており、ここで(数2)に(a=∞)を代入
することにより、次式が得られる。
A-1. In the case of a parallel system FIG. 2C shows an optical path diagram of the parallel system. As shown in FIG. 2C, in the parallel system, a convex lens 14 having a focal length f is disposed after two cylindrical lenses 8 and 9. Then, an image forming position by the convex lens 14 is considered. Then, in the meridional direction, an imaging relationship as shown by a solid line in FIG. 2C is established, and by substituting (a = ∞) into (Equation 2), the following equation is obtained.

【0036】[0036]

【数5】 (Equation 5)

【0037】また、サジタル方向では図2(c)の二点
鎖線で示す如き結像関係が成立しており、(数3)及び
(数4)に(a=∞)を代入することにより、次式が得
られる。
In the sagittal direction, an imaging relationship as shown by a two-dot chain line in FIG. 2C is established. By substituting (a = ∞) into (Equation 3) and (Equation 4), The following equation is obtained.

【0038】[0038]

【数6】 (Equation 6)

【0039】また、シリンドリカルレンズ8,9の主点
と凸レンズ14(結像レンズ)の主点との間隔をx1
して、凸レンズ14により結像されるメリジオナル方向
及びサジタル方向の像と凸レンズ14の主点との間隔を
それぞれCM 及びCS とすると、図2(c)の実線で示
す如き関係からメリジオナル方向についての凸レンズ1
4に関する結像公式より次式が得られる。
Further, the distance between the principal point of the principal point and the convex lens 14 of the cylindrical lenses 8 and 9 (imaging lens) as x 1, in the meridional direction and the sagittal direction is focused by the convex lens 14 the image of the convex lens 14 Assuming that the distances from the principal point are C M and C S , respectively, the convex lens 1 in the meridional direction is obtained from the relationship shown by the solid line in FIG.
The following formula is obtained from the imaging formula for No. 4.

【0040】[0040]

【数7】 (Equation 7)

【0041】同様に、図2(c)の二点鎖線で示す如き
関係からサジタル方向についての凸レンズ14に関する
結像公式より次式が得られる。
Similarly, from the relationship shown by the two-dot chain line in FIG. 2C, the following equation is obtained from the imaging formula for the convex lens 14 in the sagittal direction.

【0042】[0042]

【数8】 (Equation 8)

【0043】従って、シリンドリカルレンズ8,9及び
凸レンズ14によるメリジオナル方向の結像位置とサジ
タル方向の結像位置との差である非点隔差δRPは、次の
ようになる。この非点隔差δRPが、図2(c)の平行系
における非点収差を定量的に示すものである。
Accordingly, the astigmatic difference δ RP , which is the difference between the imaging position in the meridional direction and the imaging position in the sagittal direction by the cylindrical lenses 8, 9 and the convex lens 14, is as follows. This astigmatic difference δ RP quantitatively indicates astigmatism in the parallel system of FIG. 2C.

【0044】[0044]

【数9】 (Equation 9)

【0045】ここで、上記(数9)の関係が成立する時
の構成を図1の実施例に対応させて説明する。図1の実
施例において、2枚のシリンドリカルレンズ8、9と焦
点板10との間に図2(c)の如き結像レンズ14を配
置し、ウエハマークWMから反射するアライメント光を
対物レンズ7がほぼ平行光束に変換して2枚のシリンド
リカルレンズ8、9へ導き、この2枚のシリンドリカル
レンズ8、9を介した平行光束を集光してウエハマーク
WMの像を焦点板10上に形成する構成とした時に上記
(数9)の関係が成立する。このとき、対物レンズ7と
結像レンズ14との間に配置される2つのシリンドリカ
ルレンズ8,9は対物レンズ7側から順に、負のシリン
ドリカルレンズ8、正のシリンドリカルレンズ9が配置
された構成となっているが、逆に、対物レンズ7側から
順に、正のシリンドリカルレンズ9、負のシリンドリカ
ルレンズ8を配置した構成とし、その両者のシリンドリ
カルレンズを相対的に回転させた時にも上記(数9)の
関係が成立する。
Here, a configuration when the above-mentioned relationship (Equation 9) is established will be described with reference to the embodiment of FIG. In the embodiment shown in FIG. 1, an imaging lens 14 as shown in FIG. 2C is arranged between the two cylindrical lenses 8 and 9 and the focusing screen 10, and the alignment light reflected from the wafer mark WM is passed through the objective lens 7. Is converted into a substantially parallel light beam and guided to two cylindrical lenses 8 and 9, and the parallel light beams passing through the two cylindrical lenses 8 and 9 are condensed to form an image of the wafer mark WM on the focusing screen 10. When the configuration is adopted, the relationship of the above (Equation 9) is established. At this time, the two cylindrical lenses 8 and 9 disposed between the objective lens 7 and the imaging lens 14 have a configuration in which a negative cylindrical lens 8 and a positive cylindrical lens 9 are disposed in this order from the objective lens 7 side. However, conversely, the positive cylindrical lens 9 and the negative cylindrical lens 8 are arranged in this order from the objective lens 7 side, and when the two cylindrical lenses are relatively rotated, the above (Equation 9) is obtained. ) Holds.

【0046】A−2.結像系の場合 結像系の場合には、図2(b)において、メリジオナル
方向の結像位置までの距離bM とサジタル方向の結像位
置までの距離bS との差がそのまま非点隔差となる。即
ち、(数1)及び(数2)より距離bM は次のようにな
る。
A-2. In the case of the imaging system In the case of the imaging system, the difference between the distance b M to the imaging position in the meridional direction and the distance b S to the imaging position in the sagittal direction in FIG. It becomes a difference. That is, the distance b M is as follows from (Equation 1) and (Equation 2).

【0047】[0047]

【数10】 (Equation 10)

【0048】また、(数3)及び(数4)より距離bS
は次のようになる。
Further, the distance b S is obtained from (Equation 3) and (Equation 4).
Is as follows.

【0049】[0049]

【数11】 [Equation 11]

【0050】従って、シリンドリカルレンズ8,9によ
るメリジオナル方向の結像位置とサジタル方向の結像位
置との差である非点隔差δRCは、次のようになる。
[0050] Therefore, astigmatism [delta] RC which is the difference between the imaging position in the meridional direction of the imaging position and the sagittal direction by the cylindrical lens 8 and 9 is as follows.

【0051】[0051]

【数12】 (Equation 12)

【0052】ここで、上記(数12)は、図1の実施例
に対応させて説明すれば、対物レンズ7により集光され
た収斂光束中に、対物レンズ7側から順に、負のシリン
ドリカルレンズ8、正のシリンドリカルレンズ9を配置
した場合について求められた結果であるが、逆に、対物
レンズ7側から順に、正のシリンドリカルレンズ9、負
のシリンドリカルレンズ8を配置し、両者のシリンドリ
カルレンズを相対的に回転させた場合にも上記(数1
2)の関係が成立する。
Here, the above (Equation 12) corresponds to the embodiment of FIG. 1. In the convergent light beam condensed by the objective lens 7, the negative cylindrical lens is sequentially arranged from the objective lens 7 side. 8, the result obtained in the case where the positive cylindrical lens 9 is disposed is reversed. Conversely, the positive cylindrical lens 9 and the negative cylindrical lens 8 are disposed in order from the objective lens 7 side, and both the cylindrical lenses are disposed. Even when relatively rotated,
The relationship of 2) is established.

【0053】B.間隔を変えた場合の非点収差の変化 図3(a)に示すように、光軸AX3を軸として正(焦
点距離fC )のシリンドリカルレンズ9と負(焦点距離
−fC )のシリンドリカルレンズ8との間隔をdに設定
した場合の非点収差量を求める。シリンドリカルレンズ
9及び8の屈折力が共に0である方向、即ち第1のシリ
ンドリカルレンズ8の母線方向と第2のシリンドリカル
レンズ9の母線方向とが互いに一致する時の両者のシリ
ンドリカルレンズ8,9の母線方向をメリジオナル方向
(M方向)として、このM方向に垂直な方向をサジタル
方向(S方向)とする。従って、メリジオナル方向の結
像位置はシリンドリカルレンズ9,8により全く影響さ
れない。
B. Change in astigmatism when the distance is changed As shown in FIG. 3A, a positive (focal length f C ) cylindrical lens 9 and a negative (focal length −f C ) cylindrical lens around the optical axis AX3. The amount of astigmatism in the case where the distance to 8 is set to d is determined. When the refractive powers of the cylindrical lenses 9 and 8 are both 0, that is, when the generatrix direction of the first cylindrical lens 8 and the generatrix direction of the second cylindrical lens 9 match each other, the two cylindrical lenses 8 and 9 have the same refractive index. The meridional direction (M direction) is defined as the meridional direction, and the direction perpendicular to the M direction is defined as the sagittal direction (S direction). Therefore, the imaging position in the meridional direction is not affected by the cylindrical lenses 9 and 8 at all.

【0054】なお、入射光束が平行光束の場合には、メ
リジオナル方向の射出光束が収斂しないため、以下で
は、入射光束が平行光束の平行系と入射光束が収斂光束
である結像系とに分けて説明する。
In the case where the incident light beam is a parallel light beam, the emitted light beam in the meridional direction does not converge. Will be explained.

【0055】B−1.平行系の場合 図3(b)は平行系の光路図を示し、この図3(b)に
示すように、平行系では2枚のシリンドリカルレンズ
9,8の後に焦点距離fの凸レンズ14(結像レンズ)
を配置して、この凸レンズ14による結像位置を考え
る。そして、シリンドリカル9に入射する光束が光軸A
X3に平行な平行光束とすると、シリンドリカルレンズ
9,8及び凸レンズ14によるメリジオナル方向の結像
位置は、図3(b)の二点鎖線で示す如く、凸レンズ1
4から距離fの位置である。また、図3(b)の実線で
示す如く、正のシリンドリカルレンズ9によるサジタル
方向の結像に関しては、シリンドリカルレンズ9の主点
から像点までの距離をbA とすると、次の関係が成立す
る。
B-1. In the case of a parallel system FIG. 3 (b) shows an optical path diagram of the parallel system. As shown in FIG. 3 (b), in the parallel system, a convex lens 14 (focal length f) having a focal length f is provided behind two cylindrical lenses 9 and 8. Image lens)
Are arranged, and an image forming position by the convex lens 14 is considered. Then, the light beam incident on the cylindrical 9 is the optical axis A.
Assuming a parallel light flux parallel to X3, the image formation position in the meridional direction by the cylindrical lenses 9, 8 and the convex lens 14 is, as shown by the two-dot chain line in FIG.
4 is a position at a distance f. Further, as shown by the solid line in FIG. 3 (b), with respect to the positive sagittal imaging by the cylindrical lens 9, and the distance from the principal point of the cylindrical lens 9 to the image point and b A, the following relation is satisfied I do.

【0056】[0056]

【数13】 (Equation 13)

【0057】また、シリンドリカルレンズ9,8の間隔
はdであるため、図3(b)の実線で示す如く、負のシ
リンドリカルレンズ8に関するサジタル方向の結像に関
しては、シリンドリカルレンズ8の主点から像点までの
距離をcA とすると、結像公式より次の関係が成立す
る。
Since the interval between the cylindrical lenses 9 and 8 is d, as shown by the solid line in FIG. 3B, the image of the negative cylindrical lens 8 in the sagittal direction is shifted from the principal point of the cylindrical lens 8. Assuming that the distance to the image point is c A , the following relationship is established from the imaging formula.

【0058】[0058]

【数14】 [Equation 14]

【0059】この式を距離cA について解くと次のよう
になる。
When this equation is solved for the distance c A , the following is obtained.

【0060】[0060]

【数15】 (Equation 15)

【0061】そして、図3(b)の実線で示す如く、凸
レンズ14(結像レンズ)に関するサジタル方向の結像
に関して、凸レンズ14の主点から物点までの距離をx
S 、その主点から像点までの距離をyS とすると、結像
公式より次の関係が成立する。
As shown by the solid line in FIG. 3B, the distance from the principal point of the convex lens 14 to the object point is x with respect to the sagittal imaging of the convex lens 14 (imaging lens).
S, and the distance from the principal point to the image point and y S, the following relationship is established from the imaging formula.

【0062】[0062]

【数16】 (Equation 16)

【0063】また、正のシリンドリカルレンズ9から凸
レンズ14までの間隔をx1 とすれば、次の関係が成立
する。
[0063] Further, from the positive cylindrical lens 9 intervals up to the convex lens 14 and x 1, the following relation is established.

【0064】[0064]

【数17】 [Equation 17]

【0065】その(数17)を(数16)に代入して距
離yS について解くと次のようになる。
By substituting (Equation 17) for (Equation 16) and solving for the distance y S , the following is obtained.

【0066】[0066]

【数18】 (Equation 18)

【0067】従って、シリンドリカルレンズ9,8及び
凸レンズ14によるメリジオナル方向の結像位置とサジ
タル方向の結像位置との差である非点隔差δGPは、次の
ようになる。
[0067] Therefore, astigmatism [delta] GP which is a difference between the cylindrical lenses 9,8 and the image forming position of the imaging position and sagittal meridional direction by the convex lens 14 is as follows.

【0068】[0068]

【数19】 [Equation 19]

【0069】ここで、上記(数19)の関係が成立する
時の構成を図1の実施例に対応させて説明する。図1の
実施例において、2枚のシリンドリカルレンズ8、9と
焦点板10との間に図3(b)の如き結像レンズ14を
配置し、ウエハマークWMから反射するアライメント光
を対物レンズ7がほぼ平行光束に変換して2枚のシリン
ドリカルレンズ8、9へ導き、この2枚のシリンドリカ
ルレンズ8、9を介した平行光束を集光してウエハマー
クWMの像を焦点板10上に形成する構成とした時に上
記(数19)の関係が成立する。このとき、対物レンズ
7と結像レンズ14との間に配置される2つのシリンド
リカルレンズ8,9は、対物レンズ7側から順に、正の
シリンドリカルレンズ9、負のシリンドリカルレンズ8
が配置された構成となっているが、逆に、対物レンズ7
側から順に、負のシリンドリカルレンズ8、正のシリン
ドリカルレンズ9を配置した構成とし、その両者のシリ
ンドリカルレンズを相対的に回転させた時には、以下の
(数20)の関係が成立する。
Here, a configuration when the above-mentioned relationship (Equation 19) is established will be described with reference to the embodiment of FIG. In the embodiment of FIG. 1, an imaging lens 14 as shown in FIG. 3B is arranged between the two cylindrical lenses 8 and 9 and the focusing screen 10, and the alignment light reflected from the wafer mark WM is passed through the objective lens 7 Is converted into a substantially parallel light beam and guided to two cylindrical lenses 8 and 9, and the parallel light beams passing through the two cylindrical lenses 8 and 9 are condensed to form an image of the wafer mark WM on the focusing screen 10. When the above configuration is adopted, the relationship of (Equation 19) is established. At this time, the two cylindrical lenses 8 and 9 disposed between the objective lens 7 and the imaging lens 14 are a positive cylindrical lens 9 and a negative cylindrical lens 8 in this order from the objective lens 7 side.
Is arranged, but conversely, the objective lens 7
A negative cylindrical lens 8 and a positive cylindrical lens 9 are arranged in this order from the side. When the two cylindrical lenses are relatively rotated, the following relationship (Equation 20) is established.

【0070】[0070]

【数20】 (Equation 20)

【0071】B−2.結像系の場合 図3(c)は結像系を示し、この図3(c)において、
シリンドリカルレンズ9の主点と物点との距離をaA
すると、この距離aA が、シリンドリカルレンズ9の主
点からシリンドリカルレンズ9,8によるメリジオナル
方向の結像位置までの距離である。
B-2. In the case of an imaging system FIG. 3C shows an imaging system.
When the distance between the principal point and the object point of the cylindrical lens 9 and a A, the distance a A is the distance from the principal point of the cylindrical lens 9 to the image forming position in the meridional direction by the cylindrical lens 9 and 8.

【0072】そして、図3(c)の実線で示す如く、正
のシリンドリカルレンズ9によるサジタル方向の結像に
関して、シリンドリカルレンズ9の主点から像点までの
距離をbA とすると、次の関係が成立する。
As shown by the solid line in FIG. 3C, with respect to the image formation in the sagittal direction by the positive cylindrical lens 9, if the distance from the principal point of the cylindrical lens 9 to the image point is b A , the following relationship is obtained. Holds.

【0073】[0073]

【数21】 (Equation 21)

【0074】また、シリンドリカルレンズ9,8の間隔
はdであるため、負のシリンドリカルレンズ8に関する
サジタル方向の結像に関しては、図3(c)の実線で示
す関係からシリンドリカルレンズ8の主点から像点まで
の距離をcA とすると、結像公式より次の関係が成立す
る。
Since the interval between the cylindrical lenses 9 and 8 is d, the image of the negative cylindrical lens 8 in the sagittal direction is determined from the principal point of the cylindrical lens 8 based on the relationship shown by the solid line in FIG. Assuming that the distance to the image point is c A , the following relationship is established from the imaging formula.

【0075】[0075]

【数22】 (Equation 22)

【0076】(数20)及び(数21)より距離bA
消去すると、距離cA は次のようになる。
When the distance b A is deleted from (Equation 20) and (Equation 21), the distance c A becomes as follows.

【0077】[0077]

【数23】 (Equation 23)

【0078】従って、シリンドリカルレンズ9,8によ
るメリジオナル方向の結像位置とサジタル方向の結像位
置との差である非点隔差δGCは、次のようになる。
Therefore, the astigmatic difference δ GC , which is the difference between the imaging position in the meridional direction and the imaging position in the sagittal direction by the cylindrical lenses 9 and 8, is as follows.

【0079】[0079]

【数24】 (Equation 24)

【0080】ここで、上記(数24)は、図1の実施例
に対応させて説明すれば、対物レンズ7により集光され
た収斂光束中に、対物レンズ7側から順に、正のシリン
ドリカルレンズ9、負のシリンドリカルレンズ8を配置
した場合について求められた結果であるが、逆に、対物
レンズ7側から順に、負のシリンドリカルレンズ8、正
のシリンドリカルレンズ9を配置し、両者のシリンドリ
カルレンズを相対的に回転させた場合は以下の(数2
5)の関係が成立する。
Here, the above (Equation 24) corresponds to the embodiment of FIG. 1. In the convergent light beam condensed by the objective lens 7, the positive cylindrical lens is sequentially arranged from the objective lens 7 side. 9, the result obtained in the case where the negative cylindrical lens 8 is disposed is reversed. Conversely, the negative cylindrical lens 8 and the positive cylindrical lens 9 are disposed in order from the objective lens 7 side, and both the cylindrical lenses are disposed. When rotated relatively, the following (Equation 2)
The relationship of 5) is established.

【0081】[0081]

【数25】 (Equation 25)

【0082】以上のように、本例ではそれぞれトーリッ
クレンズとしての2枚のシリンドリカルレンズ8,9の
相対回転角又は間隔を変えることにより、アライメント
光に対して所望の非点収差を与えることができる。次
に、図1の実施例において、シリンドリカルレンズ8,
9により対物レンズ7及びビームスプリッター6で発生
する非点収差を補正する際の動作の一例につき説明す
る。先ず、図1の焦点板10には、図4(a)に示すよ
うに、L字型の1対のマークよりなる指標マークIMが
形成されているものとして、図1のウエハW上のウエハ
マークWMの内でメリジオナル方向の位置検出用のマー
クは、図4(b)に示すように、メリジオナル方向に所
定ピッチで配列されたライン・アンド・スペースパター
ンよりなるマークWM1であるとする。この場合、図1
の第1撮像素子13Mに接続されたモニター受像機の画
面13Maには、図4(c)に示すように、指標マーク
像IM′及びマーク像WM1′が重畳して結像される。
As described above, in this example, desired astigmatism can be given to the alignment light by changing the relative rotation angle or interval between the two cylindrical lenses 8 and 9 as toric lenses. . Next, in the embodiment of FIG.
An example of an operation when correcting astigmatism generated in the objective lens 7 and the beam splitter 6 will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 4A, the reticle 10 of FIG. 1 is assumed to have an index mark IM formed by a pair of L-shaped marks, and the wafer W on the wafer W of FIG. The mark for detecting the position in the meridional direction among the marks WM is, as shown in FIG. 4B, a mark WM1 composed of a line and space pattern arranged at a predetermined pitch in the meridional direction. In this case, FIG.
As shown in FIG. 4C, an index mark image IM 'and a mark image WM1' are superimposed and formed on a screen 13Ma of the monitor receiver connected to the first image sensor 13M.

【0083】図5(a)〜(c)は、その図4(c)の
画像を或る水平走査線LXに沿って走査した場合に得ら
れる撮像信号を示す。また、図5(a)〜(c)は、そ
れぞれ図1のウエハステージ1を介してウエハWの露光
面の高さ(Z方向の位置)を変えた場合に得られる撮像
信号でもあり、撮像信号51及び52はそれぞれ指標マ
ーク像IM′に対応する信号であり、撮像信号53A〜
53Cはそれぞれマーク像WM1′に対応する信号であ
る。図5(a)〜(c)より分かるように、ウエハWの
露光面の高さを変えると、指標マーク像IM′のピーク
とボトムとのコントラストは常に一定であるが、マーク
像WM1′のピークとボトムとのコントラストは次第に
変化する。そして、図5(b)に示すように、撮像信号
53Bのコントラストが最も良好になるときが、ウエハ
WのウエハマークWMがメリジオナル方向で焦点板10
と合焦するときであると考えられる。
FIGS. 5A to 5C show image pickup signals obtained when the image shown in FIG. 4C is scanned along a certain horizontal scanning line LX. FIGS. 5A to 5C are also imaging signals obtained when the height (position in the Z direction) of the exposure surface of the wafer W is changed via the wafer stage 1 in FIG. Signals 51 and 52 are signals corresponding to the index mark image IM ', respectively.
53C is a signal corresponding to each mark image WM1 '. As can be seen from FIGS. 5A to 5C, when the height of the exposure surface of the wafer W is changed, the contrast between the peak and the bottom of the index mark image IM 'is always constant, but the contrast of the mark image WM1' is constant. The contrast between the peak and the bottom changes gradually. Then, as shown in FIG. 5B, when the contrast of the imaging signal 53B becomes the best, the wafer mark WM of the wafer W is positioned in the meridional direction.
It is considered that it is time to focus on.

【0084】そこで、図1において、ウエハステージ1
をZ方向に走査して、第1撮像素子13Mの撮像信号よ
り、ウエハマークWMがメリジオナル方向で焦点板10
と合焦するときの、ウエハステージ1のZ方向の高さZ
M を求める。同様に、図1において、ウエハステージ1
をZ方向に走査して、第2撮像素子13Sの撮像信号よ
り、ウエハマークWMがサジタル方向で焦点板10と合
焦するときの、ウエハステージ1のZ方向の高さZS
求める。サジタル方向の合焦の検出を行うには、例えば
図6に示すように、ウエハマークWMの内のサジタル方
向に所定ピッチで形成されたライン・アンド・スペース
パターンよりなるマークWM2が使用される。この結
果、メリジオナル方向で合焦するときの高さZM と、サ
ジタル方向で合焦するときの高さZS との差が非点収差
の量を表すことになる。従って、図1の設定装置50に
より、シリンドリカルレンズ8及び9の相対回転角又は
間隔を調整して、その高さZM と高さZS とを一致させ
ることにより、対物レンズ7及びビームスプリッター6
に起因する非点収差が完全に補正される。
Therefore, in FIG.
Is scanned in the Z direction, and the wafer mark WM is moved in the meridional direction based on the image signal of the first image sensor 13M.
Height Z in the Z direction of wafer stage 1 when focusing on
Find M. Similarly, in FIG.
Is scanned in the Z direction, and the height Z S of the wafer stage 1 in the Z direction when the wafer mark WM is focused on the reticle 10 in the sagittal direction is obtained from the image signal of the second image sensor 13S. In order to detect the focus in the sagittal direction, for example, as shown in FIG. 6, a mark WM2 formed of a line and space pattern formed at a predetermined pitch in the sagittal direction among the wafer marks WM is used. This result would represent the height Z M when focused at the meridional direction, the amount difference of astigmatism between the height Z S when focused at the sagittal direction. Therefore, by adjusting the relative rotation angle or the interval between the cylindrical lenses 8 and 9 by the setting device 50 of FIG. 1 so that the height Z M and the height Z S coincide with each other, the objective lens 7 and the beam splitter 6 can be adjusted.
Is completely corrected.

【0085】次に本発明の第2実施例につき図7を参照
して説明する。本実施例は、TTL(スルー・ザ・レン
ズ)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7は本例の投影露光装置の要部を示し、この図7
において、図示省略された照明光学系からの露光光によ
りレチクルRのパターンが投影光学系PLを介してウエ
ハW上に露光される。また、ウエハW上の各ショット領
域の近傍にはそれぞれウエハマークWMが形成されてい
る。本例の投影光学系PLの側面の上方にはTTL方式
のアライメント系15が配置され、このアライメント系
15において、光源16から射出されたアライメント光
が、第1リレーレンズ17、所定の波長の光を選択する
フィルター板18及び第2リレーレンズ19を経てビー
ムスプリッター20に入射する。ビームスプリッター2
1を透過したアライメント光が、対物レンズ21及び光
路折り曲げ用のミラー22を経て投影光学系PLに入射
し、投影光学系PLから射出されたアライメント光がウ
エハマークWM上に照射されている。本例のアライメン
ト光の波長は、ウエハW上の感光材を感光させないよう
に、露光光の波長とは異ならしめてある。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, the present invention is applied to a TTL (through the lens) type alignment system. FIG. 7 shows a main part of the projection exposure apparatus of this embodiment.
In, the pattern of the reticle R is exposed on the wafer W via the projection optical system PL by exposure light from an illumination optical system not shown. A wafer mark WM is formed near each shot area on the wafer W. Above the side surface of the projection optical system PL of this example, a TTL alignment system 15 is disposed. In the alignment system 15, the alignment light emitted from the light source 16 is transmitted to the first relay lens 17 by the light of a predetermined wavelength. Then, the light enters the beam splitter 20 through the filter plate 18 and the second relay lens 19 for selecting. Beam splitter 2
The alignment light transmitted through 1 is incident on the projection optical system PL via the objective lens 21 and the mirror 22 for bending the optical path, and the alignment light emitted from the projection optical system PL is irradiated on the wafer mark WM. The wavelength of the alignment light in this example is different from the wavelength of the exposure light so that the photosensitive material on the wafer W is not exposed.

【0086】ウエハマークWMから反射されたアライメ
ント光は、投影光学系PL、折り曲げミラー22を経
て、ウエハWの露光面との共役面R′上にウエハマーク
WMの像を結像する。その共役面R′は、露光光のもと
でウエハWの露光面と共役な面と間隔ΔLだけ離れてい
る。この間隔ΔLは、露光光及びアライメント光に対す
る投影光学系PLにおける色収差に起因する量である。
その共役面R′からのアライメント光は、対物レンズ2
1を経てビームスプリッター20に戻り、ビームスプリ
ッター20で反射されたアライメント光が、倍率色収差
補正用のプリズム23、正のシリンドリカルレンズ9、
負のシリンドリカルレンズ8及び結像レンズ24を経
て、2次元CCD等よりなる2次元撮像素子25の撮像
面上にウエハマークWMの像を結像する。
The alignment light reflected from wafer mark WM passes through projection optical system PL and bending mirror 22, and forms an image of wafer mark WM on conjugate plane R 'with the exposure surface of wafer W. The conjugate plane R ′ is separated from the plane conjugate with the exposure plane of the wafer W by the distance ΔL under the exposure light. The interval ΔL is an amount caused by chromatic aberration in the projection optical system PL with respect to the exposure light and the alignment light.
The alignment light from the conjugate plane R 'is
1 and returns to the beam splitter 20, and the alignment light reflected by the beam splitter 20 passes through the prism 23 for correcting chromatic aberration of magnification, the positive cylindrical lens 9,
The image of the wafer mark WM is formed on the imaging surface of the two-dimensional imaging device 25 formed of a two-dimensional CCD or the like via the negative cylindrical lens 8 and the imaging lens 24.

【0087】その2次元撮像素子25の撮像面上でのウ
エハマークWMの像の2次元的な位置より、所定の基準
位置からのウエハマークWMの位置ずれ量を検出するこ
とができる。本例における第1及び第2の楕円ゾーンプ
レート8,9は、ウエハマークWMを反射するアライメ
ント光が投影光学系PL、ミラー22及び対物レンズ2
1を介して集光された略平行光束となる対物レンズ21
と結像レンズ24との間に配置されているため、上述の
(数9)を満足するように第1の楕円ゾーンプレート8
と第2の楕円ゾーンプレート9とを相対的に回転、ある
いは上述の(数19)を満足するように第1の楕円ゾー
ンプレート8と第2の楕円ゾーンプレート9との間隔を
相対的に変化させることが好ましい。。これにより、ア
ライメント系15内で発生する非点収差を補正すること
ができる。
From the two-dimensional position of the image of the wafer mark WM on the imaging surface of the two-dimensional imaging device 25, the amount of displacement of the wafer mark WM from a predetermined reference position can be detected. In the first and second elliptical zone plates 8 and 9 in the present example, the alignment light reflecting the wafer mark WM receives the projection optical system PL, the mirror 22 and the objective lens 2.
Objective lens 21 which becomes a substantially parallel light beam condensed through 1
And the imaging lens 24, the first elliptic zone plate 8 is set so as to satisfy the above (Equation 9).
And the second elliptical zone plate 9 are relatively rotated, or the distance between the first elliptic zone plate 8 and the second elliptic zone plate 9 is relatively changed so as to satisfy the above (Equation 19). Preferably. . Thereby, astigmatism generated in the alignment system 15 can be corrected.

【0088】特に、本例においては、TTL方式で露光
光とは別波長の光でアライメントを行っているため、非
点収差が主に投影光学系PLで発生するが、2枚の楕円
ゾーンプレート8,9の相対回転角又は間隔を調整する
ことにより、全体として非点収差を0とすることができ
る。しかも、アライメント光に対して非点収差が投影光
学系PLのみならず、折り曲げミラー22、対物レンズ
21、ビームスプリッター20及び結像レンズ24等で
発生する場合にも、2枚の楕円ゾーンプレート8,9の
相対回転角又は間隔を調整することにより、全体として
非点収差を0とすることができる。これにより、ウエハ
マークWMの2次元的な位置を正確に検出できる。
In particular, in this example, since alignment is performed with light having a wavelength different from that of the exposure light by the TTL method, astigmatism mainly occurs in the projection optical system PL. By adjusting the relative rotation angles or intervals of 8, 9 astigmatism can be made zero as a whole. Moreover, when astigmatism is generated not only by the projection optical system PL but also by the bending mirror 22, the objective lens 21, the beam splitter 20, the imaging lens 24, and the like for the alignment light, the two elliptic zone plates 8 , 9, the astigmatism can be made zero as a whole. Thus, the two-dimensional position of the wafer mark WM can be accurately detected.

【0089】また、通常の露光時には折り曲げミラー2
2は障害になるため、投影光学系PLの露光フィールド
を広くするために、露光時には折り曲げミラー22を待
避することが望ましい。しかしながら、折り曲げミラー
22を待避する場合には、再びウエハマークWMの位置
検出を行うため、その折り曲げミラー22をレチクルR
と投影光学系PLとの間に設定するときの位置再現性が
問題となる。即ち、折り曲げミラー22の位置により、
アライメント光に対して発生する非点収差の量が異な
り、ウエハマークWMの正確な位置検出ができなくなる
ためである。
Also, during normal exposure, the bending mirror 2
2 is an obstacle, it is desirable to retract the bending mirror 22 during exposure in order to widen the exposure field of the projection optical system PL. However, when the bending mirror 22 is retracted, the position of the wafer mark WM is detected again.
Position reproducibility at the time of setting between the projection optical system PL becomes a problem. That is, depending on the position of the bending mirror 22,
This is because the amount of astigmatism generated with respect to the alignment light differs, and accurate position detection of the wafer mark WM cannot be performed.

【0090】そこで、折り曲げミラー22の設定位置を
計測するためのセンサーを設け、予め折り曲げミラー2
2の設定位置により非点収差の量を計測しておき、その
後折り曲げミラー22を設定した場合には、その位置に
応じてシリンドリカルレンズ9,8の相対回転角又は間
隔を変えることにより、その折り曲げミラー22の位置
による非点収差の変化量を補正すると良い。また、投影
光学系PLの周囲の室温又は気圧等によっても非点収差
の量が変化するため、予め室温及び気圧による非点収差
の変化量を測定しておき、投影露光装置の使用時には、
温度センサー及び気圧センサーの測定結果に応じてシリ
ンドリカルレンズ9,8により発生する非点収差の量を
調整すると良い。
Therefore, a sensor for measuring the set position of the folding mirror 22 is provided, and the folding mirror 2 is set in advance.
In the case where the amount of astigmatism is measured at the setting position 2 and the bending mirror 22 is set thereafter, the bending angle is changed by changing the relative rotation angle or interval of the cylindrical lenses 9 and 8 according to the position. It is preferable to correct the amount of change in astigmatism due to the position of the mirror 22. In addition, since the amount of astigmatism also changes due to room temperature or pressure around the projection optical system PL, the amount of change in astigmatism due to room temperature and pressure is measured in advance, and when the projection exposure apparatus is used,
It is preferable to adjust the amount of astigmatism generated by the cylindrical lenses 9 and 8 according to the measurement results of the temperature sensor and the atmospheric pressure sensor.

【0091】次に、図8を参照して本発明の第3実施例
につき説明する。本例は、TTR(スルー・ザ・レチク
ル)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8は本例の投影露光装置の要部を示し、この図8
において、図示省略された照明光学系からの露光光によ
りレチクルRのパターンが投影光学系PLを介してウエ
ハW上に露光される。また、ウエハW上の各ショット領
域の近傍にはそれぞれウエハマークWMが形成されてい
る。本例のレチクルRの上方にはTTR方式のアライメ
ント系26が配置され、このアライメント系26におい
て、光源16から射出されたアライメント光が、第1リ
レーレンズ17、所定の波長の光を選択するフィルター
板18及び第2リレーレンズ19を経てビームスプリッ
ター27に入射する。ビームスプリッター27で反射さ
れたアライメント光が、対物レンズ28及びレチクルR
を経て投影光学系PLに入射し、投影光学系PLから射
出されたアライメント光がウエハマークWM上に照射さ
れている。本例のアライメント光の波長は、ウエハW上
の感光材を感光させないように、露光光の波長とは異な
らしめてある。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this example, the present invention is applied to an alignment system of a TTR (through-the-reticle) system. FIG. 8 shows a main part of the projection exposure apparatus of this embodiment.
In, the pattern of the reticle R is exposed on the wafer W via the projection optical system PL by exposure light from an illumination optical system not shown. A wafer mark WM is formed near each shot area on the wafer W. A TTR type alignment system 26 is arranged above the reticle R of the present embodiment. In this alignment system 26, the alignment light emitted from the light source 16 is used as a first relay lens 17, a filter for selecting light of a predetermined wavelength. The light enters the beam splitter 27 via the plate 18 and the second relay lens 19. The alignment light reflected by the beam splitter 27 is applied to the objective lens 28 and the reticle R
, And is incident on the projection optical system PL, and the alignment light emitted from the projection optical system PL is irradiated on the wafer mark WM. The wavelength of the alignment light in this example is different from the wavelength of the exposure light so that the photosensitive material on the wafer W is not exposed.

【0092】レチクルR上には位置検出用のレチクルマ
ークRMが形成してあり、対物レンズ28から射出され
たアライメント光はレチクルマークRMにも照射されて
いる。レチクルマークRMからの反射光はそのまま対物
レンズ18に戻る。一方、ウエハマークWMから反射さ
れたアライメント光は、投影光学系PL及びレチクルR
を経て、ウエハWの露光面との共役面R′上にウエハマ
ークWMの像を結像する。その共役面R′は、レチクル
Rのパターン形成面と間隔ΔLだけ離れている。この間
隔ΔLは、露光光及びアライメント光に対する投影光学
系PLにおける色収差に起因する量である。従って、共
通の光学系では、ウエハマークWMの像とレチクルマー
クRMの像とを同時に観察することができないため、本
例では次のようにしている。
A reticle mark RM for position detection is formed on the reticle R, and the alignment light emitted from the objective lens 28 is also applied to the reticle mark RM. The reflected light from the reticle mark RM returns to the objective lens 18 as it is. On the other hand, the alignment light reflected from wafer mark WM is projected onto projection optical system PL and reticle R
, An image of the wafer mark WM is formed on the conjugate plane R ′ with the exposure plane of the wafer W. The conjugate plane R ′ is separated from the pattern forming surface of the reticle R by the distance ΔL. The interval ΔL is an amount caused by chromatic aberration in the projection optical system PL with respect to the exposure light and the alignment light. Therefore, the common optical system cannot observe the image of the wafer mark WM and the image of the reticle mark RM at the same time.

【0093】即ち、ウエハマークWMからのアライメン
ト光及びレチクルマークRMからのアライメント光は、
対物レンズ28を経てビームスプリッター27に戻る。
このビームスプリッター27を透過したアライメント光
の内で、更にビームスプリッター29及びミラー30で
反射された光が、平行平板ガラス31、結像レンズ32
及びミラー33を経てビームスプリッター34に至る。
このビームスプリッター34で反射された光が、2次元
CCD等よりなる2次元撮像素子35の撮像面上にレチ
クルマークRMの像を結像する。
That is, the alignment light from the wafer mark WM and the alignment light from the reticle mark RM are
The beam returns to the beam splitter 27 via the objective lens 28.
Of the alignment light transmitted through the beam splitter 27, the light reflected by the beam splitter 29 and the mirror 30 further forms a parallel plate glass 31 and an imaging lens 32.
And a beam splitter 34 via a mirror 33.
The light reflected by the beam splitter 34 forms an image of the reticle mark RM on an imaging surface of a two-dimensional imaging device 35 composed of a two-dimensional CCD or the like.

【0094】一方、ビームスプリッター27を透過した
後、ビームスプリッター29を透過したアライメント光
が、平行平板ガラス54、正のシリンドリカルレンズ
9、負のシリンドリカルレンズ8及び結像レンズ36を
経てビームスプリッター34に達し、ビームスプリッタ
ー34を透過した光が、2次元撮像素子35の撮像面上
にウエハマークWMの像を結像する。この際に、結像レ
ンズ32による光束中にはウエハマークWMからの光が
混入しているが、2次元撮像素子35の撮像面ではその
ウエハマークWMの像はデフォーカスされている。同様
に、結像レンズ36による光束中にはレチクルマークR
Mからの光が混入しているが、2次元撮像素子35の撮
像面ではそのレチクルマークRMの像はデフォーカスさ
れている。従って、2次元撮像素子35の撮像面には、
レチクルマークRMの像とウエハマークWMの像とが重
畳して鮮明に結像される。2次元撮像素子35の撮像信
号が信号処理装置41に供給され、信号処理装置41で
求められたウエハマークWM及びレチクルマークRMの
位置情報が、装置全体の動作を制御する主制御系38に
供給されている。
On the other hand, after passing through the beam splitter 27, the alignment light transmitted through the beam splitter 29 passes through the parallel plate glass 54, the positive cylindrical lens 9, the negative cylindrical lens 8, and the imaging lens 36, and is transmitted to the beam splitter 34. The light that has reached and transmitted through the beam splitter 34 forms an image of the wafer mark WM on the imaging surface of the two-dimensional imaging device 35. At this time, light from the wafer mark WM is mixed in the light beam by the imaging lens 32, but the image of the wafer mark WM is defocused on the imaging surface of the two-dimensional imaging device 35. Similarly, the reticle mark R
Although the light from M is mixed in, the image of the reticle mark RM is defocused on the imaging surface of the two-dimensional imaging device 35. Therefore, on the imaging surface of the two-dimensional imaging device 35,
The image of the reticle mark RM and the image of the wafer mark WM overlap and are clearly formed. The imaging signal of the two-dimensional imaging device 35 is supplied to the signal processing device 41, and the position information of the wafer mark WM and the reticle mark RM obtained by the signal processing device 41 is supplied to the main control system 38 that controls the operation of the entire device. Have been.

【0095】信号処理装置41では、その2次元撮像素
子35の撮像面上でのウエハマークWMの像とレチクル
マークRMの像との2次元的な位置ずれより、レチクル
RとウエハWの当該ショット領域との位置ずれ量を検出
する。本例における第1及び第2の楕円ゾーンプレート
8,9は、ウエハマークWMを反射するアライメント光
が投影光学系PL及び対物レンズ28を介して集光され
て略平行光束となる対物レンズ28と結像レンズ36と
の間に配置されているため、上述の(数9)を満足する
ように第1の楕円ゾーンプレート8と第2の楕円ゾーン
プレート9とを相対的に回転、あるいは上述の(数1
9)を満足するように第1の楕円ゾーンプレート8と第
2の楕円ゾーンプレート9との間隔を相対的に変化させ
ることが好ましい。これにより、アライメント系15内
で発生する非点収差を補正することができる。
In the signal processing device 41, the two-dimensional displacement between the image of the wafer mark WM and the image of the reticle mark RM on the imaging surface of the two-dimensional imaging device 35 determines The amount of displacement from the region is detected. The first and second elliptical zone plates 8 and 9 in the present example are composed of an objective lens 28 that is formed by collecting the alignment light that reflects the wafer mark WM through the projection optical system PL and the objective lens 28 into a substantially parallel light flux. Since the first elliptic zone plate 8 and the second elliptic zone plate 9 are relatively rotated so as to satisfy the above (Equation 9) because they are arranged between the imaging lens 36 and the above-described (Equation 9), (Equation 1
It is preferable that the distance between the first elliptic zone plate 8 and the second elliptic zone plate 9 is relatively changed so as to satisfy 9). Thereby, astigmatism generated in the alignment system 15 can be corrected.

【0096】特に、本例においては、TTR方式で露光
光とは別波長の光でアライメントを行っているため、非
点収差が主に投影光学系PLで発生するが、2枚の楕円
ゾーンプレート8,9の相対回転角又は間隔を調整する
ことにより、全体として非点収差を0とすることができ
る。しかも、アライメント光に対して非点収差が投影光
学系PLのみならず、対物レンズ28、ビームスプリッ
ター27及び29、結像レンズ36、ビームスプリッタ
ー34等で発生する場合にも、2枚の楕円ゾーンプレー
ト8,9の相対回転角又は間隔を調整することにより、
全体として非点収差を0とすることができる。
In particular, in this example, since alignment is performed with light having a different wavelength from the exposure light by the TTR method, astigmatism mainly occurs in the projection optical system PL. By adjusting the relative rotation angles or intervals of 8, 9 astigmatism can be made zero as a whole. Moreover, when astigmatism is generated not only by the projection optical system PL but also by the objective lens 28, the beam splitters 27 and 29, the imaging lens 36, the beam splitter 34, and the like, the two elliptical zones for the alignment light. By adjusting the relative rotation angle or interval between the plates 8 and 9,
Astigmatism can be made zero as a whole.

【0097】これにより、ウエハマークWMのレチクル
マークRMに対する2次元的な位置ずれ量を正確に検出
できる。本例では2枚のシリンドリカルレンズ9,8の
相対回転角又は間隔を調整するための駆動装置37が設
けられ、駆動装置37は、装置全体の動作を制御する主
制御系38の指令に基づいて動作する。ところで、レチ
クルサイズが変わった場合やアライメントマークの位置
が打ち変えられた場合には、アライメント系26を投影
光学系PLの光軸Ax1と直交する方向へ移動させて、
アライメントを行わなければならない。しかしながら、
投影光学系PLの光軸Ax1に対するアライメントマー
ク(レチクルマークRM、ウエハマークWM)の位置が
変わる毎に、投影光学系PLにて発生する非点収差量が
変化する問題がある。
Thus, the two-dimensional displacement of the wafer mark WM with respect to the reticle mark RM can be accurately detected. In this example, a drive device 37 for adjusting the relative rotation angle or interval between the two cylindrical lenses 9 and 8 is provided, and the drive device 37 is controlled based on a command from a main control system 38 that controls the operation of the entire device. Operate. By the way, when the reticle size changes or the position of the alignment mark is changed, the alignment system 26 is moved in a direction orthogonal to the optical axis Ax1 of the projection optical system PL,
Alignment must be performed. However,
Each time the position of the alignment mark (reticle mark RM, wafer mark WM) with respect to the optical axis Ax1 of the projection optical system PL changes, the amount of astigmatism generated in the projection optical system PL changes.

【0098】そこで、本例では、アライメント系駆動装
置50によりアライメント系26が投影光学系PLの光
軸Ax1と直交する方向(レチクルRと平行な方向)へ
移動可能に設けられ、このアライメント系駆動装置50
は主制御系38にて制御されている。そして、この主制
御系38の内部のメモリー部には、投影光学系PLの光
軸Ax1に対するアライメントマーク(レチクルマーク
RM、ウエハマークWM)の位置に応じた非点収差量、
換言すれば、投影光学系PLの光軸Ax1に対する像高
に応じた非点収差量の情報が予めメモリーされている。
Therefore, in this example, the alignment system driving device 50 provides the alignment system 26 so as to be movable in a direction orthogonal to the optical axis Ax1 of the projection optical system PL (a direction parallel to the reticle R). Device 50
Are controlled by the main control system 38. The memory section inside the main control system 38 stores the astigmatism amount corresponding to the position of the alignment mark (reticle mark RM, wafer mark WM) with respect to the optical axis Ax1 of the projection optical system PL.
In other words, information on the amount of astigmatism according to the image height of the projection optical system PL with respect to the optical axis Ax1 is stored in advance.

【0099】ここで、レチクルサイズが変わった場合や
アライメントマークの位置が打ち変えられた場合には、
主制御系38は、アライメント系駆動装置50によって
アライメント系26を投影光学系PLの光軸Ax1と直
交する方向へ移動させて所定位置に設定し、その後、投
影光学系PLの光軸Ax1に対するアライメント系26
の光軸位置に応じた非点収差量をメモリー部内の情報に
基づいて求める。そして、主制御系38は、この求めら
れた非点収差量に基づいて、駆動装置37を駆動させ
て、2枚の楕円ゾーンプレート8,9の相対回転角又は
間隔を調整することにより、非点収差が全体として零と
なるように補正することができる。
Here, when the reticle size is changed or the position of the alignment mark is changed,
The main control system 38 sets the alignment system 26 at a predetermined position by moving the alignment system 26 in a direction orthogonal to the optical axis Ax1 of the projection optical system PL by the alignment system driving device 50, and then aligns the projection optical system PL with the optical axis Ax1. System 26
The amount of astigmatism according to the optical axis position is determined based on the information in the memory unit. Then, the main control system 38 drives the driving device 37 based on the obtained amount of astigmatism to adjust the relative rotation angle or the interval between the two elliptical zone plates 8 and 9, thereby obtaining the astigmatism. It can be corrected so that the astigmatism becomes zero as a whole.

【0100】以上の如く、本例によれば、レチクルサイ
ズが変わった場合やアライメントマークの位置を打ち変
えた場合にも投影光学系PLにて発生する非点収差を補
正でき、ウエハマークWMとレチクルマークRMとの2
次元的な位置を正確に検出することができる。なお、本
例の如き構成を図7に示すTTL方式の第2実施例の装
置に付加すれば、レチクルサイズが変わった場合やウエ
ハマークWMの位置を打ち変えた場合にも投影光学系P
Lにて発生する非点収差を補正でききることは言うまで
もない。
As described above, according to this embodiment, the astigmatism generated in the projection optical system PL can be corrected even when the reticle size is changed or when the position of the alignment mark is changed, and the wafer mark WM can be corrected. 2 with reticle mark RM
A dimensional position can be accurately detected. It should be noted that if the configuration like this example is added to the apparatus of the second embodiment of the TTL system shown in FIG. 7, the projection optical system P can be used even when the reticle size changes or the position of the wafer mark WM is changed.
It goes without saying that the astigmatism generated at L can be corrected.

【0101】また、投影光学系PLの周囲の室温や大気
圧等により、投影光学系PLの投影倍率や歪曲収差等の
結像特性が変化することが分かっている。従って、レチ
クルRのパターン像をより高精度にウエハW上に露光す
るためには、投影光学系PLの結像特性を補正する機構
が必要である。そこで、本例の投影光学系PLには投影
光学系PLの倍率誤差等の結像特性を所定の範囲内で調
整するための結像特性補正装置39が設けられている。
結像特性補正装置39は、一例として、投影光学系PL
を構成する多数のレンズ間の空間(レンズ室)の内、所
定のレンズ室内の気体の圧力が可変になっており、その
レンズ室の気体の圧力を変えることにより、投影光学系
PLの倍率誤差等の結像特性を所定の範囲内で変えるこ
とができる。
It is known that the imaging characteristics such as the projection magnification and distortion of the projection optical system PL change depending on the room temperature, the atmospheric pressure, and the like around the projection optical system PL. Therefore, in order to expose the pattern image of the reticle R onto the wafer W with higher accuracy, a mechanism for correcting the imaging characteristics of the projection optical system PL is required. Therefore, the projection optical system PL of this example is provided with an imaging characteristic correction device 39 for adjusting the imaging characteristics such as a magnification error of the projection optical system PL within a predetermined range.
The imaging characteristic correction device 39 is, for example, a projection optical system PL
The pressure of the gas in a predetermined lens chamber is variable in the space (lens chamber) between a large number of lenses constituting the lens system, and by changing the gas pressure in the lens chamber, the magnification error of the projection optical system PL is changed. Can be changed within a predetermined range.

【0102】主制御系38には、室温や大気圧を測定す
るための環境センサー40が接続され、主制御系38
は、その環境センサー40の計測結果に応じて結像特性
補正装置39を介して投影光学系PLの結像特性を補正
する。また、室温や大気圧により投影光学系PL及びそ
の他の光学部材における非点収差の量が変化することが
考えられる。そこで、予め環境センサー40による計測
結果とそれら光学部材における非点収差の変化量との関
係を計測しておき、主制御系38は、結像特性補正装置
39を介して投影光学系PLの結像特性を補正するのと
並行して、駆動装置37を介して2枚のシリンドリカル
レンズ9,8の相対回転角又は間隔を調整する。これに
より、環境により変化した非点収差を2枚のシリンドリ
カルレンズ9,8での非点収差の変化量で相殺すること
ができる。
An environment sensor 40 for measuring room temperature and atmospheric pressure is connected to the main control system 38.
Corrects the imaging characteristic of the projection optical system PL via the imaging characteristic correction device 39 according to the measurement result of the environment sensor 40. It is also conceivable that the amount of astigmatism in the projection optical system PL and other optical members changes depending on the room temperature or the atmospheric pressure. Therefore, the relationship between the measurement result by the environment sensor 40 and the amount of change in astigmatism in the optical members is measured in advance, and the main control system 38 forms the image of the projection optical system PL via the imaging characteristic correction device 39. In parallel with the correction of the image characteristics, the relative rotation angle or interval between the two cylindrical lenses 9 and 8 is adjusted via the driving device 37. As a result, the astigmatism that has changed due to the environment can be offset by the amount of change of the astigmatism in the two cylindrical lenses 9 and 8.

【0103】また、通常の露光時にはアライメント系2
6は障害になるため、露光時にはアライメント系26を
待避できるようになっている。しかしながら、アライメ
ント系26を待避する場合には、再びウエハマークWM
及びレチクルマークRMの位置検出を行うため、そのア
ライメント系26をレチクルR上に設定するときの位置
再現性が問題となる。即ち、アライメント系26の位置
により、アライメント光に対して発生する非点収差の量
が異なり、ウエハマークWMの正確な位置検出ができな
くなるためである。
At the time of normal exposure, the alignment system 2
6 is an obstacle, so that the alignment system 26 can be retracted during exposure. However, when retracting the alignment system 26, the wafer mark WM is
In addition, since the position of the reticle mark RM is detected, the position reproducibility when the alignment system 26 is set on the reticle R becomes a problem. That is, the amount of astigmatism generated with respect to the alignment light varies depending on the position of the alignment system 26, so that accurate position detection of the wafer mark WM cannot be performed.

【0104】そこで、アライメント系26の設定位置を
計測するためのセンサーを設け、予めアライメント系2
6の設定位置に対する非点収差の量を計測しておき、そ
の後アライメント系26を設定した場合には、その位置
に応じてシリンドリカルレンズ9,8の相対回転角又は
間隔を変えることにより、そのアライメント系26の位
置による非点収差の変化量を補正する。
Therefore, a sensor for measuring the set position of alignment system 26 is provided, and alignment system 2 is provided in advance.
When the amount of astigmatism with respect to the set position 6 is measured, and the alignment system 26 is set thereafter, the relative rotation angle or the interval between the cylindrical lenses 9 and 8 is changed according to the position to adjust the alignment. The amount of change in astigmatism due to the position of the system 26 is corrected.

【0105】なお、上述実施例では、2枚のシリンドリ
カルレンズ8,9の内の少なくとも一方を回転させて相
対回転角又は2枚のシリンドリカルレンズ8,9の内の
少なくとも一方を移動させて相対的な、間隔を変えるこ
とにより非点収差量を調整しているが、2枚のシリンド
リカルレンズ8,9を一体として光軸の回りに回転して
も非点収差の状態を或る程度変えることができる。従っ
て、2枚のシリンドリカルレンズ8,9の一体としての
回転角(以下、「絶対回転角」という)を変えることに
より、位置検出用の光学系で発生する非点収差を補正す
るようにしても良い。また、それらシリンドリカルレン
ズ8,9の配置位置は任意であり、例えば図1の例であ
れば、ウエハWと焦点板10との間のどこに配置しても
良い。
In the above-described embodiment, at least one of the two cylindrical lenses 8 and 9 is rotated to move the relative rotation angle or at least one of the two cylindrical lenses 8 and 9 to move. The amount of astigmatism is adjusted by changing the interval. However, even if the two cylindrical lenses 8 and 9 are integrally rotated around the optical axis, the state of astigmatism can be changed to some extent. it can. Therefore, the astigmatism generated in the position detecting optical system can be corrected by changing the rotation angle (hereinafter, referred to as “absolute rotation angle”) of the two cylindrical lenses 8 and 9 as one body. good. The positions of the cylindrical lenses 8 and 9 are arbitrary. For example, in the example shown in FIG. 1, the cylindrical lenses 8 and 9 may be disposed anywhere between the wafer W and the reticle 10.

【0106】また、上述実施例では、トーリックレンズ
としてシリンドリカルレンズが使用されているが、それ
ぞれ直交する2方向の焦点距離が異なる一般的な2枚の
トーリックレンズを使用して、これら2枚のトーリック
レンズの絶対回転角、相対回転角又は間隔等を変えるこ
とにより、位置検出用の光学系で発生する非点収差を補
正できることは明かである。
In the above embodiment, a cylindrical lens is used as the toric lens. However, two general toric lenses having different focal lengths in two orthogonal directions are used, and these two toric lenses are used. It is apparent that astigmatism generated in the position detecting optical system can be corrected by changing the absolute rotation angle, the relative rotation angle, the interval, and the like of the lens.

【0107】また、ウエハマークWMの像を画像処理す
る場合のみならず、レーザ・ステップ・アライメント方
式のアライメント系のように、ウエハマークWMからの
光を全体として光電変換する場合でも、本発明のように
トーリックレンズを用いて非点収差を補正することによ
り、より正確にウエハマークWMの位置検出を行うこと
ができる。
The present invention is applicable not only to image processing of an image of the wafer mark WM but also to photoelectric conversion of light from the wafer mark WM as a whole, as in an alignment system of a laser step alignment method. By correcting astigmatism using a toric lens as described above, the position of the wafer mark WM can be detected more accurately.

【0108】更に、本発明は半導体素子等の製造用の露
光装置のみならず、顕微鏡等にも適用できることは言う
までもない。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。
Further, it goes without saying that the present invention can be applied not only to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor element or the like but also to a microscope or the like. As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can take various configurations without departing from the gist of the present invention.

【0109】[0109]

【発明の効果】本発明の各実施例によれば、それぞれ位
置検出用の光学系(例えば対物レンズ、光路折り曲げ用
のミラー等)又は投影光学系で発生した非点収差を光学
部材の交換を行うことなく補正でき、被検物の2次元的
な位置検出をより高精度に行うことができる利点があ
る。また、被検物としての基板等に化学処理などにより
反りやうねりなどが存在した場合に、位置検出用の光学
系の作動距離が変化しても、2枚のトーリックレンズに
より対応できるという利点もある。
According to the embodiments of the present invention, the astigmatism generated in the position detecting optical system (for example, the objective lens, the optical path bending mirror, etc.) or the projection optical system can be changed by replacing the optical member. There is an advantage that the correction can be performed without performing, and the two-dimensional position detection of the test object can be performed with higher accuracy. Another advantage is that two toric lenses can cope with a change in the working distance of the optical system for position detection when warpage or undulation is present on a substrate or the like as a test object due to chemical treatment or the like, even if the working distance of the optical system for position detection changes. is there.

【0110】また、例えば本発明の第3実施例のよう
に、2枚のトーリックレンズの内の少なくとも一方の回
転角や位置を変化させる駆動装置を設けた場合には、例
えば室温や大気圧の変化により位置検出用の光学系の非
点収差が変化したときでも、容易にその非点収差を補正
することができる。
Further, for example , when a driving device for changing the rotation angle or position of at least one of the two toric lenses is provided as in the third embodiment of the present invention , for example, room temperature or atmospheric pressure Even when the astigmatism of the position detecting optical system changes due to the change, the astigmatism can be easily corrected.

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

【図1】本発明の第1実施例が適用された投影露光装置
の要部を示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a main part of a projection exposure apparatus to which a first embodiment of the present invention is applied.

【図2】(a)は第1実施例において2枚のシリンドリ
カルレンズの回転角を変える場合を示す斜視図、(b)
は結像系を示す光路図、(c)は平行系を示す光路図で
ある。
FIG. 2A is a perspective view showing a case where the rotation angles of two cylindrical lenses are changed in the first embodiment, and FIG.
Is an optical path diagram showing an image forming system, and (c) is an optical path diagram showing a parallel system.

【図3】(a)は第1実施例において2枚のシリンドリ
カルレンズの間隔を変える場合を示す斜視図、(b)は
平行系を示す光路図、(c)は結像系を示す光路図であ
る。
3A is a perspective view showing a case where the interval between two cylindrical lenses is changed in the first embodiment, FIG. 3B is an optical path diagram showing a parallel system, and FIG. 3C is an optical path diagram showing an imaging system. It is.

【図4】(a)は指標マークIMを示す拡大図、(b)
はメリジオナル方向用のウエハマークを示す拡大図、
(c)は撮像素子により撮像された画像を示す図であ
る。
FIG. 4A is an enlarged view showing an index mark IM, and FIG.
Is an enlarged view showing the wafer mark for the meridional direction,
(C) is a diagram showing an image captured by the image sensor.

【図5】第1実施例において、ウエハWの露光面の高さ
を次第に変えた場合の撮像信号の変化を示す波形図であ
る。
FIG. 5 is a waveform diagram showing a change in an imaging signal when the height of an exposure surface of a wafer W is gradually changed in the first embodiment.

【図6】第1実施例におけるサジタル方向用のウエハマ
ークを示す拡大図である。
FIG. 6 is an enlarged view showing a sagittal direction wafer mark in the first embodiment.

【図7】本発明の第2実施例が適用された投影露光装置
の要部を示す構成図である。
FIG. 7 is a configuration diagram showing a main part of a projection exposure apparatus to which a second embodiment of the present invention is applied.

【図8】本発明の第3実施例が適用された投影露光装置
の要部を示す構成図である。
FIG. 8 is a configuration diagram showing a main part of a projection exposure apparatus to which a third embodiment of the present invention is applied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

R レチクル PL 投影光学系 W ウエハ WM ウエハマーク IM 指標マーク 1 ウエハステージ 4 アライメント系 6 ビームスプリッター 7 対物レンズ 8 負のシリンドリカルレンズ 9 正のシリンドリカルレンズ 10 焦点板 11 結像レンズ 13M,13S 撮像素子 R Reticle PL Projection optical system W Wafer WM Wafer mark IM Index mark 1 Wafer stage 4 Alignment system 6 Beam splitter 7 Objective lens 8 Negative cylindrical lens 9 Positive cylindrical lens 10 Focusing plate 11 Imaging lens 13M, 13S Image sensor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅谷 綾子 東京都千代田区丸の内3丁目2番3号 株式会社ニコン内 (56)参考文献 特開 平1−227431(JP,A) 特開 平2−28311(JP,A) 特開 平2−90512(JP,A) 特開 平3−61802(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 G01B 11/00 G03F 9/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Ayako Sugaya 3-2-3 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Nikon Corporation (56) References JP-A 1-227431 (JP, A) JP-A 2- 28311 (JP, A) JP-A-2-90512 (JP, A) JP-A-3-61802 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/027 G01B 11 / 00 G03F 9/00

Claims (19)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 被検物上の計測用マークからの位置検出
用の光を位置検出光学系を介して観察面上に導き、該観
察面上での前記位置検出用の光の位置から前記被検物の
位置を検出する位置検出装置において、 前記被検物と前記観察面との間の前記位置検出用の光の
光路に沿って第1トーリックレンズ及び第2トーリック
レンズを配置し、前記2つのトーリックレンズの内の少
なくとも一方のトーリックレンズを該レンズの光軸を中
心に回転可能又は該光軸に沿って移動可能に設け、 前記2つのトーリックレンズの内の少なくとも一方のト
ーリックレンズを回転又は移動することにより、前記位
置検出用の光に対して前記位置検出光学系で発生する非
点収差を補正するようにしたことを特徴とする位置検出
装置。
1. A position detection light from a measurement mark on a test object is guided to an observation surface via a position detection optical system, and the position detection light is positioned on the observation surface from the position of the position detection light. In a position detection device that detects the position of the test object, a first toric lens and a second toric lens are arranged along an optical path of the position detection light between the test object and the observation surface, At least one of the two toric lenses is provided so as to be rotatable about the optical axis of the lens or to be movable along the optical axis, and at least one of the two toric lenses is rotated. Alternatively, the position detecting device is configured to correct astigmatism generated in the position detecting optical system with respect to the position detecting light by moving the position detecting light.
【請求項2】 被検物上の計測用マークからの位置検出
用の光を集光し、基準マークが形成された基準マーク板
上に前記計測用マークの像を形成する位置検出光学系
と、前記基準マーク及び前記計測用マークの像の2次元
的な位置ずれ量を検出する計測手段とを有し、前記基準
マークと前記計測用マークの像との位置ずれ量から前記
被検物の位置を検出する位置検出装置において、 前記被検物と前記基準マーク板との間の前記位置検出用
の光の光路に沿って第1トーリックレンズ及び第2トー
リックレンズを配置し、前記2つのトーリックレンズの
内の少なくとも一方のトーリックレンズを該レンズの光
軸を中心に回転するか又は該光軸に沿って移動する駆動
手段を設け、 前記2つのトーリックレンズの内の少なくとも一方のト
ーリックレンズを回転又は移動することにより、前記位
置検出用の光に対して前記位置検出光学系で発生する非
点収差を補正するようにしたことを特徴とする位置検出
装置。
2. A position detection optical system for condensing position detection light from a measurement mark on a test object and forming an image of the measurement mark on a reference mark plate on which a reference mark is formed. Measuring means for detecting a two-dimensional displacement amount of the reference mark and the image of the measurement mark, and measuring the displacement of the test object from the displacement amount of the reference mark and the image of the measurement mark. In a position detecting device for detecting a position, a first toric lens and a second toric lens are arranged along an optical path of the position detection light between the test object and the reference mark plate, and the two torics are provided. Driving means for rotating at least one of the toric lenses around the optical axis of the lens or moving the lens along the optical axis; and at least one toric lens of the two toric lenses. By rotating or moving the position detecting device being characterized in that so as to correct the astigmatism generated by the position detecting optical system with respect to the light for the position detection.
【請求項3】 マスク上に形成されたパターンの像を投
影光学系を介して感光基板上に投影する露光装置に設け
られ、前記感光基板上の計測用マークから前記投影光学
系を介して得られる位置検出用の光を集光し、観察面上
に前記計測用マークの像を形成する位置検出光学系と、
前記観察面上の前記計測用マークの像の2次元的な位置
ずれ量を検出する計測手段とを有し、前記計測用マーク
の像の位置ずれ量から前記感光基板の位置を検出する位
置検出装置において、 前記投影光学系と前記観察面との間の前記位置検出用の
光の光路に沿って第1トーリックレンズ及び第2トーリ
ックレンズを配置し、前記2つのトーリックレンズの内
の少なくとも一方のトーリックレンズを該レンズの光軸
を中心に回転可能又は該光軸に沿って移動可能に設け、 前記2つのトーリックレンズの内の少なくとも一方のト
ーリックレンズを回転又は移動することにより、前記位
置検出用の光に対して前記投影光学系で発生する非点収
差を補正するようにしたことを特徴とする位置検出装
置。
3. An exposure apparatus for projecting an image of a pattern formed on a mask onto a photosensitive substrate via a projection optical system, wherein the image is obtained from a measurement mark on the photosensitive substrate via the projection optical system. A position detection optical system that collects position detection light to be formed and forms an image of the measurement mark on an observation surface,
Measuring means for detecting a two-dimensional displacement amount of the image of the measurement mark on the observation surface, and detecting the position of the photosensitive substrate from the displacement amount of the image of the measurement mark. In the apparatus, a first toric lens and a second toric lens are arranged along an optical path of the position detection light between the projection optical system and the observation surface, and at least one of the two toric lenses is arranged. The toric lens is provided so as to be rotatable about the optical axis of the lens or to be movable along the optical axis, and by rotating or moving at least one of the two toric lenses, the position detection is performed. A position detecting device for correcting astigmatism generated in the projection optical system with respect to the light beam.
【請求項4】 前記観察面に形成されるメリジオナル方
向の前記計測用マークの合焦像及びサジタル方向の前記
計測用マークの合焦像から非点収差量を求める手段を更
に設け、 該非点収差量を求める手段により得られた非点収差を補
正するように、前記2つのトーリックレンズの内の少な
くとも一方のトーリックレンズを回転又は移動させるこ
とを特徴とする請求項1に記載の位置検出装置。
4. A means for obtaining an astigmatism amount from a focused image of the measurement mark in the meridional direction and a focused image of the measurement mark in the sagittal direction formed on the observation surface, wherein the astigmatism is further provided. 2. The position detecting device according to claim 1, wherein at least one of the two toric lenses is rotated or moved so as to correct the astigmatism obtained by the means for calculating the amount.
【請求項5】 前記観察面に形成されるメリジオナル方
向の前記計測用マークの合焦像及びサジタル方向の前記
計測用マークの合焦像から非点収差量を求める手段を更
に設け、 前記駆動手段は、前記非点収差量を求める手段により得
られた非点収差を補正するように、前記2つのトーリッ
クレンズの内の少なくとも一方のトーリックレンズを回
転又は移動させることを特徴とする請求項2に記載の位
置検出装置。
5. A driving device, further comprising: means for calculating an astigmatism amount from a focused image of the measurement mark in the meridional direction and a focused image of the measurement mark in the sagittal direction formed on the observation surface; The method according to claim 2, wherein at least one of the two toric lenses is rotated or moved so as to correct the astigmatism obtained by the means for determining the amount of astigmatism. The position detecting device as described in the above.
【請求項6】 前記2つのトーリックレンズの内の少な
くとも一方のトーリックレンズは、シリンドリカルレン
ズを含むことを特徴とする請求項1〜5の何れか一項に
記載の位置検出装置。
6. The position detecting device according to claim 1, wherein at least one of the two toric lenses includes a cylindrical lens.
【請求項7】 レチクルを照明する照明光学系と、 前記レチクルのパターン像を前記被検物としての感光性
基板に投影する投影光学系と、 前記感光性基板の位置を検出する請求項1〜6の何れか
一項に記載の位置検出装置とを有することを特徴とする
投影露光装置。
7. An illumination optical system for illuminating a reticle, a projection optical system for projecting a pattern image of the reticle onto a photosensitive substrate as the test object, and detecting a position of the photosensitive substrate. A projection exposure apparatus, comprising: the position detection device according to claim 6.
【請求項8】 請求項7に記載の投影露光装置を用いて
半導体素子を製造する素子製造方法であって、 前記照明光学系を用いて前記レチクルを照明し、前記投
影光学系を用いて前記レチクルのパターン像を前記感光
性基板に投影露光することを特徴とする素子製造方法。
8. A device manufacturing method for manufacturing a semiconductor device using the projection exposure apparatus according to claim 7, wherein the reticle is illuminated using the illumination optical system, and the reticle is illuminated using the projection optical system. An element manufacturing method, comprising projecting and exposing a pattern image of a reticle onto the photosensitive substrate.
【請求項9】 請求項7に記載の投影露光装置を用いて
液晶表示素子を製造する素子製造方法であって、 前記照明光学系を用いて前記レチクルを照明し、前記投
影光学系を用いて前記レチクルのパターン像を前記感光
性基板に投影露光することを特徴とする素子製造方法。
9. An element manufacturing method for manufacturing a liquid crystal display element using the projection exposure apparatus according to claim 7, wherein the reticle is illuminated using the illumination optical system, and the reticle is illuminated using the projection optical system. An element manufacturing method, comprising projecting and exposing a pattern image of the reticle onto the photosensitive substrate.
【請求項10】 請求項7に記載の投影露光装置を用い
た露光方法であって、 前記照明光学系を用いて前記レチクルを照明し、前記投
影光学系を用いて前記レチクルのパターン像を前記感光
性基板に投影露光することを特徴とする露光方法。
10. An exposure method using the projection exposure apparatus according to claim 7, wherein the reticle is illuminated using the illumination optical system, and the pattern image of the reticle is formed using the projection optical system. An exposure method comprising projecting and exposing a photosensitive substrate.
【請求項11】 被検物上の計測用マークからの位置検
出用の光を位置検出光学系を介して観察面に導く工程
と、 該観察面上での前記位置検出用の光から前記被検物の位
置を検出する工程と、 前記位置検出光学系で発生する非点収差を補正するため
に、前記被検物と前記観察面との間の前記位置検出用の
光の光路に沿って配置された2つのトーリックレンズの
内の少なくとも一方のトーリックレンズを回転又は移動
させる工程とを有する位置検出方法。
11. A step of guiding position detection light from a measurement mark on a test object to an observation surface via a position detection optical system; and detecting the position detection light on the observation surface from the position detection light. Detecting the position of the specimen, and correcting the astigmatism generated in the position detection optical system, along the optical path of the position detection light between the specimen and the observation surface. Rotating or moving at least one of the two toric lenses arranged.
【請求項12】 前記位置検出光学系で発生する非点収
差を求める工程を更に有し、 前記2つのトーリックレンズの内の少なくとも一方のト
ーリックレンズを回転又は移動させる工程では、前記非
点収差を求める工程で求められた結果に基づいて前記2
つのトーリックレンズの内の少なくとも一方のトーリッ
クレンズを回転又は移動させる ことを特徴とする請求項
11に記載の位置検出方法。
12. further have a step of obtaining the astigmatism generated by the position detecting optical system, at least one of the bets of said two toric lenses
In the step of rotating or moving the lens,
2 based on the result obtained in the step of obtaining the astigmatism.
At least one of the two toric lenses
The position detecting method according to claim 11, wherein the cleanse is rotated or moved .
【請求項13】 前記非点収差を求める工程は、前記被
検物の被検面を移動させて前記観察面に形成されるメリ
ジオナル方向の前記計測用マークの合焦像を求める工程
と、前記被検面を移動させて前記観察面に形成されるサ
ジタル方向の前記計測用マークの合焦像を求める工程と
を有することを特徴とする請求項12に記載の位置検出
方法。
13. The step of obtaining the astigmatism includes the steps of: moving a surface of the object to be measured to obtain a focused image of the measurement mark in the meridional direction formed on the observation surface; 13. The method according to claim 12, further comprising the step of: moving a test surface to obtain a focused image of the measurement mark in the sagittal direction formed on the observation surface.
【請求項14】 前記2つのトーリックレンズの内の少
なくとも一方のトーリックレンズは、シリンドリカルレ
ンズを含むことを特徴とする請求項11、12、又は1
3に記載の位置検出方法。
14. The optical system according to claim 11, wherein at least one of the two toric lenses includes a cylindrical lens.
3. The position detection method according to 3.
【請求項15】 被検物上の計測用マークからの位置検
出用の光を位置検出光学系を介して観察面に導く工程
と、 該観察面上での前記位置検出用の光から前記被検物の位
置を検出する工程と、前記位置検出光学系で発生する非
点収差を求める工程と、 前記位置検出光学系で発生する非点収差を補正するため
に、前記被検物と前記観察面との間の光路中に配置され
た2つのトーリックレンズの内の少なくとも一方のトー
リックレンズを回転又は移動させる工程とを有する位置
検出方法。
15. A step of guiding position detection light from a measurement mark on a test object to an observation surface via a position detection optical system; and detecting the position detection light on the observation surface from the position detection light. and detecting the position of the test object, a step of determining the astigmatism generated by the position detecting optical system, for correcting the astigmatism generated by the position detecting optical system
Disposed in an optical path between the test object and the observation surface
At least one of the two toric lenses
Rotating or moving the lick lens .
【請求項16】 前記2つのトーリックレンズの内の少
なくとも一方のトーリックレンズは、シリンドリカルレ
ンズを含むことを特徴とする請求項15に記載の位置検
出方法。
16. The position detecting method according to claim 15 , wherein at least one of the two toric lenses includes a cylindrical lens.
【請求項17】 請求項11〜16の何れか一項に記載
の位置検出方法を用いて前記被検物としての感光性基板
の位置を検出する工程と、 照明光学系を用いてレチクルを照明する工程と、 投影光学系を用いて前記レチクルのパターン像を前記感
光性基板に投影露光する工程とを有することを特徴とす
る半導体素子の製造方法。
17. A step of detecting a position of a photosensitive substrate as the test object using the position detection method according to claim 11 , and illuminating a reticle using an illumination optical system. And a step of projecting and exposing the pattern image of the reticle to the photosensitive substrate using a projection optical system.
【請求項18】 請求項11〜16の何れか一項に記載
の位置検出方法を用いて前記被検物としての感光性基板
の位置を検出する工程と、 照明光学系を用いてレチクルを照明する工程と、 投影光学系を用いて前記レチクルのパターン像を前記感
光性基板に投影露光する工程とを有することを特徴とす
る液晶表示素子の製造方法。
18. A step of detecting the position of a photosensitive substrate as the object using the position detection method according to claim 11 , and illuminating a reticle using an illumination optical system. And a step of projecting and exposing the pattern image of the reticle onto the photosensitive substrate using a projection optical system.
【請求項19】 請求項11〜16の何れか一項に記載
の位置検出方法を用いて前記被検物としての感光性基板
の位置を検出する工程と、 照明光学系を用いてレチクルを照明する工程と、 投影光学系を用いて前記レチクルのパターン像を前記感
光性基板に投影露光する工程とを有することを特徴とす
る露光方法。
19. A step of detecting a position of a photosensitive substrate as the test object by using the position detection method according to claim 11 , and illuminating a reticle using an illumination optical system. And a step of projecting and exposing a pattern image of the reticle onto the photosensitive substrate using a projection optical system.
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