JP3360321B2 - Surface position detecting apparatus and method, and exposure apparatus and method - Google Patents

Surface position detecting apparatus and method, and exposure apparatus and method

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JP3360321B2
JP3360321B2 JP24774892A JP24774892A JP3360321B2 JP 3360321 B2 JP3360321 B2 JP 3360321B2 JP 24774892 A JP24774892 A JP 24774892A JP 24774892 A JP24774892 A JP 24774892A JP 3360321 B2 JP3360321 B2 JP 3360321B2
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

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、表面位置検出装置に関
するものであり、例えば半導体製造装置において、ウェ
ハの位置を検出する面位置検出装置に好適なものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface position detecting device, and more particularly, to a surface position detecting device for detecting a position of a wafer in a semiconductor manufacturing apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】レチクル上に形成された回路パターンを
投影レンズを介してウェハ上に転写する半導体露光装置
においては、投影レンズの焦点深度が比較的浅く、しか
も、ウェハに部分的な凹凸が存在することもあるため、
ウェハの各露光領域における投影レンズに対する焦点ず
れの補正をそれぞれ行う必要がある。
2. Description of the Related Art In a semiconductor exposure apparatus for transferring a circuit pattern formed on a reticle onto a wafer via a projection lens, the depth of focus of the projection lens is relatively shallow, and the wafer has partial irregularities. Because
It is necessary to correct the defocus of the projection lens in each exposure area of the wafer.

【0003】このとき、投影レンズの光軸方向における
ウェハ位置の検出装置としては、例えば、ウェハ等の被
検面に対して斜め方向からスリットの像を投影し、この
スリットの像を斜め方向から検出する斜め入射型オート
フォーカスセンサーが知られている。この斜め入射型オ
ートフォーカスセンサーにおいては、被検面(ウェハ)
が投影レンズの光軸方向に沿って上下すると、被検面上
におけるスリットの像の位置がこの斜め方向と直交する
方向に沿ってずれる。そして、このずれ量を測定するこ
とで、被検面の上下方向(被検面の法線方向)に関する
位置を検出することができる。
At this time, as a device for detecting a wafer position in the optical axis direction of a projection lens, for example, an image of a slit is projected from an oblique direction to a surface to be inspected such as a wafer, and the image of the slit is projected from an oblique direction. An oblique incidence type autofocus sensor for detecting is known. In this oblique incidence type autofocus sensor, the surface to be inspected (wafer)
Is moved up and down along the optical axis direction of the projection lens, the position of the image of the slit on the surface to be measured is shifted in a direction orthogonal to the oblique direction. Then, by measuring the amount of the shift, the position in the vertical direction (normal direction of the test surface) of the test surface can be detected.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述に
示した従来の検出装置では、被検出面上の広い範囲に亘
る領域における上下方向の位置検出を同時に行うことが
できなかった。また、近時は、LSIの高集積化に伴
い、ウェハ上の各露光領域(ショット領域)により微細
なパターンを転写することが望まれており、これに対応
するために回路パターンの像をウェハ上に結像する投影
レンズの開口数(N.A.)が大きくされている。投影
レンズの開口数が大きくなると、投影レンズの焦点深度
が浅くなるので、各露光領域をより正確且つ確実に投影
レンズの焦点深度内に位置させることが望まれている。
However, the above-described conventional detection apparatus cannot simultaneously detect the position in the vertical direction in a wide area on the surface to be detected. In recent years, with the increasing integration of LSIs, it has been desired to transfer a finer pattern to each exposure area (shot area) on a wafer. The numerical aperture (NA) of the projection lens that forms an image thereon is increased. When the numerical aperture of the projection lens increases, the depth of focus of the projection lens decreases. Therefore, it is desired to position each exposure area more accurately and reliably within the depth of focus of the projection lens.

【0005】さらに、複数のLSIチップをまとめて露
光する場合、及び露光するLSIチップのサイズ(露光
領域のサイズ)を変更する場合には、そのままでは検出
すべき被検面の適切な箇所に位置検出のための照射光が
当たらず、正確な位置検出を行うには、その照射光の位
置を変更する必要がある。このとき、必要な箇所にスリ
ット状の光束を投射して、ウェハを載置しているステー
ジを必要な検出箇所まで逐次移動させることも考えられ
るが、位置検出に要する時間が長くなり、スループット
が低下する問題点がある。
Further, when exposing a plurality of LSI chips collectively, and when changing the size of the LSI chips to be exposed (the size of the exposure area), the position of the LSI chip at an appropriate position on the surface to be detected is to be detected as it is. Irradiation light for detection is not applied, and to perform accurate position detection, it is necessary to change the position of the irradiation light. At this time, it is conceivable to project a slit-like luminous flux at a necessary location and to sequentially move the stage on which the wafer is mounted to a required detection location, but the time required for position detection becomes longer and throughput is reduced. There is a problem that decreases.

【0006】そこで、本発明は、スループットの低下を
招くことなく、被検面上の複数の箇所での上下方向(被
検面の法線方向)の位置を同時に高精度に検出でき、さ
らには光学系を簡略化することを目的とする。
Therefore, the present invention can simultaneously and accurately detect the vertical position (normal direction of the test surface) at a plurality of positions on the test surface without lowering the throughput. An object is to simplify an optical system.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明は、例えば図1に示す如く、被検面の面位
置を検出する面位置検出装置であって、第1面上に形成
された所定のパターンと、被検面に対して斜めの方向か
ら前記所定のパターンの像を投射する投射光学系と、前
記被検面で反射された光束を集光して前記所定のパター
ンの像を第2面上に形成する集光光学系と、前記第2面
と第3面との間の光路中に配置されて前記第2面と前記
第3面とを共役にするリレー光学系と、前記第2面に設
けられて前記集光光学系から射出される光束を偏向させ
る偏向光学系と、前記第3面に配置されて前記所定のパ
ターンの像を光電的に検出する検出器とを備え、前記第
1面と前記被検面とは、前記投射光学系の主平面に関し
て、シャインプルーフの条件を満たし、前記被検面と前
記第2面とは、前記集光光学系の主平面に関してシャイ
ンプルーフの条件を満たし、前記第2面と前記第3面と
は、前記リレー光学系の主平面に関してシャインプルー
フの条件を満たし、前記集光光学系は、1つの光軸上に
配置される両側テレセントリック光学系であり、前記リ
レー光学系は、前記1つの光軸上に配置されるように構
成したものである。
In order to achieve the above object, the present invention relates to a surface position detecting device for detecting a surface position of a surface to be inspected as shown in FIG. A predetermined pattern formed on the target surface, a projection optical system that projects an image of the predetermined pattern from an oblique direction to the test surface, and a light beam reflected on the test surface to condense the predetermined A condensing optical system that forms an image of a pattern on a second surface, and a relay that is disposed in an optical path between the second surface and the third surface and conjugates the second surface and the third surface. An optical system, a deflecting optical system provided on the second surface for deflecting a light beam emitted from the condensing optical system, and arranged on the third surface to photoelectrically detect an image of the predetermined pattern. A detector, wherein the first surface and the surface to be detected are symmetrical with respect to a main plane of the projection optical system. And the test surface and the second surface satisfy the Scheimpflug condition with respect to the main plane of the light-collecting optical system, and the second surface and the third surface meet the relay optical system. Satisfies the Scheimpflug condition with respect to the main plane, the condensing optical system is a double-sided telecentric optical system arranged on one optical axis, and the relay optical system is arranged on the one optical axis It is configured as follows.

【0008】この場合、例えば図9に示すように、A面
上のパターンをB面上に結像する光学系に関して、それ
らA面とB面とがシャインプルーフの条件を満たすと
は、より正確には、この光学系のメリジオナル断面内に
おいて、そのA面上の延長線と、その光学系の物側主平
面との交点をH、そのB面の延長線とその光学系の像側
主平面との交点をH’とした場合、交点Hから光軸まで
の距離Lと交点H’から光軸までの距離L’とが等しい
ことを意味する。シャインプルーフの条件が満たされて
いるときには、所謂アオリの結像関係が成立し、そのA
面上の任意の点から射出した光束は、それぞれB面上の
対応する1点に収束する。従って、そのA面上の全面の
点の像がそのB面上に形成される。
In this case, as shown in FIG. 9, for an optical system that forms a pattern on the surface A on the surface B, it is more accurate that the surfaces A and B satisfy the Scheimpflug condition. In the meridional section of this optical system, the intersection of the extension line on plane A with the object-side principal plane of the optical system is H, the extension line of plane B and the image-side principal plane of the optical system. When the intersection with H is defined as H ′, it means that the distance L from the intersection H to the optical axis is equal to the distance L ′ from the intersection H ′ to the optical axis. When the Scheimpflug condition is satisfied, a so-called tilt image relationship is established,
Light beams emitted from arbitrary points on the plane converge on corresponding points on the plane B, respectively. Therefore, an image of the entire point on the surface A is formed on the surface B.

【0009】また、上述の目的を達成するために、本発
明は、例えば図1に示す如く、被検面の面位置を検出す
る面位置検出方法であって、投射光学系を介して第1面
上に形成された所定のパターンの像を被検面に対して斜
めの方向から投射する工程と、集光光学系を介して前記
被検面で反射された光束を集光して前記所定のパターン
の像を第2面上に形成する工程と、前記集光光学系から
射出される光束を偏向させる工程と、リレー光学系を介
して前記第2面上に形成される前記所定のパターンの像
を第3面上に再結像する工程と、前記第3面に配置され
た検出器を用いて前記所定のパターンの像を光電的に検
出する工程とを備え、前記第1面と前記被検面とは、前
記投射光学系の主平面に関して、シャインプルーフの条
件を満たし、前記被検面と前記第2面とは、前記集光光
学系の主平面に関してシャインプルーフの条件を満た
し、前記第2面と前記第3面とは、前記リレー光学系の
主平面に関してシャインプルーフの条件を満たし、前記
第1面上の所定のパターンからは複数の光束が射出され
て、該複数の光束は前記被検面上に達し、前記被検面に
て反射された複数の光束は、1つの光軸上に配置される
両側テレセントリック光学系である前記集光光学系と、
前記1つの光軸上に配置されるリレー光学系とを介して
前記検出器に達するものである。
According to another aspect of the present invention, there is provided a surface position detecting method for detecting a surface position of a surface to be inspected, as shown in FIG. Projecting an image of a predetermined pattern formed on the surface from an oblique direction with respect to the surface to be inspected, and condensing a light beam reflected by the surface to be inspected through a condensing optical system, and Forming an image of the pattern on the second surface, deflecting a light beam emitted from the condensing optical system, and forming the predetermined pattern formed on the second surface via a relay optical system. Re-imaging the image on the third surface, and photoelectrically detecting the image of the predetermined pattern using a detector arranged on the third surface, wherein the first surface The surface to be measured satisfies the Scheimpflug condition with respect to the main plane of the projection optical system, The test surface and the second surface satisfy the Scheimpflug condition with respect to the main plane of the condensing optical system, and the second surface and the third surface satisfy the Scheimpflug condition with respect to the main plane of the relay optical system. Are satisfied, a plurality of light beams are emitted from a predetermined pattern on the first surface, the plurality of light beams reach the surface to be inspected, and the plurality of light beams reflected by the surface to be inspected are 1 The condensing optical system, which is a double-sided telecentric optical system arranged on two optical axes,
And reaching the detector via a relay optical system arranged on the one optical axis.

【0010】[0010]

【作用】上述の構成の如く、本発明の面位置検出装置に
よれば、第1面と被検面とが所謂アオリの結像関係を満
たし、且つ被検面と第2面とがアオリの結像関係を満た
しているので、被検面の全面の各点が第2面上に結像す
る。この場合、投射光学系が被検面に対して斜めの方向
から所定パターンの像を投射しているので、その被検面
に部分的に凹凸が存在すると、第2面上の像は、その凹
凸に対応した歪み(変位)を生ずる。そして、この変位
を例えば特開昭56-42205号公報に開示されている光電顕
微鏡の原理によって検出すれば、被検面の上下方向の位
置情報を得ることができる。この光電顕微鏡の原理を簡
単に説明する。まず、走査手段によって、受光面と第2
面上の像とを相対的に走査させ、受光面上でこの時の光
変調を検出する。そして、走査の周期を基準として検出
された光変調を同期検波すると、被検面の位置ずれ量に
相当する検波出力を得ることができる。
As described above, according to the surface position detecting device of the present invention, the first surface and the test surface satisfy the so-called tilt image forming relationship, and the test surface and the second surface are tilted. Since the imaging relationship is satisfied, each point on the entire surface of the test surface forms an image on the second surface. In this case, since the projection optical system projects an image of a predetermined pattern from an oblique direction with respect to the surface to be inspected, if the surface to be inspected partially has irregularities, the image on the second surface is A distortion (displacement) corresponding to the unevenness occurs. If this displacement is detected by, for example, the principle of the photoelectric microscope disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-42205, it is possible to obtain vertical position information of the surface to be inspected. The principle of the photoelectric microscope will be briefly described. First, the light receiving surface and the second
The image on the surface is relatively scanned, and the light modulation at this time is detected on the light receiving surface. Then, when the optical modulation detected based on the scanning cycle is synchronously detected, a detection output corresponding to the positional deviation amount of the surface to be detected can be obtained.

【0011】さらに、被検面と第2面とがアオリの結像
関係にあるので、面同士の倍率関係に比べて、その被検
面の上下の変動による第2面上での横ずれ量が大きくな
る。これについて定量的に説明する。例えば、図1に示
すように、被検面に対する投射光学系による入射角を
θ、被検面の上下方向の変位量をz、被検面の第2面へ
のアオリの結像面に沿った結像倍率をβ’とすると、第
2面上での横ずれ量y1 は次式で表すことができる。
Further, since the surface to be inspected and the second surface are in a tilted image forming relationship, the amount of lateral displacement on the second surface due to the vertical fluctuation of the surface to be inspected is smaller than the magnification relationship between the surfaces. growing. This will be described quantitatively. For example, as shown in FIG. 1, the incident angle of the projection optical system with respect to the test surface is θ, the vertical displacement of the test surface is z, and the tilt of the test surface to the second surface is along the imaging plane. Assuming that the imaging magnification is β ′, the lateral shift amount y 1 on the second surface can be expressed by the following equation.

【0012】[0012]

【数1】 y1 =2・β’・tanθ・z ‥‥(1) ところで、被検面と第2面との光軸と垂直な方向の倍率
である横倍率をβとすると、シャインプルーフの条件か
ら次の関係が成立する。
Y 1 = 2 · β ′ · tan θ · z (1) By the way, if the lateral magnification, which is the magnification in the direction perpendicular to the optical axis between the test surface and the second surface, is β, Scheimpflug The following relationship is established from the condition (1).

【0013】[0013]

【数2】 β’=(β2 cos2 θ+β4 sin2 θ)1/2 ‥‥(2) 一方、例えば特開昭56-42205号公報に開示されている従
来の技術においては、横ずれを光軸と垂直な方向に検出
しているので、検出される横ずれ量y2 は、次のように
なる。
Β ′ = (β 2 cos 2 θ + β 4 sin 2 θ) 1/2 ‥‥ (2) On the other hand, in the prior art disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-42205, for example, since the detection in a direction perpendicular to the optical axis, the lateral shift amount y 2 to be detected is as follows.

【0014】[0014]

【数3】 y2 =2・β・sinθ・z ‥‥(3) ここで、(1)式と(2)式とを比較すると、入射角θ
が大きい場合には、アオリの結像関係を満たした場合の
(1)式の横ずれ量y1 の方が大きい。簡単のため、β
=1とすると、(2)式よりβ’=1となり、横ずれ量
1 及びy2 は、それぞれtanθ及びsinθに比例
する。例えば、θ=80°の場合、(1)式によれば、y
1 =11.3zとなり、(3)式によればy2 = 2.0zとな
る。従って、アオリの結像関係を満たしている場合の方
が5.7 倍も横ずれが大きくなり、被検面の上下に対する
検出感度及び検出精度が改善される。
Y 2 = 2 · β · sin θ · z ‥‥ (3) Here, when the expressions (1) and (2) are compared, the incident angle θ
Is the greater, the equation (1) is larger in the lateral deviation y 1 in the case that satisfies the imaging relationship of the tilt. For simplicity, β
If = 1, β ′ = 1 from the equation (2), and the lateral displacement amounts y 1 and y 2 are proportional to tan θ and sin θ, respectively. For example, when θ = 80 °, according to equation (1), y
1 = 11.3z, and becomes a y 2 = 2.0z According to (3) below. Therefore, when the tilt image formation relationship is satisfied, the lateral shift is increased by 5.7 times, and the detection sensitivity and the detection accuracy with respect to the upper and lower sides of the test surface are improved.

【0015】また、本発明において、投射光学系による
被検面への入射角θを大きくすると、被検面の上下の変
位に対する横ずれ量の変化の度合いが大きくなるので、
さらなる検出精度向上を計ることができる。しかしなが
ら、入射角θが大きい場合には、第2面に入射する光束
の入射角も大きくなる。このことは、例えば検出手段の
受光面を第2面上に配置した場合、この受光面上での表
面反射や光束のけられ等が発生し、受光面での受光量が
著しく低下することがある。そこで、第2面上にプリズ
ム等の偏向光学系を配置することで、集光光学系の光軸
を偏向させる。これにより、受光面に達する光束の入射
角が小さくなるため、受光量の低下を招く恐れがない。
In the present invention, when the angle of incidence θ on the surface to be inspected by the projection optical system is increased, the degree of change in the amount of lateral shift with respect to vertical displacement of the surface to be inspected increases.
Further detection accuracy can be improved. However, when the incident angle θ is large, the incident angle of the light beam incident on the second surface also becomes large. This means that, for example, when the light receiving surface of the detecting means is arranged on the second surface, surface reflection on the light receiving surface, blurring of the light beam, etc. occur, and the amount of light received on the light receiving surface is significantly reduced. is there. Therefore, by disposing a deflecting optical system such as a prism on the second surface, the optical axis of the condensing optical system is deflected. Accordingly, the incident angle of the light beam reaching the light receiving surface is reduced, and there is no possibility that the light receiving amount is reduced.

【0016】[0016]

【実施例】以下、本発明による面位置検出装置の実施例
を図面を参照して説明する。図1は、本発明による面位
置検出装置を投影露光装置に適用した例を示す模式図で
ある。図1において、主照明光源40からの主照明光は、
所定の回路パターンが表面に設けられたレチクルR を照
明する。そして、投影レンズ5 によって、ウェハ1 の被
露光面1aにレチクルR の像が投影される。このウェハ1
を載置しているホルダー2 は、ウェハ1 を投影レンズ5
の光軸AX1 に垂直な平面内での平行移動、微小回転、及
び光軸AX1 に沿った方向(フォーカシング方向)へ移動
させる。このホルダー2 は、上下方向に移動可能な3ヶ
所の支持点によってホルダー2 を支持する保持機構3 に
よって支持される。そして、駆動部4 は、保持機構3 の
支持点の上下方向の移動を行わせ、ホルダー2 のレベリ
ング(水平出し)を行う。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a surface position detecting device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing an example in which a surface position detecting device according to the present invention is applied to a projection exposure apparatus. In FIG. 1, the main illumination light from the main illumination light source 40 is:
A predetermined circuit pattern illuminates a reticle R provided on the surface. Then, the image of the reticle R is projected on the exposed surface 1a of the wafer 1 by the projection lens 5. This wafer 1
The holder 2 on which the wafer 1 is placed
In a plane perpendicular to the optical axis AX1, a slight rotation, and a movement in the direction (focusing direction) along the optical axis AX1. The holder 2 is supported by a holding mechanism 3 that supports the holder 2 at three support points that can move in the vertical direction. Then, the drive unit 4 causes the support point of the holding mechanism 3 to move in the vertical direction, and performs leveling (leveling) of the holder 2.

【0017】ここで、ウェハ1 の被検面1a上にレチクル
R 上に設けられた回路パターンを良好に転写するために
は、各露光ショット毎に、投影レンズ5 による結像面に
対する焦点深度の幅内に、その被検面1aの現在の露光領
域を収める必要がある。このためには、被検面1aの現在
の露光領域上の各点の投影レンズ5 の光軸AX1 方向の位
置を正確に検出した後に、被検面1aが投影レンズ5 の焦
点深度の幅の範囲内に収まるように、ホルダー2 のレベ
リング、及びウェハ1 のフォーカシング方向の移動を行
えば良い。
Here, a reticle is placed on the test surface 1a of the wafer 1.
In order to satisfactorily transfer the circuit pattern provided on R, for each exposure shot, the current exposure area of the test surface 1a is set within the range of the depth of focus of the projection lens 5 with respect to the imaging plane. There is a need. For this purpose, after accurately detecting the position of each point on the current exposure area of the test surface 1a in the direction of the optical axis AX1 of the projection lens 5, the test surface 1a is adjusted to the width of the depth of focus of the projection lens 5. The leveling of the holder 2 and the movement of the wafer 1 in the focusing direction may be performed so as to fall within the range.

【0018】以下に、被検面1aの現在の露光領域の位置
を検出する際の光学系及び処理系の説明を行う。図1に
おいて、波長幅の広い白色光を供給する光源6 からの照
明光は、コンデンサーレンズ7 によって、略平行光束に
変換されて、偏向プリズム26に入射する。この偏向プリ
ズム26は、コンデンサーレンズ7 からの略平行光束を屈
折させることで偏向させる。そして、この偏向プリズム
26の射出側には、図中紙面垂直方向に延びた縞パターン
で構成された透過型格子パターン板8 が設けられてい
る。この透過型格子パターン板8 は、透過部と遮光部と
が交互に設けられた格子パターン形成面8aがウェハ1a側
になるように配置されている。なお、透過型格子パター
ンの代わりに、凹凸形状の反射型回折格子を適用しても
良く、さらには、反射部と無反射部とが交互に形成され
た反射格子パターンを適用しても良い。
An optical system and a processing system for detecting the current position of the exposure area on the surface 1a to be inspected will be described below. In FIG. 1, illumination light from a light source 6 that supplies white light having a wide wavelength width is converted into a substantially parallel light beam by a condenser lens 7 and enters a deflection prism 26. The deflection prism 26 deflects the substantially parallel light beam from the condenser lens 7 by refracting it. And this deflection prism
On the emission side 26, there is provided a transmission type lattice pattern plate 8 composed of a stripe pattern extending in the direction perpendicular to the plane of the drawing. The transmission type lattice pattern plate 8 is arranged such that the lattice pattern forming surface 8a provided with the transmission portions and the light shielding portions alternately is on the wafer 1a side. In addition, instead of the transmission type grating pattern, a reflection type diffraction grating having an uneven shape may be applied, and further, a reflection grating pattern in which reflection portions and non-reflection portions are alternately formed may be applied.

【0019】ここで、ウェハ1 の表面(被検面1a)は、
一般的に、レジスト等の薄膜で覆われているので、この
薄膜による干渉の影響を低減するために、光源6 は、波
長幅の広い白色光源であることが望ましい。なお、光源
6 としては、レジストに対する感光性の弱い波長帯の光
を供給する発光ダイオード等でも良い。そして、格子パ
ターン形成面8aに達した照明光は、この格子パターン形
成面8aを透過した後、投影レンズ5 の光軸AX1 に対して
角度θで交差する光軸AX2 に沿って配置された投射光学
系9,10に入射する。この投射光学系9,10は、集光レンズ
9 と、投射用対物レンズ10とで構成され、格子パターン
形成面8aと被検面1aとを共役な配置にする。そして、格
子パターン形成面8aと被検面1aとは、この投射光学系9,
10に関してシャインプルーフの条件を満たすように配置
されているため、格子パターン形成面8aの格子パターン
は、被検面1aの全面にわたって正確に結像する。
Here, the surface of the wafer 1 (the surface 1a to be inspected) is
Generally, the light source 6 is covered with a thin film such as a resist, so that the light source 6 is desirably a white light source having a wide wavelength width in order to reduce the influence of interference by the thin film. The light source
6 may be a light-emitting diode or the like that supplies light in a wavelength band where the photosensitivity to the resist is weak. The illumination light that has reached the grating pattern forming surface 8a passes through the grating pattern forming surface 8a and then is projected along an optical axis AX2 that intersects the optical axis AX1 of the projection lens 5 at an angle θ. The light enters the optical systems 9 and 10. These projection optical systems 9 and 10 are condensing lenses
9 and a projection objective lens 10, and the lattice pattern forming surface 8a and the test surface 1a are conjugated to each other. The grating pattern forming surface 8a and the test surface 1a are
Since the grid pattern 10 is arranged so as to satisfy the Scheimpflug condition, the grid pattern on the grid pattern forming surface 8a accurately forms an image over the entire surface to be measured 1a.

【0020】また、図2に光路を点線で示すように、集
光レンズ9 と投射用対物レンズ10とで構成される投射光
学系9,10は、いわゆる両側テレセントリツク光学系であ
り、格子パターン形成面8aと被検面1a上の共役点とは、
全面に渡って夫々同倍率である。従って、格子パターン
形成面8aが図1で紙面垂直方向を長手方向とする等間隔
の格子状パターンを有しているので、被検面1a上に形成
される像は、図1の紙面垂直方向を長手方向とする等間
隔の格子状パターンとなる。
As shown by a dotted line in FIG. 2, the projection optical systems 9 and 10 composed of a condenser lens 9 and a projection objective lens 10 are so-called double-sided telecentric optical systems, The conjugate point on the forming surface 8a and the test surface 1a is
The magnification is the same over the entire surface. Therefore, since the lattice pattern forming surface 8a has an equidistant lattice pattern with the longitudinal direction in FIG. 1 as the longitudinal direction, the image formed on the test surface 1a is Is a grid-like pattern at equal intervals with the longitudinal direction as.

【0021】図1に戻って、被検面1aに投射された光
は、この被検面1aで反射されて、集光光学系11,12 に入
射する。この集光光学系11,12 は、受光用対物レンズ11
と集光レンズ12とで構成され、この集光光学系11,12 の
入射側の光軸AX31は、投影レンズ5 の光軸AX1 に関し
て、投射光学系9,10の光軸AX2 と線対称になるように設
けられている。また、被検面1aと第2面25a との間の光
路中には、走査手段としての振動ミラー30が設けられて
おり、受光用対物レンズ11に入射した光は、振動ミラー
30を介して、集光レンズ12に達する。なお、本実施例で
は、振動ミラー30が集光光学系11,12 の略瞳面に配置さ
れているが、この振動ミラー30は、被検面1aと受光面17
a との間の光路中であれば良い。
Returning to FIG. 1, the light projected on the test surface 1a is reflected by the test surface 1a and enters the light condensing optical systems 11 and 12. The condensing optical systems 11 and 12 are
It is composed of a preparative condenser lens 12, the optical axis AX3 1 on the incident side of the converging optical system 11, 12 with respect to the optical axis AX1 of the projection lens 5, the optical axis AX2 axisymmetrical projection optical system 9, 10 It is provided to be. In the optical path between the test surface 1a and the second surface 25a, there is provided a vibrating mirror 30 as a scanning means.
The light reaches the condenser lens 12 via 30. In this embodiment, the oscillating mirror 30 is disposed substantially on the pupil plane of the condenser optical systems 11 and 12.
It suffices if it is in the optical path between a.

【0022】そして、被検面1aが投影レンズ5 の結像面
と合致しているときには、集光光学系11,12 による被検
面1aの共役な面上にアオリ補正プリズム25の入射面25a
が位置するように配置されている。このとき、被検面1a
からの反射光は、アオリ補正プリズム25の入射面25a 上
に集光する。この入射面25a には、遮光手段としての受
光スリットS が設けられている。この受光スリットS
は、図3に示すように、例えば5か所の開口部Sa1,Sa2,
Sa3,Sa4,Sa5(以下、 Sa1〜Sa5 と略記する)を有するよ
うに構成されており、集光光学系11,12 を介した被検面
1aからの反射光は、受光スリットS の開口部 Sa1〜Sa5
をそれぞれ通過して、アオリ補正プリズム25に入射す
る。
When the test surface 1a coincides with the image forming surface of the projection lens 5, the incident surface 25a of the tilt correction prism 25 is placed on a conjugate surface of the test surface 1a by the condenser optical systems 11 and 12.
Are arranged to be located. At this time, the test surface 1a
Is reflected on the incident surface 25a of the tilt correction prism 25. A light receiving slit S as light blocking means is provided on the incident surface 25a. This receiving slit S
As shown in FIG. 3, for example, five openings Sa 1 , Sa 2 ,
Sa 3, Sa 4, Sa 5 ( hereinafter, Sa 1 -SA 5 abbreviated) is configured to have, the test surface through the focusing optical system 11 and 12
The reflected light from 1a, an opening Sa 1 -SA 5 of the receiving slit S
, And enters the tilt correction prism 25.

【0023】この受光スリットS の開口部Saの数が被検
面1a上における検出点に対応する。例えば図4の被検面
1aに格子パターン形成面8aの像80a が投射されている状
態を示す図のように、被検面1a上の検出点(検出領域)
Da1,Da2,Da3,Da4,Da5(以下 Da1〜Da5 と略記する) は、
図3に示す如く受光スリットS の5箇所の開口部 Sa1
Sa5 に対応する。ここで、被検面1a上での検出点の数を
増やしたいときには、開口部Saの数を増やせば良いだけ
であるので、検出点の個数を増やしても構成の複雑化を
招くことがない。
The number of openings Sa of the light receiving slit S corresponds to a detection point on the surface 1a to be detected. For example, the test surface in FIG.
As shown in the figure showing a state where the image 80a of the lattice pattern forming surface 8a is projected on 1a, a detection point (detection area) on the surface 1a to be detected
Da 1, Da 2, Da 3 , ( hereinafter abbreviated as Da 1 ~Da 5) Da 4, Da 5 is
As shown in FIG. 3, five openings Sa 1 to Sa of the light receiving slit S are formed.
Corresponds to Sa 5 . Here, when it is desired to increase the number of detection points on the surface 1a to be inspected, it is only necessary to increase the number of the openings Sa. Therefore, even if the number of detection points is increased, the configuration does not become complicated. .

【0024】さらに、投影レンズ5 による結像面とアオ
リ補正プリズム25の入射面25a とは、集光光学系11,12
に関して、シャインプルーフの条件を満たすように構成
されている。従って、被検面1aと結像面とが合致してい
る状態においては、入射面25a の全面にわたって、被検
面1a上の格子パターンの像80a が正確に再結像する。ま
た、図2に光路を点線で示すように、集光光学系11,12
が両側テレセントリツク光学系で構成されているため、
被検面1a上の各点とプリズム入射面25a 上の共役点と
は、全面で同倍率である。従って、被検面1aが投影レン
ズ5 の結像面に合致している状態では、受光スリットS
上に投影される像も図1の紙面垂直方向を長手方向とす
る等間隔の格子状のパターンとなる。
Further, the image forming surface of the projection lens 5 and the incident surface 25a of the tilt correction prism 25 are connected to the focusing optical systems 11 and 12 respectively.
Is configured to satisfy the Scheimpflug condition. Therefore, when the test surface 1a and the image forming surface coincide with each other, the image 80a of the lattice pattern on the test surface 1a is accurately re-imaged over the entire incident surface 25a. Also, as shown by the dotted line in FIG.
Is composed of a bilateral telecentric optical system,
Each point on the test surface 1a and the conjugate point on the prism entrance surface 25a have the same magnification over the entire surface. Therefore, when the surface 1a to be inspected coincides with the image plane of the projection lens 5, the light receiving slit S
The image projected on the upper side also becomes a grid-like pattern at regular intervals with the longitudinal direction perpendicular to the paper surface of FIG.

【0025】すなわち、本実施例において、被検面1aと
投影レンズ5 の結像面とが合致している状態では、格子
パターン形成面8a、被検面1a、及びアオリ補正プリズム
25の入射面25a は、各々シャインプルーフの条件を満た
す関係にあり、しかも各面とも全面にわたって夫々倍率
が等しい。次に、被検面1aの光軸AX1 方向の変位がzで
あるときのアオリ補正プリズム25の入射面25a における
格子状パターンの像の横ずれ量yを求める。ここで、被
検面1aに対する入射光の主光線の入射角をθ、集光光学
系11,12 の横倍率をβ、被検面1aからアオリ補正プリズ
ム25の入射面25a へのアオリの結像面に沿った倍率を
β’とすると、前述の(1)式、(2)式より、横ずれ
量yは、
That is, in this embodiment, when the surface 1a to be inspected and the image forming surface of the projection lens 5 coincide with each other, the lattice pattern forming surface 8a, the surface 1a to be inspected, and the tilt correction prism
The 25 incident surfaces 25a are in a relationship satisfying the Scheimpflug condition, and each surface has the same magnification over the entire surface. Next, the lateral displacement y of the image of the lattice pattern on the entrance surface 25a of the tilt correction prism 25 when the displacement of the surface 1a in the direction of the optical axis AX1 is z is determined. Here, the incident angle of the principal ray of the incident light to the surface 1a to be inspected is θ, the lateral magnification of the condensing optical systems 11 and 12 is β, and the tilt of the tilt from the surface 1a to the incident surface 25a of the tilt correction prism 25. Assuming that the magnification along the image plane is β ′, from the above-described equations (1) and (2), the lateral shift amount y is

【0026】[0026]

【数4】 y=2・β’・tan θ・z =2(β2 sin2θ+β4sin4 θ/cos2θ)1/2 ・z ‥‥(4) で示される。すなわち、被検面1aに投射する格子パター
ンの入射角θを大きくすれば、横ずれ量yも大きくな
り、より高精度な面位置の検出が可能となる。
Y = 2 · β ′ · tan θ · z = 2 (β 2 sin 2 θ + β 4 sin 4 θ / cos 2 θ) 1/2 · z ‥‥ (4) That is, if the incident angle θ of the lattice pattern projected on the surface 1a to be inspected is increased, the lateral shift amount y is also increased, and the surface position can be detected with higher accuracy.

【0027】ところで、投射光学系9,10並びに集光光学
系11,12 は、それぞれシャインプルーフの条件を満足し
ている。従って、透過型格子パターン板8 の法線と反射
光とがなす角度をγ、アオリ補正プリズム25における入
射光とその法線とがなす角度をα(この角度αは、アオ
リ補正プリズム25の入射面25a への主光線の入射角に等
しい)、投射光学系9,10の横倍率をβ4 、集光光学系1
1,12 の横倍率をβとすると、次の関係が成り立ってい
る。
Incidentally, the projection optical systems 9 and 10 and the condensing optical systems 11 and 12 respectively satisfy the Scheimpflug condition. Therefore, the angle between the normal line of the transmission grating pattern plate 8 and the reflected light is γ, and the angle between the incident light on the tilt correction prism 25 and its normal is α (this angle α is the incident angle of the tilt correction prism 25 The angle of incidence of the principal ray on the surface 25a), the lateral magnification of the projection optical systems 9 and 10 is β 4 , and the condensing optical system 1
If the lateral magnification of 1,12 is β, the following relationship holds.

【0028】[0028]

【数5】 tanγ=β4 ・tanθ ‥‥(5)Tanγ = β 4 · tanθθ (5)

【0029】[0029]

【数6】 tanα=β・tanθ ‥‥(6) ところで、第2面上に受光面17a を配置した場合には、
被検面1aに対する入射角θが大きいと、受光面17a にお
ける光束の入射角も大きくなる。例えば、受光面17a に
シリコン・フォト・ダイオードSPD を配置した場合に
は、シリコン・フォト・ダイオードSPD への光束の入射
角が大きいと、このシリコン・フォト・ダイオードSPD
における表面反射が大きくなると共に、光束のけられが
生じて、受光量が著しく低下する恐れがある。
Tanα = β · tanθ ‥‥ (6) By the way, when the light receiving surface 17a is arranged on the second surface,
When the incident angle θ with respect to the surface 1a is large, the incident angle of the light beam on the light receiving surface 17a is also large. For example, when a silicon photodiode SPD is arranged on the light receiving surface 17a, if the incident angle of the light beam on the silicon photodiode SPD is large, the silicon photodiode SPD
In addition to the above, the surface reflection becomes large, and the luminous flux is blurred, so that the amount of received light may be significantly reduced.

【0030】本実施例においては、このような受光量の
低下を避けるために、図1に示す如く、偏向光学系とし
て、第2面上にアオリ補正プリズム25を配置して、集光
光学系11,12 から射出する光束を偏向させている。この
アオリ補正プリズム25は、図5の断面図に示すように、
所定の頂角ξを有し、この頂角ξは、このアオリ補正プ
リズム25によって屈折された射出光線L2がアオリ補正プ
リズム25の射出面25bの法線と略平行となるように定め
られている。このとき、アオリ補正プリズム25へ入射す
る入射光線L1に対する射出光線L2のなす角は、アオリ補
正プリズム25の屈折率をn25としたとき、ξ/n25とな
る。この角度は、集光光学系11,12 を介してアオリ補正
プリズム25に入射する入射光線L1と入射面25a とのなす
角度αに比してかなり小さくなる。
In this embodiment, in order to avoid such a decrease in the amount of received light, as shown in FIG. 1, a tilt correction prism 25 is disposed on the second surface as a deflecting optical system, and a condensing optical system is used. Light beams emitted from 11,12 are deflected. This tilt correction prism 25 is, as shown in the sectional view of FIG.
Has a predetermined apex angle ξ, and the apex angle ξ is determined such that the exit light beam L2 refracted by the tilt correction prism 25 is substantially parallel to the normal to the exit surface 25b of the tilt correction prism 25. . At this time, the angle formed by the outgoing light beam L2 with respect to the incident light beam L1 incident on the tilt correction prism 25 is 25 / n 25 when the refractive index of the tilt correction prism 25 is n 25 . This angle is considerably smaller than the angle α formed between the incident light beam L1 incident on the tilt correction prism 25 via the condenser optical systems 11 and 12 and the incident surface 25a.

【0031】そして、アオリ補正プリズム25の射出側に
は、リレーレンズ14、平面鏡15、リレーレンズ16で構成
されるリレー光学系14〜16が配置されている。このリレ
ー光学系は、図2に示すように、両側テレセントリック
光学系である。図1に戻って、アオリ補正プリズム25に
入射した光束は、このアオリ補正プリズム25によって屈
折作用を受けた後に、平面鏡15へ導かれる。この平面鏡
15で反射された光束は、リレー光学系14〜16により、受
光面17a 上に集束される。すなわち、このリレー光学系
14〜16は、アオリ補正プリズム25の入射面25a 上に形成
される像の更なる共役像を受光面17a 上に形成する。
On the exit side of the tilt correction prism 25, there are arranged relay optical systems 14 to 16 composed of a relay lens 14, a plane mirror 15, and a relay lens 16. This relay optical system is a double-sided telecentric optical system as shown in FIG. Returning to FIG. 1, the light beam incident on the tilt correction prism 25 is guided to the plane mirror 15 after being refracted by the tilt correction prism 25. This plane mirror
The light beam reflected by 15 is focused on light receiving surface 17a by relay optical systems 14-16. That is, this relay optical system
14 to 16 form a further conjugate image of the image formed on the incident surface 25a of the tilt correction prism 25 on the light receiving surface 17a.

【0032】ここで、アオリ補正プリズム25の働きにつ
いて図5を参照して説明する。図5において、集光光学
系11,12 の射出側の光軸AX32に平行なビームをL1とする
と、図1よりアオリ補正プリズム25に対するビームL1の
入射角は、αとなる。図5において、アオリ補正プリズ
ム25の屈折率をnとして、屈折角をξとすると、次式が
成立する。
Here, the operation of the tilt correction prism 25 will be described with reference to FIG. 5, when the L1 parallel beam to the optical axis AX3 2 on the exit side of the converging optical system 11, the incident angle of the beam L1 relative tilt correction prism 25 from FIG. 1, the alpha. In FIG. 5, if the refractive index of the tilt correction prism 25 is n and the refraction angle is ξ, the following equation is established.

【0033】[0033]

【数7】 ξ=sin-1(sinα/n) ‥‥(7) そして、本実施例では、アオリ補正プリズム25の頂角
は、その屈折角と同じくξに設定されている。これによ
り、アオリ補正プリズム25の射出面25b から射出される
ビームL2は、その射出面25b と垂直になる。
7 = sin −1 (sin α / n) ‥‥ (7) In the present embodiment, the apex angle of the tilt correction prism 25 is set to ξ similarly to its refraction angle. Accordingly, the beam L2 emitted from the emission surface 25b of the tilt correction prism 25 becomes perpendicular to the emission surface 25b.

【0034】従って、アオリ補正プリズム25のガラスに
よる像の浮き上がりを考慮すると、その射出されるビー
ムL2に垂直な平面に対する被検面1aのリレーされた像面
の傾きであるアオリ角ρは、次式で示される。
Therefore, considering the floating of the image by the glass of the tilt correction prism 25, the tilt angle ρ, which is the inclination of the relayed image plane of the test surface 1a with respect to the plane perpendicular to the emitted beam L2, is It is shown by the formula.

【0035】[0035]

【数8】 ρ=tan-1(tanξ/n) ‥‥(8) いま、リレー光学系14〜16の倍率を1とすると、このア
オリ角ρがそのまま、受光部17の受光面17a と、リレー
光学系14〜16の射出側の光軸AX42に垂直な面とのなす角
度、すなわち受光面17a に対する主光線の入射角とな
る。
Ρ = tan −1 (tan ξ / n) ‥‥ (8) Now, assuming that the magnification of the relay optical systems 14 to 16 is 1, the tilt angle ρ is not changed and the light receiving surface 17a of the light receiving unit 17 is an angle between a plane perpendicular to the optical axis AX4 2 on the exit side of the relay optical system 14 to 16, that is, the angle of incidence of the chief ray with respect to the light-receiving surface 17a.

【0036】例えば、屈折率n=1.8 、入射角α=80.1
°とすると、アオリ角ρ=20.0°となり、アオリ角は0
°に近づいている。ここで、受光面17a への入射角も2
0.0°であるが、この程度であれば、受光量の低下は、
ほとんど無いとみなすことができる。このように、本実
施例においては、偏向光学系としてアオリ補正プリズム
25を用いているので、受光面17a に入射する光束の入射
角が小さくなるため、この受光面17a 上に配置されたシ
リコン・フォト・ダイオードSPD での受光量の低下を防
止できる。
For example, a refractive index n = 1.8, an incident angle α = 80.1
°, the tilt angle ρ = 20.0 °, and the tilt angle is 0
° is approaching. Here, the angle of incidence on the light receiving surface 17a is also 2
0.0 °
Can be regarded as almost none. As described above, in the present embodiment, the tilt correction prism is used as the deflection optical system.
Since the light receiving surface 25a is used, the incident angle of the light beam incident on the light receiving surface 17a is reduced, so that a decrease in the amount of light received by the silicon photodiode SPD disposed on the light receiving surface 17a can be prevented.

【0037】なお、アオリ補正プリズム25の入射面25a
と受光部17の受光面17a とは、リレー光学系14〜16に関
してシャインプルーフの条件を満足することが望まし
い。ところで、光源の波長帯が広い場合には、偏向光学
系としてプリズム、例えばアオリ補正プリズム25を用い
ることが望ましい。ここで、例えば偏向光学系として回
折格子を用いた場合には、プリズムを用いた場合に比し
て偏向された光線の分散が大きくなり、リレー光学系14
〜16の開口数を大きくする必要があるため、好ましくな
い。
The incident surface 25a of the tilt correction prism 25
It is desirable that the light receiving surface 17a of the light receiving section 17 satisfy the Scheimpflug condition with respect to the relay optical systems 14 to 16. Incidentally, when the wavelength band of the light source is wide, it is desirable to use a prism, for example, the tilt correction prism 25 as the deflection optical system. Here, for example, when a diffraction grating is used as the deflecting optical system, the dispersion of the deflected light beam becomes larger than when using a prism, and the relay optical system 14
Since it is necessary to increase the numerical aperture of ~ 16, it is not preferable.

【0038】また、被検面1aに入射する光束の入射角α
が大きい場合には、アオリ補正プリズム25を通過する光
線の透過率がP偏光とS偏光とで大きく異なるようにな
る。例えば、入射角α=80°、屈折率n=1.8 の場合に
は、P偏光の透過率が0.79となり、S偏光の透過率が0.
37となる。このように、アオリ補正プリズム25における
透過率が光線の偏光状態によって異なるため、偏光ごと
の情報の重みが異なり、被検面1aの位置検出が正確にな
らない恐れがある。しかし、本実施例では、図1に示す
如く、集光光学系11,12 とアオリ補正プリズム25との間
の光路中に1/2波長板24を配置し、この1/2波長板
24によって偏光方向を45°回転させた光束をアオリ補正
プリズム25に入射させる構成としている。このため、ア
オリ補正プリズム25に入射する光束は、P偏光とS偏光
とが混合した状態となり、被検面1aの位置検出が正しく
行われる。
The incident angle α of the light beam incident on the surface 1a to be measured
Is large, the transmittance of the light beam passing through the tilt correction prism 25 is greatly different between the P-polarized light and the S-polarized light. For example, when the incident angle α = 80 ° and the refractive index n = 1.8, the transmittance of P-polarized light is 0.79, and the transmittance of S-polarized light is 0.
It becomes 37. As described above, since the transmittance of the tilt correction prism 25 varies depending on the polarization state of the light beam, the weight of information for each polarization varies, and there is a possibility that the position detection of the test surface 1a may not be accurate. However, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, a half-wave plate 24 is arranged in the optical path between the condensing optical systems 11 and 12 and the tilt correction prism 25, and this half-wave plate
The configuration is such that a light beam whose polarization direction is rotated by 45 ° by 24 is incident on the tilt correction prism 25. Therefore, the light beam incident on the tilt correction prism 25 is in a state where the P-polarized light and the S-polarized light are mixed, and the position of the surface 1a to be detected is correctly detected.

【0039】なお、1/2波長板24の代わりに、1/4
波長板を用いても良く、1/4波長板を用いた場合に
は、アオリ補正プリズム25への入射光束は、円偏光とな
り、被検面1aの位置検出は、1/2波長板を用いた場合
と同様に正確に行われる。さらに、アオリ補正プリズム
25の射出面25b と、この射出面25b から射出する光束L2
とは、略垂直となることが好ましい。本実施例において
は、アオリ補正プリズム25の頂角をこのアオリ補正プリ
ズム25に入射する光束L1に対する光束L2の屈折角ξと等
しくする構成によって、射出面25b と光束L2とを略垂直
としている。ここで、射出面25b と光束L2とが略垂直に
ならないと、リレー光学系14〜16にって、入射面25a 上
の像をリレーする際に、非点収差等の収差が発生するた
め、望ましくない。
Note that, instead of the half-wave plate 24, a quarter-wave plate 24 is used.
A wave plate may be used. When a quarter wave plate is used, the light beam incident on the tilt correction prism 25 becomes circularly polarized light, and the position of the surface 1a to be detected is detected using a half wave plate. Is done exactly as if it had been. In addition, tilt correction prism
25 exit surface 25b and a light beam L2 emitted from the exit surface 25b
Is preferably substantially vertical. In this embodiment, the apex angle of the tilt correction prism 25 is made equal to the refraction angle の of the light beam L2 with respect to the light beam L1 incident on the tilt correction prism 25, so that the exit surface 25b and the light beam L2 are substantially perpendicular. Here, if the exit surface 25b and the light beam L2 do not become substantially perpendicular, aberrations such as astigmatism occur when relaying the image on the incident surface 25a by the relay optical systems 14 to 16, Not desirable.

【0040】さて、アオリ補正プリズム25の入射面25a
上には、図3に示すように5箇所の開口部 Sa1〜Sa5
有する受光スリットS が設けられているので、入射面25
a に再結像された格子状パターンの像は、部分的に遮光
される。すなわち、受光スリットS の開口部 Sa1〜Sa5
の領域に形成された格子状パターンの像からの光束のみ
がアオリ補正プリズム25から射出する。
Now, the incident surface 25a of the tilt correction prism 25
As shown in FIG. 3, a light receiving slit S having five openings Sa 1 to Sa 5 is provided on the upper surface, so
The image of the lattice pattern re-imaged on a is partially shielded. That is, the openings Sa 1 to Sa 5 of the light receiving slit S
Only the light flux from the image of the lattice pattern formed in the region is emitted from the tilt correction prism 25.

【0041】そして、入射面25a 上に形成された受光ス
リットS の開口部 Sa1〜Sa5 の像は、リレー光学系14〜
16により、受光部17にリレーされる。この受光部17は、
図6の平面図に示すように、例えば受光スリットS の開
口部 Sa1〜Sa5 に対応する5つのシリコン・フォト・ダ
イオードSPD1,SPD2,SPD3,SPD4,SPD5(以下、SPD1〜SPD5
と略記する)が受光面17a 上に設けられる構成となって
いる。これらのシリコン・フォト・ダイオードSPD1〜SP
D5上には、開口部 Sa1〜Sa5 の像がスリット像SL1,SL2,
SL3,SL4,SL5(以下、 SL1〜SL5 と略記する) として結像
する。このスリット像 SL1〜SL5 は、シリコン・フォト
・ダイオードSPD1〜SPD5の大きさよりも小さくなるよう
に結像する。
The images of the openings Sa 1 to Sa 5 of the light receiving slit S formed on the incident surface 25 a are
By 16, it is relayed to the light receiving section 17. This light receiving section 17
As shown in the plan view of FIG. 6, for example the opening Sa 1 -SA 5 corresponding to the five silicon photodiode SPD 1 light receiving slit S, SPD 2, SPD 3, SPD 4, SPD 5 (hereinafter, SPD 1 to SPD 5
(Abbreviated as) is provided on the light receiving surface 17a. These silicon photodiodes SPD 1 -SP
D on 5, opening Sa 1 -SA image is slit image SL 1 of 5, SL 2,
SL 3, SL 4, SL 5 ( hereinafter, abbreviated as SL 1 to SL 5) to form an image as. The slit image SL 1 to SL 5 is imaged so as to be smaller than the size of the silicon photodiode SPD 1 ~SPD 5.

【0042】なお、本実施例では、受光面に複数のシリ
コン・フォト・ダイオードを設けてあるが、CCD(2
次元電荷結合型撮像素子)やフォトマルを用いても良
い。そして、被検面1aが投影レンズ5 の光軸に沿って上
下に移動すると、アオリ補正プリズム25の入射面25a 上
に投影されたパターンは、被検面1aの上下に対応してパ
ターンのピッチ方向に横ずれを起こす。この横ずれ量を
振動ミラー30と受光部17とを用いて、例えば特開昭56-4
2205号公報に開示された光電顕微鏡の原理により検出す
れば、被検面1a上の光軸AX1 方向に関する光軸AX1 方向
に関する面位置を検出することができる。
In this embodiment, a plurality of silicon photodiodes are provided on the light receiving surface.
A two-dimensional charge-coupled imaging device) or a photomultiplier may be used. When the surface 1a moves up and down along the optical axis of the projection lens 5, the pattern projected on the incident surface 25a of the tilt correction prism 25 has a pattern pitch corresponding to the top and bottom of the surface 1a. Cause lateral displacement in the direction. The amount of this lateral displacement is determined by using the vibrating mirror 30 and the light receiving unit 17, for example, as disclosed in
If the detection is performed based on the principle of the photoelectric microscope disclosed in Japanese Patent No. 2205, the surface position in the direction of the optical axis AX1 with respect to the direction of the optical axis AX1 on the test surface 1a can be detected.

【0043】以下、図1に戻って、光電顕微鏡の原理に
よる面位置検出について詳述する。図1において、集光
光学系11,12 の光路中には、振動ミラー30が設けられて
いる。そして、ミラー駆動部31は、内部の発振器からの
信号に基づいて、所定の周期Tで振動ミラー30を図中矢
印方向に振動させる。この振動ミラー30の振動に伴っ
て、アオリ補正プリズム25の入射面25a 上に形成される
格子状パターンの像も振動する。このとき、入射面25a
上に結像される格子状パターンの振動の振幅は、この格
子状パターンのピッチの1/2 以下に規定し、また、スリ
ットS の開口部 Sa1〜Sa5 の幅も格子状パターン像のピ
ッチの1/2 以下に規定する。この格子状パターンの像の
振動に伴って、入射面25a 上、即ち受光スリットS の開
口部 Sa1〜Sa5 の領域を透過する光の光量が変化する。
そして、この透過光は、リレー光学系14〜16によって、
受光部17上のシリコン・フォト・ダイオードSPD1〜SPD5
の領域に達する。
Returning to FIG. 1, the surface position detection based on the principle of the photoelectric microscope will be described in detail. In FIG. 1, a vibrating mirror 30 is provided in the optical path of the condensing optical systems 11 and 12. Then, the mirror drive unit 31 causes the vibrating mirror 30 to vibrate in a direction indicated by an arrow in the figure at a predetermined cycle T based on a signal from an internal oscillator. With the vibration of the vibration mirror 30, the image of the lattice pattern formed on the incident surface 25a of the tilt correction prism 25 also vibrates. At this time, the incident surface 25a
The amplitude of the vibration of the grid-shaped pattern imaged above is defined below half the pitch of the grid-like pattern, and the width of the opening Sa 1 -SA 5 slit S also of grid-like pattern image Specified below 1/2 of the pitch. With the vibration of the image of the grid pattern, on the entrance surface 25a, i.e., the amount of light transmitted through the region of the opening portion Sa 1 -SA 5 of the light receiving slit S is changed.
Then, this transmitted light is transmitted by the relay optical systems 14 to 16,
Silicon photodiodes SPD 1 to SPD 5 on light receiving section 17
Reach the area.

【0044】以下、説明を簡単にするために、1つのシ
リコン・フォト・ダイオードSPD1についてのみ説明す
る。受光スリットS の開口部Sa1 の領域を透過した光
は、シリコン・フォト・ダイオードSPD1上のスリット像
SL1 の領域内に到達する。このスリット像SL1 の明るさ
は、振動ミラー30の振動に伴って変化する。次に、図7
を参照してスリット像SL1 の明るさの変化について詳述
する。図7は、受光スリットS の開口部Sa1 近傍の拡大
図である。この図7において、格子状パターンSTは、ピ
ッチ PSTで受光スリットS 上に形成されており、格子状
パターンSTは、振動ミラー30の振動に伴って図中矢印方
向に振動する。
[0044] In the following, in order to simplify the explanation, only for one of the silicon photodiode SPD 1. Light transmitted through the region of the opening portion Sa 1 of the light receiving slit S, a slit image on a silicon photodiode SPD 1
Reach inside the SL 1 area. The brightness of the slit image SL 1 varies with the vibration of the vibrating mirror 30. Next, FIG.
Reference to be described in detail changes in the brightness of the slit image SL 1. Figure 7 is an enlarged view of the opening Sa 1 near the light reception slit S. In FIG. 7, the lattice pattern ST is formed on the light receiving slit S at a pitch PST , and the lattice pattern ST vibrates in the direction of the arrow in FIG.

【0045】ここで、開口部Sa1 の幅WSa1は、この開口
部Sa1 上に形成される格子状パターンSTのピッチを PST
としたとき、
[0045] Here, the width WSa 1 of the opening Sa 1 is the pitch of the grid-like pattern ST is formed on the opening portions Sa 1 P ST
And when

【0046】[0046]

【数9】 WSa1≦ PST/2 ‥‥(9) を満足することが望ましい。また、振動ミラー30によっ
て振動する格子状パターンSTの振幅ASTは、
Equation 9] It is desirable to satisfy the WSa 1 ≦ P ST / 2 ‥‥ (9). The amplitude A ST of the lattice pattern ST vibrated by the vibrating mirror 30 is

【0047】[0047]

【数10】 AST≦ PST/2 ‥‥(10) を満足することが望ましい。ここで、開口部Sa1 の幅WS
a1が上述の(9)式を満足しないとき、あるいは、格子
状パターンの振幅ASTが上述の(10)式を満足しない
場合には、振動ミラー30の振動に伴う開口部Sa1 での光
量変化が小さくなり、検出精度が低下するため、好まし
くない。本実施例においては、開口部の幅WSa1が格子状
パターンSTのピッチ PSTの1/2 以下となるように規定し
ており、さらに、格子状パターンSTの振幅ASTがピッチ
PSTの1/2 以下となるように規定しているため、振動ミ
ラー30の振動に伴う光量変化が小さくなる恐れがない。
It is desirable that A ST ≦ P ST / 2 ‥‥ (10) is satisfied. Here, the width WS of the opening Sa 1
If a 1 does not satisfy the above equation (9), or if the amplitude A ST of the lattice pattern does not satisfy the above equation (10), the amplitude at the opening Sa 1 due to the vibration of the vibrating mirror 30 is increased. This is not preferable because the change in light amount is small and the detection accuracy is reduced. In this embodiment, it is defined as the width WSa 1 of the opening is less than half of the pitch P ST of the grating pattern ST, further the grid pattern ST amplitude A ST pitch
Due to the defined to be 1/2 or less of P ST, there is no risk of change in light amount due to the vibration of the vibration mirror 30 is reduced.

【0048】また、開口部Sa1 の位置は、被検面1aと投
影レンズの結像面とが一致しているときに、開口部Sa1
の中心が格子状パターンSTの振動中心に一致するように
設けられている。そして、開口部Sa1 の幅が格子状パタ
ーンのピッチの1/2 以下であり、かつ格子状パターンの
振幅もこのピッチの1/2 であるので、この格子状パター
ンSTが振動すると、シリコン・フォト・ダイオードSPD1
上での受光量が変化する。そして、シリコン・フォト・
ダイオードSPD1は、この光強度の変化、すなわち光変調
に応じた検出出力SD1 を検出部18に出力する。
[0048] The position of the openings Sa 1, when the test surface 1a and the image plane of the projection lens are the same, the openings Sa 1
Is provided so that the center of the pattern coincides with the vibration center of the lattice pattern ST. The width of the opening Sa 1 is 1/2 or less of the pitch of the grid pattern, and the amplitude of the grid pattern is also at 1/2 of the pitch, this grid-like pattern ST vibrates, silicon Photodiode SPD 1
The amount of light received above changes. And silicon photo
Diode SPD 1, the output change of the light intensity, that is, the detection output SD 1 according to the light modulation detection unit 18.

【0049】また、同様に、他のシリコン・フォト・ダ
イオードSPD2,SPD3,SPD4,SPD5 においても、スリット像
SL2,SL3,SL4,SL5 の光変調に応じた検出出力SD2,SD3,SD
4,SD 5 を検出部18へ出力する。また、ミラー駆動部31か
らも振動ミラー30の振動周期Tと同じ位相の交流信号が
検出部18へ出力される。ここで、検出部18においては、
周期Tの交流信号の位相を基準として、検出出力SD1,SD
2,SD3,SD4,SD5(以下、 SD1〜SD5 と略記する)の同期整
流、すなわち同期検波が行われ、検波出力信号FS1,FS2,
FS3,FS4,FS5(以下、 FS1〜FS5 と略記する) が補正量算
出部19へ出力される。この検波出力信号 FS1〜FS5 は、
いわゆるSカーブ信号と呼ばれ、被検面1a上の検出領域
Da1,Da2,Da3,Da4,Da5(以下、 Da1〜Da5 と略記する) が
投影レンズ5 の結像面に位置しているとき、すなわち検
出出力 SD1〜SD5 が振動ミラー30の振動周期Tの1/2 の
周期で変化したときに、それぞれ零レベルとなる。ま
た、被検面1aの検出領域 Da1〜Da5 が投影レンズ5 の結
像面より上方に変位しているときには正のレベル、被検
面1aの検出領域 Da1〜Da5 が投影レンズ5 の結像面より
下方に変位しているときには負のレベルを示す。このよ
うに、検波出力信号 FS1〜FS5 は、被検面1aの変位に対
応した出力値を示す。
Similarly, another silicon photo downloader
Iod SPDTwo, SPDThree, SPDFour, SPDFive Also in the slit image
SLTwo, SLThree, SLFour, SLFiveDetection output SD according to the light modulation ofTwo, SDThree, SD
Four, SD FiveIs output to the detection unit 18. Also, the mirror drive unit 31
Also, an AC signal having the same phase as the oscillation cycle T of the oscillation mirror 30 is generated.
Output to the detection unit 18. Here, in the detection unit 18,
The detection output SD is based on the phase of the AC signal having a period T.1, SD
Two, SDThree, SDFour, SDFive(Hereinafter SD1~ SDFive Abbreviated as)
Current, that is, synchronous detection is performed, and the detection output signal FS1, FSTwo,
FSThree, FSFour, FSFive(Hereinafter FS1~ FSFive Abbreviated as)
Output to the output unit 19. This detection output signal FS1~ FSFive Is
A so-called S-curve signal, which is a detection area on the surface 1a to be inspected.
Da1, DaTwo, DaThree, DaFour, DaFive(Hereafter, Da1~ DaFive (Abbreviated as)
When it is positioned on the image plane of the projection lens 5,
Output SD1~ SDFive Is 1/2 of the oscillation period T of the oscillation mirror 30
When they change in a cycle, they each become zero level. Ma
The detection area Da of the test surface 1a1~ DaFiveIs the connection of the projection lens 5.
Positive level when the sensor is displaced above the image plane.
Detection area Da of surface 1a1~ DaFive Is from the image plane of the projection lens 5.
When it is displaced downward, it indicates a negative level. This
The detection output signal FS1~ FSFiveCorresponds to the displacement of the test surface 1a.
The corresponding output value is shown.

【0050】その後、検波出力信号 FS1〜FS5 が出力さ
れた補正量算出部19は、これらの検波出力信号 FS1〜FS
5 の正負レベルから、被検面1a上の各検出領域 Da1〜Da
5 のフォーカシング方向の位置をそれぞれ算出し、被検
面1aの平均的な傾きと、被検面1aのフォーカシング方向
の位置を求める。そして、被検面1aが投影レンズ5 の焦
点深度の範囲内に位置するような傾きの補正量、及びフ
ォーカシング方向の補正量を夫々算出する。その後、補
正量算出部19は、これらの補正量を駆動部4 へ伝達す
る。
After that, the correction amount calculating section 19 to which the detection output signals FS 1 to FS 5 have been output, outputs the detection output signals FS 1 to FS 5 .
5 of positive and negative levels, the detection areas Da 1 to DA on the test surface 1a
5 are calculated in the focusing direction, and the average inclination of the test surface 1a and the position of the test surface 1a in the focusing direction are calculated. Then, the correction amount of the tilt such that the surface to be measured 1a is located within the range of the depth of focus of the projection lens 5 and the correction amount in the focusing direction are calculated. After that, the correction amount calculation unit 19 transmits these correction amounts to the drive unit 4.

【0051】そして、駆動部4 は、傾きの補正量に基づ
いて、保持機構3 を駆動させて、ホルダー2 のレベリン
グを行なわせと共に、フォーカシング方向の補正量に基
づいて、ウェハホルダー2 を駆動させてウェハ1 のフォ
ーカシング方向の移動を行わせる。このような構成によ
り、被検面1a上の複数の検出点を同時に検出し、この検
出出力に基づいて、被検面を所定の位置に位置させるこ
とができる。
Then, the drive section 4 drives the holding mechanism 3 based on the correction amount of the inclination to level the holder 2 and drives the wafer holder 2 based on the correction amount in the focusing direction. To move the wafer 1 in the focusing direction. With such a configuration, a plurality of detection points on the test surface 1a can be simultaneously detected, and the test surface can be positioned at a predetermined position based on the detection output.

【0052】また、図8に示すように、1つのシリコン
・フォト・ダイオードSPD6上に、複数のスリット像(例
えば、3つのスリット像SL6a, SL6b, SL6C )を形成して
も良い。このとき、スリット像SL6a, SL6b, SL6Cの間隔
PSPD は、
[0052] Further, as shown in FIG. 8, on one silicon photodiode SPD 6, a plurality of slit images (e.g., three slit images SL 6a, SL 6b, SL 6C ) may be formed . At this time, the interval between the slit images SL 6a, SL 6b, and SL 6C
P SPD is

【0053】[0053]

【数11】 PSPD =m・ PST ‥‥(11) を満足することが望ましい。ただし、mは、整数であ
る。また、スリット像SL6a, SL6b, SL6C幅 WSPD6は、
It is desirable to satisfy P SPD = m · P ST ‥‥ (11). Here, m is an integer. Also, the slit images SL 6a, SL 6b, SL 6C width W SPD6 are

【0054】[0054]

【数12】 WSPD6≦ PST/2 ‥‥(12) を満足することが望ましい。ここで、スリット像SL6a,
SL6b, SL6Cの間隔 PSPD が上述の(11)式から外れる
と、各スリット像SL6a, SL6b, SL6Cごとに、振動ミラー
30の振動に伴う光量変化が異なるようになるため、検出
値が不正確になるため好ましくない。また、スリット像
SL6a, SL6b, SL6C幅 WSPD6が上述の(12)式の範囲か
ら外れると、振動ミラー30の振動に伴う光量変化が小さ
くなるので、好ましくない。
It is desirable that W SPD6 ≦ P ST / 2 ‥‥ (12) be satisfied. Here, the slit image SL 6a,
When the distance P SPD between SL 6b and SL 6C deviates from the above equation (11), a vibrating mirror is provided for each slit image SL 6a, SL 6b and SL 6C.
Since the change in the amount of light due to the vibration of 30 becomes different, the detection value becomes inaccurate, which is not preferable. Also, slit image
When the width W SPD6 of the SL 6a, SL 6b, SL 6C is out of the range of the above-described expression (12), the change in the amount of light due to the vibration of the vibrating mirror 30 becomes small, which is not preferable.

【0055】上述のような構成によると、シリコン・フ
ォト・ダイオードSPD6上での受光量が増加する利点があ
る他に、対応する被検面1a上の領域が広くなり平均化効
果が得られるといった利点がある。なお、本実施例にお
いては、受光面17a 上に設けられたシリコン・フォト・
ダイオードSPD 上に受光スリットS を介した光を入射さ
せているが、必ずしも受光スリットS を介する必要はな
い。受光スリットS を介さない場合には、シリコン・フ
ォト・ダイオードSPD の領域が被検面1a上での受光領域
となる。すなわち、被検面1aでの検出領域に対応した箇
所にシリコン・フォト・ダイオードSPD を配置すれば良
い。
According to the above-described configuration, in addition to the advantage that the amount of light received on the silicon photodiode SPD 6 increases, the corresponding area on the surface 1a to be measured is widened and an averaging effect is obtained. There are advantages. In the present embodiment, the silicon photo provided on the light receiving surface 17a is used.
Although light through the light receiving slit S is made incident on the diode SPD, it is not always necessary to pass through the light receiving slit S. When not passing through the light receiving slit S, the area of the silicon photodiode SPD becomes the light receiving area on the test surface 1a. That is, the silicon photodiode SPD may be arranged at a position corresponding to the detection area on the surface 1a to be detected.

【0056】また、本実施例においては、受光スリット
S は、第2面(アオリ補正プリズム25の入射面25a)に配
置されているが、これは、受光部17の受光面17a 上であ
っても良い。このとき、受光スリットS の開口部Saの大
きさは、受光面17a の大きさよりも小さくなるように設
けられることが望ましい。そして、本実施例において
は、複数のシリコン・フォト・ダイオードを受光面17a
上にフォトエッチング法で設けても良い。この場合に
は、受光スリットS の開口部Saの数が大幅に増加して
も、対応できる利点がある。
In this embodiment, the light receiving slit is used.
S is disposed on the second surface (the incident surface 25a of the tilt correction prism 25), but may be on the light receiving surface 17a of the light receiving unit 17. At this time, it is desirable that the size of the opening Sa of the light receiving slit S be smaller than the size of the light receiving surface 17a. In this embodiment, a plurality of silicon photodiodes are connected to the light receiving surface 17a.
It may be provided thereon by a photo etching method. In this case, there is an advantage that even if the number of openings Sa of the light receiving slit S is greatly increased, it can be dealt with.

【0057】また、被検面1aとしてのウェハの表面は、
プロセスの都合によっては必ずしも平面になるとは限ら
ない。このような場合には、被検面1a上の検出領域(検
出点)の数を増加させれば良い。ここで、被検面1a上の
検出点の箇所を増加させるには、この検出領域に対応す
る受光スリットS の開口部の箇所を増加させれば良い。
このように、本発明による面位置検出装置は、簡易な構
成のままで、被検面1a上の検出点を増やすことが可能で
あるので、被検面1a上の広い範囲にわたる面位置を検出
することができる。しかも、検出点の箇所が増加して
も、同時に検出できるので、スループットの低下を招く
ことがない。
The surface of the wafer as the test surface 1a is
Depending on the convenience of the process, it is not always flat. In such a case, the number of detection areas (detection points) on the test surface 1a may be increased. Here, to increase the number of detection points on the test surface 1a, the number of openings of the light receiving slit S corresponding to this detection area may be increased.
As described above, the surface position detecting device according to the present invention can increase the number of detection points on the test surface 1a with a simple configuration, and thus can detect a surface position over a wide range on the test surface 1a. can do. Moreover, even if the number of detection points increases, they can be detected at the same time, so that the throughput does not decrease.

【0058】上述の如く、本発明によれば、投射光学系
に関して第1面と被検面とをシャインプルーフの条件を
満たすように構成し、集光光学系に関して被検面と第2
面とをシャインプルーフの条件を満たすように構成し、
さらにリレー光学系に関して第2面と第3面とをシャイ
ンプルーフの条件を満たすように構成し、かつ集光光学
系及びリレー光学系を1つの光軸上に沿って配置してい
るので、簡単な光学系で被検面の広い領域の上下方向の
位置の分布を同時に且つ高精度に検出することができ
る。
As described above, according to the present invention, the first surface and the test surface are configured to satisfy the Scheimpflug condition with respect to the projection optical system, and the test surface and the second
The surface is configured to meet the conditions of Scheimpflug,
Further, since the second and third surfaces of the relay optical system are configured to satisfy the Scheimpflug condition, and the condensing optical system and the relay optical system are arranged along one optical axis, With a simple optical system, it is possible to simultaneously and accurately detect the distribution of positions in the vertical direction in a wide area of the surface to be measured.

【0059】また、第2面上に集光光学系の光軸の向き
を偏向させる偏向光学系を設けているので、第3面上の
受光面に入射する光束の入射角を略0°に近づけること
ができる。従って、受光面における受光量の低下を招く
ことなしに、被検面に投射するパターンの入射角をより
大きくして、より高精度な位置検出を行うことができ
る。
Since the deflecting optical system for deflecting the direction of the optical axis of the condensing optical system is provided on the second surface, the incident angle of the light beam incident on the light receiving surface on the third surface is reduced to approximately 0 °. You can get closer. Therefore, it is possible to increase the angle of incidence of the pattern projected on the surface to be detected and to perform more accurate position detection without causing a decrease in the amount of light received on the light receiving surface.

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

【図1】本発明による面位置検出装置の実施例を模式的
に示した図。
FIG. 1 is a diagram schematically showing an embodiment of a surface position detecting device according to the present invention.

【図2】図1に示した光学系が両側テレセントリックで
あることを示す光路図。
FIG. 2 is an optical path diagram showing that the optical system shown in FIG. 1 is telecentric on both sides.

【図3】受光スリットの平面図。FIG. 3 is a plan view of a light receiving slit.

【図4】被検面上に投射された格子パターンと検出領域
との関係を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a lattice pattern projected on a test surface and a detection area.

【図5】図1に示したアオリ補正用プリズムを示す図。FIG. 5 is a view showing a tilt correction prism shown in FIG. 1;

【図6】受光面上のシリコン・フォト・ダイオードの配
置とスリット像との関係を示す平面図。
FIG. 6 is a plan view showing a relationship between an arrangement of silicon photodiodes on a light receiving surface and a slit image.

【図7】受光スリット上の開口部を拡大して示した平面
図。
FIG. 7 is an enlarged plan view showing an opening on a light receiving slit.

【図8】1つのシリコン・フォト・ダイオード上に複数
のスリット像が形成された例を示す平面図。
FIG. 8 is a plan view showing an example in which a plurality of slit images are formed on one silicon photodiode.

【図9】シャインプルーフの条件を説明する説明図。FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining conditions of Scheimpflug.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1a ‥‥ 被検面 5 ‥‥ 投影レンズ 8 ‥‥ 透過型格子パターン板 8a ‥‥ 格子パターン形成面(第1面) 9 ‥‥ 集光レンズ 10 ‥‥ 投射用対物レンズ 11 ‥‥ 受光用対物レンズ 12 ‥‥ 集光レンズ 14 ‥‥ リレーレンズ 16 ‥‥ リレーレンズ 17 ‥‥ 受光部 17a ‥‥ 受光面 25 ‥‥ アオリ補正用プリズム 25a ‥‥ 入射面(第2面) 30 ‥‥ 振動ミラー 31 ‥‥ 振動ミラー駆動部 S ‥‥ 受光スリット 1a 面 Test surface 5 ‥‥ Projection lens 8 透過 Transmission grating pattern plate 8a 格子 Grating pattern forming surface (first surface) 9 ‥‥ Condensing lens 10 ‥‥ Projection objective lens 11 ‥‥ Light receiving objective Lens 12 ‥‥ Condenser lens 14 ‥‥ Relay lens 16 ‥‥ Relay lens 17 ‥‥ Light receiving section 17a 受 光 Light receiving surface 25 ‥‥ Tilt correction prism 25a ‥‥ Incident surface (second surface) 30 ‥‥ Vibrating mirror 31振動 Vibrating mirror drive S ‥‥ Light receiving slit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 G03F 7/20 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/027 G03F 7/20

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 被検面の面位置を検出する面位置検出装
置において、 第1面上に形成された所定のパターンと、 被検面に対して斜めの方向から前記所定のパターンの像
を投射する投射光学系と、 前記被検面で反射された光束を集光して前記所定のパタ
ーンの像を第2面上に形成する集光光学系と、 前記第2面と第3面との間の光路中に配置されて前記第
2面と前記第3面とを共役にするリレー光学系と、 前記第2面に設けられて前記集光光学系から射出される
光束を偏向させる偏向光学系と、 前記第3面に配置されて前記所定のパターンの像を光電
的に検出する検出器とを備え、 前記第1面と前記被検面とは、前記投射光学系の主平面
に関して、シャインプルーフの条件を満たし、 前記被検面と前記第2面とは、前記集光光学系の主平面
に関してシャインプルーフの条件を満たし、 前記第2面と前記第3面とは、前記リレー光学系の主平
面に関してシャインプルーフの条件を満たし、 前記集光光学系は、1つの光軸上に配置される両側テレ
セントリック光学系であり、 前記リレー光学系は、前記1つの光軸上に配置されるこ
とを特徴とする面位置検出装置。
1. A surface position detecting device for detecting a surface position of a surface to be detected, wherein a predetermined pattern formed on a first surface and an image of the predetermined pattern from an oblique direction with respect to the surface to be detected. A projection optical system for projecting, a condensing optical system for condensing a light beam reflected on the test surface to form an image of the predetermined pattern on a second surface, and the second surface and the third surface. A relay optical system disposed in an optical path between the first and second surfaces to conjugate the second surface and the third surface; and a deflection device provided on the second surface and deflecting a light beam emitted from the condensing optical system. An optical system; and a detector disposed on the third surface for photoelectrically detecting the image of the predetermined pattern, wherein the first surface and the surface to be detected are relative to a main plane of the projection optical system. The condition of Scheimpflug is satisfied, and the test surface and the second surface are a main plane of the light-converging optical system. The second surface and the third surface satisfy the Scheimpflug condition with respect to the main plane of the relay optical system, and the light-collecting optical system is arranged on one optical axis. A surface position detecting device, wherein the relay optical system is disposed on the one optical axis.
【請求項2】 前記投射光学系は、両側テレセントリッ
ク光学系であることを特徴とする請求項1記載の面位置
検出装置。
2. The surface position detecting device according to claim 1, wherein said projection optical system is a double-sided telecentric optical system.
【請求項3】 レチクル上のパターンを投影光学系を介
してウェハ上に転写する投影露光装置において、 前記ウェハの位置を検出するために請求項1又は2記載
の面位置位置検出装置を備えることを特徴とする投影露
光装置。
3. A projection exposure apparatus for transferring a pattern on a reticle onto a wafer via a projection optical system, comprising the surface position detection apparatus according to claim 1 or 2 for detecting the position of the wafer. A projection exposure apparatus.
【請求項4】 レチクル上のパターンを投影光学系を介
してウェハ上に転写する投影露光方法において、 請求項1又は2記載の面位置位置検出装置を用いて前記
ウェハを位置合わせする工程を有することを特徴とする
投影露光方法。
4. A projection exposure method for transferring a pattern on a reticle onto a wafer via a projection optical system, comprising a step of aligning the wafer using the surface position detection device according to claim 1. A projection exposure method.
【請求項5】 被検面の面位置を検出する面位置検出方
法において、 投射光学系を介して第1面上に形成された所定のパター
ンの像を被検面に対して斜めの方向から投射する工程
と、 集光光学系を介して前記被検面で反射された光束を集光
して前記所定のパターンの像を第2面上に形成する工程
と、 前記集光光学系から射出される光束を偏向させる工程
と、 リレー光学系を介して前記第2面上に形成される前記所
定のパターンの像を第3面上に再結像する工程と、 前記第3面に配置された検出器を用いて前記所定のパタ
ーンの像を光電的に検出する工程とを備え、 前記第1面と前記被検面とは、前記投射光学系の主平面
に関して、シャインプルーフの条件を満たし、 前記被検面と前記第2面とは、前記集光光学系の主平面
に関してシャインプルーフの条件を満たし、 前記第2面と前記第3面とは、前記リレー光学系の主平
面に関してシャインプルーフの条件を満たし、 前記第1面上の所定のパターンからは複数の光束が射出
されて、該複数の光束は前記被検面上に達し、 前記被検面にて反射された複数の光束は、1つの光軸上
に配置される両側テレセントリック光学系である前記集
光光学系と、前記1つの光軸上に配置されるリレー光学
系とを介して前記検出器に達することを特徴とする面位
置検出方法。
5. A surface position detecting method for detecting a surface position of a surface to be inspected, wherein an image of a predetermined pattern formed on the first surface is projected from a direction oblique to the surface to be inspected via a projection optical system. Projecting; condensing a light beam reflected on the surface to be inspected via a condensing optical system to form an image of the predetermined pattern on a second surface; Deflecting a light beam to be applied, re-imaging an image of the predetermined pattern formed on the second surface on a third surface via a relay optical system, and disposing the image on the third surface. Detecting the image of the predetermined pattern photoelectrically using the detector, wherein the first surface and the test surface satisfy a Scheimpflug condition with respect to a main plane of the projection optical system. The test surface and the second surface are shy with respect to a main plane of the condensing optical system. The second surface and the third surface satisfy the condition of Scheimpflug with respect to the main plane of the relay optical system, and a plurality of light beams are emitted from a predetermined pattern on the first surface. The plurality of light beams reach the surface to be inspected, and the plurality of light beams reflected by the surface to be inspected are the two-sided telecentric optical system arranged on one optical axis, and the light-collecting optical system. And a relay optical system disposed on the one optical axis to reach the detector.
【請求項6】 レチクル上のパターンを投影光学系を介
してウェハ上に転写する投影露光方法において、 請求項5記載の面位置位置検出方法を用いて前記ウェハ
を位置合わせする工程と、 前記投影光学系を介して前記レチクル上の前記パターン
の像をウェハ上に形成する工程とを有することを特徴と
する投影露光方法。
6. A projection exposure method for transferring a pattern on a reticle onto a wafer via a projection optical system, wherein: the step of aligning the wafer using the surface position detection method according to claim 5; Forming an image of the pattern on the reticle on a wafer via an optical system.
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