JPH0323619A - 焦点合せ方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

［発明の目的】 （産業上の利用分野） 本発明は、投影露光装置やマスク欠陥検査装置等に適用
できる焦点合せ方法およびその装置に関する。 （従来の技術） 周知のように、超ＬＳＩの製造工程では、縮小投影露光
装置が多用される傾向にある。縮小投影露光装置は、通
常、第１１図に示すように、２軸方向に移動自在に配置
された２テーブル１上にウエハ２を固定するとともに、
その上方に投影レンズ３およびレチクル（マスク）４を
配置し、レチクル４の上方から露光光５を照射すること
によってレチクル４に描かれているＬＳＩパターンをウ
ェハ２に転写する構戊となっている。なお、２テーブル
１は、ｚ軸方向へ伸縮自在なアクチュエータ７を介して
ｘ，ｙ方向に移動自在なｘｙテ〜プル８上に支持されて
いる。また、レチクル４は、ｘ＋Ｙ方向に移動自在なレ
チクルテーブル９上に固定されている。 ところで、このような縮小投影露光装置を使って実際に
、レチクル４に描かれているＬＳＩパターンをウェハ２
に転写するときには、転写に先立ってウェハ２の転写面
を投影レンズ３の焦点位置に正確に位置合せする必要が
ある。このようなことから、従来の縮小投影露光装置で
は次のような焦点合せ装置を設けている。 すなわち、２テーブル１上にウェハ２とほぼ同一高さに
フィジシュアルマーク（以後、ＦＭと略称する。）１０
を設けている。このＦＭＩＯは、第１２図に示すように
、透明部分１１とスリット状に形成された複数の反射部
分１２とで構成されている。反射部分１２は、長手辺を
Ｘ方向に向けており、ｙ方向に一定ピッチで配置されて
いる。 一方、レチクル４の斜め上方に、照明光学系１３と検出
光学系１４とを配置している。照明光学系１３は、露光
光５と同一波長の光を送出する光源（通常は露光用光源
を共用している。）１５と、この先源１５から出た光１
６をレンズ１７、ハーフミラー１８、レンズ１９、ミラ
ー２０を介してレチクル４に設けられた透明のレチクル
マーク２１に向けて斜めに照射する案内光学系とで構成
されている。なお、案内光学系は、レチクルマーク２１
に向けて照射される照明光の光軸が、丁度、投影レンズ
３の入射＠２２の中心２３を通るように設定されている
。検出光学系１４は、ミラー２０からハーフミラー１８
に向かう光のうち、ハーフミラー１８を透過した光をレ
ンズ２４、２５、２６からなる拡大光学系を介してＣＣ
Ｄセンサで代表される２次元受光センサ２７に導入して
いる。そして、２次元受光センサ２７の出力を画像処理
装置２８に導入して波形処理した後、マイクロプロセッ
サ２９に導入して解析し、この解析結果に基いて２テー
ブルコントローラ３０からアクチュエータ７へ制御信号
を出力させるようにしている。 この焦点合せ装置は、次のようにして焦点合せを行なう
。すなわち、光源１５から出た光がハーフミラー１８、
ミラー２０を介してレチクル４に設けられた透明のレチ
クルマーク２１を斜め上方から照明する。この照明光の
光軸は、投影レンズ３の入射瞳２２の中心２３を通る。 このため、照明光は、投影レンズ３を透過してＦＭＩＯ
に垂直に入射する。ＦＭＩＯは、第１２図に示すように
、透明部分１１と反射部分１２とを組み合わせて構成さ
れているので、反射部分１２に入射した光は、そのまま
投影レンズ３側へと反射する。この反射された光は、投
影レンズ３を透過してレチクルマーク２１側へと向かう
。したがって、レチクルマーク２１上にはＦＭ１０の像
が形成される。この像は、検出光学系１４の２次元受光
センサ２７の受光面上に結像する。 第１３図は、２次元受光センサ２７の受光面上に結像し
たＦＭＩＯの像の受光面上の位置と光強度Ｉとの関係を
示している。ここで、光強度Ｉのピーク値と焦点位置（
ｚ−０）からのずれｆｉｚとの間には第１４図に示す関
係がある。従来の焦点合せ装置ではｔ上記関係を利用し
、光強度が最大となるようにアクチュエータ７を制御し
てＦＭＩＯ、つまりウェハ２の転写面を投影レンズ３の
焦点に位置合せするようにしている。 しかしながら、上記のように構成された従来の焦点合せ
装置にあっては次のような問題があった。 すなわち、従来装置では、２次元受光センサ２７で受光
されるＦＭパターンの光強度が最大となる位置を探す方
式を採用している。しかし、光源がたとえばエキシマレ
ーザ光源のような場合には、各パルス間の光量のばらつ
きが著しいので、光強度が最大となる点を高感度に検出
することが困難となり、これが原因して焦点合せ精度が
低いと言う問題があった。また、当初は、ＦＭＩＯが投
影レンズ３の焦点位置より上にあるのか、下にあるのか
判明しない。このため、焦点合せに先立ちアクチュエー
タ７を伸縮させて、現在の位置関係を確認しなければな
らず、これが原因して焦点合せに長時間を要する問題も
あった。 （発明が解決しようとする課題） 上述の如く、従来の焦点合せ方法および装置にあっては
、本質的に高精度な焦点合せが困難であるばかりか、焦
点合せに長時間を要する問題があった。 そこで本発明は、構或の複雑化を招くことなく上述した
不具合を解消できる焦点合せ方法およびその装置を提供
することを目的としている。 ［発明の構或］ （課題を解決するための手段） 上記課題を解決するために、本発明の一例では、レンズ
を挟んで一方に第１の基板を配置するとともに他方にパ
ターンの描かれた第２の基板を配置し、上記パターンの
少なくとも一部を上記レンズを通して上記第１の基板上
に投影するために上記レンズの焦点位置に上記第１の基
板面あるいは第２の基板面を位置合せするための装置に
おいて、前記第１あるいは第２の基板を保持する移動テ
ーブルと、この移動テーブルを駆動するアクチュエータ
と、前記第１あるいは第２の基板のうちの一方の基板面
あるいはその近傍に形成あるいは配置された反射手段と
、他方の基板に設けられるとともに一部に不透明マーク
部を有したマーク手段と、このマーク手段に入射した照
明光が前記レンズを透過して前記反射手段に斜めに入射
する関係に照明光を照射する照明光学系と、この照明光
学系から照射された光のうち前記マーク手段、前記レン
ズを透過して前記反射手段に至り、この反射手段に斜め
に入射した後に反射されて上記レンズを再び透過し、前
記マーク手段を背面から照明して透過した背面照明光を
検出する受光手段と、この受光手段の受光面上に結像し
た前記マーク手段の不透明マーク部の像と前記背面照明
光中に含まれて上記受光面上に結像した反射不透明マー
ク部の像との相互関係から焦点ずれ量を検出する検出手
段と、この検出手段によって検出された結果に基いて前
記アクチュエータを制御する制御手段とを設けている。 （作　用） マーク手段に向けて前記関係に照明光を照射すると、こ
の光はマーク手段、レンズを透過して反射手段に至る。 したがって、反射手段にマーク手段の像が形成される。 この像は反射手段で反射され、レンズを通ってマーク手
段を背面から照明する。この背面照明光のうち、マーク
手段を透過した光が受光手段の受光面に入射する。 今、反射手段の高さと基板面の高さとを一致させている
場合を例にとると、反射手段がレンズの焦点位置（ｚ＝
０）にあるときには、背面照明光中の反射不透明マーク
部の像は、丁度、マーク手段に設けられた不透明マーク
部の背面に結像する。 この場合には、マーク手段の不透明マーク部の像だけが
受光手段の受光面に結像する。 一方、反射手段がレンズの焦点位置にないときには、前
述の如く照明光が反射手段に斜めに入射する関係となっ
ているため、マーク手段上において、背面照明光中の反
射不透明マーク部の像が不透明マーク部からずれた位置
に結像する。したがって、この場合には、受光手段の受
光面に不透明マーク部の像と反射不透明マーク部の像と
の両方が結像する。この場合、不透明マーク部の像の光
強度は、通常、反射不透明マーク部の像の光強度より低
い。また、受光面上において、反射不透明マーク部の像
が結像される位置は、反射手段の現在位置によって左右
される。反射手段がレンズの焦点位置より上に位置して
いるときには不透明マーク部の像よりたとえば左側に反
射不透明マーク部の像が結像し、反射手段がレンズの焦
点位置より下に位置しているときには不透明マ，−ク部
の像より右側に反射不透明マーク部の像が結像する。 本発明に係る焦点合せ方法およびその装置では、受光面
上に上記関係に結像する不透明マーク部の像と反射不透
明マーク部の像との相互関係、一例として位置関係から
反射手段、つまり基板面の焦点位置に対するずれ量を検
出し、このずれ量が零となるようにアクチュエータを制
御している。 （実施例） 以下、図面を参照しながら実施例を説明する。 第１図には本発明の一実施例に係る焦点合せ装置を組み
込んだ縮小投影露光装置の概略構成が示されている。こ
の図では第１１図と同一部分が同一符号で示されている
。したがって、重複ナる部分の詳しい説明は省略する。 この実施例に係る黒点合せ装置は次のように構成されて
いる。 すなわち、２テーブル１の上面でウェハ２とほぼ同一高
さ位置に反射ミラー４１を設けている。 なお、予め反射ミラー４１の高さとウェハ２の高さとを
異ならせ、その位置を合焦点位置とすることも可能であ
る。そして、レチクル４の周辺部にレチクルマーク４２
を設けている。 レチクルマーク４２は、第２図に示すように、透明部分
４３と、１本のスリット状の反射部分、つまり不透明マ
ーク部４４とで構成されている。 不透明マーク部４４は長手辺をＸ軸方向に向けている。 なお、第２図において、４５はｘｙ方向のアライメント
に供されるマーク部を示している。 一方、レチクル４の斜め上方に、照明光学系４６と検出
光学系４７とを配置している。照明光学系４６は、露光
光５と同一波長の光を送出する光源４８と、この光源４
８から出た光４９をレンズ５０、ハーフミラー５１、レ
ンズ５２、ミラー５３を介してレチクル４に設けられた
レチクルマーク４２に向けて斜めに照射する案内光学系
とで構成されている。なお、案内光学系は、レチクルマ
ーク４２に向けて照射される照明光の光軸が、投影レン
ズ３の入射＠２２の中心２３を通らないように設定され
ている。 検出光学系４７は、ミラー５３からハーフミラー５１に
向かう光のうち、ハーフミラー５１を透過した光をレン
ズ５４に通し、このレンズ５４から出た光をレンズ５５
、５６からなる高倍率拡大光学系を介してＣＣＤセンサ
で代表される２次元受光センサ５７に導入している。な
お、図中５８はマーク部４５を使ってｘｙ方向のアライ
メントを行うときに用いられる低倍率拡大光学系を示し
ている。 ２次元受光センサ５７の出力は画像処理装置５９に導入
されて波形処理された後、演算装置６０に導入される。 この演算装置６０は後述する演算を行い、その演算結果
をマイクロプロセッサ６１に導入する。そして、マイク
ロプロセッサ６１の出力に応じて２テーブルコントロー
ラ６２からアクチュエータ７へ制御信号が出力される。 次に、上記のように構成された焦点合せ装置の動作を説
明する。 まず、ｘｙテーブル８を制御し、反射ミラー４１が図示
位置となるように２テーブル１をｘｙ方向に移動させる
。この状態で光源４８を動作状態にすると、光源４８か
ら出た光４９はレンズ５０、ハーフミラー５１、レンズ
５２、ミラー５３を介してレチクル４に設けられたレチ
クルマーク４２に向けて照射される。この照明光の光軸
Ｐは、後述するように反射ミラー４１に照明光を斜めに
入射させる必要から投影レンズ３の入射瞳２２の中心２
３を通らない。 照明光はレチクルマーク４２、投影レンズ３を透過して
を２テーブル１上に設けられた反射ミラー４１に斜めに
入射する。したがって、反射ミラー４１にレチクルマー
ク４２の像が形成される。 この像は反射ミラー４１で入射光と等しい角度に反射さ
れ、投影レンズ３を通ってレチクルマーク４２を背面か
ら照明する。なお、第１図中反射ミラー４１からの垂線
で示される反射光の光路は、背面照明光の光路を模式的
に示す仮想光路である。 この背面照明光のうち、レチクルマーク４２を透過した
光がミラー５３、レンズ５２、ハーフミラー５１、レン
ズ５４、５５、５６を介して２次元受光センサ５７の受
光面に入射する。 前述の如く、レチクルマーク４２に照射される照明光の
光軸Ｐは投影レンズ３の入射６１２２の中心２３を通ら
ず、反射ミラー４ｌに斜めに入射する関係となっている
。２テーブル１上に設けられた反射ミラー４１が投影レ
ンズ３の焦点位置（２一〇）にあるときには、背面照明
光中の反射不透明マーク部の像４４ｂが、丁度、レチク
ルマーク４２に設けられた不透明マーク部４４の背面に
結像する。この場合には、不透明マーク部４４の像４４
ｍだけが２次元受光センサ５７の受光面に結像する。 一方、反射ミラー４１が投影レンズ３の焦点位置にない
ときには、照明光が反射ミラー４１に斜めに入射するた
め、背面照明光中の反射不透明マーク部の像４４ｂはレ
チクルマーク４２に設けられた不透明マーク部４４から
ずれた位置に結像する。したがって、この場合には、不
透明マーク部４４の像４４ａと反射不透明マーク部の像
４４ｂとの両方が２次元受光センサ５７の受光面に結像
する。不透明マーク部４４の像４４ａの光強度は、通常
、反射不透明マーク部の像４４ｂの光強度より低い。ま
た、受光面上において反射不透明マーク部の像４４ｂが
結像される位置は、反射ミラー４１の現在位置によって
左右される。すなわち、反射ミラー４１が投影レンズ３
の焦点位置（ｚａｍＯ）より下（２−＋Δｆ）に位置し
ているときには、第３図に示すように、不透明マーク部
４４の像４４ａよりｙ方向右側に反射不透明マーク部の
像４４ｂが結像する。また、反射ミラー４１が投影レン
ズ３の焦点位置（ｚ−０）より上に（ｚ　−一Δｆ）位
置しているときには、第３図中に２点鎖線で示すように
不透明マーク部４４の像４４ａよりｙ方向左側に反射不
透明マーク部の像４４ｂが結像する。 この結像情報は、画像処理装置５９で波形成形された後
、演算装置６０によって次のように処理される。 ｆｆｉ４図（ａ）は反射ミラー４１が投影レンズ３の焦
点位置（ｚ−０）より下（ｚ−＋Δｆ）に位置している
ときに、不透明マーク部４４の像４４ａと反射不透明マ
ーク部の像４４ｂとの結像によって起こる受光面上の光
強度ｌの分布を示している。また、ｍ４図（ｂ）は反射
ミラー４１が投影レンズ３の焦点位置（ｚ−０）より上
（ｚ　−−Δｆ）に位置しているときの受光面上の光強
度■の分布を示している。さらに、第４図（Ｃ）は反射
ミラー４１が投影レンズ３の焦点位置（Ｚ−１０）に位
置しているときに、不透明マーク部４４の像４４ｇの結
像によって起こる受光面上の光強度Ｉの分布を示してい
る。第４図から判るように、受光面上に結像した像４４
ｂの位置は、投影レンズ３の焦点位置に対する反射ミラ
ー４１のずれ量およびずれ方向を表している。 画像処理装置５９は、２次元受光センサ５７の出力に波
形処理を行って光強度が最低ＩＬである点のｙ方向位置
Ｙｏを検出する。この最低点位置ｙ０は、前記説明から
判るように不透明マーク部４４の像４４ａのｙ方向中心
位置である。画像処理装ｒｉ１５９は、さらに一定の光
強度レベル■。を設定し、この光強度レベル！。と光強
度分布曲線とが交わるｙ方向位置）’＋１　　３’２１
　　３／）ｌ　　Ｖａを検出する。そして、ｙｏを基準
にし、ｙｏの両側について、Ｙｏから最も遠い交点位置
をそれぞれ抽出する。第４図（ａ）、（ｂ）に示す場合
には、Ｙ＋＋７４がそれぞれ抽出される。次にｓＹ＋　
と’ｉｏの間の距離Ｙ，およびｙ０とｙ４との間の距離
Ｙ２を検出する。この検出は間欠的に行われる。 そして、検出出力、つまりＹ，，Ｙ２が演算装置６０に
導入される。演算装置６０は、Ｙ，，Ｙ２の大きさから
、投影レンズ３の焦点位置（ｚ−０）を基準にして反射
ミラー４１が現在どちらに位置している判定する。すな
わち％　Ｙｌ　＜ｙ，のときには焦点位置より下に位置
していると判定し、またＹｌ　＞ｙ，のときには焦点位
置より上に位置していると判定し、ざらにＹ，−Ｙ．の
ときには焦点位置に位置していると判定する。Ｙ，＜Ｙ
２、Ｙ，＞ｙ２のときには判定信号をマイクロプロセッ
サ６１に与える。マイクロプロセッサ６１は、判定信号
に対応した＋Ｅ，−Ｈの出力信号を２テーブルコントロ
ーラ６２に与える。２テーブルコントローラ６２は、十
Ｅの入力信号が与えられるとアクチュエータ７を一定の
速度で伸長させる制御信号を出力し、またーＥの入力信
号が与えられるとアクチュエータ７を一定の速度で収縮
させる制御信号を出力する。したがって、ついには第４
図（ｃ）に示すように、Ｙ，一Ｙ２、つまり投影レンズ
３の焦点位置に反射ミラー４１が位置するように２テー
ブル１の高さが自動的に調整され、ここに焦点合わせ動
作が良好に行われることになる。 この場合、焦点ずれ量を検出する手段として、光強度レ
ベルではなく、２次元受光センサ５７の受光面上に結像
する不透明マーク部４４の像４４ａと反射不透明マーク
部の像４４ｂとの相対的な関係から検出するようにして
いるので、照明光源がエキシマレーザ光源のような場合
でも、この光源の影響を受けずに焦点ずれ量を感度良く
検出することができる。その結果、高精度な焦点合わせ
が可能となる。また、当初の位置ずれ方向も直ちに検出
できるので、焦点合わせに要する時間も短くできる。 なお、上述した実施例では、マスクマーク４２に、反射
形で、かつスリット状の不透明マーク部４４を１つだけ
設けているが、第５図に示すように、マスクマーク４２
ｇに反射形で、スリット状をなし、しかも同一寸法の２
つの不透明マーク部７１、７２を平行に設けるようにし
てもよい。このようなマーク構成であると、反射ミラー
４１が投影レンズ３の焦点位置にないとき、つまり焦点
ずれのときには、２次元受光センサ５７の受光面上に第
６図に示すように、不透明マーク部７１、７２の像７１
ａ，７２ａと反射不透明マーク部の像７ｌｂ，？２ｂと
が結像する。この場合も像７１Ｊｌ，７２ａより像７ｌ
ｂ，７２ｂの方が常に明るい。したがって、両像を識別
することは容易である。 ′！Ｊ７図は、結像した像７１ａ，７２ａ，７ｌｂ，７
２ｂによって起こる受光面上の光強度ｌの分布を示して
いる。すなわち、第７図（ａ）は反射ミラー４１が投影
レンズ３の焦点位置（ｚ−０）より下（ｚ−ｍ＋Δｆ）
に位置している場合を示し、第７図（ｂ）は反射ミラー
４１が投影レンズ３の黒点位置（ｚ−０）に位置してい
る場合を示し、第７図（Ｃ）は反射ミラー４１が投影レ
ンズ３の焦点位置（ｚｍＯ）より上（ｚ一−Δｆ）に位
置している場合を示している。 そこで、画像処理装置５９および演算装置６０で次のよ
うな処理を行なわせる。すなわち、第７図に示すように
像７１ａ，７２ａについて光強度が最低ＩＬの点のｙ方
向位置ｙ。ｌ＋Ｙｏ２を検出する。また、所定の光強度
レベルＩ０を設定し、この１。と光強度分布曲線との交
点のｙ方向位置ｙｔ＋　ｙ２１　ｙｉｎ　ｙ４１　Ｖｓ
＋　ｙ６１　）’７１ｙ８を検出する。そして、Ｗａｒ
を基準とし、Ｙｏ１から距離Ｙ。の範囲内で、かつｙ方
向に最も遠い交点位置、第７図（ａ）　　　（ｃ）に示
す例ではｙ４までの距離Ｙ，を検出する。同様に、Ｙｏ
ｚを基準とし、ｙｏ２から距離Ｙ。の範囲内で、かつ反
ｙ方向に最も遠い交点位置、第７図（ａ）、（ｃ）に示
す例ではｙ５までの距Ｍ　Ｙ　２を検出する。これら検
出値Ｙ，，Ｙ２を演算装置６０に導入し、この演算装置
６０においてΔε−ＩＹ’＋−ＩＹｚｌの演算を行なわ
せる。このΔεは第７図および第８図に示すように、焦
点ずれ量とずれ方向とを含んだ値となる。このΔεがマ
イクロプロセッサ６１に与えられる。マイクロプロセッ
サ６１はΔεを零とする制御信号を２テーブルコントロ
ーラ６２に与える。したがって、このようにしても前記
実施例と同様、良好に焦点合わせを行うことができる。 上述した実施例では、Ｙ，とＹ２とが等しくなるように
アクチュエータ７を制御しているが、第７図（ｂ）から
判るように、反射ミラー４１が投影レンズ３の焦点位置
に位置したとき、像７１ａ，７２ａの光強度分布は、光
強度の最低点位置ｙ。Ｉ，Ｙｏ２を境にして対称となる
。したがって、位置）’　Ｏｌ＋　　）＋　０２を基準
にし両側の光強度分布を積分し、この積分値の差が零と
なるようにアクチュエータ７を制御してもよい。たとえ
ば、第７図（ａ）、（ｃ）に示す場合を例にとると、レ
ベル！。との交点位置ｙ，から中心位置ｙｏ，までの光
強度分布（ただし、！。以下の領域のみ）を積分して積
分値ＳＩを得る。同様に中心位置ｙ０，から交点位置ｙ
４までの光強度分布を積分して積分値Ｓ２を得る。また
、交点位置ｙ，から中心位置Ｙｏ２までの光強度分布を
積分して積分値Ｓ３を得、さらに中心位置ｙ０，から交
点位置ｙ８までの光強度分布を積分して積分値Ｓ４を得
る。そして、Ｓ，−Ｓ２一〇あるいはＳｓ−３４−０と
なるようにアクチュエータ７を制御してもよい。勿論、
Ｓ２−Ｓ，一〇あるいはＳ．−Ｓ４　−０となるように
アクチュエータ７を制御してもよい。 また、第７図（ｂ）から判るように、反射ミラー４１が
投影レンズ３の焦点位置上にあるときには、レベルｌ。 との交点位置は中心位置Ｙ　Ｏｌ＋”ｌｏ２を境にして
両側にそれぞれ１箇所しか現れない。そして、各像につ
いて上記交点を結ぶ距離ｊｌｔ、ｆｉ２は、他の如何な
る条件の場合より最小となる。したがって、ｙ１とｙ４
とを結ぶ距離ｐ，を検出するとともにｙ，とｙ８とを結
ぶ距離ｆｌ２を検出し、ｆｌｓあるいはｐ２が最小とな
るようにアクチュエータ７を制御するようにしてもよい
。 第９図は第１図における照明光学系４６をより実用的に
構成した実施例を示すもので、第１図と同一部分が同一
符号で示してある。したがって、重複する部分の詳細な
説明は省略する。 この実施例における照明光学系４６ａでは、光源４８か
ら出射された光４９をレンズ５０、プレーンパラレル８
１、ハーフミラー５１、ミラー５３、レンズ８２を介し
てレチクル４に設けられたレチクルマーク４２に向けて
斜めに入射させている。そして、先の実施例と同様に、
反射ミラー４１に斜めに光を入射させるために照明光の
光軸が投影レンズ３の入射＠２２の中心２３を通らない
ようにしている。 プレーンパラレル８１は、従来の照明光学系でも用いら
れる場合が多い。この実施例では、そのブレーンパラレ
ル８１を利用している。なお、初期状態を設定するため
に、照明光が入射瞳２２の中心２３を通るようにブレー
ンパラレル８１の角度を一旦設定し、ブリアライメント
を行った後にプレーンパラレル８１の角度を変えて照明
光が入射＠２２の中心２３を通らないようにして本発明
のアライメントを行ってもよい。 第１０図には本発明の焦点合わせ装置をマスク欠陥検査
装置に適用した実施例が示されている。 なお、この図では第１図および第９図と同一部分あるい
は相当する部分を同一符号で示してある。 したがって、重複する部分の詳しい説明は省略する。 検査対象となるレチクル９１は、アクチュエータ７によ
って２軸方向の位置が可変される２テーブル９２の上面
に支持されている。このマスク欠陥検査装置では、検査
照明系９３でレチクル９１を上面から照明し、レチクル
９１のパターンの、たとえば一部を対物レンズ９４を通
して拡大し、これを基準レチクル９５面上に投影する。 そして、この基準レチクル９５の投影面とほぼ同一高さ
に設けられたセンサ（たとえばＣＣＤセンサ）９６で投
影されたパターンを検出して検査するようにしている。 ここで、対物レンズ９４の焦点に検査対象となるレチク
ル９１の面を合わせるために本発明の焦点合せ方法が適
用されている。レチクルマーク４２は基準レチクル９５
の周辺部に設けられている。このレチクルマーク４２に
光源４８から出射した光４９がレンズ５０，プレーンパ
ラレル８１、ハーフミラー５１、ミラー５３、レンズ８
２を介して斜めに照射される。この照射光は、対物９４
の入射＠９７の中心９８を通らずにレチクル９１の面に
斜めに入射する。この実施例では、反射ミラー４１を設
ける代りにレチクル９１に形成された鏡面を利用してい
る。このレチクル９１の面で反射した光は、先の実施何
と同様に対物レンズ９４を通ってレチクル４２を背面か
ら照明する。 この背面照明光のうち、レチクルマーク４２を透過した
光が２次元受光センサ５７の受光面に入射する。したが
って、前記実施例と同様の作用、効果が得られることな
る。 なお、上述した実施例では、反射手段としての反射ミラ
ー４１あるいはレチクル面に照明光を斜めに入射させる
ために、対物レンズの入射瞳の中心を通らないように照
明光を照射しているが、これに限定されるものではなく
、従来と同様に入射瞳の中心を通るように照明光を照射
し、たとえば途中に設けた光路変更光学系等により光路
を変更させ、結果として反射手段に斜めに光が入射する
ようにしてもよい。また、反射ミラー４１を用いずにウ
ェハ２の鏡面を利用してもよいことは明白である。また
、上記実施例はレンズが片テ−レセントリックの例であ
るが、両テレセントリックのものにも同様に適用できる
。 さらに、上記実施例では、レンズの焦点位置に位置合せ
すべき基板に反射手段を、他方の基板にマーク手段を設
けているが、逆の構成でも勿論よい。

【発明の効果】

以上のように、本発明によれば、焦点ずれ量を感度良く
検出できるので、その結果として精度の高い焦点合わせ
が実現できる。したがって、温度、圧力、照明光波長の
変動に伴う投影レンズの焦点位置変化に関係なく焦点合
わせを正確に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る焦点合せ装置を組み込
んだ縮小投影露光装置の概略構成図、第２図は同焦点合
せ装置の一部をなすレチクル（マスク）マークの平面図
、第３図は２次元受光センサの受光面に結像する不透明
マーク部の像および反射不透明マーク部の像の位置関係
と焦点ずれとの関係を説明するための図、第４図は同焦
点合せ装置の動作を説明するための図、第５図は本発明
の別の実施例に係る焦点合せ装置におけるレ゛チクルマ
ークの平面図、第６図は同装置における２次元受光セン
サの受光面に結像する不透明マーク部の像および反射不
透明マーク部の像の位置関係と焦点ずれとの関係を説明
するための図、第７図および第８図は同焦点合せ装置の
動作を説明するための図、第９図は本発明の別の実施例
に係る焦点合せ装置を組み込んだ縮小投影露光装置の概
略構成図、第１０図は本発明のさらに別の実施例に係る
焦点合せ装置を組み込んだマスク欠陥検査装置の概略構
成図、ｊｆｉｌｌ図は従来の焦点合せ装置を組み込んだ
縮小投影露光装置の概略構成図、第１２図は同焦点合せ
装置で用いているフィジェシアルマークの平面図、第１
３図および第１４図は同焦点合せ装置の原理を説明する
ための図である．１・・・２テーブル、２・・・ウエハ
、３、９４・・・投影レンズ、４、９１・・・レチクル
、５・・・露光光、７・・・アクチュエータ、２２、９
７・・・入射瞳、２３、９８・・・入射瞳の中心、４１
・・・反射ミラー、４２、４２ａ・・・レチクル（マス
ク）マーク、４３・・・透明部、４４、７１、７２・・
・不透明マーク部、４４ａ，７１ａ，７２ａ−・・不透
明マーク部の像、４４ｂ，７ｌｂ，７２ｂ・・・反射不
透明マーク部の像、４６、４６ａ・・・照明光学系、４
７，４７８・・・検出光学系、５７・・・２次元受光セ
ンサ、５９・・・画像処理装置、６０・・・演算装置、
６１・・・マイクロプロセッサ、６２・・・２テーブル
コントローラ。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）レンズを挟んで一方に第１の基板を配置するとと
   もに他方にパターンの描かれた第２の基板を配置し、上
   記パターンの少なくとも一部を上記レンズを通して上記
   第１の基板上に投影するために上記レンズの焦点位置に
   上記第１の基板あるいは第２の基板面を位置合せするた
   めの装置であって、前記第１あるいは第２の基板を保持
   する移動テーブルと、この移動テーブルを駆動するアク
   チュエータと、前記第１あるいは第２の基板のうちの一
   方の基板面あるいはその近傍に形成あるいは配置された
   反射手段と、他方の基板に設けられるとともに一部に不
   透明マーク部を有したマーク手段と、このマーク手段に
   入射した照明光が前記レンズを透過して前記反射手段に
   斜めに入射する関係に照明光を照射する照明光学系と、
   この照明光学系から照射された光のうち前記マーク手段
   、前記レンズを透過して前記反射手段に至り、この反射
   手段に斜めに入射した後に反射されて上記レンズを再び
   透過し、前記マーク手段を背面から照明して透過した背
   面照明光を検出する受光手段と、この受光手段の受光面
   上に結像した前記マーク手段の不透明マーク部の像と前
   記背面照明光中に含まれて上記受光面上に結像した反射
   不透明マーク部の像との相互関係から焦点ずれ量を検出
   する検出手段と、この検出手段によって検出された結果
   に基いて前記アクチュエータを制御する制御手段とを具
   備してなることを特徴とする焦点合せ装置。
2. （２）レンズを挟んで一方に第１の基板を配置するとと
   もに他方にパターンの描かれた第２の基板を配置し、上
   記パターンの少なくとも一部を上記レンズを通して上記
   第１の基板上に投影するために上記レンズの焦点位置に
   上記第１の基板あるいは第２の基板面を位置合せするた
   めの方法であって、その表面あるいはその近傍に光を反
   射する反射手段が形成あるいは設けられている前記第１
   あるいは第２の一方の基板と、一部に不透明マーク部を
   有したマーク手段が設けられた他方の基板とを準備する
   とともに、上記第１あるいは第２の基板の少なくとも一
   方をアクチュエータにより駆動される移動テーブルに保
   持し、照明光学系から照射された照明光が前記マーク手
   段に入射した後に前記レンズを透過して前記反射手段に
   斜めに入射するように照明光を照射し、この照明光が前
   記反射手段に入射した後に反射されて前記レンズを再び
   透過し、前記マーク手段を背面から照明して透過した背
   面照明光を受光手段で受光し、前記受光手段の受光面上
   に結像した前記マーク手段の不透明マーク部の像と前記
   背面照明光中に含まれて上記受光面上に結像した反射不
   透明マーク部の像との相互関係から焦点ずれ量を検出手
   段で検出し、この検出手段によって検出された結果に基
   いて前記移動テーブルを駆動するアクチュエータを制御
   して焦点位置合せを行なうことを特徴とする焦点合せ方
   法。
3. （３）前記照明光は、光軸が前記レンズの入射瞳の中心
   を通らない関係に前記マーク手段に向けて照射されるこ
   とを特徴とする請求項２に記載の焦点合せ方法。
4. （４）前記照明光は、光軸が前記レンズの入射瞳のほぼ
   中心を通る関係に照射された後に光路途中に設けられた
   光路変更手段によって光路を変えられ、前記反射手段に
   斜めに入射することを特徴とする請求項２に記載の焦点
   合せ方法。
5. （５）前記検出手段は、前記受光面上に結像した象の位
   置関係を検出し、それに基いて焦点ずれ量を検出すると
   ともに合焦点位置からの位置ずれ方向をも検出すること
   を特徴とする請求項２に記載の焦点合せ方法。
6. （６）前記反射手段は、前記移動テーブル上に設けられ
   た反射ミラーであることを特徴とする請求項２に記載の
   焦点合せ方法。
7. （７）前記反射手段は、前記一方の基板のほぼ鏡面に形
   成されている表面を利用したものであることを特徴とす
   る請求項２に記載の位置合せ方法。
8. （８）前記マーク手段の不透明マーク部は、少なくとも
   １本のスリット状に形成されてなることを特徴とする請
   求項２に記載の焦点合せ方法。
9. （９）前記照明光学系の光源としてレーザ光を用いるこ
   とを特徴とする請求項２に記載の焦点合せ方法。
10. （１０）前記レーザ光は、エキシマレーザ光であること
    を特徴とする請求項９に記載の焦点合せ方法。