JPH05226222A - Alignment device of aligner - Google Patents

Alignment device of aligner

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Publication number
JPH05226222A
JPH05226222A JP4059277A JP5927792A JPH05226222A JP H05226222 A JPH05226222 A JP H05226222A JP 4059277 A JP4059277 A JP 4059277A JP 5927792 A JP5927792 A JP 5927792A JP H05226222 A JPH05226222 A JP H05226222A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
alignment
dichroic mirror
beam splitter
reticle
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP4059277A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koichiro Komatsu
宏一郎 小松
Hideo Mizutani
英夫 水谷
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP4059277A priority Critical patent/JPH05226222A/en
Publication of JPH05226222A publication Critical patent/JPH05226222A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PURPOSE:To reduce the loss of the light quantity of a beam of irradiation light for alignment use when the beam of irradiation light for alignment use is made incident via a dichroic mirror. CONSTITUTION:A mark on a reticle R is irradiated with a beam of light from a light source 3 via a polarizing beam splitter 9, a phase compensation plate 11 and a dichroic mirror 2. A beam of reflected light from the mark on the reticle R is returned to the polarizing beam splitter 9 via the dichroic mirror 2 and the phase compensation plate 11. The beam of reflected light at the polarizing beam splitter 9 is guided to photoelectric sensors 13, 14. The phase compensation plate 11 and the dichroic mirror 2 act as a quarter-wave plate as a whole.

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、例えば半導体素子製造
用の縮小投影型露光装置においてレチクルとウェハとの
位置合わせを行うアライメント装置に適用して好適な露
光装置の位置合わせ装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an aligner for an exposure apparatus suitable for application to an alignment apparatus for aligning a reticle and a wafer in a reduction projection type exposure apparatus for manufacturing semiconductor devices, for example.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子等を製造する際に、レチクル
に形成された原画パターンを所定の縮小倍率の投影光学
系を介してステップ・アンド・リピート方式でウェハ等
の基板上の所定位置に順次露光する縮小投影型露光装置
(ステッパー)が使用されている。このような露光装置
を用いて例えば半導体素子を製造する場合には、ウェハ
表面に多数層の回路パターンを形成するので、数回〜数
十回のマスクワークが必要になる。このマスクワークの
主な作業は、新たに重ね合わせて露光すべきレチクルの
パターン像と、既にウェハ上に形成された回路パターン
領域とを精密に位置合わせするアライメント作業であ
る。
2. Description of the Related Art When manufacturing a semiconductor device or the like, an original image pattern formed on a reticle is sequentially transferred to a predetermined position on a substrate such as a wafer by a step-and-repeat method via a projection optical system having a predetermined reduction magnification. A reduction projection type exposure apparatus (stepper) for exposing is used. When a semiconductor element is manufactured using such an exposure apparatus, a mask work of several times to several tens of times is required because a large number of layers of circuit patterns are formed on the wafer surface. The main work of this mask work is an alignment work for precisely aligning the pattern image of the reticle to be newly superimposed and exposed with the circuit pattern region already formed on the wafer.

【0003】現在、実用化されている投影露光装置の多
くには、レチクルとウェハとを光学的に自動的に位置合
わせする自動アライメント装置が組み込まれており、こ
れにより半導体素子製造のスループットが向上してい
る。ところで、この自動アライメント装置には種々の方
式があるが、その内で最も精度が高いと期待されている
方式の一つに、TTR(スルー・ザ・レチクル)方式と
呼ばれているものがある。これは、レチクルの回路パタ
ーン領域周辺のアライメントマークと、ウェハ上の各シ
ョット領域周辺に形成されたアライメントマークとを、
レチクルの上方に配置したアライメント光学系によって
同時に検出し、両マークのずれを直接計測し、レチクル
又はウェハをそのずれ量が所定量になるように微動させ
る方式である。
Currently, many of the projection exposure apparatuses that have been put into practical use incorporate an automatic alignment apparatus for optically and automatically aligning a reticle and a wafer, which improves the throughput of semiconductor device manufacturing. is doing. By the way, there are various methods for this automatic alignment apparatus, and one of the methods expected to have the highest accuracy among them is called a TTR (through-the-reticle) method. .. The alignment mark around the circuit pattern area of the reticle and the alignment mark formed around each shot area on the wafer are
This is a method in which an alignment optical system arranged above the reticle detects the deviations at the same time by directly detecting the deviations of both marks, and finely moves the reticle or the wafer so that the deviation amount becomes a predetermined amount.

【0004】図6はそのようなTTR方式のアライメン
ト装置が組み込まれた従来の投影型露光装置の要部を簡
略化して示し、この図6において、1は主コンデンサレ
ンズ、2は波長選択性を有するダイクロイックミラー、
Rはレチクルであり、ダイクロイックミラー2はレチク
ルR上に45°の傾斜角で固定されている。また、レチ
クルRのパターン領域の周辺部にはアライメントマーク
RM及び窓部が形成されている。図示省略した露光用光
学系より供給された露光光ILが主コンデンサレンズ1
により主光線がほぼ平行な光束に変換され、この変換後
の露光光ILがダイクロイックミラー2により反射され
てレチクルRのパターン領域を均一な照度で照明する。
レチクルRを透過した露光光は両側又は片側テレセント
リックな投影光学系PLを介してウェハW上に集束さ
れ、これによりレチクルRの回路パターンがウェハW上
の所定のショット領域に転写される。ウェハW上の各シ
ョット領域の近傍にもそれぞれアライメントマークWM
が形成されている。
FIG. 6 is a simplified view of a main part of a conventional projection type exposure apparatus incorporating such a TTR type alignment apparatus. In FIG. 6, 1 is a main condenser lens and 2 is a wavelength selectivity. Have dichroic mirror,
R is a reticle, and the dichroic mirror 2 is fixed on the reticle R at an inclination angle of 45 °. Further, an alignment mark RM and a window are formed in the peripheral portion of the pattern area of the reticle R. The exposure light IL supplied from an exposure optical system (not shown) is supplied to the main condenser lens 1
By this, the principal ray is converted into a substantially parallel luminous flux, and the converted exposure light IL is reflected by the dichroic mirror 2 to illuminate the pattern area of the reticle R with uniform illuminance.
The exposure light transmitted through the reticle R is focused on the wafer W via the projection optical system PL which is telecentric on both sides or one side, and the circuit pattern of the reticle R is transferred to a predetermined shot area on the wafer W. The alignment mark WM is also provided near each shot area on the wafer W.
Are formed.

【0005】露光光ILとしては、ウェハW上のレジス
トに対する感光性のある波長帯の光である水銀ランプの
g線、i線又はKrFエキシマレーザ光等が使用され
る。また、アライメント用の照明光としては、ウェハW
上のレジストに対する感光性の弱い、通常は露光光より
も長波長帯の光が使用される。アライメント用の照明光
としては、例えば波長633nmのHe−Neレーザ光
等が使用される。そして、ダイクロイックミラー2は、
露光光に対しては例えば90%以上の反射率を有し、ア
ライメント用の照明光に対しては例えば50%以上の透
過率を有するものである。
As the exposure light IL, a g-line, an i-line of a mercury lamp, a KrF excimer laser beam, or the like, which is a light in a wavelength band that is sensitive to the resist on the wafer W, is used. The wafer W is used as the illumination light for alignment.
Light having a low photosensitivity to the above resist, which is usually in a longer wavelength band than the exposure light, is used. As the illumination light for alignment, for example, He-Ne laser light having a wavelength of 633 nm or the like is used. And the dichroic mirror 2
It has a reflectance of 90% or more for exposure light and a transmittance of 50% or more for illumination light for alignment.

【0006】ダイクロイックミラー2の上方に配置され
たアライメント光学系において、光源3から射出された
アライメント用の照明光ALは送光系の第2対物レンズ
4によりほぼ平行な光束に変換されてビームスプリッタ
ー5に入射する。このビームスプリッター5の接合面で
反射された照明光ALは、第1対物レンズ6により集束
されてダイクロイックミラー2を透過してレチクルR上
のアライメントマークRM及び窓部を照明する。光源3
の射出面とレチクルRのパターン面とはほぼ共役であ
る。このアライメントマークRMから反射された照明光
ALはダイクロイックミラー2を透過した後、第1対物
レンズ6によりほぼ平行光束に変換されてビームスプリ
ッター5に入射し、このビームスプリッター5の接合面
を透過した照明光が受光系の第2対物レンズ7により光
電センサ8の受光面に集束され、この受光面にレチクル
RのアライメントマークRMの像が結像される。光電セ
ンサ8としては、2次元の電荷結合型撮像素子(CC
D)等が使用される。
In the alignment optical system arranged above the dichroic mirror 2, the illumination light AL for alignment emitted from the light source 3 is converted into a substantially parallel light flux by the second objective lens 4 of the light transmission system and is then beam splitter. It is incident on 5. The illumination light AL reflected by the cemented surface of the beam splitter 5 is focused by the first objective lens 6, transmitted through the dichroic mirror 2, and illuminates the alignment mark RM and the window portion on the reticle R. Light source 3
And the pattern surface of the reticle R are almost conjugate. The illumination light AL reflected from the alignment mark RM passes through the dichroic mirror 2, is converted into a substantially parallel light flux by the first objective lens 6, enters the beam splitter 5, and is transmitted through the joint surface of the beam splitter 5. The illumination light is focused on the light receiving surface of the photoelectric sensor 8 by the second objective lens 7 of the light receiving system, and the image of the alignment mark RM of the reticle R is formed on this light receiving surface. As the photoelectric sensor 8, a two-dimensional charge-coupled image sensor (CC
D) or the like is used.

【0007】一方、レチクルRの窓部を透過した照明光
ALは投影光学系PLを介してウェハW上のアライメン
トマークWM上に集束される。このアライメントマーク
WMから反射された照明光ALは投影光学系PL、レチ
クルRの窓部、ダイクロイックミラー2及び第1対物レ
ンズ6を経てビームスプリッター5に入射し、ビームス
プリッター5の接合面を透過した照明光ALは受光系の
第2対物レンズ7により光電センサ8の受光面に集束さ
れる。この受光面にはウェハW上のアライメントマーク
WMの像がレチクルRのアライメントマークRMの像と
平行に結像される。光電センサ8からの撮像信号を処理
して両マークの像の位置ずれに対応する信号を求め、こ
の信号に基づいてレチクルRが載置されているレチクル
ステージ又はウェハWが載置されているウェハステージ
を微動することにより、アライメントが自動的に行われ
る。
On the other hand, the illumination light AL transmitted through the window portion of the reticle R is focused on the alignment mark WM on the wafer W via the projection optical system PL. The illumination light AL reflected from the alignment mark WM enters the beam splitter 5 through the projection optical system PL, the window portion of the reticle R, the dichroic mirror 2 and the first objective lens 6, and passes through the joint surface of the beam splitter 5. The illumination light AL is focused on the light receiving surface of the photoelectric sensor 8 by the second objective lens 7 of the light receiving system. An image of the alignment mark WM on the wafer W is formed on the light receiving surface in parallel with the image of the alignment mark RM of the reticle R. The image pickup signal from the photoelectric sensor 8 is processed to obtain a signal corresponding to the positional deviation of the images of both marks, and based on this signal, the reticle stage on which the reticle R is placed or the wafer on which the wafer W is placed. The alignment is automatically performed by slightly moving the stage.

【0008】なお、投影光学系PLは露光光ILに関し
て収差が補正されており、アライメント光学系の照明光
ALに関しては色収差が存在する場合があるが、このよ
うな場合には、例えば光電センサ8を光軸方向に離して
2個設け、各光電センサで個別にアライメントマークR
Mの像及びアライメントマークWMの像を検出する。
The projection optical system PL has its aberration corrected with respect to the exposure light IL, and there may be chromatic aberration with respect to the illumination light AL of the alignment optical system. In such a case, for example, the photoelectric sensor 8 is used. 2 are provided apart from each other in the optical axis direction, and the alignment mark R is individually set for each photoelectric sensor.
The image of M and the image of the alignment mark WM are detected.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術においては、アライメント光学系の送光系と受光系
との分離にビームスプリッタを用いているためビームス
プリッタを通過する際に、光量が半分ずつ失われること
になる。この例で示した場合には往復で光量の3/4が
失われる。これに関して、例えば特開昭63−2293
05号公報に開示されているように、送光系と受光系と
の分離に偏光ビームスプリッターを用いることにより、
原理的には光量を損失を少なくすることができる。
However, in the prior art, since the beam splitter is used to separate the light-transmitting system and the light-receiving system of the alignment optical system, the amount of light is half when passing through the beam splitter. Will be lost. In the case shown in this example, 3/4 of the amount of light is lost in the round trip. In this regard, for example, JP-A-63-2293
As disclosed in Japanese Patent Publication No. 05, by using a polarization beam splitter for separating the light transmitting system and the light receiving system,
In principle, it is possible to reduce the amount of light loss.

【0010】図7は、図6においてビームスプリッター
5の代わりに偏光ビームスプリッター9を用いたアライ
メント光学系を簡略化して示し、この図7において、偏
光ビームスプリッター9と第1対物レンズ6との間には
更に1/4波長板10が配置されている。光源3からは
図7の紙面に垂直な方向に直線偏光した照明光、即ちプ
リズム型の偏光ビームスプリッター9に対してS偏光の
照明光が射出され、このS偏光の照明光は送光系の第2
対物レンズ4を介して偏光ビームスプリッター9に入射
する。偏光ビームスプリッター9の接合面はS偏光成分
をほぼ全て反射すると共に、P偏光成分をほぼ全て透過
するものであり、偏光ビームスプリッター9の接合面に
より反射されたS偏光の照明光は、次に1/4波長板1
0に入射する。そして、1/4波長板10により円偏光
に変換された照明光は、第1対物レンズ6により図示省
略したダイクロイックミラーを経てレチクルR上に照射
され、レチクルRの窓部を透過した照明光は更にウェハ
W上に照射される。
FIG. 7 shows a simplified alignment optical system using a polarization beam splitter 9 in place of the beam splitter 5 in FIG. 6, and in FIG. 7, the alignment optical system between the polarization beam splitter 9 and the first objective lens 6 is shown. Further, a quarter-wave plate 10 is arranged on. Illumination light linearly polarized in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 7, that is, S-polarization illumination light is emitted from the prism type polarization beam splitter 9, and this S-polarization illumination light is emitted from the light transmitting system. Second
It enters the polarization beam splitter 9 via the objective lens 4. The joint surface of the polarization beam splitter 9 reflects almost all S-polarized light components and almost all the P-polarized light components, and the S-polarized illumination light reflected by the joint surface of the polarization beam splitter 9 is 1/4 wave plate 1
It is incident on 0. Then, the illuminating light converted into circularly polarized light by the ¼ wavelength plate 10 is irradiated onto the reticle R by the first objective lens 6 through a dichroic mirror (not shown), and the illuminating light transmitted through the window of the reticle R is Further, the wafer W is irradiated.

【0011】レチクルR又はウェハWにより散乱又は回
折された反射光は、円偏光の回転方向が逆転する。回転
方向が逆転した円偏光の反射光は第1対物レンズ6を経
て再び1/4波長板10に入射し、この1/4波長板1
0により図7の紙面に平行な方向の直線偏光、即ち偏光
ビームスプリッター9に対するP偏光の反射光に変換さ
れる。このP偏光の反射光は、偏光ビームスプリッター
9の接合面をそのまま透過して、受光系の第2対物レン
ズ7により光電センサ8の受光面に集束される。このよ
うにすると、ダイクロイックミラーの影響を無視した場
合には、原理的に光量の損失を無くすことができる。
The rotation direction of the circularly polarized light of the reflected light scattered or diffracted by the reticle R or the wafer W is reversed. The circularly polarized reflected light whose rotation direction is reversed enters the quarter wavelength plate 10 again through the first objective lens 6, and the quarter wavelength plate 1
By 0, it is converted into linearly polarized light in a direction parallel to the paper surface of FIG. 7, that is, P-polarized reflected light to the polarization beam splitter 9. The P-polarized reflected light passes through the joint surface of the polarization beam splitter 9 as it is, and is focused on the light receiving surface of the photoelectric sensor 8 by the second objective lens 7 of the light receiving system. In this way, in principle, when the influence of the dichroic mirror is ignored, the loss of the light quantity can be eliminated.

【0012】しかしながら、実際には図6のダイクロイ
ックミラー2をアライメント用の照明光が透過する際
に、P偏光とS偏光とでは位相の変化量が異なるため
に、円偏光の状態が維持されなくなり、図7の偏光ビー
ムスプリッター9において光量の損失が生じる不都合が
ある。これに関して詳細に説明するに、TTR方式のア
ライメント光学系においては、ウェハ、レチクル共に露
光装置上で位置合わせ動作を行うために転写するパター
ンの露光エリアに従ってアライメントマークを入れる位
置を投影光学系PLの中心に対して可変にしなくてはな
らない。従って、アライメント光学系の視野位置を可変
としなくてはならない。
However, when the illumination light for alignment is actually transmitted through the dichroic mirror 2 shown in FIG. 6, the amount of change in phase between P-polarized light and S-polarized light is different, so that the state of circular polarization is not maintained. However, there is a problem that a loss of light quantity occurs in the polarization beam splitter 9 of FIG. As will be described in detail with respect to this, in the TTR type alignment optical system, both the wafer and the reticle are aligned with the projection optical system PL at a position where an alignment mark is placed according to an exposure area of a pattern to be transferred for performing an alignment operation on the exposure apparatus. It must be variable with respect to the center. Therefore, the visual field position of the alignment optical system must be variable.

【0013】更に、露光の性能を左右する光学系に対し
影響(例えば、ケラレなど)を与えないようにしなくて
はならない。そのためには図6の如くレチクルRの照明
光学系側にダイクロイックミラー2を設け露光光ILと
アライメント光ALとを分離するような構成にする必要
がある。且つ、前記の手段によりアライメント光の光量
を増すためには、円偏光がダイクロイックミラー2を通
過しても円偏光の状態に変化がないようにしなくてはな
らない。ところが露光光は高い解像力を得るためにg
線、i線などの紫外線を用いているため蒸着物質等に制
限がある。更に、露光時間を短くするために光量が大き
いので吸収等があると熱膨張によりダイクロイックミラ
ー2が割れてしまう。そこで、ダイクロイックミラー2
におけるコーティング膜及びガラス基板での吸収をほと
んど0となるまで押さえなくてはならない。このためコ
ーティング膜の設計が難しく、上記の条件を満たしつつ
アライメント光ALに対するP偏光及びS偏光に対する
位相差を0とするような設計は困難であり、偏光ビーム
スプリッター9と1/4波長板10とを組み合わせてア
ライメント光ALの光量を増大させることは困難であっ
た。
Furthermore, it is necessary to prevent the optical system that influences the exposure performance from being affected (eg, vignetting). For that purpose, it is necessary to provide the dichroic mirror 2 on the illumination optical system side of the reticle R as shown in FIG. 6 so as to separate the exposure light IL and the alignment light AL. In addition, in order to increase the light quantity of the alignment light by the above means, it is necessary to prevent the circularly polarized light from changing in the circularly polarized light state even after passing through the dichroic mirror 2. However, in order to obtain high resolution, the exposure light is g
Since ultraviolet rays such as X-rays and i-rays are used, there are restrictions on vapor deposition materials and the like. Furthermore, since the amount of light is large in order to shorten the exposure time, if there is absorption or the like, the dichroic mirror 2 will break due to thermal expansion. Therefore, dichroic mirror 2
The absorption in the coating film and the glass substrate in 1 must be suppressed until it becomes almost zero. Therefore, it is difficult to design the coating film, and it is difficult to design the phase difference between the P-polarized light and the S-polarized light for the alignment light AL to be 0 while satisfying the above conditions. It has been difficult to increase the light amount of the alignment light AL by combining and.

【0014】本発明は斯かる点に鑑み、ダイクロイック
ミラーを介してアライメント用の照明光を入射すること
によりアライメントを行う場合に、そのアライメント用
の照明光の光量の損失が少ない露光装置の位置合わせ装
置を提供することを目的とする。
In view of the above problems, the present invention performs alignment of an exposure apparatus in which the alignment illumination light is incident through a dichroic mirror and alignment is performed with less loss of the alignment illumination light quantity. The purpose is to provide a device.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明による露光装置の
位置合わせ装置は、例えば図1に示す如く、露光用光源
からの露光光ILをダイクロイックミラー(2)を介し
て第1物体Rに照明し、この第1物体Rのパターンを第
2物体W上に露光する際に、その第1物体Rと第2物体
Wとの相対的な位置合わせを行う露光装置の位置合わせ
装置において、そのダイクロイックミラー(2)をその
露光光ILとは異なる方向から介してその第1物体R及
び第2物体Wの各アライメントマークを照明する送光系
(3,4,6)と、そのダイクロイックミラー(2)を
介して戻って来るその第1物体R及び第2物体Wの各ア
ライメントマークからの光を受光する受光系(6,7,
12,13,14)と、その送光系からそのダイクロイ
ックミラー(2)に向かうアライメント光ALとそのダ
イクロイックミラー(2)からその受光系に向かうアラ
イメント光ALとを分離する偏光ビームスプリッター
(9)と、この偏光ビームスプリッター(9)とその第
1物体Rとの光路間に配置されそのダイクロイックミラ
ー(2)と共に4分の1波長板として作用する光学素子
(11)とを設けたものである。
The alignment device for an exposure apparatus according to the present invention illuminates a first object R with exposure light IL from an exposure light source via a dichroic mirror (2), as shown in FIG. 1, for example. Then, when the pattern of the first object R is exposed on the second object W, the dichroic alignment device of the exposure apparatus performs relative alignment between the first object R and the second object W. A light transmission system (3, 4, 6) for illuminating the alignment marks of the first object R and the second object W through the mirror (2) from a direction different from the exposure light IL, and the dichroic mirror (2). ), Which receives light from the alignment marks of the first object R and the second object W returning via the light receiving system (6, 7,
12, 13, 14), and a polarization beam splitter (9) for separating the alignment light AL directed from the light transmitting system to the dichroic mirror (2) and the alignment light AL directed from the dichroic mirror (2) to the light receiving system. And an optical element (11) arranged in the optical path between the polarization beam splitter (9) and the first object R and acting as a quarter-wave plate together with the dichroic mirror (2). ..

【0016】この場合、例えば図2に示すように、その
偏光ビームスプリッター(9)の光学軸とそのダイクロ
イックミラー(2)の光学軸との相対角度を45°に設
定するようにしてもよい。
In this case, for example, as shown in FIG. 2, the relative angle between the optical axis of the polarization beam splitter (9) and the optical axis of the dichroic mirror (2) may be set to 45 °.

【0017】[0017]

【作用】斯かる本発明によれば、ダイクロイックミラー
(2)の位相特性を積極的に利用して、その光学素子
(11)とダイクロイックミラー(2)とで4分の1波
長板が構成される。従って、アライメント光の送光系か
ら偏光ビームスプリッター(9)に対して所定の直線偏
光の光を供給すると、偏光ビームスプリッター(9)か
ら射出されてそれら光学素子(11)及びダイクロイッ
クミラー(2)を経たアライメント光の偏光状態は円偏
光になる。そして、第1物体R及び第2物体Wから反射
されてくるアライメント光は逆回りの円偏光となってお
り、この円偏光のアライメント光がダイクロイックミラ
ー(2)及び光学素子(11)を経ると入射時とほぼ直
交する方向の直線偏光になる。従って、偏光ビームスプ
リッター(2)では送光系からのアライメント光と受光
系へのアライメント光とを効率良く分離でき、検出信号
のコントラストが大きくSN比の良い信号が得られ、位
置検出の精度が向上する。
According to the present invention, the quarter wave plate is constituted by the optical element (11) and the dichroic mirror (2) by positively utilizing the phase characteristic of the dichroic mirror (2). It Therefore, when a predetermined linearly polarized light is supplied from the alignment light sending system to the polarization beam splitter (9), the light is emitted from the polarization beam splitter (9) and these optical elements (11) and dichroic mirror (2) are emitted. The polarization state of the alignment light passing through becomes circularly polarized light. Then, the alignment light reflected from the first object R and the second object W is circularly polarized light in the reverse direction, and when this circularly polarized alignment light passes through the dichroic mirror (2) and the optical element (11). It becomes linearly polarized light in a direction almost orthogonal to the time of incidence. Therefore, the polarization beam splitter (2) can efficiently separate the alignment light from the light-transmitting system and the alignment light to the light-receiving system, a signal with a high contrast of the detection signal and a good SN ratio can be obtained, and the position detection accuracy can be improved. improves.

【0018】また、その偏光ビームスプリッター(9)
の光学軸とそのダイクロイックミラー(2)の光学軸と
の相対角度を45°に設定した場合には、送光系からの
アライメント光の偏光方向と受光系へのアライメント光
の偏光方向とを完全に垂直にすることができるので、偏
光ビームスプリッター(9)における光量の損失を最も
少なくすることができる。従って、全体としてアライメ
ント光の損失を最も少なくすることができる。
Further, the polarization beam splitter (9)
When the relative angle between the optical axis of the optical axis and the optical axis of the dichroic mirror (2) is set to 45 °, the polarization direction of the alignment light from the light transmitting system and the polarization direction of the alignment light to the light receiving system are completely set. Since it can be perpendicular to, the loss of the amount of light in the polarization beam splitter (9) can be minimized. Therefore, the loss of alignment light can be minimized as a whole.

【0019】[0019]

【実施例】以下、本発明による露光装置の位置合わせ装
置の一実施例につき図1及び図2を参照して説明する。
本例は、図6の投影露光装置においてビームスプリッタ
ー5を図7の偏光ビームスプリッター9で置き換えた装
置に本発明を適用したものであり、図1及び図2におい
て図6及び図7に対応する部分には同一符号を付してそ
の詳細説明を省略する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the alignment apparatus for an exposure apparatus according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
In this example, the present invention is applied to an apparatus in which the beam splitter 5 in the projection exposure apparatus of FIG. 6 is replaced by the polarization beam splitter 9 of FIG. 7, and corresponds to FIGS. 6 and 7 in FIGS. 1 and 2. The same reference numerals are given to the parts, and detailed description thereof will be omitted.

【0020】図1は本例の露光装置の要部を簡略化して
示し、この図1において、レチクルRの上方に45°の
傾斜角でダイクロイックミラー2を固定し、側面部に配
置された主コンデンサレンズ1により主光線がほぼ平行
光束に変換された露光光ILがダイクロイックミラー2
に反射されてレチクルRを均一な照度で照明する。レチ
クルRのパターンが投影光学系PLによりウェハW上に
転写される。ダイクロイックミラー2の上方には順に、
第1対物レンズ6、位相補償板11及びプリズム型の偏
光ビームスプリッター9を配置し、偏光ビームスプリッ
ター9の接合面(反射面)を透過した方向に順に、送光
系の第2対物レンズ4及びアライメント光ALの光源3
を配置する。また、偏光ビームスプリッター9の接合面
で反射された方向に順に、受光系の第2対物レンズ7、
光束分離プリズム12及び2次元CCD等よりなるレチ
クルマーク用の光電センサ14を配置し、光束分離プリ
ズム12の接合面で反射した方向に2次元CCD等より
なるウェハマーク用の光電センサ13を配置する。
FIG. 1 is a simplified view of the main part of the exposure apparatus of this embodiment. In FIG. 1, the dichroic mirror 2 is fixed above the reticle R at an inclination angle of 45 °, and is arranged on the side surface. The exposure light IL obtained by converting the chief ray into a substantially parallel light flux by the condenser lens 1 is used as a dichroic mirror 2.
Is reflected by the reticle R to illuminate the reticle R with uniform illuminance. The pattern of the reticle R is transferred onto the wafer W by the projection optical system PL. Above the dichroic mirror 2,
The first objective lens 6, the phase compensating plate 11, and the prism type polarization beam splitter 9 are arranged, and the second objective lens 4 and the second objective lens 4 of the light transmitting system are arranged in order in the direction of passing through the joint surface (reflection surface) of the polarization beam splitter 9. Light source 3 for alignment light AL
To place. Further, the second objective lens 7 of the light receiving system is sequentially arranged in the direction reflected by the cemented surface of the polarization beam splitter 9.
The photoelectric sensor 14 for the reticle mark, which is composed of the light beam separating prism 12 and the two-dimensional CCD, is arranged, and the photoelectric sensor 13 for the wafer mark, which is composed of the two-dimensional CCD, is arranged in the direction reflected by the joint surface of the light beam separating prism 12. ..

【0021】位相補償板11は、水晶板等より形成し、
ダイクロイックミラー2と共にアライメント光ALに対
して1/4波長板として作用するように位相特性を定め
る。この場合、ダイクロイックミラー2に入射するP偏
光成分の偏光方向をDY、ダイクロイックミラー2に入
射するS偏光成分の偏光方向をDXとして、方向DX及
びDYをそれぞれX軸及びY軸にとる。例えばダイクロ
イックミラー2をアライメント光ALが往復する際にP
偏光成分の位相がS偏光成分に対してδだけ進む場合に
は、位相補償板11をアライメント用の照明光ALが往
復する際にP偏光成分の位相がS偏光成分の位相に対し
て((n+1/2)π−δ)だけ進むようにすればよい
(ただし、nは整数である)。
The phase compensating plate 11 is formed of a crystal plate or the like,
The phase characteristics are determined so that the dichroic mirror 2 and the alignment light AL act as a quarter-wave plate. In this case, the polarization direction of the P-polarized component incident on the dichroic mirror 2 is DY and the polarization direction of the S-polarized component incident on the dichroic mirror 2 is DX, and the directions DX and DY are respectively taken as the X axis and the Y axis. For example, when the alignment light AL reciprocates through the dichroic mirror 2, P
When the phase of the polarization component advances by δ with respect to the S polarization component, the phase of the P polarization component with respect to the phase of the S polarization component ((( It is sufficient to advance by n + 1/2) π−δ) (however, n is an integer).

【0022】図2は図1の矢視A方向からの平面図であ
り、この図2に示すように、本例ではダイクロイックミ
ラー2の光学軸と偏光ビームスプリッター9の光学軸と
の相対角度を45°に設定する。また、光源3は偏光ビ
ームスプリッター9に対して偏光方向がD1のP偏光と
なるアライメント光ALを供給するが、その方向D1は
Y軸(又はX軸)に対して45°で交差している。
FIG. 2 is a plan view from the direction of arrow A in FIG. 1. As shown in FIG. 2, in this example, the relative angle between the optical axis of the dichroic mirror 2 and the optical axis of the polarization beam splitter 9 is shown. Set to 45 °. The light source 3 supplies the polarization beam splitter 9 with the alignment light AL which is P-polarized light having a polarization direction of D1, and the direction D1 intersects the Y axis (or the X axis) at 45 °. ..

【0023】図1に戻り、本例の動作を説明するに、光
源3からのアライメント光ALは、送光系の第2対物レ
ンズ4を介して送光光と受光光との分離用の偏光ビーム
スプリッター9に入射する。光源3からのアライメント
光ALの偏光方向D1は、偏光ビームスプリッター9に
対してP偏光の方向であり、アライメント光ALはその
まま偏光ビームスプリッター9の接合面を透過する。偏
光ビームスプリッター9から射出されたアライメント光
は、位相補償板11、第1対物レンズ6及びダイクロイ
ックミラー2を経てレチクルR上のアライメントマーク
RM及び窓部を照明する。レチクルRの窓部を通過した
アライメント光は、投影光学系PLによりウェハW上の
アライメントマークWMに照明される。それぞれのアラ
イメントマークでは光の回折や散乱現象により、レチク
ル及びウェハの位置情報を持った光が発生する。これら
の光を、再びダイクロイックミラー2を介して第1対物
レンズ6で集光する。
Returning to FIG. 1, in order to explain the operation of this example, the alignment light AL from the light source 3 is polarized through the second objective lens 4 of the light-sending system to separate the light-sending light and the light-receiving light. It is incident on the beam splitter 9. The polarization direction D1 of the alignment light AL from the light source 3 is the P-polarized direction with respect to the polarization beam splitter 9, and the alignment light AL passes through the joint surface of the polarization beam splitter 9 as it is. The alignment light emitted from the polarization beam splitter 9 passes through the phase compensating plate 11, the first objective lens 6 and the dichroic mirror 2, and illuminates the alignment mark RM and the window portion on the reticle R. The alignment light that has passed through the window of the reticle R illuminates the alignment mark WM on the wafer W by the projection optical system PL. At each alignment mark, light having position information of the reticle and the wafer is generated due to light diffraction and scattering phenomenon. These lights are condensed again by the first objective lens 6 via the dichroic mirror 2.

【0024】次に、図1のように水平面内の直交するX
Y座標を考える。アライメント光学系の光軸は鉛直方向
なのでアライメント光ALの偏光方向は水平面(XY平
面)内である。アライメント光ALがダイクロイックミ
ラー2を透過する際、X軸方向の偏光とY軸方向の直線
偏光との間に位相差を生じる。位相補償板11は、光学
軸の方向D3がX軸方向に一致するように配置され、ア
ライメント光が位相補償板11及びダイクロイックミラ
ー2を通過した際に、X軸方向の直線偏光とY軸方向の
直線偏光の位相差がπ/2になるように位相補償板11
の補償量が定められている。いま、偏光方向がX軸と4
5゜の角度をなす方向の直線偏光のアライメント光AL
が位相補償板11、第1対物レンズ6及びダイクロイッ
クミラー2を通過すると、偏光状態は円偏光となる。
Next, as shown in FIG. 1, Xs orthogonal to each other in the horizontal plane
Consider the Y coordinate. Since the optical axis of the alignment optical system is the vertical direction, the polarization direction of the alignment light AL is within the horizontal plane (XY plane). When the alignment light AL passes through the dichroic mirror 2, a phase difference occurs between the polarized light in the X axis direction and the linearly polarized light in the Y axis direction. The phase compensating plate 11 is arranged so that the direction D3 of the optical axis coincides with the X-axis direction, and when the alignment light passes through the phase compensating plate 11 and the dichroic mirror 2, linearly polarized light in the X-axis direction and Y-axis direction. Of the phase compensation plate 11 so that the phase difference of the linearly polarized light of
The amount of compensation is set. Now, the polarization direction is 4 with the X axis
Linearly polarized alignment light AL with a direction of 5 °
When passes through the phase compensation plate 11, the first objective lens 6 and the dichroic mirror 2, the polarization state becomes circularly polarized.

【0025】この円偏光のアライメント光ALがレチク
ルR及びウェハW上のアライメントマークに照射された
後に、反射、回折又は散乱等により再びダイクロイック
ミラー2を経て第1対物レンズ6により集光される。ア
ライメントマークにより反射、回折又は散乱等されたア
ライメント光は逆回りの円偏光なので、ダイクロイック
ミラー2、第1対物レンズ6及び位相補償板11を透過
して戻されたアライメント光ALの偏光状態は、入射し
たときの偏光方向D1と直交する方向D2の直線偏光と
なる。偏光ビームスプリッター9は、X軸と45゜の角
度をなすように配置されているので、戻されたアライメ
ント光ALはその偏光ビームスプリッター9の接合面で
全て反射されて水平方向に受光系の第2対物レンズ7に
入射する。
After the circularly polarized alignment light AL is applied to the reticle R and the alignment mark on the wafer W, it is condensed again by the first objective lens 6 through the dichroic mirror 2 due to reflection, diffraction or scattering. Since the alignment light reflected, diffracted, or scattered by the alignment mark is circularly polarized in the reverse direction, the polarization state of the alignment light AL transmitted through the dichroic mirror 2, the first objective lens 6 and the phase compensation plate 11 and returned is It becomes a linearly polarized light in a direction D2 orthogonal to the polarization direction D1 when the light is incident. Since the polarization beam splitter 9 is arranged so as to form an angle of 45 ° with the X axis, the returned alignment light AL is totally reflected by the joint surface of the polarization beam splitter 9 and is horizontally reflected by the first light receiving system. 2 It enters the objective lens 7.

【0026】第2対物レンズ7を通過したアライメント
光ALは、光束分離プリズム12により2分され、レチ
クルRのアライメントマークRMからの反射光は光電セ
ンサ14に入射し、ウェハWのアライメントマークWM
からの反射光は光電センサ13に入射する。光電センサ
14及び光電センサ13から出力されるレチクル位置ず
れ信号及びウェハ位置ずれ信号に基づいて、不図示のレ
チクルステージまたはウェハステージを駆動することに
より位置合わせを行うことができる。
The alignment light AL which has passed through the second objective lens 7 is divided into two by the light beam separation prism 12, and the reflected light from the alignment mark RM of the reticle R is incident on the photoelectric sensor 14 and the alignment mark WM of the wafer W.
The reflected light from is incident on the photoelectric sensor 13. Positioning can be performed by driving a reticle stage or wafer stage (not shown) based on the reticle position shift signal and the wafer position shift signal output from the photoelectric sensor 14 and the photoelectric sensor 13.

【0027】なお、この実施例ではアライメント光学系
の光軸を1本のみとして表したがX方向の位置合わせ用
とY方向の位置合わせ用等と複数の光軸を用いるように
してもよい。その場合にもダイクロイックミラー2が一
様に製造されている限り、位相補償板11はダイクロイ
ックミラーに対する補償を行えばよいので一種類でよ
い。しかし、アライメント光学系を折曲げたりするため
に全反射プリズムやミラー等を用いる場合には、それら
が直交する2偏光に対して位相差を生じるためにその影
響をも考慮して補償する必要がある。
In this embodiment, the optical axis of the alignment optical system is shown as one, but a plurality of optical axes may be used for alignment in the X direction and alignment in the Y direction. Even in that case, as long as the dichroic mirror 2 is manufactured uniformly, the phase compensating plate 11 only needs to perform compensation for the dichroic mirror, and thus only one type is required. However, when a total reflection prism, a mirror, or the like is used to bend the alignment optical system, a phase difference occurs between the two orthogonally polarized lights, and therefore it is necessary to consider the effect and compensate. is there.

【0028】また位相補償板11としては、位相差を変
化させることのできるバビネーソレイユ補償器を用いて
もよい。この場合にはアライメントマークの位置を露光
領域内で変えた場合に受光系に戻る光量が最大となるよ
うに位相補償量を変えてダイクロイックミラー2等の膜
の不均一による位相差のゆらぎを補償することもでき
る。
The phase compensator 11 may be a Babinet-Soleil compensator capable of changing the phase difference. In this case, when the position of the alignment mark is changed within the exposure area, the phase compensation amount is changed so that the amount of light returning to the light receiving system is maximized to compensate for the phase difference fluctuation due to the nonuniformity of the film such as the dichroic mirror 2. You can also do it.

【0029】次に、本発明の他の実施例につき図3〜図
5を参照して説明する。本例は図1の位相補償板11の
代わりに全反射プリズムを使用するものであり、これら
図3及び図4において、図1に対応する部分には同一符
号を付してその詳細説明を省略する。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this example, a total reflection prism is used instead of the phase compensation plate 11 of FIG. 1. In these FIGS. 3 and 4, parts corresponding to those of FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted. To do.

【0030】図3は本例の投影露光装置の要部を簡略化
して示し、この図3において、図1と同様にレチクルR
の面をXY面として、光源3、照明系の第2対物レンズ
4、偏光ビームスプリッター9及び第1対物レンズ6よ
りなる光学系の光軸を水平面(XY面)内でX軸に平行
にする。15は全反射プリズムを示し、この全反射プリ
ズム15をダイクロイックミラー2の上方に配置し、第
1対物レンズ6から射出されるアライメント光ALを全
反射プリズム15で全反射させて鉛直下方に曲げる。
FIG. 3 shows a simplified main part of the projection exposure apparatus of this example. In FIG. 3, the reticle R is the same as in FIG.
Is used as the XY plane, and the optical axis of the optical system including the light source 3, the second objective lens 4 of the illumination system, the polarization beam splitter 9, and the first objective lens 6 is made parallel to the X axis in the horizontal plane (XY plane). .. Reference numeral 15 denotes a total reflection prism. The total reflection prism 15 is arranged above the dichroic mirror 2, and the alignment light AL emitted from the first objective lens 6 is totally reflected by the total reflection prism 15 and bent vertically downward.

【0031】図4は図3の矢視B方向から見た側面図を
示し、この図4に示すように、偏光ビームスプリッター
9の光学軸がレチクルRに対して垂直な軸(Z軸)に対
して45°傾斜するように偏光ビームスプリッター9を
取り付ける。そして、光源3から射出されるアライメン
ト光の偏光方向を、偏光ビームスプリッター9に対して
P偏光となる方向、即ちZ軸に対して時計方向に45°
傾斜した方向に設定する。この場合、P偏光のアライメ
ント光はそのまま偏光ビームスプリッター9を透過して
第1対物レンズ6を経て全反射プリズム15に入射す
る。
FIG. 4 is a side view seen from the direction of arrow B in FIG. 3, and as shown in FIG. 4, the optical axis of the polarization beam splitter 9 is the axis (Z axis) perpendicular to the reticle R. The polarization beam splitter 9 is attached so as to be inclined at 45 °. Then, the polarization direction of the alignment light emitted from the light source 3 is changed to P polarization with respect to the polarization beam splitter 9, that is, 45 ° clockwise with respect to the Z axis.
Set in the inclined direction. In this case, the P-polarized alignment light passes through the polarization beam splitter 9 as it is, and enters the total reflection prism 15 via the first objective lens 6.

【0032】図3に戻り、全反射プリズム15により全
反射されたアライメント光をダイクロイックミラー2を
介してレチクルRのアライメントマーク及び窓部に照射
する。レチクルRのアライメントマーク及びウェハWの
アライメントマークから反射されてきたアライメント光
は、ダイクロイックミラー2を透過した後に、全反射プ
リズム15で再び全反射されて第1対物レンズ6に戻さ
れる。この場合、全反射プリズム15による全反射の際
にP偏光成分とS偏光成分とで位相の変化量が異なると
共に、この位相変化量の差は全反射面に薄膜を蒸着等す
ることにより調整できる量であるため、全反射プリズム
15及びダイクロイックミラー2がアライメント光に対
し1/4波長板となるように、その全反射プリズム15
における位相の変化量を調整する。第1対物レンズ6に
戻されたアライメント光は、偏光ビームスプリッター9
に対してS偏光となっているため偏光ビームスプリッタ
ー9の接合面で全て反射されて受光系の第2対物レンズ
7に向かう。以下の動作は図1の場合と同様である。
Returning to FIG. 3, the alignment light and the window of the reticle R are irradiated with the alignment light totally reflected by the total reflection prism 15 via the dichroic mirror 2. The alignment light reflected from the alignment mark of the reticle R and the alignment mark of the wafer W is transmitted through the dichroic mirror 2 and then totally reflected again by the total reflection prism 15 to be returned to the first objective lens 6. In this case, the amount of change in phase between the P-polarized component and the S-polarized component at the time of total reflection by the total reflection prism 15 is different, and this difference in amount of phase change can be adjusted by evaporating a thin film on the total reflection surface. Since the total reflection prism 15 and the dichroic mirror 2 are a quarter wavelength plate for the alignment light, the total reflection prism 15 and
Adjust the amount of phase change at. The alignment light returned to the first objective lens 6 receives the polarization beam splitter 9
On the other hand, since it is S-polarized, it is entirely reflected by the joint surface of the polarization beam splitter 9 and goes to the second objective lens 7 of the light receiving system. The subsequent operation is the same as in the case of FIG.

【0033】本例のレチクルR及び全反射プリズム15
の構成につき詳細に説明する。図5(a)はレチクルR
を示し、この図5(a)に示すように、レチクルRのパ
ターン領域PAの周囲のY方向の一端には一対のアライ
メントマークPMY1及び窓部WMY1が形成され、他
端にも一対のアライメントマークPMY2及び窓部WM
Y2が形成されている。また、レチクルRのパターン領
域PAの周囲のX方向の一端には一対のアライメントマ
ークPMX1及び窓部WMX1が形成され、他端にも一
対のアライメントマークPMX2及び窓部WMX2が形
成されている。同様にウェハWの各ショット領域の周囲
にはそれぞれ4個のアライメントマークが形成されてい
る。
Reticle R and total reflection prism 15 of this example
The configuration will be described in detail. Figure 5 (a) shows the reticle R
As shown in FIG. 5A, a pair of alignment marks PMY1 and a window WMY1 are formed at one end in the Y direction around the pattern area PA of the reticle R, and a pair of alignment marks is also formed at the other end. PMY2 and window WM
Y2 is formed. A pair of alignment marks PMX1 and a window WMX1 are formed at one end in the X direction around the pattern area PA of the reticle R, and a pair of alignment marks PMX2 and a window WMX2 are also formed at the other end. Similarly, four alignment marks are formed around each shot area of the wafer W.

【0034】また、図5(b)は全反射プリズム15の
側面図であり、この図5(b)に示すように、全反射プ
リズム15の斜面に所定の材質で所定の厚さの誘電体多
層膜16を形成する。これにより、その全反射プリズム
15で全反射されるアライメント光のP偏光とS偏光と
の間に所望の位相差を発生させることができる。本例で
は、全反射プリズム15が光路折り曲げ用のミラーと位
相補償板とを兼用しているので、構成が簡略化されてい
る。
FIG. 5B is a side view of the total reflection prism 15. As shown in FIG. 5B, the slope of the total reflection prism 15 is made of a dielectric material of a predetermined material and a predetermined thickness. The multilayer film 16 is formed. Thereby, a desired phase difference can be generated between the P-polarized light and the S-polarized light of the alignment light totally reflected by the total reflection prism 15. In this example, the total reflection prism 15 serves as both a mirror for bending the optical path and a phase compensating plate, so that the configuration is simplified.

【0035】なお、上述実施例では露光光がダイクロイ
ックミラー2に反射されてレチクルRを照明し、アライ
メント用の照明光がダイクロイックミラー2を透過して
レチクルRを照明しているが、逆に露光光がダイクロイ
ックミラーを透過してレチクルRを照明し、アライメン
ト用の照明光がダイクロイックミラーで反射されてレチ
クルRを照明する場合にも、本発明は適用することがで
きる。
In the above embodiment, the exposure light is reflected by the dichroic mirror 2 to illuminate the reticle R, and the alignment illumination light is transmitted through the dichroic mirror 2 to illuminate the reticle R. The present invention can also be applied to the case where the light passes through the dichroic mirror to illuminate the reticle R, and the illumination light for alignment is reflected by the dichroic mirror to illuminate the reticle R.

【0036】また、上述の実施例ではレチクルR側のア
ライメントマークRMの像及びウェハW側のアライメン
トマークWMの画像を取り込み、画像処理により両者の
位置ずれを検出するようにしているが、2つのレーザビ
ームをアライメントマークに照射する二光束干渉方式の
アライメント光学系にも本発明は適用できる。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。
In the above embodiment, the image of the alignment mark RM on the reticle R side and the image of the alignment mark WM on the wafer W side are fetched and the positional deviation between the two is detected by image processing. The present invention can also be applied to a two-beam interference type alignment optical system that irradiates an alignment mark with a laser beam. As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various configurations can be taken without departing from the gist of the present invention.

【0037】次に、参考のため図1の位相補償板11の
作用について数式を用いて解析する。ここではジョーン
ズ・ベクトル(Jones Vector)を用いて偏光の状態をよ
り正確に表示していくことにする。ジョーンズ・ベクト
ルは光の進行方向に対して垂直な平面内での偏光の方向
を示すベクトルであり、図1の例ではその平面は水平面
(XY面)に一致するので光をX軸に平行な成分とY軸
に平行な成分とに分けて考える。先ず、偏光ビームスプ
リッター9への入射光の偏光面はX軸に対して45゜傾
いているので、入射光のX軸成分及びY軸成分はともに
同じ値をとる。ベクトルの上段にX軸成分、下段にY軸
成分をとり、偏光ビームスプリッター9への入射光のベ
クトル表示を次の(数1)のよう表す。
Next, for reference, the operation of the phase compensating plate 11 of FIG. 1 will be analyzed using mathematical expressions. Here, we will use the Jones Vector to display the state of polarization more accurately. The Jones vector is a vector indicating the direction of polarization in a plane perpendicular to the traveling direction of light. In the example of FIG. 1, that plane coincides with the horizontal plane (XY plane), so that the light is parallel to the X axis. Separately consider the component and the component parallel to the Y-axis. First, since the plane of polarization of the incident light on the polarization beam splitter 9 is inclined by 45 ° with respect to the X axis, both the X axis component and the Y axis component of the incident light have the same value. The X-axis component is shown in the upper stage of the vector and the Y-axis component is shown in the lower stage, and the vector display of the incident light to the polarization beam splitter 9 is expressed as the following (Equation 1).

【数1】 [Equation 1]

【0038】次に、送光光と受光光との分離用の偏光ビ
ームスプリッター9を透過するが、入射光の偏光方向は
偏光ビームスプリッター9に対してP偏光であり、入射
光はそのまま透過するだけなので(数1)の状態は保存
される。この偏光ビームスプリッター9の作用を(数
2)で表す。
Next, the light is transmitted through the polarization beam splitter 9 for separating the transmitted light and the received light, but the polarization direction of the incident light is P-polarized with respect to the polarization beam splitter 9, and the incident light is transmitted as it is. Since it is only, the state of (Equation 1) is saved. The function of this polarization beam splitter 9 is represented by (Equation 2).

【数2】 [Equation 2]

【0039】次に、位相補償板11では、光学軸はX軸
方向を向いているので、X軸成分に対してY軸成分は、
位相補償量φだけ位相が遅れる。位相補償板11を透過
した後のアライメント光のベクトル表示は(数3)の右
辺のようになる。
Next, in the phase compensating plate 11, since the optical axis is oriented in the X-axis direction, the Y-axis component with respect to the X-axis component is
The phase is delayed by the phase compensation amount φ. The vector display of the alignment light after passing through the phase compensation plate 11 is as shown on the right side of (Equation 3).

【数3】 [Equation 3]

【0040】更に、ダイクロイックミラー2は、Y軸方
向に対し斜めに取り付けられているためにX軸方向の偏
光がS偏光となり、Y軸方向の偏光がP偏光となる。従
って、ダイクロイックミラー2を透過することにより、
X軸成分よりY軸成分の方がψだけ位相が遅れる。ダイ
クロイックミラー2を通過した後のアライメント光のベ
クトル表示は(数4)の右辺となる。
Further, since the dichroic mirror 2 is attached obliquely to the Y-axis direction, polarized light in the X-axis direction becomes S-polarized light and polarized light in the Y-axis direction becomes P-polarized light. Therefore, by passing through the dichroic mirror 2,
The phase of the Y-axis component lags behind that of the X-axis component by ψ. The vector display of the alignment light after passing through the dichroic mirror 2 is the right side of (Equation 4).

【数4】 [Equation 4]

【0041】いま、φ+ψ=π/2となるようにφを選
ぶと、(数4)は(数5)のように変形できる。
Now, if φ is selected so that φ + ψ = π / 2, (Equation 4) can be transformed into (Equation 5).

【数5】 [Equation 5]

【0042】つまり、X軸成分に対しY軸成分は位相が
π/2だけ遅れるために時間が進むことにより、偏光面
が反時計回りに回転することになる。この状態が円偏光
である。さらに、アライメント光はアライメントマーク
に照射され反射光、回折光又は散乱光等が生ずる。アラ
イメント光はほぼ垂直に入射してくるため、反射光等は
X軸方向及びY軸方向に対し等方的に生ずる。反射によ
り偏光面は(数6)のようになる。
That is, since the phase of the Y-axis component is delayed by π / 2 with respect to the X-axis component, time advances so that the polarization plane rotates counterclockwise. This state is circularly polarized light. Further, the alignment light is irradiated onto the alignment mark to generate reflected light, diffracted light, scattered light, or the like. Since the alignment light is incident almost vertically, the reflected light or the like is isotropically generated in the X-axis direction and the Y-axis direction. Due to the reflection, the polarization plane becomes as shown in (Equation 6).

【数6】 [Equation 6]

【0043】次に反射光は、ダイクロイックミラー2及
び位相補償板11を通るので、そのベクトル表示は(数
7)の最後の式のようになる。
Next, since the reflected light passes through the dichroic mirror 2 and the phase compensating plate 11, its vector display is as in the last equation of (Equation 7).

【数7】 [Equation 7]

【0044】(数7)よりアライメントマークから受光
系へと戻されたアライメント光は、X軸成分に対しY軸
成分の位相がπだけずれていることが分かる。これは、
光源3から偏光ビームスプリッター9への入射光に対し
て、位相補償板11から偏光ビームスプリッター9に戻
されるアライメント光は、偏光面が直交していることを
示している。このように入射光に対して偏光面が直交し
ている戻り光は、偏光ビームスプリッター9にはS偏光
として入射するので全て反射され受光系に導かれる。こ
れによって効率よく光が光電センサに導かれるので、よ
り高いSN比でアライメント用の信号を得ることができ
る。
From (Equation 7), it can be seen that the phase of the Y-axis component of the alignment light returned from the alignment mark to the light receiving system is deviated from the X-axis component by π. this is,
With respect to the incident light from the light source 3 to the polarization beam splitter 9, the alignment light returned from the phase compensation plate 11 to the polarization beam splitter 9 has a polarization plane orthogonal to each other. The return light, whose polarization plane is orthogonal to the incident light, is incident on the polarization beam splitter 9 as S-polarized light and is thus reflected and guided to the light receiving system. As a result, the light is efficiently guided to the photoelectric sensor, so that the signal for alignment can be obtained with a higher SN ratio.

【0045】[0045]

【発明の効果】本発明によれば、光学素子とダイクロイ
ックミラーとがアライメント光に対して1/4波長板と
して作用するので、偏光ビームスプリッターにおけるア
ライメント光の損失を少なくできる利点がある。また、
偏光ビームスプリッターの光学軸とダイクロイックミラ
ーの光学軸との相対角度を45°に設定した場合には、
偏光ビームスプリッターにおけるアライメント光の損失
を最小にすることができる。
According to the present invention, since the optical element and the dichroic mirror act as a quarter-wave plate for the alignment light, there is an advantage that the loss of the alignment light in the polarization beam splitter can be reduced. Also,
When the relative angle between the optical axis of the polarization beam splitter and the optical axis of the dichroic mirror is set to 45 °,
The loss of alignment light in the polarization beam splitter can be minimized.

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

【図1】本発明の一実施例の投影露光装置の要部を簡略
化して示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a simplified main part of a projection exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の矢視A方向への平面図である。FIG. 2 is a plan view in the direction of arrow A in FIG.

【図3】本発明の他の実施例の投影露光装置の要部を簡
略化して示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing a simplified main part of a projection exposure apparatus according to another embodiment of the present invention.

【図4】図3の矢視B方向への側面図である。FIG. 4 is a side view in the direction of arrow B in FIG.

【図5】(a)は図3のレチクルRのパターン構成を示
す平面図、(b)は図3の全反射プリズム15の構成を
示す側面図である。
5A is a plan view showing the pattern configuration of the reticle R of FIG. 3, and FIG. 5B is a side view showing the configuration of the total reflection prism 15 of FIG.

【図6】従来の投影露光装置の要部を簡略化して示す構
成図である。
FIG. 6 is a configuration diagram showing a simplified essential part of a conventional projection exposure apparatus.

【図7】偏光ビームスプリッターと1/4波長板とを組
み合わせた光学系の例を示す構成図である。
FIG. 7 is a configuration diagram showing an example of an optical system in which a polarization beam splitter and a quarter-wave plate are combined.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

W ウェハ PL 投影レンズ R レチクル 1 主コンデンサレンズ 2 ダイクロイックミラー 3 光源 4 送光系の第2対物レンズ 6 アライメント光学系の第1対物レンズ 7 受光系の第2対物レンズ 9 偏光ビームスプリッター 11 位相補償板 12 分離プリズム 13,14 光電センサ 15 全反射プリズム W Wafer PL Projection lens R Reticle 1 Main condenser lens 2 Dichroic mirror 3 Light source 4 Second objective lens of light transmitting system 6 First objective lens of alignment optical system 7 Second objective lens of light receiving system 9 Polarization beam splitter 11 Phase compensation plate 12 Separation prism 13 and 14 Photoelectric sensor 15 Total reflection prism

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 露光用光源からの露光光をダイクロイッ
クミラーを介して第1物体に照明し、該第1物体のパタ
ーンを第2物体上に露光する際に、前記第1物体と第2
物体との相対的な位置合わせを行う露光装置の位置合わ
せ装置において、 前記ダイクロイックミラーを前記露光光とは異なる方向
から介して前記第1物体及び第2物体の各アライメント
マークを照明する送光系と、 前記ダイクロイックミラーを介して戻って来る前記第1
物体及び第2物体の各アライメントマークからの光を受
光する受光系と、 前記送光系から前記ダイクロイックミラーに向かうアラ
イメント光と前記ダイクロイックミラーから前記受光系
に向かうアライメント光とを分離する偏光ビームスプリ
ッターと、 該偏光ビームスプリッターと前記第1物体との光路間に
配置され前記ダイクロイックミラーと共に4分の1波長
板として作用する光学素子とを設けた事を特徴とする露
光装置の位置合わせ装置。
1. When exposing a first object with exposure light from an exposure light source through a dichroic mirror and exposing a pattern of the first object onto a second object, the first object and the second object are exposed.
In a positioning device of an exposure device that performs relative positioning with respect to an object, a light transmitting system that illuminates each alignment mark of the first object and the second object through the dichroic mirror from a direction different from the exposure light. And the first coming back through the dichroic mirror
A light receiving system that receives light from each alignment mark of the object and the second object, a polarization beam splitter that separates the alignment light traveling from the light transmitting system to the dichroic mirror and the alignment light traveling from the dichroic mirror to the light receiving system. And an optical element that is arranged between the polarization beam splitter and the optical path between the first object and the dichroic mirror to act as a quarter-wave plate.
【請求項2】 前記偏光ビームスプリッターの光学軸と
前記ダイクロイックミラーの光学軸との相対角度を45
°に設定した事を特徴とする請求項1記載の露光装置の
位置合わせ装置。
2. The relative angle between the optical axis of the polarization beam splitter and the optical axis of the dichroic mirror is 45.
The alignment apparatus for an exposure apparatus according to claim 1, wherein the alignment apparatus is set at °.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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