JPH0616483B2 - Projection optics - Google Patents

Projection optics

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JPH0616483B2
JPH0616483B2 JP58208867A JP20886783A JPH0616483B2 JP H0616483 B2 JPH0616483 B2 JP H0616483B2 JP 58208867 A JP58208867 A JP 58208867A JP 20886783 A JP20886783 A JP 20886783A JP H0616483 B2 JPH0616483 B2 JP H0616483B2
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image
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light
wafer
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恭一 諏訪
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Nippon Kogaku KK
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    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7003Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
    • G03F9/7023Aligning or positioning in direction perpendicular to substrate surface
    • G03F9/7026Focusing

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Variable Magnification In Projection-Type Copying Machines (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野) 本発明はマスクのパターンを投影光学系により被投影物
に投影する投影光学装置に関し、特に投影光学系の結像
面の位置と被投影物の表面の位置とのずれを斜入射光式
の焦点検出器を用いて検出するようにした投影光学装置
に関する。
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a projection optical apparatus for projecting a mask pattern onto a projection object by a projection optical system, and particularly to the position of the image plane of the projection optical system and the projection object. The present invention relates to a projection optical device in which a deviation from the surface position is detected by using an oblique incident light type focus detector.

(発明の背景) 近年、マスクに描かれた回路パターンをウェハ上に露光
転写する装置として、縮小投影型露光装置(以下、ステ
ッパーと呼ぶ)が普及してきた。このステッパーはマス
クのパターン像を1/5又は1/10に縮小してウェハに
投影する縮小投影レンズを用い、ウェハを2次元移動ス
テージに載置して、ウェハに1回露光を行なっては、一
定ピッチだけステージを移動させた後、再び露光を行な
うことを繰り返すものである。この種のステッパーに使
用される縮小投影レンズ(以下単に投影レンズとする)
は、明るくて解像力が高いことが要求される。このた
め、開口数(ニューメリカル・アパーチャ)が大きくな
り、焦点深度が極めて浅くなってしまう。その値はレン
ズタイプやレンズの構成によっても異なるが、たかだか
数μm程度である。そこでマスクのパターン像をウェハ
上に投影する際、そのパターン像が正確にウェハ上に合
焦するように、ウェハの表面の位置を検出して焦点検出
する装置が、例えば特開昭56−42205号に開示されて
いる。この装置はウェハの表面に斜めに結像光束を照射
し、その光束のウェハ表面からの反射光の受光位置を検
出することによって、投影レンズの光軸方向におけるウ
ェハの位置を検出するものである。このような装置で
は、マスクのパターン像がウェハ上に合焦したとき、前
記結像光束の反射光の受光位置が原点になるように装置
の製造時に調整しておく必要があった。この調整を正確
に実施しておけば、以後、その受光位置を原点に合わせ
るようにウェハを投影レンズの光軸方向に上下動させる
ことによって常に合焦したパターン像がウェハ上に投影
される。
(Background of the Invention) In recent years, a reduction projection type exposure apparatus (hereinafter referred to as a stepper) has become widespread as an apparatus for exposing and transferring a circuit pattern drawn on a mask onto a wafer. This stepper uses a reduction projection lens that reduces the pattern image of the mask to ⅕ or 1/10 and projects it on the wafer. The wafer is placed on the two-dimensional moving stage and the wafer is exposed once. After the stage is moved by a fixed pitch, the exposure is repeated. Reduction projection lens used for this kind of stepper (hereinafter simply referred to as projection lens)
Is required to be bright and have high resolution. Therefore, the numerical aperture (numerical aperture) becomes large and the depth of focus becomes extremely shallow. Although the value varies depending on the lens type and the lens configuration, it is at most about several μm. Therefore, when projecting a pattern image of a mask onto a wafer, an apparatus for detecting the position of the surface of the wafer and detecting the focus so that the pattern image is accurately focused on the wafer is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 56-42205. No. This device detects the position of the wafer in the optical axis direction of the projection lens by irradiating the surface of the wafer with an image-forming light beam obliquely and detecting the light receiving position of the reflected light from the wafer surface. . In such an apparatus, when the mask pattern image is focused on the wafer, it is necessary to make adjustments at the time of manufacturing the apparatus so that the light receiving position of the reflected light of the image forming light flux becomes the origin. If this adjustment is performed accurately, thereafter, by vertically moving the wafer in the direction of the optical axis of the projection lens so that the light receiving position is aligned with the origin, a focused pattern image is projected on the wafer.

しかしながら、投影光学装置の使用環境、例えば温度や
大気圧の変動によって、投影レンズの焦点位置(結像面
の位置)は微小量ではあるが光軸方向に変化する。いわ
ゆるフォーカスシフトが生じる。このため従来のような
斜入射方式の焦点検出装置を用いて、ウェハの上下方向
の位置を合わせただけでは、ウェハ表面と投影レンズの
結像面とを、長期間に渡って安定に一致(合焦)させる
ことができないという欠点があった。
However, the focus position of the projection lens (the position of the image plane) changes in the optical axis direction, although it is a minute amount, due to the environment in which the projection optical device is used, such as changes in temperature and atmospheric pressure. So-called focus shift occurs. Therefore, just by aligning the vertical position of the wafer with a conventional oblique incidence type focus detection device, the wafer surface and the image plane of the projection lens can be stably aligned for a long period of time ( It had the drawback of not being able to focus.

(発明の目的) 本発明は、上記の欠点を解決し、斜入射光式の焦点検出
装置を用いても、ウェハ等の被投影体上に投影されるマ
スクのパターン像が常に合焦状態に維持されるような投
影光学装置を得ることを目的とする。
(Object of the Invention) The present invention solves the above-mentioned drawbacks and the pattern image of the mask projected on the object to be projected such as a wafer is always in focus even when the oblique-incidence light type focus detection device is used. The aim is to obtain a projection optics which is maintained.

(発明の概要) 本発明は、レチクル等の第1基板(R)に形成されたパ
ターンを所定結像面(P)に投影する投影光学系
(6)と、所定結像面(P)側に配置される第2基板
(ウェハW,又は基準板)の表面が所定結像面(P
とほぼ平行になるように、第2基板を保持するととも
に、投影光学系(6)の光軸方向に可動な保持手段(Z
ステージ11)と、投影光学系の外側から第2基板の表
面に斜めに照明光(l4)を投射し、その表面からの反
射光 (l5)の受光位置の変化を検出することによっ
て、所定結像面(P)とほぼ一致するように予め設定
された基準位置(PSD45からの検波信号Sdが零点
になる位置)に対する第2基板の光軸方向のずれ量(検
波信号Sdのレベル)を検出する斜入射光式の焦点検出
手段(20〜31,43〜46)と、検出されたずれ量
に基づいて保持手段(11)の光軸方向の移動を制御す
る第1制御手段(10,42)とを備えた投影光学装置
の改良に関するものである。
(Summary of the Invention) The present invention provides a projection optical system (6) for projecting a pattern formed on a first substrate (R) such as a reticle onto a predetermined image plane (P 1 ), and a predetermined image plane (P 1). ) Side, the surface of the second substrate (wafer W or reference plate) has a predetermined image plane (P 1 ).
The second substrate is held so as to be substantially parallel to the holding means (Z) and is movable in the optical axis direction of the projection optical system (6).
Illumination light (14) is obliquely projected onto the surface of the second substrate from the outside of the stage 11) and the projection optical system, and a change in the light receiving position of the reflected light (15) from the surface is detected to obtain a predetermined result. A deviation amount (level of the detection signal Sd) of the second substrate in the optical axis direction with respect to a reference position (a position where the detection signal Sd from the PSD 45 becomes a zero point) preset so as to substantially match the image plane (P 1 ) Oblique-incidence light type focus detection means (20 to 31, 43 to 46) for detecting and first control means (10, 10) for controlling movement of the holding means (11) in the optical axis direction based on the detected shift amount. 42) and the improvement of the projection optical device.

その改良にあたって本発明においては、焦点検出手段
(20〜31,43〜46)の光路中に配置され、基準
位置(検波信号Sdが零点になる位置)が投影光学系
(6)の光軸方向に変位するように、第2基板(ウェハ
W、又は基準板)からの反射光の受光位置を相対的にシ
フトさせる可動光学素子(平行平板ガラス24)と、投
影光学系を通って第1基板(R)と第2基板(ウェハ
W、又は基準板)との間を往復する結像光束のコントラ
スト変化(ボトム・ピーク値PB)を、保持手段(1
1)を上下動させて検出することによって、第2基板の
表面と所定結像面(P)との合焦点 (Z)を検知
する合焦点検出手段(5,12,40,50〜54,及
びステップ100〜111)と、そこで検知された合焦
点(Z)に第2基板の表面が位置したときに、焦点検
出手段(20〜31,43〜46)によって検出される
べきずれ量(検波信号Sdのレベル)が一定の値(例え
ば零点)になるように、可動光学素子(24)の駆動を
制御する第2制御手段(26,42,62,63,及び
ステップ120〜125)とを設けるようにした。この
第2制御手段の動作によって、基準位置(検波信号Sd
が零点になる位置)と所定結像面(P)との光軸方向
の位置関係が較正されることになる。
In order to improve it, in the present invention, the reference position (the position where the detection signal Sd becomes the zero point) is arranged in the optical path of the focus detection means (20 to 31, 43 to 46), and the optical axis direction of the projection optical system (6). Through the projection optical system and the movable optical element (parallel plate glass 24) that relatively shifts the light receiving position of the reflected light from the second substrate (wafer W or reference plate) so as to be displaced to the first substrate. (R) and the second substrate (wafer W or reference plate) reciprocating the contrast change (bottom / peak value PB) of the imaging light flux, the holding means (1
Focus detection means (5, 12, 40, 50-) for detecting the focus (Z 0 ) of the surface of the second substrate and the predetermined image plane (P 1 ) by moving 1) up and down for detection. 54, and steps 100 to 111), and the deviation to be detected by the focus detection means (20 to 31, 43 to 46) when the surface of the second substrate is located at the focal point (Z 0 ) detected there. Second control means (26, 42, 62, 63) and steps 120 to 125 for controlling the drive of the movable optical element (24) so that the amount (level of the detection signal Sd) becomes a constant value (for example, zero point). ) And. By the operation of the second control means, the reference position (detection signal Sd
The positional relationship in the optical axis direction between the position (at which is a zero point) and the predetermined image plane (P 1 ) is calibrated.

(実施例) 第1図は本発明の実施例による投影光学装置の概略的な
構成図である。光源1からの光は光ファイバー束2を通
り、照明用コンデンサレンズ3により光束の形状が整形
され、半透過ミラー4で反射されて、観察光学系(例え
ば顕微鏡対物レンズ)5に入射する。観察光学系5を通
った光源1からの光は、光吸収性で遮光性のマークMを
有する透明なレチクル(マスク)Rを照明する。そし
て、このマークMの像は投影レンズ6を介して、ウェハ
W上に投影される。この投影レンズ6はレチクルR上の
回路パターンをウェハW上に投影露光する際に、レチク
ルRを照明する別の露光用光源からの光の波長(以下、
露光波長と呼ぶ)に対して色収差の補正がなされてい
る。このため露光波長の光でレチクルRを照明し、レチ
クルRのマークMが形成されたパターン面を投影レンズ
6の瞳位置6aから距離d1のところに配置すると、投
影レンズ6の射出画で瞳位置6aから距離d2に位置す
る結像面P1にマークMの像が結像する。そこでマーク
Mを照明する光源1からの光の波長は、色収差によって
結像面P1が投影露光時の位置から変動しないように、
すなわちレチクルRと結像面P1の共役が保たれるよう
に、露光波長と等しく定められる。一方、定盤7上には
駆動部8によって2次元的に移動するXYステージ9が
設けられ、このXYステージ9上には光反射性のウェハ
Wを載置するとともに、駆動部10によって投影レンズ6
の光軸方向に上下動するZステージ11が設けられる。
尚、ウェハWの表面には感光剤が薄く塗布されているも
のとする。この第1図においては、ウェハWの表面が結
像面P1に対して投影レンズ6から離れる方向に位置し
た状態(以下、この状態を後ピン状態と呼ぶ)にある。
マークMの光像を形成する光束l1は、投影レンズ6に
入射し、結像面P1に結像した後、ウェハW上の感光剤
の表面、又はウェハW自体の表面で反射して再び投影レ
ンズ6に入射する。尚、感光剤の表面とウェハW自体の
表面とは以後、単にウェハWの表面と呼ぶことにする。
その反射光束l2は再びレチクルRのマークM周辺の透
明部を通り、観察光学系5、半透過ミラー4を介して、
テレビカメラ(光電検出装置)12の受光面に至る。テレ
ビカメラ12の受光面は、観察光学系5によりレチクルR
の裏面、すなわちパターン面と共役関係が保たれてい
る。従って、観察光学系5によって観察されるマークM
の光像は、図中、光束l3で示すように常にテレビカメ
ラ12の受光面に結像する。さらに、露光波長の光を使用
して、マークMをウェハWに投影すると、パターン面と
結像面P1とは投影レンズ6により共役関係にあるか
ら、結像面P1とテレビカメラ12の受光面とも共役関係
にある。このため、後ピン状態では、反射光束l2は観
察光学系5によってテレビカメラ12の受光面から離れた
面P2に結像する。尚、第1図の状態からウェハWを上
昇させると、ウェハWの表面と結像面P1とが一致した
状態(以下、この状態を合焦状態と呼ぶ)では、レチク
ルRとウェハWとの間で往復する光束l1の光路と反射
光束l2の光路とが一致して、反射光束l2はテレビカメ
ラ12の受光面に結像する。又、ウェハWの表面が結像面
1に対して投影レンズ6側に位置した状態(以下、こ
の状態を前ピン状態と呼ぶ)では、再び光束l1の光路
に対して反射光束l2の光路がずれて、反射光束l2はテ
レビカメラ12の受光面から後退した仮想的な面P3に結
像する。
(Embodiment) FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a projection optical apparatus according to an embodiment of the present invention. The light from the light source 1 passes through the optical fiber bundle 2, the shape of the light flux is shaped by the illumination condenser lens 3, is reflected by the semi-transmissive mirror 4, and enters the observation optical system (for example, microscope objective lens) 5. The light from the light source 1 that has passed through the observation optical system 5 illuminates a transparent reticle (mask) R having a light-absorbing and light-shielding mark M. Then, the image of the mark M is projected onto the wafer W via the projection lens 6. When the projection lens 6 projects and exposes the circuit pattern on the reticle R onto the wafer W, the wavelength of light from another exposure light source that illuminates the reticle R (hereinafter, referred to as
The chromatic aberration is corrected for the exposure wavelength). Therefore, when the reticle R is illuminated with light having the exposure wavelength and the pattern surface on which the mark M of the reticle R is formed is located at a distance d 1 from the pupil position 6a of the projection lens 6, the pupil of the projection lens 6 is projected. An image of the mark M is formed on the image forming plane P 1 located at the distance d 2 from the position 6a. Therefore, the wavelength of the light from the light source 1 that illuminates the mark M is adjusted so that the imaging plane P 1 does not change from the position during projection exposure due to chromatic aberration.
That is, it is set equal to the exposure wavelength so that the reticle R and the image plane P 1 are kept conjugate. On the other hand, an XY stage 9 that is two-dimensionally moved by a drive unit 8 is provided on the surface plate 7. A light-reflective wafer W is placed on the XY stage 9, and a drive unit 10 drives a projection lens. 6
A Z stage 11 that moves up and down in the optical axis direction is provided.
It is assumed that the surface of the wafer W is lightly coated with a photosensitive agent. In FIG. 1, the surface of the wafer W is located in a direction away from the projection lens 6 with respect to the image plane P 1 (hereinafter, this state is referred to as a rear-pinned state).
The light flux l 1 forming the optical image of the mark M is incident on the projection lens 6 and is focused on the imaging plane P 1 and then reflected on the surface of the photosensitive agent on the wafer W or the surface of the wafer W itself. The light enters the projection lens 6 again. The surface of the photosensitizer and the surface of the wafer W itself will be simply referred to as the surface of the wafer W hereinafter.
The reflected light beam l 2 passes through the transparent portion around the mark M of the reticle R again, and passes through the observation optical system 5 and the semi-transmissive mirror 4.
It reaches the light receiving surface of the television camera (photoelectric detection device) 12. The light receiving surface of the TV camera 12 is a reticle R by the observation optical system 5.
The rear surface, that is, the conjugate relationship with the pattern surface is maintained. Therefore, the mark M observed by the observation optical system 5
The light image of is always formed on the light receiving surface of the television camera 12 as indicated by a light beam l 3 in the figure. Further, when the mark M is projected onto the wafer W by using the light of the exposure wavelength, the pattern surface and the image plane P 1 have a conjugate relationship with each other by the projection lens 6, so that the image plane P 1 and the television camera 12 are combined. It also has a conjugate relationship with the light-receiving surface. Therefore, in the rear focus state, the reflected light beam l 2 is imaged by the observation optical system 5 on the surface P 2 away from the light receiving surface of the television camera 12. When the wafer W is lifted from the state shown in FIG. 1, when the surface of the wafer W and the image plane P 1 coincide (hereinafter, this state is referred to as a focused state), the reticle R and the wafer W are separated from each other. The optical path of the luminous flux l 1 and the optical path of the reflected luminous flux l 2 that reciprocate between the two coincide with each other, and the reflected luminous flux l 2 forms an image on the light receiving surface of the television camera 12. Further, in the state where the surface of the wafer W is located on the side of the projection lens 6 with respect to the image plane P 1 (hereinafter, this state is referred to as the front focus state), the reflected light beam l 2 is again reflected to the optical path of the light beam l 1. , The reflected light flux l 2 is imaged on a virtual plane P 3 which is retracted from the light receiving surface of the television camera 12.

さて、この投影光学装置には結像面P1に向けて斜めに
ピンホール又はスリットの像の結像光束l4を投射する
投光器13と、その結像光束l4のウェハW表面での反射
光l5を受光して、ウェハWの上下方向(投影レンズ6
の光軸方向)の位置を検出する受光器14とが設けられて
いる。この受光器14はウェハWの上下方向の位置に応じ
て、例えば後ピン状態のときの反射光l5と、合焦状態
のときの反射光l5′との反射位置が異なることを光電
的に検出するものである。この投光器13と受光器14とに
より、ウェハWの上下方向の位置を検出して、ウェハW
の表面と結像面P1との合致状態を検出する焦点検出系
を構成する。
Now, in this projection optical device, a projector 13 for projecting an image forming light beam l 4 of an image of a pinhole or a slit obliquely toward the image forming plane P 1 and reflection of the image forming light beam l 4 on the surface of the wafer W are provided. The light l 5 is received and the vertical direction of the wafer W (projection lens 6
And a light receiver 14 for detecting the position in the optical axis direction. According to the vertical position of the wafer W, the light receiver 14 photoelectrically detects that the reflected light l 5 in the rear focus state and the reflected light l 5 ′ in the focused state differ from each other. Is to be detected by. The light projector 13 and the light receiver 14 detect the position of the wafer W in the vertical direction to detect the wafer W.
A focus detection system for detecting the matching state between the surface of the lens and the image plane P 1 .

第2図は、この焦点検出系の具体的な構成図である。投
光器13内には、ウェハWに塗布された感光剤を感光させ
ない波長の光(例えば赤外光)を発する光源20と、光源
20によって照明されるスリット板21と、このスリット板
21に紙面と垂直な方向に伸長して形成されたスリット開
口を通った光を平行光束にするレンズ22と、レンズ22か
らの平行光束を反射するミラー23と、ミラー23からの平
行光束を入射してその光束の光軸をシフトさせて射出す
る平行平板ガラス(プレーンパラレル)24と、平行平板
ガラス24からの平行光束を集光して、投影レンズ6の結
像面P1内にスリット板21のスリット像を結像するレン
ズ25とが設けられている。平行平板ガラス24は図中紙面
と垂直な回転軸を有し、駆動部26によって、その回転軸
のまわりに一定の角度範囲内で傾斜する。この傾斜によ
って、レンズ25によるスリット像の結像位置が結像面P
1と垂直な方向に変位する。尚、第2図ではウェハWの
表面と結像面P1とが一致した合焦状態を示してある。
FIG. 2 is a specific configuration diagram of this focus detection system. Inside the projector 13, a light source 20 that emits light of a wavelength (for example, infrared light) that does not sensitize the photosensitizer applied to the wafer W, and a light source
Slit plate 21 illuminated by 20, and this slit plate
A lens 22 that collimates light that has passed through a slit opening formed in 21 in a direction perpendicular to the paper surface to form a parallel light flux, a mirror 23 that reflects the parallel light flux from the lens 22, and a parallel light flux from the mirror 23 Then, the parallel plate glass (plane parallel) 24 that shifts the optical axis of the light beam and emits the light beam, and the parallel light beam from the parallel plate glass 24 are condensed to form a slit plate in the image forming plane P 1 of the projection lens 6. A lens 25 for forming the slit image of 21 is provided. The parallel plate glass 24 has a rotation axis perpendicular to the plane of the drawing, and is tilted by the driving unit 26 within a certain angle range around the rotation axis. Due to this inclination, the image forming position of the slit image by the lens 25 is changed to the image forming plane P.
It is displaced in the direction perpendicular to 1 . Incidentally, FIG. 2 shows a focused state in which the surface of the wafer W and the image plane P 1 coincide with each other.

一方、受光器14には、反射光束l5を入射するレンズ27
と、レンズ27からの光束を反射すると共に、その反射の
方向を振動により変える振動ミラー28と、レンズ27から
の光束の結像位置に設けられたスリット板29と、そのス
リット板29に紙面と垂直な方向に延設されたスリット29
aを通過してきた光を受光して、光電信号を出力する受
光素子30とが設けられている。振動ミラー28は紙面と垂
直な回転軸を有し、駆動部31はその回転軸を中心に、振
動ミラー28を一定の角周波数及び一定の振幅で単振動さ
せる。
On the other hand, the photodetector 14 has a lens 27 that makes the reflected light flux l 5 incident.
A vibrating mirror 28 that reflects the light beam from the lens 27 and changes the direction of the reflection by vibration, a slit plate 29 provided at the image forming position of the light beam from the lens 27, and a paper surface on the slit plate 29. Slits 29 extending vertically
A light receiving element 30 that receives the light that has passed through a and outputs a photoelectric signal is provided. The vibrating mirror 28 has a rotation axis perpendicular to the plane of the drawing, and the drive unit 31 causes the vibrating mirror 28 to simply vibrate at a constant angular frequency and a constant amplitude about the rotation axis.

第2図のような構成において、合焦状態では、スリット
板21のスリット像はウェハWの表面に結像し、そのウェ
ハW上のスリット像はレンズ27によって再びスリット板
29上に結像し、そのスリット像は振動ミラー28によって
スリット板29を一定の振幅で往復移動する。このとき、
スリット像のスリット板29上での振動中心はスリット29
aと一致する。従って、ウェハWの表面が投影レンズ6
の結像面P1からずれると、それに応じてスリット像の
振動中心もスリット板29のスリット29aに対して図中左
右方向に変位する。もちろん、そのスリット29aに対す
る変位の方向(右か左か)は、前ピン状態か後ピン状態
かを表わす。
In the configuration as shown in FIG. 2, in the focused state, the slit image of the slit plate 21 is formed on the surface of the wafer W, and the slit image on the wafer W is again formed by the lens 27.
An image is formed on 29, and the slit image is reciprocally moved with a constant amplitude on the slit plate 29 by the vibrating mirror 28. At this time,
The center of vibration of the slit image on the slit plate 29 is the slit 29.
matches a. Therefore, the surface of the wafer W is projected onto the projection lens 6
When it deviates from the image forming plane P 1, the center of vibration of the slit image is also displaced in the horizontal direction in the drawing with respect to the slit 29a of the slit plate 29. Of course, the direction of displacement (right or left) with respect to the slit 29a indicates the front pinned state or the rear pinned state.

さて、第3図は本装置の制御系のブロック図である。テ
レビカメラ12からの画像信号はカメラコントロールユニ
ット(CCU)40を介して信号処理回路(結像検出装
置)41に入力する。信号処理回路41は画像信号に基づい
て、マークMの光像とマークMのウェハWでの反射像と
が重ね合わされた像(重ね合わせ像)の、テレビカメラ
12の受光面上での結像状態を検出し、その結像状態に応
じて移動すべきZステージ11の量を表わす検出信号S
を出力する。主制御装置42はマイクロプロセッサー(以
下ホストMPUとする)を有し、検出信号Saに基づい
て、重ね合わせ像の結像状態を最もよくするように、す
なわち重ね合わせ像のコントラストを最も高くするよう
に、ウェハWの上下方向の位置決めを行なうための駆動
信号Sbを駆動部10に出力する。また主制御装置42はX
Yステージ9の駆動部8にも、2次元的な位置決めのた
めの信号Scを出力する。振動ミラー28の駆動部31は発
振器43から発生する一定の周波数の交流信号を入力し、
その交流信号の周波数に応じて振動ミラー28を単振動さ
せる。受光素子30の光電信号は増幅器44によって増幅さ
れ、その光電信号と発振器43からの交流信号とは位相同
期検波回路(PSD)45に入力する。PSD45は発振器
43の交流信号を基準信号にして光電信号を同期検波す
る。PSD45によって検波された信号はローパスフィル
ター(LPF)46によって高調波成分が除去されて、主制御
装置42に入力する。LPF46の出力信号、すなわち検波
信号Sdは、スリット像の振動中心がスリット29aと一
致したときは零となり、その振動中心が例えばスリット
29aに対して第2図中で左側に変位したときは正極性と
なり、逆に変位したときは負極性となるような、いわゆ
るSカーブ信号である。ただし、このSカーブ信号の零
点は、斜入射光式の焦点検出装置の投光器13と受光器
14との配置によって予め設定された光軸方向の基準位
置にウェハWの表面が合致したときに得られるものであ
って、その基準位置が常に投影レンズ6の結像面P1
正確に一致しているとは限らない。また主制御装置42は
平行平板ガラス24の回転角度を定める駆動信号Seを、
駆動部26に出力する。尚、駆動信号Sbは、検出信号S
aにだけ基づいて出力されるばかりでなく、検波信号S
dにも応じて出力される。駆動信号Sbがその2つの信
号Sa,Sdのいずれに応じて出力されるかは主制御装
置42に含まれたホストMPUによって適宜選択される。
またそのホストMPUは、駆動信号Sb、Sc、Seを
出力するために必要な演算や、その出力タイミングを制
御して、装置全体のシーケンスを統括制御する。
Now, FIG. 3 is a block diagram of a control system of this apparatus. An image signal from the television camera 12 is input to a signal processing circuit (imaging detection device) 41 via a camera control unit (CCU) 40. The signal processing circuit 41, based on the image signal, a television camera of an image (superposed image) in which the optical image of the mark M and the reflected image of the mark M on the wafer W are superposed.
The detection signal S a which indicates the amount of the Z stage 11 to be moved according to the image formation state is detected by detecting the image formation state on the 12 light receiving surfaces.
Is output. The main control unit 42 has a microprocessor (hereinafter referred to as a host MPU), and based on the detection signal Sa, makes the image formation state of the superimposed image the best, that is, makes the contrast of the superimposed image the highest. Then, the drive signal Sb for positioning the wafer W in the vertical direction is output to the drive unit 10. Also, the main controller 42 is X
The drive unit 8 of the Y stage 9 also outputs a signal Sc for two-dimensional positioning. The drive unit 31 of the vibrating mirror 28 inputs an AC signal of a constant frequency generated from the oscillator 43,
The vibrating mirror 28 is simply vibrated in accordance with the frequency of the AC signal. The photoelectric signal of the light receiving element 30 is amplified by the amplifier 44, and the photoelectric signal and the AC signal from the oscillator 43 are input to the phase synchronous detection circuit (PSD) 45. PSD45 is an oscillator
The photoelectric signal is synchronously detected by using the AC signal of 43 as a reference signal. The low-pass filter (LPF) 46 removes harmonic components from the signal detected by the PSD 45, and inputs the signal to the main controller 42. The output signal of the LPF 46, that is, the detection signal Sd becomes zero when the vibration center of the slit image matches the slit 29a, and the vibration center is, for example, the slit.
This is a so-called S-curve signal that has a positive polarity when displaced to the left in FIG. 2 with respect to 29a and has a negative polarity when displaced to the contrary. However, the zero point of this S-curve signal is obtained when the surface of the wafer W coincides with the reference position in the optical axis direction set in advance by the arrangement of the light projector 13 and the light receiver 14 of the oblique incident light type focus detection device. However, the reference position is not always always exactly on the image plane P 1 of the projection lens 6. Further, the main controller 42 sends a drive signal Se that determines the rotation angle of the parallel flat glass 24,
Output to the drive unit 26. The drive signal Sb is the detection signal S
Not only is it output based only on a, but the detected signal S
It is also output according to d. Which of the two signals Sa and Sd the drive signal Sb is output is appropriately selected by the host MPU included in the main controller 42.
Further, the host MPU controls the arithmetic operation necessary for outputting the drive signals Sb, Sc, Se and the output timing thereof, and totally controls the sequence of the entire apparatus.

第4図は信号処理回路41の具体的な一例を示す回路ブロ
ック図である。第4図において、高速のアナログ−デジ
タル変換器(以下、ADCとする)50は、CCU40から
の画像信号のレベルをデジタル変換する。サンプリング
パルス発生器51はCCU40からの水平同期信号SHに応じ
て、テレビカメラ12の1水平走査期間中に、水平方向の
各画素に対応したパルスからなるパルス信号SPを発生す
る。ADC50はこのパルス信号SPの各パルスに応答し
て画像信号をサンプリングし、そのサンプリングしたレ
ベルをデジタル値に変換する。ADC50で交換されたデ
ジタルデータ(以下、単にデータとする)D1はランダ
ムアクセス可能なメモリ回路(以下、RAMとする)52
に入力する。アドレス発生回路53は、パルス信号SPの各
パルスを計数してRAM53のアドレス信号Adを発生す
る。従ってRAM52はパルス信号Spに応答して順次ア
ドレスを更新し、その更新されたアドレスに各サンプリ
ング時のデータD1を格納していく。主制御装置42のホ
ストMPUによって管理されるマイクロ・コンピュータ
(以下、CPUと呼ぶ)54は、RAM52の各アドレスに
格納されたデータD1を順次読み出して、画像信号のレ
ベルの立上りや立下りの状態、すなわち重ね合わせ像の
コントラストを検出する。またCPU54はRAM52の各
アドレスの格納データを消去するとともに、アドレス発
生回路53内の計数値を零、又は初期値にリセットするた
めのクリア信号CLと、この信号処理回路41の動作を開
始するためのスタート信号Stとを出力する。スタート
信号Stはサンプリングパルス発生器51とアドレス発生
回路53に入力する。サンプリングパルス発生器51はこの
スタート信号Stが入力された後に、水平同期信号SH
を受けたとき、パルス信号SPを発生する。さらにアド
レス発生回路53は、このスタート信号Stを入力してい
る間は、パルス信号Spに応じてアドレス信号Adを発生
するが、スタート信号Stを入力しないときは、CPU
54からのアドレスバスADBを介してアドレス信号Ad
を発生し、RAM52のCPU54によるアクセスを可能と
する。またアドレス発生回路53は、水平走査線の1走査
の終了時点、すなわち、パルス信号SPの計数値が所定
値に達したとき、1走査線分のデータD1を取り込んだ
ものとして取込み終了信号CRをCPU54に出力する。
尚、以上のような構成において、以下の説明を簡単にす
るために、テレビカメラ12の水平走査線の1本は1024画
素とし、ADC50は8ビット(すなわちデータD1が8
ビット)のものを使い、RAM52は1Kバイト(1024×
8ビット)以上の容量のものを使うものとする。またC
PU54内には演算結果や定数等のデータを記憶したり、
プログラムを記憶するためのメモリが設けられている。
FIG. 4 is a circuit block diagram showing a specific example of the signal processing circuit 41. In FIG. 4, a high speed analog-to-digital converter (hereinafter referred to as ADC) 50 digitally converts the level of the image signal from the CCU 40. The sampling pulse generator 51 generates a pulse signal SP consisting of a pulse corresponding to each pixel in the horizontal direction during one horizontal scanning period of the television camera 12 in response to the horizontal synchronizing signal SH from the CCU 40. The ADC 50 samples the image signal in response to each pulse of the pulse signal SP, and converts the sampled level into a digital value. Digital data (hereinafter, simply referred to as data) D1 exchanged by the ADC 50 is a randomly accessible memory circuit (hereinafter, referred to as RAM) 52.
To enter. The address generation circuit 53 counts each pulse of the pulse signal SP and generates the address signal Ad of the RAM 53. Therefore, the RAM 52 sequentially updates the address in response to the pulse signal Sp, and stores the data D1 at each sampling at the updated address. A microcomputer (hereinafter, referred to as a CPU) 54 managed by a host MPU of the main control unit 42 sequentially reads the data D1 stored at each address of the RAM 52 to determine a rising or falling state of the image signal level. , That is, the contrast of the superimposed image is detected. Further, the CPU 54 erases the data stored at each address in the RAM 52, and clears the count value in the address generation circuit 53 to zero or an initial value, and starts the operation of the signal processing circuit 41. And a start signal St. The start signal St is input to the sampling pulse generator 51 and the address generation circuit 53. The sampling pulse generator 51 receives the start signal St and then outputs the horizontal synchronizing signal SH.
When receiving, the pulse signal SP is generated. Further, the address generation circuit 53 generates the address signal Ad according to the pulse signal Sp while the start signal St is input, but when the start signal St is not input, the CPU generates the address signal Ad.
Address signal Ad from 54 via address bus ADB
And the CPU 54 of the RAM 52 can access it. Further, the address generating circuit 53 determines that the data D1 for one scanning line has been taken in at the end point of one scanning of the horizontal scanning line, that is, when the count value of the pulse signal SP reaches a predetermined value, and outputs the acquisition end signal CR. Output to CPU 54.
In the above configuration, in order to simplify the following description, one horizontal scanning line of the television camera 12 has 1024 pixels, and the ADC 50 has 8 bits (that is, the data D1 is 8 bits).
RAM52 is used, and RAM52 is 1 Kbyte (1024 ×
A device with a capacity of 8 bits or more shall be used. Also C
The PU54 stores data such as calculation results and constants,
A memory is provided to store the program.

さて、第5図は主制御装置42内に設けられた検波信号S
dの処理回路の回路ブロック図である。検波信号Sd
は、主制御装置42内のホストMPUからの切替信号S1
に応答して切替動作を行なうスイッチ60に入力する。差
動回路61は検波信号Sdの零レベル(アース電位)から
の偏差に応じた差信号をスイッチ60に出力する。スイッ
チ60は切替信号S1に応じて、検波信号Sdと、その差信
号のいずれか一方の信号をアナログ−デジタル変換器
(以下、ADCとする)62に出力する。ADC62は、入
力した検波信号Sd、又は差信号をデジタルデータD2
に変換して、ホストMPUに出力するとともに、ラッチ
回路63にも出力する。ラッチ回路63はホストMPUから
の信号S2に応じて、データD2のラッチを行なうか否
かを切替える。そして、このラッチ回路63を介して出力
されたデータD2が前述の駆動信号Seになる。このよ
うな構成において、スイッチ60は、プレーンパラレル
24の角度を調整(キヤリブレーション)する際は差動回
路61の差信号を選択し、ウェハWの上下方向の位置検出
(焦点検出)の際は検波信号Sdを選択するようにホス
トMPUによって切替えられる。
Now, FIG. 5 shows the detection signal S provided in the main controller 42.
It is a circuit block diagram of a processing circuit of d. Detection signal Sd
Is a switching signal S1 from the host MPU in the main control unit 42.
Is input to the switch 60, which performs the switching operation in response to. The differential circuit 61 outputs to the switch 60 a difference signal corresponding to the deviation of the detection signal Sd from the zero level (ground potential). The switch 60 outputs the detected signal Sd and one of the difference signals thereof to an analog-digital converter (hereinafter referred to as ADC) 62 according to the switching signal S1. The ADC 62 receives the detected signal Sd or the difference signal as digital data D2.
To the host MPU and also to the latch circuit 63. The latch circuit 63 switches whether to latch the data D2 according to the signal S2 from the host MPU. Then, the data D2 output via the latch circuit 63 becomes the above-mentioned drive signal Se. In such a configuration, the switch 60 is a plane parallel
The host MPU selects the difference signal of the differential circuit 61 when adjusting the 24 angles (calibration) and the detection signal Sd when detecting the vertical position of the wafer W (focus detection). Can be switched.

次に本装置の動作を説明する。第6図、第7図は信号処
理回路41、ホストMPUの動作を説明するフローチャー
ト図であり、第8図は信号処理回路41の各信号のタイム
チャート図である。第9図は第1図に示した後ピン状態
においてテレビカメラ12の受光面に形成された重ね合わ
せ像の一例を示す図である。
Next, the operation of this device will be described. 6 and 7 are flowcharts for explaining the operation of the signal processing circuit 41 and the host MPU, and FIG. 8 is a time chart of each signal of the signal processing circuit 41. FIG. 9 is a diagram showing an example of a superimposed image formed on the light receiving surface of the television camera 12 in the rear focus state shown in FIG.

レチクルRのマークM光像M′は第9図に示すように、
細長いスリット状であり、テレビカメラ12の水平走査線
SLと直交する方向に延びたエッジEg1、Eg2を有す
る。走査線SLとエッジEg1、Eg2は必ずしも直交する
必要はないが、ここでは便宜上直交するものとする。観
察光学系5はマークMの光像M′をテレビカメラ12の受
光面に結像するから、それらのエッジEg1、Eg2は合焦
状態で極めてコントラストよく撮像される。またマーク
MのウェハWを介して逆投影された反射像は、レチクル
Rの位置ではディフォーカス(非合焦)している。従っ
て、その反射像はテレビカメラ12の受光面上では光像
M′とは正確に重ならず、エッジEg1、Eg2等の周辺に
低コントラストで広がったぼけた反射像Mdになる。マー
クMは遮光性なので、反射像Mdは光像M′の周辺に黒ず
んで表われ、光像M′自体もマークMが光吸収体なので
黒くなる。一方、走査線SL上の光像M′、反射像Md以
外の部分では照明光がウェハWで反射してくるため白っ
ぽくなる。従って光像M′のエッジEg1、Eg2の周辺の
コントラストを検出して、もっともコントラストがよい
こと、すなわち反射像Mdと光像M′とが正確に一致した
ことをもって、合焦状態とすればよい。
The mark M optical image M'of the reticle R is as shown in FIG.
It has an elongated slit shape and has edges Eg 1 and Eg 2 extending in a direction orthogonal to the horizontal scanning line SL of the television camera 12. The scanning line SL and the edges Eg 1 and Eg 2 are not necessarily orthogonal to each other, but here they are orthogonal for convenience. Since the observation optical system 5 forms an optical image M ′ of the mark M on the light receiving surface of the television camera 12, the edges Eg 1 and Eg 2 are imaged in a focused state with extremely high contrast. The reflected image of the mark M, which is back-projected through the wafer W, is defocused (non-focused) at the position of the reticle R. Therefore, the reflected image does not exactly overlap with the optical image M'on the light receiving surface of the television camera 12, and becomes a blurred reflected image Md that spreads around the edges Eg 1 , Eg 2, etc. with low contrast. Since the mark M has a light-shielding property, the reflected image Md appears dark around the optical image M ′, and the optical image M ′ itself becomes black because the mark M is a light absorber. On the other hand, since the illumination light is reflected by the wafer W in portions other than the light image M ′ and the reflection image Md on the scanning line SL, it becomes whitish. Therefore, the contrast around the edges Eg 1 and Eg 2 of the light image M ′ is detected, and the best contrast is obtained, that is, the reflected image Md and the light image M ′ are exactly coincident with each other. Good.

第6図のフローチャート図はウェハWの表面と投影レン
ズ6の結像面P1とを一致(合焦)させるプログラムであ
る。以下そのプログラムのステップ100〜111を説
明する。
The flowchart of FIG. 6 shows a program for matching (focusing) the surface of the wafer W and the image plane P1 of the projection lens 6. The steps 100 to 111 of the program will be described below.

〔ステップ100〕 まず初めにZステージ11をイニシャル位置にセットす
る。ここではウェハWが第1図のようにもっとも降下し
た位置をイニシャル位置とし、主制御装置42からの駆動
信号Sbに応じてZステージ11を駆動する。
[Step 100] First, the Z stage 11 is set to the initial position. Here, the position where the wafer W is most lowered as shown in FIG. 1 is set as the initial position, and the Z stage 11 is driven according to the drive signal Sb from the main controller 42.

〔ステップ101、102〕 次にホストMPUはCPU54に開始指令を出力し、これ
に応答してCPU54はクリア信号CLを出力して、RA
M52、アドレスカウンタ53をクリアする。これにより、
RAM52の0番地がアクセス可能となる。そして引き続
きスタート信号Stを論理値「L」から「H」に反転さ
せる。その後第8図に示すように、水平同期信号S
入力すると、その入力時点からパルス信号SPが発生
し、CCU40からの画像信号がそのパルスに応答して順
次サンプリングされ、デジタル化されたデータD1はR
AM52の0番地から順番に格納される。RAM52内に格
納されたデータ群は第8図にヒストグラムで示すよう
に、光像M′の部分で最もレベルが低く、その両脇の部
分は反射線Mdのぼけ(低コントラスト)のため、なだら
かにレベルが高くなる。
[Steps 101 and 102] Next, the host MPU outputs a start command to the CPU 54, and in response thereto, the CPU 54 outputs a clear signal CL, and RA
M52 and address counter 53 are cleared. This allows
The address 0 of the RAM 52 becomes accessible. Then, the start signal St is continuously inverted from the logical value "L" to "H". After that, as shown in FIG. 8, when the horizontal synchronizing signal S H is input, a pulse signal SP is generated from the input point, and the image signal from the CCU 40 is sequentially sampled in response to the pulse and digitized data. D1 is R
The data is stored in order from the 0th address of AM52. As shown in the histogram in FIG. 8, the data group stored in the RAM 52 has the lowest level in the part of the optical image M ′, and the parts on both sides thereof are gentle because the reflection line Md is blurred (low contrast). The level becomes higher.

〔ステップ103、104〕 こうして、水平走査期間の終了時に、パルス信号SPの
1024個のパルスがアドレス発生回路53で計数されると、
アドレス発生回路53は終了信号CRを出力する。そこで
CPU54はこの終了信号CRをモニターし、終了信号C
Rを入力したときは、スタート信号Stを理論値「L」
に反転する。以上により、1水平走査で発生した画像信
号が1024個の画素に分割されて、その分割された各画素
の輝度レベルが、デジタルデータに変換されてRAM52
内の0番地から1024番地までに格納される。
[Steps 103 and 104] Thus, at the end of the horizontal scanning period, the pulse signal SP
When 1024 pulses are counted by the address generation circuit 53,
The address generation circuit 53 outputs the end signal CR. Therefore, the CPU 54 monitors the end signal CR and outputs the end signal C.
When R is input, the start signal St is set to the theoretical value "L".
Flip to. As described above, the image signal generated in one horizontal scanning is divided into 1024 pixels, the luminance level of each divided pixel is converted into digital data, and the RAM 52
It is stored in addresses 0 to 1024 of the above.

〔ステップ105〕 次にCPU54はRAM52内のデータ群から、光像M′の
エッジEg1、Eg2部分のデータ列を選び出し、時系列な
画像信号中の立下り、立上り部分の区間を切り出す。具
体的には第10図(a)に示すようにRAM52内の0番地か
ら1024番地までのデータを調べ、エッジEg1に対応し
た番地AdOと、エッジEgに対応した番地Adとを検出
し、その番地AdOとAdの中間的な番地Adを求める。
そして、0番地から番地Adまでを画像信号の立下り区
間とし、番地Adから1024番地までを立上り区間とす
る。
[Step 105] Next, the CPU 54 selects a data string of the edges Eg 1 and Eg 2 of the optical image M ′ from the data group in the RAM 52, and cuts the trailing and rising portions of the time-series image signal. Specifically, as shown in FIG. 10 (a), the data from the 0th address to the 1024th address in the RAM 52 are examined, and the address AdO corresponding to the edge Eg 1 and the address Ad 2 corresponding to the edge Eg 2 are detected. Then, seek an address Ad 1 intermediate between the addresses AdO and Ad 2 .
Then, the address 0 to the address Ad 1 is the falling section of the image signal, and the addresses Ad 1 to 1024 are the rising section.

〔ステップ106〕 次にCPU54は、その立下り区間、立上り区間につい
て、RAM52内のデータ列を1次微分する。この微分は
例えばそのデータ列を数値フィルターに通すことによっ
て高速に処理できる。具体的には第10図(b)に示すよう
に、RAM52の0〜1024番地以外の番地に、その微分波
形のデータを記憶する。ここではその波形のエンベロー
プを示すが実際には第8図に示すデータD1のように離
散的なデータ列である。
[Step 106] Next, the CPU 54 first-order differentiates the data sequence in the RAM 52 with respect to the falling section and the rising section. This differentiation can be processed at high speed, for example by passing the data sequence through a numerical filter. Specifically, as shown in FIG. 10 (b), the differential waveform data is stored in the RAM 52 at addresses other than 0 to 1024. Here, although the envelope of the waveform is shown, it is actually a discrete data string like the data D1 shown in FIG.

〔ステップ107〕 次にCPU54は立下り区間の微分波形上のピーク値Pv
と、ボトム(最低)値Bvとを調べ、その差の絶対値P
B(|Pv−Bv|)を計算する。立上り区間についても
同様に調べる。この値PDはCPU54のメモリに記憶さ
れる。この値PBは、画像信号の立上りや立下りが急に
なればなる程大きな値となり、第10図のように画像信号
の立下り、立上りがなだらかだと、小さな値となる。
[Step 107] Next, the CPU 54 causes the peak value P v on the differential waveform in the falling section to be generated.
And the bottom (lowest) value B v, and the absolute value P of the difference
Calculate B (| P v −B v |). Do the same for the rising section. This value PD is stored in the memory of the CPU 54. The value PB becomes larger as the rising and falling edges of the image signal become steeper, and becomes smaller when the falling and rising edges of the image signal are gentle as shown in FIG.

〔ステップ108、109〕 次にCPU54はZステージ11が上昇の限界点(上限)に
位置したか否かを判断し、まだ上限に達していなけれ
ば、Zステージ11を単位量、例えば0.1μmだけ上昇
させるためのデータを主制御装置42のホストMPUに出
力する。これによって駆動部10が作動してZステージ11
は0.1μmだけ上昇する。
[Steps 108, 109] Next, the CPU 54 determines whether or not the Z stage 11 is located at the limit point (upper limit) of the rise, and if the upper limit is not reached yet, the Z stage 11 is moved by a unit amount, for example, 0.1 μm. The data for increasing the value is output to the host MPU of the main control unit 42. As a result, the drive unit 10 operates and the Z stage 11
Is increased by 0.1 μm.

その後再びステップ101から同じことを繰り返し、Zス
テージ11を0.1μm上昇させてはピークーボトム検出
を行ない、値PBとともにその上昇させた位置も記憶し
ていく。これをZステージ11の上限位置まで行なう。
After that, the same operation is repeated again from step 101, the Z stage 11 is moved up by 0.1 μm, peak-bottom detection is performed, and the increased position is stored together with the value PB. This is performed up to the upper limit position of the Z stage 11.

〔ステップ110〕 ステップ108でCPU54がZステージ11の上限を検出す
ると、CPU54のメモリには例えば第11図のようなデー
タが得られる。第11図は横軸にZステージ11の上下方向
の0.1μm毎の位置Zを表わし、縦軸はその各位置に
対応した値PBを表わす。そこでCPU54はこの値PB
(ボトム・ピーク値)が最大(極値)になる位置Z0
調べる。
[Step 110] When the CPU 54 detects the upper limit of the Z stage 11 in step 108, data shown in FIG. 11, for example, is obtained in the memory of the CPU 54. In FIG. 11, the horizontal axis represents the vertical position Z of the Z stage 11 at every 0.1 μm, and the vertical axis represents the value PB corresponding to each position. Therefore, the CPU 54 sets this value PB
The position Z 0 where the (bottom / peak value) becomes maximum (extreme value) is examined.

〔ステップ111〕 次にCPU54はその位置Z0にZステージ11を位置決め
するようなデータ(検出信号Sa)を主制御装置42に出
力する。これにより、主制御装置42は駆動信号Sbを出
力して、Zステージ11を降下させてウェハWの表面と結
像面Pとを一致させる。すなわち、位置ZOでは画像
信号の立上り、立下りが最も急であり、光像M′と反射
像Mdとが正確に一致したこと(合焦状態)を示す。
[Step 111] Next, the CPU 54 outputs to the main controller 42 data (detection signal Sa) for positioning the Z stage 11 at the position Z 0 . As a result, main controller 42 outputs drive signal Sb to lower Z stage 11 so that the surface of wafer W and image plane P 1 coincide with each other. That is, the rising and falling edges of the image signal are the steepest at the position Z O , which indicates that the optical image M ′ and the reflected image Md exactly match (focused state).

以上のようにして、投影レンズ6の結像面P1とウェハ
Wの表面とが一致して、ウェハW上にマークMの像が合
焦状態で投影されるので、次に投光器13と受光器14で構
成された焦点検出系のキャリブレーションを第8図のフ
ローチャート図に基づいて行なう。以下、そのためのス
テップ120〜125を説明する。
As described above, the image plane P 1 of the projection lens 6 and the surface of the wafer W are aligned with each other and the image of the mark M is projected on the wafer W in a focused state. Calibration of the focus detection system constituted by the device 14 is performed based on the flowchart of FIG. Hereinafter, steps 120 to 125 for that purpose will be described.

〔ステップ120、121〕 主制御装置42のホストMPUは切替信号S1を出力し
て、差動回路61の差信号を選択する。引き続きホストM
PUは信号S2を出力して、ラッチ回路63のラッチ動作
を解除する。これにより、プレーンパラソル24はその差
信号に応じてフィードバック制御で回転し、その差信号
が零になった時点でその回転を停止する。この様子を第
12図に示す。第12図では横軸はウェハWの上下方向(Z
方向)の位置を表わし、縦軸は検波信号Sdの大きさ
(レベル)を表わす。今、ラッチを解除した直後で、検
波信号Sdは特性SD1のようにレベルが−Sdにある
ものとする。すなわち、特性SD1に従った場合は、ウ
ェハWの表面と結像面Pとが位置ZOで一致している
にもかかわらず、真の合焦点である位置ZOから−Z
だけウェハWが降下した位置にあたかも合焦点が存在す
るように検出されてしまう。そこで、差動回路61はその
レベル−Sdの差信号を出力して、プレーンパラレル2
4の角度を変える。これにともないレベル−Sdは小さ
くなり、特性SD1は位置Zで零レベルとなるような
特性SDに直される。
[Steps 120 and 121] The host MPU of the main controller 42 outputs the switching signal S 1 and selects the difference signal of the differential circuit 61. Continue to host M
The PU outputs the signal S 2 to cancel the latch operation of the latch circuit 63. As a result, the plane parasol 24 rotates under feedback control according to the difference signal, and stops its rotation when the difference signal becomes zero. This state
Shown in Figure 12. In FIG. 12, the horizontal axis represents the vertical direction of the wafer W (Z
Direction) and the vertical axis represents the magnitude (level) of the detection signal Sd. Immediately after the latch is released, it is assumed that the detection signal Sd has the level at -Sd O as shown by the characteristic SD1. That is, if in accordance with the characteristics SD1, despite the surface of the wafer W and the image plane P 1 is coincident with the position Z O, -Z 1 from the position Z O is a true focus
Only at the position where the wafer W descends, it is detected as if the in-focus point exists. Therefore, the differential circuit 61 outputs the difference signal of the level -Sd O , and the plane parallel 2
Change the angle of 4. Along with this, the level −Sd O becomes smaller, and the characteristic SD1 is corrected to the characteristic SD 2 which becomes the zero level at the position Z O.

〔ステップ122、123〕 ホストMPUはADC62からのデータD2を読み込み、
が零になったか否か、すなわち、差動回路61の差信
号が零になったか否かを判断する。このとき、データD
が完全に零になる場合はよいが、PSD45のノイズ成
分がLPF46によって完全に除去されない場合を考慮し
て、データD2が零を含むある範囲内のレベルに入った
か否かを判断するようにする。こうして、データD2
ほぼ零と判断されると、特性SD1は特性SD2に直さ
れたことになる。
[Steps 122 and 123] The host MPU reads the data D 2 from the ADC 62,
It is determined whether D 2 has become zero, that is, whether the difference signal of the differential circuit 61 has become zero. At this time, data D
When 2 is completely zero, it is preferable to consider whether the noise component of PSD45 is not completely removed by LPF46 and to judge whether or not the data D 2 has entered a level within a range including zero. To In this way, when the data D 2 is judged to be substantially zero, the characteristic SD1 is corrected to the characteristic SD2.

〔ステップ124、125〕 次にホストMPUは信号Sを出力して、ラッチ回路63
のラッチを行ない、以後、再度信号Sが入力されるま
で、そのラッチ状態を保ち続ける。そして、プレーンパ
ラレル24の駆動部26はそのラッチされたデータ(駆動信
号Se)を基準値として、以後設定されたプレーンパラ
レル24の角度を維持し続ける。そして、ホストMPUは
切替信号S1を出力して、検波信号Sdを選択する。
[Steps 124 and 125] Next, the host MPU outputs the signal S 2 and the latch circuit 63
Is latched, and thereafter, the latched state is maintained until the signal S 2 is input again. Then, the drive unit 26 of the plane parallel 24 uses the latched data (drive signal Se) as a reference value and continues to maintain the angle of the plane parallel 24 that has been set thereafter. Then, the host MPU outputs the switching signal S 1 and selects the detection signal Sd.

以上のようにして、第2図に示した焦点検出系のキャリ
ブレーションが終了する。そして実際にウェハWにレチ
クルRのパターンを投影露光するときは、ホストMPU
が検波信号SdのデータD2を読み込み、その値が零に
なるように、駆動信号Sbを出力してウェハWを上下動
させればよい。
As described above, the calibration of the focus detection system shown in FIG. 2 is completed. When actually projecting and exposing the pattern of the reticle R onto the wafer W, the host MPU
Reads the data D2 of the detection signal Sd and outputs the drive signal Sb so that the value becomes zero, so that the wafer W is moved up and down.

また、以上の実施例ではウェハWからの反射像Mdを光像
M′と重ね合わせて観察するとしたが、反射性の平面板
ならばウェハWに限るものではない。例えばZステージ
11上にウェハWの表面とほぼ同じ高さに設けられた基準
マークを有する基準板を用いてもよい。その基準板は、
本来装置の基準合わせや位置合わせ用顕微鏡の光軸のド
リフトチェック等に使われるものであるが、基準マーク
が形成されていない反射率の高い部分を用いてマークM
の投影像を反射させてもよい。
Further, in the above embodiment, the reflection image Md from the wafer W is superposed on the optical image M'and observed, but the reflection flat plate is not limited to the wafer W. For example, Z stage
A reference plate having a reference mark provided on the surface of the wafer 11 at substantially the same height as the surface of the wafer W may be used. The reference plate is
Originally used for the reference alignment of the device and the drift check of the optical axis of the positioning microscope, the mark M is formed by using the high reflectance portion where the reference mark is not formed.
The projected image of may be reflected.

次に本発明の第2の実施例を第13図、第14図、第15図に
基づいて説明する。第2の実施例ではレチクルRに設け
たマークMを複数本、平行に一定ピッチで配置した格子
状のパターン、いわゆるライン・アンド・スペース形成
用の周期構造のマークとする。第13図はその格子状のマ
ークを設けたレチクルRの走査線方向の断面と、後ピン
状態、合焦状態、前ピン状態のときの画像信号Svと、
その画像信号Svを得たときの走査線に対応したウェハ
W上での光強度分布Cwとを表わす。第13図(a)は第1図
に示すような後ピン状態を表わす。格子状のマークとマ
ークの間の透過部を通り、ウェハWで反射した光が再び
格子状のマークとマークの間を透過したとき、マークの
エッジ周辺部は画像信号Svに示すように立上り、立下
りともだれている。第13図(b)は合焦状態を表わし、ウ
ェハW上に投影された像のコントラストが最もよく、重
ね合わせ像のコントラストも最も高い。また第13図(C)
は前ピン状態を表わし、画像信号Sv、強度分布Cwとも
後ピン状態のときの特性と相似である。尚、上記3つの
状態のときマークとマークの間の透過部では、画像信号
vのピーク部分aの波形と、強度分布Cwのピーク部分
a′の波形とは相似になる。ただし、レチクルRのマー
クをウェハWに投影し、その反射像を観察しているの
で、強度分布Cwのピーク部分a′の波形のだれ方に対
して、画像信号Svのピーク部分aの波形のだれ方(ぼ
け具合)は2倍になる。一方、第14図は前ピン、後ピン
の量が合焦点状態から大きくはずれた場合を表わし、強
度分布Cwはほぼ均一になってしまい、レチクルRのマ
ークとマークの間の透過部を通った光がウェハWを均一
に照明していると見なされる。ただし、その強度分布C
wの大きさは第13図(b)の場合のピーク部分の大きさより
も小さくなる。このため画像信号Svは立上り、立下り
とも急になりあたかも合焦状態のような特性を示すが、
ピーク部分の大きさは真の合焦状態のときよりも小さ
い。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 13, 14 and 15. In the second embodiment, a plurality of marks M provided on the reticle R are arranged in parallel at a constant pitch in a grid pattern, that is, a mark having a periodic structure for forming so-called line and space. FIG. 13 is a cross section in the scanning line direction of the reticle R provided with the grid-like marks, and the image signal S v in the rear focus state, the in-focus state, and the front focus state,
The light intensity distribution C w on the wafer W corresponding to the scanning line when the image signal S v is obtained is shown. FIG. 13 (a) shows the rear pin state as shown in FIG. When the light reflected by the wafer W again passes between the lattice-shaped marks and passes through the transmission portion between the marks, the edge periphery of the mark rises as shown in the image signal S v. , Falling and drooling. FIG. 13B shows the in-focus state, in which the image projected on the wafer W has the highest contrast and the superimposed image also has the highest contrast. Fig. 13 (C)
Represents the front focus state, and both the image signal S v and the intensity distribution C w are similar to the characteristics in the rear focus state. In the above three states, in the transmissive portion between the marks, the waveform of the peak portion a of the image signal S v and the waveform of the peak portion a ′ of the intensity distribution C w are similar. However, since the mark of the reticle R is projected on the wafer W and the reflection image thereof is observed, the peak portion a of the image signal S v is different from that of the waveform of the peak portion a ′ of the intensity distribution C w . The dullness (blurring degree) of the waveform is doubled. On the other hand, FIG. 14 shows a case where the amounts of the front focus and the rear focus are largely deviated from the focused state, and the intensity distribution C w becomes almost uniform, and the intensity distribution C w passes through the transparent portion between the marks of the reticle R. The light is considered to illuminate the wafer W uniformly. However, its intensity distribution C
The size of w is smaller than the size of the peak portion in the case of Fig. 13 (b). For this reason, the image signal S v has both a rising edge and an abrupt edge, and shows a characteristic like an in-focus state.
The size of the peak portion is smaller than that in the true focused state.

そこでこれら画像信号Sv中の立上りや立下りを前述の
第1の実施例と同様に検出すると、第15図のような特性
が得られる。第15図の横軸はウェハWのZ方向の位置を
表わし、縦軸は値PB(コントラスト値)を表わす。合
焦点は位置Zであり、位置ZOから離れるに従って値
PBは低下し、焦点はずれがさらに大きくなると値PB
は再び増加する。この値PBが極値を示す位置ZOにウ
ェハWの表面を合わせれば、合焦状態にできるが、第15
図に示す波形をさらに微分(2次微分)して極値を求め
るようにしてもよい。
Therefore, when the rising edge and the falling edge of the image signal S v are detected in the same manner as in the first embodiment, the characteristics shown in FIG. 15 are obtained. The horizontal axis of FIG. 15 represents the position of the wafer W in the Z direction, and the vertical axis represents the value PB (contrast value). Focus is located Z O, position Z value PB in accordance O away from decreases, further increases defocus the value PB
Will increase again. If the surface of the wafer W is aligned with the position Z O at which this value PB shows an extreme value, a focused state can be obtained.
The waveform shown in the figure may be further differentiated (second derivative) to obtain the extreme value.

以上のように本実施例では遮光性のマークが走査方向に
複数配置されているため、1水平走査の間に、画像信号
に立上り、立下りが複数発生する。このため、画像信号
中の立上り区間又は立下り区間の複数を繰り返し、コン
トラスト検出することができるので、画像信号中の雑音
(ノイズ)による誤差を低減するだけでなく、繰り返し
による精度向上を計ることができる利点もある。またこ
のような格子状のマークを用いると、画像信号は連続し
た繰り返し波形となるので、この波形に含まれる高調波
成分がどこまで高次に渡って存在するかをフーリエ変換
によって検出することで、合焦状態を見つけ出すことも
できる。
As described above, in the present embodiment, since a plurality of light-shielding marks are arranged in the scanning direction, a plurality of rising edges and falling edges occur in the image signal during one horizontal scanning. Therefore, the contrast can be detected by repeating a plurality of rising sections or falling sections in the image signal, so that not only the error due to noise in the image signal can be reduced, but also the accuracy can be improved by the repetition. There is also an advantage. Further, when such a grid-like mark is used, the image signal has a continuous repetitive waveform, so by detecting by Fourier transform to what degree the higher harmonic components included in this waveform exist, You can also find out the in-focus state.

さて、上記各実施例において、光電検出装置はテレビカ
メラとしたが、一次元、又は2次元に複数の受光素子を
配列した固体イメージセンサーを用いても同様の効果が
得られる。
In each of the above embodiments, the photoelectric detection device is a television camera, but the same effect can be obtained by using a solid-state image sensor in which a plurality of light receiving elements are arranged one-dimensionally or two-dimensionally.

また上記各実施例ではマークMを光吸収性のものとした
が、投影レンズ6の光学的な構成によってはクロム等の
金沿薄膜で形成された光反射性のものでも同様の効果が
得られる。この種の投影レンズ6の光学的な構成は大別
して2種類に分けられる。それは、レチクルR側、ウェ
ハW側ともテレセントリックな光学系になるものと、レ
チクルR側が非テレセントリックな光学系でウェハ側が
テレセントリックな光学系になるものとの2つである。
前者の場合は、レチクルRのマークMを照明する光束の
主光線及び観察光学系の主光線はレチクルRに垂直(投
影レンズの光軸と平行)になるので、上記実施例のよう
にマークMを光吸収性にしておくか、もしくは、レチク
ルRを偏光した光で照明し、レチクルRとウェハWとの
間の光路中に偏光状態を変える部材(例えば1/4波長
板)を入れて、マークMからの反射光はカットし、ウェ
ハWからの反射光は透過するような、偏光特性を有する
観察光学系を設けなければ、マークMからの反射光が観
察光学系5、テレビカメラ12に入射し、マークmの光像
M′は白っぽくなり、ウエハWからの反射光とともに、
受光面には全体に白っぽい像が結像し、画像信号の処理
が難しくなる。一方、後者の場合はレチクルR側が非テ
レセントリック系なので、マークMを投影レンズの光軸
が通らない位置、例えばレチクルRの周辺に設ければマ
ークMの照明光束の主光線、及び観察光学系5の主光線
は、マークMと投影レンズの瞳の中心とを結ぶ線と一致
して、投影レンズの光軸に対して傾いたもの、すなわち
両主光線がレチクルRのパターン面に垂直にならず、あ
る角度傾いたものになる。このため、マークMが光反射
性であっても、マークMを照明した光の反射光は観察光
学系5、テレビカメラ12の方に戻らず他の方向に進むか
ら、マークMはウェハWで反射してきた光で透過照明さ
れることになり、マークMの光像M′は黒っぽい影とな
って撮像されるのである。このように、レチクルR側が
非テレセントリック系である場合は、マークMを反射性
で遮光性のものとしても、上記各実施例の通り全く同様
に画像信号の処理が可能である。
Further, in each of the above-mentioned embodiments, the mark M is made light-absorbing, but depending on the optical configuration of the projection lens 6, a light-reflecting mark formed of a gold-side thin film such as chrome can also obtain the same effect. . The optical configuration of this type of projection lens 6 is roughly classified into two types. There are two types, one is a telecentric optical system on both the reticle R side and the wafer W side, and one is a non-telecentric optical system on the reticle R side and a telecentric optical system on the wafer side.
In the former case, the principal ray of the luminous flux that illuminates the mark M of the reticle R and the principal ray of the observation optical system are perpendicular to the reticle R (parallel to the optical axis of the projection lens), so that the mark M is the same as in the above embodiment. Is made light-absorbing, or the reticle R is illuminated with polarized light, and a member (for example, a quarter-wave plate) that changes the polarization state is inserted in the optical path between the reticle R and the wafer W, Unless an observation optical system having a polarization characteristic that cuts the reflected light from the mark M and transmits the reflected light from the wafer W is transmitted, the reflected light from the mark M is transmitted to the observation optical system 5 and the television camera 12. Upon incidence, the optical image M ′ of the mark m becomes whitish, and with the reflected light from the wafer W,
A whitish image is formed on the entire light receiving surface, which makes it difficult to process the image signal. On the other hand, in the latter case, since the reticle R side is a non-telecentric system, if the mark M is provided at a position where the optical axis of the projection lens does not pass, for example, if it is provided around the reticle R, the principal ray of the illumination light flux of the mark M and the observation optical system 5 The principal ray of is coincident with the line connecting the mark M and the center of the pupil of the projection lens and is inclined with respect to the optical axis of the projection lens, that is, both principal rays are not perpendicular to the pattern surface of the reticle R. , It will be tilted at an angle. Therefore, even if the mark M is light-reflecting, the reflected light of the light that illuminates the mark M does not return to the observation optical system 5 and the television camera 12 but travels in the other direction. The reflected light is transmitted and illuminated, and the light image M ′ of the mark M is captured as a dark shadow. As described above, when the reticle R side is a non-telecentric system, even if the mark M is reflective and light-shielding, the image signal processing can be performed in the same manner as in each of the above embodiments.

本発明では以上の説明の通り、マークMは光反射性、光
吸収性のいずれでもよく、投影レンズがレチクルR側で
非テレセントリック系であれば、マークMの反射、吸収
性を考慮する必要はなく、またテレセントリック系であ
れば、マークMを偏光した光で照明し、投影レンズや観
察光学系に偏光特性を与えるだけでまったく同様の効果
が得られる。
In the present invention, as described above, the mark M may be either light reflective or light absorptive, and if the projection lens is a non-telecentric system on the reticle R side, it is not necessary to consider the reflection and absorptivity of the mark M. In the case of a telecentric system, a completely similar effect can be obtained only by illuminating the mark M with polarized light and giving polarization characteristics to the projection lens and the observation optical system.

(発明の効果) 以上のように本発明によれば、第1基板と第2基板との
間で投影光学系を通って往復する結像光束のコントラス
トを検出して合焦点の絶対位置を検出し、この検出され
た合焦点に対して斜入射光式の焦点検出系をキャリブレ
ーションするので、投影光学系の光学的な特性に変動
(フォーカスシフト)が生じても、それに追従するよう
に、斜入射光式の焦点検出系の検出基準位置が補正さ
れ、マスクのパターンを感光基板に露光する際、斜入射
光式の焦点検出系のみを頼りにして感光基板を焦点合わ
せしても、常に精密なパターン像の投影が行われる。さ
らに斜入射光式の焦点検出系の光路中に平行平板ガラス
等の可動光学素子を設けて、検出基準位置をシフトさせ
るようにしたため、単に電気的に検出信号をオフセット
させる場合と比べると、検出信号の特質、例えばSカー
ブ信号の零点に対する対称性を損なうことがないといっ
た利点もある。また実施例で示したように、第1基板の
パターンを第2基板へ投影し、その反射像と第1基板の
パターンとを重ね合わせた像のコントラストを検出する
ようにすれば、像コントラストを決定する結像光束が投
影光学系を往復することになり、例えば第2基板上に設
けられたパターンからの結像光束による像コシトラスト
を投影光学系を介して検出するだけの場合と比べて検出
感度を約2倍程度に高めることができる。
(Effect of the Invention) As described above, according to the present invention, the absolute position of the in-focus point is detected by detecting the contrast of the image-forming light flux that reciprocates between the first substrate and the second substrate through the projection optical system. Then, since the oblique incident light type focus detection system is calibrated with respect to the detected focus point, even if the optical characteristics of the projection optical system fluctuate (focus shift), it is possible to follow it. When the detection reference position of the oblique incident light type focus detection system is corrected and the mask pattern is exposed on the photosensitive substrate, even if the photosensitive substrate is focused by relying only on the oblique incident light type focus detection system, A precise pattern image is projected. Further, since a movable optical element such as a parallel plate glass is provided in the optical path of the oblique-incident light type focus detection system to shift the detection reference position, the detection signal is compared with a case where the detection signal is simply electrically offset. There is also an advantage that the characteristics of the signal, for example, the symmetry with respect to the zero point of the S-curve signal, is not impaired. Further, as shown in the embodiment, if the pattern of the first substrate is projected onto the second substrate and the contrast of the image obtained by superimposing the reflected image and the pattern of the first substrate is detected, the image contrast is improved. The image-forming light flux to be determined reciprocates in the projection optical system. For example, as compared with the case where the image cosidence due to the image-forming light beam from the pattern provided on the second substrate is only detected through the projection optical system. The detection sensitivity can be increased about twice.

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

第1図は本発明の第1の実施例による投影光学装置の概
略的な構成図、第2図は間接的な焦点検出装置の概略的
な構成図、第3図は制御系のブロック図、第4図は画像
信号を処理して、像のコントラストを検出する処理回路
41の回路ブロック図、第5図は平行平板ガラスのキャリ
ブレーションを行なうための回路ブロック図、第6図は
ウェハの表面と投影レンズの結像面とを一致させる動作
のためのフローチャート図、第7図は間接的な焦点検出
装置のキャリブレーションのためのフローチャート図、
第8図は第4図の回路ブロックにおけるタイムチャート
図、第9図は重ね合わせ像の一例を示す図、第10図は画
像信号と、その微分信号を示す波形図、第11図はコント
ラストと焦点位置との関係を示す特性図、第12図は位相
同期検波回路の検波信号の様子を示す特性図、第13図、
第14図は本発明の第2の実施例による画像信号の様子を
示す波形図、第15図は第2の実施例におけるコントラス
トと焦点位置との関係を示す特性図である。 〔主要部分の符号の説明〕 5……観察光学系、6……投影レンズ 11……Zステージ、12……テレビカメラ 13……投 光 器、14……受 光 器 24……平行平板ガラス、40……カメラコントロールユニ
ット 41……信号処理回路
1 is a schematic configuration diagram of a projection optical device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an indirect focus detection device, FIG. 3 is a block diagram of a control system, FIG. 4 shows a processing circuit for processing the image signal and detecting the contrast of the image.
41 is a circuit block diagram, FIG. 5 is a circuit block diagram for calibrating parallel plate glass, and FIG. 6 is a flowchart diagram for the operation of matching the surface of the wafer with the image plane of the projection lens. FIG. 7 is a flow chart diagram for calibration of an indirect focus detection device,
FIG. 8 is a time chart diagram in the circuit block of FIG. 4, FIG. 9 is a diagram showing an example of a superimposed image, FIG. 10 is a waveform diagram showing an image signal and its differential signal, and FIG. 11 is a contrast diagram. A characteristic diagram showing the relationship with the focal position, FIG. 12 is a characteristic diagram showing the state of the detection signal of the phase-locked detection circuit, FIG. 13,
FIG. 14 is a waveform diagram showing the state of an image signal according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 15 is a characteristic diagram showing the relationship between the contrast and the focus position in the second embodiment. [Explanation of symbols for main parts] 5 ... Observation optical system, 6 ... Projection lens 11 ... Z stage, 12 ... TV camera 13 ... Projector, 14 ... Receiver 24 ... Parallel flat glass , 40 …… Camera control unit 41 …… Signal processing circuit

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1基板に形成されたパターンを所定の結
像面に投影する投影光学系と、前記所定結像面側に配置
される第2基板の表面が前記所定結像面とほぼ平行にな
るように、該第2基板を保持するとともに、前記投影光
学系の光軸方向に可動な保持手段と、前記投影光学系の
外側から前記第2基板の表面に斜めに照明光を投射し、
該表面からの反射光の受光位置の変化を検出することに
よって、前記所定結像面とほぼ一致するように予め設定
された基準位置に対する前記第2基板の光軸方向のずれ
量を検出する斜入射光式の焦点検出手段と、該検出され
たずれ量に基づいて前記保持手段の光軸方向の移動を制
御する第1制御手段とを備えた投影光学装置において、 前記焦点検出手段の光路中に配置され、前記基準位置が
前記投影光学系の光軸方向に変位するように、前記第2
基板からの反射光の受光位置を相対的にシフトさせる可
動光学素子と; 前記投影光学系を通って前記第1基板と第2基板との間
を往復する結像光束のコントラスト変化を、前記保持手
段を光軸方向に移動させて検出することによって、前記
第2基板の表面と前記所定結像面との合焦点を検知する
合焦点検出手段と; 前記検出された合焦点に前記第2基板の表面が位置した
ときに、前記斜入射光式の焦点検出手段によって検出さ
れるべきずれ量が一定の値になるように、前記可動光学
素子の駆動を制御する第2制御手段とを備え、前記基準
位置と前記所定結像面との光軸方向の位置関係を較正す
ることを特徴とする投影光学装置。
1. A projection optical system for projecting a pattern formed on a first substrate onto a predetermined image forming surface, and a surface of a second substrate disposed on the side of the predetermined image forming surface is substantially the same as the predetermined image forming surface. While holding the second substrate so as to be parallel to each other, holding means that is movable in the optical axis direction of the projection optical system, and obliquely projects illumination light from the outside of the projection optical system onto the surface of the second substrate. Then
By detecting a change in the light receiving position of the reflected light from the surface, a skew for detecting the amount of deviation of the second substrate in the optical axis direction with respect to a reference position preset so as to substantially match the predetermined image plane. In a projection optical device comprising incident light type focus detection means and first control means for controlling movement of the holding means in the optical axis direction based on the detected shift amount, in the optical path of the focus detection means. The second position so that the reference position is displaced in the optical axis direction of the projection optical system.
A movable optical element that relatively shifts a light receiving position of reflected light from the substrate; and a change in the contrast of an image-forming light flux that reciprocates between the first substrate and the second substrate through the projection optical system, the holding Focusing point detecting means for detecting a focusing point between the surface of the second substrate and the predetermined image plane by moving the means in the optical axis direction for detection; and the second substrate at the detected focusing point. A second control means for controlling the drive of the movable optical element so that the amount of deviation to be detected by the oblique incident light type focus detection means becomes a constant value when the surface of the A projection optical apparatus for calibrating a positional relationship between the reference position and the predetermined image plane in the optical axis direction.
【請求項2】前記可動光学素子は、前記斜入射光式の焦
点検出手段の光路中に傾斜可能に配置された平行平板ガ
ラスであり、前記第2制御手段は、前記第2基板の表面
を前記合焦点に位置させたときに前記焦点検出手段によ
って検出されるずれ量がほぼ零になるように前記平行平
板ガラスの傾きを変化させる駆動部を含むことを特徴と
する特許請求の範囲第1項に記載の装置。
2. The movable optical element is a parallel plate glass which is tiltably arranged in the optical path of the oblique-incidence light type focus detection means, and the second control means controls the surface of the second substrate. The drive unit for changing the inclination of the parallel flat plate glass so that the amount of deviation detected by the focus detection unit when being positioned at the in-focus point is substantially zero. The device according to paragraph.
【請求項3】前記第1基板は半導体素子等のパターンを
有するマスクであり、前記保持手段は、前記投影光学系
によって投影された前記マスクのパターンで露光される
べき感光基板を保持するとともに、該感光基板の表面と
ほぼ同じ高さに設けた基準板を前記第2基板として保持
したことを特徴とする特許請求の範囲第1項、又は第2
項に記載の装置。
3. The first substrate is a mask having a pattern such as a semiconductor element, and the holding means holds a photosensitive substrate to be exposed with the pattern of the mask projected by the projection optical system, The reference plate provided at substantially the same height as the surface of the photosensitive substrate is held as the second substrate.
The device according to paragraph.
【請求項4】前記合焦点検出手段は、前記マスクのパタ
ーンを前記感光基板へ露光するための露光用照明光束の
もとでコントラスト変化が極値になる位置を前記合焦点
として検出し、前記斜入射光式の焦点検出手段の照明光
を前記感光基板に対して非感光性の波長に設定したこと
を特徴とする特許請求の範囲第3項に記載の装置。
4. The in-focus point detecting means detects, as the in-focus point, a position at which a contrast change has an extreme value under an exposure illumination light beam for exposing the mask pattern onto the photosensitive substrate. 4. The apparatus according to claim 3, wherein the illumination light of the oblique incident light type focus detection means is set to a wavelength that is non-photosensitive to the photosensitive substrate.
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JPS61214483A (en) * 1985-03-19 1986-09-24 Teijin Ltd Manufacture of integrated type solar cell
JPS6225417A (en) * 1985-07-25 1987-02-03 Canon Inc Semiconductor manufacturing equipment
JPH0821531B2 (en) * 1986-08-29 1996-03-04 株式会社ニコン Projection optical device
JP2589073B2 (en) * 1986-11-07 1997-03-12 株式会社ニコン Projection optical device
JPH0652706B2 (en) * 1988-05-13 1994-07-06 キヤノン株式会社 Projection exposure device
JPH1038513A (en) * 1996-07-22 1998-02-13 Nikon Corp Surface height measuring instrument, and exposing device using the same

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