JPH06267820A - Position detector - Google Patents

Position detector

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JPH06267820A
JPH06267820A JP5052736A JP5273693A JPH06267820A JP H06267820 A JPH06267820 A JP H06267820A JP 5052736 A JP5052736 A JP 5052736A JP 5273693 A JP5273693 A JP 5273693A JP H06267820 A JPH06267820 A JP H06267820A
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玄 内田
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正弘 中川
Masanori Kato
正紀 加藤
Ayako Sugaya
綾子 菅谷
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    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7088Alignment mark detection, e.g. TTR, TTL, off-axis detection, array detector, video detection

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

PURPOSE:To more accurately detect the two-dimensional position of an object to be detected, by correcting the astigmatism generated in an optical system for position detection. CONSTITUTION:The pattern of a reticle R is exposed on a wafer W via a projection aligner. In an alignment system 4 on the side surface of the projection aligner, the alignment light from a wafer mark WM on the wafer W forms an image of the wafer mark WM on a focal plate 11, through an objective 7, a beam splitter 6, a negative cylindrical lens 8, and a positive cylindrical lens 9. The image on the focal plate 11 is picked up by image sensing elements 13M and 13S, via an imagery lens 11. By changing the absolute rotation angles of the cylirxdrical lenses 8, 9 or the relative rotation angle or the interval, the astigmatism generated by the objective 7 and the beam spitter 6 us cancelled.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

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

【0002】[0002]

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

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

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

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

【0006】[0006]

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

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

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

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

【0010】本発明は斯かる点に鑑み、被検物上の計測
用マークからの位置検出用の光を位置検出光学系を介し
て観察面上に導き、この観察面上でのその位置検出用の
光の位置からその被検物の位置を検出する位置検出装置
において、その位置検出用の光学系で発生した非点収差
を補正してより正確に被検物の位置検出を行うことを目
的とする。
In view of such a point, the present invention guides the light for position detection from the measurement mark on the object to be examined onto the observation surface through the position detection optical system, and detects the position on the observation surface. In a position detection device that detects the position of an object to be inspected from the position of the light for inspection, it is possible to correct the astigmatism generated in the optical system for position detection to more accurately detect the position of the object to be inspected. To aim.

【0011】[0011]

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

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

【0013】また、本発明による第3の位置検出装置
は、例えば図8に示す如く、マスク(R)上に形成され
たパターンの像を投影光学系(PL)を介して感光基板
(W)上に投影する露光装置に設けられ、感光基板
(W)上の計測用マーク(WM)から投影光学系(P
L)を介して得られる位置検出用の光を集光し、観察面
(35の撮像面)上に計測用マーク(WM)の像を形成
する位置検出光学系(PL,28,27,29,54,
36,34)と、その観察面上のその計測用マークの像
の2次元的な位置ずれ量を検出する計測手段(35,4
1)とを有し、計測用マーク(WM)の像の位置ずれ量
から感光基板(W)の位置を検出する位置検出装置にお
いて、投影光学系(PL)とその観察面との間のその位
置検出用の光の光路に沿って第1トーリックレンズ
(9)及び第2トーリックレンズ(8)を配置し、それ
ら2つのトーリックレンズの内の少なくとも一方のトー
リックレンズをこのレンズの光軸を中心に回転可能又は
この光軸に沿って移動可能に設け、それら2つのトーリ
ックレンズの内の少なくとも一方のトーリックレンズを
回転又は移動することにより、その位置検出用の光に対
してその投影光学系で発生する非点収差を補正するよう
にしたものである。
Further, in the third position detecting device according to the present invention, as shown in FIG. 8, for example, the image of the pattern formed on the mask (R) is passed through the projection optical system (PL) to the photosensitive substrate (W). It is provided in the exposure device for projecting on the projection optical system (P) from the measurement mark (WM) on the photosensitive substrate (W).
Position detection optical system (PL, 28, 27, 29) that collects the light for position detection obtained via L) and forms an image of the measurement mark (WM) on the observation surface (imaging surface of 35). , 54,
36, 34) and measuring means (35, 4) for detecting the two-dimensional positional deviation amount of the image of the measuring mark on the observation surface.
1) and a position detection device for detecting the position of the photosensitive substrate (W) from the amount of positional deviation of the image of the measurement mark (WM), the position detection device between the projection optical system (PL) and its observation surface. A first toric lens (9) and a second toric lens (8) are arranged along the optical path of the light for position detection, and at least one of the two toric lenses is placed around the optical axis of this lens. Rotatably or movably along the optical axis, and by rotating or moving at least one toric lens of the two toric lenses, the projection optical system is adapted to the position detecting light. The astigmatism that occurs is corrected.

【0014】[0014]

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

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

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

【0017】[0017]

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

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

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

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

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

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

【0023】但し、この際に対物レンズ7や光路の引き
回し用のビームスプリッター6によってアライメント光
に対して非点収差が発生すると、焦点板10上に結像さ
れるウエハマークWMの像にメリジオナル方向とサジタ
ル方向とで焦点ずれが発生する。そのため、仮にウエハ
マークWMの像のメリジオナル方向の焦点位置を焦点板
10上に合わせると、ウエハマークWMの像のサジタル
方向の焦点位置は焦点板10から外れることになり、ウ
エハマークWMの像と指標マークIMとをメリジオナル
方向及びサジタル方向で同時に合焦することができなく
なる。従って、第1撮像素子13M又は第2撮像素子1
3Sの何れか又は両方で、ウエハマークWMの像と指標
マークIMとの位置ずれ量を正確に検出できなくなる。
However, at this time, if astigmatism is generated with respect to the alignment light by the objective lens 7 and the beam splitter 6 for routing the optical path, the image of the wafer mark WM formed on the focusing screen 10 is meridional direction. Defocusing occurs in the sagittal direction. Therefore, if the focus position of the image of the wafer mark WM in the meridional direction is aligned with the focus plate 10, the focus position of the image of the wafer mark WM in the sagittal direction will deviate from the focus plate 10 and the image of the wafer mark WM The index mark IM cannot be simultaneously focused in the meridional direction and the sagittal direction. Therefore, the first image sensor 13M or the second image sensor 1
In either or both of 3S, the amount of positional deviation between the image of the wafer mark WM and the index mark IM cannot be accurately detected.

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

【0025】また、本実施例では、それら2枚のシリン
ドリカルレンズの相対回転角及び間隔をそれぞれ所望の
状態に設定するための設定装置50が設けられている。
なお、本例において、焦点板10と撮像素子13M,1
3Sとの間で、即ち例えばリレーレンズ11で非点収差
が生じた場合には、撮像素子13M,13Sの光軸AX
3方向の位置をそれぞれ調整することにより合焦を行う
ことができる。従って、焦点板10と撮像素子13M,
13Sとの間のみで非点収差が生じた場合には、シリン
ドリカルレンズ8,9を設置する必要はない。
Further, in the present embodiment, a setting device 50 is provided for setting the relative rotation angle and the interval of these two cylindrical lenses to desired states.
In this example, the focusing screen 10 and the image pickup devices 13M, 1
3S, that is, when astigmatism occurs in the relay lens 11, for example, the optical axes AX of the image pickup devices 13M and 13S.
Focusing can be performed by adjusting the positions in the three directions. Therefore, the focusing screen 10 and the image pickup device 13M,
When astigmatism occurs only between the lens and 13S, it is not necessary to install the cylindrical lenses 8 and 9.

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

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

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

【0029】[0029]

【数1】 [Equation 1]

【0030】[0030]

【数2】 [Equation 2]

【0031】同様に、2枚のシリンドリカルレンズ8,
9のサジタル方向の合成焦点距離をFS とすると、サジ
タル方向の薄肉レンズの結像公式より次の2つの式が得
られる。
Similarly, two cylindrical lenses 8,
Assuming that the composite focal length of 9 in the sagittal direction is F S , the following two equations can be obtained from the imaging formula of the thin lens in the sagittal direction.

【0032】[0032]

【数3】 [Equation 3]

【0033】[0033]

【数4】 [Equation 4]

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

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

【0036】[0036]

【数5】 [Equation 5]

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

【0038】[0038]

【数6】 [Equation 6]

【0039】また、シリンドリカルレンズ8,9の主点
と凸レンズ14(結像レンズ)の主点との間隔をx1
して、凸レンズ14により結像されるメリジオナル方向
及びサジタル方向の像と凸レンズ14の主点との間隔を
それぞれCM 及びCS とすると、図2(c)の実線で示
す如き関係からメリジオナル方向についての凸レンズ1
4に関する結像公式より次式が得られる。
The distance between the principal points of the cylindrical lenses 8 and 9 and the principal point of the convex lens 14 (imaging lens) is x 1 and the images in the meridional and sagittal directions formed by the convex lens 14 and the convex lens 14 are formed. Assuming that the distance from the principal point is C M and C S , respectively, the convex lens 1 in the meridional direction can be obtained from the relationship shown by the solid line in FIG.
From the imaging formula for 4 the following equation is obtained.

【0040】[0040]

【数7】 [Equation 7]

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

【0042】[0042]

【数8】 [Equation 8]

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

【0044】[0044]

【数9】 [Equation 9]

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

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

【0047】[0047]

【数10】 [Equation 10]

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

【0049】[0049]

【数11】 [Equation 11]

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

【0051】[0051]

【数12】 [Equation 12]

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

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

【0054】なお、入射光束が平行光束の場合には、メ
リジオナル方向の射出光束が収斂しないため、以下で
は、入射光束が平行光束の平行系と入射光束が収斂光束
である結像系とに分けて説明する。
When the incident light flux is a parallel light flux, the light flux exiting in the meridional direction does not converge. Therefore, in the following, the incident light flux is divided into a parallel system of parallel light flux and an imaging system in which the incident light flux is a convergent light flux. Explain.

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

【0056】[0056]

【数13】 [Equation 13]

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

【0058】[0058]

【数14】 [Equation 14]

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

【0060】[0060]

【数15】 [Equation 15]

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

【0062】[0062]

【数16】 [Equation 16]

【0063】また、正のシリンドリカルレンズ9から凸
レンズ14までの間隔をx1 とすれば、次の関係が成立
する。
If the distance from the positive cylindrical lens 9 to the convex lens 14 is x 1 , then the following relationship holds.

【0064】[0064]

【数17】 [Equation 17]

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

【0066】[0066]

【数18】 [Equation 18]

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

【0068】[0068]

【数19】 [Formula 19]

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

【0070】[0070]

【数20】 [Equation 20]

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

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

【0073】[0073]

【数21】 [Equation 21]

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

【0075】[0075]

【数22】 [Equation 22]

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

【0077】[0077]

【数23】 [Equation 23]

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

【0079】[0079]

【数24】 [Equation 24]

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

【0081】[0081]

【数25】 [Equation 25]

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

【0108】更に、本発明は半導体素子等の製造用の露
光装置のみならず、顕微鏡等にも適用できることは言う
までもない。このように、本発明は上述実施例に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取
り得る。
Furthermore, it goes without saying that the present invention can be applied not only to an exposure apparatus for manufacturing semiconductor elements and the like, but also to a microscope and the like. As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.

【0109】[0109]

【発明の効果】本発明の第1、第2又は第3の位置検出
装置によれば、それぞれ位置検出用の光学系(例えば対
物レンズ、光路折り曲げ用のミラー等)又は投影光学系
で発生した非点収差を光学部材の交換を行うことなく補
正でき、被検物の2次元的な位置検出をより高精度に行
うことができる利点がある。また、被検物としての基板
等に化学処理などにより反りやうねりなどが存在した場
合に、位置検出用の光学系の作動距離が変化しても、2
枚のトーリックレンズにより対応できるという利点もあ
る。
According to the first, second or third position detecting device of the present invention, the position detecting optical system (for example, the objective lens, the mirror for bending the optical path, etc.) or the projection optical system is used. Astigmatism can be corrected without replacing the optical member, and there is an advantage that the two-dimensional position detection of the test object can be performed with higher accuracy. In addition, even if the working distance of the optical system for position detection changes when the substrate or the like as the object to be tested is warped or undulated due to chemical treatment,
There is also the advantage that it can be handled with a single toric lens.

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

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

【図1】本発明による位置検出装置の第1実施例が適用
された投影露光装置の要部を示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a main part of a projection exposure apparatus to which a first embodiment of a position detection device according to the present invention is applied.

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

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

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

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

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

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

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

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅谷 綾子 東京都千代田区丸の内3丁目2番3号 株 式会社ニコン内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Ayako Sugaya 3 2-3 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Nikon Corporation

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被検物上の計測用マークからの位置検出
用の光を位置検出光学系を介して観察面上に導き、該観
察面上での前記位置検出用の光の位置から前記被検物の
位置を検出する装置において、 前記被検物と前記観察面との間の前記位置検出用の光の
光路に沿って第1トーリックレンズ及び第2トーリック
レンズを配置し、前記2つのトーリックレンズの内の少
なくとも一方のトーリックレンズを該レンズの光軸を中
心に回転可能又は該光軸に沿って移動可能に設け、 前記2つのトーリックレンズの内の少なくとも一方のト
ーリックレンズを回転又は移動することにより、前記位
置検出用の光に対して前記位置検出光学系で発生する非
点収差を補正するようにしたことを特徴とする位置検出
装置。
1. A light for position detection from a measurement mark on an object to be examined is guided to an observation surface through a position detection optical system, and the position detection light is moved from the position on the observation surface to the position. In a device for detecting the position of an object to be inspected, a first toric lens and a second toric lens are arranged along an optical path of the light for position detection between the object to be inspected and the observation surface, and the two toric lenses are arranged. At least one of the toric lenses is provided so as to be rotatable about the optical axis of the lens or movable along the optical axis, and at least one of the two toric lenses is rotated or moved. By doing so, the astigmatism generated in the position detecting optical system with respect to the light for position detection is corrected.
【請求項2】 被検物上の計測用マークからの位置検出
用の光を集光し、基準マークが形成された基準マーク板
上に前記計測用マークの像を形成する位置検出光学系
と、前記基準マーク及び前記計測用マークの像の2次元
的な位置ずれ量を検出する計測手段とを有し、前記基準
マークと前記計測用マークの像との位置ずれ量から前記
被検物の位置を検出する装置において、 前記被検物と前記基準マーク板との間の前記位置検出用
の光の光路に沿って第1トーリックレンズ及び第2トー
リックレンズを配置し、前記2つのトーリックレンズの
内の少なくとも一方のトーリックレンズを該レンズの光
軸を中心に回転するか又は該光軸に沿って移動する駆動
手段を設け、 前記2つのトーリックレンズの内の少なくとも一方のト
ーリックレンズを回転又は移動することにより、前記位
置検出用の光に対して前記位置検出光学系で発生する非
点収差を補正するようにしたことを特徴とする位置検出
装置。
2. A position detection optical system that collects light for position detection from a measurement mark on an object to be measured and forms an image of the measurement mark on a reference mark plate on which a reference mark is formed. A measuring means for detecting a two-dimensional positional deviation amount between the reference mark and the measurement mark images, and the object to be inspected based on the positional deviation amount between the reference mark and the measurement mark image. In a device for detecting a position, a first toric lens and a second toric lens are arranged along an optical path of the light for position detection between the test object and the reference mark plate, and the two toric lenses are A driving means for rotating at least one of the toric lenses in the optical axis of the lens or moving the toric lens along the optical axis, and rotating at least one of the two toric lenses; Position detecting device is characterized in that as by moving, for correction of astigmatism occurring at said position detecting optical system with respect to the light for the position detection.
【請求項3】 マスク上に形成されたパターンの像を投
影光学系を介して感光基板上に投影する露光装置に設け
られ、前記感光基板上の計測用マークから前記投影光学
系を介して得られる位置検出用の光を集光し、観察面上
に前記計測用マークの像を形成する位置検出光学系と、
前記観察面上の前記計測用マークの像の2次元的な位置
ずれ量を検出する計測手段とを有し、前記計測用マーク
の像の位置ずれ量から前記感光基板の位置を検出する位
置検出装置において、 前記投影光学系と前記観察面との間の前記位置検出用の
光の光路に沿って第1トーリックレンズ及び第2トーリ
ックレンズを配置し、前記2つのトーリックレンズの内
の少なくとも一方のトーリックレンズを該レンズの光軸
を中心に回転可能又は該光軸に沿って移動可能に設け、 前記2つのトーリックレンズの内の少なくとも一方のト
ーリックレンズを回転又は移動することにより、前記位
置検出用の光に対して前記投影光学系で発生する非点収
差を補正するようにしたことを特徴とする位置検出装
置。
3. An exposure device, which projects an image of a pattern formed on a mask onto a photosensitive substrate via a projection optical system, and is obtained from a measurement mark on the photosensitive substrate via the projection optical system. A position detection optical system that collects light for position detection, and forms an image of the measurement mark on the observation surface.
A position detecting means for detecting a two-dimensional displacement amount of the measurement mark image on the observation surface, and detecting the position of the photosensitive substrate from the displacement amount of the measurement mark image. In the device, a first toric lens and a second toric lens are arranged along an optical path of the light for position detection between the projection optical system and the observation surface, and at least one of the two toric lenses is arranged. A toric lens is provided so as to be rotatable about the optical axis of the lens or movable along the optical axis, and at least one toric lens of the two toric lenses is rotated or moved to detect the position. The position detection device is configured to correct the astigmatism generated in the projection optical system with respect to the light.
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