JPS6242112A - 光路長補償光学系 - Google Patents

光路長補償光学系

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JPS6242112A
JPS6242112A JP60182436A JP18243685A JPS6242112A JP S6242112 A JPS6242112 A JP S6242112A JP 60182436 A JP60182436 A JP 60182436A JP 18243685 A JP18243685 A JP 18243685A JP S6242112 A JPS6242112 A JP S6242112A
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誠 上原
Kazumasa Endo
一正 遠藤
Susumu Mori
晋 森
Shuhei Takagi
高木 秀平
Yukio Kakizaki
幸雄 柿崎
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    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • 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

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、光学装置における光路長補償光学系、特に半
導体製造のフォトリソグラフィ工程で使用される露光装
置のアライメント光学系に好適な光路長補償光学系に関
する。
〔発明の背景〕
近年、半導体集積回路の高集積化に伴い、フォトリソグ
ラフィ工程に・用いられる露光装置もコンタクト方式や
ミラープロジェクション方式から、より微細な転写が可
能な縮小投影露光方式へと移尤 向が目ざましい。この方式は、縮小投影型置tlllt
装N(以下「ステッパー」と称する。)により、レティ
クルのパターンをウェハに縮小転写する方式である。通
常、100mm角〜75mm角のレティクルパターンを
、投影レンズにより1/1o〜115に縮小し、直径1
00mm〜150mm程度のウェハに、ステップ・アン
ド・リピートと呼ばれる干渉計基準で送られるステージ
の移動操作を伴って1011IIB角〜15mn+角の
露光領域で順次露光して転写が行われる。
半導体の製造工程では、同一の露光領域に対しても、十
数回の露光とプロセス処理とが繰り返して行われ、その
際、前工程で転写されたパターンに新たなレティクルパ
ターンを所望の精度で光学的に重ねて転写するいわゆる
アライメントが必要となる。この場合、理想的には前工
程で転写されたウェハ上のパターン内に含まれるアライ
メントマークに、新たなレティクルパターン内に含まれ
るアライメントマークを縮小投影レンズを介して露光と
ほぼ同じ波長で重ね合わせて確認し、次の露光に検量す
ることが望ましい。このように正確を期する為、−回の
露光毎にアライメントを行い、−回に露光する部分のみ
をアライメントする方法をグイ・パイ・グイ・アライメ
ントと称するが、このグイ・パイ・グイ・アライメント
には、アライメント光学系をレティクル上のアライメン
トマークに一致させることが必要である。このアライメ
ントマークは、レティクル上のパターンの周辺に設けら
れているが、半導体回路の設計によりパターンのサイズ
が異なるため、アライメント光学系をそのアライメント
マークに一致させるためには、パターンの異なるサイズ
に応じて、アライメント光学系を移動させることが必須
となる。
さらに、高精度のグイ・パイ・グイ・アライメントを実
現するためには、レティクルとウェハどのアライメント
マークの合致の確認ばかりでなく、自動的にアライメン
トを行うためには、そのアライメン1へを光電的に高い
精度で検出する必要がある。その為には、フーリエ変換
面としてのアライメント光学系の瞳位置でアライメント
信号を検出する必要が有り、その瞳位置は、アライメン
ト光学系の移動にも拘らず不変に維持されることが望ま
しい。
一方、平行光束中に斜設された一対の平面鏡を平行移動
させて光路長の補正を行ういわゆるオプチカル・トロン
ポーンの技術が投影検査機などに用いられて従来からよ
く知られているが、このオでチカル・トロンポーン光学
系を用いて、像および瞳の共役関係を維持させた投影型
露光装置が、例えば特開昭511150924号公報に
より公開され、既に公知である。この公開特許公報中の
実施例に用いられているアライメント光学系においては
、レティクル上の一方向(X方向)のアライメントマー
クの位置の変化に対する光路長の変化のみが補正できる
ように構成されているため、次のような欠点が有る。
グイ・パイ・グイ・アライメントでは、露光波長とほぼ
同一の波長の光でアライメントの確認が一般に行われる
為、アライメントの際に、そのとき使用されるウェハ上
のアライメントマークが露光され、プロセスを径た後は
消滅してしまうので再使用不能である。従って、次のア
ライメントのときには、その消滅したアライメントマー
クに隣接したX方向の未露光マークを用いてアライメン
トを行う必要が有る。その為、パターンサイズの大小お
よび各露光工程時のアライメントマークの位置を考慮す
ると、レティクルに対向するアライメント光学系中の対
物レンズは、1軸(X方向)の移動ばかりで無く平面(
二次元)的に2軸(XX方向)に対して移動可能に構成
することが望ましい。しかもその際にも、高精度のアラ
イメントが行われるためには、フーリエ変換面としての
アライメント光学系の瞳の位置が安定して維持される必
要が有る。しかしながら、前記従来公知のアライメント
光学系においては、対物レンズの〜方U(X方向)の移
動に対してのみトロンポーン光学系が有効に作用するよ
うに構成されているため、これに直角な方向(X方向)
のアライメントの際には、アライメント光学系全体をX
方向に移動させなければならず、装置が大型化するばか
りで無く、迅速且つ精密なアライメント動作が不可能に
なる欠点が有る。また、xyX方向かりで無く回転方向
のアライメントを行うために、レテイクルの左右に一組
づつのアライメント光学系を配置する場合、X方向には
それぞれのアライメント光学系を独立に移動させてアラ
イメントを自由に行うことができても、これと直角なX
方向には、左右のアライメント光学系を一体に移動させ
ねばならないので、アライメントマークに関する半導体
回路設計がこれにより大きく制約される欠点が有る。
〔発明の目的〕
本発明は、上記従来装置の欠点を解決し、アライメント
マークの位置の変化に応じて対物レンズを二次元平面内
で自由に移動しても、像および瞳の共役関係が維持でき
る光路長補償光学系を提供することを目的とする。
〔発明の概要〕
上記の目的を達成するために本発明は、前側焦点位置を
物点とし且つその物点を含む所定の二次元平面に沿って
移動可能な第1対物レンズと、後側焦点位置を像点とす
る第2対物レンズと、第1対物レンズと第2対物レンズ
との間の光路に沿って移動可能に配置された第1反射手
段と第2反射手段とを含み、その第1反射手段は、第1
対物レンズからの光を前記の二次元平面に沿って所定の
角度だけに転向し且つ第1対物レンズと共に移動可能な
少なくとも1個の反射面を有し、第2反射手段は第1反
射手段からの光を第2対物レンズへ轟く少なくとも一対
の反射面を有し、第1対物レンズの後側焦点位置と第2
対物レンズの前側焦点位置とが常に一致するように前記
第2反射部材を移動可能に構成することを技術的要点と
するものである。
〔実施例〕
次に、本発明の実施例を添付の図面に基づいて詳しく説
明する。
第1図は縮小投影型露光装置に用いられた本発明の実施
例を示す光学系の平面配置図で、第2図は第1図に示す
光学系の立面配置図である。
図示されない超高圧水銀灯からの照明光E7!(g線:
 435.8nm)によって平均照明されたレティクル
R0上のパターンは、投影レンズ■5゜(第2図参照)
を介してウェハW。上に投影され、そのウェハW0上に
パターン像が投影レンズL、によって形成される。
一方、露光用の照明光E6とほぼ等しい波長(44,2
nm)の光を発する2個のレーザLAI、LAz  (
He−Cdレーザ)からの平行光束は、第1図に示すよ
うに互いに直交し、その交点位置に設けられた透過型ス
キャナーS。を通過する。その透過型スキャナーS0は
紙面に垂直な軸を中心として回転し、レーザ光束をその
回転に応じて平行移動させるように構成されている。透
過型スキャナーS0とレーザL A I、L A zと
の間には、それぞれシリンドリカルレンズCI 、CZ
が配置され、レーザ光が透過型スキャナー80を通過し
て、点A、いA21の位置で、シリンドリカルレンズの
屈折パワーを有する軸(以下「C軸」という。
)方向のレーザ光は集束結像し、屈折パワーのかからな
い軸(以下「S軸」という。)方向のレーザ光は平行光
束のまま進むように構成されている。
なお、これ等のシリンドリカルレンズCI、C2の円柱
面の母線(S軸に平行)は紙面に垂直に設けられている
第1図中で、点A (1を通過して左方へ進むレーザ光
は、第8ミラーM + eによって下方へ転向され、さ
らに第7ミラーM + 7により左方へ転向され、ハー
フミラ−M + bを透過した後、第5ミラーM 15
にて上方へ転向して第2対物レンズLI2に入射する。
コノ第2対物レンズL+zは、後側焦点位置が点A +
 +と一致するように配置され、C軸のレーザ光は、第
2対物レンズL+zによって平行光束となって進み、オ
プチカル・ドロンポーンを構成する移動可能な第4ミラ
ーM 14と第3ミラーMl、とにより下方へ折り返さ
れ、さらに移動ミラーMlzによって右方へ転向されて
第1対物レンズLl+に入射する。
この第1対物レンズL++は、前側焦点位置が落射ミラ
ーMI+を介してレティクルKR,のパターン面上の点
A1□(第2図参照)にくるように配置され、C軸のレ
ーザ光は再びその点A12に集束結像されるように構成
されている。
また、移動ミラーM Izは、第3図に示す如くy軸移
動装置M v +により第1図中で上下方向(y方向)
に第1対物レンズL口および落射ミラーM口と一体に動
かされるように構成され、さらに第1対物レンズL11
と落射ミラーMI+とは、X軸移動装置M V 2によ
り第1図中で左右方向(X方向)に移動ミラーM1zと
は独立して動かされるように構成されている。この場合
、第1対物レンズL目と落射ミラーM、とは、レティク
ルR0に平行な二次元平面内で、X方向とX方向に変位
可能に構成され、第1対物レンズLzとレティクルR0
との間の光路長は、レティクルR8の厚さが変らない限
り不変である。一方、光路長補正のためにオプチカル・
トロンポーンを構成する一対のミラーM (3、M +
 4は、補正移動装置Mv3 (第3図参照)によって
第2対物レンズL 12の光軸に沿って一体に動かされ
、第1対物レンズLzがx、yいずれの方向に移動して
も、第2対物レンズL8□の前側焦点位置BIIが第1
対物レンズLllの後側焦点位置と常に一致するように
構成されている。
一方、第2対物レンズL12に入射する平行光束のS軸
のレーザ光は、第2対物レンズLIZにより第2対物レ
ンズL1□の前側焦点位置Bllに集束結像される。第
1対物レンズI−1,は、後側焦点位置がこの第2対物
レンズL1□の前側焦点位置Bllと一致するように配
置されているので、S軸のレーザ光は、第1対物レンズ
L11によって再び平行光束となる。すなわち、第2対
物レンズL 12と第1対物レンズLllとでS軸のレ
ーザ光に関してアフォーカル系が構成される。そのため
、第1対物レンズL 11により、C軸のレーザ光は、
レティクルRo上の前側焦点位”71 A 1□に集束
結像され、S軸のレーザ光は平行光束となる。従って、
レティクルR0上のA1□点におけるレーザ光束はX方
向にAHにおいてC軸が結像した後、第1図中で左側の
送光系とほぼ左右対称に配置された第7ミラーM z 
7、ハーフミラ−M z b、第5ミラーM21、第2
対物レンズL2□、オプチカル・トロンポーンを構成す
る第4ミラーM 24、第3ミラーM Z :lおよび
移動ミラーM2□を介して進み、点B21にS軸のレー
ザ光が結像され、さらに進んで第1対物レンズLz+、
落射ミラーM z (を介してC軸のレーザ光がレティ
クルRo上の点A2□に結像される。上記の各光学要素
の構成は前述の左側の送光系と同一であるから、その詳
しい説明は省略する。また、」二記の光学系を移動させ
る移動装置も同様であるため、その説明は省略されてい
る。
第2図において、レティクルR8の下面(パターン面)
とウェハW、の上面(転写面)とは縮小投影レンズL0
に関し、像共役な位置に設置され、また、その縮小投影
レンズL0は物体側(レティクルR0側)と像側(ウェ
ハW0側)との主光線が共に光軸に平行で両側でテレセ
ントリックになるように構成されている。その為、レテ
ィクルR0上の点A I 2に結像されたC軸のレーザ
光は、第2図に示す如く縮小投影レンズL0の瞳位置B
。を通りウェハW0上の点AI3に再結像される。また
、S軸のレーザ光は瞳位置B0に集束結像され、像側で
は再び平行光束となって点、6.、:lに達する。同様
にして、レティクルR0上の点A2□に結像されたC軸
のレーザ光は瞳位置B0を通り、ウェハW0上の点AZ
3に再結像され、また、S軸のレーザ光は、瞳位置B0
に集束結像され、像側では平行光束となって点A、に達
する。すなわち、上記の送光系では、左側のオプチカル
・トロンポーン系を通るレーザ光は、互いに像共役な点
A + +、AHlAhffにおいて楕円ビームとなり
、また、右側では、像共役点All、A2□、A z 
3において同様に楕円ビームとなる。従って、レティク
ルR0上のアライメントマークとウェハW。上のアライ
メントマークとは、その楕円ビームによって楕円の短軸
(レーザ光のC軸)方向に透明型スキャナー80の回転
に従って走査される。
次に、アライメント光学系において、上記の送光系とは
逆に光路を辿ってアライメントマークの位置検出が行わ
れる受光系について説明する。この場合、第1図中で左
側の受光系と右側の受光系とは、はぼ左右対称に配置さ
れ、各部の機能も同一であるから、左側の受光系につい
てのみ詳しく説明し、右側のそれについては説明を省略
する。
ウェハW0上の点A 13にあるアライメントマークか
ら反射されたレーザ光は、縮小投影レンズLOの瞳位置
B0と、ウェハW0と像共役なレティクルR8上の点A
12とを通り、その像共役点Adz上にあるアライメン
トマークからの反射光と共に、落射ミラーM HIにて
反射され、第1対物レンズL I +移動ミラーMBに
て反射され、さらにオプチカル・トロンポーンを構成す
る一対のミラーM 13、M14にて反射された後、第
2対物レンズL、+zに入射する。この第2対物レンズ
LI2を通過した光は、第5ミラーM 15およびハー
フミラ−M 16にて反射され、瞳結像レンズL+3を
介して像共役点A 14に達し、この像共役点A + 
aの位置にレティクルR8上のアライメントマークとウ
ェハW0上のアライメントマークとの像が重畳して結像
する。
その瞳結像レンズL+3は、第2対物レンズLIZの前
側焦点位置B11にある瞳を再結像させるために設けら
れ、瞳結像レンズLI3の後側焦点位置B1□は瞳共役
な位置となり、その瞳共役点B1□Lに空間フィルター
F、が配置される。像共役点A14を通過した光は、空
間フィルターF1により空間周波数フィルタリングがな
され、そのフィルタリングされた回折光による物体像が
リレーレンズL13により像共役点A、+sに形成され
る。この像共役点AIS上に撮像素子等が設けられ、こ
れからの情報によってアライメントマークの位置検出が
行われる。
次に、上記の受光系において、アライメント準備のため
に、レティクルR6に対して第1図中で左側の第1対物
レンズL 11が落射ミラーM I Hと共にレティク
ルR0に平行な二次元平面内で動かされ、レティクルR
0上の別の位置に設けられたアライメントマークに光軸
を一致させる場合を考える。いま、落射ミラーM、が第
1対物レンズL。
と共に点Oから点Pまで第4図において変位させ。るも
のとする。その落射ミラーM、の移動IOPはX軸移動
装置Mv□とy軸移動装置M v Iとにより、X方向
とX方向に分解される。これにより、X方向の移動量Δ
Xだけ移動ミラーM、2と第1対物レンズLl+との間
の光路長が変化し、X方向の移動量Δyだけ移動ミラー
M + 2と第3ミラーMlffとの間の光路長が変化
し、第1対物レンズL目と第2対物レンズLli+との
間の光路長の変化量はΔχ+Δyとなる。また一方、補
正移動装置M V 3によって、第2対物レンズL1□
の光軸に沿って移動可能な一対のミラーM 13、M 
H4をδだけ移動すると、第、1対物レンズL11と第
2対物レンズL1□までの光路長は2δだけ変化する。
従って、落射ミラーM 11と第1対物レンズL11と
をΔXおよびΔyだけ移動したときに生じる第1対物レ
ンズL、と第2対物レンズL1□との間の光路長の変化
を補正し、光路長を一定に維持するためには、次の式を
満足するように一対のミラーM 13、M 14を移動
させればよい。
δ=(ΔX+Δy)/2−・−・−・−・−−−(Il
l上記(1)式に従って、オプチカル・トロンポーンを
構成するミラーM3 、M4を移動させれば、常に第2
対物レンズL1□の前側焦点位置を第1対物レンズし、
の後側焦点位置と一敗させることかでき、第1対物レン
ズLl+を移動させても像共役点A、は一定に保たれ、
また瞳共役点B12も移動することなく所定の位置に維
持される。従って、常に安定した精度のよいアライメン
トを行うことが可能となる。
右側の受光系についても、同様にして光路長の補正が行
われ、瞳結像レンズLZ:1を介して像共役点A24に
物体像が結像される。さらにその像共役点Azaを通過
した光は、瞳結像レンズL23によって形成される瞳共
役点B2□に設けられた空間フィルターF2により空間
周波数フィルタリングがなされ、そのフィルタリングさ
れた回折光による物体像がリレーレンズL2.により像
共役点Assに形成される。
なお、レティクルR0の厚さ及び硝種が異なるとき、レ
ティクルR0上の像共役点A1□と第1対物レンズL、
との間の光路長に誤差を生じ、像共役位置A14および
瞳共役位q B +□が許容し得ないる 程に変化する場合が有千。いま、レティクルR0の屈折
率をn、厚さの差をΔtとすると、点A14から第1対
物レンズL I 1までの光路長の差Δlは、次の式で
与えられる。
Δl=Δt  (1−1/ n )  ・−−−一一一
−−−−−−−(2)この場合、ΔEたけ第1対物レン
ズL11を落射ミラーM 目に対して変位させると共に
、オプチカル・トロンポーンを構成する一対のミラーM
13\M 14をΔlの半分だけ移動させて、第1対物
レンズL目と第2対物レンズL1□との間の光路長を不
変に保てばよい。また、第1対物レンズLl+を変位さ
ゼる代わりに、第2対物レンズL+2とミラーMI3、
M 14を適当に変位させることによって、像共役点A
、4と瞳共役点B1□とを実質的に不変に保つことも可
能である。
しかし、レティクルR0の厚さが大きく異なる場合には
、上記のような光学素子の微調整にて像及び瞳の共役関
係を完全に維持することが難しくなる。このため、第2
図中に二点鎖線で示したごとく、レティクルR0と落射
ミラーMl1% MZ+及び第1対物レンズLll、L
21との間にレティクルR0をおおうように保護ガラス
Pを配置し、レティクルR6の厚さが変わった場合に保
護ガラスPを異なる厚さのものに交換すればよい。この
とき、レティクルR0の下面即ちパターン面と第1対物
レンズL1いLz+との間に介在する平行平面板として
のレティクルR0と保護ガラスPとの厚さの総和が常に
一定となるように構成することが可能である。従って、
この保護ガラスPは、レティクルR0上にゴミやホコリ
が付着するのを防止するという本来の機能に加えて、光
路長の補正機能をも具備するものである。
なお、第1図の実施例においては、オプチカル・トロン
ポーンを構成するミラーを互いに直交する一対の平面鏡
M13、M (4またはM23、M z 4にて形成し
たが、これをコーナーキューブやハローキューブに置き
換えることにより、ミラーの移動の際の傾きを光学的に
キャンセルすることができ、移動装置の作製が容易とな
る。但し、この場合、コーナーキューブやハローキュー
ブのダハ面の稜線部にレーザ光が入射すると、レーザ光
が散乱されてアライメント精度が低下するため、稜線部
に光が入射しないように構成することが望ましい。
また、上記の実施例においては、レーザビームの走査手
段として透過型スキャナーS0を用いたが、これに限ら
ず反射型スキャナー等を用いて投光系を構成してもよい
ことは言うまでも無い。
なおまた、上記の縮小投影型露光装置中に用いられた光
路長補償装置は、アライメント光学系ばかりでなく、顕
微鏡対物レンズを用いる各種測定装置や物点を拡大投影
する投影検査機等に使用しても有効に上記の機能を発揮
できる。
〔発明の効果〕
以上の如く本発明によれば、第1対物レンズが二次元平
面内で移動しても、これに追従する移動ミラーM1g、
M2□(第1反射手段)とトロンポーン光学系M+、、
M 14、Mzs、Mg2 (第2反射手段)とはそれ
ぞれ一次元方向の移動で共役関係が保たれるため、比較
的簡単な構成で装置の高精度化、高信顛性を得ることが
でき、また、同一の被検物体等にお、ける2点を同時に
拡大して位置決め、測定または検査等を行う場合、複数
の対物レンズをそれぞれ独立して移動することが可能と
なるので゛、装置の使用範囲が拡大され、取扱いも簡便
なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、縮小投影型露光装置のアライメント光学系中
に組み込まれた本発明の実施例を示す光学系の平面配置
図、第2図は、第1図に示す実施例の対物レンズ部分を
示す立面配置図、第3図は、第1図に示す実施例の光学
系移動装置を示す概略平面図、第4図は第1図に示す実
施例における光路長補償説明図である。 〔主要部分の符号の説明〕

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)前側焦点位置を物点とし且つ該物点を含む所定の
    二次元平面に沿って移動可能な第1対物レンズと、後側
    焦点位置を像点とする第2対物レンズと、前記第1対物
    レンズと前記第2対物レンズとの間の光路中に該光路に
    沿って移動可能に配置された第1反射手段と第2反射手
    段とを含み、前記第1反射手段は、前記第1対物レンズ
    からの光路を前記二次元平面に沿って所定の角度だけ転
    向し、且つ前記第1対物レンズと共に移動可能な少なく
    とも1個の反射面を有し、前記第2反射手段は前記第1
    反射手段からの光を前記第2対物レンズへ導く少なくと
    も一対の反射面を有し、前記第1対物レンズの後側焦点
    位置と前記第2対物レンズの前側焦点位置とが常に一致
    するように、前記第2反射部材が移動可能であることを
    特徴とする光路長補償装置。
  2. (2)前記第1反射手段の反射面(M_1_2、M_2
    _2)と前記第2反射手段の前記一対の反射面(M_1
    _3、M_1_4;M_2_3、M_2_4)とは、前
    記一次元平面(R_0)に平行な一平面内に設けられて
    いることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の光路
    長補償装置。
JP60182436A 1985-08-20 1985-08-20 光路長補償光学系 Expired - Lifetime JPH0723933B2 (ja)

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