JPH0361804A - Board alignment device - Google Patents
Board alignment deviceInfo
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- JPH0361804A JPH0361804A JP2051899A JP5189990A JPH0361804A JP H0361804 A JPH0361804 A JP H0361804A JP 2051899 A JP2051899 A JP 2051899A JP 5189990 A JP5189990 A JP 5189990A JP H0361804 A JPH0361804 A JP H0361804A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mask
- substrate
- optical system
- wafer
- light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は平板状の対象物を結像光学系の焦点位置に合わ
せる位置合わせ装置に関し、特に集積回路を作るための
半導体ウェハ上はマスクの回路パターンを転写するため
の露光装置において、つ工ハとマスクの間隙を設定する
のに適した位置合わせ装置に関する。Detailed Description of the Invention [Industrial Application Field] The present invention relates to an alignment device for aligning a flat object to the focal position of an imaging optical system, and in particular for aligning a flat object to the focal position of an imaging optical system. The present invention relates to an alignment device suitable for setting a gap between a tool and a mask in an exposure apparatus for transferring a circuit pattern.
[従来の技術]
マスクと半導体ウェハ(以下ウェハと称する)を近接さ
せた状態で、マスク上のパターンをウェハ上の感光層に
転写する装置として、軟X線を用いたX線露光装置があ
る。[Prior Art] There is an X-ray exposure device that uses soft X-rays as a device that transfers a pattern on a mask to a photosensitive layer on a wafer with a mask and a semiconductor wafer (hereinafter referred to as wafer) in close proximity. .
このX線露光装置においては、マスクとウェハ間の間隙
、すなわちプロキシ泉ティ・ギャップが所定値からずれ
ると、転写されたウェハ上のパターンに倍率誤差又は歪
が生じ、多数の層を焼き付ける場合に、ウェハ上に焼き
付けられた層に対して、新たに焼き付けるパターンが位
置ずれを起してしまう。第1図はこれを説明する為の従
来のX線露光装置の概略の構成系統図である。In this X-ray exposure system, if the gap between the mask and the wafer, that is, the proxy tee gap, deviates from a predetermined value, a magnification error or distortion will occur in the transferred pattern on the wafer, and when printing a large number of layers, , the newly printed pattern may be misaligned with respect to the layer printed on the wafer. FIG. 1 is a schematic structural diagram of a conventional X-ray exposure apparatus for explaining this.
X線発生用ターゲット1の点2に集束した電子ビーム(
不図示)を入組させてそこからX線を発生させ、発生し
たX線を距離■2だけ離してマスク3に入射させ、マス
ク3上のパターンをウェハ6」=のレジストに転写する
場合、点2からマスク3の面に下した垂線の足を点4と
し、この垂線がウェハ表面を通る点を7とする。尚、通
常は点4がマスク3の面の中心と一致する。マスク3と
ウェハ6の、マスク3上の周辺の点5はおけるギャップ
量をgkし、点4と点5の距離がaであったとする。こ
のときマスク3上の点5はつXハロ上に点8として転写
されるが、点8の点5に対する横シフト量△は近似的に
Δ=g (a/L) ・・・・・・(1)
と表わせる。An electron beam (
(not shown) to generate X-rays from there, and make the generated X-rays enter the mask 3 at a distance of 2, and transfer the pattern on the mask 3 to the resist of the wafer 6''. The leg of the perpendicular drawn from point 2 to the surface of mask 3 is designated as point 4, and the point where this perpendicular passes through the wafer surface is designated as 7. Note that the point 4 usually coincides with the center of the surface of the mask 3. Assume that the gap between the mask 3 and the wafer 6 at a point 5 on the mask 3 is gk, and the distance between the points 4 and 5 is a. At this time, point 5 on the mask 3 is transferred as point 8 on the X halo, but the horizontal shift amount Δ of point 8 with respect to point 5 is approximately Δ=g (a/L)... (1)
It can be expressed as
こでgの値がδgだけ誤差を持った場合の横シフト量Δ
からのずれ量δ△は式(1)よりδΔ#δg (a/L
) ・・・・・・(2)で表わせる0例えばL
= 200+nm、 a = 20mm。Here, the horizontal shift amount Δ when the value of g has an error by δg
The deviation amount δ△ from the equation (1) is δΔ#δg (a/L
) ・・・・・・0 that can be expressed by (2) For example, L
= 200+nm, a = 20mm.
δgを4μmとすればδ△は0.4μmとなり、所定の
転写位置から 0.4μmずれてしまう。このδΔの量
はサブミクロン線幅(1μm以下)の転写を行なうX線
露光装置はおいては許容できないものである。If δg is 4 μm, δΔ is 0.4 μm, which results in a deviation of 0.4 μm from the predetermined transfer position. This amount of δΔ is unacceptable in an X-ray exposure apparatus that performs transfer with a submicron line width (1 μm or less).
従来より、このようにギャップの設定には、(1)機械
的にマスクεウェハを接触さぜた後にギャップの距離だ
け離す方法、(2)2つの静電容量型ギャップセンサー
により、マスク面辷つェ八面を横に離した状態でギャッ
プを検出し、設定する方法、及び(3)マスクに固定さ
れた静電容量型ギャップセンサーを用いてギャップを検
出し、設定する方法、等が考えられている。Traditionally, the gap has been set using two methods: (1) mechanically touching the mask ε wafer and then separating it by the distance of the gap; and (2) using two capacitive gap sensors to measure the mask surface sliding. The following methods are considered: (1) a method of detecting and setting the gap with the eight sides separated horizontally, and (3) a method of detecting and setting the gap using a capacitive gap sensor fixed to the mask. It is being
[発明が解決しようヒする課題]
このうち(1)の方法は、マスク又はウェハに傷をつけ
る恐れがあり、ゴミがマスクとウェハの間に存在すると
ギャップが所定の価にならないし、またウェハやマスク
の弾性の為にギャップの設定精度が悪いという欠点かあ
。(2)の方法はマスクとウェハが露光される状態にお
ける位置では計測できないので、露光時のギャップを測
定できない欠点を持つ。又(3)の方法ではマスク1枚
毎じギャップセンサーを較正しなければならないので手
数がかかる欠点がある。さらに容量型ギャップセンサー
を用いた共通の欠点としては、マスクのパターンが転写
される位置でマスクとクエへのギャップがわからないこ
J二、及び電気伝導度の悪いsos cシリコン・オン
・ザファイア)等の基板に対しては使用不可能なことが
挙げられる。[Problems to be Solved by the Invention] Among these, method (1) may damage the mask or wafer, and if dust exists between the mask and the wafer, the gap will not reach the specified value, and the wafer The drawback is that the gap setting accuracy is poor due to the elasticity of the mask. The method (2) cannot measure the position of the mask and wafer in the exposed state, so it has the drawback that it cannot measure the gap during exposure. Furthermore, method (3) has the disadvantage that it is time-consuming because the gap sensor must be calibrated for each mask. Furthermore, common drawbacks using capacitive gap sensors include the inability to determine the gap between the mask and the sensor at the position where the mask pattern is transferred, and the poor electrical conductivity of SOS (Silicon on the Fire). It cannot be used for other substrates.
本発明は、従来の欠点を解決して、マスクとクエへ等の
2つの基板の間隔を目標値に設定するために、マスクや
ウェハの位置を対物レンズ等の結像光学系を用いて、露
光転写する時と同じ状態で検出して、マスクやウェハが
結像光学系の焦点位置にくるように制御する方式を採用
した位置合わせ装置を提供することを目的とするもので
ある。The present invention solves the conventional drawbacks and sets the distance between two substrates such as a mask and a wafer to a target value by adjusting the position of the mask or wafer using an imaging optical system such as an objective lens. It is an object of the present invention to provide a positioning apparatus that employs a method of detecting the same state as that during exposure and transfer and controlling the mask or wafer so that it comes to the focal position of the imaging optical system.
さらに本発明は、結像光学系の焦点位置にマスクやウェ
ハを設定する過程で生じる誤検出を低減させた装置を提
供することを目的とするものである。A further object of the present invention is to provide an apparatus that reduces false detections that occur during the process of setting a mask or wafer at the focal position of an imaging optical system.
[課題を解決するための手段]
本発明の位置合わせ装置は、部分的に反射特性を有する
光透過性の第1基板と、該第1基板と平行に配置される
光反射性の第2基板とが所定間隔で対向するように、前
記第1基板と第2基板とを該基板面ヒ垂直な方向に位置
合わせする装置において、
前記第1基板を介して前記第2基板に光束を照射すると
共に、前記第1基板と第2基板の夫々からの反射光を入
射するように配置された結像光学系と、
該反射光に基づいて、前記結像光学系の第1合焦面と、
該第1合焦面に対して、前記所定間隔だけ前記結像光学
系から離れた第2合焦面とのいずれか定前記基板が位置
したとき、検知信号を出力する合焦検出手段と、
前記第1基板と前記結像光学系とを相対的に光軸方向に
移動させる第1駆動手段と、
前記第2基板と前記結像光学系とを相対的に光軸方向に
移動させる第2駆動手段と、
前記合焦検出手段の検知信号に基づいて前記第1駆動手
段を作動させる状態と、
前記検知信号に基づいて前記第2駆動手段を作動させる
状態とを選択する制御手段、
とを備えてなるものである。[Means for Solving the Problems] The alignment device of the present invention includes a light-transmitting first substrate partially having reflective properties, and a light-reflecting second substrate disposed parallel to the first substrate. In the apparatus for aligning the first substrate and the second substrate in a direction perpendicular to the surfaces of the substrates so that they face each other at a predetermined interval, the second substrate is irradiated with a light beam through the first substrate. an imaging optical system arranged to receive reflected light from each of the first substrate and the second substrate; and a first focusing plane of the imaging optical system based on the reflected light;
Focus detection means for outputting a detection signal when the substrate is positioned at either of the first focusing plane and a second focusing plane spaced apart from the imaging optical system by the predetermined distance; a first driving means for relatively moving the first substrate and the imaging optical system in the optical axis direction; and a second driving means for moving the second substrate and the imaging optical system relatively in the optical axis direction. a drive means; a control means for selecting a state in which the first drive means is operated based on a detection signal of the focus detection means; and a state in which the second drive means is operated based on the detection signal; It is something to be prepared for.
本発明のひとつの好ましい態様では、前記制御手段は、
前記第1基板が前記結像光学系の第1合焦面に一方向か
ら近づくように前記第1駆動手段を制御した後、前記第
2基板が前記結像光学系の第2合焦面に一方向から近づ
くように前記第2駆動手段を制御するように構成されて
いる。In one preferred embodiment of the present invention, the control means includes:
After controlling the first driving means so that the first substrate approaches the first focal plane of the imaging optical system from one direction, the second substrate approaches the second focal plane of the imaging optical system. The second driving means is configured to be controlled so as to approach from one direction.
[作 用]
本発明の基板の位置合わせ装置においては、結−像光学
系の二つの合焦面に対して各々第1と第2の基板の合焦
位置が前記合焦検出手段によって検出される。例えば第
1基板が第1合焦面に位置するか否かを表わす第1信号
と、第2基板が第2合焦面に位置するか否かを表わす第
2信号とが前記合焦検出手段から別々に得られる。第1
信号が非合焦の場合、第1駆動手段が第1基板を結像光
学系(対して相対的に光軸方向へ移動させ、第2信号が
非合焦の場合は第2駆動手段が第2基板を移動させ、こ
れらの移動状態の選択は前記制御手段により行われる。[Function] In the substrate alignment device of the present invention, the focus detection means detects the focus positions of the first and second substrates with respect to the two focus planes of the imaging optical system. Ru. For example, the focus detection means may include a first signal indicating whether the first substrate is located at the first focusing plane, and a second signal indicating whether the second substrate is located at the second focusing plane. obtained separately from 1st
When the signal is out of focus, the first driving means moves the first substrate in the optical axis direction relative to the imaging optical system, and when the second signal is out of focus, the second driving means moves the first substrate in the optical axis direction relative to the imaging optical system. The two substrates are moved, and selection of their movement states is performed by the control means.
このようにしてひとつの合焦検出手段を第1基板の位置
合わせと第2基板の位置合わせとじ選択的に切替えて利
用するので、両基板が擬似信号の発生によって誤った位
置に設定されることがなく、また両基板同志の衝突も生
じない。In this way, since one focus detection means is selectively used for alignment of the first substrate and alignment of the second substrate, there is no possibility that both substrates may be set at incorrect positions due to generation of false signals. There is no collision between the two substrates.
[実施例] 次に本発明の実施例を図面を用いて説明する。[Example] Next, embodiments of the present invention will be described using the drawings.
第2図は本発明の実施例による位置合わせ装置のブロッ
ク図であり、レーザ光源9から射出したレーザ光はビー
ム径変換器10により光束の径を変えられ、光偏向器1
1に入射する。光偏向器11によって偏向された光束は
三光束化光学系12及びリレー光学系13を通り、ビー
ムスプリッタ−14を経て、本発明の結像光学系として
の集光走査レンズ15に入射する。このような構成の照
射手段の集光走査レンズ15によって光束は二つの異な
る面に結像する光束20及び光束21となり、それぞれ
別の平板物体、すなわち光束20はマスク16のパター
ン16b側の面16a(以下、パターン面16aとする
)の位置を検出するのに用いられ、光束20と共軸な光
束21はウェハ17の表面17aの位置を検出するのに
用いられる。従フて、マスク16とウェハ17が所定の
ギャップとなったとき、光束20はマスク16のパター
ン面16aに結像し、光束21はウェハ17の表面17
aに結像する。FIG. 2 is a block diagram of a positioning device according to an embodiment of the present invention, in which the diameter of the laser beam emitted from the laser light source 9 is changed by a beam diameter converter 10, and an optical deflector 1
1. The light beam deflected by the optical deflector 11 passes through a three-beam optical system 12 and a relay optical system 13, passes through a beam splitter 14, and enters a condensing scanning lens 15 as an imaging optical system of the present invention. The light beam becomes a light beam 20 and a light beam 21 that are imaged on two different surfaces by the condensing scanning lens 15 of the irradiation means having such a configuration, and the light beam 20 is focused on two different flat objects, that is, the light beam 20 is focused on the surface 16a of the mask 16 on the pattern 16b side. (hereinafter referred to as pattern surface 16a), and a light beam 21 coaxial with light beam 20 is used to detect the position of surface 17a of wafer 17. Therefore, when the mask 16 and the wafer 17 form a predetermined gap, the light beam 20 forms an image on the pattern surface 16a of the mask 16, and the light beam 21 forms an image on the surface 17 of the wafer 17.
The image is formed on a.
光束20及び光束21の集光点は、光偏向器11の働き
でパターン面16a及び表面17aに平行な面内で動く
ように走査される。第2図においては光束20及び光束
21はマスク16の不透明なパターン16bに入射して
いる。不透明なパターン16bはチタン及び金の二層の
薄膜から形成されているので光の反射率が高く、鏡面と
して作用する。The focal points of the light beams 20 and 21 are scanned by the action of the optical deflector 11 so as to move within a plane parallel to the pattern plane 16a and the surface 17a. In FIG. 2, the light beams 20 and 21 are incident on the opaque pattern 16b of the mask 16. Since the opaque pattern 16b is formed from a two-layer thin film of titanium and gold, it has a high light reflectance and acts as a mirror surface.
光束20.21の入射点がパターン16bからはずれた
位置に移動した様子を第3図に示しであるが、この場合
には光束20.21はマスク16だけでなく、ウェハ1
7の表面17aにも到達する。ウェハ17の表面17a
は鏡面として働く。FIG. 3 shows how the incident point of the light beam 20.21 moves to a position away from the pattern 16b. In this case, the light beam 20.21 hits not only the mask 16 but also the wafer 1.
It also reaches the surface 17a of 7. Surface 17a of wafer 17
acts as a mirror surface.
コノ時マスク16の透明なパターン面16aも入射光の
一部を反射する。マスク16のパターン16b1パター
ン面16a又はウェハ表面17aによって反射された光
は、再び集光走査レンズ15を通り、ビームスプリッタ
−14に、j:って入射時の光路ε分岐され、ビームス
プリッタ−25の方へ送られる。At this time, the transparent pattern surface 16a of the mask 16 also reflects a portion of the incident light. The light reflected by the pattern surface 16a of the pattern 16b1 of the mask 16 or the wafer surface 17a passes through the condensing scanning lens 15 again, and is branched to the beam splitter 14 along the optical path ε at the time of incidence through the beam splitter 25. sent to.
ビームスプリッタ−25は入射光束を光束20用のマス
ク焦点検出光学系26Mと、光束21用のウェハ焦点検
出光学系26W茫分割する働きをする。”qスフ焦点検
出光学系26Mは光束20の反剣光を結像させて、マス
ク16上に形成された光束20のスボ=+トiの焦点ず
れを検出するための光学系で、ご(7)スポット像の情
報光は光電変換部2.7 Mに送られる。−ウェハ焦点
検出光学系26Wも、同様に光束21の反射光を結像さ
せて、ウェハ17上に形成された光束21のスポット・
像の焦点ずねを検出する為の光学系であり、このスポッ
ト像の情報光は光電変換部27Wに送られる。The beam splitter 25 functions to split the incident light beam into a mask focus detection optical system 26M for the light beam 20 and a wafer focus detection optical system 26W for the light beam 21. The focus detection optical system 26M is an optical system for forming an image of the anti-sword beam of the light beam 20 and detecting the focal shift of the light beam 20 formed on the mask 16. 7) The information light of the spot image is sent to the photoelectric conversion unit 2.7M. - The wafer focus detection optical system 26W similarly images the reflected light of the light beam 21 to form a light beam 21 on the wafer 17. Spots of
This is an optical system for detecting the focal shift of the image, and information light of this spot image is sent to the photoelectric conversion section 27W.
23は基型発振器であり、光偏向器11用の駆動回路2
4及び信号処理部28へ基準クロック信号CLを供給し
、信号処理部28はこのクロック信号C1、に基づいて
光束20.21のマスク16及びウェハ17上における
位置情報を得る。充電変換部27M及び27Wの出力信
号は処理部28に送られ、、信号処理部28は、マスク
16ヒ集光走査1ノンズ15の間隔ヒを検出する。尚、
集光走査lノンズ15は2つの光束20.21の結像位
置がギQ n71分だけ光@力向ムー゛離わるように、
開口数(N、A)が十分に大きく焦点深度もギャップよ
り小さくされている。23 is a basic oscillator, and a drive circuit 2 for the optical deflector 11
4 and a signal processing unit 28, and the signal processing unit 28 obtains position information of the light beam 20.21 on the mask 16 and the wafer 17 based on this clock signal C1. The output signals of the charging conversion sections 27M and 27W are sent to the processing section 28, and the signal processing section 28 detects the distance between the mask 16, the condensing scan 1, and the nons 15. still,
The focusing scanning lens 15 is configured so that the imaging positions of the two light beams 20 and 21 are separated by a distance of 71 times in the light @force direction.
The numerical aperture (N, A) is sufficiently large and the depth of focus is also smaller than the gap.
第4図は第2図におけるブ【1ツク図のうち光学系を具
体的「示したものであり、第2図のレーザ光源!]は2
:ζでは半導体レーザとし、ビーム径変換器10はンリ
メータ1.・ンズとしである4、但し、本発明を実施す
る「唸必ずL6も半導体レーザを用いる必要!t t、
c <、ヘリウムネオンレーザ等の気体17−ザでも使
用できる。また平行に近い光束を出す1ノ−ザ光源を用
いる場合(は、ビーム径変換器10としてビームイクス
バンダーを用いることになる。Figure 4 shows the optical system in Figure 2 specifically, and the laser light source in Figure 2 is 2.
:ζ is a semiconductor laser, and the beam diameter converter 10 is an amplimeter 1.・However, when implementing the present invention, it is necessary to use a semiconductor laser for L6 as well!
c <, a gas 17 laser such as a helium neon laser can also be used. Furthermore, when a single nose light source that emits a nearly parallel beam is used, a beam expander is used as the beam diameter converter 10.
第4図においてコリメータレンズ10によって平行にな
った光束は、矢印33の向きに紙面内で回転振動する光
偏向器11ヒしてのガルバノ之う−により角度偏向され
る。偏向された平行光束は、レンズ34によって小さく
集光され、ビームスプリッタ−35に達する。この実施
例では第2図に示した光偏向器11をガルバノミラ−と
して示しているが、他の種類の偏向器、例えば回転ポリ
ゴンミラー、超音波偏向器等を用いてもよい。In FIG. 4, the light beam made parallel by the collimator lens 10 is angularly deflected by a galvanometer serving as an optical deflector 11 which rotates and oscillates within the plane of the paper in the direction of an arrow 33. The deflected parallel light beam is condensed into a small beam by a lens 34 and reaches a beam splitter 35. In this embodiment, the optical deflector 11 shown in FIG. 2 is shown as a galvanometer mirror, but other types of deflectors such as rotating polygon mirrors, ultrasonic deflectors, etc. may also be used.
さて、ビームスプリッタ−35はレンズ34からの集光
光束を二つの光束に分離し、分けられた二つの光束は、
−旦、位置40.41に集光したのち、それぞれ反射鏡
36.37で反射され、ビームスプリッタ−43により
再び同一の光学系を共有するように瓜ね合わされる。こ
こで、反射鏡37を通る光束の光路長が、反射鏡36を
通る光束の光路長よりも、等偏曲に短かくなるように平
行平板ガラス42が入れられている。このガラス42の
厚さによって、二つの光束20.21の結像位置の間隔
が決定される。ビームスプリッタ−43で共軸さなるよ
うに重ね合わされた光束は、レンズ44で再びほぼ平行
光束となり、ビームスプリッタ−14を介して集光走査
レンズ15によって結像される。尚、上記レンズ44で
ほぼ平行光束はなるとしたが、反射鏡36からレンズ4
4に一至る光路長と、反射鏡37からレンズ44に至る
光路長が平行平板ガラス42のため異なるので、厳g(
は重ね合わされた三光束は平行とはならない。そして集
光走査レンズ15を射出1〕た光束は光束20及び光束
21となって異なった面内に各々微少スポットLして結
像される。光束20と光束21の結像面の間隔は、平行
平板ガラス42の厚さと、レンズ44及び集光走査1/
ンズ15の焦点距離の関係で決まるので、適当な平行平
板ガラスの選択により所定の値にすることができる。こ
の所定の値をg&II’Pぶ。gは設定すべきマスク1
6とウェハ17の間のギャップ量に一致させておく。Now, the beam splitter 35 separates the condensed beam from the lens 34 into two beams, and the two divided beams are as follows:
After being condensed at positions 40 and 41, they are each reflected by reflecting mirrors 36 and 37, and then combined by a beam splitter 43 so that they share the same optical system. Here, the parallel plate glass 42 is inserted so that the optical path length of the light beam passing through the reflecting mirror 37 is shorter than the optical path length of the light beam passing through the reflecting mirror 36 in an equipolarized manner. The thickness of the glass 42 determines the distance between the imaging positions of the two light beams 20, 21. The light beams that are coaxially superimposed by the beam splitter 43 are turned into substantially parallel light beams again by the lens 44, and are imaged by the condensing scanning lens 15 via the beam splitter 14. Although the above-mentioned lens 44 produces a substantially parallel light beam, the light beam from the reflecting mirror 36 to the lens 4
4 and the optical path length from the reflecting mirror 37 to the lens 44 are different because of the parallel flat glass 42.
The three superimposed beams are not parallel. The light beam exiting the condensing scanning lens 15 becomes a light beam 20 and a light beam 21, each of which is imaged as a minute spot L in different planes. The distance between the imaging planes of the light beams 20 and 21 is determined by the thickness of the parallel flat glass 42, the lens 44 and the condensing scanning 1/1
Since it is determined by the focal length of the lens 15, it can be set to a predetermined value by selecting an appropriate parallel flat glass. This predetermined value is g&II'P. g is the mask 1 to be set
6 and the wafer 17.
ビームスプリッタ−35とビームスプリッタ−43の間
の二つの光路長の設定誤差の影響が考えられる場合Cは
1、平行平板ガラス42の厚さを調節可能とすればよい
、また、ここでは平行平板ガラスの挿入によって走路差
をつける例を示しているが、他の方法、例えば反射鏡3
7とビームスプリッタ−43による光軸の曲がり角を変
えて走路差をつける方法も考えられる。If the influence of the setting error of the two optical path lengths between the beam splitter 35 and the beam splitter 43 is considered, C is 1, the thickness of the parallel flat glass 42 may be adjustable; An example is shown in which the running path is differentiated by inserting glass, but other methods, such as reflecting mirror 3
It is also conceivable to create a travel path difference by changing the bending angle of the optical axis between the beam splitter 7 and the beam splitter 43.
さて、光束20.21はガルバノ主う−11によってマ
スク16やウェハ17上で矢印45のように紙面内を左
右方向に同時に走査駆動される。Now, the light beams 20 and 21 are driven to scan the mask 16 and the wafer 17 simultaneously in the left and right directions in the plane of the paper as indicated by arrows 45 by the galvano main unit 11.
その光束20.21はマスク16あるいはウェハ17で
反射され、集光走査レンズ15を逆入射し、ビームスプ
リッタ−14で反射されてレンズ47に達する。このレ
ンズ47を通った光束20.21の反射光はビームスプ
リッタ−25で二つに分割される。ビームスプリッタ−
25で反射されたほうの光束20.21の反射光は、さ
らにビームスプリッタ−48Mで二つに分割されて、所
定の結像面53MA、53MB上にそれぞれ結像する。The light beams 20 and 21 are reflected by the mask 16 or the wafer 17, enter the condensing scanning lens 15 in the opposite direction, are reflected by the beam splitter 14, and reach the lens 47. The reflected light beams 20 and 21 passing through this lens 47 are split into two by a beam splitter 25. beam splitter
The reflected light beam 20.21 reflected by the beam splitter 25 is further split into two by a beam splitter 48M, and images are formed on predetermined imaging planes 53MA and 53MB, respectively.
この際、結像面53MA、53MBは、光束20がマス
ク1′6上に結像したときに、マスク16上のスポット
光の像が結像する位置に予じめ定められている。すなわ
ち、光束20の結像面と結像面53A、53Bとは共役
に定められている。At this time, the imaging planes 53MA and 53MB are predetermined at positions where the image of the spot light on the mask 16 is formed when the light beam 20 is imaged on the mask 1'6. That is, the imaging plane of the light beam 20 and the imaging planes 53A and 53B are determined to be conjugate.
もちろん、光束21のウェハ17での反射光もレンズ4
7を通り、ビームスプリッタ−25で反射されるが、光
束21の結像面と結像面53MA、53MBとは共役に
ならず、光束21のウェハ17上のスポット像は結像面
53MA、53MBとは異なる面に結像する。Of course, the light reflected by the wafer 17 of the light beam 21 is also reflected by the lens 4.
7 and is reflected by the beam splitter 25, but the imaging plane of the luminous flux 21 and the imaging planes 53MA, 53MB are not conjugate, and the spot image of the luminous flux 21 on the wafer 17 is reflected by the imaging planes 53MA, 53MB. The image is formed on a different surface than the
一方、光束20.21のマスク16やウェハ17での反
射光のうち、ビームスプリッタ−25を透過したほうの
光束は、ビームスプリッタ−48Wでさらに二つに分割
され、所定の結像面53WA、53WB上に結像する。On the other hand, among the light beams 20.21 reflected by the mask 16 and the wafer 17, the light beam that has passed through the beam splitter 25 is further split into two by the beam splitter 48W, and is split into two parts at a predetermined imaging plane 53WA, The image is formed on 53WB.
この際、結像面53WA、53WBは、光束21がウェ
ハ17上に結像したときに、ウェハ17上のスポット像
が結像する位置に予じめ定められている。すなわち、光
束21の結像面と結像面53WA、53WBとは共役に
定められている。At this time, the imaging planes 53WA and 53WB are predetermined at positions where a spot image is formed on the wafer 17 when the light beam 21 is imaged on the wafer 17. That is, the imaging plane of the light beam 21 and the imaging planes 53WA and 53WB are determined to be conjugate.
もちろん、光束20のマスク16での反射光もビームス
プリッタ−25を透過してくるが、光束20のマスク1
6上のスポット像は結像面53WA、53WBとは異な
る面に結像する。Of course, the light beam 20 reflected by the mask 16 also passes through the beam splitter 25.
The spot image on 6 is formed on a plane different from the image planes 53WA and 53WB.
さて、所定の結像面53MAの後方には格子部材49M
Aが配置され、所定の結像面53MBの前方には格子部
材49MBが配置される。格子部材49MA、49MB
は互いに周期′の等しい格子であり、透明平板上に光透
過部と不透過部とを周期的にストライブ状に配列したパ
ターンが形成されている。Now, behind the predetermined imaging plane 53MA, there is a grating member 49M.
A is arranged, and a grating member 49MB is arranged in front of a predetermined imaging plane 53MB. Lattice member 49MA, 49MB
are gratings with the same period ', and a pattern is formed on a transparent flat plate in which light transmitting parts and non-transmissive parts are periodically arranged in a stripe shape.
また格子部材49MAと結像面53MAの間隔と、格子
部材49MBと結像面53MBの間隔とは、互いに等し
く定められている。このため、結像面53MA、53M
B上にスポット像が結像すると、格子部材49MAと格
子部材49MB上では、結像面53MA、53MB上の
スポットサイズよりもやや大きなスポット像が形成され
る。さらに、スポット像はガルバノ亙う−11の振動に
よって結像面53MA、53MB上を矢印50MA、5
0MBのように往復移動するが、格子部材49MA、4
9MBは格子の配列方向がスポット像の往復移動方向と
一致するように配置される。Further, the distance between the grating member 49MA and the imaging surface 53MA and the distance between the grating member 49MB and the imaging surface 53MB are set to be equal to each other. Therefore, the imaging planes 53MA, 53M
When a spot image is formed on B, a spot image slightly larger than the spot size on the imaging planes 53MA and 53MB is formed on the grating member 49MA and the grating member 49MB. Furthermore, the spot image moves on the imaging planes 53MA, 53MB by the arrows 50MA, 5 due to the -11 vibration across the galvano.
Although it moves back and forth like 0MB, the grid members 49MA, 4
The 9MB is arranged so that the direction in which the gratings are arranged coincides with the reciprocating direction of the spot image.
さて格子部材49MAと格子部材49MB上の透過部を
通過したスポット像の光束は、それぞれ集光レンズ51
MA、集光レンズ51MBによって検知器27MA及
び検知器27MBに集光されて光電変換される。Now, the light beams of the spot images that have passed through the transmission portions on the grating member 49MA and the grating member 49MB are directed to the condenser lens 51.
MA, the light is focused by the condenser lens 51MB onto the detector 27MA and the detector 27MB, and photoelectrically converted.
以上はマスク面の検出系について説明したが、クエへ面
の検出系も同様である。Although the detection system for the mask surface has been described above, the detection system for the square surface is also similar.
光束21はウェハ17で反射した後、光束20の反射光
と同様に結像される。これらの光束はウニへ面の検出用
であり、所定の結像面53WA。After the light beam 21 is reflected by the wafer 17, an image is formed in the same way as the reflected light of the light beam 20. These light beams are for detecting the surface of the sea urchin and are directed to a predetermined imaging surface 53WA.
53WB上に結像するが、格子部材49WAと格子部材
49WBが、マスク面の検出系と同様に互いに等しい周
期のストライプパターンで出来ており、所定の結像面5
3WAと格子部材49WAの間隔と、結像面53WBと
格子部材49WBの間隔とは互いに等しく、結像面53
WA、53WBに対して相前後して置かれている。The grating member 49WA and the grating member 49WB are made of a stripe pattern with the same period, similar to the detection system of the mask surface, and the image is formed on the predetermined image forming surface 53WB.
The distance between 3WA and the grating member 49WA is equal to the distance between the image forming surface 53WB and the grating member 49WB, and the distance between the image forming surface 53
They are placed one after another with respect to WA and 53WB.
格子部材49WA%格子部材49WBを透過したウェハ
17からのスポット像の光束は、集光レンズ51 W
A%染先光レンズ51 W Bによって集光され、検知
器27WA、27WBによって光電変換される。もちろ
ん、ビームスプリッタ−25を透過した光束21のスポ
ット像は結像面53 WA、53WB上を矢印50WA
、50WBのようじ往復移動する。The light flux of the spot image from the wafer 17 that has passed through the grating member 49WA% is transmitted through the condenser lens 51W.
The light is collected by the A% dyed optical lens 51WB and photoelectrically converted by the detectors 27WA and 27WB. Of course, the spot image of the light beam 21 transmitted through the beam splitter 25 moves along the image forming planes 53 WA and 53WB along the arrow 50WA.
, 50WB toothpick moves back and forth.
ここで第2図におけるマスク黒点検出光学系26Mは第
4図においてはlノノズ4フ、ビームスプリッタ−48
M、格子部材49MA、49MB5集光I/ンズ51M
八及び51MBより構成さね、第2図におけるウェハ焦
点検出光学系26Wは、第4図においてはレンズ47、
ビームスプリッタ−48W1格子部材49WA、49W
B。Here, the mask black spot detection optical system 26M in FIG.
M, grating member 49MA, 49MB5 condensing I/lens 51M
The wafer focus detection optical system 26W in FIG. 2 is composed of lenses 47 and 51MB in FIG.
Beam splitter-48W1 Grid member 49WA, 49W
B.
集光レンズ51WA、及び51 W Bより構成されて
いる。It is composed of condenser lenses 51WA and 51WB.
次に、第5図及び第6図を用いてマスク16及びウェハ
17社対する焦点検出の原理についても説明する。マス
クに対しても、ウェハに対しても焦点検出の基本原理は
同じであるので、本実施例ではマスクの焦点検出につい
てのみ説明する。Next, the principle of focus detection for the mask 16 and wafer 17 will be explained using FIGS. 5 and 6. Since the basic principle of focus detection is the same for both masks and wafers, only focus detection for masks will be described in this embodiment.
第5図(a)はマスクの焦点検出光学系の模式図であり
、第4図においてビームスプリッタ−48Mで分けられ
た2つの光束をひとつに合成して示したものである。尚
、ビームスプリッタ−14の使い力が第4図とは異なる
が、説明を部層にするためこのようにした。FIG. 5(a) is a schematic diagram of the focus detection optical system of the mask, and shows the two light beams separated by the beam splitter 48M in FIG. 4 combined into one. Although the use of the beam splitter 14 is different from that shown in FIG. 4, this is done to simplify the explanation.
ビームスプリッタ−14を介して入射してきたレーザ光
源9からの平行光束は集光走査レンズ15から光束20
ヒして射出し、点57にスポット光として結像されてい
る。この際、点57より集光走査1/ンズ15ヒ反対側
にdだけ離れた位置(、マスク16の反射面、例えばパ
ターン面16aがあったとする。尚、その反対面はマス
ク16の不透明部を形成する金属膜の表面であっても良
いし、マスク16の支持体である透明部の表側、裏側の
とちらかの表面、又は透明部の厚さが焦点深度より薄い
場合、その中間的な面であってもよい。但l)、透明部
を用いる場合は、光束を入射させる位置に不透明部が形
成されていないことが必要であるし、マスク16の支持
体の厚さは1〜2μmのものが最もよく使用され、焦点
深度のできるだけ浅いような集光状態を実現しようとし
ても実用的には焦点深度の限界が1〜2μmであるので
、実際にはマスク支持体の透明膜両面からの反射光束が
重なったものとして観測される。第5図(a)では簡単
の為にマスク支持体の両面を1つの反射面で表わしパタ
ーン面16ahする。パターン面16aにより点57の
鏡像が、パターン面16aからdだけ離れた点59にで
きると考えられる。そこで、光束20はパターン面16
aで反射して光束62となり、集光走査レンズ15に入
射する。その光束62、すなわちスポット像の光束は、
ビームスプリッタ−14、及びレンズ47によって格子
部材49MB上に微小なスポット像として結像される。The parallel light beam from the laser light source 9 that has entered via the beam splitter 14 is converted into a light beam 20 from the condensing scanning lens 15.
The light is then emitted and is focused on a point 57 as a spot light. At this time, it is assumed that there is a reflective surface of the mask 16, for example, the pattern surface 16a. It may be the surface of the metal film forming the mask 16, the front side or the back side of the transparent part that is the support of the mask 16, or if the thickness of the transparent part is thinner than the depth of focus, an intermediate point therebetween. However, in the case of using a transparent part, it is necessary that no opaque part is formed at the position where the light flux is incident, and the thickness of the support of the mask 16 is 1 to 1. 2 μm is most commonly used, and even if you try to achieve a condensing state with a depth of focus as shallow as possible, the practical limit of the depth of focus is 1 to 2 μm, so in reality, the transparent film on both sides of the mask support is It is observed as a superposition of reflected light beams from In FIG. 5(a), for the sake of simplicity, both sides of the mask support are represented by one reflective surface, which is referred to as a pattern surface 16ah. It is considered that the patterned surface 16a creates a mirror image of the point 57 at a point 59, which is distanced by a distance d from the patterned surface 16a. Therefore, the light beam 20 is transmitted to the pattern surface 16
It is reflected by a, becomes a light beam 62, and enters the condensing scanning lens 15. The light flux 62, that is, the light flux of the spot image is
The beam splitter 14 and the lens 47 form a minute spot image on the grating member 49MB.
点57に共役な点は所定の結像面53MA、53MB上
に一致する。そこで格子部材49MBと結像面53MA
、53MBとのずれ量をeとし、集光走査レンズ15と
結像レンズ47の熱煮距離をそれぞれf l+f 2と
するLe = 2 (f z/f +)2・d
=・= (3)と表わされる。Points conjugate to point 57 coincide on predetermined imaging planes 53MA and 53MB. Therefore, the grid member 49MB and the imaging surface 53MA
, 53MB, and the heating distance between the condensing scanning lens 15 and the imaging lens 47 is f l + f 2, respectively. Le = 2 (f z / f +) 2 · d
It is expressed as =・= (3).
また格子部材49MBは第5図(b)に平面図で示した
ように、光の透過部69aと不透過部69bとが格子状
に周期的に配列されており、fj、A部69aヒ不透過
部69N)の輻は、第5図(a)のようにスポット像が
格子部材49MB上に結像したときのスポットサイズε
はぼ等しく定められている。Further, as shown in the plan view in FIG. 5(b), the grating member 49MB has light transmitting parts 69a and non-transmissive parts 69b arranged periodically in a grating pattern, and fj, A part 69a and non-transmissive part 69b are periodically arranged. The convergence of the transmission part 69N) is determined by the spot size ε when the spot image is formed on the grating member 49MB as shown in FIG. 5(a).
are defined equally.
さて、ガルバノミラ−11の働きじより、光束20が矢
印45の方向にマスク16のパターン面16aを走査す
ると、格子部材49MB上のスポットは矢印64の方向
に走査される。従って第5図(b)のように格子部材4
9MB上のスポット70は矢印71の方向に移動し、透
過部69aを通過する時には入射光がほぼ全部透過し、
不透過部69bを通過する時はほぼ全部遮断される。Now, when the light beam 20 scans the pattern surface 16a of the mask 16 in the direction of the arrow 45 due to the action of the galvanometer mirror 11, the spot on the grating member 49MB is scanned in the direction of the arrow 64. Therefore, as shown in FIG. 5(b), the grid member 4
The spot 70 on the 9MB moves in the direction of the arrow 71, and almost all of the incident light passes through the transmission section 69a.
Almost all of the light is blocked when passing through the non-transparent part 69b.
第6図(a)は第5図(a)の結像状態の時に、検知器
27MBが受光する透過光量に対応した充電出力信号の
大きさを縦軸に表わし、横軸に時間tを示したもので、
スポット70の移動速度に応じた周波数の交流信号波形
73が得られる。この時の波形73の最大値と最小値の
差を2□1とする。In FIG. 6(a), the vertical axis represents the magnitude of the charging output signal corresponding to the amount of transmitted light received by the detector 27MB during the imaging state of FIG. 5(a), and the horizontal axis represents time t. With something that
An AC signal waveform 73 having a frequency corresponding to the moving speed of the spot 70 is obtained. The difference between the maximum value and minimum value of the waveform 73 at this time is assumed to be 2□1.
次にパターン面16aが点57の位置にある場合には、
結像されたスポット像は所定の結像面53MA、53M
B上にでき、格子部材49MB上のスポットサイズは大
きくなる。従って第5図(b)に示した格子部材49M
Bの透過部69a1不透過部69bの幅よりスポットサ
イズが少し大きくなって、得られる信号波形は第6図(
b)に示す波形75となり、最大値と最小値の差2.2
は21より小さくなる。さらにパターン面16aが点5
7からdだけ集光走査レンズ15側に近づいた点60を
含むように位置に来ると、スポット像は格子部材49M
A上に結像し、格子部材49MB上のスポットサイズは
さらに広くなる。従って格子部材49MBの透過部6・
9aを通る光量は小さくなり、検知器27MBの出力信
号は第6図(C)に示した波形77のよう(なり、この
時の最大値と最小値の差21.は2.2よりさらに小さ
くなる。Next, when the pattern surface 16a is at the position of point 57,
The formed spot images are on predetermined imaging planes 53MA, 53M.
B, and the spot size on the grid member 49MB becomes larger. Therefore, the grid member 49M shown in FIG. 5(b)
The spot size is slightly larger than the width of the transparent part 69a1 and the non-transparent part 69b of B, and the obtained signal waveform is as shown in FIG.
The waveform 75 shown in b) is obtained, and the difference between the maximum and minimum values is 2.2.
becomes smaller than 21. Furthermore, the pattern surface 16a is the point 5
When the spot image reaches the position including the point 60 which is closer to the condensing scanning lens 15 side by d from 7, the spot image becomes the grating member 49M.
The image is formed on A, and the spot size on the grating member 49MB becomes wider. Therefore, the transparent part 6 of the grid member 49MB
The amount of light passing through 9a becomes smaller, and the output signal of the detector 27MB becomes as shown in the waveform 77 shown in FIG. Become.
尚、第6図(a) (b) (c)で、それぞれの状態
のときに信号の振動中心は変らず、検知器の光電素子上
にはスポット像の振動中にわたり常に光があったている
。このため振幅が小さくなっても、すなわち合焦状態か
ら大きくずれて、振動中心に対応したDCレベルの光電
出力信号が得られ、換言すれば検知器の光電素子にバイ
アス光が照射された状態となるので、検知器の光電変換
の応答性を改善できることになる。In addition, in Figure 6 (a), (b), and (c), the center of vibration of the signal does not change in each state, and light is always on the photoelectric element of the detector throughout the vibration of the spot image. There is. Therefore, even if the amplitude becomes small, that is, it deviates significantly from the focused state, a DC level photoelectric output signal corresponding to the center of vibration can be obtained.In other words, the photoelectric element of the detector is irradiated with bias light. Therefore, the responsiveness of photoelectric conversion of the detector can be improved.
検知器27MBの出力信号の変化を第7図に示す。第7
図は横軸にパターン面16aの集光走査レンズ15に対
する光軸方向の位置Zを示したグラフで、縦軸(は出力
信号の波形の最大値と最小値の差の半分、すなわち振幅
をとっである。尚、横軸の0点は光束20が結像する点
57とパターン面16aとが一致したときの位置を表わ
し、パターン面16aが0点よりもレンズ15側に位置
したときを正(しである、パターン面16aが−dの位
置にある時、出力信号の振幅はalである。またパター
ン面16aが0点に一致すると、第6図(b)に示した
ように振幅はa2である。FIG. 7 shows changes in the output signal of the detector 27MB. 7th
The figure is a graph in which the horizontal axis shows the position Z of the pattern surface 16a relative to the condensing scanning lens 15 in the optical axis direction, and the vertical axis (denotes half the difference between the maximum and minimum values of the output signal waveform, that is, the amplitude). Note that the 0 point on the horizontal axis represents the position when the point 57 on which the light beam 20 forms an image matches the pattern surface 16a, and the position when the pattern surface 16a is located closer to the lens 15 than the 0 point is the positive point. (When the pattern surface 16a is at the -d position, the amplitude of the output signal is al. When the pattern surface 16a coincides with the 0 point, the amplitude is It is a2.
さらに第6図(C) に示したようにパターン面16a
が+dの位置にあると振幅はa3である。Further, as shown in FIG. 6(C), the pattern surface 16a
When is at the +d position, the amplitude is a3.
従って、パターン面16aが連続的に集光走査レンズ1
5に近づく時、振幅の変化は波形79のようになる。Therefore, the pattern surface 16a is continuously
5, the change in amplitude becomes like waveform 79.
一方、第5図(a)に示した格子部材49MAによるス
ポット像の検出は、格子部材49MBと同様に検知器2
7MAによっても行なわれる。この時、検知器27MA
の出力信号の振幅変化は、第7図に破線で示したように
、波形79と相似で、かつ波形79に対してZ方向にシ
フトした波形83として得られる。波形83の0点での
振幅は波形79の振幅a2とほぼ等しく十dの位置にお
いて最大の振幅a、となる。従って第4図に示したよう
にビームスプリッタ−48Mで強度がほぼ等しい三光束
に分け、二つの格子部材49MB及び49MAを所定の
結像面53MA、53MBの前後(光軸方向に、所定路
@eだけ離して配置すると、検知器27MBと検知器2
7MAの両光型出力信号の振幅変化は、第7図に示した
波形79及び波形83のようになる。On the other hand, spot image detection by the grating member 49MA shown in FIG.
Also performed by 7MA. At this time, the detector 27MA
The amplitude change of the output signal is obtained as a waveform 83 that is similar to the waveform 79 and shifted in the Z direction with respect to the waveform 79, as shown by the broken line in FIG. The amplitude at the zero point of the waveform 83 is approximately equal to the amplitude a2 of the waveform 79, and reaches the maximum amplitude a at the position of 10d. Therefore, as shown in FIG. 4, the beam splitter 48M divides the beam into three beams with approximately equal intensity, and the two grating members 49MB and 49MA are placed in front and behind the predetermined imaging planes 53MA and 53MB (in the optical axis direction, in a predetermined path @ If placed apart by e, detector 27MB and detector 2
The amplitude changes of the 7 MA dual optical type output signal are as shown in waveform 79 and waveform 83 shown in FIG.
次に上記検出光学系を用いた自動焦点検出の信号処理系
を第8図のブロック図に基づき説明する。Next, a signal processing system for automatic focus detection using the above detection optical system will be explained based on the block diagram of FIG.
まず検知器27MA及び27MB (第4図)の光電出
力信号は、各々プリアンプ84A、84Bによって増幅
されてバンドパスフィルタ85A。First, the photoelectric output signals of detectors 27MA and 27MB (FIG. 4) are amplified by preamplifiers 84A and 84B, respectively, and passed through a bandpass filter 85A.
85Bに人力される。このバンドパスフィルタ85A、
85Bは、第6図(a) (b) (c)に示したよう
に、信号の基本周波数成分を選択的に通過させるもので
ある。It is man-powered by 85B. This band pass filter 85A,
85B selectively passes the fundamental frequency component of the signal, as shown in FIGS. 6(a), (b), and (c).
変調成分検出回路86A、86Bは、バンドパスフィル
タ85A、85Bの出力信号を入力して第6図(a)
(b) (c)に示した波形の変調成分の最大値と最小
値の差の半分、すなわち振幅値を出力する。The modulation component detection circuits 86A and 86B input the output signals of the bandpass filters 85A and 85B and perform the output signals shown in FIG. 6(a).
(b) Output half the difference between the maximum value and the minimum value of the modulation component of the waveform shown in (c), that is, the amplitude value.
第2図における基準発振器23からの信号CLは、光走
査に同期した信号で、サンプルホールド回路87Aと8
7Bに対して変調成分検出回路86Aと86Bからそわ
ぞれ出力されるfs号をサンプルし、ホールドするタイ
ミングを制御する。The signal CL from the reference oscillator 23 in FIG.
For 7B, the fs signal output from modulation component detection circuits 86A and 86B is sampled and the timing at which it is held is controlled.
ここでサンプルホールド回路86A、86Bが用いられ
る理由は、光偏向器の種類によっては光偏向に使用でき
ない時間があったり、又マスク上で鏡面的に光束を反射
させる領域が限られていたりして、自動焦点検出の為の
信号を得る時間が周期的な光偏向器の動作のうちで限ら
れていたりするからであり、変調成分検出回路86A、
86Bからの出力信号が得られる間Cサンプルし、そう
でない間はホールドされる。The reason why the sample and hold circuits 86A and 86B are used here is that depending on the type of optical deflector, there is a time when it cannot be used for optical deflection, and the area on the mask where the light beam is reflected specularly is limited. This is because the time to obtain a signal for automatic focus detection is limited during the periodic operation of the optical deflector, and the modulation component detection circuit 86A,
C is sampled while the output signal from 86B is obtained, and held otherwise.
引算器89はサンプル・ホールドされた岡山力信号の差
を演算し、その出力信号90は第9図のようなSカーブ
信号92となる。A subtracter 89 calculates the difference between the sampled and held Okayama power signals, and its output signal 90 becomes an S-curve signal 92 as shown in FIG.
第9図で縦軸は第8図の出力信号90の大きさを表わし
、検知器27MBの出力信号の振幅と検知器27MAの
出力信号の振幅とが等しくなった時に零5なる。また第
9図で横軸は第7図のグラフの横軸と同一に定められて
いる。In FIG. 9, the vertical axis represents the magnitude of the output signal 90 in FIG. 8, which becomes 05 when the amplitude of the output signal of the detector 27MB and the amplitude of the output signal of the detector 27MA become equal. Further, the horizontal axis in FIG. 9 is set to be the same as the horizontal axis of the graph in FIG.
この時はマスク16と集光走査レンズ15の間隔が所定
の値になり、集光走査レンズ15から射出する光束20
がマスク16のパターン面16aに合焦したこヒになる
や従ってSカーブ信号92の零点0が得られるようにマ
スク16と集光走査レンズ15の光軸方向の相対位置を
制御すればよい。At this time, the distance between the mask 16 and the condensing scanning lens 15 becomes a predetermined value, and the light beam 20 emitted from the condensing scanning lens 15
The relative positions of the mask 16 and the condensing scanning lens 15 in the optical axis direction may be controlled so that the zero point 0 of the S-curve signal 92 is obtained as soon as the beam is focused on the pattern surface 16a of the mask 16.
ここで第8図において変調成分検出回路86A、86B
は信号の最大値と最小値の差を検出するものとしたが、
全波整流又は半波整流とローパス回路を組み合わせて変
調成分の大きさを抽出しても同等の効果が得られる。Here, in FIG. 8, modulation component detection circuits 86A and 86B
was supposed to detect the difference between the maximum and minimum values of the signal, but
The same effect can be obtained by extracting the magnitude of the modulation component by combining full-wave rectification or half-wave rectification with a low-pass circuit.
また第8図Cは示していないが、サンプルホールド回路
87Aと87Bの出力値を加算して、その値で引算器8
9の出力値を割れば、マスクの反射率が変化しても第9
図のSカーブ信号92の形は変わらなくなり、すなわち
自動利得制御が行なえるようになる。このような自動利
得制御により、第9図の零点Oの付近におけるSカーブ
信号92の直線部94は常に一定の傾きとなり、出力信
号90の値からマスク16と集光走査レンズ15との間
隔がわかり、ギャップ制御をする場合に有利である。Although not shown in FIG. 8C, the output values of the sample and hold circuits 87A and 87B are added, and the subtracter
If you divide the output value of 9, even if the reflectance of the mask changes, the 9
The shape of the S-curve signal 92 in the figure remains unchanged, ie, automatic gain control can now be performed. Due to such automatic gain control, the straight line part 94 of the S curve signal 92 near the zero point O in FIG. 9 always has a constant slope, and the distance between the mask 16 and the condensing scanning lens 15 is Understood, this is advantageous when performing gap control.
尚、光束21の焦点検出用の検知器27WA。Note that a detector 27WA is used to detect the focus of the light beam 21.
27WBの出力信号についても、第8図のブロックと同
様の回路で処理され、ウェハ17と集光走査レンズ15
との間隔が検出される。The output signal of 27WB is also processed by a circuit similar to the block in FIG.
The interval between
以上の説明は1つの光束がマスク16に入射している場
合の焦点検出の説明であったが、実際Cはウェハ検出用
の光束21もマスク16に同時社入射している。このた
め、以下に述べるような原信号の発生が問題ヒなる。本
発明は、その原信号の発生によって、焦点合わせ(ギャ
ップ設定)が誤動作しないようにしたものである。The above explanation was about focus detection when one light beam is incident on the mask 16, but in reality, in C, the light beam 21 for wafer detection is also incident on the mask 16 at the same time. Therefore, generation of the original signal as described below becomes a problem. The present invention prevents focusing (gap setting) from malfunctioning due to the generation of the original signal.
第10図(a)はマスク検出用の光束20及びウェハ検
出用の光束21が同一の光軸を通って集束している様子
を模式的じ示した図であり、光束20はマスクの設定さ
れるべき面95上に結像し、光束21はウェハの設定さ
れるべき面97に結像している。従って面95と面97
の間隔はマスク検出用への所定のギャップ量g&なって
いる。ここに鏡面ヒしてのマスク16が集光走査レンズ
15に近づくように光軸方向に沿って移動した場合を考
える。第10図(b)は′s8図に示したマスク16の
焦点検出系の検出信号の大きさを縦軸に示したもので、
横軸はマスク16の光軸方向の位置を表わしたものであ
る。マスク16をレンズ!5の方へ移動し、マスク16
が面96の付近に来ると、光束21の反射光が面95の
付近は集束され、Sカーブ信号100のような擬f8号
が現われ、面95の付近にマスク16がきたときに始め
て真のSカーブ信号101が現われる。従ってマスク1
6の設定の時には原信号1oOを誤って真の信号101
と見なさないようにしなければならない。そこで本実施
例では、例えば一定レベル104と、Sカーブ信号の大
きさとを比較する比較器を設け、マスク16をプラスZ
方向(レンズ15に近づく方向)に移動してい(時に、
第1回目にSカーブ信号が一定レベル104を越えた時
は原信号100であるとして無視し、第2回目に一定レ
ベル104を越えた時に始めて真のSカーブ信号101
であると認識して真の、信号101を利用し始める構成
とする。FIG. 10(a) is a diagram schematically showing how a light flux 20 for mask detection and a light flux 21 for wafer detection are converged through the same optical axis, and the light flux 20 is the same as the light flux 20 for mask detection. The light beam 21 is imaged on the target surface 95, and the light beam 21 is imaged on the target surface 97 of the wafer. Therefore, plane 95 and plane 97
The interval is a predetermined gap amount g& for mask detection. Let us now consider the case where the mask 16 with a mirror surface moves along the optical axis direction so as to approach the condensing scanning lens 15. FIG. 10(b) shows the magnitude of the detection signal of the focus detection system of the mask 16 shown in FIG.'s8 on the vertical axis.
The horizontal axis represents the position of the mask 16 in the optical axis direction. Lens mask 16! Move towards 5 and mask 16
When the mask 16 comes near the surface 96, the reflected light of the light beam 21 is focused near the surface 95, and a pseudo f8 signal like the S curve signal 100 appears, and only when the mask 16 comes near the surface 95 does it become true. An S-curve signal 101 appears. Therefore mask 1
When setting 6, the original signal 1oO is mistakenly converted to the true signal 101.
We must avoid viewing it as such. Therefore, in this embodiment, a comparator is provided to compare the constant level 104 with the magnitude of the S curve signal, and the mask 16 is
(towards the lens 15) (sometimes,
When the S-curve signal exceeds a certain level 104 for the first time, it is ignored as the original signal 100, and only when it exceeds the certain level 104 for the second time does it become a true S-curve signal 101.
The configuration is such that it recognizes that the signal 101 is true and starts using the true signal 101.
以上でマスク16に対する焦点検出について説明をした
が、ウェハ17に対してもマスク16に対するのと同様
の方法で検出が行なえる。ただしクエ!7の検出におい
ても大きく異なるのはマスク16の透過部分でしか検出
が行なえないとう点である。Although focus detection for the mask 16 has been described above, detection can be performed for the wafer 17 in the same manner as for the mask 16. However, quest! The major difference in the detection of No. 7 is that detection can be performed only in the transparent portion of the mask 16.
ウェハ17の焦点検出においても第10図(a)と(b
)を用いて説明したように、二つの光束20と21が入
射している為に縦信号が生じる。第10図(C)はウェ
ハ17の検出信号であり、ウェハ17の表面が面97の
付近ヒある時は真のSカーブ信号105が得られるが、
面96の付近ではマスク検出用の光束20の反射光がウ
ェハ17用の焦点検出系に入り、縦信号106が現われ
る。10(a) and (b) in focus detection of the wafer 17.
), since the two light beams 20 and 21 are incident, a longitudinal signal is generated. FIG. 10(C) shows the detection signal of the wafer 17, and when the surface of the wafer 17 is near the surface 97, a true S-curve signal 105 is obtained.
Near the surface 96, the reflected light of the light beam 20 for mask detection enters the focus detection system for the wafer 17, and a vertical signal 106 appears.
従ってマスクの検出の場合と同様(縦信号106を真の
信号と区別する必要がある。そこでウェハ17をレンズ
15から十分に離した位置からプラスZ方向にマスク1
6へ近づけるように移動させるとき、一定のレベル10
9とSカーブ信号の大きさを比較する比較器を用いて、
Sカーブ信号がはじめて一定レベル109を越えた時に
真のSカーブ信号105であることを検出すればよい。Therefore, as in the case of mask detection (it is necessary to distinguish the vertical signal 106 from the true signal), the mask 1 is
When moving closer to 6, a constant level of 10
9 and a comparator that compares the magnitude of the S curve signal,
It is only necessary to detect that the S-curve signal is a true S-curve signal 105 when it exceeds a certain level 109 for the first time.
また、マスク16やウェハ17を移動する駆動装置をS
カーブ信号を用いてサーボ制御するとき、サーボ運動の
誤動作等によりSカーブ信号が零となってしまった場合
には、ウェハ17を再びマイナスをZの方向に離してか
ら、上述のように真のSカーブ信号105を捜せばよい
。In addition, the drive device for moving the mask 16 and wafer 17 is
When performing servo control using a curve signal, if the S curve signal becomes zero due to a malfunction in the servo movement, etc., move the wafer 17 away from the negative end in the Z direction again, and then perform true control as described above. Just look for the S curve signal 105.
第11図は以上で説明したマスク16とウェハ17に対
する焦点検出系を用いてマスク16とウェハ17のギャ
ップを設定する装置の実施例を示す機能ブロック図であ
る。マスク16の下に破線で示したウェハ17があり、
それぞれマスク姿勢制御部116及びウェハ姿勢制御部
117により、独立して傾き及び紙面に垂直な向きの位
置ZをIIJaされる。三つの検出光学系112L、1
12R,及び112Yはそれぞれ第2図に示した検出光
学系から成り、各検出光学系から射出する二つの光束2
0.21の結像位置の間隔はすべて一定値gに設定され
ている。FIG. 11 is a functional block diagram showing an embodiment of an apparatus for setting the gap between the mask 16 and the wafer 17 using the focus detection system for the mask 16 and the wafer 17 described above. There is a wafer 17 indicated by a broken line under the mask 16,
The mask attitude control unit 116 and the wafer attitude control unit 117 independently adjust the inclination and the position Z in the direction perpendicular to the paper surface IIJa. Three detection optical systems 112L, 1
12R and 112Y each consist of a detection optical system shown in FIG. 2, and two light beams 2 emitted from each detection optical system are
The intervals between the imaging positions of 0.21 are all set to a constant value g.
15L、15R及び15Yは第2図や第4図で集光走査
レンズ15として示した例えば顕微鏡で、○印はマスク
16やウェハ17上のギャップを検出する位置を表わす
。直交座標系の軸x、yに対し、集光走査レンズ15L
と15Rの両光軸はX軸上C1集光走査レンズf5Yの
光軸はy釉上に載っている。そして、その三つのレンズ
の位置は、円形のマスク16またはウェハ17をほぼ三
等分する位置に定められ、ウェハ17またはマスク16
の中心OIから互いC等距離で離心するようになされて
いる。15L, 15R, and 15Y are, for example, microscopes shown as the condensing scanning lens 15 in FIG. 2 and FIG. With respect to the axes x and y of the orthogonal coordinate system, the condensing scanning lens 15L
The optical axes of C1 and 15R are on the X axis, and the optical axis of the C1 condensing scanning lens f5Y is on the y glaze. The positions of the three lenses are determined to approximately divide the circular mask 16 or wafer 17 into thirds, and the wafer 17 or mask 16 is
They are arranged to be eccentric from the center OI at an equal distance C from each other.
尚、第11図において集光走査レンズ15Lと15Rの
両中心を結ぶ線分(X軸)は、マスク16(又はウェハ
17)の中心OLを通っていないが、本発明ではこの線
分が中心O1を通るように集光走査レンズ15L、15
Rの配置を決めることを妨げるものではない、但し、線
分(X軸)が中心01を通るように集光走査レンズ15
L。In FIG. 11, the line segment (X axis) connecting the centers of the condensing scanning lenses 15L and 15R does not pass through the center OL of the mask 16 (or wafer 17), but in the present invention, this line segment The condensing scanning lenses 15L and 15 pass through O1.
However, the condensing scanning lens 15 should be placed so that the line segment (X axis) passes through the center 01.
L.
15Rを配置した場合も、やはり中心O1から各集光走
査レンズ15Y、15L、15Rの各中心までの距離を
互いにほぼ等しく定めておくのがよい。15R, it is still preferable to set the distances from the center O1 to the centers of the respective condensing scanning lenses 15Y, 15L, and 15R to be approximately equal.
検出光学系112L、112R,112Yの各光電検知
器からの出力信号は第8図の回路を含む演算部114に
送られて処理され、演算部114の出力はilJ御部1
15に伝えられてマスク姿勢制御部116及びウェハ姿
勢制御部117を介してマスク16とウェハ17のギャ
ップ設定に用いられる。尚、姿勢制御部116,117
はマスク16とウェハ17を各々座標軸Xとyを中心に
して回転させると共虻、上下方向に移動する機構を備え
ている。マスク16及びウェハ17を所定のギャップに
設定する前に、三つの検出光学系から射出するマスク検
出用の光束20の結像位置は同一のZ座標値(紙面と垂
直な方向の位置)を持つように調整されている。マスク
16をそれぞれの検出光学系のマスク検出用の光束20
の結像位置上配置するには、マスク16を下方から一定
速度+Z方向(集光走査レンズ151.、、 15R,
15Yに近づく方向)に上昇させていき、検出光学系1
12L、112R,112Yの少なくεもひとつの光束
20がマスク16に結像するようにする。それは演算部
114中の各検出処理回路のSカーブ信号のうち、第1
0図(b)のような真のSカーブ信号101を検出する
ことによって行なわれる。三つの検出光学系のうちひL
つによって真のSカーブイ3号101を検出したならば
、次に他の検出光学系によっても真のSカーブ信号10
1を検出するような探索動作が行なわれる。この探索動
作は演算部114、制御部115の制御のもとに、マス
ク16の姿勢を変えることによって行なわれる。The output signals from the photoelectric detectors of the detection optical systems 112L, 112R, and 112Y are sent to the calculation unit 114 including the circuit shown in FIG.
15 and is used to set the gap between the mask 16 and the wafer 17 via the mask posture control section 116 and the wafer posture control section 117. Note that the attitude control units 116 and 117
is equipped with a mechanism that moves the mask 16 and wafer 17 in the vertical direction when rotated about the coordinate axes X and y, respectively. Before the mask 16 and the wafer 17 are set at a predetermined gap, the imaging positions of the light beams 20 for mask detection emitted from the three detection optical systems have the same Z coordinate value (position in the direction perpendicular to the plane of the paper). It has been adjusted as follows. The mask 16 is connected to a light beam 20 for mask detection of each detection optical system.
To place the mask 16 on the imaging position of
15Y), and the detection optical system 1
At least one light beam 20 of 12L, 112R, and 112Y is set to form an image on the mask 16. It is the first of the S curve signals of each detection processing circuit in the calculation section 114.
This is done by detecting a true S-curve signal 101 as shown in FIG. 0(b). Three detection optical systems
If the true S-curve signal 101 is detected by one detection optical system, then the true S-curve signal 101 is also detected by another detection optical system.
A search operation is performed to detect 1. This search operation is performed by changing the attitude of the mask 16 under the control of the calculation section 114 and the control section 115.
次の表Aは、この探索動作の時じ制御すべきマスク16
の回転軸と回転方向及びZ軸方向の上下動を示したもの
である。尚、表A&:おいてり。The following Table A shows the mask 16 to be controlled at the time of this search operation.
This figure shows the rotation axis and vertical movement in the rotation direction and Z-axis direction. In addition, Table A&: set.
R,Yは112L、112R,112Yを省略して記し
たもので、真のSカーブ信号が検出された検出光学系を
示し、X軸及びX軸中心の回転、2軸の移動についでは
マスク16の姿勢側御装置16によって独立に行なえる
ようになっているので、それぞれの動きCついて示した
。但し、回転軸の回転方向は各座標軸x、yを負方向側
から正方向側を見た場合の向きとして示されており、第
11図に表わしたように、時計方向の回転をCW、反時
計方向の回転をCCWとした。R and Y are written by omitting 112L, 112R, and 112Y, and indicate the detection optical system in which the true S-curve signal was detected. Since each movement C can be performed independently by the posture side control device 16, each movement C is shown. However, the rotation direction of the rotation axis is shown as the direction of each coordinate axis x, y when viewed from the negative side to the positive side, and as shown in Figure 11, clockwise rotation is CW, counterclockwise rotation. CCW was defined as clockwise rotation.
また、各回転軸の動忽の速さhz軸方向の移動の速さは
一定の関係は定められており、−度、真のSカーブ信号
を捕えた検出光学系が、マスクのその位置を逃すこεの
ないように、マスクの姿勢が制御される。In addition, the speed of movement of each rotation axis and the speed of movement in the hz-axis direction are determined to have a certain relationship, and the detection optical system that captures the true S-curve signal detects the position of the mask. The posture of the mask is controlled so that nothing escapes ε.
この表Aにおいて、マスク16を上昇させていったとき
、最初に真のSカーブ信号を検出した検出光学系が11
2したったヒすると、マスク姿勢制御装置116はマス
ク16のX軸中心の回転を停止したまま、X軸中心にC
CWの回転を行ないつつ、Z方向の上昇を行なう。この
ようにすると、検出光学系112LによってSカーブ信
号が検出されたまま、他の検出光学系112R,112
Yによっても真のSカーブ信号が捕えられる。In Table A, when the mask 16 is raised, the detection optical system that first detects the true S-curve signal is 11.
After 2 hours, the mask posture control device 116 rotates the mask 16 around the X axis while stopping the rotation around the X axis.
While performing the CW rotation, the robot ascends in the Z direction. In this way, while the S curve signal is being detected by the detection optical system 112L, the other detection optical systems 112R and 112
Y also captures the true S-curve signal.
このたき2番目に検出光学系112Rによって真のSカ
ーブ信号が検出されると、その時点でマスク姿勢制御装
置116はマスク16のX軸中心の回転を停止したまま
、xihh中心にCWの回転を行ないつつ、Z方向の上
昇を続ける。これによって最後に検出光学系112Yに
よっても真のSカーブ信号が検出される。When a true S-curve signal is detected by the detection optical system 112R for the second time, at that point the mask posture control device 116 stops the rotation of the mask 16 about the X-axis and starts the CW rotation about the xihh center. While doing so, continue to ascend in the Z direction. As a result, the true S-curve signal is finally detected by the detection optical system 112Y as well.
以上のような探索動作は三つの検出光学系112L、1
12R,112Yが全ての真のSカーブ信号を捕えるε
終了し、次に制御部115は真のSカーブ信号の零点を
含む直線部分を用いたサーボ動作に切り換えられる。The above search operation is carried out by the three detection optical systems 112L, 1
ε where 12R, 112Y captures all true S-curve signals
Then, the control unit 115 switches to servo operation using the straight line portion including the zero point of the true S-curve signal.
三つの検出光学系112L、112R,112YCよっ
て検出されたSカーブ信号の直線部分の出力電圧をそれ
ぞれVL、V、、VYとすると、y@中心の回転は時計
回り(CW)に(■□−■、5)に比例した量だけ行な
い、X@中心の回転は時計回り(CW)に(1/2 (
V b亭V R) −V J C比例した量だけ行ない
、Z軸方向の移動はl/3(vL+vll+VY)C比
例した量だけ行なう。以上の動作でマスク16の設定が
終了する。If the output voltages of the linear portions of the S-curve signals detected by the three detection optical systems 112L, 112R, and 112YC are VL, V, and VY, respectively, then the rotation around the y center is clockwise (CW) (■□- ■, 5), and rotate the X@ center clockwise (CW) by (1/2 (
The movement in the Z-axis direction is performed by an amount proportional to 1/3(vL+vll+VY)C. With the above operations, the setting of the mask 16 is completed.
ウェハ17の設定の時はマスク16は一定値だけプラス
2の方向C平行に移動され、ウェハ17が大きく傾いて
も接触しないような位置で待機する。ウェハ17の設定
もマスク16の設定と全く同様に行なわれる。ウェハ1
7の表面が、検出光学系112L、112FL、112
Yからの、光束21の各結像点を含む面と一致したらマ
スク16を待機している位置からマスナスZの方向に平
行に移動して、マスク設定の位置にもどす。最後にマス
ク16及びウェハ17の両方の姿勢制御をSカーブ信号
を用いたサーボ・ループ制御によってF!密に行ない、
マスク16とウェハ17のギャップが所定値gに設定さ
れる。When setting the wafer 17, the mask 16 is moved by a certain value in parallel to the direction C, plus two, and waits at a position where it will not come into contact with the wafer 17 even if it is tilted significantly. The setting of the wafer 17 is performed in exactly the same manner as the setting of the mask 16. Wafer 1
7 is the detection optical system 112L, 112FL, 112
When the mask 16 coincides with the plane including each image forming point of the light beam 21 from Y, the mask 16 is moved from the waiting position in parallel to the direction of the mass numeric Z and returned to the mask setting position. Finally, the postures of both the mask 16 and the wafer 17 are controlled by servo loop control using an S curve signal. Do it secretly,
The gap between the mask 16 and the wafer 17 is set to a predetermined value g.
以上、本実施例を説明したが、要するに本実施例では、
第10図に示したように、2つの光束20.21に対し
て反射性基板(マスク16でもウェハ17でもよい)を
光軸方向に位置合わせする際、焦点検出光学系26Mと
光電変換部27Mを使ってマスク16を検出する動作と
、焦点検出光学系26Wと光電変換部27Wを使ってウ
ェハ17を検出する動作とを選択的に、又は同時に実行
することができる。This embodiment has been described above, but in short, in this embodiment,
As shown in FIG. 10, when aligning the reflective substrate (which may be the mask 16 or the wafer 17) in the optical axis direction with respect to the two light beams 20 and 21, the focus detection optical system 26M and the photoelectric conversion unit 27M The operation of detecting the mask 16 using the focus detection optical system 26W and the operation of detecting the wafer 17 using the photoelectric conversion unit 27W can be performed selectively or simultaneously.
マスク16とウェハ17とを集光走査レンズ15の下に
はじめにセットする場合は、光電変換部27M、27W
からの信号が、セットすべき基板に対応して択一的に使
用され、両基板が真のSカーブ信号(101,105)
の範囲内に補足された後は、充電変換部27M、27W
の両方の信号が同時に使用されて、両基板はより精密な
ギヤツブ値g&:追い込まれることになる。When setting the mask 16 and wafer 17 under the condensing scanning lens 15 for the first time, the photoelectric conversion units 27M and 27W
are used selectively depending on the board to be set, and both boards receive true S-curve signals (101, 105).
After being supplemented within the range of
Both signals are used simultaneously to drive both boards to a more precise gear value g&:.
以上に述べた実施例は、プロキシミテイ露光装置のギャ
ップ制御の場合であるが、本発明はマスクやレチクルの
パターンをウェハ上に投影して露光する投影露光装置に
おいても同様に適用し得る。この場合、投影光学系が結
像レンズ15に相当する。Although the embodiments described above are for gap control in a proximity exposure apparatus, the present invention can be similarly applied to a projection exposure apparatus that projects and exposes a pattern of a mask or reticle onto a wafer. In this case, the projection optical system corresponds to the imaging lens 15.
また、上記実施例で、格子部材の透過部と遮光部のスリ
ット幅は、スポット像の最小の大きさと等しく定めたが
、これはスポット像の合焦状態からのずれに対する検出
信号の振幅変化が最も大きくなり、ダイナミックレンジ
が広がるからである。しかしながら、格子部材の透過部
と遮光部を合わせた幅、すなわち格子の1周期の幅より
もスポット像が小さけれ−ば、振幅変化として焦点位置
が検出できる。In addition, in the above embodiment, the slit width of the transmitting part and the light blocking part of the grating member was set equal to the minimum size of the spot image, but this means that the amplitude change of the detection signal due to the deviation of the spot image from the focused state is This is because it becomes the largest and the dynamic range becomes wider. However, if the spot image is smaller than the combined width of the transmitting part and the light shielding part of the grating member, that is, the width of one period of the grating, the focal position can be detected as an amplitude change.
また格子部材は、透過部(あるいは遮光部)と反射部と
をスリット状に交互に配列したものでもよい。Further, the grating member may be one in which transmitting parts (or light shielding parts) and reflective parts are arranged alternately in the form of slits.
さらに前述の実施例においてスポット光は円形スポット
としたが、これは円形スポットに限らず、格子部材のス
トライブに平行に合わせて、細長い帯状のスポットを用
いるようにしてもよし)。Furthermore, although the spot light was a circular spot in the above-mentioned embodiment, it is not limited to a circular spot, and an elongated strip-shaped spot parallel to the stripes of the lattice member may be used).
この場合、例えば照明光学系中に円柱レンズを配置すれ
ば帯状スポットを容易に得ることができる。In this case, a band-shaped spot can be easily obtained by arranging a cylindrical lens in the illumination optical system, for example.
[発明の効果]
以上、本発明によれば2つの基板を対向させるように位
置合わせする際、結像光学系を介してそれら基板からの
反射光を受光して焦点合わせする合焦検出手段を、一方
の基板(マスク)を光軸方向に駆動して位置合わせする
動作と、他方の基板(ウェハ)を光軸方向に駆動して位
置合わせする動作とに選択的に切り替えて利用できるよ
うにした。このため、52つの基板が擬信号の発生によ
って誤った位置に設定されることがなくなり、2つの基
板の衝突が防止される。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, when aligning two substrates so that they face each other, a focus detection means for receiving and focusing the reflected light from the substrates via the imaging optical system is provided. , it is now possible to selectively switch between the operation of driving one substrate (mask) in the optical axis direction for alignment, and the operation of driving the other substrate (wafer) in the optical axis direction for alignment. did. Therefore, the 52 boards will not be set in incorrect positions due to the generation of false signals, and collisions between the two boards will be prevented.
さらに合点検出手段は結像光学系を介して2つの基板を
同時に焦点合わせすることもでき、2つの基板の間隔を
厳密に設定するときには、同時検出に切り替えることで
迅速な位置合わせが可能である。Furthermore, the alignment detection means can also focus two substrates simultaneously via the imaging optical system, and when setting a strict distance between two substrates, quick alignment can be achieved by switching to simultaneous detection. .
第1図はパターンの位置ずれを説明するための従来のX
線露光装置の概略の構成を示す系統図、第2図は本発明
の実施例の構成を示すブロック図、第3図は前図の一部
について異なる状態下の様子を示す模式光路図、第4図
は第2図における光学系の具体的構成例を示す光路図、
第5図(a)はマスクの焦点検出光学系の一例を示す模
式光路図、第5図(b)は格子部材を部分的に拡大して
示す模式平面図、第6図(a) (b) (c)はマス
ク焦点検出光学系の検知器による焦点前後での光電出力
の経時変化を示す線図、第7図はマスクパターン面の集
光走査レンズに対する光軸方向の位置(横軸)と前記検
知器の光電信号の振幅(縦軸)との関係を示す線図、第
8図は本実施例における自動焦点検出信号処理系の構成
例を示すブロック図、第9図は前図の信号処理系の出力
の振幅と前記マスクパターン面位置との関係を示すS字
特性線図、第10図(a)はマスク検出用とウェハ検出
用の両光束の集束状況をマスク面近傍に関して示した模
式光路図、第10図(b) (c)はウェハとマスクの
各焦点検出信号の大きさを光軸方向の位置に関して示す
線図、第11図はマスクおよびウェハの焦点検出系を用
いてマスクとウェハのギャップを設定する装置の実施例
を示す機能ブロック図である。
〔主要部分の符号の説明〕
9:レーザ光源、10:ビーム径変換器、11、光偏向
器、12:三光束化光学系、13:リレー光学系、14
:ビームスブリッタ−15=集光走査レンズ、16:マ
スク、17:ウェハ、20.21:光束、23二基準発
振器、24:駆動回路、25:ビームスブリツタ−26
M:マスク焦点検出光学系、26W:ウェハ焦点検出光
学系、27M、27W:光電変換部、27MA。
27MB、27WA、27WB:検知器、28:信号処
理部、34ニレンズ、35=ビームスプリッタ−36,
37:反射鏡、42:平行平板ガラス、43:ビームス
ブリツタ−44,47:レンズ、48M、48W:ビー
ムスブリッタ−49MA、49WA、49WB:格子部
材、51MA、51MB、51WA、51WB:集光レ
ンズ、53MA、53MB、53WA。
53WB:結像面、69a:光透過部、69b:光不透
過部、70ニスポツト像、84A、84B:ブリアンプ
、85A、85B+バンドパスフイルタ、86A、86
B:変調成分検出回路、87A、87B+サンプルホ一
ルド回路、89:引算器、112L、112R,112
Y:検出光学系、114:演算部、115:制御部、1
16:マスク姿勢制御部、117:ウェハ姿勢制御部。Figure 1 shows the conventional X
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention; FIG. 3 is a schematic optical path diagram showing a part of the previous figure under different conditions; Figure 4 is an optical path diagram showing a specific example of the configuration of the optical system in Figure 2;
Fig. 5(a) is a schematic optical path diagram showing an example of the focus detection optical system of the mask, Fig. 5(b) is a schematic plan view showing a partially enlarged grating member, and Fig. 6(a) (b). ) (c) is a line diagram showing the change in photoelectric output over time before and after the focus by the detector of the mask focus detection optical system, and Figure 7 is the position of the mask pattern surface in the optical axis direction with respect to the condensing scanning lens (horizontal axis) FIG. 8 is a block diagram showing a configuration example of the automatic focus detection signal processing system in this embodiment, and FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the amplitude (vertical axis) of the photoelectric signal of the detector. An S-shaped characteristic diagram showing the relationship between the amplitude of the output of the signal processing system and the position of the mask pattern surface, FIG. 10(a) shows the convergence status of both the mask detection and wafer detection light beams in the vicinity of the mask surface. 10(b) and 10(c) are diagrams showing the magnitude of each focus detection signal of the wafer and mask with respect to the position in the optical axis direction, and FIG. FIG. 2 is a functional block diagram showing an embodiment of an apparatus for setting a gap between a mask and a wafer. [Explanation of symbols of main parts] 9: Laser light source, 10: Beam diameter converter, 11, Optical deflector, 12: Three-beam optical system, 13: Relay optical system, 14
: Beam splitter-15 = condensing scanning lens, 16: mask, 17: wafer, 20.21: luminous flux, 23 two reference oscillators, 24: drive circuit, 25: beam splitter-26
M: Mask focus detection optical system, 26W: Wafer focus detection optical system, 27M, 27W: Photoelectric conversion unit, 27MA. 27MB, 27WA, 27WB: detector, 28: signal processing section, 34 lens, 35 = beam splitter - 36,
37: Reflector, 42: Parallel flat glass, 43: Beam splitter - 44, 47: Lens, 48M, 48W: Beam splitter - 49MA, 49WA, 49WB: Grid member, 51MA, 51MB, 51WA, 51WB: Condenser lens , 53MA, 53MB, 53WA. 53WB: Image forming surface, 69a: Light transmitting part, 69b: Light non-transmitting part, 70 Nispot image, 84A, 84B: Brian amplifier, 85A, 85B + band pass filter, 86A, 86
B: Modulation component detection circuit, 87A, 87B + sample hold circuit, 89: Subtractor, 112L, 112R, 112
Y: detection optical system, 114: calculation unit, 115: control unit, 1
16: Mask attitude control section, 117: Wafer attitude control section.
Claims (2)
、該第1基板と平行に配置される光反射性の第2基板と
が所定間隔で対向するように、前記第1基板と第2基板
とを該基板面と垂直な方向に位置合わせする装置におい
て、 前記第1基板を介して前記第2基板に光束を照射すると
共に、前記第1基板と第2基板の夫々からの反射光を入
射するように配置された結像光学系と、 該反射光に基づいて、前記結像光学系の第1合焦面と、
該第1合焦面に対して、前記所定間隔だけ前記結像光学
系から離れた第2合焦面とのいずれかに前記基板が位置
したとき、検知信号を出力する合焦検出手段と、 前記第1基板と前記結像光学系とを相対的に光軸方向に
移動させる第1駆動手段と、 前記第2基板と前記結像光学系とを相対的に光軸方向に
移動させる第2駆動手段と、 前記合焦検出手段の検知信号に基づいて前記第1駆動手
段を作動させる状態と、 前記検知信号に基づいて前記第2駆動手段を作動させる
状態とを選択する制御手段、 とを備えたことを特徴とする基板の位置合わせ装置。(1) The first substrate is arranged so that a light-transmissive first substrate partially having reflective properties and a light-reflective second substrate disposed in parallel with the first substrate face each other at a predetermined interval. and a second substrate in a direction perpendicular to the substrate surface, the apparatus comprises: irradiating the second substrate with a luminous flux through the first substrate; an imaging optical system arranged to receive the reflected light; a first focusing plane of the imaging optical system based on the reflected light;
Focus detection means that outputs a detection signal when the substrate is located on either of the first focusing plane and a second focusing plane that is separated from the imaging optical system by the predetermined distance; a first driving means for relatively moving the first substrate and the imaging optical system in the optical axis direction; and a second driving means for moving the second substrate and the imaging optical system relatively in the optical axis direction. a drive means; a control means for selecting a state in which the first drive means is operated based on a detection signal of the focus detection means; and a state in which the second drive means is operated based on the detection signal; A substrate positioning device characterized by comprising:
の第1合焦面に一方向から近づくように前記第1駆動手
段を制御した後、前記第2基板が前記結像光学系の第2
合焦面に一方向から近づくように前記第2駆動手段を制
御することを特徴とする特許請求の範囲の第1項記載の
装置。(2) The control means controls the first driving means so that the first substrate approaches the first focusing plane of the imaging optical system from one direction, and then the second substrate approaches the first focusing plane of the imaging optical system. The second part of the system
2. The apparatus according to claim 1, wherein the second driving means is controlled so as to approach the focal plane from one direction.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2051899A JPH0361804A (en) | 1990-03-05 | 1990-03-05 | Board alignment device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2051899A JPH0361804A (en) | 1990-03-05 | 1990-03-05 | Board alignment device |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58038147A Division JPS59164514A (en) | 1983-03-10 | 1983-03-10 | Focusing device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0361804A true JPH0361804A (en) | 1991-03-18 |
Family
ID=12899726
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2051899A Pending JPH0361804A (en) | 1990-03-05 | 1990-03-05 | Board alignment device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0361804A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06120107A (en) * | 1992-09-30 | 1994-04-28 | Ushio Inc | A distance measuring method using a confocal detector and a mask-work distance measuring method in a proximity exposure apparatus. |
-
1990
- 1990-03-05 JP JP2051899A patent/JPH0361804A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06120107A (en) * | 1992-09-30 | 1994-04-28 | Ushio Inc | A distance measuring method using a confocal detector and a mask-work distance measuring method in a proximity exposure apparatus. |
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