JPH079500B2 - アライメント光学装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明は、例えば縮小投影型露光装置に用いられるアラ
イメント光学装置に関する。

（発明の背景） 従来、この種のアライメント光学装置としては、例えば
特開昭57-142612号公報に開示されたものがある。その
アライメント光学装置の光路を展開して示したものが第
４図である。

すなわち、ウェハ１のパターン面1a上に設けられたアラ
イメントマークＡと、投影対物レンズ２に関してウェハ
１と共約な位置に配置されたレチクル４のパターン面4a
上に設けられたアライメント基準マークＢとを通る軸外
光束は、第１対物レンズ５、第２対物レンズ６、コリメ
ーター用正レンズ７および結像レンズ13を介してスクリ
ーン14上に結像され、さらにリレー系第１、第２対物レ
ンズ15、16を介して撮像装置12の撮像面12a上に結像さ
れ、該撮像装置12を通して前記両マークＡ、Ｂの像を観
察しながら、ウェハ１あるいはレチクル４の一方を動か
すことにより前記両マークＡ、Ｂを所定の関係にするこ
とによって、ウェハ１とレチクル４との位置決め操作を
行えるように成っている。

しかしながら、このような従来のアライメト光学装置で
は、露光時に第１対物レンズ５が不図示の光源からの露
光用照明光を遮らないような位置に該第１対物レンズ５
が配置され、コリメーター用正レンズ７および結像レン
ズ13の光軸は第１、第２対物レンズ５、６と同軸であ
り、かつ前記両マークＡ、Ｂを通った斜光束（軸外光
束）が第１対物レンズ５の周辺部に入射し、該斜光束の
みによって前記両マークＡ、Ｂを形成させているので、
結像レンズ13からの光束の主光線がスクリーン14に斜め
に入射してしまう。したがって、レチクル４の厚さが変
わった場合に、アライメント基準マークＢが裏面にある
ためにスクリーン14上で前記両マークＡ、Ｂの像がボケ
るだけでなく、該スクリーン14上で偏位してしまい、か
つこの状態で合焦操作を行なうと前記両マークＡ、Ｂの
像がスクリーン上でシフトしてしまい、該両マークＡ、
Ｂの正確な位置検出が出来ない虞れがあるという問題点
があった。

さらに、上記従来例では、第１対物レンズ５に入射した
前記斜光束は該第１対物レンズ５以降の各光学部材の周
辺部を通るため、該各光学部材の口径が大きくなり、そ
れによって光学系全体が大型化してしまうという問題点
があった。

（発明の目的） 本発明は、このような従来の問題点に着目して成された
もので、被検物体の像が結像面上でボケたりしても、あ
るいは該被検物体の像の合焦操作を行なっても該被検物
体の像が結像面上で偏位することがなく、該被検物体の
像の正確な位置検出が可能であり、かつ光学系全体を小
型化したアライメント光学装置を提供することを目的と
している。

（発明の概要） かかる目的を達成するための本発明の要旨は、被検物体
からの軸外光束によって該被検物体の像を形成する像形
成光学系と、その像位置を検出する検出手段とを有する
アライメント光学装置において、前記像形成光学系は、
前記被検物体からの軸外光束を平行光束に変換するコリ
メーターレンズ群と、該平行光束を集光する集光レンズ
群とを有して成り、該集光レンズの光軸を前記コリメー
ターレンズ群からの平行光束の主光線にほぼ合致させて
成ることを特徴とするアライメント光学装置に存する。

そして、上記アライメント光学装置では、集光レンズ群
を通過する光束の主光線は集光レンズ群による結像面に
垂直に入射し、かつ該主光線は前記集光レンズ群以降の
各光学部材の中央部を通るように成っている。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。な
お、従来例と同様の部位には同一符号を付する。

第１図から第３図は本発明の一実施例を示しており、第
１図は本発明に係るアライメント光学装置を用いた縮小
投影型露光装置の光学系配置図で、第２図はそのアライ
メント光学系の展開図である。

第１図に示すように、縮小投影型露光装置は、露光光学
系とアライメント光学系とから成っている。

露光光学系は、投影対物レンズ２、主照明系コンデンサ
ー20、露光用照明光21を発する不図示の光源等から成っ
ている。ウェハ１のパターン面1aとレチクル４のパター
ン面4aとは投影対物レンズ２に関して共役であり、露光
用照明光21により照明されたパターン面4aの像が投影対
物レンズ２によってウエハ１のパターン面1a上に形成さ
れる。パターン面1a上にはアライメントマークＡが、パ
ターン面4a上にはアライメント基準マークＢがそれぞれ
設けられている。また、符号３は投影対物レンズ２の入
射瞳面である。

第１図および第２図に示すように、アライメント光学系
は、露光時に露光用照明光21の光束を遮らないような位
置に配置されている。

アライメント光学系において、アライメントマークＡお
よびアライメント基準マークＢを通る斜光束ａを第１対
物レンズ５の周辺部に入射させる反射鏡17が、第１対物
レンズ５の光軸50に対して45゜傾けて設けられている。
この光軸50は反射鏡17によりレチクル４に直交してい
る。したがって、光軸50は露光光学系の光軸22に実質的
に平行になっている。

第１対物レンズ５は斜光束ａを平行光束に変換するもの
で、その後方には第２対物レンズ６が設けられている。
第２対物レンズ６とその後側焦点位置B1との間にはハー
フミラー18（第２図ではハーフミラー18は省略されてい
る。）が光軸50に対して傾けて設けられている。アライ
メント基準マークＢの位置の変更に対応できるように、
反射鏡17および第１対物レンズ５は一体的に光軸50上で
移動可能に成っている。

ハーフミラー18を透過した第２対物レンズ６からの光束
を平行光束に変換するコリメーター用正レンズ７が、そ
の前側焦点位置を前記位置B1に一致させて光軸50上に設
けられている。

コリメーター用正レンズ７の後方にはその平行光束を集
光する結像レンズ８が、その光軸80をコリメーター用正
レンズ７からの平行光束の主光線a1に合致させて配置さ
れている。結像レンズ８の後側焦点位置には、スクリー
ン９が設けられている。

スクリーン９の後方には、該スクリーン９上に再結像さ
れたアライメントマークＡ、アライメント基準マークＢ
の像B2を撮像装置12の撮像面12a上に送るリレー系第１
対物レンズ10、リレー系第２対物レンズ11が光軸80と同
軸上に配設されている。スクリーン９はリレー系第１対
物レンズ10の前側焦点位置に、撮像面12aはリレー系第
２対物レンズ11の後側焦点位置にそれぞれ設けられてい
る。また、スクリーン９とリレー系第１対物レンズ10と
は合焦を目的として一体的に光軸方向に移動可能であ
る。

さらに、ハーフミラー18に関して後側焦点位置B1と共役
な位置には視野絞り19が、視野絞り19の後方にはレーザ
ー等のアライメント用照射光源23がそれぞれ設けられて
いる。

ここで、被検物体としての前記両マークＡ、Ｂからの斜
光束ａによって該両マークＡ、Ｂの像B1を形成する像形
成光学系が、反射鏡17、第１対物レンズ５、第２対物レ
ンズ６、コリメーター用正レンズ７、結像レンズ８によ
って構成されている。斜光束ａを平行光束a1に変換する
コリメーターレンズ群がコリメーター用正レンズ７によ
り、該平行光束a1を集光する集光レンズ群が結像レンズ
８によりそれぞれ構成されている。また、前記両マーク
Ａ、Ｂ（被検物体）の像位置を検出する検出手段がスク
リーン９、リレー系第１対物レンズ10、リレー系第２対
物レンズ11、撮像装置12により構成されている。

上記構成を有する縮小投影型露光装置の動作を説明す
る。

上記アライメント光学系によりアライメントマークＡ、
アライメント基準マークＢの位置決めを行なう際には、
アライメント用照明光源23から照明光が発せられる。こ
の照明光は、視野絞り19を通り、ハーフミラー18で反射
された後第２対物レンズ６、第１対物レンズ５および反
射鏡17を介してアライメント基準マークＢを、さらに投
影対物レンズ２を介してアライメントマークＡをそれぞ
れ照明する。この時、アライメント用照明光源23らの照
明光は視野絞り19を通って来るので、該照明光はアライ
メントマークＡ、アライメント基準マークＢ以外の領域
を照明する虞れはない。照明されたアライメントマーク
Ａ、アライメント基準マークＢからの斜光束ａは、反射
鏡17で反射された後第１対物レンズ５により平行光束に
変換される。この平行光束は第２対物レンズ６により集
光され、ハーフミラー18を透過して第２対物レンズ６の
後側焦点位置B1に結像される。後側焦点位置B1からの光
束は、コリメーター用正レンズ７により平行光束a1に変
換され、該平行光束a1は結像レンズ８により集光されて
スクリーン９上に前記両マークＡ、Ｂの像B2として再結
像される。この像B2はリレー系第１対物レンズ10、リレ
ー系第２対物レンズ11により撮像装置12の撮像面12a上
に送られる。したがって、撮像装置12を通して前記両マ
ークＡ、Ｂの像B2を観察できる。

撮像装置12を通して前記両マークＡ、Ｂの像B2を観察し
ながら、スクリーン９およびリレー系第１対物レンズ10
を一体的に動かすことにより像B2の合焦操作を行なうと
共にウェハ１あるいはレチクル４の一方を動かすことに
より前記両マークＡ、Ｂの所定の関係に合致させて、ウ
ェハ１とレチクル４との位置決め操作を行なう。

この時、結像レンズ８からの光束の主光線はスクリーン
９に垂直に入射しているので、上記合焦操作時に像B2が
スクリーン９上でシフトすることはない。したがって、
前記両マークＡ、Ｂの位置決めを正確に行なえる。ま
た、レチクル４の厚さが変わる等により、スクリーン９
上で前記両マークＡ、Ｂの像B2がボケた場合に、同様の
理由により該像B2がスクリーン９上で偏位してしまうこ
とはない。

このようにして前記両マークＡ、Ｂの位置決め操作が完
了した状態で、前記露光光学系における不図示の光源か
ら露光用照明光21を発する。この露光用照明光21によ
り、レチクル４のパターンは投影対物レンズ２によって
縮小投影されてウェハ１のパターン上に焼き付けられ
る。

上記実施例の構成により、コリメーター用正レンズ７か
ら主光線a1が各光学部材８から11の中央部を通るので、
該各光学部材８から11の口径を小さくでき、これによっ
てアライメント光学系全体を小型化できる。

なお、結像レンズ８の光軸80を主光線a1に正確に合致さ
せるには、第３図に示すようにコリメーター用正レンズ
７と結像レンズ８との間に平行平面板30を入れ、該平行
平面板30を傾けて微調整すれば良い。

なお、結像レンズ８の光軸80を主光線a1に合致させる代
りに、斜光束ａを平行光束に変換する第１対物レンズ５
からの該平行光束の主光線に、第２対物レンズ６の光軸
を合致させ、かつ第２対物レンズ６以降の各光学部材
７、８、９、10および11の光軸を第２対物レンズ６の光
軸に合致させて構成しても良い。

この構成により、第１対物レンズ５からの主光線が各光
学部材６から11の中央部を通るので、第２対物レンズ６
からリレー系第２対物レンズ11までの各光学部材の口径
を小さくでき、これによってアライメント光学系全体を
上記実施例の場合よりも更に小型化できる。

このように構成した場合には、斜光束ａを平行光束に変
換するコリメーターレンズ群が第１対物レンズ５によ
り、該平行光束を集光する集光レンズ群が第２対物レン
ズ６によりそれぞれ構成されている。

（発明の効果） 本発明に係るアライメント光学装置によれば、集光レン
ズ群の光軸をコリメーターレンズ群からの平行光束の主
光線にほぼ合致させることにより、該集光レンズ群から
の光束の主光線を被検物体の結像面に垂直に入射させて
いるので、合焦操作時に被検物体の像がその結像面上で
シフトすることはないと共に、レチクルやマスクのよう
な被検物体の裏面観察の場合に物体の厚さが変わる等に
よりその結像面上で該被検物体の像がボケた時に、該被
検物体の像が結像面上で偏位してしまうことはないた
め、被検物体の位置決めを正確に行なうことができる。

さらに、本発明に係るアライメント光学装置によれば、
前記集光レンズ群からの主光線が該集光レンズ群以降の
各光学部材の中央部を通るので、該集光レンズ群および
これ以降の各光学部材の口径を小さくでき、これによっ
て光学系全体を小型化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図は本発明の一実施例を示しており、第
１図は装置全体の光学系配置図、第２図はアライメント
光学系の展開光路図、第３図は光軸調整の方法を示す説
明図、第４図は従来例を示す展開光路図である。 １……ウェハ（被検物体） ４……レチクル（被検物体） ５〜８、17……像形成光学系 ７……コリメーター用正ンズ（コリメーターレンズ群 ８……結像レンズ（集光レンズ群） ９〜12……像位置の検出手段 ａ……斜光束（軸外光束） a1……平行光束の主光線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検物体からの軸外光束によって該被検物
   体の像を形成する像形成光学系と、その像位置を検出す
   る検出手段とを有するアライメント光学装置において、
   前記像形成光学系は、前記被検物体からの軸外光束を平
   行光束に変換するコリメーターレンズ群と、該平行光束
   を集光する集光レンズ群とを有して成り、該集光レンズ
   の光軸を前記コリメーターレンズ群からの平行光束の主
   光線にほぼ合致させて成ることを特徴とするアライメン
   ト光学装置。