JPH0810123B2

JPH0810123B2 - 光学装置

Info

Publication number: JPH0810123B2
Application number: JP61214091A
Authority: JP
Inventors: 健爾西
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1986-09-12
Filing date: 1986-09-12
Publication date: 1996-01-31
Anticipated expiration: 2011-01-31
Also published as: JPS6370104A; US4829193A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は光学装置にかかるものであり、例えば露光装
置において、投影光学系に対するマスクパターンや被投
影基板の合焦，アライメント等を行う光学装置に関する
ものである。

［従来の技術］従来の露光装置における合焦，アライメント系は、例
えば特開昭56−130707号公報に開示されているように、
照明光が出力される照明系と反射光ないし検出光が入力
される受光系とが、例えば、片方の物体側であるマスク
ないしレチクル側に存在する構成となっている。

すなわち、レチクル側より入射した照明光束が、レチ
クル、投影光学系を各々介して、他方の物体側であるウ
エハに入射し、ここで反射されて再び投影光学系、レチ
クルを各々透過して入射側に再び戻ってくる構成となっ
ている。

このため、ハーフミラー等の光分割手段を使用して入
射光と反射光ないし検出光とを分割する必要がある。

［発明が解決しようとする問題点］以上のように、上記従来例では、照明光束が光学系を
往復二回通過し、また光分割手段による分割が行われる
ために、相当の光量損失が生じ、十分なアライメント精
度や合焦精度を得ることができないという不都合があ
る。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、S/
N比を高めて合焦、アライメントの精度の向上を図るこ
とができる光学装置を提供することを、その目的とする
ものである。

［問題点を解決するための手段と作用］特許請求の範囲第１項に記載した発明は、第１パター
ンを有する第１物体と第２パターンを有する第２物体と
の間に設けられ、少なくとも射出瞳がほぼ無限大の対物
光学系を有する光学装置において、前記第１物体上の第
１パターンを照明する照明手段と、前記第１パターンの
前記対物光学系による像と前記第２パターンとの整列状
態に関する情報を出力する検出手段と、前記射出瞳、又
はそれと共役な位置に設けられ、該射出瞳上の実質的に
異なる複数の領域を通る光をそれぞれ独立に前記検出手
段に導く光選択手段と、前記第１物体と第２物体との間
の光路長を変化させる調整手段と、前記調整手段によっ
て光路長を変化させるとともに、該変化の前後でそれぞ
れ前記光選択手段によって前記複数の領域を通る光を独
立に前記検出手段に導き、各状態での前記検出手段の出
力情報に基づいで前記対物光学系の焦点位置を求める制
御手段とを備えたことを特徴とする光学装置を提供する
ものである。

特許請求の範囲第２項に記載した発明は、特許請求の
範囲第１項に記載の光学装置であり、前記照明手段は、
前記第１物体を挟んで前記対物光学系と反対側に設けら
れていることを特徴とするものである。

特許請求の範囲第３項に記載した発明は、特許請求の
範囲第１又は２項に記載の光学装置であり、前記光選択
手段は、前記複数の領域を通る光を選択的に切り換えて
前記検出手段に導くように前記光を部分的に遮光する遮
光板を有することを特徴とするものである。

特許請求の範囲第４項に記載した発明は、特許請求の
範囲第１、２又は３項に記載の光学装置であり、前記調
整手段は、前記第２物体を載置して前記対物光学系の光
軸方向に移動可能なステージを有し、前記検出手段は、
前記第２パターンからの光を受光する受光部が前記ステ
ージに設けられていることを特徴とするものである。

特許請求の範囲第５項に記載した発明は、特許請求の
範囲第１、２、３又は４項に記載の光学装置であり、前
記調整手段は、前記第１物体を載置して前記対物光学系
の光軸方向に移動可能なステージを有し、前記照明手段
は、前記第１パターンを証明する光の射出部が前記ステ
ージに設けられていることを特徴とするものである。

［実施例］以下、本発明の実施例を、添付図面を参照しながら詳
細に説明する。

第１図には、本発明の第一実施例が示されている。こ
の図において、例えば半導体ウエハが載置されるステー
ジ10上には、適宜位置に基準マーク12が設けられてい
る。

そして、該ステージ10内部（又は外部）には、光源14
が配置されており、この光源14の光は、ファイバ16によ
って下方から基準マーク12を証明するように構成されて
いる。光源14の光は、露光光と同じ波長の光となるよう
に干渉フィルターを介してマーク12を照明することが望
ましい。

この基準マーク12は、第２図に示すように、矩形状の
透過部を有する構成となっており、入射した光束は矩形
状の光束となって出力されるようになっている。そし
て、この基準マーク12のステージ10に対する高さ位置
は、ステージ10上に載置される半導体ウエハの表面位置
に対応している。従って、基準マーク12とレチクルマー
ク28とが投影光学系18に対して合焦位置にセットされる
と、ウエハとレチクルとが合焦位置にセットされること
となる。

次に、ステージ10の上方には、少なくともウエハ
（像）側がテレセントリックな投影光学系18を介してレ
チクル20が配置されており、このレチクル20の上方に
は、テレセントリックな第一の対物レンズ22、瞳分割を
行なう遮光体14、第二の対物レンズ26が各々配置されて
いる。

そして、レチクル20に形成されたレチクルマーク28の
周辺部分を透過した光は、これらの光学素子を透過して
受光素子30に入射するようになっている。

これらのうち、レチクルマーク28は、第３図に示すよ
うに、上述した基準マーク12に対応した短形状の遮光部
となっている。

また、遮光体24は、系の瞳位置に配置されレチクルマ
ーク28によって遮られることなくレチクル20を透過して
対物レンズ22に入射してきた光束の一部、例えば半分を
遮ることによって、該光束のテレセン性を曲折させるも
のである。また遮光体24で遮られる瞳上での領域はマー
ク12やマーク28の長手方向と直交する方向に関して、ほ
ぼ半円状にすることが望ましい。

次に、上述した受光素子30は、信号処理装置32に接続
されており、この信号処理装置32は制御装置34に接続さ
れている。

上述したステージ10には、座標位置計測用の干渉計36
が設けられており、この干渉計36にの測定出力は、制御
装置34に入力されるようになっている。

更に、該制御装置34には、前記瞳分割体24を駆動する
ための遮光駆動装置38と、前記ステージ10をＸ、Ｙ、Ｚ
方向に駆動するためのステージ駆動装置40とが各々接続
されている。

次に、上記実施例の全体的動作について説明する。こ
の動作は、レチクル20と基準マーク12との投影光学系18
に対する共役をとるシーケンス（Ｚ方向の位置合わせ）
と、アライメントのシーケンス（Ｘ、Ｙ方向の位置合わ
せ）とを含む。

まず、共役をとるシーケンスについて、第４図に示す
フローチャートを参照しながら説明する。

この場合には、まず瞳面を通る光束のうち、例えば図
の右側の光束が遮光される。この動作は、制御装置34の
指令に基く遮光駆動装置38による遮光体24の駆動によっ
て行なわれる（第４図ステップSA参照）。この操作によ
って、主光線が、投影光学系18の光軸に対して傾斜す
る。このため、ステージ10をＺ軸方向、すなわち図の上
下方向に移動させた場合の投影光学系18のレチクル側焦
点位置ないし結像位置が、Ｚ軸と直交するＸ、Ｙ方向に
変動することとなる。

以上の状態で、制御装置34からステージ駆動装置40に
指令が行なわれ、ステージ10が適宜量、例えば基準的な
高さから＋4umZ方向（上方）に移動させられ、デフォー
カス位置にセットされる（ステップSB参照）。

ここで、制御装置34により、ステージ駆動装置40に駆
動指令が行なわれ、ステージ10のスキャンが行なわれ
る。このスキャンが行なわれると、第５図（Ａ）に示す
ように、レチクルマーク28に対し、基準マーク12を透過
したスリット状発光部PAが、図の矢印FAの方向に相対的
に移動することとなる。

従って、受光素子30の光電出力は、ステージ10の位置
に対して、第５図（Ｂ）に示すようになる。この図で、
位置ａが、レクチルマーク28とスリット状発光部PAとが
最も重なった状態である。この位置（Ｘ、Ｙ方向の位
置）をフォーカス位置として計測する（第４図ズテップ
SC参照）。

次に、制御装置34からステージ駆動装置40に指令が行
なわれ、ステージ10が適宜量、例えば基準的な高さから
−4umZ方向（下方）に移動させられ、デフォーカス位置
にセットされる（ステップSD参照）。

ここで、制御装置34により、ステージ駆動装置40に駆
動指令が行なわれ、ステージ10のスキャンが行なわれ
る。

そして、上述したようにして、フォーカス位置の測定
が行なわれる（第４図ステップSE参照）。

以上のようにして測定したフォーカス位置をグラフに
表わすと、第６図（Ａ）に示すようになる。図中、P1、
P2が測定点である。縦軸はマーク12と28とが重なったと
きの位置を表わし、横軸はステージのＺ方向の移動位置
を表わす。このグラフの傾きは、瞳上での光束を半分だ
け遮光したことによるテレセンずれ量に対応する。

次に、瞳面を通る光束のうち、第１図中で瞳の左側の
光束が遮光される。この動作は、制御装置34の指令に基
く遮光駆動装置38による遮光体24の駆動によって行なわ
れる（第４図ステップSF参照）。そして、上述したステ
ージスキャンによるフォーカス位置の測定が行なわれる
（第４図ステップSGないしSI参照）。このようにして求
めた測定点P3、P4を第６図（Ａ）に加えると、同図
（Ｂ）に示すようになる。

以上のようにして求めたグラフの交点が、像シフトを
生じない位置、すなわち合焦位置とすることができるの
で、この位置と所定の基準となる位置との差をデフォー
カス量として測定する（第４図ステップSJ参照）。そし
て、ステージ駆動装置40によってステージ10をＺ軸方向
に、該デフォーカス量だけ移動する。

以上のようにして、標準マーク12と、レチクルマーク
28とが、投影光学系18に対して共役の位置にセットされ
たこととなり、Ｚ方向の位置合わせ（合焦）が行なわれ
たこととなる。

尚、Ｘ、Ｙ方向の位置合わせ（アライメント）につい
て説明する。

制御装置34により、ステージ駆動装置40に駆動指令が
行なわれ、ステージ10のＸ、Ｙ方向のスキャンが行なわ
れる。そして、第５図によって説明したように、スリッ
ト状発光部PAを、レクチルマーク28に対してスキャンさ
せ、両者が重なり合う時の光量変化を、干渉計36の計測
値に同期して受光素子30で検知する（第４図ステップSK
参照）。この場合、遮光体24は瞳面をさえぎらないよう
に光路中がら退避しておく。

以上のようにして得られた受光素子30の出力波形信号
により、信号処理装置32によってレチクルマーク28のス
テージ10の移動座標系に対するずれ量が計測され、制御
装置34にはレチクル20の装置に対するアライメントオフ
セットが記憶格納される。

次に、本発明の第二実施例について、第７図を参照し
ながら説明する。なお、上述した第一実施例と同様の構
成部分には、同一の符号を用いることとする。

上述した第一実施例が、基準マークのスリットから光
が出力されるスリット発光型であるのに対し、この第二
実施例は、基準マークのスリットで光を受光するスリッ
ト受光型であり、そのスリットの下で受光素子が設けら
れている。

第７図において、合焦ないしアライメント用の照明光
は、第１図の受光素子30の側に配置された光源70から出
力され、ファイバ72によって光学系の方に導かれるよう
になっている。

そして、基準マーク12を透過した照明光は、ステージ
10内に配置された受光素子74に入射し、光電信号に変換
されるようになっている。

以上のように、この第二実施例は、上述した第一実施
例と比較して、発光手段と受光手段とが反対の配置構成
となっている点で異なる。本実施例の場合も瞳上の光束
を切替えて同様に焦点検出ができる。

次に、第８図ないし第10図を参照しながら、本発明の
第三実施例について説明する。なお、第二実施例と同様
に、第一実施例と同様の部分には同一の符号を用いるこ
ととする。

この実施例は、複数のマーク間の合焦やアライメント
を行なう場合に適用されるものである。

第８図において、ステージ10上には、透明な材質の基
板（ガラス板等）80が載置され、ステージ10の所定位置
には基板80の下面を照明するようにファイバー16が設け
られている。そして基板80にはクロム等の遮光部分に、
第２図で説明したような矩形上のスリットを有する基準
マーク12が形成されている。

また、指標マークと基準マークの合焦を行う為に光軸
方向に移動可能な第二対物レンズ26と、受光素子30との
間には、指標マーク84と集光レンズ86とが各々配置され
ている。指標マーク84は、例えば第９図（Ａ）に示すよ
うに、矩形状の二つのマークから成る形状となってい
る。

次に、上記実施例の動作について説明すると、第４図
に示したフローチャートに基づいて、遮光体24が移動
し、第９図（Ｂ）に示すようなスリット状発光部PAのマ
ーク28、84に対するスキャンが行なわれ、同図（Ｃ）に
示す光電信号を得る。

まず、基準マーク12（発光部PA）とレチクルマーク28
とに対して、第10図に示すような合焦位置のグラフLA,L
Bが求められ、その交点Fabの位置にステージの高さを調
整することによって、レチクルマーク28と基準マーク12
の合焦が行なわれる。

次に、基準マーグ12と指標マーク84とに対して、第10
図に示すような合焦位置のグラフLC,LDが求められ、そ
の交点FcdとFabとの差分だけ、第二対物レンズ26を移動
させることによって、指標マーク84と基準マーク12の合
焦が行なわれる。

以上のように、この第三実施例によれば、複数位置に
共役な物体が存在する場合も、４点の計測のみですべて
のデフォーカス量を得ることができ、また、アライメン
トも行なうことができるので極めて有効である。

なお、本発明は何ら上記実施例に限定されるものでは
なく、例えば必要に応じて光学素子その他の部材の配置
を、同様の作用を奏するように変更するようにしてよ
い。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、S/N比の高い
信号によってＺ方向のステージ移動による４点の焦点計
測（X,Y方向の位置ずれ検出）を行なうこととしたの
で、スループットの向上を図り、精度の高い合焦やアラ
イメントを行なうことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一実施例を示す構成図、第２図は基
準マークの一例を示す平面図、第３図はレチクルマーク
の一例を示す平面図、第４図は第一実施例の動作を示す
フローチャート、第５図は主光線とレチクルマークの重
なりと光電信号の波形例を示す説明図、第６図は合焦位
置を求めるためのグラフ、第７図は本発明の第二実施例
を示す構成図、第８図は本発明の第三実施例を示す構成
図、第９図及び第10図は第三実施例の動作の説明図であ
る。 10……ステージ、12……基準マーク、14……光源、18…
…投影光学系、20……レチクル、24……遮光体、28……
レチクルマーク、30……受光素子、34……制御装置、36
……干渉計、38……遮光駆動装置、40……ステージ駆動
装置、84……指標マーク。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１パターンを有する第１物体と第２パタ
ーンを有する第２物体との間に設けられ、少なくとも射
出瞳がほぼ無限大の対物光学系を有する光学装置におい
て、前記第１物体上の第１パターンを照明する照明手段と、前記第１パターンの前記対物光学系による像と前記第２
パターンとの整列状態に関する情報を出力する検出手段
と、前記射出瞳、又はそれと共役な位置に設けられ、該射出
瞳上の実質的に異なる複数の領域を通る光をそれぞれ独
立に前記検出手段に導く光選択手段と、前記第１物体と第２物体との間の光路長を変化させる調
整手段と、前記調整手段によって光路長を変化させるとともに、該
変化の前後でそれぞれ前記光選択手段によって前記複数
の領域を通る光を独立に前記検出手段に導き、各状態で
の前記検出手段の出力情報に基づいて前記対物光学系の
焦点位置を求める制御手段とを備えたことを特徴とする
光学装置。
【請求項２】前記照明手段は、前記第１物体を挟んで前
記対物光学系と反対側に設けられ、前記検出手段は、前
記第２物体を挟んで前記対物光学系と反対側に設けられ
ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
光学装置。
【請求項３】前記光選択手段は、前記複数の領域を通る
光を選択的に切り換えて前記検出手段に導くように前記
光を部分的に遮光する遮光板を有することを特徴とする
特許請求の範囲第１又は２項に記載の光学装置。
【請求項４】前記調整手段は、前記第２物体を載置して
前記対物光学系の光軸方向に移動可能なステージを有
し、前記検出手段は、前記第２パターンからの光を受光
する受光部が前記ステージ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、２又は３項に記載の光学装
置。
【請求項５】前記調整手段は、前記第１物体を載置して
前記対物光学系の光軸方向に移動可能なステージを有
し、前記照明手段は、前記第１パターンを照明する光の
射出部が前記ステージ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、２、３又は４項に記載の光学装
置。