JPH08288204A - 表面位置検出装置および該装置を備えた投影露光装置 - Google Patents
表面位置検出装置および該装置を備えた投影露光装置Info
- Publication number
- JPH08288204A JPH08288204A JP7112376A JP11237695A JPH08288204A JP H08288204 A JPH08288204 A JP H08288204A JP 7112376 A JP7112376 A JP 7112376A JP 11237695 A JP11237695 A JP 11237695A JP H08288204 A JPH08288204 A JP H08288204A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pinhole
- light
- image
- optical system
- substrate
- 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
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
- G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
- G03F9/7003—Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
- G03F9/7023—Aligning or positioning in direction perpendicular to substrate surface
- G03F9/7026—Focusing
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ワーキングディスタンスが大きくて操作性が
良く且つ高精度な位置検出が可能な表面位置検出装置お
よび該装置を備えた投影露光装置を提供すること。 【構成】 本発明では、第１ピンホールを介した検出光
を物体の表面上に結像させ、前記物体の表面上に前記第
１ピンホールの像を形成するための送光光学系と、前記
物体の表面上に形成された前記第１ピンホールの像から
の光を第２ピンホールが形成された第２ピンホール部材
上に結像させ、前記第２ピンホール部材上に前記第１ピ
ンホールの二次像を形成するための受光光学系とを備
え、前記物体の表面上に形成された前記第１ピンホール
の像は、前記検出光の波長を前記送光光学系の開口数で
除した値よりも小さい径を有し、前記第２ピンホール
は、前記第２ピンホール部材上に形成される前記第１ピ
ンホールの二次像よりも小さく形成され、前記第２ピン
ホールを通過した光に基づいて、前記物体の表面位置を
検出する。
良く且つ高精度な位置検出が可能な表面位置検出装置お
よび該装置を備えた投影露光装置を提供すること。 【構成】 本発明では、第１ピンホールを介した検出光
を物体の表面上に結像させ、前記物体の表面上に前記第
１ピンホールの像を形成するための送光光学系と、前記
物体の表面上に形成された前記第１ピンホールの像から
の光を第２ピンホールが形成された第２ピンホール部材
上に結像させ、前記第２ピンホール部材上に前記第１ピ
ンホールの二次像を形成するための受光光学系とを備
え、前記物体の表面上に形成された前記第１ピンホール
の像は、前記検出光の波長を前記送光光学系の開口数で
除した値よりも小さい径を有し、前記第２ピンホール
は、前記第２ピンホール部材上に形成される前記第１ピ
ンホールの二次像よりも小さく形成され、前記第２ピン
ホールを通過した光に基づいて、前記物体の表面位置を
検出する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は表面位置検出装置および
該装置を備えた投影露光装置に関し、特に半導体素子等
を製造するための投影露光装置の感光基板表面の位置を
検出する装置に関する。
該装置を備えた投影露光装置に関し、特に半導体素子等
を製造するための投影露光装置の感光基板表面の位置を
検出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】投影露光装置に適用される従来の表面位
置検出装置では、たとえば特開昭６３−２７５９１２号
公報に示すように、斜入射方式による位置検出を行って
いる。斜入射方式の位置検出では、位置検出すべき感光
基板の表面上に斜入射により検出光を投影してスリット
像を形成し、そのスリット像からの反射光の位置変動に
基づいて感光基板の表面の位置を検出する。
置検出装置では、たとえば特開昭６３−２７５９１２号
公報に示すように、斜入射方式による位置検出を行って
いる。斜入射方式の位置検出では、位置検出すべき感光
基板の表面上に斜入射により検出光を投影してスリット
像を形成し、そのスリット像からの反射光の位置変動に
基づいて感光基板の表面の位置を検出する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述のような従来の斜
入射方式による表面位置検出装置では、検出感度を向上
させるために、パターンが転写されるウエハやプレート
などの感光基板の表面に対する入射角度を大きくする必
要がある。しかしながら、入射角度を大きくするために
は、感光基板の表面に近接した光路を設けて、その光路
に沿って検出光を斜入射させなければならない。
入射方式による表面位置検出装置では、検出感度を向上
させるために、パターンが転写されるウエハやプレート
などの感光基板の表面に対する入射角度を大きくする必
要がある。しかしながら、入射角度を大きくするために
は、感光基板の表面に近接した光路を設けて、その光路
に沿って検出光を斜入射させなければならない。
【０００４】換言すれば、従来の斜入射方式による表面
位置検出装置では、位置検出すべき感光基板と検出光学
系との間隔すなわちワーキングディスタンスが非常に小
さい。このため、感光基板の搬送時やチルト時に、感光
基板が検出光学系の一部に接触する危険性が高くなり感
光基板の高速移動が妨げられるので、操作性が損なわれ
る。
位置検出装置では、位置検出すべき感光基板と検出光学
系との間隔すなわちワーキングディスタンスが非常に小
さい。このため、感光基板の搬送時やチルト時に、感光
基板が検出光学系の一部に接触する危険性が高くなり感
光基板の高速移動が妨げられるので、操作性が損なわれ
る。
【０００５】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
のであり、ワーキングディスタンスが大きくて操作性が
良く且つ高精度な位置検出が可能な表面位置検出装置お
よび該装置を備えた投影露光装置を提供することを目的
とする。
のであり、ワーキングディスタンスが大きくて操作性が
良く且つ高精度な位置検出が可能な表面位置検出装置お
よび該装置を備えた投影露光装置を提供することを目的
とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明においては、第１ピンホールを介した検出光
を物体の表面上に結像させ、前記物体の表面上に前記第
１ピンホールの像を形成するための送光光学系と、前記
物体の表面上に形成された前記第１ピンホールの像から
の光を第２ピンホールが形成された第２ピンホール部材
上に結像させ、前記第２ピンホール部材上に前記第１ピ
ンホールの二次像を形成するための受光光学系とを備
え、前記物体の表面上に形成された前記第１ピンホール
の像は、前記検出光の波長を前記送光光学系の開口数で
除した値よりも小さい径を有し、前記第２ピンホール
は、前記第２ピンホール部材上に形成される前記第１ピ
ンホールの二次像よりも小さく形成され、前記第２ピン
ホールを通過した光に基づいて、前記物体の表面位置を
検出することを特徴とする表面位置検出装置を提供す
る。
に、本発明においては、第１ピンホールを介した検出光
を物体の表面上に結像させ、前記物体の表面上に前記第
１ピンホールの像を形成するための送光光学系と、前記
物体の表面上に形成された前記第１ピンホールの像から
の光を第２ピンホールが形成された第２ピンホール部材
上に結像させ、前記第２ピンホール部材上に前記第１ピ
ンホールの二次像を形成するための受光光学系とを備
え、前記物体の表面上に形成された前記第１ピンホール
の像は、前記検出光の波長を前記送光光学系の開口数で
除した値よりも小さい径を有し、前記第２ピンホール
は、前記第２ピンホール部材上に形成される前記第１ピ
ンホールの二次像よりも小さく形成され、前記第２ピン
ホールを通過した光に基づいて、前記物体の表面位置を
検出することを特徴とする表面位置検出装置を提供す
る。
【０００７】本発明の好ましい態様によれば、前記送光
光学系の光路中には、光束の中心部および輪帯部を通過
させるための空間フィルターが設けられている。
光学系の光路中には、光束の中心部および輪帯部を通過
させるための空間フィルターが設けられている。
【０００８】また、本発明の別の局面によれば、第１基
板上に形成されたパターンの像を投影光学系を介して第
２基板上に形成するのに際して前記第２基板の表面位置
を検出する表面位置検出装置を備えた投影露光装置にお
いて、前記表面位置検出装置は、第１ピンホールを介し
た検出光を前記第２基板の表面上に結像させ、前記第２
基板の表面上に前記第１ピンホールの像を形成するため
の送光光学系と、前記第２基板の表面上に形成された前
記第１ピンホールの像からの光を第２ピンホールが形成
された第２ピンホール部材上に結像させ、前記第２ピン
ホール部材上に前記第１ピンホールの二次像を形成する
ための受光光学系と、前記第２ピンホールを通過した光
を検出するための光検出手段と、前記光検出手段の出力
に基づいて、前記第２基板の表面位置を前記投影光学系
の光軸に沿って所定位置まで移動させるための制御手段
とを備え、前記物体の表面上に形成された前記第１ピン
ホールの像は、前記検出光の波長を前記送光光学系の開
口数で除した値よりも小さい径を有し、前記第２ピンホ
ールは、前記第２ピンホール部材上に形成される前記第
１ピンホールの二次像よりも小さく形成されていること
を特徴とする投影露光装置を提供する。
板上に形成されたパターンの像を投影光学系を介して第
２基板上に形成するのに際して前記第２基板の表面位置
を検出する表面位置検出装置を備えた投影露光装置にお
いて、前記表面位置検出装置は、第１ピンホールを介し
た検出光を前記第２基板の表面上に結像させ、前記第２
基板の表面上に前記第１ピンホールの像を形成するため
の送光光学系と、前記第２基板の表面上に形成された前
記第１ピンホールの像からの光を第２ピンホールが形成
された第２ピンホール部材上に結像させ、前記第２ピン
ホール部材上に前記第１ピンホールの二次像を形成する
ための受光光学系と、前記第２ピンホールを通過した光
を検出するための光検出手段と、前記光検出手段の出力
に基づいて、前記第２基板の表面位置を前記投影光学系
の光軸に沿って所定位置まで移動させるための制御手段
とを備え、前記物体の表面上に形成された前記第１ピン
ホールの像は、前記検出光の波長を前記送光光学系の開
口数で除した値よりも小さい径を有し、前記第２ピンホ
ールは、前記第２ピンホール部材上に形成される前記第
１ピンホールの二次像よりも小さく形成されていること
を特徴とする投影露光装置を提供する。
【０００９】
【作用】本発明では、物体の表面上に第１ピンホールの
像を結像させるための送光光学系と、第２ピンホール部
材上に第１ピンホールの二次像を結像させるための受光
光学系とを備えている。すなわち、光軸方向に沿った分
解能の高い共焦点顕微鏡を構成を採用している。そし
て、第１ピンホールの像が検出光の波長を送光光学系の
開口数で除した値よりも小さく、且つ第２ピンホールが
第１ピンホールの二次像よりも小さくなるように構成さ
れている。
像を結像させるための送光光学系と、第２ピンホール部
材上に第１ピンホールの二次像を結像させるための受光
光学系とを備えている。すなわち、光軸方向に沿った分
解能の高い共焦点顕微鏡を構成を採用している。そし
て、第１ピンホールの像が検出光の波長を送光光学系の
開口数で除した値よりも小さく、且つ第２ピンホールが
第１ピンホールの二次像よりも小さくなるように構成さ
れている。
【００１０】実施例の説明において詳述するように、第
１ピンホールの像が検出光の波長を送光光学系の開口数
で除した値よりも小さいという構成により、デフォーカ
スによる波面収差の符号が同じ領域だけを利用して、結
像光学系の限られた開口数の条件にもとで、高い検出感
度を得ることができる。また、第２ピンホールが第１ピ
ンホールの二次元像の大きさよりも小さいという構成に
より、デフォーカスに対して光強度が単調に且つ顕著に
変化する領域の光量を光電検出して、デフォーカスに対
して高い検出感度を得ることができる。
１ピンホールの像が検出光の波長を送光光学系の開口数
で除した値よりも小さいという構成により、デフォーカ
スによる波面収差の符号が同じ領域だけを利用して、結
像光学系の限られた開口数の条件にもとで、高い検出感
度を得ることができる。また、第２ピンホールが第１ピ
ンホールの二次元像の大きさよりも小さいという構成に
より、デフォーカスに対して光強度が単調に且つ顕著に
変化する領域の光量を光電検出して、デフォーカスに対
して高い検出感度を得ることができる。
【００１１】
【実施例】本発明の実施例を、添付図面に基づいて説明
する。図１は、本発明の第１実施例にかかる表面位置検
出装置を組み込んだ投影露光装置の構成を概略的に示す
図である。図示の投影露光装置は、所定のパターンが形
成されたレチクル１を露光光で照明するための照明光学
系（不図示）を備えている。照明されたレチクル１を透
過した光は、投影光学系２を介して、フォトレジストが
塗布されたウエハ３のような感光基板上に結像する。
する。図１は、本発明の第１実施例にかかる表面位置検
出装置を組み込んだ投影露光装置の構成を概略的に示す
図である。図示の投影露光装置は、所定のパターンが形
成されたレチクル１を露光光で照明するための照明光学
系（不図示）を備えている。照明されたレチクル１を透
過した光は、投影光学系２を介して、フォトレジストが
塗布されたウエハ３のような感光基板上に結像する。
【００１２】ウエハ３は、ウエハステージ１２上におい
て、たとえば吸着作用により所定位置に支持されてい
る。ウエハステージ１２は、投影光学系２の光軸方向
（図中上下方向）に移動可能なｚステージ、投影光学系
２の光軸に対して垂直な面内において二次元的に移動す
るようになったｘｙステージ等からなる。こうして、ウ
エハステージ１２をひいてはウエハ３を二次元的に駆動
しながら露光を行うことにより、ウエハ３の各露光領域
にレチクル１のパターンを逐次転写することができる。
て、たとえば吸着作用により所定位置に支持されてい
る。ウエハステージ１２は、投影光学系２の光軸方向
（図中上下方向）に移動可能なｚステージ、投影光学系
２の光軸に対して垂直な面内において二次元的に移動す
るようになったｘｙステージ等からなる。こうして、ウ
エハステージ１２をひいてはウエハ３を二次元的に駆動
しながら露光を行うことにより、ウエハ３の各露光領域
にレチクル１のパターンを逐次転写することができる。
【００１３】また、ステージ１２上には、図中において
ウエハ３の表面とほぼ同じ高さにフィデューシャルマー
ク（基準マーク）１３が形成されている。フィデューシ
ャルマーク１３は、後述するキャリブレーション用の基
準マークであって、クロム等の蒸着膜に形成されたパタ
ーンである。
ウエハ３の表面とほぼ同じ高さにフィデューシャルマー
ク（基準マーク）１３が形成されている。フィデューシ
ャルマーク１３は、後述するキャリブレーション用の基
準マークであって、クロム等の蒸着膜に形成されたパタ
ーンである。
【００１４】一方、図示の表面位置検出装置は、非露光
光からなる検出光を供給する光源４を備えている。光源
４から射出された光は、第１ピンホール部材５を照明す
る。第１ピンホール部材５に形成された第１ピンホール
を通過した光は、リレーレンズ６を介した後、プリズム
７に入射する。プリズム７を透過した光は、対物レンズ
８を介してウエハ３上に集光され、ウエハ３上には第１
ピンホールの像が形成される。
光からなる検出光を供給する光源４を備えている。光源
４から射出された光は、第１ピンホール部材５を照明す
る。第１ピンホール部材５に形成された第１ピンホール
を通過した光は、リレーレンズ６を介した後、プリズム
７に入射する。プリズム７を透過した光は、対物レンズ
８を介してウエハ３上に集光され、ウエハ３上には第１
ピンホールの像が形成される。
【００１５】ウエハ３からの反射光は、対物レンズ８を
介して、プリズム７に入射する。プリズム７で反射され
た光は、結像レンズ９を介して、第２ピンホール部材１
０上に第１ピンホールの二次像を形成する。第２ピンホ
ール部材１０に形成された第２ピンホールを通過した光
は、光電検出器１１によって受光される。光電検出器１
１は、受光した光の強度に応じた電気信号を、制御系１
４に対して出力する。制御系１４は、光電検出器１１か
らの電気信号に基づいて、ウエハ１２を投影光学系２の
光軸に沿って駆動する。
介して、プリズム７に入射する。プリズム７で反射され
た光は、結像レンズ９を介して、第２ピンホール部材１
０上に第１ピンホールの二次像を形成する。第２ピンホ
ール部材１０に形成された第２ピンホールを通過した光
は、光電検出器１１によって受光される。光電検出器１
１は、受光した光の強度に応じた電気信号を、制御系１
４に対して出力する。制御系１４は、光電検出器１１か
らの電気信号に基づいて、ウエハ１２を投影光学系２の
光軸に沿って駆動する。
【００１６】このように、光源４、第１ピンホール部材
５、リレーレンズ６、プリズム７および対物レンズ８
は、表面位置検出装置の送光光学系を構成している。一
方、対物レンズ８、プリズム７、結像レンズ９、第２ピ
ンホール部材１０は、表面位置検出装置の受光光学系を
構成している。そして、プリズム７は、送光光学系の光
路と受光光学系の光路とを分離するための送受光分離用
プリズムを構成している。
５、リレーレンズ６、プリズム７および対物レンズ８
は、表面位置検出装置の送光光学系を構成している。一
方、対物レンズ８、プリズム７、結像レンズ９、第２ピ
ンホール部材１０は、表面位置検出装置の受光光学系を
構成している。そして、プリズム７は、送光光学系の光
路と受光光学系の光路とを分離するための送受光分離用
プリズムを構成している。
【００１７】図２は、図１の送光光学系の概念図であ
る。一般に、結像光学系において、デフォーカスすなわ
ち焦点ずれは、デフォーカス量に比例し且つ瞳面上での
光軸からの距離の２乗にほぼ比例する波面収差として表
される。本実施例では、図２に示すように、第１ピンホ
ールを透過した光を結像光学系である送光光学系を介し
てウエハ３上に投影し、ウエハ３上に倍率ｍで第１ピン
ホールの像を形成する。なお、大きさａの開口からなる
第１ピンホールに波長λの検出光が垂直に入射すると、
入射光は第１ピンホールにより回折作用を受ける。
る。一般に、結像光学系において、デフォーカスすなわ
ち焦点ずれは、デフォーカス量に比例し且つ瞳面上での
光軸からの距離の２乗にほぼ比例する波面収差として表
される。本実施例では、図２に示すように、第１ピンホ
ールを透過した光を結像光学系である送光光学系を介し
てウエハ３上に投影し、ウエハ３上に倍率ｍで第１ピン
ホールの像を形成する。なお、大きさａの開口からなる
第１ピンホールに波長λの検出光が垂直に入射すると、
入射光は第１ピンホールにより回折作用を受ける。
【００１８】そして、リレーレンズ６と対物レンズ８と
の間の瞳面（スペクトル面）では、第１ピンホール部材
５を通過した光の振幅分布は、図３に示すようなsinc関
数型の分布となる。なお、sinc関数は、次の式（ａ）で
表される。 sinc（πξａ／λ）＝ sin（πξａ／λ）／（πξａ／λ） （ａ） ここで、 ξ：瞳面での光軸からの距離をレンズ６の焦点距離で割
った値
の間の瞳面（スペクトル面）では、第１ピンホール部材
５を通過した光の振幅分布は、図３に示すようなsinc関
数型の分布となる。なお、sinc関数は、次の式（ａ）で
表される。 sinc（πξａ／λ）＝ sin（πξａ／λ）／（πξａ／λ） （ａ） ここで、 ξ：瞳面での光軸からの距離をレンズ６の焦点距離で割
った値
【００１９】本実施例においては、図３に示す振幅分布
において、原点Ｏから最初に振幅が０になる第１輪帯ま
での光を用いて位置検出を行う。すなわち、図３におい
て斜線で示すように、瞳面上の座標で−λ／ｍａからλ
／ｍａまでの光を用いて位置検出を行う。このため、第
１ピンホールの大きさａは、次の条件式（ｂ）を満たす
ように構成されている。 ｍａ＜λ／ＮＡ （ｂ） ここで、 ＮＡ：送光光学系の開口数
において、原点Ｏから最初に振幅が０になる第１輪帯ま
での光を用いて位置検出を行う。すなわち、図３におい
て斜線で示すように、瞳面上の座標で−λ／ｍａからλ
／ｍａまでの光を用いて位置検出を行う。このため、第
１ピンホールの大きさａは、次の条件式（ｂ）を満たす
ように構成されている。 ｍａ＜λ／ＮＡ （ｂ） ここで、 ＮＡ：送光光学系の開口数
【００２０】条件式（ｂ）は、第１ピンホールの像の径
ｍａが検出光の波長λを送光光学系の開口数ＮＡで除し
た値よりも小さいことを意味している。こうして、デフ
ォーカスによる波面収差の符号が同じ領域だけを利用し
て、結像光学系の限られた開口数の条件のもとで、高い
検出感度を得ることができる。
ｍａが検出光の波長λを送光光学系の開口数ＮＡで除し
た値よりも小さいことを意味している。こうして、デフ
ォーカスによる波面収差の符号が同じ領域だけを利用し
て、結像光学系の限られた開口数の条件のもとで、高い
検出感度を得ることができる。
【００２１】図４は、第２ピンホール部材１０上に形成
される第１ピンホールの二次像の光強度の分布を示す図
である。図４において、送光光学系の開口数ＮＡは０．
６であり、ウエハ３上に形成された第１ピンホールの像
の径は１μｍである。図４に示すように、デフォーカス
がない場合すなわちデフォーカス量がｄｆ＝０の場合に
は、中心部が高く裾野の広がった形状となる。そして、
デフォーカス量がｄｆ＝２μｍからｄｆ＝１０μｍへと
増大するにつれて、中心部の高さが低くなるとともに裾
野が広がる。
される第１ピンホールの二次像の光強度の分布を示す図
である。図４において、送光光学系の開口数ＮＡは０．
６であり、ウエハ３上に形成された第１ピンホールの像
の径は１μｍである。図４に示すように、デフォーカス
がない場合すなわちデフォーカス量がｄｆ＝０の場合に
は、中心部が高く裾野の広がった形状となる。そして、
デフォーカス量がｄｆ＝２μｍからｄｆ＝１０μｍへと
増大するにつれて、中心部の高さが低くなるとともに裾
野が広がる。
【００２２】こうして、図中矢印で示すように、ウエハ
３上に投影された第１ピンホールの像の端に共役な位置
（図中において座標が±０．５の領域）の近傍領域で
は、デフォーカス量の変化に対して像の光強度があまり
変化しない。そこで、本実施例では、第１ピンホールの
二次元像の光強度があまり変化しない領域よりも内側の
領域の光量を光電検出する。このため、第２ピンホール
は、第２ピンホール部材１０上に形成される第１ピンホ
ールの二次元像の大きさよりも小さく形成されている。
こうして、デフォーカスに対して光強度が単調に且つ顕
著に変化する領域の光量を光電検出することにより、デ
フォーカスに対して高い検出感度を得ることができる。
３上に投影された第１ピンホールの像の端に共役な位置
（図中において座標が±０．５の領域）の近傍領域で
は、デフォーカス量の変化に対して像の光強度があまり
変化しない。そこで、本実施例では、第１ピンホールの
二次元像の光強度があまり変化しない領域よりも内側の
領域の光量を光電検出する。このため、第２ピンホール
は、第２ピンホール部材１０上に形成される第１ピンホ
ールの二次元像の大きさよりも小さく形成されている。
こうして、デフォーカスに対して光強度が単調に且つ顕
著に変化する領域の光量を光電検出することにより、デ
フォーカスに対して高い検出感度を得ることができる。
【００２３】上述のように構成された第１実施例にかか
る表面位置検出装置の位置検出動作を説明する。投影露
光装置においては、レチクルパターンの転写を行う前
に、投影光学系２の光軸に沿った方向にウエハ３の表面
位置合わせ（アライメント）を完了する必要がある。そ
のため、表面位置検出装置では、非露光光からなる検出
光を用いることが望ましい。ところが、露光光と波長の
異なる非露光光を用いて表面位置検出を行う場合、露光
光に対するレチクル共役面が表面位置検出装置の２つの
ピンホールと光学的に共役に位置決めされていなければ
ならない。
る表面位置検出装置の位置検出動作を説明する。投影露
光装置においては、レチクルパターンの転写を行う前
に、投影光学系２の光軸に沿った方向にウエハ３の表面
位置合わせ（アライメント）を完了する必要がある。そ
のため、表面位置検出装置では、非露光光からなる検出
光を用いることが望ましい。ところが、露光光と波長の
異なる非露光光を用いて表面位置検出を行う場合、露光
光に対するレチクル共役面が表面位置検出装置の２つの
ピンホールと光学的に共役に位置決めされていなければ
ならない。
【００２４】そこで、フィデューシャルマーク１３を用
いて、露光光に対するレチクル共役面と表面位置検出装
置の２つのピンホールとの位置ずれを検出するキャリブ
レーションまたは位置ずれを補正するキャリブレーショ
ンを行う必要がある。まず、露光光を用いて、レチクル
１と光学的に共役な面にフィデューシャルマーク１３を
位置決めする。この場合、レチクルを介して露光光でフ
ィデューシャルマーク１３を観察するレチクルアライメ
ント系を用いてもよい。また、特開平４−３４８０１９
号公報および特開平５−２５９０３２号公報に示すよう
に、フィデューシャルマーク上に形成された格子パター
ンを投影光学系を介してレチクル上に投影し、その反射
像が再びフィデューシャルマーク上の格子パターンを透
過する光量を検出する、いわゆるフォーカスキャリブレ
ーション機構を用いてもよい。
いて、露光光に対するレチクル共役面と表面位置検出装
置の２つのピンホールとの位置ずれを検出するキャリブ
レーションまたは位置ずれを補正するキャリブレーショ
ンを行う必要がある。まず、露光光を用いて、レチクル
１と光学的に共役な面にフィデューシャルマーク１３を
位置決めする。この場合、レチクルを介して露光光でフ
ィデューシャルマーク１３を観察するレチクルアライメ
ント系を用いてもよい。また、特開平４−３４８０１９
号公報および特開平５−２５９０３２号公報に示すよう
に、フィデューシャルマーク上に形成された格子パター
ンを投影光学系を介してレチクル上に投影し、その反射
像が再びフィデューシャルマーク上の格子パターンを透
過する光量を検出する、いわゆるフォーカスキャリブレ
ーション機構を用いてもよい。
【００２５】次いで、レチクル１と光学的に共役な面に
位置決めされたフィデューシャルマーク１３に、表面位
置検出装置からの検出光（非露光光）を照射して、フィ
デューシャルマーク１３上に第１ピンホールの像を形成
する。そして、第１ピンホールの像からの光が光電検出
器１１で受光され、受光した光の強度に応じた信号が制
御系１４に入力される。このとき、ウエハステージ１２
を投影光学系２の光軸に沿った方向に駆動すると、制御
系１４においてモニターしている信号の強度が変化す
る。制御系１４は、ウエハステージ１２の初期位置と電
気信号がピークになるウエハステージ１２のピーク位置
との位置ずれをオフセットとして記憶する。
位置決めされたフィデューシャルマーク１３に、表面位
置検出装置からの検出光（非露光光）を照射して、フィ
デューシャルマーク１３上に第１ピンホールの像を形成
する。そして、第１ピンホールの像からの光が光電検出
器１１で受光され、受光した光の強度に応じた信号が制
御系１４に入力される。このとき、ウエハステージ１２
を投影光学系２の光軸に沿った方向に駆動すると、制御
系１４においてモニターしている信号の強度が変化す
る。制御系１４は、ウエハステージ１２の初期位置と電
気信号がピークになるウエハステージ１２のピーク位置
との位置ずれをオフセットとして記憶する。
【００２６】なお、投影光学系２の光軸と垂直な面内に
おいてウエハステージ１２を移動させることなく、露光
光を用いてレチクル１と光学的に共役な面にフィデュー
シャルマーク１３を位置決めし且つ検出光を用いてオフ
セットを求めることができるような形状をフィデューシ
ャルマーク１３が有することが好ましい。
おいてウエハステージ１２を移動させることなく、露光
光を用いてレチクル１と光学的に共役な面にフィデュー
シャルマーク１３を位置決めし且つ検出光を用いてオフ
セットを求めることができるような形状をフィデューシ
ャルマーク１３が有することが好ましい。
【００２７】次に、ウエハ３をウエハステージ１２上に
載置し、検出光をウエハ３に照射して、ウエハ３上に第
１ピンホールの像を形成する。そして、光電検出器１１
で受光した光の強度に応じた電気信号がピークとなるよ
うに、ウエハステージ１２を投影光学系２の光軸に沿っ
た方向に一旦駆動する。次いで、上述のように記憶した
オフセットに基づいて、ウエハステージ１２を投影光学
系２の光軸に沿った方向に補正駆動する。こうして、投
影光学系２に関してレチクル１と光学的に共役な面にウ
エハ３の表面をアライメントすることができる。
載置し、検出光をウエハ３に照射して、ウエハ３上に第
１ピンホールの像を形成する。そして、光電検出器１１
で受光した光の強度に応じた電気信号がピークとなるよ
うに、ウエハステージ１２を投影光学系２の光軸に沿っ
た方向に一旦駆動する。次いで、上述のように記憶した
オフセットに基づいて、ウエハステージ１２を投影光学
系２の光軸に沿った方向に補正駆動する。こうして、投
影光学系２に関してレチクル１と光学的に共役な面にウ
エハ３の表面をアライメントすることができる。
【００２８】また、上述の実施例において、たとえば圧
電素子のような駆動機構を設け、第２ピンホール部材１
０を受光光学系の光軸方向に沿って微動させるような構
成を採用してもよい。この構成によれば、ウエハステー
ジ１２を投影光学系２の光軸に沿った方向に駆動する代
わりに、第２ピンホール部材１０を受光光学系の光軸方
向に沿って微動させることにより、露光光を用いてレチ
クル１と光学的に共役な面に位置決めされたフィデュー
シャルマーク１３に対して、電気信号がピークになるよ
うに設定することができる。すなわち、電気信号がピー
クになるようにウエハステージ１２を投影光学系２の光
軸に沿った方向に駆動することにより、オフセットを用
いることなくレチクル１と光学的に共役な面にウエハ３
の表面を直接アライメントすることができる。
電素子のような駆動機構を設け、第２ピンホール部材１
０を受光光学系の光軸方向に沿って微動させるような構
成を採用してもよい。この構成によれば、ウエハステー
ジ１２を投影光学系２の光軸に沿った方向に駆動する代
わりに、第２ピンホール部材１０を受光光学系の光軸方
向に沿って微動させることにより、露光光を用いてレチ
クル１と光学的に共役な面に位置決めされたフィデュー
シャルマーク１３に対して、電気信号がピークになるよ
うに設定することができる。すなわち、電気信号がピー
クになるようにウエハステージ１２を投影光学系２の光
軸に沿った方向に駆動することにより、オフセットを用
いることなくレチクル１と光学的に共役な面にウエハ３
の表面を直接アライメントすることができる。
【００２９】図５は、本発明の第２実施例にかかる表面
位置検出装置を組み込んだ投影露光装置の構成を概略的
に示す図である。なお、図５の第２実施例は図１の第１
実施例と類似しており、リレーレンズ６と対物レンズ８
との間の瞳面に空間フィルター２０が付設されている点
だけが第１実施例と基本的に相違する。したがって、図
５において、図１の構成要素と基本的に同じ機能を有す
る要素には、同じ参照符号を付している。以下、相違点
に着目して、第２実施例の説明を行う。
位置検出装置を組み込んだ投影露光装置の構成を概略的
に示す図である。なお、図５の第２実施例は図１の第１
実施例と類似しており、リレーレンズ６と対物レンズ８
との間の瞳面に空間フィルター２０が付設されている点
だけが第１実施例と基本的に相違する。したがって、図
５において、図１の構成要素と基本的に同じ機能を有す
る要素には、同じ参照符号を付している。以下、相違点
に着目して、第２実施例の説明を行う。
【００３０】このように、第２実施例では、リレーレン
ズ６と対物レンズ８との間の瞳面に空間フィルター２０
が位置決めされている。空間フィルター２０は、図６に
示すように、光軸を中心とした円形状透明部からなる中
央部２０ａと、光軸を中心とした環状透明部からなる輪
帯部２０ｂとを有する。したがって、瞳面において、中
央部２０ａを透過する光はデフォーカスの影響を受ける
ことなく、輪帯部２０ｂ部を透過する光のみがデフォー
カスの影響を受けてデフォーカスの波面収差が発生す
る。
ズ６と対物レンズ８との間の瞳面に空間フィルター２０
が位置決めされている。空間フィルター２０は、図６に
示すように、光軸を中心とした円形状透明部からなる中
央部２０ａと、光軸を中心とした環状透明部からなる輪
帯部２０ｂとを有する。したがって、瞳面において、中
央部２０ａを透過する光はデフォーカスの影響を受ける
ことなく、輪帯部２０ｂ部を透過する光のみがデフォー
カスの影響を受けてデフォーカスの波面収差が発生す
る。
【００３１】デフォーカスの波面収差は、前述したよう
に、デフォーカス量に比例し且つ瞳面上での光軸からの
距離の２乗にほぼ比例する。したがって、中央部２０ａ
を透過したデフォーカスの影響を受けない光と瞳面上で
の光軸からの距離の大きい輪帯部２０ｂを透過する光と
の合成光を検出することにより、デフォーカスに対する
検出感度をさらに高くすることができる。
に、デフォーカス量に比例し且つ瞳面上での光軸からの
距離の２乗にほぼ比例する。したがって、中央部２０ａ
を透過したデフォーカスの影響を受けない光と瞳面上で
の光軸からの距離の大きい輪帯部２０ｂを透過する光と
の合成光を検出することにより、デフォーカスに対する
検出感度をさらに高くすることができる。
【００３２】簡単のために、送光光学系の瞳面上におい
て中央部２０ａを透過する光の強度と輪帯部２０ｂを透
過する光の強度とが等しく、第２ピンホールの大きさが
十分小さいものとする。この場合、デフォーカス量をδ
とし、輪帯部２０ｂの半径（ＮＡ換算）をξとすると、
検出される光量は、１＋ cos（２πδξ／λ）に比例す
る。
て中央部２０ａを透過する光の強度と輪帯部２０ｂを透
過する光の強度とが等しく、第２ピンホールの大きさが
十分小さいものとする。この場合、デフォーカス量をδ
とし、輪帯部２０ｂの半径（ＮＡ換算）をξとすると、
検出される光量は、１＋ cos（２πδξ／λ）に比例す
る。
【００３３】なお、上述の各実施例において、本発明の
表面位置検出装置を投影露光装置の感光基板に適用した
例を示したが、表面位置を検出すべきあらゆる物体に対
して本発明の表面位置検出装置を適用することが可能で
ある。
表面位置検出装置を投影露光装置の感光基板に適用した
例を示したが、表面位置を検出すべきあらゆる物体に対
して本発明の表面位置検出装置を適用することが可能で
ある。
【００３４】
【効果】以上説明したように、本発明の表面位置検出装
置および該装置を備えた投影露光装置では、ほとんど垂
直入射で且つ比較的小さい開口数の光学系により、高い
表面位置分解能を得ることができる。また、大きなワー
キングディスタンスを確保することができるので投影露
光装置の操作性が向上する。
置および該装置を備えた投影露光装置では、ほとんど垂
直入射で且つ比較的小さい開口数の光学系により、高い
表面位置分解能を得ることができる。また、大きなワー
キングディスタンスを確保することができるので投影露
光装置の操作性が向上する。
【図１】本発明の第１実施例にかかる表面位置検出装置
を組み込んだ投影露光装置の構成を概略的に示す図であ
る。
を組み込んだ投影露光装置の構成を概略的に示す図であ
る。
【図２】図１の送光光学系の概念図である。
【図３】図２の第１ピンホール部材５を通過した光の瞳
面（スペクトル面）における振幅分布を示す図である。
面（スペクトル面）における振幅分布を示す図である。
【図４】図１の第２ピンホール１０上に形成される第１
ピンホールの二次像の光強度の分布の一例を示す図であ
る。
ピンホールの二次像の光強度の分布の一例を示す図であ
る。
【図５】本発明の第２実施例にかかる表面位置検出装置
を組み込んだ投影露光装置の構成を概略的に示す図であ
る。
を組み込んだ投影露光装置の構成を概略的に示す図であ
る。
【図６】図５の空間フィルター２０の構成を示す図であ
る。
る。
１ レチクル ２ 投影光学系 ３ ウエハ ４ 光源 ５ 第１ピンホール部材 ６ リレーレンズ ７ プリズム ８ 対物レンズ ９ 結像レンズ １０ 第２ピンホール部材 １１ 光電検出器 １２ ウエハステージ １３ フィデューシャルマーク １４ 制御系 ２０ 空間フィルター
Claims (5)
- 【請求項１】 第１ピンホールを介した検出光を物体の
表面上に結像させ、前記物体の表面上に前記第１ピンホ
ールの像を形成するための送光光学系と、 前記物体の表面上に形成された前記第１ピンホールの像
からの光を第２ピンホールが形成された第２ピンホール
部材上に結像させ、前記第２ピンホール部材上に前記第
１ピンホールの二次像を形成するための受光光学系とを
備え、 前記物体の表面上に形成された前記第１ピンホールの像
は、前記検出光の波長を前記送光光学系の開口数で除し
た値よりも小さい径を有し、 前記第２ピンホールは、前記第２ピンホール部材上に形
成される前記第１ピンホールの二次像よりも小さく形成
され、 前記第２ピンホールを通過した光に基づいて、前記物体
の表面位置を検出することを特徴とする表面位置検出装
置。 - 【請求項２】 前記送光光学系の光路中には、光束の中
心部および輪帯部を通過させるための空間フィルターが
設けられていることを特徴とする請求項１に記載の表面
位置検出装置。 - 【請求項３】 第１基板上に形成されたパターンの像を
投影光学系を介して第２基板上に形成するのに際して前
記第２基板の表面位置を検出する表面位置検出装置を備
えた投影露光装置において、 前記表面位置検出装置は、 第１ピンホールを介した検出光を前記第２基板の表面上
に結像させ、前記第２基板の表面上に前記第１ピンホー
ルの像を形成するための送光光学系と、 前記第２基板の表面上に形成された前記第１ピンホール
の像からの光を第２ピンホールが形成された第２ピンホ
ール部材上に結像させ、前記第２ピンホール部材上に前
記第１ピンホールの二次像を形成するための受光光学系
と、 前記第２ピンホールを通過した光を検出するための光検
出手段と、 前記光検出手段の出力に基づいて、前記第２基板の表面
位置を前記投影光学系の光軸に沿って所定位置まで移動
させるための制御手段とを備え、 前記物体の表面上に形成された前記第１ピンホールの像
は、前記検出光の波長を前記送光光学系の開口数で除し
た値よりも小さい径を有し、 前記第２ピンホールは、前記第２ピンホール部材上に形
成される前記第１ピンホールの二次像よりも小さく形成
されていることを特徴とする投影露光装置。 - 【請求項４】 前記送光光学系の光路中には、光束の中
心部および輪帯部を通過させるための空間フィルターが
設けられていることを特徴とする請求項３に記載の投影
露光装置。 - 【請求項５】 前記第２ピンホール部材を前記受光光学
系の光軸に沿って移動させるための駆動手段をさらに備
え、 前記制御手段は、前記第２基板の表面位置が前記所定位
置と一致したときに前記光検出手段の出力が最大になる
ように前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項
３または４に記載の投影露光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7112376A JPH08288204A (ja) | 1995-04-13 | 1995-04-13 | 表面位置検出装置および該装置を備えた投影露光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7112376A JPH08288204A (ja) | 1995-04-13 | 1995-04-13 | 表面位置検出装置および該装置を備えた投影露光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08288204A true JPH08288204A (ja) | 1996-11-01 |
Family
ID=14585138
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7112376A Pending JPH08288204A (ja) | 1995-04-13 | 1995-04-13 | 表面位置検出装置および該装置を備えた投影露光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08288204A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005326409A (ja) * | 2004-05-12 | 2005-11-24 | Leica Microsystems Semiconductor Gmbh | 対象物を光学的に検査するための測定器およびこの測定器の作動方法 |
| JP2010192562A (ja) * | 2009-02-17 | 2010-09-02 | Nikon Corp | 面位置検出装置及び露光装置 |
-
1995
- 1995-04-13 JP JP7112376A patent/JPH08288204A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005326409A (ja) * | 2004-05-12 | 2005-11-24 | Leica Microsystems Semiconductor Gmbh | 対象物を光学的に検査するための測定器およびこの測定器の作動方法 |
| JP2010192562A (ja) * | 2009-02-17 | 2010-09-02 | Nikon Corp | 面位置検出装置及び露光装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2924344B2 (ja) | 投影露光装置 | |
| US5048967A (en) | Detection optical system for detecting a pattern on an object | |
| US4870452A (en) | Projection exposure apparatus | |
| KR950007343B1 (ko) | 역암 필드를 이용한 레티클-웨어퍼 정렬장치 | |
| US5721605A (en) | Alignment device and method with focus detection system | |
| JPH0442601B2 (ja) | ||
| US4614432A (en) | Pattern detector | |
| JPH1082611A (ja) | 面位置検出装置 | |
| JP2006184777A (ja) | 焦点検出装置 | |
| JP2535889B2 (ja) | 投影光学装置 | |
| JPH08288204A (ja) | 表面位置検出装置および該装置を備えた投影露光装置 | |
| JP2000010013A (ja) | 位相差顕微鏡及び重ね合わせ測定装置 | |
| JP2569563B2 (ja) | 投影露光装置 | |
| JPH02130908A (ja) | 観察装置 | |
| JP4055471B2 (ja) | 光学装置、位置検出装置、露光装置及びマイクロデバイスの製造方法 | |
| JP3313932B2 (ja) | 投影露光装置 | |
| JPH0934134A (ja) | アライメント装置 | |
| JPH0677096B2 (ja) | 投影装置の焦点合せ装置 | |
| JPH0744138B2 (ja) | 位置合わせ装置 | |
| JPH07321030A (ja) | アライメント装置 | |
| JPS58213207A (ja) | アライメントマーク検出方法 | |
| JPH1074680A (ja) | 投影露光装置 | |
| JP3158538B2 (ja) | 基板表面の光学的検査装置及び方法 | |
| JP3211246B2 (ja) | 投影露光装置及び素子製造方法 | |
| JPS63153821A (ja) | 位置合わせ装置 |