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JPS649606B2 - - Google Patents
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JPS649606B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPS649606B2
JPS649606B2 JP52120419A JP12041977A JPS649606B2 JP S649606 B2 JPS649606 B2 JP S649606B2 JP 52120419 A JP52120419 A JP 52120419A JP 12041977 A JP12041977 A JP 12041977A JP S649606 B2 JPS649606 B2 JP S649606B2
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JP
Japan
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light
mask
optical system
objective lens
beam splitter
Prior art date
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Expired
Application number
JP52120419A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5454056A (en
Inventor
Akyoshi Suzuki
Ichiro Kano
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Priority to DE19782843282 priority patent/DE2843282A1/en
Priority to US05/948,776 priority patent/US4251129A/en
Publication of JPS5454056A publication Critical patent/JPS5454056A/en
Publication of JPS649606B2 publication Critical patent/JPS649606B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7065Production of alignment light, e.g. light source, control of coherence, polarization, pulse length, wavelength

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は観察光学系と光電検出光学系を有する
光学装置、例えば半導体素子の製造工程で使用さ
れる所謂アライナーに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an optical device having an observation optical system and a photoelectric detection optical system, such as a so-called aligner used in the manufacturing process of semiconductor devices.

トランジスタや集積回路などの半導体素子を製
造する作業工程は微細なパターンの焼き付けやリ
ード線のボーデイング作業を含み、焼き付け用基
板であるウエハーやペレツトを所定の位置に正確
に合わせてやる必要がある。この基板等の微細構
造はミクロンオーダーの精度に達している所か
ら、位置合せの精度もミクロンないしサブミクロ
ンのオーダーで行なわれる必要がある。しかしな
がらこの種の作業は熟練した労働者にとつてもか
なり煩雑であり、熟練までに長い経験を必要とす
る。更にこの程度の酷しい精度になると顕微鏡を
のぞきながらの作業が必至であり、1分間数枚の
割りで流れてくるウエハーの処理を考えると作業
者の疲労及び疲労に伴つた精度のバラツキなども
大きな問題となる。
The process of manufacturing semiconductor devices such as transistors and integrated circuits involves printing fine patterns and boarding lead wires, and it is necessary to precisely align the wafer or pellet that is the printing substrate in a predetermined position. Since the fine structure of this substrate and the like has reached a precision on the order of microns, the alignment precision must also be on the order of microns or submicrons. However, this type of work is quite cumbersome even for skilled workers and requires a long period of experience to become proficient. Furthermore, with such severe precision, it is inevitable to work while looking through a microscope, and considering that wafers are processed at a rate of several wafers per minute, there is a risk of worker fatigue and variations in precision due to fatigue. It becomes a big problem.

マスクとウエハーの位置合せはこの様に、従来
作業者が顕微鏡を覗きながら調整していたわけで
あるが、最近、前記の熟練、疲労といつた問題を
解決する為、この種の作業を機械的自動的に行う
試みが為されている。所謂オートアライナーと呼
ばれる装置がこれである。
Traditionally, the alignment of the mask and wafer was adjusted in this way by an operator while looking through a microscope, but recently, in order to solve the problems of skill and fatigue mentioned above, this type of work has been done mechanically. Attempts are being made to do this automatically. This is a device called an auto aligner.

オートアライメント即ち自動位置合せでは光電
検出手段が常用される。例えば既に回路を構成す
る実素子パターンの一部が形成された基板上に、
更に別のパターンを重ねて焼きつけて、回路を作
つていく場合を考える。この時オートアラインメ
ント手法では焼き付けられる基板上に予め設けら
れているアライメントマークと、重ねるパターン
のつけられたマスク上に形成されているアライメ
ントマークとを所定の関係に導くことにより位置
合せを行う。アライメントマークと実素子を構成
するパターンとは予め定められた関係にあるの
で、アライメントマーク同志を所定の関係に導け
ば、基板とマスク上の実素子パターンはきちんと
位置合せされた事になる。アライメントマークの
位置関係は光電的に検出され、もしこれが所定の
関係よりずれている場合には光電出力の値に応じ
て駆動機構を作動させて調整を行う。
Photoelectric detection means are commonly used in autoalignment. For example, on a board on which part of the actual element pattern that makes up the circuit has already been formed,
Consider the case where a circuit is created by layering and printing another pattern. At this time, in the auto-alignment method, alignment is performed by guiding an alignment mark provided in advance on a substrate to be printed and an alignment mark formed on a mask having an overlapping pattern into a predetermined relationship. Since the alignment marks and the patterns constituting the actual device have a predetermined relationship, if the alignment marks are brought into a predetermined relationship, the actual device patterns on the substrate and the mask are properly aligned. The positional relationship of the alignment marks is detected photoelectrically, and if this deviates from a predetermined relationship, the drive mechanism is operated in accordance with the value of the photoelectric output to make adjustments.

第1図はこの様なオートアライナに用いられる
従来公知の光学系の一例である。図中1は、レー
ザー光源、2は集光レンズ、3は回転多面鏡、4
はリレーレンズ、5は22以下の目視観察用の光
学系に光を導く為のビームスプリツター、6はフ
イールドレンズ、7は14以降の光電検出系に光
を導く為のビームスプリツター、8はリレーレン
ズ、9は19から21より成る目視観察用照明光
学系からの光を導く為のビームスプリツター、1
0は対物レンズ11の瞳、12はマスク、13は
ウエハーというのがレーザー光走査の為の光学系
である。尚、第1図はマスク像をウエハーに転写
する際の方式として密着焼付法もしくはプロキシ
ミテイ法を想定しているが、レンズやミラーによ
る投影結像法の場合にはマスクとウエハーの間に
結像光学系が配置される。投影結像法の場合には
結像がテレセントリツクとすれば第1図のウエハ
ー13をウエハーの像と考えれば良い。第1図で
の走査光学系で走査スポツトの結像関係は次の様
になつている。図中34が走査箇所であるが、3
4から逆に回転多面鏡の方に追つて行くと、スポ
ツトは対物レンズ11及びリレーレンズ8を介し
て一たんフイールドレンズの近傍32に結像し、
再びリレーレンズ4を介して回転多面鏡で反射後
30の位置に結像している。即ち30,32,3
4は互いに共役の関係となつているのである。従
つて30の位置でのレーザーのスポツト径をφ、
30から34までの結像倍率をβとすると、34
での走査スポツト径はβφで示される事になる。
FIG. 1 shows an example of a conventionally known optical system used in such an autoaligner. In the figure, 1 is a laser light source, 2 is a condenser lens, 3 is a rotating polygon mirror, and 4
is a relay lens, 5 is a beam splitter for guiding light to an optical system for visual observation of 22 or less, 6 is a field lens, 7 is a beam splitter for guiding light to a photoelectric detection system for 14 or later, and 8 is a beam splitter for guiding light to a photoelectric detection system for 14 or later. Relay lens; 9 is a beam splitter for guiding light from the visual observation illumination optical system consisting of 19 to 21; 1;
0 is a pupil of an objective lens 11, 12 is a mask, and 13 is a wafer, which is an optical system for laser beam scanning. Note that although Figure 1 assumes the contact printing method or proximity method as the method for transferring the mask image onto the wafer, in the case of the projection imaging method using lenses or mirrors, formation of particles between the mask and the wafer may occur. An imaging optical system is arranged. In the case of the projection imaging method, if the imaging is telecentric, the wafer 13 in FIG. 1 can be considered as the image of the wafer. The imaging relationship of the scanning spot in the scanning optical system shown in FIG. 1 is as follows. In the figure, 34 is the scanning location, but 3
When the spot is traced backward from 4 toward the rotating polygon mirror, the spot is once imaged in the vicinity of the field lens 32 via the objective lens 11 and the relay lens 8.
After being reflected again by the rotating polygon mirror via the relay lens 4, the image is formed at the position 30. i.e. 30, 32, 3
4 are in a conjugate relationship with each other. Therefore, the laser spot diameter at position 30 is φ,
If the imaging magnification from 30 to 34 is β, then 34
The scanning spot diameter at this point is represented by βφ.

以上に説明した様な実際の物体面上での走査ビ
ームの共役関係と共に第1図の光学系の瞳の結像
関係も重要である。対物レンズ11の瞳は図中1
0で示されているが、10の中心点である光軸上
の点33と、回転多面鏡3の反射点31とは互い
に共役になつている。即ち第1図の配置はレーザ
ービームの対物レンズへの入射という観点から見
れば、丁度、瞳10の位置に回転多面鏡を置いた
場合と等価になつていると言える。
In addition to the conjugate relationship of the scanning beam on the actual object plane as explained above, the image formation relationship of the pupil of the optical system shown in FIG. 1 is also important. The pupil of the objective lens 11 is 1 in the figure.
0, a point 33 on the optical axis which is the center point of 10 and a reflection point 31 of the rotating polygon mirror 3 are conjugate with each other. That is, the arrangement shown in FIG. 1 can be said to be equivalent to placing a rotating polygon mirror exactly at the position of the pupil 10 from the viewpoint of the incidence of the laser beam on the objective lens.

第1図の光学系を理解する為には対物レンズ1
1の働きについて理解しておかなければならな
い。第2図に対物レンズ11の作用を示す原理図
で示す。対物レンズ11はテレセントリツクな配
置となつている。テレセントリツクを対物レンズ
とは対物レンズを通る光束の大きさを決定する場
所である瞳の位置と対物レンズの焦点位置が合致
しているものを言う。瞳の中心を通る光線は光束
の中心線となる光線となるので主光線と呼ばれ
る。瞳の中心とは即ち対物レンズの焦点の事なの
で、主光線は対物レンズを通過後は対物レンズの
光軸と平行になり、物体面に垂直に入射する。垂
直に入射した光線は物体の鏡面反射を行う部分に
当つた場合には反射してもと来た道を辿り、対物
レンズを通過後再びもとの瞳の中心位置にもど
る。一方、光が当る部分にパターンがあつたとす
ると光はパターンを構成している境界線の部分で
散乱を受ける。境界線の部分を総称してエツジと
呼ぶことにすればエツジ散乱された光は鏡面反射
の場合と異つてもと来た光路を辿らない。従つて
散乱光は対物レンズで再び捉えられて瞳を通過す
る時、最早瞳の中心を通らないのである。この事
は対物レンズを通つた反射光を瞳上で観察した
時、鏡面反射成分と散乱光が成分が瞳の中で空間
的に分離されているという事を示している。第2
図はこの分離の様子を示したものである。瞳に入
射し、対物レンズを通つて再び瞳上を通る鏡面反
射成分の光束を図では斜線をひいて示し、対物レ
ンズで捉えることのできる散乱光は点を打つて示
した。鏡面反射の部分に有効な光束の径は散乱光
を有効に捉える為、瞳の径に対して十分小さくと
られるのが普通であり、通常は径の比が0.1〜0.7
付近の範囲内に収まつている事が望ましい。
To understand the optical system in Figure 1, objective lens 1
You must understand the function of number 1. FIG. 2 is a diagram showing the principle of the operation of the objective lens 11. The objective lens 11 has a telecentric arrangement. A telecentric objective lens is one in which the position of the pupil, which determines the size of the light flux passing through the objective lens, matches the focal position of the objective lens. The ray that passes through the center of the pupil is called the chief ray because it becomes the center line of the luminous flux. The center of the pupil is the focal point of the objective lens, so after passing through the objective lens, the chief ray becomes parallel to the optical axis of the objective lens and enters the object plane perpendicularly. When a vertically incident ray hits a part of an object that undergoes specular reflection, it is reflected and follows the original path, and after passing through the objective lens returns to the original center of the pupil. On the other hand, if there is a pattern in the area where the light hits, the light will be scattered at the boundary lines that make up the pattern. If we collectively refer to the boundary line as an edge, the edge-scattered light does not follow the original optical path, unlike in the case of specular reflection. Therefore, when the scattered light is captured again by the objective lens and passes through the pupil, it no longer passes through the center of the pupil. This shows that when the reflected light passing through the objective lens is observed on the pupil, the specular reflection component and the scattered light component are spatially separated within the pupil. Second
The figure shows this separation. The specularly reflected light flux that enters the pupil, passes through the objective lens, and then passes over the pupil is indicated by diagonal lines in the figure, and scattered light that can be captured by the objective lens is indicated by dots. In order to effectively capture scattered light, the effective diameter of the light beam in the specular reflection area is normally set to be sufficiently small relative to the pupil diameter, and the ratio of the diameters is usually 0.1 to 0.7.
It is desirable that it be within the nearby range.

再び第1図に戻り、ビームスプリツター7から
別れて、フオトデイテクター18に到る光電検出
光学系について考える。図中14は対物レンズ1
1の瞳10を結像させるレンズ、15は光電検出
用の光を通過させ他の波長、例えば目視用光学系
で用いられる波長域の光を実質的に遮断するフイ
ルターである。16の位置は瞳を結像させるレン
ズ14により瞳10の像ができている所である。
ここに散乱光のみ通し、非散乱光をブロツクする
遮光板16を設ける。遮光板16を通過した散乱
光はコンデンサーレンズ17によりフオトデイテ
クター18に集まられる。従つて瞳10、遮光板
16、フオトデイテクター18は互いに共役なる
関係となつている。遮断板は透明なガラス基板に
金属或いは墨などの物質を用いてパターニングし
たりする事によつて容易に作成する事が出来る。
散乱光を検出するこの光電検出系は従つて走査ス
ポツトがパターンのエツジ部にさしかかつた時に
のみ出力があらわれる事になる。パターンをマス
ク及びウエハー上にそれぞれ示されたアラインメ
ントマークとすれば出力信号からマスクとウエハ
ーの相対的な位置ずれを検知する事ができる。検
知されたずれ量に従つて不図示の駆動系によつて
両者の相対関係を補正し、オートアライメントが
なされる。
Returning to FIG. 1 again, consider the photoelectric detection optical system that separates from the beam splitter 7 and reaches the photodetector 18. 14 in the figure is objective lens 1
A lens 15 that forms an image of the pupil 10 of the lens 1 is a filter that allows light for photoelectric detection to pass through and substantially blocks light of other wavelengths, for example, in a wavelength range used in a viewing optical system. A position 16 is where an image of the pupil 10 is formed by the lens 14 that forms an image of the pupil.
A light shielding plate 16 is provided here that allows only scattered light to pass through and blocks non-scattered light. Scattered light passing through the light shielding plate 16 is collected by a condenser lens 17 onto a photodetector 18. Therefore, the pupil 10, the light shielding plate 16, and the photodetector 18 are in a conjugate relationship with each other. The blocking plate can be easily created by patterning a transparent glass substrate using a substance such as metal or ink.
This photoelectric detection system, which detects scattered light, therefore produces an output only when the scanning spot approaches the edge of the pattern. If the pattern is an alignment mark shown on the mask and the wafer, the relative positional deviation between the mask and the wafer can be detected from the output signal. According to the detected amount of deviation, a drive system (not shown) corrects the relative relationship between the two, and auto-alignment is performed.

第1図でこの他に設けられているのは19〜2
1の目視用照明系と22〜24の観察系である。
照明系では19が光源、20はコンデンサーレン
ズで光源像を対物レンズの瞳上に形成させいわゆ
るケーラー照明を行なわせる役目をしている。2
1はアライメントを行う対象であるウエハー上に
塗布されたフオトレジストの非感光域の波長を透
過させるフイルターである。フフイルター21は
光電検出系に余分な光が行かない様に光電検出の
波長域の光の透過率も小さく押える必要のある場
合があるが、フイルター15との兼ね合いで適宜
選択すれば良い。22以下の観察系で22は像を
正転させるエレクター、23は光電検出光、具体
的に第1図の例では走査レーザー光の光を減衰さ
せるフイルター、24は接眼レンズである。
In addition to this in Figure 1, 19 to 2 are provided.
1 is a visual illumination system, and 22 to 24 are observation systems.
In the illumination system, 19 is a light source, and 20 is a condenser lens, which serves to form an image of the light source on the pupil of the objective lens to perform so-called Koehler illumination. 2
Reference numeral 1 denotes a filter that transmits wavelengths in a non-photosensitive region of a photoresist coated on a wafer to be aligned. The filter 21 may need to have a low transmittance for light in the photoelectric detection wavelength range so as not to transmit excess light to the photoelectric detection system, but it may be selected appropriately in consideration of the filter 15. In the observation system of 22 or less, 22 is an erector that rotates the image in the normal direction, 23 is a filter that attenuates the photoelectric detection light, specifically, in the example of FIG. 1, the scanning laser beam, and 24 is an eyepiece.

第3図に第1図の光学系を立体的に構築した一
実施例を示す。マスクとウエハーの位置合せは二
次元的な自由度をすべて押える必要がある為通常
マスク及びウエハー上の複数個の場所を観測して
行なわせる。
FIG. 3 shows an example in which the optical system shown in FIG. 1 is three-dimensionally constructed. Since it is necessary to control all two-dimensional degrees of freedom, alignment of the mask and wafer is usually performed by observing a plurality of locations on the mask and wafer.

第3図の例は2ケ所を確測検知している配置例
であり、走査レーザー光を2つの光路に分割する
役目は屋根型ミラー25が果している。25の反
射の屋根部の稜線は光軸と交わる様にセツトされ
ており、更にその稜線もしくはその稜線の近傍は
対物レンズ11とリレーレンズ8によつて形成さ
れる。マスクの一次結像面となつている即ち屋根
の稜線は接眼レンズで観察する時、視野の分割線
の働きをする。第3図中の番号は第1図の原理図
の番号と対応しているが、番号のふつていない部
品は光路を折り曲げるのに用いられるミラー又は
プリズムをあらわしている。又対物レンズの瞳1
0は第1図では説明の便宜上絞りを書いて示した
が、10の有効径は対物レンズの有効径などから
必然的に定まるので特に機械的な絞りを置く必要
はない。従つて第3図では瞳10の位置に特別な
部品を置く事は省略してある。
The example shown in FIG. 3 is an arrangement example in which accurate detection is performed at two locations, and the roof mirror 25 plays the role of dividing the scanning laser beam into two optical paths. The ridgeline of the reflection roof 25 is set to intersect with the optical axis, and the ridgeline or the vicinity of the ridgeline is formed by the objective lens 11 and the relay lens 8. The ridgeline of the roof, which is the primary imaging plane of the mask, acts as a dividing line of the field of view when observing through the eyepiece. The numbers in FIG. 3 correspond to the numbers in the principle diagram of FIG. 1, but unnumbered parts represent mirrors or prisms used to bend the optical path. Also, the pupil of the objective lens 1
0 is shown as a diaphragm for convenience of explanation, but the effective diameter of 10 is necessarily determined from the effective diameter of the objective lens, etc., so there is no need to provide a mechanical diaphragm. Therefore, in FIG. 3, placing special parts at the position of the pupil 10 is omitted.

第1図に示した系はそのままレンズ或いはミラ
ーを用いた投影結像光学系によるICパターン焼
き付け法に応用できる。結線方式で問題となるの
はマスクとウエハーの間に結像光学系が存在して
いる為、光が減衰し、ウエハーからの反射光が弱
くなるという点である。目視系の場合などはマス
クの裏面反射がフレア光となつて全面に拡がり、
ウエハーの像のコントランスを悪化させる。
The system shown in FIG. 1 can be applied as is to an IC pattern printing method using a projection imaging optical system using lenses or mirrors. The problem with the wire connection method is that since an imaging optical system exists between the mask and the wafer, the light is attenuated and the light reflected from the wafer becomes weak. In the case of a visual system, the reflection from the back of the mask becomes flare light that spreads over the entire surface.
This worsens the contrast of the wafer image.

従来この様なコントラストの低下を防ぐ手段と
して目視系で知らている方法としは本出願人によ
り出願された特開昭49−28363号公報に示た「マ
スクパターン焼付装置」がある。この方法は結像
光学系の中に1/4波長板を配し、マスクを通過し
てウエハーに当つて反射し、再びマスクに戻つて
くる光の偏光方向と、入射時の光の偏光方向とを
直交させる方式である。マスクの裏面反射による
フレア分と、ウエハーかの反射光とは従つて偏光
手段を用いて容易に分離する事ができる。この場
合入射光として直線偏光の光を用いると簡便であ
る。
A known visual system method for preventing such a decrease in contrast is a ``mask pattern printing apparatus'' disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 49-28363 filed by the present applicant. This method places a quarter-wave plate in the imaging optical system, and determines the polarization direction of the light that passes through the mask, hits the wafer, is reflected, and returns to the mask, and the polarization direction of the incident light. This is a method that orthogonally intersects the Therefore, the flare component due to reflection from the back surface of the mask and the reflected light from the wafer can be easily separated using polarization means. In this case, it is convenient to use linearly polarized light as the incident light.

本発明では目視系について従来知られている偏
光が利用した方法と、近年新たに開発されてきた
オートアライメント用光学系を効率よく結合する
事を目的とする。本発明ではこの目的の為に光電
検出系と目視系の偏光方向を制御するように偏光
ビームスプリツターを活用する事を特徴とする。
The present invention aims to efficiently combine a conventionally known method using polarized light for visual viewing systems with an optical system for auto-alignment that has been newly developed in recent years. For this purpose, the present invention is characterized by utilizing a polarizing beam splitter to control the polarization directions of the photoelectric detection system and the visual system.

第4図に本発明の好ましい実施例を示す。構成
は第1図の系を結像光学系40の上にそのまま載
せた格好をしている。マスクの像をウエハー上に
転写する結像光学系の中には1/4波長板41が配
置されている。マスクの上に載つている光学系で
第1図と異なるのはビームスプリツター5の代り
にダイクロイツクビームスプリツター50が配置
されていること。ビームスプリツター7の代りに
偏光ビームスプリツター51が配されているこ
と、及び照明光学系内に偏光板52が入つている
事である。物体と瞳についての共役関係は第1図
と同様であるので説明は省略する。
FIG. 4 shows a preferred embodiment of the invention. The configuration is such that the system shown in FIG. 1 is placed directly on the imaging optical system 40. A 1/4 wavelength plate 41 is disposed in an imaging optical system that transfers a mask image onto a wafer. The optical system mounted on the mask differs from that in FIG. 1 in that a dichroic beam splitter 50 is placed in place of the beam splitter 5. A polarizing beam splitter 51 is arranged in place of the beam splitter 7, and a polarizing plate 52 is included in the illumination optical system. The conjugate relationship between the object and the pupil is the same as that in FIG. 1, so the explanation will be omitted.

第4図の系の構成で重要なのは1/4波長板41
の存在とそれと組合せた偏光板52、偏光ビーム
スプリツター51の存在である。
What is important in the configuration of the system shown in Figure 4 is the quarter-wave plate 41.
and the polarizing plate 52 and polarizing beam splitter 51 combined therewith.

また光電検出光の取り出し効率を高める為にレ
ーザー光源1としては直線偏光型のものを用いる
事が望ましい。
Further, in order to increase the extraction efficiency of photoelectric detection light, it is desirable to use a linearly polarized laser light source 1.

次に系の作用について説明する。図中、偏光ビ
ームスプリツター51は紙面内にある偏光方向
(これをP偏光とする)を透過し、紙面に垂直な
方向にある偏光方向(これをS偏光とする)を反
射するものとする。先づレーザー光について考え
えると、レーザー光は出射するビームの偏光方向
が紙面内にある即ちP偏光となる様にセツトされ
る。レーザー光は回転多面鏡3によつて反射され
た後ビームスプリツター50へ入る。ビームスプ
リツター50にレーザーはP偏光で入るが、50
はレーザー波長のP偏光に対しては十分な透過率
を持つものとする。50を通過後、光は偏光ビー
ムスプリツター51へ進むが51にはやはりP偏
光で入るので透過し、対物レンズを介してマスク
12上を走査する。光は更にマスクから結像光学
系40を通つてウエハー13で反射して再び40
を通つて対物レンズに戻るが、この時1/4波長板
41を2度通る為、偏光方向が90゜回転してP偏
光がS偏光になる。従つて光電検出用のレーザー
光は偏光ビームスプリツター51で反射を受け、
光電検出器18に到る系に導れる。この間レーザ
ー光の減衰要因は殆ど無くする事ができる。
Next, the action of the system will be explained. In the figure, the polarizing beam splitter 51 transmits the polarized light in the plane of the paper (this is referred to as P polarized light) and reflects the polarized light in the direction perpendicular to the plane of the paper (this is referred to as S polarized light). . First, considering laser light, the laser light is set so that the polarization direction of the emitted beam is within the plane of the paper, that is, it becomes P-polarized light. The laser beam is reflected by the rotating polygon mirror 3 and then enters the beam splitter 50. The laser enters the beam splitter 50 as P polarized light, but 50
shall have sufficient transmittance for P-polarized light at the laser wavelength. After passing through 50, the light proceeds to a polarizing beam splitter 51, but since it still enters 51 as P-polarized light, it is transmitted and scanned over the mask 12 via the objective lens. The light further passes through the imaging optical system 40 from the mask, is reflected by the wafer 13, and is reflected again at 40.
The light passes through the 1/4 wavelength plate 41 twice and returns to the objective lens, but at this time, the polarization direction is rotated by 90 degrees and the P-polarized light becomes S-polarized light. Therefore, the laser beam for photoelectric detection is reflected by the polarizing beam splitter 51,
A system leading to a photoelectric detector 18 is provided. During this time, the attenuation factor of the laser beam can be almost eliminated.

一方、光電検出系と共に目視用の光学系も同時
に重要である。目視用光学系はパターンに観察だ
けでなく、初期のマスク設定などオートアライメ
ントの際に必須な事項を行うに当つて重要な役割
を果すからである。本発明ではこの為に光電検出
光であるレーザーの偏光方向と目視用観察の照明
光の偏光方向をマスク入射の時点で直交させる事
を特徴としている。
On the other hand, a visual optical system is also important as well as a photoelectric detection system. This is because the visual viewing optical system plays an important role not only in observing patterns, but also in performing essential tasks during auto-alignment such as initial mask setting. For this reason, the present invention is characterized in that the polarization direction of the laser, which is the photoelectric detection light, and the polarization direction of the illumination light for visual observation are made perpendicular to each other at the time of incidence on the mask.

目視用観察系の照明光の偏光方向をレーザーと
直交させるという事は第4図の系では偏光板52
をS偏光の光を通過させる様にセツトする事を意
味している。S偏光でマスクに到達した光で観察
時にフレア光となつて全系のコントラスト弱める
マスク裏面の反射光は、S偏光のままなので、偏
光ビームスプリツター51で反射を受け、光電検
出系側にいつてしまう。この光はフイルター15
によつて光電検出器18に到達するのを阻まれ
る。
In order to make the polarization direction of the illumination light of the visual observation system orthogonal to the laser, in the system shown in Fig. 4, the polarizing plate 52 is used.
This means that it is set to allow S-polarized light to pass through. The light that reaches the mask as S-polarized light turns into flare light during observation, weakening the contrast of the entire system.The light reflected from the back of the mask remains S-polarized, so it is reflected by the polarizing beam splitter 51 and is sent to the photoelectric detection system side. It ends up. This light is filtered by 15
is prevented from reaching the photodetector 18 by the.

目視用照明光のマスク裏面の反射光以外はウエ
ハーに達して反射し戻つてくるが、その時は1/4
波長板41の働きによりS偏光がP偏光に変つて
いる。従つて対物を逆に通過した後はP偏光なの
で偏光ビームスプリツター51を通過し、ダイク
ロイツクビームスプリツター50に入る。目視用
観察光はここで反射を受け22以下の光学系に入
つていく。従つて50の特性はレーザー波長P偏
光を透過し、目視観察用のP偏光を反射するとい
う事になるる。レーザーとしてHe−Neレーザー
(光源632.8nm)、目視用観察光の代表としてe線
(波長546.1nm)を例にとると50はこ波長の間
でP偏光に対する特性が大きく変ることを要求さ
れる。この種の特性は誘電体の膜を多層蒸着した
いわゆるダイクロ膜で実現される。ただし50の
特性はそれ程厳密なものである必要はなく、光電
検出系と目視系に十分な光が来る程度のもので良
い。
The visual illumination light other than the reflected light from the back surface of the mask reaches the wafer and is reflected back, but at that time only 1/4
The S-polarized light is changed to P-polarized light by the action of the wave plate 41. Therefore, after passing through the objective in the reverse direction, since it is P-polarized light, it passes through the polarization beam splitter 51 and enters the dichroic beam splitter 50. The visual observation light is reflected here and enters an optical system of 22 or less. Therefore, the characteristic of 50 is that it transmits P-polarized light of laser wavelength and reflects P-polarized light for visual observation. Taking He-Ne laser (light source 632.8 nm) as a laser and E-line (wavelength 546.1 nm) as a typical visual observation light, the characteristics for P-polarized light are required to change significantly between these wavelengths. . This kind of characteristic is realized by a so-called dichroic film, which is a multi-layered dielectric film. However, the characteristics of 50 do not need to be so strict, and may be such that sufficient light can reach the photoelectric detection system and the visual system.

第5図に再び今回の光学系のマスクから上の部
分の立体配置図を示す。x、y、z軸を図の様な
方向にとつた時、レーザー1から出る光の偏光方
向はz軸方向、これに対して照明系内の偏光板の
透過偏光方向はy軸方向にセツトされる。またビ
ームスプリツター9を光電検出光を反射し、目視
用の光に対してハーフミラーとして働く様な特性
とすれば光のロスは少くて済む。
FIG. 5 again shows the three-dimensional layout of the portion above the mask of the optical system. When the x, y, and z axes are set in the directions shown in the figure, the polarization direction of the light emitted from laser 1 is set in the z-axis direction, whereas the transmitted polarization direction of the polarizing plate in the illumination system is set in the y-axis direction. be done. Further, if the beam splitter 9 is made to have characteristics such that it reflects the photoelectric detection light and acts as a half mirror for the visual light, the loss of light can be reduced.

以上述べて来た様に本発明では偏光の巧みな組
み合せによつて目視系と光電検出系の両立を可能
にしており、従来の光学系で用いられてきたメリ
ツトを何等損うことなく、光電検出系を付け加え
る事が出来る。また立体配置は第5図の例だけで
なくこの他にも色々と考えられるが、本発明の意
図とする偏光の直交性の応用はそのいずれの場合
にも適用可能である。P偏光とS偏光の透過、反
射特性が問題となる場合は50の位置でのダイク
ロ膜の特性を適宜選択してやる事により系の特性
を改善する事ができる。
As described above, the present invention makes it possible to use both a visual system and a photoelectric detection system by skillfully combining polarized light, and without losing any of the merits of conventional optical systems. A detection system can be added. Furthermore, various configurations can be considered in addition to the example shown in FIG. 5, and the application of orthogonality of polarization as intended by the present invention can be applied to any of these cases. If the transmission and reflection characteristics of P-polarized light and S-polarized light are a problem, the characteristics of the system can be improved by appropriately selecting the characteristics of the dichroic film at the position 50.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明を応用するに好適な従来の光学
装置の一例を示す図、第2図は第1図の対物レン
ズの作用を示す図、第3図は第1図の装置の立体
配置の一例を示す図、第4図は本発明の光学装置
の一実施例を示す図、第5図は第4図の装置の立
体配置の一例を示す図である。図中 1はレーザー、2……集光レンズ、3……回転
鏡、4,8……リレーレンズ、6……フイールド
レンズ、5,7,9……ビームスプリンター、1
1……対物レンズ、12……マスク、13……ウ
エハー、14,17……集光レンズ、16……ス
トツパー、18……フオトデイテクター、19…
…目視用光源、22……エレクター、24……接
眼レンズ、25……視野分割プリズム、40……
結像光学系、41……1/4波長板、50……ダイ
クロイツクビームスプリンター、51……偏光ビ
ームスプリンター、52……偏光板。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a conventional optical device suitable for applying the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the action of the objective lens in FIG. 1, and FIG. 3 is a three-dimensional arrangement of the device in FIG. 1. FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of the optical device of the present invention, and FIG. 5 is a diagram showing an example of the three-dimensional arrangement of the device shown in FIG. 4. In the figure, 1 is a laser, 2... condensing lens, 3... rotating mirror, 4, 8... relay lens, 6... field lens, 5, 7, 9... beam splinter, 1
1... Objective lens, 12... Mask, 13... Wafer, 14, 17... Condensing lens, 16... Stopper, 18... Photo detector, 19...
...Visual light source, 22...Erector, 24...Eyepiece, 25...Field division prism, 40...
Imaging optical system, 41...1/4 wavelength plate, 50...Dichroic beam splinter, 51...Polarizing beam splinter, 52...Polarizing plate.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 互いに波長が異なる観察光と検出光で物体を
照明する為の光源手段と、前記観察光により前記
物体を観察する観察手段と、前記検出光により前
記物体を検出する検出手段と、前記物体からの光
の光路中に設けた1/4波長板と、前記1/4波長板か
らの光を受ける光学系とを有し、前記光源手段か
らの観察光と検出光を、各々の偏光方向が互いに
直交した状態で前記1/4波長板に入射させ、前記
1/4波長板を介して前記物体を照明し、前記光学
系に含まれている偏光ビームスプリツタとダイク
ロイツクビームスプリツタにより、前記1/4波長
板からの観察光を前記観察手段に導き、前記1/4
波長板からの検出光を前記検出手段に導くことを
特徴とする光学装置。
1. A light source means for illuminating an object with observation light and detection light having different wavelengths, an observation means for observing the object using the observation light, a detection means for detecting the object using the detection light, and a means for detecting the object from the object. a 1/4 wavelength plate provided in the optical path of the light, and an optical system that receives the light from the 1/4 wavelength plate; The beams are incident on the quarter-wave plate in a state perpendicular to each other, and the object is illuminated through the quarter-wave plate, and a polarizing beam splitter and a dichroic beam splitter included in the optical system, The observation light from the 1/4 wavelength plate is guided to the observation means, and the 1/4 wavelength plate
An optical device characterized in that the detection light from the wavelength plate is guided to the detection means.
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