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JPH0415924B2 - - Google Patents
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JPH0415924B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0415924B2
JPH0415924B2 JP58024202A JP2420283A JPH0415924B2 JP H0415924 B2 JPH0415924 B2 JP H0415924B2 JP 58024202 A JP58024202 A JP 58024202A JP 2420283 A JP2420283 A JP 2420283A JP H0415924 B2 JPH0415924 B2 JP H0415924B2
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JP
Japan
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lens group
positive lens
reticle
alignment
light beam
Prior art date
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Application number
JP58024202A
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Japanese (ja)
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JPS59149317A (en
Inventor
Makoto Uehara
Akira Anzai
Kyoichi Suwa
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Nikon Corp
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Nippon Kogaku KK
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Publication date
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Publication of JPH0415924B2 publication Critical patent/JPH0415924B2/ja
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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

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)
  • Lenses (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は投影型露光装置のアライメント光学
系、特に投影対物レンズにより相互に共役となる
べき2つの物体のためのアライメント光学系に関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an alignment optical system for a projection exposure apparatus, and more particularly to an alignment optical system for two objects to be made mutually conjugate by a projection objective.

LSIやVLSI等の製造に用いられる縮小投影型
露光装置において、投影原版としてのレチクルと
ウエハとの位置関係を投影対物レンズを通して観
察又は検知するためのアライメント光学系が、本
願と同一出願人による特開昭57−142612号公報に
て提案されている。このアライメント光学系によ
れば、ウエハの露光領域に悪影響を及ぼすことな
しにウエハ上のアライメントマークとレチクル上
の基準マークとを正確に観察することができ、し
かも焼付サイズの変更すなわちレチクルサイズの
変更によりレチクル上の基準マークの位置が変化
した場合にも、一部の部材の移動によつてレチク
ルとウエハの位置合せを行なうことが可能であつ
た。しかしながら、レチクルサイズの変化に応じ
て一部の部材を移動した場合には、アライメント
光学系により同軸で供給される照明光がウエハ上
のアライメントマークを照明する状態も変化して
しまうため、常に一定の状態にてアライメントマ
ーク像を形成することができなかつた。このため
レチクルサイズが変化した場合にも安定した高精
度でアライメントを行うことが難しかつた。
In a reduction projection type exposure apparatus used for manufacturing LSI, VLSI, etc., an alignment optical system for observing or detecting the positional relationship between a reticle as a projection original and a wafer through a projection objective lens is a patent application filed by the same applicant as the present application. This was proposed in 1987-142612. According to this alignment optical system, it is possible to accurately observe the alignment mark on the wafer and the reference mark on the reticle without adversely affecting the exposure area of the wafer, and in addition, it is possible to change the printed size, that is, to change the reticle size. Even when the position of the reference mark on the reticle changes, the reticle and wafer can be aligned by moving some of the members. However, if some parts are moved in response to changes in reticle size, the state in which the illumination light coaxially supplied by the alignment optical system illuminates the alignment marks on the wafer will also change, so it will always remain constant. It was not possible to form an alignment mark image under these conditions. For this reason, it has been difficult to perform stable and highly accurate alignment even when the reticle size changes.

本発明の目的は、レチクルサイズが変化した場
合にも常に一定の高い精度でレチクルとウエハと
のアライメントを行うことのできるアライメント
光学系を提供することにある。
An object of the present invention is to provide an alignment optical system that can always align a reticle and a wafer with a constant high accuracy even when the reticle size changes.

本発明は、レチクル上のパターンをウエハ上に
投影するための投影対物レンズを介してレチクル
とウエハとの位置合せを行うための投影型露光装
置において、レチクル上の第1物点からの光束を
平行光束に変換する第1正レンズ群と、該第1正
レンズ群からの光束を所定の像面上に集光するた
めの第2正レンズ群と、前記第1正レンズ群と前
記第2正レンズ群との間に配置された光学補正部
材とを有し、前記第1正レンズ群は前記第1物点
とは異なる第2物点からの光束を平行光束に変換
するために移動可能であり、前記光学補正部材は
前記第1正レンズ群の移動量に対して所定の関係
で前記第1正レンズ群と前記第2正レンズ群との
間の光路上を移動可能であり、前記第1正レンズ
群と前記光学補正部材との移動によつて、前記第
2物体の像を前記第1物体の像と同じく前記所定
像面上に形成するとともに、前記第1物体の像を
前記所定像面上に形成する時と前記第2物体の像
を前記所定像面上に形成する時とで前記第1正レ
ンズ群と前記第2正レンズ群及び前記光学補正部
材からなる光学系の入射瞳及び射出瞳の位置を一
定に維持し、該光学系を介して物体面へ照明光を
供給する照明手段を設けるとともに、該光学系の
入射瞳と共役な位置に配置された矩形開口を設
け、該矩形開口の長手方向が前記第1正レンズ群
の移動方向の光学的に一致する方向としたもので
ある。アライメント光学系として基本的には本願
と同一出願人による特願昭57−34366号にて提案
した二重共役維持光学系を採用しており、この構
成において、さらに光源手段に矩形開口絞りを組
合せたものである。すなわち、レチクル上のパタ
ーンをウエハ上に投影するための投影対物レンズ
を介してレチクルとウエハとの位置合せを行うた
めの投影型露光装置のアライメント光学系におい
て、複数のレンズ群からなるアフオーカル系と該
アフオーカル系の両側に共軸配置された2つの正
レンズ群と、該アフオーカル系及び該2つの正レ
ンズ群を介して物体面へ照明光を供給するための
光源手段とを設け、該2つの正レンズ群のうちの
レチクル側正レンズ群と該アフオーカル系とを前
記光源手段に対して移動可能に構成すると共に、
前記光源手段に矩形開口を設け、該矩形開口の長
手方向が、前記レチクル側正レンズ群のレチクル
側焦点が該レチクル上で移動可能な方向に対応す
る構成としたものである。
The present invention provides a projection exposure apparatus for aligning a reticle and a wafer through a projection objective lens for projecting a pattern on a reticle onto a wafer. a first positive lens group for converting into a parallel light beam; a second positive lens group for condensing the light beam from the first positive lens group onto a predetermined image plane; the first positive lens group and the second positive lens group; and an optical correction member disposed between the first positive lens group and the first positive lens group, the first positive lens group being movable in order to convert a light beam from a second object point different from the first object point into a parallel light beam. The optical correction member is movable on the optical path between the first positive lens group and the second positive lens group in a predetermined relationship with respect to the amount of movement of the first positive lens group, and By moving the first positive lens group and the optical correction member, an image of the second object is formed on the predetermined image plane in the same manner as the image of the first object, and an image of the first object is formed on the predetermined image plane. an optical system including the first positive lens group, the second positive lens group, and the optical correction member when forming an image of the second object on the predetermined image plane and when forming an image of the second object on the predetermined image plane; An illumination means is provided that maintains the positions of the entrance pupil and the exit pupil constant and supplies illumination light to the object surface through the optical system, and a rectangular aperture arranged at a position conjugate with the entrance pupil of the optical system. The longitudinal direction of the rectangular aperture optically coincides with the moving direction of the first positive lens group. The alignment optical system basically employs the double conjugate maintaining optical system proposed in Japanese Patent Application No. 57-34366 by the same applicant as the present application, and in this configuration, a rectangular aperture diaphragm is further combined with the light source means. It is something that In other words, in the alignment optical system of a projection exposure apparatus that aligns a reticle and a wafer through a projection objective lens for projecting a pattern on a reticle onto a wafer, an afocal system consisting of a plurality of lens groups and an afocal system are used. Two positive lens groups coaxially arranged on both sides of the afocal system, and a light source means for supplying illumination light to the object plane via the afocal system and the two positive lens groups, The reticle-side positive lens group of the positive lens group and the afocal system are configured to be movable with respect to the light source means, and
The light source means is provided with a rectangular opening, and the longitudinal direction of the rectangular opening corresponds to the direction in which the reticle-side focal point of the reticle-side positive lens group can move on the reticle.

以下、図面に基づいて本発明を説明する。 The present invention will be explained below based on the drawings.

第1図は本発明によるアライメント光学系の基
本構成図である。投影対物レンズL50に関してウ
エハWとレチクルRとが所定の倍率で共役位置に
配置されており、レチクルRは図示なき主照明光
学系によつて均一に照明され、レチクルR上のパ
ターンがウエハW上に投影焼付される。投影対物
レンズL50は等価的に2つの正レンズ群L51とL52
及び両者の間に設けられた絞りS50とから成つて
いる。投影対物レンズL50は通常、ウエハW側で
テレセントリツク系になるよう設計されており、
このために絞りS50はウエハ側正レンズ群L51の焦
点上に配置されている。このような投影対物レン
ズL50を通して、ウエハWとレチクルRとの位置
の整合状態を観察或は測定するのが本発明による
アライメント光学系である。このアライメント光
学系は第1正レンズ群L10、負レンズL21と正レン
ズL22とからなるアフオーカル系L20、第2正レン
ズ群L40及び第3の正レンズ群L60及び矩形絞り7
0によつて形成された矩形開口70aからなつて
いる。ここで、矩形開口70aの長手方向は、投
影対物レンズL50の光軸A×1を含む面内すなわ
ち光軸A×1の子午面内にあり、またレチクルR
は第1正レンズ群L10の前側焦点位置に合致して
配置されている。また第2正レンズ群L40の像側
ではテレセントリツクである。そして、第3正レ
ンズ群L60は矩形開口70からの光束を平行光束
として供給するためのものである。ウエハW上の
アライメントマークWm及びレチクルR上の基準
マークRmは所定の露光パターンの周縁部に設け
られているため、アライメント光学系の光軸A×
2は投影対物レンズL50の光軸A×1とは図示の
とおり、基準マークRmのレチクルR中心からの
距離だけずれて配置されている。第1図Aではア
ライメント光学系の瞳についての共役関係を表わ
す光線を示しており、アライメント光学系のレチ
クルR側瞳位置が投影対物レンズL50の入射瞳位
置に合致している。すなわち、第3正レンズ群
L60、第2正レンズ群L12、アフオーカル系L20
第1正レンズ群L10を通して、矩形開口70a上
の光源Eの像E′が投影対物レンズL50の入射瞳位
置に形成され、投影対物レンズL50の絞りS50の位
置に光源像E″が形成され、いわゆるケーラー照
明がなされている。投影対物レンズL50とアライ
メント光学系とが偏心しているため、光源Eもア
ライメント光学系の光軸A×2から偏心して配置
され、このため第2正レンズ群L40の像側では厳
密にはテレセントリツクではなく、光軸に対して
やや角度を有する平行光束系となつている。第1
図Bではアライメント光学系についての物体すな
わちレチクルR上の基準マークRmについての共
役関係を表わす光線を示しており、レチクルR上
の基準マークRmと第2正レンズ群L40の後側焦
点位置に形成される基準マークの像R′mとの結像
の様子が分る。第3正レンズ群L60の焦点が基準
マーク像R′mの位置に合致しており、第3正レン
ズ群L60の矩形絞り70側は平行系になつている。
基準マークRmの位置には投影対物レンズL50
よつてウエハW上のアライメントマークWmの像
が投影されており、基準マークの像R′mの位置に
はウエハW上のアライメントマークWmの二次像
も形成され、これらの像よりウエハWとレチクル
Rとの位置整合の状態が観察及び測定される。
FIG. 1 is a basic configuration diagram of an alignment optical system according to the present invention. The wafer W and the reticle R are arranged at a conjugate position with a predetermined magnification with respect to the projection objective lens L50 , and the reticle R is uniformly illuminated by a main illumination optical system (not shown), so that the pattern on the reticle R is aligned with the wafer W. The projection is printed on top. The projection objective L 50 equivalently consists of two positive lens groups L 51 and L 52
and a diaphragm S50 provided between the two. The projection objective L 50 is usually designed to be telecentric on the wafer W side.
For this purpose, the diaphragm S50 is arranged on the focal point of the wafer-side positive lens group L51 . The alignment optical system according to the present invention observes or measures the state of alignment between the positions of the wafer W and the reticle R through such a projection objective lens L50 . This alignment optical system includes a first positive lens group L 10 , an afocal system L 20 consisting of a negative lens L 21 and a positive lens L 22 , a second positive lens group L 40 , a third positive lens group L 60 , and a rectangular aperture 7
It consists of a rectangular opening 70a formed by 0. Here, the longitudinal direction of the rectangular aperture 70a is within a plane containing the optical axis A×1 of the projection objective lens L50 , that is, within the meridian plane of the optical axis A×1, and the reticle R
is arranged to match the front focal position of the first positive lens group L10 . Furthermore, the second positive lens group L40 is telecentric on the image side. The third positive lens group L60 is for supplying the light beam from the rectangular aperture 70 as a parallel light beam. Since the alignment mark Wm on the wafer W and the reference mark Rm on the reticle R are provided at the periphery of a predetermined exposure pattern, the optical axis A× of the alignment optical system
2 is disposed offset from the optical axis A×1 of the projection objective lens L 50 by the distance from the center of the reticle R of the reference mark Rm, as shown. FIG. 1A shows light rays representing a conjugate relationship with respect to the pupil of the alignment optical system, and the position of the pupil on the reticle R side of the alignment optical system matches the entrance pupil position of the projection objective L 50 . That is, the third positive lens group
L 60 , second positive lens group L 12 , afocal system L 20 ,
Through the first positive lens group L10 , an image E' of the light source E on the rectangular aperture 70a is formed at the entrance pupil position of the projection objective L50 , and a light source image E'' at the position of the aperture S50 of the projection objective L50 . is formed, resulting in so-called Koehler illumination.Since the projection objective lens L50 and the alignment optical system are decentered, the light source E is also placed decentered from the optical axis A×2 of the alignment optical system. On the image side of the positive lens group L 40 , it is not strictly telecentric, but is a parallel beam system having a slight angle with respect to the optical axis.
Figure B shows a light ray representing a conjugate relationship with respect to the object for the alignment optical system, that is, the reference mark Rm on the reticle R, and the reference mark Rm on the reticle R and the rear focal position of the second positive lens group L 40 . It can be seen how the formed reference mark forms an image with the image R′m. The focal point of the third positive lens group L 60 coincides with the position of the reference mark image R'm, and the rectangular aperture 70 side of the third positive lens group L 60 is a parallel system.
An image of the alignment mark Wm on the wafer W is projected at the position of the reference mark Rm by a projection objective lens L50 , and an image of the alignment mark Wm on the wafer W is projected at the position of the reference mark image R′m. Subsequent images are also formed, and the state of alignment between the wafer W and the reticle R is observed and measured from these images.

このアライメント光学系において、レチクル
R、投影対物レンズL50及びウエハWがアライメ
ント光学系に対して相対的に移動する場合には、
第1正レンズ群L10を同量だけ移動して第1正レ
ンズ群L10の前側焦点をレチクルR上に合致させ
るとともに、アフオーカル系L20を連動させるこ
とによつて、レチクルの像R′mを一定位置に形成
できるとともに、レチクルRから一定位置に瞳像
すなわち光源像E′を形成することができる。
In this alignment optical system, when the reticle R, projection objective lens L 50 and wafer W move relative to the alignment optical system,
By moving the first positive lens group L10 by the same amount and aligning the front focus of the first positive lens group L10 with the reticle R, and by interlocking the afocal system L20 , the reticle image R' m can be formed at a fixed position, and a pupil image, that is, a light source image E' can be formed at a fixed position from the reticle R.

ここで、アフオーカル系L20を形成する負レン
ズL31及び正レンズL22の焦点距離をそれぞれf2
f3とし、第1正レンズ群L10の光軸方向での移動
量を△dt、アフオーカル系L20の光軸方向での移
動量を△d3とするとき、 △dt=(1−f22/f23)△d3 ……(1) の関係を満足するように、第1正レンズ群L10
アフオーカル系L20とが連動することについては、
先の特願昭57−34366号にて説明したとおりであ
る。アフオーカル系L20を2つの正レンズによつ
て構成する場合にも同様であることも先に述べた
とおりである。また、第1図中において、アライ
メント光の光軸(A×2)に対して投影対物レン
ズL50の光軸(A×1)の距離が変化する場合に
は、矩形開口70aの長手方向が投影対物レンズ
の光軸(A×1)の子午面に一致するため、常に
一定の開口幅による照明状態が維持され得る。従
つて、上記のごとき構成によればレチクルR、ウ
エハW及び投影対物レンズの位置がアライメント
系に対して相対的に変化しても、常に一定位置に
てレチクルとウエハとの整合状態を観察及び測定
することができるとともに常にケーラー照明を維
持することが可能である。ここでレチクルR上の
基準マークRmの像R′m及びウエハW上のアライ
メントマークWmの像は、第1図Bで示される平
行光束中すなわち、第1正レンズ群L10とアフオ
ーカル系L20との間若しくはアフオーカル系L20
第2正レンズ群L12との間に、又は第2正レンズ
群L12の像側に半透過鏡を挿入して取り出すこと
ができる。
Here, the focal lengths of the negative lens L 31 and the positive lens L 22 forming the afocal system L 20 are respectively f 2 ,
f 3 , the amount of movement of the first positive lens group L 10 in the optical axis direction is △dt, and the amount of movement of the afocal system L 20 in the optical axis direction is △d 3 , then △dt = (1 - f 2 / 2 / f2 / 3 )△ d3 ...(1) Regarding the interlocking of the first positive lens group L10 and the afocal system L20 ,
This is as explained in the previous patent application No. 57-34366. As mentioned above, the same applies to the case where the afocal system L 20 is composed of two positive lenses. In addition, in FIG. 1, when the distance of the optical axis (A x 1) of the projection objective lens L 50 changes with respect to the optical axis (A x 2) of the alignment light, the longitudinal direction of the rectangular aperture 70a changes. Since it coincides with the meridian plane of the optical axis (A×1) of the projection objective lens, an illumination state with a constant aperture width can be maintained at all times. Therefore, with the above configuration, even if the positions of the reticle R, wafer W, and projection objective lens change relative to the alignment system, the state of alignment between the reticle and wafer can always be observed and maintained at a constant position. It is possible to maintain Koehler illumination at all times while being able to perform measurements. Here, the image R′m of the reference mark Rm on the reticle R and the image of the alignment mark Wm on the wafer W are in the parallel light beam shown in FIG. 1B, that is, the first positive lens group L 10 and the afocal system L 20 A semi-transmissive mirror can be inserted and taken out between the afocal system L20 and the second positive lens group L12 , or on the image side of the second positive lens group L12 .

第2図及び第3図は本発明による投影型露光装
置用アライメント光学系の実施例の概略構成図で
あり、第2図A及び第3図Aは同一実施例におい
て、レチクルRの大きさ(露光領域の大きさ)が
異なる場合を示しており、第2図B及び第3図B
は投影対物レンズの入射瞳について、また第2図
C及び第3図Cは、光源部の開口面についての説
明図である。図中、第1図と同一の機能を有する
部材には同一の符号をつけた。本実施例では、第
1正レンズ群L10と反射鏡M10とを対物レンズ鏡
筒10により一体的に設け、対物レンズ鏡筒10
をレチクルRと平行に光軸にそつて移動可能に設
けている。そして、2つのレンズ群L21,L22とに
よつて構成されるアフオーカル系L20を一体的に
有するアフオーカル鏡筒20は、対物レンズ鏡筒
10と連動して光軸にそつて移動可能である。ウ
エハWとレチクルRとは投影対物レンズL50に関
して共役に配置されており、図示なき主照明装置
から供給される照明光50によつて、レチクルR
上のパターンがウエハW上に投影される。ウエハ
W上のアライメントマークWmとレチクルR上の
基準マークRmとの像が、反射鏡M10、第1正レ
ンズ群L10、アフオーカル系L20、第2正レンズ群
L40及び半透過鏡M20を介して撮像管6の撮像面
6aに形成される。一方、矩形開口70a上の光
源からの光束は第3正レンズ群L60を介し、反射
鏡M30、半透過鏡M20で反射され、レチクルR及
びウエハWに達し第2正レンズ群L40、アフオー
カル系L20、第1正レンズ群L10、反射鏡M10によ
り光源Eの像E″が投影対物レンズL50の絞りS50
位置に投影され、ケーラー照明がなされる。
2 and 3 are schematic configuration diagrams of an embodiment of the alignment optical system for a projection exposure apparatus according to the present invention, and FIGS. 2A and 3A show the same embodiment, with the size of the reticle R ( Fig. 2B and Fig. 3B show cases where the exposure area size) is different.
is an explanatory diagram of the entrance pupil of the projection objective lens, and FIGS. 2C and 3C are explanatory diagrams of the aperture plane of the light source section. In the figure, members having the same functions as those in FIG. 1 are given the same reference numerals. In this embodiment, the first positive lens group L 10 and the reflecting mirror M 10 are integrally provided by the objective lens barrel 10.
is provided so as to be movable along the optical axis parallel to the reticle R. The afocal lens barrel 20, which integrally has an afocal system L20 constituted by two lens groups L21 and L22 , is movable along the optical axis in conjunction with the objective lens barrel 10. be. The wafer W and the reticle R are arranged conjugately with respect to the projection objective lens L 50 , and the reticle R is illuminated by illumination light 50 supplied from a main illumination device (not shown).
The upper pattern is projected onto the wafer W. The images of the alignment mark Wm on the wafer W and the reference mark Rm on the reticle R are captured by the reflecting mirror M 10 , the first positive lens group L 10 , the afocal system L 20 , and the second positive lens group
It is formed on the imaging surface 6a of the imaging tube 6 via L 40 and the semi-transmissive mirror M 20 . On the other hand, the light beam from the light source on the rectangular aperture 70a passes through the third positive lens group L60 , is reflected by the reflecting mirror M30 and the semi-transparent mirror M20 , reaches the reticle R and the wafer W, and is transferred to the second positive lens group L40. , the afocal system L 20 , the first positive lens group L 10 , and the reflecting mirror M 10 project an image E'' of the light source E onto the position of the aperture S 50 of the projection objective lens L 50 to perform Köhler illumination.

このような構成において、レチクルRがより大
きな別のレチクルR′と交換され、アライメント
用基準マークRmの位置が変わつた場合には、第
3図Aに示したごとく対物レンズ鏡筒10を移動
して第1正レンズ群L10の前側焦点に基準マーク
Rmが位置するようにするとともに、アフオーカ
ル鏡筒20を上記の(1)式を満たすように連動させ
ることによつて、他の部材を何ら移動させること
なく撮像管6の撮像面6a上に基準マークRmの
像R′m及びウエハW上のアライメントマークWm
の像を形成することができ、また、矩形開口70
a上の光源Eの像E″を投影対物レンズL50の絞り
位置に形成することができ、ケーラー照明を完全
に維持することができる。
In such a configuration, when the reticle R is replaced with another larger reticle R' and the position of the alignment reference mark Rm changes, the objective lens barrel 10 is moved as shown in FIG. 3A. Place the reference mark at the front focus of the first positive lens group L10.
Rm, and by interlocking the afocal lens barrel 20 so as to satisfy the above formula (1), the standard can be placed on the imaging surface 6a of the imaging tube 6 without moving any other members. Image R′m of mark Rm and alignment mark Wm on wafer W
can form an image of the rectangular aperture 70.
An image E'' of the light source E on a can be formed at the aperture position of the projection objective L 50 , and the Köhler illumination can be completely maintained.

ここで、光源部に設けられたスリツト状の矩形
絞り70によつて形成される矩形開口70aは、
その長手方向が第1正レンズ群L10の焦点位置の
移動方向、すなわちここではレチクルRの半径方
向に対応するように配置されており、これによつ
て、矩形開口70aの像が、投影対物レンズL50
の入射瞳位置にてその長手方向が子午方向に一致
するように形成される。第2図B及び第3図Bは
それぞれ投影対物レンズL50の入射瞳面を示して
おり、入射瞳IEに重複して光源部の開口面の像
IF′と矩形開口部70aの像70a′が形成されて
いる。
Here, the rectangular opening 70a formed by the slit-shaped rectangular diaphragm 70 provided in the light source section is
It is arranged so that its longitudinal direction corresponds to the movement direction of the focal position of the first positive lens group L10 , that is, the radial direction of the reticle R in this case, so that the image of the rectangular aperture 70a is Lens L 50
It is formed so that its longitudinal direction coincides with the meridian direction at the entrance pupil position. Figures 2B and 3B respectively show the entrance pupil plane of the projection objective L50 , and the image of the aperture plane of the light source overlaps the entrance pupil IE .
I F ' and an image 70a' of the rectangular opening 70a is formed.

また、第2図C及び第3図Cはそれぞれ光源部
の開口面を示しており、開口面IFの中に矩形開口
部70aが存在し、これに重複して投影対物レン
ズL50の入射瞳の像IE′が形成される。各図におい
て照明光の存在する領域を斜線にて示した。
Further, FIG. 2C and FIG. 3C each show the aperture plane of the light source section, and a rectangular aperture 70a exists in the aperture plane I F , and the projection objective lens L 50 is incident on the rectangular aperture 70a. A pupil image I E ' is formed. In each figure, the area where illumination light is present is indicated by diagonal lines.

第2図の構成はレチクルRが小さい場合であ
り、第3図の構成はレチクルR′が第2図のレチ
クルRより大きい場合を示している。各図に示さ
れたごとく、レチクルサイズの変化に伴なつて、
アライメント系中の対物レンズ鏡筒10及びアフ
オーカル鏡筒20が移動すると、投影対物レンズ
L50の入射瞳面においては、入射瞳IEに対して光
源部の矩形開口像70a′がその長手方向で移動
し、他方、光源部の開口面においては、投影対物
レンズL50の入射瞳像IE′が矩形開口70a上を矩
形開口70aの長手方向に移動する。従つて、投
影対物レンズL50の入射瞳面においても、アライ
メント系の開口面においても、矩形開口70a又
はその像70a′と投影対物レンズの入射瞳IE又は
その像IE′とが、矩形開口70aの長手方向で相
対的に移動するのみであり、このため、投影対物
レンズL50を通してウエハW上のアライメントマ
ークWmを照明する状態にはほとんど変化が生じ
ない。なぜならば、第2図B及び第3図Bに示さ
れるごとく、入射瞳IEの直径φEと矩形開口像70
a′の幅Dとの比、D/φEは常に一定に保たれてお
り、このことは矩形開口の幅方向におけるシグマ
値(投影対物レンズのN.A.に対する照明系のN.
A.の比:σ)が一定であることに等しいからで
ある。尚、矩形開口の長手方向については、シグ
マ値が常に1よりかなり大きく、アライメント光
学系の移動によつてもこの方向の照明状態はほと
んど変化しない。そして、このような構成におい
ては、矩形絞り70により形成されるスリツト状
矩形開口70aの幅を変えることにより、この幅
方向でのシグマ値を変えることが可能である。
The configuration in FIG. 2 is for a case where the reticle R is small, and the configuration in FIG. 3 is for a case where the reticle R' is larger than the reticle R in FIG. As shown in each figure, as the reticle size changes,
When the objective lens barrel 10 and the afocal lens barrel 20 in the alignment system move, the projection objective lens
In the entrance pupil plane of L 50 , the rectangular aperture image 70a' of the light source moves in its longitudinal direction with respect to the entrance pupil IE , while in the aperture plane of the light source, the entrance pupil of the projection objective L 50 The image I E ' moves over the rectangular opening 70a in the longitudinal direction of the rectangular opening 70a. Therefore, both in the entrance pupil plane of the projection objective L50 and in the aperture plane of the alignment system, the rectangular aperture 70a or its image 70a' and the entrance pupil IE of the projection objective or its image IE ' are rectangular. It only moves relatively in the longitudinal direction of the aperture 70a, and therefore there is almost no change in the state of illuminating the alignment mark Wm on the wafer W through the projection objective lens L50 . This is because, as shown in FIGS. 2B and 3B, the diameter φ E of the entrance pupil I E and the rectangular aperture image 70
The ratio of a' to the width D, D/φ E , is always kept constant, which means that the sigma value in the width direction of the rectangular aperture (the N of the illumination system relative to the NA of the projection objective).
This is because the ratio of A.:σ) is constant. Note that in the longitudinal direction of the rectangular aperture, the sigma value is always much larger than 1, and the illumination state in this direction hardly changes even when the alignment optical system is moved. In such a configuration, by changing the width of the slit-like rectangular opening 70a formed by the rectangular diaphragm 70, it is possible to change the sigma value in the width direction.

第4図は第2図A及び第3図Aに用いられる光
源部の概略構成を示す斜視図であり、光源71か
らの光束は集光レンズ72によりほぼ平行光束と
なり、第2の集光レンズにより矩形絞り70上に
集光され、矩形絞り70上に光源の拡大像が形成
される。尚、光源部の構成としては、第5図に示
すごとく、光源71からの光束を集光レンズ72
により集光した後、オプテイカルフアイバー束7
4により導く構成とし、オプテイカルフアイバー
74の射出側部分74aを矩形状にし、その射出
端70a′により実質的な矩形開口を形成する構成
とすることも可能である。
FIG. 4 is a perspective view showing a schematic configuration of the light source section used in FIGS. 2A and 3A, in which a light beam from a light source 71 becomes a substantially parallel beam by a condensing lens 72, and a second condensing lens The light is focused onto the rectangular diaphragm 70, and an enlarged image of the light source is formed on the rectangular diaphragm 70. As shown in FIG.
After the light is focused by the optical fiber bundle 7
4, the exit side portion 74a of the optical fiber 74 may be rectangular, and the exit end 70a' may form a substantially rectangular opening.

上記のごとき本発明によるアライメント光学系
の構成によれば、矩形開口の長手方向がレチクル
の半径方向、すなわち子午面に対応して設けられ
ており、半径方向に垂直なサジツタル方向でのシ
グマ値が一定に保たれているため、レチクル上に
設けられる基準マーク及びウエハ上のアライメン
トマークを半径方向の直線状に、すなわちそれぞ
れ子午方向の直線にそつて放射状に設けるなら
ば、これらの像を常に一定の解像力で形成するこ
とができる。第6図は半径方向の3つの基準マー
クRx,Ry,Rθが互いに直交する方向で設けられ
たレチクルの平面図であり、第7図は同じく半径
方向のアライメントマークWx,Wy,Wθが設け
られたウエハの平面図である。これらのレチクル
とウエハとの相対的位置合せは第8図の平面図に
示すごとく、レチクルR上の3つの基準マーク
Rx,Ry,Rθに対して、それぞれ光軸を直交して
設けられた3つのアライメント光学系により、達
成される。すなわち、上記3つの基準マークにつ
いて、投影対物レンズを介してウエハ上の各アラ
イメントマークとの位置合せを行なうことによつ
て、レチクルとウエハとを所定の関係に配置する
ことができる。そして、レチクルが有効領域の小
さなものに交換され、第8図中にて点線で示した
ごとくレチクル上の基準マークRx′,Ry′,Rθ′が
より中心に移動した場合には、3つのアライメン
ト系それぞれにおいて、前述したごとく、対物レ
ンズ鏡筒10及びアフオーカル鏡筒20がレチク
ルRの半径方向に移動して、レチクルの交換前と
同一の照明状態が維持される。すなわち、それぞ
れのアライメント系において、矩形絞り70によ
つて形成される矩形開口70aの長手方向(第8
図中では紙面に垂直な方向)がレチクルRの半径
方向、すなわち投影対物レンズL50の子午面に一
致しているため、投影対物レンズL50のサジツタ
ル方向でのシグマ値が一定であり、半径方向の各
マークの像は常に一定の解像力で形成される。こ
のようにして、x方向、y方向及び回転に対して
レチクルとウエハとは完全に位置合せされる。
尚、アライメント系としてはx方向、y方向及び
回転のために3つの系を設けたが、x方向及びy
方向の一方にて回転量をも検出することとすれば
2つのアライメント系のみでも、ウエハとレチク
ルとの位置合せは可能である。
According to the configuration of the alignment optical system according to the present invention as described above, the longitudinal direction of the rectangular aperture is provided corresponding to the radial direction of the reticle, that is, the meridional plane, and the sigma value in the sagittal direction perpendicular to the radial direction is Since the images are kept constant, if the reference marks on the reticle and the alignment marks on the wafer are placed in a radial straight line, that is, radially along the meridian line, these images will always be kept constant. can be formed with a resolution of Fig. 6 is a plan view of a reticle in which three radial reference marks Rx, Ry, and Rθ are provided in mutually orthogonal directions, and Fig. 7 is a plan view of a reticle in which three radial alignment marks Wx, Wy, and Wθ are provided in directions perpendicular to each other. FIG. The relative positioning of these reticles and the wafer is determined by the three reference marks on the reticle R, as shown in the plan view of Figure 8.
This is achieved by three alignment optical systems installed perpendicularly to the optical axes of Rx, Ry, and Rθ. That is, by aligning the three reference marks with each alignment mark on the wafer through the projection objective lens, the reticle and the wafer can be arranged in a predetermined relationship. If the reticle is replaced with one with a smaller effective area and the reference marks Rx', Ry', and Rθ' on the reticle move to the center as shown by the dotted lines in FIG. In each system, as described above, the objective lens barrel 10 and the afocal lens barrel 20 move in the radial direction of the reticle R to maintain the same illumination state as before the reticle was replaced. That is, in each alignment system, the rectangular opening 70a formed by the rectangular diaphragm 70 is
In the figure, the direction perpendicular to the plane of the paper) coincides with the radial direction of the reticle R, that is, the meridian plane of the projection objective L 50 , so the sigma value in the sagittal direction of the projection objective L 50 is constant, and the radius The image of each mark in the direction is always formed with a constant resolution. In this way, the reticle and wafer are perfectly aligned in the x, y, and rotational directions.
In addition, three alignment systems were provided for the x direction, y direction, and rotation;
If the amount of rotation is also detected in one of the directions, the wafer and reticle can be aligned with only two alignment systems.

以上のごとき構成のアライメント光学系によれ
ば、レチクルサイズが変わつた場合にも、一部の
部材を移動させるだけで、一定位置にてレチクル
の基準マークとウエハのアライメントマークとの
両者の像を形成できるとともに、常にケーラー照
明の状態を維持することができ、しかも矩形開口
絞りの幅方向でのシグマ値を一定に保つことが可
能である。従つて、例えばレチクル上の半径方向
の基準マークとウエハ上の半径方向のアライメン
トマークとの両者の像を常に一定の高い解像力で
形成することができ、常に高い精度の位置合せが
可能である。
According to the alignment optical system configured as described above, even when the reticle size changes, images of both the reticle reference mark and the wafer alignment mark can be maintained at a fixed position by simply moving some of the members. It is possible to form a rectangular aperture stop, maintain a Kohler illumination state at all times, and keep the sigma value constant in the width direction of the rectangular aperture stop. Therefore, for example, images of both the radial reference mark on the reticle and the radial alignment mark on the wafer can be formed with constant high resolution, and alignment with high precision is always possible.

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

第1図は本発明によるアライメント光学系の基
本構成図、第2図A及び第3図Aは本発明の実施
例の概略構成図であり、第2図B及び第3図Bは
投影対物レンズの入射瞳の説明図、第2図C及び
第3図Cは光源部の開口面の説明図、第4図及び
第5図は光源部の実施例を示す斜視図、第6図及
び第7図はそれぞれ実施例に用いたレチクル及び
ウエハの平面図、第8図は本発明によるアライメ
ント光学系を用いた投影型露光装置の概略平面図
である。 主要部分の符号の説明、R……レチクル、W…
…ウエハ、L50……投影対物レンズ、L10……第1
正レンズ群、L20……アフオーカル系、L40……第
2正レンズ群、70……矩形開口絞り、70a…
…矩形開口。
FIG. 1 is a basic configuration diagram of an alignment optical system according to the present invention, FIGS. 2A and 3A are schematic configuration diagrams of an embodiment of the present invention, and FIGS. 2B and 3B are projection objective lenses. FIGS. 2C and 3C are explanatory diagrams of the aperture of the light source section, FIGS. 4 and 5 are perspective views showing examples of the light source section, and FIGS. 6 and 7 The figures are plan views of a reticle and a wafer used in Examples, respectively, and FIG. 8 is a schematic plan view of a projection exposure apparatus using an alignment optical system according to the present invention. Explanation of symbols of main parts, R...Reticle, W...
...Wafer, L 50 ...Projection objective, L 10 ...First
Positive lens group, L 20 ... Affocal system, L 40 ... Second positive lens group, 70 ... Rectangular aperture diaphragm, 70a...
...Rectangular opening.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 レチクル上のパターンをウエハ上に投影する
ための投影対物レンズを介してレチクルとウエハ
との位置合せを行うための投影型露光装置におい
て、レチクル上の第1物点からの光束を平行光束
に変換する第1正レンズ群と、該第1正レンズ群
からの光束を所定の像面上に集光するための第2
正レンズ群と、前記第1正レンズ群と前記第2正
レンズ群との間に配置された光学補正部材とを有
し、前記第1正レンズ群は前記第1物点とは異な
る第2物点からの光束を平行光束に変換するため
に移動可能であり、前記光学補正部材は前記第1
正レンズ群の移動量に対して所定の関係で前記第
1正レンズ群と前記第2正レンズ群との間の光路
上を移動可能であり、前記第1正レンズ群と前記
光学補正部材との移動によつて、前記第2物体の
像を前記第1物体の像と同じく前記所定像面上に
形成するとともに、前記第1物体の像を前記所定
像面上に形成する時と前記第2物体の像を前記所
定像面上に形成する時とで前記第1正レンズ群と
前記第2正レンズ群及び前記光学補正部材からな
る光学系の入射瞳及び射出瞳の位置を一定に維持
し、該光学系を介して物体面へ照明光を供給する
照明手段を設けるとともに、該光学系の入射瞳と
共役な位置に配置された矩形開口を設け、該矩形
開口の長手方向が前記第1正レンズ群の移動方向
と光学的に一致する方向であることを特徴とする
投影型露光装置のアライメント光学系。 2 前記光学補正部材は前記第1正レンズ群から
の平行光束を前記第2正レンズ群へ向けて平行光
束として導くために一体的に移動可能に設けられ
た2つの光学要素を有していることを特徴とする
特許請求の範囲第1項記載の投影型露光装置のア
ライメント光学系。 3 前記光学補正部材の2つの光学要素は、互い
の焦点距離の差だけ隔てて配置されたレンズから
なるアフオーカル系であることを特徴とする特許
請求の範囲第2項記載の投影型露光装置のアライ
メント光学系。
[Claims] 1. In a projection exposure apparatus for aligning a reticle and a wafer through a projection objective lens for projecting a pattern on a reticle onto a wafer, from a first object point on the reticle; a first positive lens group for converting the light beam into a parallel light beam, and a second positive lens group for condensing the light beam from the first positive lens group onto a predetermined image plane.
a positive lens group; and an optical correction member disposed between the first positive lens group and the second positive lens group, and the first positive lens group has a second object point different from the first object point. The optical correction member is movable in order to convert the light beam from the object point into a parallel light beam, and the optical correction member
is movable on an optical path between the first positive lens group and the second positive lens group in a predetermined relationship with respect to the amount of movement of the positive lens group, and the first positive lens group and the optical correction member , the image of the second object is formed on the predetermined image plane in the same manner as the image of the first object, and the image of the first object is formed on the predetermined image plane and the image of the second object is formed on the predetermined image plane. Maintaining constant positions of an entrance pupil and an exit pupil of an optical system including the first positive lens group, the second positive lens group, and the optical correction member when forming images of two objects on the predetermined image plane. An illumination means for supplying illumination light to the object plane through the optical system is provided, and a rectangular aperture is provided at a position conjugate with the entrance pupil of the optical system, and the longitudinal direction of the rectangular aperture is aligned with the An alignment optical system for a projection exposure apparatus, characterized in that the direction optically matches the moving direction of a first positive lens group. 2. The optical correction member has two optical elements that are integrally movable in order to guide the parallel light beam from the first positive lens group toward the second positive lens group as a parallel light beam. An alignment optical system for a projection exposure apparatus according to claim 1. 3. The projection exposure apparatus according to claim 2, wherein the two optical elements of the optical correction member are an afocal system consisting of lenses arranged apart by a difference in focal length from each other. Alignment optics.
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