JPH08167550A - Position detecting device - Google Patents
Position detecting deviceInfo
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- JPH08167550A JPH08167550A JP6307614A JP30761494A JPH08167550A JP H08167550 A JPH08167550 A JP H08167550A JP 6307614 A JP6307614 A JP 6307614A JP 30761494 A JP30761494 A JP 30761494A JP H08167550 A JPH08167550 A JP H08167550A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体ウエハ等
の被検基板上の周期的な位置合わせ用マークの位置を検
出する際に自動的にその被検基板を合焦状態にするオー
トフォーカス機能付きの位置検出装置に関し、特に露光
装置に装着されるアライメント系、又は被検基板上の周
期的な位置合わせ用マークの観察を行う顕微鏡等に適用
して好適なものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an autofocus system for automatically bringing a substrate under test into a focused state when detecting the position of a periodic alignment mark on the substrate under test such as a semiconductor wafer. The present invention relates to a position detection device with a function, and is particularly suitable for application to an alignment system mounted on an exposure device, a microscope for observing periodic alignment marks on a substrate to be inspected, or the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体素子、又は液晶表示素子等を製造
する際に、マスクとしてのレチクルのパターンを感光材
料が塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上の各
ショット領域に焼き付けるためにステッパー等の露光装
置が使用されている。斯かる露光装置では、ウエハ上に
多数層の回路パターンを形成する際の各層間の重ね合わ
せ精度を所定の許容範囲内に維持するために、ウエハ上
の各ショット領域に付設されている位置合わせ用のマー
ク（ウエハマーク）の位置を検出し、この検出結果に基
づいて対応するショット領域を正確に露光位置に合わせ
込むためのアライメント装置が備えられている。2. Description of the Related Art When manufacturing a semiconductor device, a liquid crystal display device, or the like, a stepper or the like is used to print a pattern of a reticle as a mask on each shot area on a wafer (or glass plate, etc.) coated with a photosensitive material. Exposure apparatus is used. In such an exposure apparatus, in order to maintain the overlay accuracy between layers when forming a multi-layer circuit pattern on a wafer within a predetermined allowable range, alignment positions attached to each shot area on the wafer are aligned. An alignment device is provided for detecting the position of the mark (wafer mark) for use and accurately aligning the corresponding shot area with the exposure position based on the detection result.
【０００３】ところが、ウエハの表面には、製造時の反
り、又は各種のプロセスを経ること等による凹凸がある
ため、従来よりアライメント装置には、検出対象とする
ウエハマークの高さが検出用の対物レンズの合焦点と合
致したかどうかを検出する合焦点検出装置が備えられ、
この検出結果に基づいてオートフォーカス方式でウエハ
マークの合焦を行っている。However, since the surface of the wafer has unevenness due to warpage during manufacturing or through various processes, the alignment apparatus has conventionally been used to detect the height of a wafer mark to be detected. A focus detection device is provided to detect whether or not it matches the focus of the objective lens,
The wafer mark is focused by the autofocus method based on the detection result.
【０００４】従来の合焦点検出装置では、例えば特開昭
６３−９０８２５号公報に開示されているように、検出
対象とするマークに焦点合わせ用マークの像を投影して
いる。図１２は従来の合焦点検出装置の検出原理の説明
図であり、図１２（ａ）において、検出対象とするマー
ク５２は、位置の計測方向であるＸ方向に所定ピッチで
暗部５２ａと明部５２ｂとを交互に配列したマークであ
るとする。この場合、先ずプリアライメントによりその
マーク５２の位置を大まかに合わせた後、そのマーク５
２上に焦点合わせ用マークの投影像５３が投影される。
焦点合わせ用マークの投影像５３はＸ方向に所定角度で
交差するＳ方向（これを焦点合わせ用マークの「計測方
向」と呼ぶ）、及びこの計測方向Ｓに垂直なＴ方向（非
計測方向）に平行な辺を有する矩形の明パターンであ
り、その投影像５３からの反射光を例えばテレセントリ
ック性の崩れた検出光学系で集光して、その投影像５３
の像を撮像素子上に再結像している。その焦点合わせ用
マークの投影像５３は、マーク５２の観察視野を設定す
るために使用され、その再結像される像は、その投影像
５３の内部のマーク５２の像である。In the conventional focusing point detecting device, as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 63-90825, an image of a focusing mark is projected on a mark to be detected. FIG. 12 is an explanatory diagram of the detection principle of the conventional focus detection device. In FIG. 12A, the mark 52 to be detected is a dark portion 52a and a bright portion at a predetermined pitch in the X direction which is the position measurement direction. It is assumed that the marks 52b and 52b are alternately arranged. In this case, first, the position of the mark 52 is roughly adjusted by pre-alignment, and then the mark 5
A projected image 53 of the focusing mark is projected on the image.
The projected image 53 of the focusing mark has an S direction intersecting with the X direction at a predetermined angle (this is referred to as a “measurement direction” of the focusing mark), and a T direction (non-measurement direction) perpendicular to this measuring direction S. Is a rectangular bright pattern having sides parallel to, and the reflected light from the projected image 53 is condensed by, for example, a detection optical system whose telecentricity is lost, and the projected image 53 is formed.
Image is re-formed on the image sensor. The projected image 53 of the focusing mark is used to set the observation field of view of the mark 52, and the re-formed image is the image of the mark 52 inside the projected image 53.
【０００５】そして、その再結像された像を、撮像素子
上で計測方向Ｓに対応する方向（これも計測方向Ｓと呼
ぶ）に走査して得られる撮像信号ＶAFを、計測方向Ｓに
垂直な非計測方向に積分して、図１２（ｂ）に示すよう
な積分信号ΣＶAFを得ている。この場合、予めそのマー
ク５２が検出用の対物レンズの合焦点に合致している状
態で、積分信号ΣＶAFの計測方向Ｓへの重心位置を基準
位置Ｓ１として求めておき、積分信号ΣＶAFがその基準
位置Ｓ１になるようにマーク５２の高さを調整すること
により、合焦が行われる。Then, an image pickup signal V AF obtained by scanning the re-formed image in a direction corresponding to the measurement direction S (also referred to as the measurement direction S) on the image pickup element is set in the measurement direction S. Integration is performed in the vertical non-measurement direction to obtain an integrated signal ΣV AF as shown in FIG. In this case, the barycentric position of the integrated signal ΣV AF in the measurement direction S is obtained as the reference position S1 in advance in a state where the mark 52 matches the focal point of the objective lens for detection, and the integrated signal ΣV AF is Focusing is performed by adjusting the height of the mark 52 so that it becomes the reference position S1.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の技術において、被測定マークが図１２
（ａ）に示すような明暗パターンよりなるマーク５２で
ある場合に、焦点合わせ用マークの投影像５３の位置が
ずれると、積分信号ΣＶAFの波形が変化して、正確に合
焦を行うことができない場合があるという不都合があっ
た。However, in the conventional technique as described above, the mark to be measured is shown in FIG.
In the case of the mark 52 having a light-dark pattern as shown in (a), if the position of the projected image 53 of the focusing mark shifts, the waveform of the integration signal ΣV AF changes, and accurate focusing is performed. There was the inconvenience that it could not be done.
【０００７】即ち、図１３（ａ）において、位置５４が
図１２（ａ）における焦点合わせ用マークの投影像５３
の位置であり、その投影像５３が位置５４からほぼ−Ｘ
方向にずれた後、再結像された像を撮像して積分信号Σ
ＶAFを求めると、図１３（ｂ）に示すような波形が得ら
れる。この図１３（ｂ）の波形は図１２（ｂ）の波形と
大きく異なるため、図１３（ｂ）の波形の重心位置は基
準位置Ｓ１からずれてしまう。従って、積分信号ΣＶAF
の重心位置の基準位置Ｓ１からのずれに基づいて合焦を
行う際に、焦点ずれ（フォーカス誤差）が生ずるという
不都合があった。That is, in FIG. 13A, the position 54 is the projected image 53 of the focusing mark in FIG. 12A.
Position, and the projected image 53 is almost -X from the position 54.
Direction, then the re-formed image is captured and integrated signal Σ
When V AF is obtained, a waveform as shown in FIG. 13B is obtained. Since the waveform of FIG. 13B is significantly different from the waveform of FIG. 12B, the position of the center of gravity of the waveform of FIG. 13B deviates from the reference position S1. Therefore, the integrated signal ΣV AF
When focusing is performed based on the deviation of the barycentric position from the reference position S1, there is an inconvenience that defocus (focus error) occurs.
【０００８】特に近年、例えば半導体集積回路の微細化
に伴い、アライメント精度も高精度化しているため、ア
ライメント精度を要求精度内に収めるためには、アライ
メント用のマークの位置を検出する際の焦点ずれを従来
より小さくすることが望まれている。本発明は斯かる点
に鑑み、検出対象とするマーク上の所定の観察視野内の
像を用いて合焦を行う際に、そのマークのパターンの影
響を排除して安定に、且つ高精度に合焦を行うことがで
きる位置検出装置を提供することを目的とする。In particular, in recent years, for example, with the miniaturization of semiconductor integrated circuits, the alignment accuracy has become higher. Therefore, in order to keep the alignment accuracy within the required accuracy, the focus at the time of detecting the position of the alignment mark. It is desired to make the deviation smaller than before. In view of such a point, the present invention eliminates the influence of the mark pattern when performing focusing using an image in a predetermined observation visual field on a mark to be detected, and stably and highly accurately. An object of the present invention is to provide a position detection device that can perform focusing.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明による位置検出装
置は、例えば図１〜図３に示すように、被検基板（４
４）上で所定の方向（Ｘ方向）に所定ピッチで形成され
た位置合わせ用マーク（４８）に第１の光束（Ｌ２）を
照射する位置検出用照明系（１〜６）と、その位置合わ
せ用マークから戻される第１の光束（Ｌ２）を受光する
光電検出手段（１０）と、その位置合わせ用マーク上に
第２の光束（Ｌ３）を照射する焦点検出用照明系（１
１，１２，３〜６）と、位置合わせ用マーク（４８）か
ら戻される第２の光束（Ｌ３）を集光して位置合わせ用
マーク（４８）の像を形成する焦点検出用受光系（６，
５，８，１４，１５）と、この焦点検出用受光系により
形成される位置合わせ用マーク（４８）の像を撮像する
撮像手段（１６）と、この撮像手段の撮像信号を処理し
てその位置合わせ用マークの合焦度を検出する撮像信号
処理手段（１７）と、被検基板（４４）の高さを調整す
る高さ調整手段（４５）と、を有し、この高さ調整手段
を介して位置合わせ用のマーク（４８）の合焦度を最大
にした後、光電検出手段（１０）の検出信号に基づいて
位置合わせ用マーク（４８）の位置を検出する装置にお
いて、撮像手段（１６）による位置合わせ用マーク（４
８）の像の観察視野（７）の、撮像信号処理手段（１
７）による計測方向Ｓに垂直な方向Ｔへの幅ＨAFを、位
置合わせ用マーク（４８）の像の計測方向Ｓに垂直な方
向ＴにおけるピッチＰT の整数倍に制限する視野制限手
段（１３；１７）を設けるものである。A position detecting apparatus according to the present invention is provided with a substrate (4) to be tested as shown in FIGS. 1 to 3, for example.
4) Position detection illumination systems (1 to 6) that irradiate the first light flux (L2) on the alignment marks (48) formed on the above in a predetermined direction (X direction) with a predetermined pitch, and their positions. Photoelectric detection means (10) for receiving the first light flux (L2) returned from the alignment mark, and focus detection illumination system (1) for irradiating the alignment mark with the second light flux (L3).
1, 12, 3 to 6) and the second light flux (L3) returned from the alignment mark (48) to form an image of the alignment mark (48) for focus detection ( 6,
5, 8, 14, 15), an image pickup means (16) for picking up an image of the alignment mark (48) formed by the focus detection light receiving system, and an image pickup signal of the image pickup means for processing the image pickup signal. The image pickup signal processing means (17) for detecting the degree of focus of the alignment mark and the height adjusting means (45) for adjusting the height of the substrate under test (44) are provided. In the apparatus for detecting the position of the alignment mark (48) based on the detection signal of the photoelectric detection means (10) after maximizing the focus degree of the alignment mark (48) via the (16) Positioning mark (4
Imaging signal processing means (1) of the observation field (7) of the image of (8)
The field-of-view limiting means (7) for limiting the width HAF in the direction T perpendicular to the measurement direction S to an integer multiple of the pitch P T in the direction T perpendicular to the measurement direction S of the image of the alignment mark (48) ( 13; 17).
【００１０】この場合、その視野制限手段の一例は、そ
の焦点検出用照明系、又はその焦点検出用受光系内で被
検基板（４４）の表面と実質的に共役な面上に配置され
た視野絞り（１３）である。また、その視野制限手段の
他の例は、撮像手段（１６）の撮像信号内からその観察
視野内の撮像信号を取り出す撮像信号選択手段（１７）
である。In this case, an example of the field-of-view limiting means is arranged on a plane substantially conjugate with the surface of the substrate (44) to be tested in the focus detecting illumination system or the focus detecting light receiving system. A field stop (13). Another example of the visual field limiting means is an imaging signal selecting means (17) for extracting an imaging signal in the observation visual field from the imaging signal of the imaging means (16).
Is.
【００１１】この場合、例えば図８に示すように、その
位置検出用照明系とその焦点検出用照明系とを一体の照
明系（１，２，４〜６）より構成し、この照明系内の被
検基板（４４）の配置面と実質的に共役な面に撮像信号
処理手段（１７）による計測方向Ｓに所定ピッチで形成
された縞状パターン（３２）を配置するようにしてもよ
い。In this case, for example, as shown in FIG. 8, the position detecting illumination system and the focus detecting illumination system are constituted by an integrated illumination system (1, 2, 4 to 6). The striped pattern (32) formed at a predetermined pitch in the measurement direction S by the imaging signal processing means (17) may be arranged on a surface substantially conjugate with the arrangement surface of the substrate (44) to be tested. .
【００１２】[0012]
【作用】斯かる本発明によれば、図３（ａ）に示すよう
に、計測対象とする位置合わせ用マーク（４８）が例え
ば暗部（４８ａ）と明部（４８ｂ）とをＸ方向に所定ピ
ッチで配列したマークである場合、観察視野（７）の計
測方向Ｓに垂直な非計測方向Ｔへの幅ＨAFが、位置合わ
せ用マーク（４８）の非計測方向ＴへのピッチＰ T の整
数倍（図３（ａ）では１倍）に設定される。従って、そ
の観察視野（７）内の像を撮像手段（１６）で撮像し、
撮像信号を非計測方向Ｔに積分すると、図３（ｃ）に示
すような積分信号ΣＶAFが得られる。According to the present invention, as shown in FIG.
The alignment mark (48) to be measured is compared to
For example, the dark part (48a) and the bright part (48b) can be separated by a predetermined distance in the X direction.
If the marks are arranged in the
Width H in the non-measurement direction T perpendicular to the measuring direction SAFBut alignment
Pitch P of marking mark (48) in non-measurement direction T TOrder of
It is set to several times (1 time in FIG. 3A). Therefore,
An image in the observation visual field (7) of the image pickup device (16),
When the image pickup signal is integrated in the non-measurement direction T, it is shown in FIG.
Integrated signal ΣVAFIs obtained.
【００１３】また、図４（ｂ）に示すように、観察視野
（７）が位置合わせ用マーク（４８）上で平行移動して
も、得られる積分信号ΣＶAFは図４（ｂ）のように図３
（ｃ）と同様である。即ち、得られる積分信号ΣＶAFの
波形は観察視野（７）の位置に依らずに安定であり、位
置合わせ用マーク（４８）のパターンの影響が排除さ
れ、正確に合焦が行われる。Further, as shown in FIG. 4 (b), even if the observation visual field (7) moves in parallel on the alignment mark (48), the obtained integrated signal ΣV AF is as shown in FIG. 4 (b). To Figure 3
It is similar to (c). That is, the obtained waveform of the integrated signal ΣV AF is stable regardless of the position of the observation field of view (7), the influence of the pattern of the alignment mark (48) is eliminated, and accurate focusing is performed.
【００１４】また、位置合わせ用マーク（４８）上の観
察視野（７）の制限を、撮像手段（１６）の撮像信号の
選択により電気的に行う場合には、例えば図８に示すよ
うに、その位置検出用照明系とその焦点検出用照明系と
を一体の照明系（１，２，４〜６）より構成し、この照
明系内の被検基板（４４）の配置面と実質的に共役な面
に計測方向Ｓに所定ピッチで形成された縞状パターン
（３２）を配置するとよい。この場合、合焦のためには
例えばその縞状パターン（３２）の像の再結像された像
の位置を所定の基準位置に設定すればよい。更に、例え
ば図９に示すように、位置合わせ用パターン（４８）の
位置検出用の視野（３４Ｘ）の非計測方向（Ｙ方向）の
幅ＨWMX についても、その縞状パターン（３２）の像
（３２Ａ）のＹ方向のピッチの整数倍に設定して、得ら
れた像をＹ方向に積分することによりその縞状パターン
（３２）の像の影響が除去される。When the observation field (7) on the alignment mark (48) is electrically limited by selecting the image pickup signal of the image pickup means (16), as shown in FIG. The position detecting illumination system and the focus detecting illumination system are constituted by an integrated illumination system (1, 2, 4 to 6), and substantially the arrangement surface of the substrate (44) to be inspected in the illumination system. Stripe patterns (32) formed at a predetermined pitch in the measurement direction S may be arranged on the conjugate plane. In this case, for focusing, for example, the position of the re-formed image of the image of the striped pattern (32) may be set to a predetermined reference position. Further, as shown in FIG. 9, for example, as for the width H WMX of the position detection field of view (34X) of the alignment pattern (48) in the non-measurement direction (Y direction), the image of the striped pattern (32) is obtained. The effect of the image of the striped pattern (32) is removed by setting the integer of the pitch of (32A) in the Y direction and integrating the obtained image in the Y direction.
【００１５】[0015]
【実施例】以下、本発明による位置検出装置の種々の実
施例につき図面を参照して説明する。 ［第１実施例］図１〜図４を参照して第１実施例につき
説明する。本実施例は半導体素子製造用の投影露光装置
のオフ・アクシス方式のアライメント系に本発明を適用
したものである。図１は本例の投影露光装置の要部を示
し、この図１において、不図示の照明光学系からの露光
用の照明光Ｌ１のもとで、レチクルステージ４２上に保
持されたレチクル４１のパターンの投影光学系４３を介
した像が、ウエハ４４の各ショット領域に投影露光され
る。ここで、投影光学系４３の光軸に平行にＺ軸を取
り、Ｚ軸に垂直な平面内で図１の紙面に平行にＸ軸を取
り、図１の紙面に垂直にＹ軸を取る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Various embodiments of the position detecting device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. [First Embodiment] The first embodiment will be described with reference to FIGS. In this embodiment, the present invention is applied to an off-axis type alignment system of a projection exposure apparatus for manufacturing semiconductor devices. FIG. 1 shows a main part of the projection exposure apparatus of this example. In FIG. 1, the reticle 41 held on a reticle stage 42 is exposed under an illumination light L1 for exposure from an illumination optical system (not shown). An image of the pattern through the projection optical system 43 is projected and exposed on each shot area of the wafer 44. Here, the Z axis is taken parallel to the optical axis of the projection optical system 43, the X axis is taken parallel to the paper surface of FIG. 1 in the plane perpendicular to the Z axis, and the Y axis is taken perpendicular to the paper surface of FIG.
【００１６】ウエハ４４は、ウエハ４４をＺ方向に位置
決めするＺステージ４５上に保持され、Ｚステージ４５
は、ウエハ４４をＸ軸に平行な方向（Ｘ方向）及びＹ方
向に位置決めするＸＹステージ４６上に載置されてい
る。ウエハ４４の各ショット領域はそれぞれに付設され
たウエハマークに基づいて位置決めされる。図２（ａ）
はウエハ４４上の或るショット領域４７を示し、この図
２（ａ）において、ショット領域４７に隣接してＸ方向
に所定ピッチで配列された凹凸パターンよりなるＸ軸用
のウエハマーク４８、及びＹ方向に所定ピッチで配列さ
れた凹凸パターンよりなるＹ軸用のウエハマーク４９が
形成されている。本例ではそのＸ軸用のウエハマーク４
８を検出対象とする。The wafer 44 is held on a Z stage 45 which positions the wafer 44 in the Z direction.
Are placed on an XY stage 46 that positions the wafer 44 in a direction parallel to the X axis (X direction) and in the Y direction. Each shot area of the wafer 44 is positioned based on the wafer mark attached to each shot area. Figure 2 (a)
2A shows a certain shot area 47 on the wafer 44. In FIG. 2A, an X-axis wafer mark 48 formed of an uneven pattern arranged adjacent to the shot area 47 at a predetermined pitch in the X direction, and Wafer marks 49 for the Y-axis are formed of a concavo-convex pattern arranged in the Y-direction at a predetermined pitch. In this example, the wafer mark 4 for the X axis is used.
8 is the detection target.
【００１７】図１に戻り、投影光学系４３の側面方向に
オフ・アクシス方式で撮像方式のアライメント系５０が
配置されている。撮像方式のアライメント系は、ＦＩＡ
（Field Image Alignment)方式のアライメント系とも呼
ばれている。そのアライメント系５０において、位置検
出用のハロゲンランプ等の光源１から射出される照明光
Ｌ２は、レンズ系２によりほぼ平行光束にされてビーム
スプリッター３に至る。ビームスプリッター３を透過し
た照明光Ｌ２は、レンズ系４により一度集光されてハー
フミラー５に達し、ハーフミラー５により反射された光
束が、対物レンズ系６を介してウエハ４４上のＸ軸用の
ウエハマーク４８を含む領域を照明する。照明光Ｌ２の
もとで、ウエハ４４の表面は光源１の配置面に対してほ
ぼフーリエ変換の関係となっており、ウエハマーク４８
に対する照明光Ｌ２の照明はほぼケーラー照明となって
いる。Returning to FIG. 1, an off-axis imaging system alignment system 50 is arranged in the lateral direction of the projection optical system 43. The imaging system alignment system is FIA
It is also called a (Field Image Alignment) type alignment system. In the alignment system 50, the illumination light L2 emitted from the light source 1 such as a halogen lamp for position detection is converted into a substantially parallel light flux by the lens system 2 and reaches the beam splitter 3. The illumination light L2 that has passed through the beam splitter 3 is once condensed by the lens system 4 and reaches the half mirror 5, and the light flux reflected by the half mirror 5 is for the X axis on the wafer 44 via the objective lens system 6. The area including the wafer mark 48 is illuminated. Under the illumination light L2, the surface of the wafer 44 has a substantially Fourier transform relationship with the surface on which the light source 1 is arranged.
Illumination of the illumination light L2 is almost Koehler illumination.
【００１８】ウエハ４４から反射された照明光Ｌ２は、
対物レンズ系６により集光されてハーフミラー５に戻
り、ハーフミラー５を透過した光束がビームスプリッタ
ー８に至り、ビームスプリッター８を透過した光束が結
像レンズ系９を介して、２次元ＣＣＤ等の位置検出用の
撮像素子１０の撮像面上にウエハマーク４８の像を結像
する。The illumination light L2 reflected from the wafer 44 is
The light beam condensed by the objective lens system 6 returns to the half mirror 5, the light beam passing through the half mirror 5 reaches the beam splitter 8, and the light beam passing through the beam splitter 8 passes through the imaging lens system 9 to form a two-dimensional CCD or the like. An image of the wafer mark 48 is formed on the image pickup surface of the image pickup device 10 for position detection.
【００１９】図２（ｂ）は撮像素子１０の撮像面１０ａ
の様子を示し、この図２（ｂ）において、撮像面１０ａ
の中央部にウエハマーク４８の像４８Ａが結像されてい
る。この場合、ウエハ４４上でのウエハマーク４８の計
測方向（Ｘ方向）に対応する図２（ｂ）の撮像面１０ａ
上での計測方向をＸ方向として、ウエハマークの像４８
ＡのＸ方向の両側に指標マーク１９Ａ及び１９Ｂが形成
されている。なお、撮像素子１０の画素を基準にすると
きには指標マーク１９Ａ，１９Ｂを省くことができる。
そして、撮像面１０ａ上でＸ方向に平行な走査線２０に
沿って画像を撮像信号に変換し、得られた撮像信号を処
理することにより、指標マーク１９Ａ，１９Ｂを基準と
したウエハマーク４８のＸ方向の位置が検出される。FIG. 2B shows an image pickup surface 10a of the image pickup device 10.
2B, the image pickup surface 10a is shown in FIG.
An image 48A of the wafer mark 48 is formed in the center of the image. In this case, the imaging surface 10a of FIG. 2B corresponding to the measurement direction (X direction) of the wafer mark 48 on the wafer 44.
An image of the wafer mark 48 with the measurement direction above as the X direction
Index marks 19A and 19B are formed on both sides of A in the X direction. The index marks 19A and 19B can be omitted when the pixel of the image sensor 10 is used as a reference.
Then, an image is converted into an image pickup signal along the scanning line 20 parallel to the X direction on the image pickup surface 10a, and the obtained image pickup signal is processed, whereby the wafer mark 48 with the index marks 19A and 19B as a reference is formed. The position in the X direction is detected.
【００２０】次に、アライメント系５０でオートフォー
カスを行うための合焦点検出系について説明する。先ず
焦点検出用の光源（以下、「ＡＦ用光源」と呼ぶ）１１
からの照明光Ｌ３は、コンデンサーレンズ１２を介して
ＡＦ用パターン板１３を照明し、ＡＦ用パターン板１３
の矩形の開口パターンを通過した照明光Ｌ３はビームス
プリッター３に至る。ＡＦ用光源１１としては、発光ダ
イオード、又は半導体レーザ等が使用できるが、ＡＦ用
光源１１としてハロゲンランプ等を使用してもよい。Next, an in-focus point detection system for carrying out autofocus by the alignment system 50 will be described. First, a light source for focus detection (hereinafter referred to as “AF light source”) 11
The illumination light L3 from illuminates the AF pattern plate 13 via the condenser lens 12, and the AF pattern plate 13
The illumination light L3 that has passed through the rectangular aperture pattern reaches the beam splitter 3. A light emitting diode, a semiconductor laser, or the like can be used as the AF light source 11, but a halogen lamp or the like may be used as the AF light source 11.
【００２１】ビームスプリッターで反射された照明光Ｌ
３は、レンズ系４を介してハーフミラー５に達し、ハー
フミラー５で反射された光束が対物レンズ系６を介し
て、ウエハ４４のウエハマーク４８上にＡＦ用パターン
板１３内の開口パターンの像、即ち焦点合わせ用マーク
の投影像７を形成する。即ち、照明光Ｌ３のもとで、Ａ
Ｆ用パターン板１３の配置面とウエハ４４の表面とはほ
ぼ共役であり、焦点合わせ用マークの投影像７によりウ
エハマーク４８の焦点検出用の観察視野が設定される。Illumination light L reflected by the beam splitter
3 reaches the half mirror 5 through the lens system 4, and the light flux reflected by the half mirror 5 passes through the objective lens system 6 and forms the opening pattern in the AF pattern plate 13 on the wafer mark 48 of the wafer 44. An image, that is, a projected image 7 of the focusing mark is formed. That is, under the illumination light L3, A
The arranging surface of the F pattern plate 13 and the surface of the wafer 44 are almost conjugate with each other, and an observation visual field for focus detection of the wafer mark 48 is set by the projected image 7 of the focusing mark.
【００２２】焦点合わせ用マークの投影像７から反射さ
れた照明光Ｌ３は、対物レンズ系６を経てハーフミラー
５に戻り、ハーフミラー５を透過した照明光Ｌ３は、ビ
ームスプリッター８に達する。そして、ビームスプリッ
ター８で反射された照明光Ｌ３が、光軸から所定の方向
（これを「計測方向Ｓ」と呼ぶ）に半面を覆う瞳制限板
１４の側面を通過した後、結像レンズ系１５を経て、２
次元ＣＣＤ等からなる合焦点検出用の撮像素子１６の撮
像面上に焦点合わせ用マークの投影像７内のパターンの
像を形成する。合焦状態では、照明光Ｌ３のもとでウエ
ハ４４の表面と撮像素子１６の撮像面とが共役であり、
瞳制限板１４の配置面はウエハ４４の表面に対してフー
リエ変換の関係となっている。その瞳制限板１４によ
り、ウエハ４４から撮像素子１６に至る結像光学系はテ
レセントリック性が崩れているため、ウエハ４４が合焦
点から＋Ｚ方向、又は−Ｚ方向にずれると、撮像素子１
６上での焦点合わせ用マークの投影像７の像の位置が計
測方向Ｓに横ずれする。本例ではこれを利用して合焦点
の検出を行う。The illumination light L3 reflected from the projection image 7 of the focusing mark returns to the half mirror 5 via the objective lens system 6, and the illumination light L3 transmitted through the half mirror 5 reaches the beam splitter 8. Then, the illumination light L3 reflected by the beam splitter 8 passes through the side surface of the pupil limiting plate 14 covering the half surface in a predetermined direction from the optical axis (referred to as “measurement direction S”), and then the imaging lens system. 2 through 15
An image of the pattern in the projected image 7 of the focusing mark is formed on the image pickup surface of the image pickup device 16 for detecting the focus point, which is composed of a two-dimensional CCD or the like. In the focused state, the surface of the wafer 44 and the image pickup surface of the image pickup device 16 are conjugate under the illumination light L3,
The arrangement surface of the pupil limiting plate 14 has a Fourier transform relationship with the surface of the wafer 44. Due to the pupil limiting plate 14, the telecentricity of the image forming optical system from the wafer 44 to the image pickup device 16 is deteriorated. Therefore, when the wafer 44 deviates from the focal point in the + Z direction or the −Z direction, the image pickup device 1
The position of the image of the projected image 7 of the focusing mark on 6 is laterally displaced in the measurement direction S. In this example, this is used to detect the in-focus point.
【００２３】撮像素子１６からの撮像信号ＶAFは、信号
処理装置１７に供給され、信号処理装置１７では撮像信
号を積分して得た積分信号ΣＶAFに基づいてウエハマー
ク４８の焦点ずれ量（合焦度）を算出し、この焦点ずれ
量をステージ制御系１８に出力する。ステージ制御系１
８では、その焦点ずれ量分だけＺステージ４５をＺ方向
に駆動する。これによりオートフォーカス方式でウエハ
マーク４８の合焦が行われる。The image pickup signal V AF from the image pickup device 16 is supplied to the signal processing device 17, and the signal processing device 17 integrates the image pickup signal to obtain the defocus amount of the wafer mark 48 based on the integrated signal ΣV AF ( The focus degree) is calculated, and this defocus amount is output to the stage control system 18. Stage control system 1
In 8, the Z stage 45 is driven in the Z direction by the amount of defocus. As a result, the wafer mark 48 is focused by the autofocus method.
【００２４】次に本例で合焦点を検出する際の動作につ
き図３及び図４を参照して詳細に説明する。図３（ａ）
は図１中のウエハマーク４８の拡大平面図であり、この
図３（ａ）において、ウエハマーク４８上に焦点合わせ
用マークの投影像７が結像されている。図１の瞳制限板
１４で定まる計測方向Ｓに対応する図３（ａ）上での方
向も計測方向Ｓとして、計測方向Ｓに垂直な方向を非計
測方向Ｔとすると、投影像７は計測方向Ｓ及び非計測方
向Ｔにそれぞれ平行な辺を有する矩形である。その計測
方向Ｓは、ウエハマーク４８の計測方向であるＸ方向に
対して反時計方向に角度θで交差しており、角度θは例
えばほぼ４５°である。また、ウエハマーク４８は、そ
れぞれＹ方向に伸びた凸部４８ａと凹部４８ｂとをピッ
チＰWMでＸ方向に周期的に形成したものであり、一例と
して凸部４８ａの反射率が小さく、凹部４８ｂの反射率
が大きくなっているものとする。Next, the operation for detecting the in-focus point in this example will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3 (a)
3 is an enlarged plan view of the wafer mark 48 in FIG. 1. In FIG. 3A, the projection image 7 of the focusing mark is formed on the wafer mark 48. If the direction in FIG. 3A corresponding to the measurement direction S determined by the pupil limiting plate 14 in FIG. 1 is also the measurement direction S and the direction perpendicular to the measurement direction S is the non-measurement direction T, the projected image 7 is measured. It is a rectangle having sides parallel to the direction S and the non-measurement direction T, respectively. The measurement direction S intersects the X direction, which is the measurement direction of the wafer mark 48, counterclockwise at an angle θ, and the angle θ is, for example, about 45 °. The wafer mark 48 is formed by periodically forming convex portions 48a and concave portions 48b extending in the Y direction at the pitch P WM in the X direction. As an example, the convex portion 48a has a small reflectance and the concave portion 48b is small. Is assumed to have a high reflectance.
【００２５】この場合、ウエハマーク４８の非計測方向
Ｔへの配列のピッチＰT は、ＰWM／sin θ である。そ
して、本例では焦点合わせ用マークの投影像７の非計測
方向Ｔへの幅ＨAFを、そのウエハマーク４８の非計測方
向ＴへのピッチＰT の整数倍に設定する。即ち、１以上
の整数ｎを用いて、次の（１）式の関係が成立する。図
３（ａ）の例では、幅ＨAFはピッチＰT の１倍（ｎ＝
１）に設定されている。In this case, the pitch P T of the arrangement of the wafer marks 48 in the non-measurement direction T is P WM / sin θ. In this example, the width HAF of the projected image 7 of the focusing mark in the non-measurement direction T is set to an integral multiple of the pitch P T of the wafer mark 48 in the non-measurement direction T. That is, the relationship of the following expression (1) is established by using an integer n of 1 or more. In the example of FIG. 3A, the width H AF is 1 times the pitch P T (n =
It is set to 1).
【００２６】ＨAF＝ｎ・ＰT （１） 但し、焦点合わせ用マークの投影像７の計測方向Ｓへの
幅は任意であり、例えば焦点合わせ用マークの投影像７
を計測方向Ｓへ複数に分割してマルチパターンとしても
よい。図３（ｂ）は、その図３（ａ）に対応する図１の
焦点検出用の撮像素子１６での観察像を示し、この図３
（ｂ）において、撮像素子１６の撮像面１６ａの中央部
に焦点合わせ用マークの投影像７の像７Ａが結像され、
像７Ａ内にウエハマーク４８の凸部に対応する暗い縞の
像４８ａＡ、及び凹部に対応する明るい縞の像４８ｂＡ
が非計測方向Ｔに１周期分だけ結像されている。この状
態で撮像素子１６において、計測方向Ｓに平行な走査線
２１に沿って画像を順次光電変換して撮像信号ＶAFを出
力し、信号処理装置１７で非計測方向Ｔにその撮像信号
ＶAFを積分（加算）することにより、図３（ｃ）の実線
のほぼ矩形の曲線２２Ａで示す積分信号ΣＶAFが得られ
る。H AF = n · P T (1) However, the width of the projected image 7 of the focusing mark in the measuring direction S is arbitrary, and for example, the projected image 7 of the focusing mark 7
May be divided in the measurement direction S into a plurality of patterns. FIG. 3B shows an observation image of the image sensor 16 for focus detection of FIG. 1 corresponding to FIG.
In (b), an image 7A of the projected image 7 of the focusing mark is formed at the center of the image pickup surface 16a of the image pickup device 16,
In the image 7A, a dark stripe image 48aA corresponding to the convex portion of the wafer mark 48 and a light stripe image 48bA corresponding to the concave portion.
Is imaged for one cycle in the non-measurement direction T. In the image pickup device 16 in this state, along parallel scan lines 21 in the measurement direction S and outputs an image pickup signal V AF converts sequentially photoelectrically image, the imaging signal V AF in the signal processing device 17 in the non-measurement direction T Is integrated (added), the integrated signal ΣV AF shown by the solid rectangular curve 22A in FIG. 3C is obtained.
【００２７】このとき、予め図１において位置検出用の
照明光Ｌ２のもとで、ウエハマーク４８が位置検出用の
撮像素子１０の撮像面と共役な面上にある状態、即ちウ
エハマーク４８が照明光Ｌ２のもとで対物レンズ系６の
合焦点にある状態で、図３（ｃ）の積分信号ΣＶAFの計
測方向Ｓでの重心位置Ｓ１が基準位置として求めて記憶
されている。その基準位置Ｓ１は、例えば撮像素子１６
の端部の画素を基準として求められる。その後、実際に
合焦を行う際、図１においてウエハマーク４８のＺ方向
の位置（焦点位置）が対物レンズ系６に対する合焦点
（照明光Ｌ２のもとでの）から上下にずれると、焦点検
出用の撮像素子１６上ではテレセントリック性が崩れて
いるため、焦点合わせ用マークの投影像７の像の位置が
計測方向Ｓに沿って前後にずれる。即ち、得られる積分
信号ΣＶAFは、図３（ｃ）の鎖線の曲線２２Ｂ及び２２
Ｃで示すように計測方向Ｓに沿って前後にずれるように
なるため、積分信号ΣＶAFの重心位置が基準位置Ｓ１に
なるようにＺステージ４５を駆動することにより、合焦
が行われる。At this time, in FIG. 1, under the illumination light L2 for position detection, the wafer mark 48 is on a plane conjugate with the image pickup surface of the image pickup device 10 for position detection, that is, the wafer mark 48 is The center of gravity S1 in the measurement direction S of the integrated signal ΣV AF in FIG. 3C is obtained and stored as the reference position in the state where the objective lens system 6 is in the focal point under the illumination light L2. The reference position S1 is, for example, the image pickup element 16
It is calculated based on the pixels at the ends of the. After that, when actually performing focusing, when the position (focal position) of the wafer mark 48 in the Z direction in FIG. 1 shifts vertically from the focused point (under the illumination light L2) with respect to the objective lens system 6, Since the telecentricity is lost on the image pickup device 16 for detection, the position of the image of the projected image 7 of the focusing mark shifts back and forth along the measurement direction S. That is, the obtained integrated signal ΣV AF is the dashed-line curves 22B and 22 in FIG.
As shown by C, since it shifts back and forth along the measurement direction S, focusing is performed by driving the Z stage 45 so that the center of gravity of the integrated signal ΣV AF becomes the reference position S1.
【００２８】このとき、プリアライメントの精度はそれ
程高くないため、図１においてウエハマーク４８の位置
が例えば−Ｘ方向にずれてしまうこともある。このよう
な位置ずれが生ずると、図４（ａ）に示すように、ウエ
ハマーク４８上での焦点合わせ用マークの投影像７の位
置は、図３（ａ）での位置２３に対してウエハマーク４
８上で＋Ｘ方向にずれるようになる。しかしながら、焦
点合わせ用マークの投影像７の非計測方向Ｔへの幅は、
この非計測方向Ｔへのウエハマーク４８のピッチの整数
倍であるため、撮像信号を積分して得られる積分信号Σ
ＶAFの重心位置は、図４（ｂ）の曲線２２Ｄで示すよう
に基準位置Ｓ１から外れることがない。従って、ウエハ
マーク４８のパターン、及び反射率分布に影響されず
に、高精度に合焦を行うことができる。At this time, since the precision of the pre-alignment is not so high, the position of the wafer mark 48 in FIG. 1 may be displaced, for example, in the -X direction. When such a positional deviation occurs, as shown in FIG. 4A, the position of the projected image 7 of the focusing mark on the wafer mark 48 is changed from the position 23 in FIG. Mark 4
8 shifts in the + X direction. However, the width of the projection image 7 of the focusing mark in the non-measurement direction T is
Since it is an integral multiple of the pitch of the wafer mark 48 in the non-measurement direction T, an integrated signal Σ obtained by integrating the image pickup signal
The center-of-gravity position of V AF does not deviate from the reference position S1 as shown by the curve 22D in FIG. Therefore, focusing can be performed with high accuracy without being affected by the pattern of the wafer mark 48 and the reflectance distribution.
【００２９】なお、図３（ａ）ではウエハマーク４８の
凸部４８ａと凹部４８ｂとの反射率が異なっているが、
凸部４８ａと凹部４８ｂとの反射率が同じウエハマーク
に対しても同様に高精度に合焦を行うことができる。ま
た、検出対象とするウエハマークが、凹凸が無く反射率
分布のみが異なるマークである場合にも、同様に高精度
に合焦を行うことができる。Incidentally, in FIG. 3A, the reflectances of the convex portions 48a and the concave portions 48b of the wafer mark 48 are different,
Focusing can also be performed with high accuracy on wafer marks having the same reflectivity between the convex portion 48a and the concave portion 48b. Further, even when the wafer mark to be detected is a mark having no unevenness and only different reflectance distributions, focusing can be performed with high accuracy in the same manner.
【００３０】また、ウエハ４４上の各ショット領域に付
設されるウエハマークの形状（計測方向へのピッチ等）
は、プロセス等によって異なる場合がある。そこで、図
１において、ＡＦ用パターン板１３として、検出対象と
するウエハマークに対してそれぞれ（１）式の条件を満
たす開口パターンを有する複数のパターン板を用意し、
検出対象とするウエハマークに応じて機械的にそれらパ
ターン板を交換するようにしてもよい。The shape of the wafer mark attached to each shot area on the wafer 44 (pitch in the measuring direction, etc.)
May vary depending on the process. Therefore, in FIG. 1, as the AF pattern plate 13, a plurality of pattern plates each having an opening pattern satisfying the condition of the expression (1) for the wafer mark to be detected are prepared.
The pattern plates may be mechanically replaced according to the wafer mark to be detected.
【００３１】更に、ＡＦ用パターン板１３を固定式では
なく、機械的な駆動機構により駆動させる複数の可動ブ
レードから構成し、検出対象とするウエハマークに応じ
て（１）式を満たすようにそれら可動ブレードの伸縮量
を調整してもよい。また、ＡＦ用パターン板１３を、液
晶パネルのように透過部の形状を電気的に任意の形状に
できる部材より構成し、被測定マークの形状を認識した
後、（１）式を満たすように、その透過部の形状、即ち
被測定マーク上の観察視野の形状を設定してもよい。Further, the AF pattern plate 13 is not a fixed type, but is composed of a plurality of movable blades driven by a mechanical driving mechanism, and these are set so as to satisfy the formula (1) according to the wafer mark to be detected. You may adjust the expansion-contraction amount of a movable blade. Further, the AF pattern plate 13 is made of a member such as a liquid crystal panel that can electrically form the transparent portion in an arbitrary shape, and after recognizing the shape of the mark to be measured, the formula (1) is satisfied. The shape of the transmission part, that is, the shape of the observation visual field on the measured mark may be set.
【００３２】また、ウエハマーク４８上の焦点合わせ用
マークの投影像７により観察視野を制限するのではな
く、焦点位置検出用の撮像素子１６の撮像面１６ａ（図
３（ｂ）参照）での画像の取り込み領域を（１）式の条
件に合わせて制限してもよい。このためには、信号処理
装置１７内にフレームメモリを設け、このフレームに撮
像素子１６からの撮像信号ＶAFを格納した後、（１）式
の条件に合わせて設定した取り込み領域に対応するアド
レス内の撮像信号を読み出せばよい。この場合も、被測
定マークが予め分かっていれば検出領域は固定でよく、
また、被測定マークの形状を認識した後、任意に読み出
し領域を制限してもよい。Further, the observation field of view is not limited by the projected image 7 of the focusing mark on the wafer mark 48, but on the image pickup surface 16a (see FIG. 3B) of the image pickup device 16 for detecting the focus position. The image capturing area may be limited according to the condition of the expression (1). For this purpose, a frame memory is provided in the signal processing device 17, the image pickup signal V AF from the image pickup device 16 is stored in this frame, and then the address corresponding to the capture area set in accordance with the condition of the equation (1). It suffices to read the image pickup signal inside. In this case as well, if the measured mark is known in advance, the detection area may be fixed,
Further, after the shape of the mark to be measured is recognized, the read area may be arbitrarily limited.
【００３３】［第２実施例］この第２実施例は、第１実
施例において、図１のＡＦ用パターン板１３を別の２つ
の部材で置き換えて焦点検出用の信号強度を増大させた
ものである。図５は、この第２実施例の要部を示し、こ
の図５において、コンデンサーレンズ１２とビームスプ
リッター３との間に順に光透過性基板よりなるＡＦ用パ
ターン板２６、及びＡＦ用視野絞り２４が配置されてい
る。この場合、焦点検出用の照明光Ｌ３のもとで、図１
のウエハ４４の表面とほぼ共役な面にＡＦ用視野絞り２
４が配置され、ＡＦ用視野絞り２４からΔＺだけ光軸方
向にデフォーカスした位置にＡＦ用パターン板２６が配
置されている。[Second Embodiment] In the second embodiment, the AF pattern plate 13 of FIG. 1 is replaced with two other members in the first embodiment to increase the signal intensity for focus detection. Is. FIG. 5 shows an essential part of the second embodiment. In FIG. 5, between the condenser lens 12 and the beam splitter 3, an AF pattern plate 26 made of a light transmissive substrate and an AF field stop 24 are arranged in this order. Are arranged. In this case, under the illumination light L3 for focus detection, as shown in FIG.
AF field stop 2 on a surface almost conjugate to the surface of the wafer 44 of
4 is arranged, and the AF pattern plate 26 is arranged at a position defocused by ΔZ in the optical axis direction from the AF field stop 24.
【００３４】また、ＡＦ用視野絞り２４内には、図１の
ＡＦ用パターン板１３内の開口パターンと同じ形状の開
口２４ａが穿設され、ＡＦ用パターン板２６上には計測
方向Ｓに対して所定のピッチＱで凹凸の位相格子が形成
されている。その他の構成は図１と同様であるため、そ
の説明を省略する。本実施例においては、位相物体とし
てのＡＦ用パターン板１３のデフォーカス量ΔＺは、計
測対象とするウエハマークの形状や照明条件等に応じて
異なる量に設定されるが、そのデフォーカス量ΔＺは、
少なくともＡＦ用視野絞り２４上における、レンズ系４
及び対物レンズ系６よりなるリレーレンズ系の焦点深度
δAFよりも大きくすることが必要である。An aperture 24a having the same shape as the aperture pattern in the AF pattern plate 13 shown in FIG. 1 is formed in the AF field stop 24. Thus, an uneven phase grating is formed at a predetermined pitch Q. The other configuration is similar to that of FIG. 1, and therefore its description is omitted. In the present embodiment, the defocus amount ΔZ of the AF pattern plate 13 as the phase object is set to a different amount depending on the shape of the wafer mark to be measured, the illumination condition, etc., but the defocus amount ΔZ. Is
The lens system 4 at least on the AF field stop 24.
And the depth of focus δ AF of the relay lens system including the objective lens system 6 must be made larger.
【００３５】図６（ａ）の強度分布曲線２７Ａは、デフ
ォーカス量ΔＺが０の場合の、図１のウエハマーク４８
上でのＡＦ用視野絞り２４の開口２４ａの投影像の光強
度分布ＩAFを示し、図６（ａ）の横軸は図３の計測方向
Ｓに対応するウエハ４４上での焦点検出用の計測方向Ｓ
を示す。また、レンズ系４及び対物レンズ系６よりなる
リレーレンズ系のウエハ４４上への投影倍率をβとする
と、強度分布曲線２７Ａの計測方向Ｓへのピッチはβ・
Ｑ／２であり、この強度分布曲線２７Ａは、ピッチβ・
Ｑ／２毎に鋭い落込みがある点を除いて、図１の実施例
で得られる光強度分布とほぼ同じである。The intensity distribution curve 27A of FIG. 6A shows the wafer mark 48 of FIG. 1 when the defocus amount ΔZ is 0.
6A shows the light intensity distribution I AF of the projected image of the aperture 24a of the AF field stop 24, and the horizontal axis of FIG. 6A is for focus detection on the wafer 44 corresponding to the measurement direction S of FIG. Measuring direction S
Indicates. When the projection magnification of the relay lens system including the lens system 4 and the objective lens system 6 on the wafer 44 is β, the pitch of the intensity distribution curve 27A in the measurement direction S is β ·
The intensity distribution curve 27A is Q / 2.
It is almost the same as the light intensity distribution obtained in the embodiment of FIG. 1 except that there is a sharp drop in every Q / 2.
【００３６】これに対して、デフォーカス量ΔＺの絶対
値を少なくともそのリレーレンズ系の焦点深度δAFより
も大きくすると、ウエハマーク４８上でのＡＦ用視野絞
り２４の開口２４ａの投影像の光強度分布ＩAFは、図６
（ｂ）の強度分布曲線２７Ｂで示すように、計測方向Ｓ
に対してピッチβ・Ｑの正弦波状に変化する。従って、
その像を図１の撮像素子１６で撮像すると、得られる撮
像信号ＶAFのＳＮ比が部分的に向上する。従って、例え
ば図６（ａ）の状態では得られる撮像信号ＶAFの最大レ
ベルがノイズレベルに埋もれるような場合でも、図６
（ｂ）の状態では撮像信号ＶAFのレベルが部分的にノイ
ズレベルより大きくなるため、焦点検出が可能となる。
また、撮像信号ＶAFの処理方法としては、例えば図６
（ｂ）をマルチマークとみなし、図６（ｂ）に対応する
撮像信号ＶAFの非計測方向への積分値の各ピークの位置
の平均値を予め求めた基準位置に設定すればよい。これ
により、焦点検出の際のＳＮ比が向上する。On the other hand, when the absolute value of the defocus amount ΔZ is made larger than at least the depth of focus δ AF of the relay lens system, the light of the projected image of the aperture 24a of the AF field stop 24 on the wafer mark 48 is projected. The intensity distribution I AF is shown in FIG.
As shown by the intensity distribution curve 27B in (b), the measurement direction S
To the sine wave of pitch β · Q. Therefore,
When the image is picked up by the image pickup device 16 of FIG. 1, the SN ratio of the obtained image pickup signal V AF is partially improved. Therefore, for example, even when the maximum level of the obtained image pickup signal V AF is buried in the noise level in the state of FIG.
In the state of (b), since the level of the image pickup signal V AF partially becomes higher than the noise level, focus detection becomes possible.
Further, as a method of processing the image pickup signal V AF , for example, FIG.
6B may be regarded as a multi-mark, and the average value of the positions of the respective peaks of the integrated values of the imaging signal V AF in the non-measurement direction corresponding to FIG. 6B may be set to the reference position that is obtained in advance. This improves the SN ratio at the time of focus detection.
【００３７】［第３実施例］この第３実施例では、照明
光の光量の減少を防止し、且つ２種類の照明光Ｌ２及び
Ｌ３の重畳を防止するため、図１のビームスプリッター
３及び８の代わりにそれぞれダイクロイックミラー２９
及び３０を使用する。図７は、この第３実施例のアライ
メント系を示し、図１に対応する部分に同一符号を付し
て示すこの図７において、位置検出用の光源１からの照
明光Ｌ２は、レンズ系２を経てダイクロイックミラー２
９で反射された後、レンズ系４に至る。一方、焦点検出
用のＡＦ用光源１１からの照明光Ｌ３は、コンデンサー
レンズ１２によりＡＦ用パターン板１３上に集光され、
ＡＦ用パターン板１３の開口パターンを通過した照明光
Ｌ３は、シリンドリカルレンズ２８を経た後、ダイクロ
イックミラー２９を透過してレンズ系４に至る。レンズ
系４を通過した照明光Ｌ２及びＬ３は重畳的にハーフミ
ラー５、及び対物レンズ系６を介してウエハ４４上のウ
エハマーク４８上に達し、照明光Ｌ３はウエハマーク４
８上に焦点合わせ用マークの投影像７を形成する。[Third Embodiment] In the third embodiment, the beam splitters 3 and 8 shown in FIG. 1 are used in order to prevent the light amount of the illumination light from decreasing and to prevent the two kinds of illumination light L2 and L3 from overlapping. Instead of each dichroic mirror 29
And 30 are used. FIG. 7 shows the alignment system of the third embodiment. In FIG. 7, in which parts corresponding to those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, the illumination light L2 from the light source 1 for position detection is the lens system 2 Through dichroic mirror 2
After being reflected at 9, it reaches the lens system 4. On the other hand, the illumination light L3 from the AF light source 11 for focus detection is condensed by the condenser lens 12 on the AF pattern plate 13,
The illumination light L3 that has passed through the aperture pattern of the AF pattern plate 13 passes through the cylindrical lens 28, then passes through the dichroic mirror 29, and reaches the lens system 4. The illumination lights L2 and L3 that have passed through the lens system 4 reach the wafer mark 48 on the wafer 44 via the half mirror 5 and the objective lens system 6 in a superimposed manner, and the illumination light L3 becomes the wafer mark 4
A projected image 7 of the focusing mark is formed on 8.
【００３８】そして、ウエハマーク４８で反射された照
明光Ｌ２及びＬ３は、対物レンズ系６、及びハーフミラ
ー５を経てダイクロイックミラー３０に入射し、ダイク
ロイックミラー３０で反射された照明光Ｌ２は、結像レ
ンズ系９を経て撮像素子１０上にウエハマーク４８の像
を形成し、ダイクロイックミラー３０を透過した照明光
Ｌ３は、瞳制限板１４、及び結像レンズ系１５を介して
撮像素子１６上に焦点合わせ用マークの投影像７の像を
形成する。本例のダイクロイックミラー２９，３０は、
位置検出用の照明光Ｌ２を反射して、焦点検出用の照明
光Ｌ３を透過させる波長選択性を有している。その他の
構成は図１と同様である。The illumination lights L2 and L3 reflected by the wafer mark 48 enter the dichroic mirror 30 through the objective lens system 6 and the half mirror 5, and the illumination light L2 reflected by the dichroic mirror 30 is combined. The illumination light L3 that forms the image of the wafer mark 48 on the image sensor 10 via the image lens system 9 and is transmitted through the dichroic mirror 30 is transmitted to the image sensor 16 via the pupil limiting plate 14 and the imaging lens system 15. An image of the projected image 7 of the focusing mark is formed. The dichroic mirrors 29 and 30 of this example are
It has wavelength selectivity that reflects the illumination light L2 for position detection and transmits the illumination light L3 for focus detection. Other configurations are the same as those in FIG.
【００３９】この実施例でも、撮像素子１６の撮像信号
に基づいて第１実施例と同様に合焦が行われる。更に、
撮像素子１０には照明光Ｌ２のみが入射し、撮像素子１
６には照明光Ｌ３のみが入射するため、位置検出、及び
焦点検出が高いＳＮ比で行われると共に、ダイクロイッ
クミラー２９，３０での照明光Ｌ２及びＬ３の光量損失
が無いため、照明効率が第１実施例に比べてほぼ４倍と
なっている。In this embodiment as well, focusing is performed based on the image pickup signal of the image pickup device 16 as in the first embodiment. Furthermore,
Only the illumination light L2 is incident on the image sensor 10,
Since only the illumination light L3 is incident on 6, the position detection and the focus detection are performed with a high SN ratio, and there is no light amount loss of the illumination lights L2 and L3 at the dichroic mirrors 29 and 30, so that the illumination efficiency is the first. It is almost four times that of the first embodiment.
【００４０】但し、図７の実施例では、焦点合わせ用の
照明光Ｌ３をダイクロイックミラー２９に対して透過で
用い、且つ、焦点合わせ用の観察視野を制限するＡＦ用
パターン板１３が光源側にあるため、そのままではウエ
ハ４４上の焦点合わせ用マークの投影像７に大きな非点
収差によるボケが生じ、（１）式の条件を満足できなく
なる。そこで、本例では、焦点合わせ用の照明系中に、
ダイクロイックミラー２９による非点収差を相殺させる
ようにシリンドリカルレンズ２８を配置し、ウエハ４４
上の焦点合わせ用マークの投影像７を（１）式の条件を
満たす鮮明な像としている。However, in the embodiment of FIG. 7, the illumination light L3 for focusing is transmitted through the dichroic mirror 29, and the AF pattern plate 13 for limiting the observation field of view for focusing is provided on the light source side. Therefore, as it is, the projection image 7 of the focusing mark on the wafer 44 is blurred due to a large astigmatism, and the condition of the expression (1) cannot be satisfied. Therefore, in this example, in the illumination system for focusing,
The cylindrical lens 28 is arranged so as to cancel the astigmatism due to the dichroic mirror 29, and the wafer 44
The projected image 7 of the upper focusing mark is a clear image that satisfies the condition of Expression (1).
【００４１】［第４実施例］この第４実施例では、位置
検出用（アライメント用）の光源と焦点検出用の光源と
を共通のハロゲンランプ等の光源とする。図８（ａ）
は、第４実施例のアライメント系を示し、図１に対応す
る部分に同一符号を付して示すこの図８（ａ）におい
て、ハロゲンランプよりなる光源１からの照明光Ｌ２
は、コリメータレンズ２を経てＡＦ用パターン板３１を
照明する。ＡＦ用パターン板３１には、図８（ｂ）に示
すように計測方向Ｓに対して所定ピッチで暗部が明部よ
り狭いデューティ比で縞状パターン３２が形成されてい
る。ＡＦ用パターン板３１を透過した照明光Ｌ２は、レ
ンズ系４、ハーフミラー５、及び対物レンズ系６を介し
てウエハ４４のウエハマーク４８上に、縞状パターン３
２の像、即ち焦点合わせ用マークの投影像３２Ａ（図９
参照）を形成する。[Fourth Embodiment] In the fourth embodiment, the light source for position detection (for alignment) and the light source for focus detection are made a common light source such as a halogen lamp. Figure 8 (a)
8A shows the alignment system of the fourth embodiment, and in FIG. 8A in which parts corresponding to those in FIG. 1 are assigned the same reference numerals, the illumination light L2 from the light source 1 composed of a halogen lamp is shown.
Illuminates the AF pattern plate 31 through the collimator lens 2. As shown in FIG. 8B, the striped pattern 32 is formed on the AF pattern plate 31 at a predetermined pitch in the measurement direction S with a duty ratio in which a dark portion is narrower than a bright portion. The illumination light L2 that has passed through the AF pattern plate 31 passes through the lens system 4, the half mirror 5, and the objective lens system 6 onto the wafer mark 48 of the wafer 44 to form the striped pattern 3
2 image, that is, the projected image 32A of the focusing mark (see FIG. 9).
).
【００４２】ウエハ４４で反射された照明光Ｌ２は、対
物レンズ系６、ハーフミラー５を介してビームスプリッ
ター８に至り、ビームスプリッター８で反射された光束
が、瞳制限板１４、及び結像レンズ系１５を介して撮像
素子１６の撮像面に焦点合わせ用マークの投影像３２Ａ
の像を形成する。更に、ビームスプリッター８を透過し
た光束が、結像レンズ９を経てハーフミラー５Ａにより
２分割され、分割された光束がそれぞれＸ軸用の撮像素
子１０Ｘ、及びＹ軸用の撮像素子１０Ｙ上にウエハマー
ク４８の像を形成する。なお、撮像素子１０Ｘ，１０Ｙ
及び１６上に結像される像は共通にウエハマーク４８の
像と焦点合わせ用マークの投影像３２Ａの像とが重畳さ
れたものである。The illumination light L2 reflected by the wafer 44 reaches the beam splitter 8 via the objective lens system 6 and the half mirror 5, and the light beam reflected by the beam splitter 8 is reflected by the pupil limiting plate 14 and the imaging lens. A projected image 32A of the focusing mark on the image pickup surface of the image pickup device 16 through the system 15.
Forming an image of. Further, the light beam that has passed through the beam splitter 8 is split into two by the half mirror 5A after passing through the imaging lens 9, and the split light beams are respectively placed on the X-axis image pickup device 10X and the Y-axis image pickup device 10Y. The image of the mark 48 is formed. In addition, the image pickup devices 10X and 10Y
The images formed on 16 and 16 are in common that the image of the wafer mark 48 and the image of the projected image 32A of the focusing mark are superimposed.
【００４３】図９は、本例のウエハマーク４８上の照明
視野（照野）３３を示し、この図９に示すように、ウエ
ハマーク４８はＸ方向にピッチＰWMで形成された凹凸の
パターンであり、焦点合わせ用マークの投影像３２Ａ
は、Ｘ方向に対して時計方向に４５°で交差する計測方
向ＳにピッチＰAFで配列された明暗パターンである。ま
た、図８のＸ軸用の撮像素子１０Ｘでの検出領域は、図
９のＹ方向の幅ＨWMX の検出領域３４Ｘと共役な領域で
あり、図８の撮像素子１６での検出領域は、図９の計測
方向Ｓと直交する非計測方向の幅ＨAFの検出領域３４Ｓ
と共役な領域である。本例では、それらの幅ＨAF及びＨ
WMX はそれぞれピッチＰWM及びＰAFに対してほぼ次式を
満たすように設定されている。但し、ｎ及びｎ’はそれ
ぞれ１以上の整数である。FIG. 9 shows an illumination field (illumination field) 33 on the wafer mark 48 of this example. As shown in FIG. 9, the wafer mark 48 has a pattern of concavities and convexities formed in the X direction at a pitch P WM. And the projected image 32A of the focusing mark
Is a light-dark pattern arranged at a pitch P AF in the measurement direction S that intersects the X direction clockwise at 45 °. The detection area of the X-axis image pickup device 10X of FIG. 8 is an area conjugate with the detection area 34X of the width H WMX in the Y direction of FIG. 9, and the detection area of the image pickup device 16 of FIG. detection region 34S of the non-measurement direction width H AF perpendicular to the measurement direction S in FIG. 9
This is a region conjugate with. In this example, their widths H AF and H
WMX is set so as to substantially satisfy the following expressions for the pitches P WM and P AF , respectively. However, n and n ′ are each an integer of 1 or more.
【００４４】ＨAF＝ｎ・ＰWM・２1/2 （２） ＨWMX ＝ｎ’・ＰAF・２1/2 （３） これは言い換えると、位置検出用（アライメント用）の
検出領域３４Ｘの非計測方向（Ｙ方向）の幅ＨWMX を、
Ｙ方向での焦点合わせ用マークの投影像３２Ａのピッチ
の整数倍に設定し、焦点検出用の検出領域３４Ｓの非計
測方向の幅ＨAFを、その非計測方向でのウエハマーク４
８のピッチの整数倍に設定することを意味する。即ち、
（２）式の条件は（１）式の条件と同じである。H AF = n · P WM · 2 1/2 (2) H WMX = n ′ · P AF · 2 1/2 (3) In other words, this is the detection area 34X for position detection (alignment). Width H WMX in the non-measurement direction (Y direction) of
Was set to an integer multiple of the pitch of the projected image 32A of the focus mark alignment in the Y direction, the wafer mark width H AF of non-measurement direction of the detection region 34S of the focus detection in the non-measurement direction 4
It means that it is set to an integral multiple of the pitch of 8. That is,
The condition of the expression (2) is the same as the condition of the expression (1).
【００４５】本例の撮像素子１６から出力される撮像信
号ＶAFは、図１０（ａ）に示すように計測方向Ｓに沿っ
て所定ピッチで落込み部３２Ｂ〜３２Ｆとなり、それら
の間ではほぼ平坦部４８Ｂとなる。実際にはウエハマー
ク４８の凹凸の境界部に対応する部分の信号も落ち込む
が、ほぼ（２）式が成立しているため、その落込みは撮
像信号ＶAFを非計測方向に積分することで相殺される。
従って、図９において焦点合わせ用マークの投影像３２
Ａに対してウエハマーク４８が横ずれしても、得られる
撮像信号ＶAFはほぼ図１０（ａ）の状態を維持する。そ
こで、図１０（ａ）を例えばマルチパターンの像とみな
し、各落込み部３２Ｂ〜３２Ｆの計測方向Ｓの位置の平
均値を求める。そして、この平均値の予め合焦状態で求
めておいた基準位置Ｓ２からのずれ量を求めることによ
り焦点ずれ量が求められる。The image pickup signal V AF output from the image pickup device 16 of the present example becomes drop portions 32B to 32F at a predetermined pitch along the measurement direction S as shown in FIG. It becomes the flat portion 48B. Actually, the signal of the portion corresponding to the boundary portion of the unevenness of the wafer mark 48 also drops, but since the equation (2) is substantially established, the drop is caused by integrating the imaging signal V AF in the non-measurement direction. Offset.
Therefore, in FIG. 9, the projected image 32 of the focusing mark is shown.
Even if the wafer mark 48 is laterally displaced with respect to A, the obtained image pickup signal V AF maintains the state of FIG. Therefore, FIG. 10A is regarded as, for example, a multi-pattern image, and the average value of the positions of the recesses 32B to 32F in the measurement direction S is obtained. Then, the focus shift amount is obtained by obtaining the shift amount of this average value from the reference position S2 obtained in advance in the in-focus state.
【００４６】一方、位置検出用の撮像素子１０Ｘから出
力される撮像信号ＶWMX は、図１０（ｂ）に示すように
計測方向であるＸ方向に沿って所定ピッチで落込み部４
８Ｃとなる。これらの落込み部４８Ｃは、ウエハマーク
４８の凹凸の境界部に対応する。実際には焦点合わせ用
マークの投影像３２Ａの暗部に対応する部分の信号も落
ち込むが、ほぼ（３）式が成立しているため、その落込
みは撮像信号ＶWMX を非計測方向（Ｙ方向に対応する方
向）に積分することにより相殺される。従って、図９に
おいて焦点合わせ用マークの投影像３２Ａとウエハマー
ク４８とが横ずれしても、得られる撮像信号ＶWMX はほ
ぼ図１０（ｂ）の状態を維持する。そこで、例えば図１
０（ｂ）の撮像信号ＶWMX の落込み部４８ＣのＸ方向の
位置の平均値を求め、この平均値の対物レンズ系６の光
軸に対応する基準位置Ｘ２からのずれ量を求めることに
より、ウエハマーク４８のＸ方向への位置ずれ量が求め
られる。On the other hand, as shown in FIG. 10B, the image pickup signal V WMX output from the image pickup device 10X for position detection has a drop portion 4 at a predetermined pitch along the X direction which is the measurement direction.
It becomes 8C. These recesses 48C correspond to the boundaries of the unevenness of the wafer mark 48. Actually, the signal of the portion corresponding to the dark portion of the projected image 32A of the focusing mark also falls, but since the equation (3) is substantially established, the drop is caused by the imaging signal V WMX in the non-measurement direction (Y direction). (Direction corresponding to) is offset by integration. Therefore, even if the projected image 32A of the focusing mark and the wafer mark 48 are laterally displaced in FIG. 9, the obtained image pickup signal V WMX maintains the state of FIG. 10B. Therefore, for example, in FIG.
By obtaining the average value of the position in the X direction of the drop portion 48C of the image pickup signal V WMX of 0 (b), and obtaining the deviation amount of this average value from the reference position X2 corresponding to the optical axis of the objective lens system 6. , The amount of displacement of the wafer mark 48 in the X direction is obtained.
【００４７】本例においては図９に示すように、焦点合
わせ用マークの投影像３２Ａのデューティ比を暗部が狭
くなるように設定しているため、ウエハマーク４８の照
明光量が多くなり、位置検出用の撮像信号ＶWMX のレベ
ルが高い利点がある。更に、そのようなデューティ比で
あるため、位置検出用の検出領域３４ＸのＹ方向の幅Ｈ
WMX が（３）式の条件から多少外れても、図１０（ｂ）
のように撮像信号ＶWM X として得られるみかけ上の照度
分布への影響が小さい利点がある。In this example, as shown in FIG. 9, the duty ratio of the projected image 32A of the focusing mark is set so that the dark portion becomes narrow, so that the illumination light amount of the wafer mark 48 increases and the position detection. There is an advantage that the level of the image pickup signal V WMX for video is high. Further, because of such a duty ratio, the width H of the detection area 34X for position detection in the Y direction is H.
Even if the WMX deviates from the condition of expression (3) to some extent , Fig. 10 (b)
As described above, there is an advantage that the apparent illuminance distribution obtained as the image pickup signal V WM X has a small influence.
【００４８】また、本例では照明用の光源１として、発
光ダイオードに比べて広い波長域を有するハロゲンラン
プを使用しているため、オートフォーカス用の撮像信号
ＶAFはウエハ４４上に塗布されたフォトレジストによる
薄膜干渉の悪影響を受けにくくなり、合焦点の誤検出を
防止できる。また、焦点検出用の専用の照明系が不要で
あるため、光学系が簡素化され、製造コストの低減も期
待できる。なお、図２（ａ）に示すＹ軸用のウエハマー
ク４９の位置は、図８のＹ軸用の撮像素子１０Ｙの撮像
信号を処理することにより検出される。この際のオート
フォーカスは、Ｘ軸と同様に撮像素子１６の撮像信号Ｖ
AFに基づいて行われる。Further, in this example, since the halogen lamp having a wider wavelength range than the light emitting diode is used as the light source 1 for illumination, the image pickup signal V AF for autofocus is applied on the wafer 44. It is less likely to be adversely affected by thin film interference due to the photoresist, and erroneous detection of the in-focus point can be prevented. Further, since a dedicated illumination system for focus detection is unnecessary, the optical system can be simplified and the manufacturing cost can be expected to be reduced. The position of the Y-axis wafer mark 49 shown in FIG. 2A is detected by processing the image pickup signal of the Y-axis image pickup device 10Y shown in FIG. The autofocus at this time is performed by the image pickup signal V
It is done based on AF .
【００４９】［第５実施例］この第５実施例は、微分干
渉顕微鏡で周期的なマークの観察を行う際にオートフォ
ーカスを行うための機構に本発明を適用したものであ
る。この第５実施例の説明に用いる図１１において、図
１に対応する部分には同一符号を付してその詳細説明を
省略する。[Fifth Embodiment] In the fifth embodiment, the present invention is applied to a mechanism for autofocusing when observing a periodic mark with a differential interference microscope. 11, which is used to describe the fifth embodiment, parts corresponding to those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
【００５０】図１１は第５実施例の微分干渉顕微鏡を示
し、この図１１において、位置検出用の光源１からの照
明光Ｌ２は、コリメータレンズ２、偏光子３５Ａ、位相
板３６を経てビームスプリッター３に至る。そして、焦
点検出用のＡＦ用光源１１から射出された後、コンデン
サーレンズ１２、及びＡＦ用パターン板１３を経た照明
光Ｌ３が、ビームスプリッター３で照明光Ｌ２と合成さ
れ、この合成光がレンズ系４、ハーフミラー５、複像プ
リズム３７、及び対物レンズ系６を経てウエハ４４上の
ウエハマーク４８に照射され、ウエハマーク４８上に焦
点合わせ用マークの投影像７が形成される。ウエハ４４
は、対物レンズ系６の光軸方向に試料の位置決めを行う
試料台５１上に載置されている。そして、ウエハ４４か
らの反射光が、対物レンズ系６、複像プリズム３７、ハ
ーフミラー５を介してビームスプリッター８に至り、ビ
ームスプリッター８を透過した光束が、結像レンズ系９
及び検光子３５Ｂを経て撮像素子１０上にウエハマーク
４８の像を形成する。その他の構成は図１と同様であ
る。FIG. 11 shows the differential interference microscope of the fifth embodiment. In FIG. 11, the illumination light L2 from the light source 1 for position detection passes through the collimator lens 2, the polarizer 35A, and the phase plate 36, and the beam splitter. Up to 3. Then, after being emitted from the AF light source 11 for focus detection, the illumination light L3 that has passed through the condenser lens 12 and the AF pattern plate 13 is combined with the illumination light L2 by the beam splitter 3, and this combined light is used in the lens system. 4, a half mirror 5, a double image prism 37, and an objective lens system 6 irradiate a wafer mark 48 on a wafer 44 to form a projected image 7 of a focusing mark on the wafer mark 48. Wafer 44
Are mounted on a sample table 51 which positions the sample in the optical axis direction of the objective lens system 6. Then, the reflected light from the wafer 44 reaches the beam splitter 8 via the objective lens system 6, the compound image prism 37, and the half mirror 5, and the light flux transmitted through the beam splitter 8 forms the imaging lens system 9
An image of the wafer mark 48 is formed on the image sensor 10 via the analyzer 35B. Other configurations are the same as those in FIG.
【００５１】更に、本例でも図３（ａ）と同様に、焦点
合わせ用マークの投影像７の非計測方向Ｔの幅を、その
非計測方向Ｔでのウエハマーク４８のピッチの整数倍に
設定する。これにより、複像プリズム３７の偏光分離の
向きや、偏光子３５Ａ若しくは検光子３５Ｂの向き、又
は位相板３６による位相差に依らず、焦点検出用の撮像
素子１６からの撮像子を積分した積分信号は、図３
（ｃ）のような安定した波形となる。これは、位相板３
６や検光子３５Ｂを用いない光学系、あるいは複像プリ
ズム３７が検出光学系（ビームスプリッターと撮像素子
１０との間）にのみ置かれた光学系でも同様である。Further, also in this example, as in FIG. 3A, the width of the projected image 7 of the focusing mark in the non-measurement direction T is set to an integral multiple of the pitch of the wafer mark 48 in the non-measurement direction T. Set. As a result, the integral obtained by integrating the image sensor from the image sensor 16 for focus detection does not depend on the direction of polarization separation of the compound image prism 37, the direction of the polarizer 35A or the analyzer 35B, or the phase difference of the phase plate 36. The signal is shown in Figure 3.
The waveform becomes stable as shown in (c). This is the phase plate 3
The same applies to an optical system that does not use 6 or the analyzer 35B, or an optical system in which the compound image prism 37 is placed only in the detection optical system (between the beam splitter and the image sensor 10).
【００５２】なお、上述実施例では被検マークの位置検
出を撮像方式（ＦＩＡ方式）で行っているが、それ以外
に被検マークに２方向から可干渉性のあるレーザビーム
を照射し、その被検マークから戻されるヘテロダインビ
ームの位相に基づいてその被検マークの位置検出を行う
所謂ヘテロダイン干渉方式のアライメント系を使用する
場合にも、本発明を適用して安定にオートフォーカスを
行うことができる。In the above embodiment, the position of the mark to be inspected is detected by the imaging method (FIA method), but in addition to that, the mark to be inspected is irradiated with a coherent laser beam from two directions, and the detected mark is irradiated. Even when using a so-called heterodyne interference type alignment system that detects the position of the test mark based on the phase of the heterodyne beam returned from the test mark, the present invention can be applied to perform stable autofocus. it can.
【００５３】なお、本発明は上述実施例に限定されず、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る
ことは勿論である。The present invention is not limited to the above embodiment,
Of course, various configurations can be adopted without departing from the scope of the present invention.
【００５４】[0054]
【発明の効果】本発明によれば、視野制限手段により位
置合わせ用マークの像の観察視野（検出領域）の非計測
方向の幅を制限するだけで、その位置合わせ用マークの
パターン（反射率分布も含む）の影響を排除して、安定
に且つ高精度に合焦を行うことができる。従って、その
位置合わせ用マークの位置がずれても、正確に合焦を行
うことができ、ひいては常に高精度に位置合わせ用マー
クの位置を検出できる利点がある。According to the present invention, the width of the alignment mark image in the non-measuring direction of the alignment mark image is limited only by the visual field limiting means, and the alignment mark pattern (reflectance Focusing can be performed stably and highly accurately by eliminating the influence of (including distribution). Therefore, even if the position of the alignment mark is displaced, there is an advantage that the focus can be accurately performed, and the position of the alignment mark can always be detected with high accuracy.
【００５５】また、その視野制限手段が、焦点検出用照
明系、又は焦点検出用受光系内で被検基板の表面と共役
な面上に配置された視野絞りであるときには、焦点検出
用の光束が不要な領域に照射されるのを防止できる。ま
た、その視野制限手段は、撮像手段の撮像信号内から観
察視野内の撮像信号を取り出す撮像信号選択手段である
ときには、電気的に観察視野が任意に設定できるため、
機構部が簡略化されると共に、位置合わせ用マークの形
状の変更に容易に対応できる。If the field limiting means is a field stop arranged on a plane conjugate with the surface of the substrate to be inspected in the focus detection illumination system or the focus detection light receiving system, the light flux for focus detection is used. Can be prevented from being irradiated to unnecessary areas. Further, when the field-of-view limiting unit is an image-capturing signal selecting unit that extracts an image-capturing signal in the observation visual field from the image-capturing signal of the image-capturing unit, the observation visual field can be electrically set arbitrarily,
The mechanical portion is simplified and the shape of the alignment mark can be easily changed.
【００５６】次に、位置検出用照明系と焦点検出用照明
系とを一体の照明系より構成し、該照明系、又は焦点検
出用受光系内の被検基板の配置面と共役な面に撮像信号
処理手段による計測方向に所定ピッチで形成された縞状
パターンを配置するときには、光学系が簡素化される。
更に、その縞状パターンにより位置検出と焦点検出とを
分離して行うことができる。Next, the position detecting illumination system and the focus detecting illumination system are constituted by an integrated illumination system, and the illumination system or the focus detecting light receiving system is provided with a plane conjugate with the arrangement surface of the substrate to be inspected. When arranging the striped patterns formed at a predetermined pitch in the measurement direction by the image pickup signal processing means, the optical system is simplified.
Furthermore, position detection and focus detection can be performed separately by the striped pattern.
【図１】本発明による位置検出装置の第１実施例が適用
された投影露光装置を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a projection exposure apparatus to which a first embodiment of a position detection apparatus according to the present invention is applied.
【図２】（ａ）は図１のウエハ上のショット領域に付設
されたウエハマークを示す拡大平面図、（ｂ）はウエハ
マーク４８の図１の撮像素子１０の撮像面での像を示す
拡大像である。2A is an enlarged plan view showing a wafer mark provided in a shot area on the wafer of FIG. 1, and FIG. 2B shows an image of the wafer mark 48 on an image pickup surface of the image pickup device 10 of FIG. It is an enlarged image.
【図３】第１実施例で合焦を行う場合の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram when focusing is performed in the first embodiment.
【図４】第１実施例でウエハマークの位置がずれた場合
を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a case where the position of the wafer mark is displaced in the first embodiment.
【図５】本発明の第２実施例の要部を示す斜視図であ
る。FIG. 5 is a perspective view showing a main part of a second embodiment of the present invention.
【図６】第２実施例におけるウエハ上での光強度分布を
示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a light intensity distribution on a wafer in a second example.
【図７】本発明の第３実施例のアライメント系を示す構
成図である。FIG. 7 is a configuration diagram showing an alignment system according to a third embodiment of the present invention.
【図８】（ａ）は本発明の第４実施例のアライメント系
を示す構成図、（ｂ）は図８（ａ）内のＡＦ用パターン
板３１上の縞状パターンを示す拡大図である。8A is a configuration diagram showing an alignment system according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 8B is an enlarged view showing a striped pattern on the AF pattern plate 31 in FIG. 8A. .
【図９】第４実施例におけるウエハマーク上での焦点合
わせ用マークの投影像を示す拡大平面図である。FIG. 9 is an enlarged plan view showing a projected image of a focusing mark on a wafer mark in the fourth embodiment.
【図１０】（ａ）は第４実施例で得られる焦点検出用の
撮像信号ＶAFを示す波形図、（ｂ）は第４実施例で得ら
れる位置検出用の撮像信号ＶWMX を示す波形図である。10A is a waveform diagram showing an image pickup signal V AF for focus detection obtained in the fourth embodiment, and FIG. 10B is a waveform diagram showing an image pickup signal V WMX obtained in the fourth embodiment. It is a figure.
【図１１】本発明の第５実施例の微分干渉顕微鏡を示す
構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram showing a differential interference microscope according to a fifth embodiment of the present invention.
【図１２】従来の合焦点検出方法の原理説明図である。FIG. 12 is a diagram illustrating the principle of a conventional focus detection method.
【図１３】図１２の状態からマーク５２が位置ずれした
状態を示す説明図である。13 is an explanatory diagram showing a state in which the mark 52 is displaced from the state of FIG.
１ 位置検出用の光源 ３，８ ビームスプリッター ５ ハーフミラー ６ 対物レンズ系 ７ 焦点合わせ用マークの投影像 １１ ＡＦ用光源 １３ ＡＦ用パターン板 １４ 瞳制限板 １０ 位置検出用の撮像素子 １６ 焦点検出用の撮像素子 １７ 信号処理装置 １８ ステージ制御系 ２４ 視野絞り ２５ ＡＦ用パターン板 ２８ シリンドリカルレンズ ２９，３０ ダイクロイックミラー ３１ ＡＦ用パターン板 ４４ ウエハ ４５ Ｚステージ ４８ ウエハマーク 1 Light source for position detection 3,8 Beam splitter 5 Half mirror 6 Objective lens system 7 Projected image of focusing mark 11 AF light source 13 AF pattern plate 14 Pupil limiting plate 10 Image sensor 16 for position detection 16 For focus detection Image pickup device 17 Signal processing device 18 Stage control system 24 Field stop 25 AF pattern plate 28 Cylindrical lens 29, 30 Dichroic mirror 31 AF pattern plate 44 Wafer 45 Z stage 48 Wafer mark
Claims (4)
形成された位置合わせ用マークに第１の光束を照射する
位置検出用照明系と、 前記位置合わせ用マークから戻される前記第１の光束を
受光する光電検出手段と、 前記位置合わせ用マーク上に第２の光束を照射する焦点
検出用照明系と、 前記位置合わせ用マークから戻される前記第２の光束を
集光して前記位置合わせ用マークの像を形成する焦点検
出用受光系と、 該焦点検出用受光系により形成される前記位置合わせ用
マークの像を撮像する撮像手段と、 前記撮像手段の撮像信号を処理して前記位置合わせ用マ
ークの合焦度を検出する撮像信号処理手段と、 前記被検基板の高さを調整する高さ調整手段と、を有
し、 該高さ調整手段を介して前記位置合わせ用のマークの合
焦度を最大にした後、前記光電検出手段の検出信号に基
づいて前記位置合わせ用マークの位置を検出する装置に
おいて、 前記撮像手段による前記位置合わせ用マークの像の観察
視野の、前記撮像信号処理手段による計測方向に垂直な
方向への幅を、前記位置合わせ用マークの像の該計測方
向に垂直な方向におけるピッチの整数倍に制限する視野
制限手段を設けることを特徴とする位置検出装置。1. A position detection illumination system for irradiating a first light flux to a positioning mark formed on a substrate to be tested at a predetermined pitch in a predetermined direction, and the first mark returned from the positioning mark. Photoelectric detection means for receiving the second light flux, a focus detection illumination system for irradiating the alignment mark with a second light flux, and a second light flux returned from the alignment mark for condensing A light receiving system for focus detection that forms an image of the alignment mark, an image capturing unit that captures an image of the alignment mark formed by the light receiving system for focus detection, and an image capturing signal of the image capturing unit. Image pickup signal processing means for detecting the focus degree of the alignment mark, and height adjusting means for adjusting the height of the substrate to be inspected are provided, and the position adjusting means is used for the alignment. To maximize the focus of the mark After that, in a device for detecting the position of the alignment mark based on the detection signal of the photoelectric detection means, a measurement direction of the observation field of view of the image of the alignment mark by the imaging means by the imaging signal processing means The position detecting device is provided with a visual field limiting means for limiting a width in a direction perpendicular to the direction to an integral multiple of a pitch of the image of the alignment mark in a direction perpendicular to the measuring direction.
明系、又は前記焦点検出用受光系内で前記被検基板の表
面と実質的に共役な面上に配置された視野絞りであるこ
とを特徴とする請求項１記載の位置検出装置。2. The field-of-view limiting means is a field stop disposed on a surface substantially conjugate with the surface of the substrate to be inspected in the focus detection illumination system or the focus detection light receiving system. The position detecting device according to claim 1, wherein:
像信号内から前記観察視野内の撮像信号を取り出す撮像
信号選択手段であることを特徴とする請求項１記載の位
置検出装置。3. The position detecting device according to claim 1, wherein the field-of-view limiting unit is an image-capturing signal selecting unit that extracts an image-capturing signal within the observation visual field from an image-capturing signal of the image-capturing unit.
照明系とを一体の照明系より構成し、該照明系内の前記
被検基板の配置面と実質的に共役な面に前記撮像信号処
理手段による計測方向に所定ピッチで形成された縞状パ
ターンを配置することを特徴とする請求項２又は３記載
の位置検出装置。4. The position detecting illumination system and the focus detecting illumination system are configured as an integrated illumination system, and the imaging is performed on a plane substantially conjugate with a surface on which the substrate to be tested is arranged in the illumination system. The position detecting device according to claim 2 or 3, wherein striped patterns formed at a predetermined pitch are arranged in a measurement direction by the signal processing means.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6307614A JPH08167550A (en) | 1994-12-12 | 1994-12-12 | Position detecting device |
| US08/570,924 US5783833A (en) | 1994-12-12 | 1995-12-12 | Method and apparatus for alignment with a substrate, using coma imparting optics |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6307614A JPH08167550A (en) | 1994-12-12 | 1994-12-12 | Position detecting device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08167550A true JPH08167550A (en) | 1996-06-25 |
Family
ID=17971157
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6307614A Withdrawn JPH08167550A (en) | 1994-12-12 | 1994-12-12 | Position detecting device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08167550A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002353119A (en) * | 2001-05-28 | 2002-12-06 | Oki Electric Ind Co Ltd | Automatic focusing apparatus |
-
1994
- 1994-12-12 JP JP6307614A patent/JPH08167550A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002353119A (en) * | 2001-05-28 | 2002-12-06 | Oki Electric Ind Co Ltd | Automatic focusing apparatus |
| JP4542724B2 (en) * | 2001-05-28 | 2010-09-15 | Ｏｋｉセミコンダクタ株式会社 | Autofocus device |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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