JPH10223517A - Focusing unit, viewer equipped with focusing unit, and aligner equipped with viewer - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance focusing accuracy by arranging a light shielding member at a position conjugate to a plane to be inspected in order to shield the luminous flux from the image of a main aperture formed on the plane to be inspected and to pass the luminous flux from the image of a sub-aperture and introducing the luminous flux from the image of a sub-aperture to a focus point detector while splitting into a plurality of sub-fluxes. SOLUTION: A second objective lens 18 is arranged in the direction passing through the reflective surface of a beam splitter 15 along the optical axis of a first objective lens 16. A light shielding plate 21 is arranged at a position F2 conjugate to the surface F1 of a wafer 17 and a pupil dividing reflective prism 23 for splitting an incident luminous flux into a plurality of sub-fluxes is arranged at a position conjugate to a light source 11 of the vicinity thereof. The light shielding plate 21 is disposed in the way of the optical path and the luminous flux L1 of main aperture is shielded by the light shielding plate 21. Luminous fluxes L2 , L3 from a sub-aperture are passed through the light shielding plate 21 and split by the pupil dividing reflective prism 23 into two luminous fluxes. Four images of L2L, L2R and L3L, L3R are focused on an AF sensor 26 and employed for focusing operation.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等の
被検基板上のパターン等を検出する際に自動的に合焦状
態を得るための合焦装置、それを備えた観察装置及びそ
の観察装置を備えた露光装置に関し、特に光束分割部材
を備えた合焦装置、それを備えた観察装置及びその観察
装置を備えた露光装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a focusing device for automatically obtaining a focused state when a pattern or the like on a test substrate such as a semiconductor wafer is detected, an observation device provided with the same, and an observation device for the same. More particularly, the present invention relates to a focusing device having a light beam splitting member, an observation device having the same, and an exposure device having the observation device.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来のこの種の合焦装置では、例えば特
開平６−２１４１５０号公報に開示されているように、
被検面上の計測領域外の部分に合焦用パターンを投射
し、そこから反射した合焦用光束を瞳分割プリズムなど
で２光束に分割し、合焦用パターン結像面におけるこれ
ら２光束間の距離を測定することで合焦点位置に関する
情報を得ていた。2. Description of the Related Art In a conventional focusing apparatus of this type, for example, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-214150,
A focusing pattern is projected onto a portion outside the measurement area on the surface to be measured, and the focusing light beam reflected therefrom is split into two light beams by a pupil splitting prism or the like, and these two light beams on the focusing pattern image plane are formed. By measuring the distance between them, information about the focal point position was obtained.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来技術においては、観察物体の合焦の精度を上
げるためには、観察用の照野からの反射光束と合焦用照
野からの反射光束とを近接させる必要があるが、その為
にこれら２光束同士が互いに重なり合い干渉して正確な
合焦動作がかえって困難となるためこれを避けて、観察
用光束と合焦用光束とが異なる光路を通るように構成
し、合焦用の光束のみを２光束に分割して合焦動作に用
いている。しかし、この手法を実行するためには観察用
照野を照明する光源系と合焦用照野を照明する光源系と
の独立した２光源系を必要とすることから、装置が複雑
かつ大型化しコストがかかるという欠点があった。又、
合焦用光源に可視光のような広帯域波長光を用い且つ２
光束分割の際に光透過型の瞳分割プリズムを採用してい
るので、この瞳分割プリズムで分割された合焦検出光束
に色分散が発生し、被検面の分光反射率の変動による合
焦検出誤差を生じやすいという問題点があった。However, in the prior art as described above, in order to improve the focusing accuracy of the observation object, the reflected light flux from the observation illumination field and the light flux from the focusing illumination field are required. It is necessary to bring the reflected light flux close to the light flux. For this reason, these two light fluxes overlap each other and interfere with each other, making it difficult to perform an accurate focusing operation. It is configured to pass through different optical paths, and only the focusing light beam is split into two light beams and used for the focusing operation. However, this method requires two independent light source systems, a light source system for illuminating the observation field and a light source system for illuminating the focusing field. There was a disadvantage that the cost was high. or,
Broadband wavelength light such as visible light is used as the focusing light source and 2
Since a light transmission type pupil splitting prism is used for splitting the light beam, chromatic dispersion occurs in the focus detection light beam split by the pupil splitting prism, and the focusing due to the change in the spectral reflectance of the surface to be measured. There is a problem that a detection error easily occurs.

【０００４】そこで本発明は、単一の光源使用により装
置の大型化及び高コスト化を防ぎ、高い合焦精度を持つ
合焦装置、それを備えた観察装置及びその観察装置を備
えた露光装置を提供することを主目的とする。Accordingly, the present invention provides a focusing device having a high focusing accuracy, a focusing device having a high focusing accuracy, an observing device having the same, and an exposing device having the observing device by using a single light source to prevent an increase in size and cost. The main purpose is to provide.

【０００５】また、本発明は、光束分割の際の色分散等
による合焦誤差をなくして広帯域波長光の使用を可能と
し、合焦用光束像の不必要な重なり合いを回避して合焦
精度を上げた合焦装置、それを備えた観察装置及びその
ような観察装置を備えた露光装置を提供することを副次
的な目的としている。Further, the present invention makes it possible to use a wide-band wavelength light by eliminating a focusing error due to chromatic dispersion or the like at the time of splitting a light beam, and to avoid unnecessary overlapping of the light beam images for focusing, thereby achieving focusing accuracy. It is another object of the present invention to provide a focusing device with an increased height, an observation device provided with the same, and an exposure device provided with such an observation device.

【０００６】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明に係る合焦装置は、図１に示
すように、視野絞り１３と；前記視野絞りを照明する光
源１１と；前記光源により照明された前記視野絞りの像
を被検面１７（Ｆ１）上に結像する照明用結像光学系１
４、１６と；前記被検面上に形成された前記視野絞りの
像を所定の検出面Ｖ１に再結像する検出光学系と；所定
の基準位置に対する前記被検面の整合状態を検出するた
めに、前記検出面上に再結像された前記視野絞りの像を
光電的に検出する合焦用検出器２６とを備え；前記視野
絞りは、所定の主開口Ｓ１と副開口Ｓ２、Ｓ３とを有
し；前記検出光学系は、前記被検面上に形成された前記
主開口の像からの光束を遮光すると共に、前記被検面上
に形成された前記副開口の像からの光束を通過させるた
めに、前記被検面と共役な位置又はその位置近傍に配置
された遮光部材２１と；前記被検面上に形成された前記
副開口の像からの光束を複数に分割して、該分割された
光束を前記合焦用検出器に導く光束分割部材２３とを有
する。In order to achieve the above object, a focusing apparatus according to the present invention comprises a field stop 13 and a light source for illuminating the field stop, as shown in FIG. 11; an imaging optical system for illumination 1 for forming an image of the field stop illuminated by the light source on the surface 17 (F1) to be inspected;
4, 16; a detection optical system for re-imaging an image of the field stop formed on the test surface on a predetermined detection surface V1; and detecting an alignment state of the test surface with respect to a predetermined reference position. A focusing detector 26 for photoelectrically detecting an image of the field stop re-imaged on the detection surface; the field stop has a predetermined main opening S1 and sub-openings S2, S3. Wherein the detection optical system shields a light beam from the image of the main opening formed on the surface to be inspected, and a light beam from the image of the sub-opening formed on the surface to be inspected. A light-shielding member 21 disposed at or near a position conjugate to the surface to be inspected so as to allow light to pass therethrough; a light beam from the image of the sub-aperture formed on the surface to be inspected is divided into a plurality of light beams; And a light beam splitting member 23 for guiding the split light beam to the focusing detector.

【０００７】請求項２に記載の発明に係る合焦装置は、
請求項１に記載の合焦装置において、前記検出光学系
は、前記被検面上に形成された前記視野絞りの主開口及
び副開口の像からの光束を集光して、前記各開口の中間
像を形成する対物光学系１６、１８と；前記中間像から
の光束を集光して前記中間像を前記検出面に再結像する
リレー光学系２２、２４とを有し；前記遮光部材は、前
記中間像が形成される位置又はその近傍に設けられ；前
記光束分割部材は、前記リレー光学系中に設けられる。A focusing device according to the invention described in claim 2 is
2. The focusing device according to claim 1, wherein the detection optical system collects light beams from images of a main aperture and a sub-aperture of the field stop formed on the surface to be inspected, and detects the light beams from the respective apertures. Objective optical systems 16 and 18 for forming an intermediate image; and relay optical systems 22 and 24 for condensing a light beam from the intermediate image and re-imaging the intermediate image on the detection surface; Is provided at or near the position where the intermediate image is formed; the light beam splitting member is provided in the relay optical system.

【０００８】このように構成すると、主開口の像からの
光束を遮光し、副開口の像からの光束を選択的に通過さ
せる遮光部材を備えるので、主開口からの光と副開口か
らの光が重なり合わない。[0008] With this configuration, the light from the main opening and the light from the sub-opening are provided because the light-shielding member is provided to block the light from the image of the main opening and to selectively pass the light from the image of the sub-opening. Do not overlap.

【０００９】請求項３に記載の発明に係る合焦装置は、
請求項１の発明において、前記検出光学系は、前記光分
割部材と前記合焦用検出器との間に配置され、前記光束
分割部材の分割方向とほぼ直交する方向に屈折力を持つ
円柱光学系をさらに備える。According to a third aspect of the invention, there is provided a focusing apparatus comprising:
2. The cylindrical optical system according to claim 1, wherein the detection optical system is disposed between the light splitting member and the focusing detector, and has a refractive power in a direction substantially orthogonal to a splitting direction of the light splitting member. The system further comprises a system.

【００１０】このように構成すると、光源の像を光束分
割部材の分割方向と直交する方向に結像する円柱光学系
が、検出面Ｖ１上に結像される像を光束分割部材の分割
方向と直交する方向に圧縮するので、被検面からの合焦
用光束強度を平均化できる。With this configuration, the cylindrical optical system that forms an image of the light source in a direction orthogonal to the direction of division of the light beam dividing member can convert an image formed on the detection surface V1 into the direction of division of the light beam dividing member. Since the light is compressed in the orthogonal direction, the intensity of the luminous flux for focusing from the test surface can be averaged.

【００１１】請求項４に記載の発明は、図８の装置４０
０として示されるように、視野絞り４１３と；前記視野
絞りを照明する光源４１１と；前記光源により照明され
た前記視野絞りの像を被検面上に結像する照明用結像光
学系４１４、４１６と；前記被検面上に形成された前記
視野絞りの像を所定の検出面に再結像する検出光学系４
１６、４１８、４２２、４２４と；所定の基準位置に対
する前記被検面の整合状態を検出するために、前記検出
面Ｖ１上に再結像された前記視野絞りの像を光電的に検
出する合焦用検出器４２６とを備え；前記視野絞りは、
所定の主開口Ｓ４１と副開口Ｓ４２、Ｓ４３とを有し；
前記検出光学系は、前記被検面上に形成された前記視野
絞りの主開口及び副開口の像からの光束をそれぞれ複数
に分割して、該分割された光束を前記検出面に導く光束
分割部材４２３Ａと；前記光束分割部材と前記検出器と
の間に配置されて、前記光束分割部材の分割方向とほぼ
直交する方向に屈折力を持つ円柱光学系４２５とを有す
る。The invention according to claim 4 uses the device 40 of FIG.
0, a field stop 413; a light source 411 for illuminating the field stop; an illumination imaging optical system 414 for forming an image of the field stop illuminated by the light source on a test surface; 416; a detection optical system 4 for re-imaging an image of the field stop formed on the surface to be detected on a predetermined detection surface
16, 418, 422, and 424; in order to detect an alignment state of the surface to be measured with respect to a predetermined reference position, an image of the field stop re-imaged on the detection surface V1 is photoelectrically detected. A focus detector 426;
Having a predetermined main opening S41 and sub-openings S42, S43;
The detection optical system divides a light beam from an image of a main aperture and a sub-aperture of the field stop formed on the surface to be detected into a plurality of light beams, and guides the divided light beam to the detection surface. A member 423A; and a cylindrical optical system 425 disposed between the light beam splitting member and the detector and having a refractive power in a direction substantially orthogonal to a split direction of the light beam splitting member.

【００１２】このように構成すると、主開口Ｓ１を通過
する光束により照明される領域が比較的小さい場合に対
処できるし、光源の像を光束分割部材の分割方向と直交
する方向に結像する円柱光学系が、検出面Ｖ１上に結像
される像を光束分割部材の分割方向と直交する方向に圧
縮する。With such a configuration, it is possible to cope with a case where the area illuminated by the light beam passing through the main aperture S1 is relatively small, and to form an image of the light source in a direction orthogonal to the direction of division of the light beam dividing member. The optical system compresses the image formed on the detection surface V1 in a direction orthogonal to the split direction of the light beam splitting member.

【００１３】請求項５に記載の合焦装置は、請求項４に
記載の装置において、前記検出光学系は、前記被検面上
に形成された前記視野絞りの主開口及び副開口の像のい
ずれか一方からの光束を前記合焦用検出器へ導く光束選
択部材４２１をさらに備える。According to a fifth aspect of the present invention, in the apparatus of the fourth aspect, the detection optical system includes an image of a main aperture and an auxiliary aperture of the field stop formed on the surface to be inspected. It further includes a light beam selecting member 421 for guiding the light beam from one of them to the focusing detector.

【００１４】請求項６に記載の合焦装置は、請求項４に
記載の装置において、前記検出光学系は、前記被検面上
に形成された前記視野絞りの主開口及び副開口の像から
の光束を集光して、前記各開口の中間像を形成する対物
光学系と；該対物光学系により形成された前記主開口の
中間像及び前記副開口の中間像からのいずれか一方から
の光束を前記合焦用検出器へ導く光束選択部材と；該光
束選択部材によって選択された光束を集光して前記各開
口の中間像の一方の像を前記検出面に再結像するリレー
光学系とを更に備える。According to a sixth aspect of the present invention, in the apparatus of the fourth aspect, the detection optical system is configured to detect an image of the main aperture and the sub aperture of the field stop formed on the surface to be inspected. And an objective optical system for converging the light flux of the aperture to form an intermediate image of each of the apertures; and an objective optical system formed by the objective optical system from one of the intermediate image of the main aperture and the intermediate image of the sub aperture. A light beam selecting member for guiding the light beam to the focusing detector; a relay optic for condensing the light beam selected by the light beam selecting member and re-forming one of the intermediate images of the apertures on the detection surface; And a system.

【００１５】このように構成すると、いずれか一方の開
口の像からの光束を選択的に通過させる光束選択部材を
備えるので、主開口と副開口の像からの光束が分離さ
れ、重なり合わない。With such a configuration, since the light beam selecting member for selectively passing the light beam from the image of one of the openings is provided, the light beams from the images of the main opening and the sub-opening are separated and do not overlap.

【００１６】請求項７に記載の合焦装置は、請求項１乃
至請求項６のいずれかに記載の装置において、前記光束
分割部材は、反射型プリズム又は色消しプリズムで構成
される。According to a seventh aspect of the present invention, in the focusing apparatus according to any one of the first to sixth aspects, the light beam splitting member comprises a reflection type prism or an achromatic prism.

【００１７】このように構成すると、光束分割部材が、
反射型プリズム又は色消しプリズムであるので、広帯域
波長光を用いても、光束を分割した際に光の分散が生じ
ない。According to this structure, the light beam splitting member has:
Since it is a reflective prism or an achromatic prism, even when broadband wavelength light is used, light is not dispersed when a light beam is split.

【００１８】請求項８に記載の合焦装置は、請求項１乃
至請求項７のいずれかに記載の装置において、前記光束
分割部材により前記検出面上に分割形成される複数の副
開口像同士の間隔に関する前記合焦用検出器からの出力
に基づいて、前記被検面をその法線方向に移動させて、
前記被検面の位置を調整する制御系をさらに備える。The focusing device according to claim 8 is the device according to any one of claims 1 to 7, wherein a plurality of sub-aperture images divided and formed on the detection surface by the light beam dividing member. Based on the output from the focusing detector for the interval of, the test surface is moved in its normal direction,
The apparatus further includes a control system for adjusting a position of the surface to be inspected.

【００１９】このように構成すると、制御系を備えるの
で、副開口の像同士の間隔に基づいて、被検面の焦点合
わせを行うことができる。With this configuration, since the control system is provided, it is possible to perform focusing on the surface to be inspected based on the distance between the images of the sub-apertures.

【００２０】請求項９に記載の観察装置は、請求項１乃
至請求項８のいずれかに記載の合焦装置と；前記被検面
と前記各開口の中間像との間に配置されたビームスプリ
ッタと；該ビームスプリッタにより分割された光路中に
配置されると共に、前記被検面と共役な位置又はその近
傍に配置された観察用検出器とを備え；前記照明用結像
光学系は、前記視野絞りの主開口の像を前記被検面上の
観察用マークに向けて結像することにより、前記主開口
の像にて前記観察用マークを照明し；前記観察用検出器
は、前記観察用マークの像を光電検出する。According to a ninth aspect of the present invention, there is provided an observation device comprising: a focusing device according to any one of the first to eighth aspects; and a beam disposed between the test surface and an intermediate image of each of the apertures. A splitter; and an observation detector arranged in an optical path split by the beam splitter and arranged at or near a position conjugate with the surface to be inspected; By forming an image of the main aperture of the field stop toward an observation mark on the surface to be inspected, the observation mark is illuminated with the image of the main aperture; The image of the observation mark is photoelectrically detected.

【００２１】このように構成すると、前記の合焦装置を
備えるので、開口の像からの光束が分離され、重なり合
わない。したがって合焦精度の高い観察装置が得られ
る。With this configuration, since the focusing device is provided, the light flux from the image of the aperture is separated and does not overlap. Therefore, an observation device with high focusing accuracy can be obtained.

【００２２】請求項１０に記載の露光装置は、請求項９
に記載の観察装置と；所定のパターンが形成されたレチ
クルを感光性基板に露光するために前記レチクルを照明
する露光用照明系とを備え；前記観察装置は、前記観察
用マークとしての前記感光性基板上に形成されたアライ
メントマークの像を前記観察用検出器にて光電検出する
ことにより、前記感光性基板の位置を検出するように構
成されている。An exposure apparatus according to claim 10 is an exposure apparatus according to claim 9.
And an exposure illumination system that illuminates the reticle with a predetermined pattern formed on a photosensitive substrate to expose the reticle to the photosensitive substrate; and wherein the observation device includes the reticle as the observation mark. The position of the photosensitive substrate is detected by photoelectrically detecting the image of the alignment mark formed on the photosensitive substrate by the observation detector.

【００２３】このように構成すると、前記の観察装置を
備えるので、基板のアライメントの際に正確な合焦がで
き、ひいては正確なアライメントが実行でき、高精度の
露光ができる。With this configuration, since the above-described observation device is provided, accurate focusing can be performed at the time of substrate alignment, accurate alignment can be performed, and high-precision exposure can be performed.

【００２４】[0024]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは
相当する部材には同一または下２桁が同一な符号を付
し、重複した説明は省略する。Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each of the drawings, members that are the same or correspond to each other are denoted by the same reference numerals in the same or lower two digits, and redundant description is omitted.

【００２５】図１は本発明による合焦装置の第１の実施
の形態を示す概略構成図である。合焦装置１０におい
て、光源１１は所定の広帯域波長の光束を発する光源で
あり、単一光源として観察用及び合焦用の動作に共用さ
れる。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of a focusing device according to the present invention. In the focusing device 10, the light source 11 is a light source that emits a light beam having a predetermined broadband wavelength, and is used as a single light source for operations for observation and focusing.

【００２６】光源１１の光路上にコンデンサレンズ１
２、図１中の（ａ）に示すような主開口Ｓ１及び副開口
Ｓ２、Ｓ３を有する視野絞り１３、照明リレーレンズ１
４、及びビームスプリッタ１５がこの順に配置され、照
明リレーレンズ１４を介した光源１１からの光がビーム
スプリッタ１５において反射される方向、図１ではビー
ムスプリッタ１５から下方に進む光路上には、第１対物
レンズ１６、及びウエハ１７を載置するためのステージ
２７が配置されている。The condenser lens 1 is placed on the optical path of the light source 11.
2. A field stop 13 having a main opening S1 and sub-openings S2 and S3 as shown in FIG.
4, and a beam splitter 15 are arranged in this order, and in a direction in which light from the light source 11 via the illumination relay lens 14 is reflected by the beam splitter 15, in FIG. A stage 27 on which the one objective lens 16 and the wafer 17 are mounted is arranged.

【００２７】ウエハ１７の表面は本発明に基づく基準面
としての第１の面Ｆ１に一致するように置かれ、このと
きウエハ１７の表面（基準面Ｆ１）は、視野絞り１３と
共役の位置にある。ウエハ１７上には不図示の観察用マ
ークとしての位置検出用アライメントマークが形成され
ている。The surface of the wafer 17 is placed so as to coincide with the first surface F1 as a reference surface according to the present invention. At this time, the surface of the wafer 17 (reference surface F1) is located at a position conjugate with the field stop 13. is there. An alignment mark for position detection is formed on the wafer 17 as an observation mark (not shown).

【００２８】以下においては、基準面（予定焦点面）Ｆ
１とウエハ１７の表面とが合致しているものとして説明
する。In the following, a reference plane (planned focal plane) F
The description will be made on the assumption that 1 and the surface of the wafer 17 match.

【００２９】尚、視野絞り１３の主開口Ｓ１は正方形に
形成され、視野絞り１３の中央部に配置されており、そ
の中心がコンデンサレンズ１２乃至照明リレーレンズ１
４の光軸とほぼ一致するように光路中に挿入されてい
る。副開口Ｓ２、Ｓ３は細長い矩形スリットに形成さ
れ、その長手方向の辺が主開口Ｓ１の対向する２つの辺
に平行で且つその近傍に、且つ両副開口が主開口に対し
て対称位置に配置されている。The main aperture S1 of the field stop 13 is formed in a square shape, and is disposed at the center of the field stop 13, and the center thereof is located between the condenser lens 12 and the illumination relay lens 1.
4 is inserted in the optical path so as to substantially coincide with the optical axis. The sub-openings S2 and S3 are formed in elongated rectangular slits, and the sides in the longitudinal direction are parallel to and near two opposing sides of the main opening S1, and both sub-openings are symmetrically positioned with respect to the main opening. Have been.

【００３０】副開口Ｓ２、Ｓ３の長手方向と直交する方
向が、後述する合焦の計測方向となる。以下の説明中で
は、副開口Ｓ２、Ｓ３の長手方向を非計測方向と呼ぶ。
又、合焦の計測方向は、種々の方向に設定することが可
能であるが本実施の形態では被検ウエハ面のパターンの
基準線の方向（ｘ方向又はｙ方向）に合わせている。A direction perpendicular to the longitudinal direction of the sub-openings S2 and S3 is a focus measuring direction described later. In the following description, the longitudinal direction of the sub-openings S2 and S3 is referred to as a non-measurement direction.
In addition, the measurement direction of focusing can be set in various directions, but in the present embodiment, it is set to the direction of the reference line (x direction or y direction) of the pattern on the wafer surface to be measured.

【００３１】次に、第１対物レンズ１６の光軸に沿っ
て、ビームスプリッタ１５の反射面を透過する方向、図
では上方向への光路上には、第２対物レンズ１８が配置
され、次いで遮光板２１が、第１の面（基準面Ｆ１）に
あるウエハ１７の表面Ｆ１と共役な位置Ｆ２に配置さ
れ、第１のリレーレンズ２２と続き、入射光束を複数の
光束に分割する光束分割部材である瞳分割用反射型プリ
ズム２３（本実施の形態では２本の光束に分割）が光源
１１と共役な位置又はその近傍に配置される。Next, along the optical axis of the first objective lens 16, a second objective lens 18 is disposed on an optical path in a direction of transmitting through the reflection surface of the beam splitter 15, that is, in the upward direction in the drawing. A light shielding plate 21 is arranged at a position F2 conjugate to the surface F1 of the wafer 17 on the first surface (reference surface F1), is connected to the first relay lens 22, and splits an incident light beam into a plurality of light beams. A pupil-dividing reflective prism 23 (divided into two light beams in the present embodiment), which is a member, is disposed at a position conjugate with the light source 11 or in the vicinity thereof.

【００３２】ここで瞳分割用反射型プリズム２３は、２
面が１８０度に近い鈍角で山型に形成されたプリズム
の、その２面を反射面に仕上げた光学部材である。本実
施の形態では、前記２面の交線（山の稜線）が第１リレ
ーレンズ２２の光軸と交差し、その光軸をほぼ９０度横
に振るように傾けて配置されている。Here, the pupil-dividing reflective prism 23 is
This is an optical member in which two surfaces of a prism formed in a mountain shape at an obtuse angle close to 180 degrees are formed as reflection surfaces. In the present embodiment, the intersection line (ridge line of the mountain) of the two surfaces intersects with the optical axis of the first relay lens 22, and the optical axis of the first relay lens 22 is tilted so as to be swung by about 90 degrees.

【００３３】遮光板２１の配置される位置Ｆ２は本発明
に基づく第２の面の位置に相当する。第２対物レンズ２
２を介して瞳分割用反射型プリズム２３に入射した光束
は、ここで図中右方へ分割反射され、この右方への光路
上には、瞳分割用反射型プリズム２３に続いて第２のリ
レーレンズ２４、円柱光学系である円柱レンズ（シリン
ドリカルレンズ）２５、及びＡＦセンサ２６が順次配置
される。The position F2 where the light shielding plate 21 is arranged corresponds to the position of the second surface according to the present invention. Second objective lens 2
The luminous flux incident on the pupil-dividing reflective prism 23 through the pupil-dividing prism 2 is divided and reflected rightward in FIG. , A cylindrical lens (cylindrical lens) 25 serving as a cylindrical optical system, and an AF sensor 26 are sequentially arranged.

【００３４】ここで円柱光学系とは、前後の面が、互い
に平行な母線を有する円柱面であるレンズである。前後
の面の一方が平面であってもよい。この場合、具体的に
は円柱面の母線と直角の方向には屈折力があるが母線方
向の屈折力はゼロである。本実施の形態では、円柱レン
ズ２５はその母線が本合焦光学系の計測方向にほぼ一致
するように配置される。またここでは、円柱光学系は、
直交する２方向で屈折力（度）が異なるレンズ、トーリ
ックレンズを含む概念とする。Here, the cylindrical optical system is a lens whose front and rear surfaces are cylindrical surfaces having generatrix parallel to each other. One of the front and rear surfaces may be flat. In this case, specifically, there is a refractive power in a direction perpendicular to the generatrix on the cylindrical surface, but the refractive power in the generatrix direction is zero. In the present embodiment, the cylindrical lens 25 is disposed such that its generatrix substantially matches the measurement direction of the focusing optical system. Here, the cylindrical optical system is
The concept includes a lens having different refractive power (degree) in two orthogonal directions and a toric lens.

【００３５】ＡＦセンサ２６は、第２の面Ｆ２と共役又
はその近傍の位置にある第１の撮像面Ｖ１の位置に配置
され、その撮像面上に結像される像の位置関係を検出し
て合焦（オートフォーカス（ＡＦ））用信号を発信す
る。The AF sensor 26 is arranged at the position of the first imaging plane V1 which is conjugate with or near the second plane F2, and detects the positional relationship of the image formed on the imaging plane. A signal for focusing (autofocus (AF)) is transmitted.

【００３６】又、第１の面Ｆ１と第２の面Ｆ２との中
間、詳しくは第２対物レンズ１８と遮光板２１との中間
にビームスプリッタ１９が配置され、第１の面Ｆ１と第
２の面Ｆ２とを連結する光路はビームスプリッタ１９に
よって反射方向、図中では左方向へ分岐され、その方向
の光路上、第１の面Ｆ１と共役の位置、第２の撮像面Ｖ
２に像検出読み取り用の撮像素子２０、例えばＣＣＤ撮
像素子が配置される。Further, a beam splitter 19 is disposed between the first surface F1 and the second surface F2, specifically, between the second objective lens 18 and the light shielding plate 21, and the beam splitter 19 is disposed between the first surface F1 and the second surface F2. The optical path connecting to the surface F2 is branched by the beam splitter 19 in the reflection direction, that is, in the left direction in the figure, and on the optical path in that direction, the position conjugate with the first surface F1 and the second imaging surface V
An image pickup device 20 for image detection and reading, for example, a CCD image pickup device is arranged in 2.

【００３７】ステージ２７にはステージ駆動装置２８が
接続され、ＡＦセンサ２６及び撮像素子２０には信号処
理装置２９が接続されており、更に、ステージ駆動装置
２８及び信号処理装置２９には制御部３０が接続されて
いる。A stage driving device 28 is connected to the stage 27, a signal processing device 29 is connected to the AF sensor 26 and the image pickup device 20, and a control unit 30 is connected to the stage driving device 28 and the signal processing device 29. Is connected.

【００３８】尚、以上の構成において、視野絞り１３か
ら第１の面Ｆ１に相当するウエハ１７表面までの間の光
学構成要素によって、本発明に基づく照明用結像光学系
が形成されている。又、第１の面Ｆ１に相当するウエハ
１７から第２の面Ｆ２に相当する遮光板２１までの間の
光学構成要素によって、本発明に基づく対物結像光学系
が形成されている。第２の面Ｆ２又はその近傍に位置す
る遮光板２１から第１の撮像面Ｖ１に相当するＡＦセン
サ２６までの間の光学構成要素によって、本発明に基づ
くリレー光学系が形成されている。In the above configuration, the optical components between the field stop 13 and the surface of the wafer 17 corresponding to the first surface F1 form the illumination imaging optical system according to the present invention. The optical components between the wafer 17 corresponding to the first surface F1 and the light shielding plate 21 corresponding to the second surface F2 form an objective imaging optical system according to the present invention. A relay optical system according to the present invention is formed by optical components between the light shielding plate 21 located at or near the second surface F2 and the AF sensor 26 corresponding to the first imaging surface V1.

【００３９】ウエハ１７からＡＦセンサ２６までの間の
光学構成要素によって本発明に基づく検出光学系が形成
されている。The optical components between the wafer 17 and the AF sensor 26 form a detection optical system according to the present invention.

【００４０】以下、図１を参照して上記の構成における
合焦装置１０の動作を説明する。まず、光源１１から射
出した照明光束がコンデンサレンズ１２によって集光さ
れ、主開口Ｓ１及び副開口Ｓ２、Ｓ３を有する視野絞り
１３を均一に照明する。視野絞り１３の主開口Ｓ１及び
副開口Ｓ２、Ｓ３を通過した光束は、照明リレーレンズ
１４によってコリメートされ、ビームスプリッタ１５で
その反射方向、図中下方向へ分岐される。その分岐され
た光束は、第１対物レンズ１６によって集光され、ステ
ージ２７上に載せたウエハ１７の表面に垂直に照射され
る。Hereinafter, the operation of the focusing device 10 having the above configuration will be described with reference to FIG. First, the illumination light flux emitted from the light source 11 is condensed by the condenser lens 12, and uniformly illuminates the field stop 13 having the main opening S1 and the sub-openings S2 and S3. The light beam that has passed through the main opening S1 and the sub-openings S2 and S3 of the field stop 13 is collimated by the illumination relay lens 14, and is branched by the beam splitter 15 in the reflection direction, that is, downward in the drawing. The split light flux is condensed by the first objective lens 16 and is vertically irradiated on the surface of the wafer 17 placed on the stage 27.

【００４１】ウエハ１７の表面は、視野絞り１３と共役
な位置にあるので、主開口Ｓ１及び副開口Ｓ２、Ｓ３の
像は、照明用結像光学系の照明リレーレンズ１４及び第
１対物レンズ１６を介して、第１の面（基準面）Ｆ１に
あるウエハ１７の表面に結像される。その際、主開口Ｓ
１の像はウエハ１７表面の位置検出用の不図示のウエハ
マーク（アライメントマーク）を照明し、副開口Ｓ２及
びＳ３の像はウエハマークの近傍を照明する。ステージ
２７にはステージ駆動装置２８が接続されて、ステージ
２７、したがってウエハ１７の位置の移動及び調整を行
う。Since the surface of the wafer 17 is at a position conjugate with the field stop 13, the images of the main opening S1 and the sub-openings S2 and S3 are formed by the illumination relay lens 14 and the first objective lens 16 of the imaging optical system for illumination. , An image is formed on the surface of the wafer 17 on the first surface (reference surface) F1. At that time, the main opening S
The image 1 illuminates a wafer mark (alignment mark) (not shown) for detecting the position on the surface of the wafer 17, and the images of the sub-openings S2 and S3 illuminate the vicinity of the wafer mark. A stage driving device 28 is connected to the stage 27, and moves and adjusts the position of the stage 27 and thus the position of the wafer 17.

【００４２】ここで、ウエハ１７の表面に結像された主
開口Ｓ１の像からの反射光束をＬ１、副開口Ｓ２の像か
らの光束をＬ２、副開口Ｓ３の像からの光束をＬ３とす
る。これらの光束Ｌ１、Ｌ２、及びＬ３は第一対物レン
ズ１６によってコリメートされ、ビームスプリッタ１５
を透過し、第２対物レンズ１８によって再び集光され、
ビームスプリッタ１９によって透過及び反射分岐され
る。Here, the light flux reflected from the image of the main aperture S1 formed on the surface of the wafer 17 is L1, the light flux from the image of the sub aperture S2 is L2, and the light flux from the image of the sub aperture S3 is L3. . These light beams L1, L2, and L3 are collimated by a first objective lens 16, and are split by a beam splitter 15
And is collected again by the second objective lens 18,
The light is split by transmission and reflection by the beam splitter 19.

【００４３】反射分岐された光束のうち光束Ｌ１は撮像
素子２０の面上に、ウエハマークの像を結像する。撮像
素子２０からの出力信号は信号処理装置２９により処理
され、これに基づいて、ウエハマークの位置検出やテレ
ビモニタによる観察が行われる。The light beam L 1 of the reflected and branched light beams forms an image of a wafer mark on the surface of the image sensor 20. The output signal from the image sensor 20 is processed by the signal processing device 29, and based on the processed signal, the position of the wafer mark is detected and observation by a television monitor is performed.

【００４４】一方、ビームスプリッタ１９において透過
分岐された光束Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、２つの対物レンズ
１６、１８の結像作用によって、ウエハ１７表面と共役
またはその近傍の第２の面Ｆ２の位置に設けられた遮光
板２１にＳ１、Ｓ２、Ｓ３の像を再結像する。On the other hand, the light beams L1, L2, and L3 transmitted and branched by the beam splitter 19 are conjugated to the surface of the wafer 17 or the position of the second surface F2 in the vicinity thereof by the imaging action of the two objective lenses 16 and 18. The images of S1, S2, and S3 are re-imaged on the light shielding plate 21 provided in.

【００４５】すなわち、遮光板２１上には、２つの対物
レンズ（１６、１８）によってウエハ１７の表面上に形
成された主開口Ｓ１及び副開口（Ｓ２、Ｓ３）の像の中
間像（空間像）が形成される。That is, on the light shielding plate 21, an intermediate image (spatial image) of the images of the main opening S1 and the sub-openings (S2, S3) formed on the surface of the wafer 17 by the two objective lenses (16, 18). ) Is formed.

【００４６】図１中の（ｂ）に光軸方向から見た遮光板
２１の形態を示す。遮光板２１には光軸Ｏに対して対称
な位置に２個のスリット状の光束通過部Ｓ１２、Ｓ１３
が副開口Ｓ２、Ｓ３に対応するように設けられており、
図２に示すようにウエハ表面において結像反射された光
束Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３のうち光束Ｌ１は遮光され、光束Ｌ
２、Ｌ３のみがＳ１２及びＳ１３をそれぞれ介して通過
できるように構成されている。尚、遮光板２１は図１中
の（ｃ）に示す形態も考えられる。即ち、光束Ｌ１が遮
光板２１に入射する（図中斜線で示す）範囲のみが遮光
され、その周囲の部分全ての領域Ｓ１４が光束通過部と
して構成されていてもよい。FIG. 1B shows the form of the light shielding plate 21 viewed from the optical axis direction. The light-shielding plate 21 has two slit-shaped light beam passage portions S12 and S13 at positions symmetrical with respect to the optical axis O.
Are provided so as to correspond to the sub-openings S2 and S3,
As shown in FIG. 2, of the light beams L1, L2, and L3 image-reflected on the wafer surface, the light beam L1 is blocked, and the light beam L
It is configured such that only L2 and L3 can pass through S12 and S13, respectively. Note that the light shielding plate 21 may be in the form shown in FIG. That is, only the area where the light beam L1 enters the light shielding plate 21 (shown by oblique lines in the figure) is shielded, and the entire area S14 around the area may be configured as a light beam passing portion.

【００４７】遮光板２１を通過した光束Ｌ２、Ｌ３は第
１のリレーレンズ２２によってコリメートされた後、瞳
分割用反射型プリズム２３上に光源１１の像を結像す
る。更に、光束Ｌ２、Ｌ３は瞳分割用反射型プリズム２
３によってそれぞれ２個の光束に分割されると共に図中
で右方へ反射され、第２のリレーレンズ２４により再び
集光される。そして、円柱レンズ２５を介して、ＡＦセ
ンサ２６上に光束Ｌ２及びＬ３による副開口Ｓ２及びＳ
３の像を結像する。The light beams L2 and L3 that have passed through the light shielding plate 21 are collimated by the first relay lens 22, and then form an image of the light source 11 on the pupil-dividing reflective prism 23. Further, the light beams L2 and L3 are reflected by the pupil-dividing reflective prism 2
The light is divided into two light beams by 3 and is reflected rightward in the figure, and is condensed again by the second relay lens 24. Then, through the cylindrical lens 25, the sub-openings S2 and S3 formed by the light beams L2 and L3 on the AF sensor 26.
Image 3 is formed.

【００４８】これらの結像を詳しく説明すると、図３に
示すようにＡＦセンサ２６上で計測方向（図３の左右方
向、図１では光軸を挟んだ副開口Ｓ２、Ｓ３のスリット
長手に直角な方向）に関して、Ｓ２の２分割像であるＬ
２Ｌ，Ｌ２Ｒ及びＳ３の２分割像であるＬ３Ｌ，Ｌ３Ｒ
の計４個の像が結像される。又、ＡＦセンサ２６の計測
方向に対して直角の非計測方向に関しては、又は反射型
プリズム２３の光分割方向と直交する方向に関しては、
円柱レンズ２５が屈折力を持つためＬ２，Ｌ３の光束は
ＡＦセンサ２６上の非計測方向に関して４つの光源像を
結像する。These image formations will be described in detail. As shown in FIG. 3, the measurement direction (horizontal direction in FIG. 3, in FIG. 1, perpendicular to the slit length of the sub-openings S2, S3 across the optical axis) on the AF sensor 26 is shown. L) which is a two-divided image of S2
L3L and L3R, which are two-divided images of 2L, L2R and S3
Are formed. For a non-measurement direction perpendicular to the measurement direction of the AF sensor 26, or for a direction orthogonal to the light division direction of the reflective prism 23,
Since the cylindrical lens 25 has a refractive power, the light beams L2 and L3 form four light source images in the non-measurement direction on the AF sensor 26.

【００４９】この円柱レンズの作用によりＡＦセンサ２
６上に形成されるスリット状の４つの光の強度は、非計
測方向にて平均化され、ＡＦセンサ２６は精度良く被検
面の位置を検出することができる。The AF sensor 2 is operated by the operation of the cylindrical lens.
The intensities of the four slit-like lights formed on 6 are averaged in the non-measurement direction, and the AF sensor 26 can accurately detect the position of the surface to be measured.

【００５０】次に図４を参照して、本発明に基づく合焦
装置の合焦機構について説明する。図４の（ａ）、
（ｂ）、及び（ｃ）は、瞳分割用反射型プリズム２３上
でそれぞれ２本の光束に分割された光束Ｌ２及びＬ３の
ＡＦセンサ２６上での結像の合焦状態及び合焦ずれ状態
を、光束Ｌ２を例にとって示す。Next, the focusing mechanism of the focusing device according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4A,
(B) and (c) show the in-focus state and the out-of-focus state of the image formation on the AF sensor 26 of the light beams L2 and L3 split into two light beams on the pupil splitting reflection prism 23, respectively. Is shown taking the light beam L2 as an example.

【００５１】図４の（ｂ）はウエハ１７の表面が撮像素
子２０に対して合焦状態にある（すなわち対物光学系
（１６、１８）の予定焦点面としての基準面Ｆ１と共役
の位置にあるＡＦセンサ２６の表面に対しても合焦状態
にある）場合の光束Ｌ２の結像状態を示す。FIG. 4B shows a state in which the surface of the wafer 17 is in focus with respect to the image pickup device 20 (ie, at a position conjugate with the reference plane F1 as a planned focal plane of the objective optical systems (16, 18)). This shows the image forming state of the light beam L2 in the case where the surface of a certain AF sensor 26 is also in focus.

【００５２】分割された２光束（２分割光束）各々の結
像位置中心をＰ１、Ｐ２としＰ１とＰ２との距離をｄと
する。この場合Ｐ１及びＰ２は図３の光束Ｌ２の２分割
光束による結像Ｌ２Ｌ及びＬ２Ｒの位置中心にそれぞれ
対応する。尚説明の便宜上、計測方向において光軸から
Ｌ２側への向きをＲ、Ｌ３側への向きをＬとする。The center of the imaging position of each of the two split light beams (two split light beams) is P1, P2, and the distance between P1 and P2 is d. In this case, P1 and P2 respectively correspond to the position centers of the images L2L and L2R formed by the two divided light beams of the light beam L2 in FIG. For convenience of explanation, the direction from the optical axis to the L2 side in the measurement direction is R, and the direction from the optical axis to the L3 side is L.

【００５３】これに対して、ウエハ１７の表面が合焦状
態にある場合の基準位置Ｆ１（合焦位置）よりも、図１
中で下方、即ち第１対物レンズ１６から遠方向にある場
合は、図４の（ａ）に示すように２分割光束各々の合焦
点がＡＦセンサ２６の結像面よりも図中で左方寄り、即
ちリレーレンズ２４寄りの位置となるため、ＡＦセンサ
２６の結像面上での結像位置中心あるいは光量中心が上
に述べたＰ１、Ｐ２よりも互いに近づく方向へずれた位
置Ｐ１ａ、Ｐ２ａとなる（Ｐ１ａとＰ２ａとの距離ｄ
（ａ）＜ｄ）。On the other hand, compared to the reference position F1 (focused position) when the surface of the wafer 17 is in focus, FIG.
4A, the focal point of each of the two split light beams is located on the left side of the image plane of the AF sensor 26 in the figure, as shown in FIG. Since the position is closer to the relay lens 24, that is, the position P1a, P2a in which the center of the image forming position or the center of the light amount on the image forming plane of the AF sensor 26 is shifted in a direction closer to each other than P1 and P2 described above. (Distance d between P1a and P2a)
(A) <d).

【００５４】又、反対にウエハ１７の表面が合焦位置Ｆ
１よりも図１中で上方、即ち第１対物レンズ１６に近い
方向にある場合は、図４の（ｃ）に示すように、２分割
光束による結像位置中心あるいは光量中心はＰ１、Ｐ２
よりも互いに離れる方向へずれた位置Ｐ１ｃ、Ｐ２ｃと
なる（Ｐ１ｃとＰ２ｃとの距離ｄ（ｃ）＞ｄ）。On the other hand, when the surface of the wafer 17
In the case where it is located above the position 1 in FIG. 1, that is, in the direction close to the first objective lens 16, as shown in FIG.
The positions P1c and P2c are shifted further away from each other (distance d (c)> d between P1c and P2c).

【００５５】すなわち、ステージ２７を図１中で上下方
向に位置調整してステージ２７上のウエハ１７の表面を
上下させることにより、２分割光束の像Ｌ２Ｌ及びＬ２
Ｒが計測方向に関して互いに近づいたり離れたりする。
そして、ＡＦセンサ２６が２分割光束の結像位置につい
ての情報を検出し、この情報を含む信号がＡＦセンサ２
６から信号処理装置２９に送られて処理され、結像位置
間の距離が算出される。That is, by adjusting the position of the stage 27 in the vertical direction in FIG. 1 and moving the surface of the wafer 17 on the stage 27 up and down, the images L2L and L2
R approach or move away from each other in the measurement direction.
Then, the AF sensor 26 detects information on the image forming position of the two-divided light beam, and a signal including this information is transmitted to the AF sensor 2.
6 to the signal processing device 29 for processing, and the distance between the imaging positions is calculated.

【００５６】更に、予め記憶されている合焦状態におけ
る結像位置間の距離との比較が行われ、両者の差が計算
されて焦点位置情報として制御部３０へ出力される。制
御部３０では入力情報に基づいてステージ駆動装置２８
を介してステージ２７を上下に移動させ、図４の（ｂ）
の状態が得られるように調整すると、Ｓ２、Ｓ３の像が
ＦＡセンサ２６に対して合焦すると同時に、ウエハ１７
上のウエハマーク像が撮像素子２０に対して合焦する。Further, the distance is compared with the distance between the image forming positions in the in-focus state stored in advance, and the difference between the two is calculated and output to the control unit 30 as focal position information. The controller 30 controls the stage driving device 28 based on the input information.
The stage 27 is moved up and down via, and FIG.
Is adjusted so as to obtain the state of (1), the images of S2 and S3 are focused on the FA sensor 26, and at the same time, the wafer 17
The upper wafer mark image is focused on the image sensor 20.

【００５７】このような合焦検出方式の利点として、副
開口Ｓ２、Ｓ３の非計測方向の長さを長く取ることによ
るウエハの反射率ムラ平均化効果と、瞳分割方式による
ウエハ反射率ムラ影響低減効果とが挙げられる。このこ
とから、ウエハの反射率ムラによる合焦検出誤差発生を
防ぐことにより正確に合焦できる。又、合焦用開口とし
てＳ２、Ｓ３の２個の開口を用いているため、ウエハ１
７の合焦検出を行う際に、Ｌ２Ｌ及びＬ２Ｒを用いた合
焦測定値とＬ３Ｌ及びＬ３Ｒを用いた合焦測定値との平
均を取ることによって合焦位置検出精度が向上する。
尚、どちらか一方の測定値を用いて合焦を行ってもよ
い。The advantages of such a focus detection system include the effect of averaging the reflectivity unevenness of the wafer by increasing the length of the sub-openings S2 and S3 in the non-measurement direction, and the effect of the uneven reflectivity of the wafer by the pupil division method. And a reduction effect. Thus, accurate focusing can be achieved by preventing occurrence of a focus detection error due to uneven reflectance of the wafer. Also, since two openings S2 and S3 are used as the focusing openings, the wafer 1
In performing the focus detection of 7, the average of the focus measurement value using the L2L and L2R and the focus measurement value using the L3L and L3R improve the focus position detection accuracy.
Note that focusing may be performed using one of the measured values.

【００５８】ここで、本発明の遮光板２１を設けること
による効果を説明する。本発明においては、光束を合焦
動作に用いる際に、上記のように光路の途中に遮光板２
１を設け、光束のうち主開口の像からの光束Ｌ１を遮光
板２１によって遮光し、副開口の像からの光束Ｌ２、Ｌ
３は遮光板２１を通過させ、瞳分割用反射型プリズム２
３によって２光束に分割し、図３に示すように、ＡＦセ
ンサ２６上にＬ２Ｌ、Ｌ２Ｒ及びＬ３Ｌ、Ｌ３Ｒの４個
の像を結像して合焦動作に用いるようにしている。Here, the effect of providing the light shielding plate 21 of the present invention will be described. In the present invention, when the light beam is used for the focusing operation, the light shielding plate 2 is provided in the middle of the optical path as described above.
1, the light beam L1 from the image of the main aperture of the light beam is shielded by the light shielding plate 21, and the light beams L2 and L2 from the image of the sub-opening are shielded.
Reference numeral 3 denotes a pupil-dividing reflective prism 2 that passes through a light-shielding plate 21.
3, the light is divided into two light beams, and as shown in FIG. 3, four images L2L, L2R and L3L, L3R are formed on the AF sensor 26 and used for a focusing operation.

【００５９】もし、Ｌ１を遮光せずに透過させた場合、
光束Ｌ１も瞳分割用反射型プリズム２３によって２光束
に分割されることとなり、分割２光束は、図３に仮想線
で示すような像Ｌ１Ｌ、Ｌ１Ｒを結像する。ところが、
これらのＬ１像は、図３に示すように、隣り合うＬ２及
びＬ３の分割光束による像とＡＦセンサ２６上で重なり
合ってしまうため、Ｌ２及びＬ３関連の結像位置読み取
りを含む正確な合焦動作を行うことが困難となる。If L1 is transmitted without blocking light,
The light beam L1 is also split into two light beams by the pupil splitting reflection prism 23, and the split two light beams form images L1L and L1R as indicated by virtual lines in FIG. However,
As shown in FIG. 3, these L1 images overlap with the images formed by the divided luminous fluxes of the adjacent L2 and L3 on the AF sensor 26, so that accurate focusing operations including L2 and L3 related imaging position reading are performed. Is difficult to do.

【００６０】この対策として、光束Ｌ１の結像と光束Ｌ
２、Ｌ３の結像とがＡＦセンサ上で重ならないように、
図１中の（ａ）に示した主開口Ｓ１と副開口Ｓ２、Ｓ３
との間隔を広く取ることにより、遮光板２１を配置すべ
き第２の面上での光束Ｌ１とＬ２、Ｌ３との結像位置の
間隔を広げ、その結果として、ＡＦセンサ２６上での結
像の重なりを防ぐことが考えられる。しかしこの手法で
は光束間の間隔を広くとる必要から大きな視野を確保し
なければならず、そのためには光学系はより複雑なもの
となり、又ＡＦセンサも大型化する必要があり、結果的
にコスト高になるという問題が生じ、装置の簡単化小型
化コスト低減を目的とする単一光源方式の利点が相殺さ
れるおそれがある。本発明においては、遮光板２１を設
けることによって、これらの問題が解決された。As a countermeasure against this, the image formation of the light beam L1 and the light beam L1
2. Make sure that the L3 image does not overlap on the AF sensor.
The main opening S1 and the sub-openings S2 and S3 shown in FIG.
By increasing the distance between the light beams L1 and L2 and L3 on the second surface on which the light shielding plate 21 is to be disposed, the distance between the image forming positions of the light beams L1 and L2 and L3 is increased. It is conceivable to prevent the images from overlapping. However, in this method, it is necessary to secure a large field of view because the distance between the light beams needs to be wide, and for that purpose, the optical system becomes more complicated and the AF sensor also needs to be large, resulting in cost reduction. However, there is a possibility that the advantage of the single light source system aiming at simplification of the device and reduction of the size and cost may be offset. In the present invention, these problems have been solved by providing the light shielding plate 21.

【００６１】次に、従来技術の装置では瞳分割を行う際
に透過型プリズムを用いているため、広帯域波長の光源
を用いた場合に光束中の波長の差から瞳分割用プリズム
において色分散を生じ合焦精度が低下するという欠点が
あったが、本発明においては、光束を反射することによ
り分割する瞳分割用反射プリズム２３を採用しているた
めＡＦセンサ２６上で分散が発生しない。Next, in the prior art apparatus, since the transmission type prism is used to perform pupil division, when a light source having a wide band wavelength is used, the chromatic dispersion in the pupil division prism is determined from the wavelength difference in the light beam. Although there is a drawback that the resulting focusing accuracy is reduced, in the present invention, since the pupil splitting reflecting prism 23 that splits by reflecting a light beam is employed, dispersion does not occur on the AF sensor 26.

【００６２】瞳分割用の透過型プリズムと反射型プリズ
ムとの色分散に関する比較について図５及び図６を用い
て説明する。すなわち、光束を２分割してその進行方向
を変化させるときに透過型プリズムを用いた場合には、
図５に示すように光の波長によってガラスの屈折率が異
なるのでプリズムから射出する光の進行方向が波長によ
って異なる。一方、反射型プリズムを用いると、図６に
示したように反射光は波長と無関係に同一方向に進行す
るのでＡＦセンサ２６の結像面において２光束分割によ
る色収差の発生を避けることができ、誤検出が防止され
る。A comparison of chromatic dispersion between the transmission type prism and the reflection type prism for pupil division will be described with reference to FIGS. That is, when a transmission prism is used to divide a light beam into two and change its traveling direction,
As shown in FIG. 5, since the refractive index of the glass varies depending on the wavelength of the light, the traveling direction of the light emitted from the prism varies depending on the wavelength. On the other hand, if a reflective prism is used, the reflected light travels in the same direction irrespective of the wavelength as shown in FIG. 6, so that it is possible to avoid the occurrence of chromatic aberration due to splitting of two light beams on the image plane of the AF sensor 26, False detection is prevented.

【００６３】よって、ウエハ１７を照明する光源１１と
して白色光のような広帯域波長光を用いることができ
る。この白色光を用いることの利点としては、光源１１
に単色光を用いた場合に見られるウエハ１７上でのレジ
スト内部の、入射光とウエハからの反射光との干渉現象
による検出信号の乱れを回避できることが挙げられる。
よってウエハの表面形態によらず正確な焦点位置を検出
できる。Therefore, a wide-band wavelength light such as white light can be used as the light source 11 for illuminating the wafer 17. The advantage of using this white light is that the light source 11
It is possible to avoid disturbance of the detection signal due to the interference phenomenon between the incident light and the reflected light from the wafer inside the resist on the wafer 17 which is observed when monochromatic light is used.
Therefore, an accurate focal position can be detected regardless of the surface configuration of the wafer.

【００６４】以上により本発明においては、ウエハの反
射率ムラによる合焦検出誤差発生を防ぐために、副開口
の長スリットの非計測方向圧縮方式及び瞳分割方式を同
時に用いた場合でも、遮光板２１を設けることによっ
て、遮光板２１がなければ発生するＡＦセンサ２６上で
の光束Ｌ１の結像と光束Ｌ２、Ｌ３の結像との重なりを
回避することができるため、光学系やＡＦセンサを小型
化できる。As described above, according to the present invention, even if the non-measuring direction compression method of the long slit of the sub-aperture and the pupil division method are used at the same time, in order to prevent the occurrence of the focus detection error due to the uneven reflectivity of the wafer, Is provided, it is possible to avoid the image formation of the light beam L1 and the image formation of the light beams L2 and L3 on the AF sensor 26 that would otherwise occur without the light shielding plate 21, so that the optical system and the AF sensor can be reduced in size. Can be

【００６５】更に、瞳分割方式において瞳分割用反射型
プリズム２３を用いることにより、光源１１に白色光を
用いても２光束分割時における色収差の発生を避けるこ
とができ、合焦位置情報に関する検出精度が向上する。Further, by using the pupil-dividing reflective prism 23 in the pupil-dividing method, even if white light is used as the light source 11, it is possible to avoid occurrence of chromatic aberration at the time of splitting two light beams, and to detect focus position information. The accuracy is improved.

【００６６】又、ウエハマークを照射するための観察用
の照明系と合焦用開口像をウエハ１７上に投影するため
の合焦用の照明系とにおいて同一の単一光源を共用する
ように構成したため、光学系を簡素化できるので、これ
らの観察用と合焦用とにそれぞれ別個の光源を用いる従
来技術の装置に比べて簡単、小型でコストを低減でき
る。The same single light source is shared by the observation illumination system for irradiating the wafer mark and the focusing illumination system for projecting the focusing aperture image onto the wafer 17. Because of this configuration, the optical system can be simplified, so that it is simpler, smaller, and lower in cost as compared with a conventional device using separate light sources for observation and focusing.

【００６７】したがって、本発明をステッパ露光装置に
おけるウエハ位置合わせ装置の合焦動作に応用すること
により、鮮明なウエハマーク像を撮像検出することが可
能になり、ウエハの高精度な位置検出及び位置決めが可
能となる。Therefore, by applying the present invention to the focusing operation of the wafer positioning apparatus in the stepper exposure apparatus, it becomes possible to capture and detect a clear wafer mark image, and to detect and position the wafer with high accuracy. Becomes possible.

【００６８】以上のように本装置は、露光装置に装着さ
れる基板アライメント装置、ウエハ上でのパターン重ね
合わせ状態測定装置、被検基板上のマーク観察用の顕微
鏡装置等に適用して特に好適である。As described above, the present apparatus is particularly suitable for application to a substrate alignment apparatus mounted on an exposure apparatus, an apparatus for measuring the state of pattern superposition on a wafer, a microscope apparatus for observing marks on a test substrate, and the like. It is.

【００６９】次に図７を参照して、本発明の実施例を説
明する。この実施例では、合焦装置１０（撮像素子によ
るウエハマーク位置検出装置を含む）がステッパ露光装
置１００用のウエハアライメント装置１０Ａとして組み
込まれている。図中、ウエハアライメント装置１０Ａの
構成要素である光源１１〜制御部３０は、図１の合焦装
置１０の構成要素である光源１１〜制御部３０と同一で
あるので詳しい説明は省略する。投影露光部には、レチ
クル１０１、投影レンズ１０２が示されている。Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, a focusing device 10 (including a wafer mark position detecting device using an image sensor) is incorporated as a wafer alignment device 10A for a stepper exposure device 100. In the figure, the light sources 11 to the control unit 30 which are the components of the wafer alignment apparatus 10A are the same as the light sources 11 to the control unit 30 which are the components of the focusing device 10 of FIG. A reticle 101 and a projection lens 102 are shown in the projection exposure section.

【００７０】本実施例においては、合焦装置１０Ａは図
１を参照して説明したように、主開口Ｓ１を介した光束
によりウエハ上のウエハマーク１７Ａが照明され、この
ウエハマーク１７Ａの像が撮像素子２０の面上に結像さ
れる。一方、副開口Ｓ２、Ｓ３を介した光束はウエハ１
７を照明し、その反射光束が途中で２分割されてＡＦセ
ンサ２６上に副開口の像を結像する。そして、このＡＦ
センサ２６上の副開口の像を利用して合焦動作が行わ
れ、ウエハ１７上のウエハマーク１７Ａの像が撮像素子
２０に対して合焦する。In this embodiment, as described with reference to FIG. 1, the focusing device 10A illuminates the wafer mark 17A on the wafer with the light beam passing through the main opening S1, and the image of the wafer mark 17A is An image is formed on the surface of the image sensor 20. On the other hand, the light beam passing through the sub-openings S2 and S3
7 is illuminated, and the reflected light flux is divided into two parts on the way to form an image of the sub-aperture on the AF sensor 26. And this AF
A focusing operation is performed using the image of the sub-aperture on the sensor 26, and the image of the wafer mark 17A on the wafer 17 is focused on the image sensor 20.

【００７１】ウエハーマーク１７Ａが合焦すると、ステ
ッパ露光装置１００の動作は合焦段階から露光段階に移
り、レチクル１０１上の不図示のパターンが不図示の露
光動作用照明系によって投影レンズ１０２を介してウエ
ハ１７上に結像露光される。When the wafer mark 17A is focused, the operation of the stepper exposure apparatus 100 shifts from the focusing stage to the exposure stage, and a pattern (not shown) on the reticle 101 is projected through the projection lens 102 by an exposure operation illumination system (not shown). The wafer 17 is imagewise exposed on the wafer 17.

【００７２】次に図８に、本発明の第２の実施の形態を
示す。この実施の形態は、本発明をステッパ露光装置に
よる重ね合わせ露光の際の下地と上地の重ね合わせのズ
レ状態を測定する重ね合わせ測定装置２００に応用した
ものである。Next, FIG. 8 shows a second embodiment of the present invention. In this embodiment, the present invention is applied to an overlay measuring apparatus 200 that measures a state of misalignment between an underlayer and an upper layer during overlay exposure by a stepper exposure apparatus.

【００７３】図中、重ね合わせ測定装置２００は、ウエ
ハ１７のアライメントを行うための合焦装置付きアライ
メントマーク位置検出系３００と、下地と上地との重ね
合わせのズレ状態を測定するための合焦装置付き重ね合
わせ状態測定系４００とから構成される。In the figure, an overlay measuring apparatus 200 is provided with an alignment mark position detecting system 300 having a focusing device for aligning the wafer 17 and an overlay mark measuring apparatus for measuring the overlay state between the base and the top. And a superposition state measuring system 400 with a focusing device.

【００７４】前述の図１に示した合焦装置１０において
は瞳分割に瞳分割用反射型プリズム２３を用いたが、図
８の第２の実施の形態の位置検出系３００では、反射型
プリズムの代わりに、瞳分割用色消しプリズム２３Ａを
瞳分割用に採用している。こようにすることによって、
反射型プリズム２３の場合と同様に色分散を発生させる
ことなく光束Ｌ２、Ｌ３を２分割して、かつ透過するこ
とにより２分割するので、直進光路を保持した配置が可
能である。In the focusing device 10 shown in FIG. 1 described above, the pupil-dividing reflective prism 23 is used for pupil division. However, in the position detecting system 300 of the second embodiment shown in FIG. Is replaced with a pupil division achromatism prism 23A for pupil division. By doing this,
Similarly to the case of the reflection type prism 23, the light beams L2 and L3 are divided into two by transmitting without transmitting chromatic dispersion, and are divided into two by transmitting, so that an arrangement in which a straight light path is maintained is possible.

【００７５】ここで、色消しプリズムとは、色収差が無
い又は無視し得る程に低減された透過型プリズムであ
り、例えば異なる屈折率を有する光学ガラスで形成され
た２個のプリズムを稜の位置を互いに逆に組み合わせて
貼り合わせ、これを通る光が分散を伴わずに屈折透過す
るように構成したプリズム系である。Here, the achromatic prism is a transmission type prism having no or negligible chromatic aberration. For example, two prisms formed of optical glass having different refractive indexes are positioned at the ridge positions. Are combined in the opposite manner and bonded together, and a prism system configured so that light passing therethrough is refracted and transmitted without dispersion.

【００７６】なお、図８に示した位置検出系３００の光
源１１〜第１のリレーレンズ２２、第２のリレーレンズ
２４〜制御部３０の各構成要素は図１の実施の形態の構
成要素と同様であるので、説明を省略する。The components of the light source 11 to the first relay lens 22, and the second relay lens 24 to the control unit 30 of the position detection system 300 shown in FIG. 8 are the same as those of the embodiment of FIG. The description is omitted because it is the same.

【００７７】ここで、図８の瞳分割用色消しプリズム２
３Ａの一例を、図９に部分拡大図を用いて示し、以下そ
の色分散回避機構について説明する。Here, the achromatic prism 2 for pupil division shown in FIG.
An example of 3A is shown in FIG. 9 using a partially enlarged view, and the color dispersion avoidance mechanism will be described below.

【００７８】図９に示すように色消しプリズムは、異な
る屈折率を有するプリズム１とプリズム２とからなる２
個のプリズムを、それぞれの頂角（稜）α₁とα₂が互い
違いになるように、互いに逆に組み合わせてなるプリズ
ム群を１対用意し、そのプリズム群同士を光軸に対して
対称に配置して構成したものである。As shown in FIG. 9, the achromatic prism comprises a prism 1 and a prism 2 having different refractive indexes.
A pair of prisms is prepared by combining the prisms in such a way that the apex angles (ridges) α ₁ and α ₂ are alternately arranged, and the prism groups are symmetrical with respect to the optical axis. It is arranged and configured.

【００７９】ここで単一のプリズムを考えたときにプリ
ズムによる光束のフレ角θは、プリズムの頂角をα、プ
リズムの基準波長における屈折率をｎとすると、 θ＝（ｎ−１）α と表すことができる。Here, when a single prism is considered, the deflection angle θ of the light flux by the prism is as follows: θ = (n−1) α, where α is the apex angle of the prism and n is the refractive index at the reference wavelength of the prism. It can be expressed as.

【００８０】したがって、プリズムの最小ふれの位置に
おける２個のプリズムによる合成の色分散ｄθは、プリ
ズム１の光学ガラスの短波長に対する屈折率 と長波長
に対する屈折率との差、すなわち分散をｄｎ₁、プリズ
ム１の頂角をα₁、プリズム２の光学ガラスの短波長に
対する屈折率と長波長に対する屈折率との差、すなわち
分散をｄｎ₂、プリズム２の頂角をα₂とすれば、 ｄθ ＝ α₁ｄｎ₁−α₂ｄｎ₂ と表すことができる。Therefore, the combined chromatic dispersion dθ by the two prisms at the position of the minimum deflection of the prism is the difference between the refractive index of the optical glass of the prism 1 for the short wavelength and the refractive index for the long wavelength, that is, the dispersion is dn _1. If the vertex angle of the prism 1 is α ₁ , the difference between the refractive index of the optical glass for the short wavelength and the long wavelength of the optical glass of the prism 2, that is, the dispersion is dn ₂ , and the vertex angle of the prism 2 is α ₂ , dθ = Α ₁ dn ₁ -α ₂ dn ₂ .

【００８１】そこで、ｄθ＝０（α₁ｄｎ₁＝α₂ｄｎ₂）
の関係を満足する頂角及びガラス材料を選択し、図９に
示すように２個のプリズムからなるプリズム群１対、計
４個のプリズムから構成される瞳分割用色消しプリズム
２３Ａを形成配置する。ここで、α₁ｄｎ₁＝α₂ｄｎ₂の
関係とはプリズム１の屈折力と分散との積がプリズム２
の屈折力と分散との積に等しいことを表している。Therefore, dθ = 0 (α ₁ dn ₁ = α ₂ dn ₂ )
And a glass material which satisfies the relationship of (1) and (2) are formed and arranged as shown in FIG. I do. Here, the relationship of α ₁ dn ₁ = α ₂ dn ₂ means that the product of the refractive power and the dispersion of the prism 1 is the prism 2
Is equal to the product of the refractive power and the dispersion of

【００８２】このように構成した結果、２分割された透
過光の波長による射出方向の分散（ばらけ）を防ぐこと
ができ、ＡＦセンサ２６の結像面において光束２分割に
おける色収差の発生を避けられるので、正確な焦点位置
が検出できる。したがって、合焦した鮮明なウエハマー
ク４１が検出できるので、ウエハマークの位置検出精度
が向上する。そして、位置検出したウエハ１７を、ステ
ージを駆動することにより水平方向に移動させること
で、重ね合わせ状態測定系４００の計測領域にウエハ１
７上の重ね合わせパターンを正確に送り込むことが可能
となる。As a result of this configuration, it is possible to prevent dispersion (scatter) in the emission direction due to the wavelength of the transmitted light that has been divided into two, and to avoid the occurrence of chromatic aberration in the light beam divided into two on the imaging plane of the AF sensor 26. Therefore, an accurate focus position can be detected. Therefore, the focused wafer mark 41 can be detected clearly, and the position detection accuracy of the wafer mark is improved. Then, the wafer 17 whose position has been detected is moved in the horizontal direction by driving the stage, so that the wafer 1 is placed in the measurement area of the superposition state measurement system 400.
7 can be accurately fed.

【００８３】次に図８中の重ね合わせ状態測定系４００
について説明する。重ね合わせ状態測定系４００は光源
４１１〜第１対物レンズ４１６、第２対物レンズ４１８
〜撮像素子４２０、第１のリレーレンズ４２２、第２の
リレーレンズ４２４〜ＡＦセンサ４２６、ステージ駆動
装置４２８〜制御部４３０の構成要素からなり、これら
の構成要素は、それぞれ図１に示す第１の実施の形態の
光源１１〜第１対物レンズ１６、第２対物レンズ１８〜
撮像素子２０、第１のリレーレンズ２２、第２のリレー
レンズ２４〜ＡＦセンサ２６、ステージ駆動装置２８〜
制御部３０に対応している。Next, the superposition state measuring system 400 shown in FIG.
Will be described. The superposition state measuring system 400 includes a light source 411 to a first objective lens 416 and a second objective lens 418.
1, an image sensor 420, a first relay lens 422, a second relay lens 424, an AF sensor 426, a stage driving device 428, and a control unit 430. These components are the same as those shown in FIG. Light source 11 to first objective lens 16 and second objective lens 18 to
Image sensor 20, first relay lens 22, second relay lens 24 to AF sensor 26, stage driving device 28 to
It corresponds to the control unit 30.

【００８４】又、瞳分割用プリズムは、位置検出系３０
０の瞳分割用プリズムと同様に、透過型の瞳分割用色消
しプリズム４２３Ａが用いられている。The pupil dividing prism is provided with a position detecting system 30.
Similarly to the 0 pupil division prism, a transmission type pupil division achromatism prism 423A is used.

【００８５】まず、光源４１１から射出した広帯域波長
の照明光束はコンデンサレンズ４１２によって集光され
視野絞り４１３を均一に照明する。視野絞り４１３は図
８の（ｄ）に示すように正方形の主開口Ｓ４１を挟んで
スリット状の副開口Ｓ４２、Ｓ４３が、スリットの長手
方向に一直線上にシリーズに配列されている。First, the illuminating light flux having a broad wavelength emitted from the light source 411 is condensed by the condenser lens 412 and uniformly illuminates the field stop 413. As shown in FIG. 8D, the field stop 413 has slit-shaped sub-openings S42 and S43 sandwiching a square main opening S41 and are arranged in series in a straight line in the longitudinal direction of the slit.

【００８６】視野絞り４１３を通過した光束は照明リレ
ーレンズ４１４によってコリメートされ、ビームスプリ
ッタ４１５により反射分岐される。更に、第一対物レン
ズ４１６によって集光され、ウエハ１７を垂直に照射す
る。ここで視野絞り４１３とウエハ１７とは共役な位置
にあるため、主開口Ｓ４１及び副開口Ｓ４２、Ｓ４３の
像は照明リレーレンズ４１４、対物レンズ４１６を介し
てウエハ１７上に結像される。The light beam passing through the field stop 413 is collimated by the illumination relay lens 414 and is reflected and branched by the beam splitter 415. Further, the light is focused by the first objective lens 416 and irradiates the wafer 17 vertically. Here, since the field stop 413 and the wafer 17 are at conjugate positions, the images of the main opening S41 and the sub-openings S42 and S43 are formed on the wafer 17 via the illumination relay lens 414 and the objective lens 416.

【００８７】主開口Ｓ４１の像はウエハ１７上の重ね合
わせ測定用マーク４２を照射しており、副開口Ｓ４２、
Ｓ４３の像はウエハ１７上の重ね合わせ測定用マーク４
２の傍を照射している。ここで、主開口Ｓ４１の像から
の反射光をＬ４１、副開口Ｓ４２の像からの反射光をＬ
４２、副開口Ｓ４３の像からの反射光をＬ４３とする。
この時、ウエハ１７表面から反射する光束Ｌ４１、Ｌ４
２、Ｌ４３は第１対物レンズ４１６によってコリメート
され、ビームスプリッタ４１５を透過し、第２対物レン
ズ４１８によって再び集光される。The image of the main aperture S41 illuminates the overlay measurement mark 42 on the wafer 17, and the sub aperture S42,
The image of S43 is the overlay measurement mark 4 on the wafer 17.
2 is illuminating. Here, the reflected light from the image of the main opening S41 is L41, and the reflected light from the image of the sub-opening S42 is L.
42, the reflected light from the image of the sub aperture S43 is L43.
At this time, the light beams L41 and L4 reflected from the surface of the wafer 17 are
2, L43 is collimated by the first objective lens 416, passes through the beam splitter 415, and is collected again by the second objective lens 418.

【００８８】そして、ビームスプリッタ４１９を透過分
岐する光束はウエハ１７と共役な位置、すなわち第２の
面４２１（Ｆ２）において図８の（ｅ）にＬ４１、Ｌ４
２、Ｌ４３として破線で示すようにＳ４１、Ｓ４２、Ｓ
４３の像を再結像する。Then, the luminous flux transmitted through the beam splitter 419 is conjugated to the wafer 17, that is, at the second surface 421 (F2), L41 and L4 in FIG.
2, S43, S42, S43
The image 43 is re-imaged.

【００８９】又、ビームスプリッタ４１９によって反射
分岐される光束は撮像素子４２０の面、すなわち第２の
撮像面Ｖ２に視野絞りの開口の像を結像する。このうち
光束Ｌ４１による結像については、図１の実施の形態の
合焦装置１０の場合と同様であり、撮像素子４２０にお
いて光束Ｌ４１によってウエハ１７上で照明された重ね
合わせ測定用マーク４２の像が結像検出され、下地と上
地との重ね合わせのズレが測定される。The light beam reflected and branched by the beam splitter 419 forms an image of the aperture of the field stop on the surface of the image pickup device 420, that is, the second image pickup surface V2. The image formed by the light beam L41 is the same as that of the focusing device 10 in the embodiment of FIG. 1, and the image of the overlay measurement mark 42 illuminated on the wafer 17 by the light beam L41 in the image sensor 420. Is detected, and the displacement of the superposition between the base and the upper ground is measured.

【００９０】更に第１のリレーレンズ４２２、瞳分割用
色消しプリズム４２３Ａ、第２のリレーレンズ４２４、
円柱レンズ４２５を介してＡＦセンサ４２６上の２個所
に、図８の（ｆ）に示すように、光束Ｌ４１、Ｌ４２，
Ｌ４３のそれぞれ２分割光束による像（Ｌ４１Ｌ、Ｌ４
２Ｌ、Ｌ４３Ｌ及びＬ４１Ｒ、Ｌ４２Ｒ、Ｌ４３Ｒ）
を、計測方向に関して結像する。又、非計測方向に関し
ては円柱レンズ４２５が屈折力を持ち、Ｌ４１、Ｌ４
２，Ｌ４３の光束はＡＦセンサ４２６上に重ねられて光
源像を結像する。測定系４００における合焦動作に関す
る詳細については図１の第１の実施の形態と同様であ
り、説明を省略する。Further, a first relay lens 422, an achromatic prism 423A for dividing a pupil, a second relay lens 424,
As shown in FIG. 8F, light beams L41, L42, and L2 are provided at two places on the AF sensor 426 via the cylindrical lens 425.
The images (L41L, L4
2L, L43L and L41R, L42R, L43R)
Is imaged in the measurement direction. In the non-measurement direction, the cylindrical lens 425 has a refractive power, and L41, L4
2 and L43 are superimposed on the AF sensor 426 to form a light source image. Details regarding the focusing operation in the measurement system 400 are the same as those in the first embodiment in FIG.

【００９１】重ね合わせ測定系４００においては、位置
検出系３００と比べ、その計測領域が小さく、主開口Ｓ
４１を小さく形成することができるので、第１対物レン
ズ４１６の有効視野には未使用区域がまだ十分に存在す
ることになる。したがって、合焦用の副開口Ｓ４２、Ｓ
４３を合焦検出の非計測方向に直線上に直列に並べて配
置することが可能になる。図８の（ｄ）はその例を示
す。そして、このように配置することにより、測定用マ
ーク照明反射の平均化のためにに必要な合焦用開口投影
区域を大きく取って平均化効果を高めることが可能とな
る。なお、この非計測方向に並べて配置した主開口Ｓ４
１及び副開口Ｓ４２、Ｓ４３を更に非計測方向に一つな
がりの長いスリット状の開口としてもよい。The overlay measurement system 400 has a smaller measurement area than the position detection system 300,
Since 41 can be formed small, there is still a sufficient unused area in the effective field of view of the first objective lens 416. Therefore, the focusing sub-openings S42, S
43 can be arranged in series on a straight line in the non-measurement direction of focus detection. FIG. 8D shows an example thereof. By arranging in this way, it is possible to increase the averaging effect by increasing the projection area of the aperture for focusing necessary for averaging the reflection of illumination of the measurement mark illumination. The main openings S4 arranged side by side in this non-measurement direction
The 1 and the sub-openings S42 and S43 may be long slit-shaped openings connected in the non-measurement direction.

【００９２】又、図８に示す重ね合わせ測定系４００に
おいては視野絞り４１３の主開口Ｓ４１及び副開口Ｓ４
２、Ｓ４３の像が光束Ｌ４１及びＬ４２、Ｌ４３によっ
て再結像される、ウエハ１７と共役な位置にある第２の
面４２１（Ｆ２）、に遮光板を設けていないが、別の実
施例として、図１０に示すように、光束Ｌ４２、Ｌ４３
を遮光し光束Ｌ４１のみを透過するような開口を有する
遮光板４２１Ａをこの第２の面の位置に挿脱自在に配置
できるように構成した光束選択部材である遮光板４２１
Ａ及びそれを挿脱する挿脱装置４３１を設けると、重ね
合わせ測定系４００において合焦検出の際、上記したよ
うな光束Ｌ４１、Ｌ４２、Ｌ４３による像が重ね合わさ
れた合焦用パターンの間隔をＡＦセンサ４２６上で計測
するほかに、光束Ｌ４１による像のみの間隔を計測して
合焦検出を行うことも可能となる。これによって、マー
クから離れた位置での合焦検出を行う場合は、Ｌ４１、
Ｌ４２、Ｌ４３によって反射率ムラを平均化することで
合焦検出精度を向上させ、マーク近傍における位置での
合焦検出には位置合わせに真に必要とされる重ね合わせ
測定用マーク４２に直接に合焦用開口光束を照射できる
ので、合焦検出の精度が向上する。In the overlay measurement system 400 shown in FIG. 8, the main aperture S41 and the sub aperture S4 of the field stop 413 are provided.
2. The light-shielding plate is not provided on the second surface 421 (F2) at a position conjugate with the wafer 17 where the image of S43 is re-imaged by the light beams L41, L42, and L43. As shown in FIG. 10, the light beams L42 and L43
A light-shielding plate 421 as a light-beam selecting member configured so that a light-shielding plate 421A having an opening that shields light and transmits only the light beam L41 can be inserted and removed at the position of the second surface.
A and the insertion / removal device 431 for inserting / removing the same, when the focus detection is performed in the overlay measurement system 400, the distance between the focusing patterns in which the images by the light beams L41, L42, and L43 are superimposed as described above. In addition to the measurement on the AF sensor 426, it is also possible to detect the focus by measuring the interval of only the image by the light beam L41. As a result, when focus detection is performed at a position distant from the mark, L41,
The focus detection accuracy is improved by averaging the reflectance unevenness by L42 and L43, and the focus detection at a position near the mark is directly applied to the overlay measurement mark 42 which is truly required for alignment. Since the focusing aperture light beam can be emitted, the accuracy of focus detection is improved.

【００９３】図８の第２の実施の形態では、透過型の色
消しプリズム２３Ａ、４２３Ａを用いたが、もちろん図
１の実施の形態のように、反射型色消しプリズム２３を
用いてもよく、逆に図１の第１の実施の形態において、
図８、図９に示す透過型色消しプリズムを用いてもよ
い。Although the transmission type achromatic prisms 23A and 423A are used in the second embodiment shown in FIG. 8, the reflection type achromatic prism 23 may be used as in the embodiment shown in FIG. Conversely, in the first embodiment of FIG.
The transmissive achromatic prism shown in FIGS. 8 and 9 may be used.

【００９４】なお、以上の実施の形態においては、記述
を簡単にするために、合焦装置における合焦検出の計測
方向をウエハ面のパターンの基準線の方向（ｘ方向又は
ｙ方向）に合わせることとして説明したが、合焦状態の
検出精度を向上させるために、計測方向をウエハパター
ンの基準線に対してある角度を持たせて、例えば４５度
傾斜させて設定することも可能である。この場合の視野
絞り１３の開口の配置例を図１１に示す。In the above embodiment, in order to simplify the description, the measurement direction of the focus detection in the focusing device is adjusted to the direction of the reference line (x direction or y direction) of the pattern on the wafer surface. As described above, in order to improve the detection accuracy of the in-focus state, the measurement direction can be set to have a certain angle with respect to the reference line of the wafer pattern, for example, to be inclined by 45 degrees. FIG. 11 shows an example of the arrangement of the openings of the field stop 13 in this case.

【００９５】図１及び図８に示した装置では、焦点検出
光学系中にリレー光学系（２２、２４、４２２、４２
４）を配置した例を示したが、このリレー光学系（２
２、２４、４２２、４２４）は必ずしも必須のものでは
なく、リレー光学系（２２、２４、４２２、４２４）を
除去した構成としても良い。In the apparatus shown in FIGS. 1 and 8, relay optical systems (22, 24, 422, 42) are provided in the focus detecting optical system.
4), the relay optical system (2)
2, 24, 422, 424) are not necessarily essential, and may be configured so that the relay optical system (22, 24, 422, 424) is removed.

【００９６】例えば、図１に示す装置及び図８の位置検
出装置１０または３００を図１２に示す構成としても良
い。図１２に示す如き装置では、対物光学系（１６、１
８）により形成される像位置（基準面Ｆ１と光学的に共
役な位置Ｆ２）に検出面が位置するようにＡＦセンサ２
６が配置され、このＡＦセンサ２６の検出面の近傍（基
準面Ｆ１と光学的に共役な位置Ｆ２の近傍）の位置に遮
光板２１が配置されている。また、第１対物レンズ１６
からの光束を分岐して観察用の撮像素子２０へ導くため
のビームスプリッタ１９は、ビームスプリッタ１５と第
２対物レンズ１８との間に配置され、そのビームスプリ
ッタ１９により分岐された観察用の光束を集光して被検
面の像を形成する第３の対物レンズとしての結像レンズ
１８Ａは、ビームスプリッタ１９と観察用の撮像素子２
０との間に配置されている。色消しプリズムとしての光
分割プリズム２３Ａは、ビームスプリッタ１９と第２対
物レンズ１８との間に配置され、円柱レンズ２５は、光
分割プリズム２３ＡとＡＦセンサ２６との間に配置され
ている。なお、光分割プリズム２３Ａは、第２対物レン
ズ１８とＡＦセンサ２６との間に配置されても良く、さ
らには、反射型の光分割プリズムで構成されても良い。For example, the device shown in FIG. 1 and the position detecting device 10 or 300 shown in FIG. 8 may be configured as shown in FIG. In the apparatus shown in FIG. 12, the objective optical system (16, 1
8) so that the detection surface is located at the image position (position F2 which is optically conjugate with reference plane F1)
The light shielding plate 21 is disposed at a position near the detection surface of the AF sensor 26 (near a position F2 optically conjugate with the reference surface F1). Also, the first objective lens 16
A beam splitter 19 for splitting a light beam from the optical system and guiding the light beam to the image pickup device 20 for observation is disposed between the beam splitter 15 and the second objective lens 18, and the light beam for observation split by the beam splitter 19. An imaging lens 18A as a third objective lens for condensing light and forming an image of a surface to be inspected includes a beam splitter 19 and an imaging element 2 for observation.
0. The light splitting prism 23A as an achromatic prism is arranged between the beam splitter 19 and the second objective lens 18, and the cylindrical lens 25 is arranged between the light splitting prism 23A and the AF sensor 26. Note that the light splitting prism 23A may be disposed between the second objective lens 18 and the AF sensor 26, and may be formed of a reflective light splitting prism.

【００９７】以上の構成によって、ＡＦセンサ２６は、
被検物１７の表面（被検面）に形成される視野絞りの像
（開口の像）からの光束を、第１対物レンズ１６、２つ
のビームスプリッタ（１５、１９）、光分割プリズム２
３Ａ、第２対物レンズ１８、円柱レンズ２５及び遮光板
２１を介して受光する。これによって、ＡＦセンサ２６
は、被検物１７の所定の基準位置Ｆ１に対する被検物１
７の表面の整合状態を高精度のもとで検出することがで
きる。With the above configuration, the AF sensor 26
The luminous flux from the image of the field stop (the image of the aperture) formed on the surface (the surface to be inspected) of the object 17 is converted into a first objective lens 16, two beam splitters (15, 19), and a light splitting prism 2.
3A, the light is received via the second objective lens 18, the cylindrical lens 25, and the light shielding plate 21. Thereby, the AF sensor 26
Is the test object 1 with respect to a predetermined reference position F1 of the test object 17.
7 can be detected with high accuracy.

【００９８】また、観察用の撮像素子２０は、被検物１
７の表面（被検面）に形成される視野絞りの像（開口の
像）からの光束を、第１対物レンズ１６、２つのビーム
スプリッタ（１５、１９）、結像レンズ１８Ａを介して
受光する。撮像素子２０は、視野絞り１３の主開口によ
って照明された領域（観察領域）の像を光電検出するこ
とができる。Further, the image pickup device 20 for observation includes the object 1
The light beam from the image of the field stop (image of the aperture) formed on the surface (test surface) 7 is received via the first objective lens 16, two beam splitters (15, 19), and the imaging lens 18A. I do. The image sensor 20 can photoelectrically detect an image of a region (observation region) illuminated by the main opening of the field stop 13.

【００９９】以上のように、ＡＦセンサ２６からの出力
に基づいて、最終的に被検物１７を保持するステージ２
７が第１対物レンズ１６の光軸方向へ移動することによ
り、第１対物レンズ１６の予定焦点位置（前側焦点位置
又は被検物側焦点位置）としての基準位置Ｆ１と被検物
１７の表面の位置とを精度良く合致させることができる
ため、撮像素子２０は、視野絞り１３の主開口によって
照明された領域（観察領域）の良好なる像を検出するこ
とができる。As described above, based on the output from the AF sensor 26, the stage 2 that finally holds the test object 17
7 moves in the optical axis direction of the first objective lens 16, the reference position F <b> 1 as the expected focal position (the front focal position or the test object-side focal position) of the first objective lens 16 and the surface of the test object 17. The image pickup device 20 can detect a good image of a region (observation region) illuminated by the main aperture of the field stop 13 because the position of the image pickup device 20 can be accurately matched with the position of.

【０１００】なお、第１対物レンズ１６の予定焦点位置
とは、焦点検出側の対物光学系（１６、１８）の予定焦
点位置（前側焦点位置又は被検物側焦点位置）及び観察
側の対物光学系（１６、１８Ａ）の予定焦点位置（前側
焦点位置又は被検物側焦点位置）を意味する。The planned focus position of the first objective lens 16 is defined as the planned focus position (front focus position or test object focus position) of the focus detection side objective optical system (16, 18) and the observation side objective object. It means a planned focal position (front focal position or test object focal position) of the optical system (16, 18A).

【０１０１】以上では、図１２に基づいて、図１に示す
装置１０及び図８の位置検出装置３００の変形例につい
て説明したが、図１２は、図８に示す重ね合わせ状態測
定系４００の構成も示している。In the above, a modified example of the device 10 shown in FIG. 1 and the position detecting device 300 shown in FIG. 8 has been described with reference to FIG. 12. FIG. 12 shows the configuration of the superposition state measuring system 400 shown in FIG. Also shown.

【０１０２】この場合、図１に示す装置１０および図８
の位置検出装置３００の変形例の構成との差異は、被検
面からの３つの光束（Ｌ４１、Ｌ４２、Ｌ４３）を用い
た平均的な合焦検出をする場合と被検面からの１つの光
束Ｌ４１を用いて高精度な合焦検出する場合との各合焦
検出に応じて、ＡＦセンサ４２６の近傍に配置されてい
る遮光板４２１Ａが光路に対して挿脱可能に設けられて
いる点である。In this case, the device 10 shown in FIG.
The difference from the configuration of the modified example of the position detection device 300 is that the average focus detection using three light beams (L41, L42, and L43) from the surface to be inspected and the one from the surface to be inspected The light shielding plate 421A disposed near the AF sensor 426 is provided so as to be insertable into and removable from the optical path in accordance with each focus detection when the focus detection is performed with high accuracy using the light beam L41. It is.

【０１０３】なお、図１２に示した例では、円柱レンズ
２５と第２対物レンズ１８とを独立に設けた例を示した
が、円柱レンズ２５を設ける代わりに、第２対物レンズ
１８を構成する少なくとも１つのレンズ素子をトーリッ
クレンズとして構成することもできる。In the example shown in FIG. 12, an example is shown in which the cylindrical lens 25 and the second objective lens 18 are independently provided. However, instead of providing the cylindrical lens 25, the second objective lens 18 is formed. At least one lens element can also be configured as a toric lens.

【０１０４】[0104]

【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、観
察用及び合焦用の照明系に単一の光源を使用できるた
め、別個の光源及び照明系を用いる従来技術の装置に比
べて装置を簡単化、小型化及び低コスト化できる。光束
分割の際の色分散等による合焦誤差のない瞳分割プリズ
ムを採用したので、広帯域波長光の使用が可能となり、
単色光を用いる従来技術の装置に比べて被検ウエハ面に
おける入射及び反射光束間の干渉等による誤差発生を防
ぎ合焦精度が向上する。合焦用光束の遮光及び透過を適
宜使い分けることにより合焦用光束間の間隔を不必要に
大きくしなくてよいので、装置を小型化できる。又、本
発明の合焦装置の機構は、合焦位置検出系のほかステッ
パ露光装置の重ね合わせ測定系にも広く適用して作業精
度を向上できる。As described above, according to the present invention, since a single light source can be used for the observation and focusing illumination systems, it can be used as compared with the prior art apparatus using separate light sources and illumination systems. The apparatus can be simplified, downsized, and reduced in cost. The adoption of a pupil splitting prism that has no focusing error due to chromatic dispersion or the like during light beam splitting makes it possible to use broadband wavelength light,
As compared with the prior art apparatus using monochromatic light, errors due to interference between the incident and reflected light beams on the surface of the test wafer are prevented, and the focusing accuracy is improved. By appropriately selecting the shading and transmission of the focusing light beam, the interval between the focusing light beams does not need to be increased unnecessarily, so that the apparatus can be downsized. Further, the mechanism of the focusing apparatus of the present invention can be widely applied to an overlay measurement system of a stepper exposure apparatus in addition to a focusing position detection system, and can improve work accuracy.

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

【図１】本発明の第１の実施の形態の合焦装置の概略構
成図である。ここで、（ａ）は光軸方向に見た視野絞り
の主開口及び副開口を示す図、（ｂ）及び（ｃ）は光軸
方向に見た遮光板の開口を示す略図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a focusing device according to a first embodiment of the present invention. Here, (a) is a diagram showing a main opening and a sub opening of the field stop as viewed in the optical axis direction, and (b) and (c) are schematic diagrams showing openings of the light shielding plate as viewed in the optical axis direction.

【図２】遮光板の光軸に沿った断面図であり、光束Ｌ
１、Ｌ２、Ｌ３の遮光及び通過状況を示す図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the optical axis of a light-shielding plate;
It is a figure which shows the light-shielding and passing situation of 1, L2, L3.

【図３】それぞれ２個の光束に分割された光束Ｌ２及び
Ｌ３によって結像された副開口の像と、遮光板がないと
した場合の主開口の像との関連を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a relationship between an image of a sub-aperture formed by light fluxes L2 and L3 divided into two light fluxes and an image of a main aperture when no light-shielding plate is provided.

【図４】分割された光束Ｌ２のＡＦセンサ２６上での結
像の状態を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an image forming state of a split light beam L2 on an AF sensor 26;

【図５】瞳分割用透過型プリズムの説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a pupil-dividing transmission prism.

【図６】瞳分割用反射型プリズムの説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of a pupil-dividing reflective prism.

【図７】本発明の合焦装置をウエハアライメント装置と
して組み込んだステッパ露光装置を示す構成図である。FIG. 7 is a configuration diagram showing a stepper exposure apparatus in which the focusing apparatus of the present invention is incorporated as a wafer alignment apparatus.

【図８】本発明の第２の実施の形態の概略構成図であ
る。FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a second embodiment of the present invention.

【図９】色消しプリズムの部分拡大断面図である。FIG. 9 is a partially enlarged sectional view of the achromatic prism.

【図１０】図８の重ね合わせ状態測定系４００の、光軸
方向に見た第２の面の位置に設けた光束選択装置を示す
略図である。10 is a schematic diagram showing a light beam selecting device provided at a position on a second surface of the superposition state measuring system 400 shown in FIG. 8 as viewed in the optical axis direction.

【図１１】視野絞りの主開口び副開口の別の形状及び配
置を示す略図である。FIG. 11 is a schematic view showing another shape and arrangement of a main aperture and a sub aperture of a field stop.

【図１２】図１及び図８に示した装置の変形例の概略的
構成を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing a schematic configuration of a modification of the apparatus shown in FIGS. 1 and 8;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１０ 合焦装置 １１ 光源 １２ コンデンサレンズ １３ 視野絞り １４ 照明リレーレンズ １５、１９ ビームスプリッタ １６ 第１対物レンズ １７ ウエハ １７Ａ ウエハマーク １８ 第２対物レンズ ２０ 撮像素子 ２１ 遮光板 ２２ 第１のリレーレンズ ２３ 瞳分割用反射型プリズム ２３Ａ 瞳分割用色消しプリズム ２４ 第２のリレーレンズ ２５ 円柱レンズ ２６ ＡＦセンサ ２７ ステージ ２８ ステージ駆動装置 ２９ 信号処理装置 ３０ 制御部 ４１ ウエハマーク ４２ 重ね合わせ測定用マーク １００ ステッパ露光装置 １０１ 投影レンズ １０２ レチクル ２００ 重ね合わせ測定装置 ３００ 合焦装置付きアライメントマーク位置検出系 ４００ 合焦装置付き重ね合わせ状態測定系 ４１１ 光源 ４１２ コンデンサレンズ ４１３ 視野絞り ４１４ 照明リレーレンズ ４１５、４１９ ビームスプリッタ ４１６ 第１対物レンズ ４１８ 第２対物レンズ ４２０ 撮像素子 ４２１ 第２の面 ４２１Ａ 遮光板 ４２２ 第１のリレーレンズ ４２３Ａ 瞳分割用色消しプリズム ４２４ 第２のリレーレンズ ４２５ 円柱レンズ ４２６ ＡＦセンサ ４２８ ステージ駆動装置 ４２９ 信号処理装置 ４３０ 制御部 ４３１ 光束選択部材の挿脱装置 Ｆ１ 第１の面 Ｆ２ 第２の面 Ｌ１ 第１の面に結像された主開口Ｓ１の像からの光束 Ｌ２、Ｌ３ 第１の面に結像された副開口Ｓ２、Ｓ３の
像からの光束 Ｌ２Ｌ、Ｌ２Ｒ 光束Ｌ２から瞳分割によって得られる
２分割光束によるＡＦセンサ表面上の結像 Ｌ３Ｌ、Ｌ３Ｒ 光束Ｌ３から瞳分割によって得られる
２分割光束によるＡＦセンサ表面上の結像 Ｓ１、Ｓ４１ 視野絞りの主開口 Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４２、Ｓ４３ 視野絞りの副開口 Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４ 遮光板２１の光束通過部 Ｖ１ 第１の撮像面 Ｖ２ 第２の撮像面Reference Signs List 10 Focusing device 11 Light source 12 Condenser lens 13 Field stop 14 Illumination relay lens 15, 19 Beam splitter 16 First objective lens 17 Wafer 17A Wafer mark 18 Second objective lens 20 Image sensor 21 Light shield plate 22 First relay lens 23 Pupil Reflective prism for division 23A Achromatic prism for pupil division 24 Second relay lens 25 Cylindrical lens 26 AF sensor 27 Stage 28 Stage drive unit 29 Signal processing unit 30 Control unit 41 Wafer mark 42 Overlay measurement mark 100 Stepper exposure device Reference Signs List 101 projection lens 102 reticle 200 overlay measurement device 300 alignment mark position detection system with focusing device 400 overlay status measurement system with focusing device 411 light source 412 condenser lens 413 field stop 414 Illumination relay lenses 415, 419 Beam splitter 416 First objective lens 418 Second objective lens 420 Image sensor 421 Second surface 421A Shielding plate 422 First relay lens 423A Pupil splitting achromatic prism 424 Second relay lens 425 Column Lens 426 AF sensor 428 Stage driving device 429 Signal processing device 430 Control unit 431 Light beam selecting member insertion / removal device F1 First surface F2 Second surface L1 Image of main aperture S1 formed on the first surface Light beams L2, L3 Light beams L2L, L2R from the images of the sub-apertures S2, S3 formed on the first surface L2L, L2R Image formation on the AF sensor surface by a two-divided light beam obtained by pupil division from the light beam L2 L3L, L3R Light beam L3 Of S1 and S41 on the surface of the AF sensor by the split light beam obtained by pupil splitting from Main opening S2 of diaphragm, S3, S42, S43 subaperture field stop S12, S13, S14 light beam passing portions V1 first imaging plane V2 second imaging plane of the light shielding plate 21

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｇ０３Ｆ 7/20 ５２１ Ｇ０２Ｂ 7/11 Ｍ Ｇ０３Ｂ 3/00 Ａ Ｈ０１Ｌ 21/30 ５２５Ｒ ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. ⁶ Identification code FI G03F 7/20 521 G02B 7/11 M G03B 3/00 A H01L 21/30 525R

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 視野絞りと；前記視野絞りを照明する光
源と；前記光源により照明された前記視野絞りの像を被
検面上に結像する照明用結像光学系と；前記被検面上に
形成された前記視野絞りの像を所定の検出面に再結像す
る検出光学系と；所定の基準位置に対する前記被検面の
整合状態を検出するために、前記検出面上に再結像され
た前記視野絞りの像を光電的に検出する合焦用検出器と
を備え；前記視野絞りは、所定の主開口と副開口とを有
し；前記検出光学系は、 前記被検面上に形成された前記主開口の像からの光束を
遮光すると共に、前記被検面上に形成された前記副開口
の像からの光束を通過させるために、前記被検面と共役
な位置又はその位置近傍に配置された遮光部材と；前記
被検面上に形成された前記副開口の像からの光束を複数
に分割して、該分割された光束を前記合焦用検出器に導
く光束分割部材とを有する；合焦装置。A field stop; a light source for illuminating the field stop; an illumination optical system for forming an image of the field stop illuminated by the light source on a surface to be measured; and the surface to be measured. A detection optical system for re-imaging the image of the field stop formed thereon on a predetermined detection surface; and re-forming the detection surface on the detection surface in order to detect an alignment state of the test surface with respect to a predetermined reference position. A focusing detector for photoelectrically detecting the formed image of the field stop; the field stop has a predetermined main opening and a sub-aperture; While shielding the light flux from the image of the main aperture formed thereon, and passing the light flux from the image of the sub-opening formed on the test surface, a position conjugate with the test surface or A light-shielding member disposed near the position; a light beam from the image of the sub-aperture formed on the surface to be inspected It is divided into a plurality, and a beam splitting member for guiding the split light beam to the detector for focusing the alloy; focusing device. 【請求項２】 前記検出光学系は、 前記被検面上に形成された前記視野絞りの主開口及び副
開口の像からの光束を集光して、前記各開口の中間像を
形成する対物光学系と；前記中間像からの光束を集光し
て前記中間像を前記検出面に再結像するリレー光学系と
を有し；前記遮光部材は、前記中間像が形成される位置
又はその近傍に設けられ；前記光束分割部材は、前記リ
レー光学系中に設けられる；請求項１に記載の合焦装
置。2. The detection optical system according to claim 1, wherein the detection optical system collects light beams from images of a main aperture and a sub-aperture of the field stop formed on the surface to be inspected, and forms an intermediate image of each of the apertures. An optical system; a relay optical system for condensing a light beam from the intermediate image and re-imaging the intermediate image on the detection surface; the light shielding member is provided at a position where the intermediate image is formed or at a position where the intermediate image is formed. The focusing device according to claim 1, wherein the focusing device is provided in the vicinity; and the light beam dividing member is provided in the relay optical system. 【請求項３】 前記検出光学系は、前記光分割部材と前
記合焦用検出器との間に配置され、前記光束分割部材の
分割方向とほぼ直行する方向に屈折力を持つ円柱光学系
をさらに備える；請求項１に記載の合焦装置。3. The detection optical system is a cylindrical optical system disposed between the light splitting member and the focusing detector and having a refractive power in a direction substantially perpendicular to a splitting direction of the light splitting member. The focusing device according to claim 1, further comprising; 【請求項４】 視野絞りと；前記視野絞りを照明する光
源と；前記光源により照明された前記視野絞りの像を被
検面上に結像する照明用結像光学系と；前記被検面上に
形成された前記視野絞りの像を所定の検出面に再結像す
る検出光学系と；所定の基準位置に対する前記被検面の
整合状態を検出するために、前記検出面上に再結像され
た前記視野絞りの像を光電的に検出する合焦用検出器と
を備え；前記視野絞りは、所定の主開口と副開口とを有
し；前記検出光学系は、 前記被検面上に形成された前記視野絞りの主開口及び副
開口の像からの光束をそれぞれ複数に分割して、該分割
された光束を前記検出面に導く光束分割部材と；前記光
束分割部材と前記検出器との間に配置されて、前記光束
分割部材の分割方向とほぼ直交する方向に屈折力を持つ
円柱光学系とを有する；合焦装置。4. A field stop; a light source for illuminating the field stop; an illumination optical system for forming an image of the field stop illuminated by the light source on a surface to be measured; A detection optical system for re-imaging the image of the field stop formed thereon on a predetermined detection surface; and re-forming the detection surface on the detection surface in order to detect an alignment state of the test surface with respect to a predetermined reference position. A focusing detector for photoelectrically detecting the formed image of the field stop; the field stop has a predetermined main opening and a sub-aperture; A light beam dividing member that divides a light beam from an image of the main aperture and the sub-aperture of the field stop formed above into a plurality of light beams and guides the divided light beam to the detection surface; And a refractive power in a direction substantially perpendicular to the dividing direction of the light beam dividing member. Focusing device; and a cylindrical optical system having. 【請求項５】 前記検出光学系は、 前記被検面上に形成された前記視野絞りの主開口及び副
開口の像のいずれか一方からの光束を前記合焦用検出器
へ導く光束選択部材とをさらに備える；請求項４に記載
の合焦装置。5. A light beam selecting member for guiding a light beam from one of an image of a main opening and an image of a sub-aperture of the field stop formed on the surface to be inspected to the focusing detector. The focusing device according to claim 4, further comprising: 【請求項６】 前記検出光学系は、 前記被検面上に形成された前記視野絞りの主開口及び副
開口の像からの光束を集光して、前記各開口の中間像を
形成する対物光学系と；該対物光学系により形成された
前記主開口の中間像及び前記副開口の中間像のいずれか
一方からの光束を前記合焦用検出器へ導く光束選択部材
と；該光束選択部材によって選択された光束を集光して
前記各開口の中間像の一方の像を前記検出面に再結像す
るリレー光学系とをさらに備える；請求項４に記載の合
焦装置。6. An object for forming an intermediate image of each of the apertures by condensing light beams from images of a main aperture and a sub-aperture of the field stop formed on the surface to be inspected. An optical system; a light beam selecting member that guides a light beam from one of the intermediate image of the main aperture and the intermediate image of the sub aperture formed by the objective optical system to the focusing detector; 5. The focusing device according to claim 4, further comprising: a relay optical system that condenses the light beam selected by the above and re-images one of the intermediate images of the apertures on the detection surface. 6. 【請求項７】 前記光束分割部材は、反射型プリズム又
は色消しプリズムで構成される；請求項１乃至請求項６
のいずれかに記載の合焦装置。7. The light beam splitting member includes a reflection type prism or an achromatic prism.
The focusing device according to any one of the above. 【請求項８】 前記光束分割部材により前記検出面上に
分割形成される複数の副開口像同士の間隔に関する前記
合焦用検出器からの出力に基づいて、前記被検面をその
法線方向に移動させて、前記被検面の位置を調整する制
御系をさらに備える；請求項１乃至請求項７のいずれか
に記載の合焦装置。8. The surface to be inspected is moved in a normal direction based on an output from the focusing detector regarding an interval between a plurality of sub-aperture images divided and formed on the detection surface by the light beam dividing member. The focusing device according to any one of claims 1 to 7, further comprising a control system configured to adjust a position of the surface to be measured by moving the focusing surface. 【請求項９】 請求項１乃至請求項８のいずれかに記載
の合焦装置と；前記被検面と前記各開口の中間像との間
に配置されたビームスプリッタと；該ビームスプリッタ
により分割された光路中に配置されると共に、前記被検
面と共役な位置又はその近傍に配置された観察用検出器
とを備え；前記照明用結像光学系は、前記視野絞りの主
開口の像を前記被検面上の観察用マークに向けて結像す
ることにより、前記主開口の像にて前記観察用マークを
照明し；前記観察用検出器は、前記観察用マークの像を
光電検出する；観察装置。9. A focusing device according to claim 1, further comprising: a beam splitter disposed between the surface to be inspected and an intermediate image of each of the apertures; and a splitter by the beam splitter. An observation detector disposed at or near a position conjugate with the surface to be inspected; the illumination imaging optical system includes an image of a main aperture of the field stop. Is formed toward the observation mark on the surface to be inspected to illuminate the observation mark with the image of the main opening; the observation detector photoelectrically detects the image of the observation mark. Yes; observation device. 【請求項１０】 請求項９に記載の観察装置と；所定の
パターンが形成されたレチクルを感光性基板に露光する
ために前記レチクルを照明する露光用照明系とを備え；
前記観察装置は、前記観察用マークとしての前記感光性
基板上に形成されたアライメントマークの像を前記観察
用検出器にて光電検出することにより、前記感光性基板
の位置を検出するように構成された；露光装置。10. An observation apparatus according to claim 9, comprising: an exposure illumination system that illuminates the reticle on which a reticle on which a predetermined pattern has been formed is exposed on a photosensitive substrate;
The observation device is configured to detect the position of the photosensitive substrate by photoelectrically detecting an image of an alignment mark formed on the photosensitive substrate as the observation mark with the observation detector. Exposure equipment.