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JPS6261018A - Optical image forming device - Google Patents

Optical image forming device

Info

Publication number
JPS6261018A
JPS6261018A JP60201420A JP20142085A JPS6261018A JP S6261018 A JPS6261018 A JP S6261018A JP 60201420 A JP60201420 A JP 60201420A JP 20142085 A JP20142085 A JP 20142085A JP S6261018 A JPS6261018 A JP S6261018A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical system
objective
mirror
sample
objective lens
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP60201420A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kinya Kato
欣也 加藤
Hiroshi Shirasu
廣 白数
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nippon Kogaku KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Kogaku KK filed Critical Nippon Kogaku KK
Priority to JP60201420A priority Critical patent/JPS6261018A/en
Publication of JPS6261018A publication Critical patent/JPS6261018A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography

Landscapes

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

Abstract

PURPOSE:To detect a mark corresponding to a small pattern area by providing an objective optical system so as to tilt with respect to the surface of a sample. CONSTITUTION:The titled device has the objective optical system (objective lenses 12 and 13) observing the surface of the sample (mask or wafer) on which the prescribed pattern (mark, etc.) is formed, and a reflecting mirrors (mirrors 10, 11 and 18) bending the optical axis of the objective optical system so as to be approximately at right angle with respect to the surface of the sample. After the light from the sample surface is reflected by the reflection mirror to make incident on the objective optical system, said system being a device forming the image of a patterns is tilted and arranged with respect to the sample surface so that the bend angle beta of the optical axis, which is made by the reflection mirror, can be within a range of 90 deg.-180 deg., and exclude 90 deg. and 180 deg.. With respect to a small exposure area, the pattern (mark) for positioning can be observable.

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野) 本発明は試料上に形成されたパターンを観察したりする
ための像形成光学装置に関し、特に半導体素子製造用−
の露光装置において、マスクやウェハ上に設けられたパ
ターンを検出するための顕微鏡光学系の改良に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Technical Field of the Invention) The present invention relates to an image forming optical device for observing a pattern formed on a sample, and particularly to an image forming optical device for observing a pattern formed on a sample.
The present invention relates to an improvement of a microscope optical system for detecting patterns provided on a mask or a wafer in an exposure apparatus.

(発明の背景) 近年、半導体素子、4Iに超LSIにおいては、微細化
と高集積度化が進み、これを製造する露光装置として、
解像力の極めて高いX線露光装置が開発され、実用段階
に入りつつある。この種のX線露光装置は、線源から放
射された軟X線を、マスクを介してレジストの塗布され
た半導体ウェハに照射することによってパターンの転写
を行なうものであり、マスクとウェハとを一定の微小間
隔(グロキシミティー・ギヤ、プ)だけ離して配置した
グロキシミティー露光方式を採用している。
(Background of the Invention) In recent years, semiconductor devices, 4Is, and VLSIs have become increasingly finer and more highly integrated.
X-ray exposure equipment with extremely high resolution has been developed and is entering the practical stage. This type of X-ray exposure equipment transfers a pattern by irradiating soft X-rays emitted from a radiation source onto a semiconductor wafer coated with resist through a mask, and the mask and wafer are connected. It uses a gloximity exposure method in which the images are spaced apart by a certain minute distance (gloximity gear).

さらにウェハへの露光方法として一括方式とステップ・
アンド・リピート方式とに大別され、現在開発中の多く
の装置は、後者のステ、プ・アンド・リピート露光方法
によるステ、パー形式を採用している。ステ、パー形式
では、露光すべき1回のシ目、トがウェハ全面にくらべ
て小さいため。
Furthermore, there are two methods of exposing wafers: batch method and step method.
Many of the devices currently under development employ the latter step-and-repeat exposure method. In the step-per type, the number of wrinkles and holes to be exposed per exposure is smaller than the entire wafer surface.

ウェハなステ、ピングさせては露光を行なうことを繰り
返すことになり、一括露光方式よりもスループ、トは低
くなるものの、各露光シwy)毎に、マスクとウェハと
の位置合わせ、又はグロキシミティ・ギヤ、プの設定が
可能となるため、ウェハ全面の各チップの重ね合わせ精
度や解像力が均一に向上するといった利点がある。その
位置合わせやギヤ、プ検出は、通常マスクの上方に設け
られたアライメント顕微鏡を用いて行なわれる。この顕
微鏡の具体的な構成や配置、及び使用方法について、例
えば特開昭59−132126号公報に詳しく開示され
ている通りである。そこで第5図により従来の装置にお
けるアライメント顕微鏡の問題点を説明する。第5図は
顕微鏡の対物レンズとマスク、ウェハとの配置関係を示
し、アライメント用のマークWmを有するウェノ・Wは
x、y方向に移動するステージ1に載置され、露光すべ
きパターン領域PAと、アライメント用のマークMY、
M#を有するマスクMはマスクホルダー2に懸架状態で
吸着されている。マークMYやWmの像は対物レンズ3
.ミラー4.及びリレーレンズ5を介して結像面FPI
上に形成され、マークM#やWmの像は対物レンズ6、
ミラー7、及びリレーレンズ8を介して結像面FP2上
に形成される。
Wafer step, pinging and exposure are repeated, and although the sloop and temperature are lower than in the batch exposure method, the positioning of the mask and wafer or gloximity adjustment is required for each exposure step. Since the gears and gears can be set, there is an advantage that the overlay accuracy and resolution of each chip on the entire wafer surface can be uniformly improved. The positioning and gear detection are usually performed using an alignment microscope provided above the mask. The specific structure, arrangement, and method of use of this microscope are disclosed in detail in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 132126/1983. Therefore, problems with the alignment microscope in the conventional apparatus will be explained with reference to FIG. FIG. 5 shows the arrangement relationship between the objective lens of the microscope, the mask, and the wafer. A wafer W having an alignment mark Wm is placed on a stage 1 that moves in the x and y directions, and a pattern area PA to be exposed is and alignment mark MY,
A mask M having M# is suctioned to the mask holder 2 in a suspended state. The images of marks MY and Wm are captured by objective lens 3.
.. Mirror 4. and the imaging plane FPI via the relay lens 5.
The images of marks M# and Wm are formed on the objective lens 6,
It is formed on the imaging plane FP2 via the mirror 7 and the relay lens 8.

対物レンズ3,6は、その光軸がマスクM、ウェハWの
表面と垂直になるように配置され、ミラー4.7は光軸
を90°折り曲げて対物レンズ3かもの像光束をリレー
レンズ5,8に導びく。リレーレンズ5,8の光軸はマ
スクM、ウェハWの表面と平行に定められている。この
ような構成において、対物レンズ3とリレーレンズ50
間、及び対物レンズ6とリレーレンズ8の間は平行系に
なっており、対物レンズ3とミラー4とは一体に矢印A
の方向に可動であり、対物レンズ6とミラー7とは一体
に矢印Bの方向(可動である。このように対物レンズ3
,6を可動としたのは、マークMY、M# 、 Wmを
検出してアライメントを行なった後、パターン領域PA
をウェハW上に転写する際、対物レンズ3,6.ミラー
4,7がパターン領域PAを照射する軟X線を遮へいし
ないようにするためである。マスクMの周辺部には環状
のマスクホルダー2があるため、対物レンズ3,6がマ
スクMの外方に退避する際、対物レンズ3゜6の下端部
がマスクホルダー2と機械的く干渉しないように、マス
クMの表面から対物レンズ3゜6の下端部までの距離、
所謂ワーキング−ディスタンス(作動距111)dが定
められている。さて、第6図は対物レンズ3.6とパタ
ーン領域PAとの配置関係を示す平面図である。第6図
には3本目の対物レンズ9も示してあり、これら3本の
対物レンズ3,6.9の夫々がマークMY、M#IMX
を観察することによって、マスクMとウェハWとのX方
向、y方向及び回転方向のずレヲ検出する。通常アライ
メント用のマークMY、M#。
The objective lenses 3 and 6 are arranged so that their optical axes are perpendicular to the surfaces of the mask M and the wafer W, and the mirror 4.7 bends the optical axes by 90 degrees and transfers the image light beam from the objective lens 3 to the relay lens 5. , leading to 8. The optical axes of the relay lenses 5 and 8 are set parallel to the surfaces of the mask M and the wafer W. In such a configuration, the objective lens 3 and the relay lens 50
and between the objective lens 6 and the relay lens 8, and the objective lens 3 and the mirror 4 are integrated as shown by the arrow A.
The objective lens 6 and mirror 7 are integrally movable in the direction of arrow B (moveable).
, 6 are movable because after detecting the marks MY, M#, and Wm and performing alignment, the pattern area PA is moved.
When transferring onto the wafer W, the objective lenses 3, 6 . This is to prevent the mirrors 4 and 7 from blocking the soft X-rays irradiating the pattern area PA. Since there is an annular mask holder 2 around the periphery of the mask M, when the objective lenses 3 and 6 are retracted to the outside of the mask M, the lower end of the objective lens 3.6 does not mechanically interfere with the mask holder 2. The distance from the surface of the mask M to the lower end of the objective lens 3°6,
A so-called working distance (working distance 111) d is determined. Now, FIG. 6 is a plan view showing the arrangement relationship between the objective lens 3.6 and the pattern area PA. A third objective lens 9 is also shown in FIG. 6, and these three objective lenses 3, 6.9 are marked MY, M#IMX, respectively.
By observing this, misalignment between the mask M and the wafer W in the X direction, y direction, and rotational direction is detected. Marks MY and M# for normal alignment.

MXはパターン領域PAに密接するような位置に設けら
れる。このため第6図に示すように、大きなパターン領
域PA、を有するマスクMをアライメントする際は、マ
ークMYとMθとの間隔SPIが、対物レンズ3,6の
鏡筒の直径2rよりも十分大きいので、第5図に示すよ
うに対物レンズ3.6は間隔Pで位置する。ところが、
小さなパターン領域PA2を有するマスクMをアライメ
ントする場合、マークMYとM#の間隔SP2が対物レ
ンズ3,6の鏡筒の直径2rと等しくなると、対物レン
ズ3,6は互いにぶつかり合うまで接近することになり
、さらに5P2(2rになるとマークMY、M−を対物
レンズ3.6の夫々で同時に観察できなくなるといった
欠点が生じる。
MX is provided at a position close to pattern area PA. Therefore, as shown in FIG. 6, when aligning a mask M having a large pattern area PA, the distance SPI between the marks MY and Mθ is sufficiently larger than the diameter 2r of the lens barrel of the objective lenses 3 and 6. Therefore, the objective lens 3.6 is positioned at a distance P as shown in FIG. However,
When aligning a mask M having a small pattern area PA2, when the distance SP2 between the marks MY and M# becomes equal to the diameter 2r of the lens barrel of the objective lenses 3 and 6, the objective lenses 3 and 6 should approach each other until they collide with each other. When it becomes 5P2 (2r), there arises a drawback that marks MY and M- cannot be observed simultaneously with each of the objective lenses 3 and 6.

顕微鏡対物レンズの外径は、対物レンズの開口数(N、
A、)、作動距離dによって決定されるため、対物レン
ズ同志はある一定の位置までしか近づくことができない
。このことは、パターン領域(露光領域)PAをある一
定値以ドに小さくできないことを意味する。−例として
、対物レンズのN、A、を 0.3、作動路fidを5
鱈とすると、硝子単体のレンズ径は4鱈以上になり、鏡
筒の金物を含めると対物レンズの径は6fi程度になる
。従って、第6図のように3本の対物レンズを配置した
装置においては、マークMY、M#、MXを同時にアラ
イメントできるパターン領域は6X61Jl程度の大き
さまでであって、それよりも小さなパターン領域につい
ては、直接のアライメントが困難になるといった欠点が
生じる。
The outer diameter of the microscope objective lens is the numerical aperture (N,
A,) is determined by the working distance d, so the objective lenses can only approach each other up to a certain fixed position. This means that the pattern area (exposure area) PA cannot be made smaller than a certain value. - As an example, the objective lens N, A, is 0.3, and the working path fid is 5.
If it is a cod, the lens diameter of the single glass lens will be 4 cod or more, and the diameter of the objective lens will be about 6 fi if the hardware of the lens barrel is included. Therefore, in an apparatus with three objective lenses arranged as shown in Fig. 6, the pattern area in which marks MY, M#, and MX can be aligned simultaneously is up to a size of about 6 x 61 Jl, and smaller pattern areas are This has the disadvantage that direct alignment becomes difficult.

(発明の目的) 本発明はこれらの欠点を解決し、より小さな露光領域に
対しても位置合わせのためのパターン(マーク)の観察
を可能とした像形成光学装置を得ることを目的とする。
(Objective of the Invention) An object of the present invention is to solve these drawbacks and provide an image forming optical device that enables observation of patterns (marks) for alignment even in a smaller exposure area.

(@明の概要) 本発明は、所定のパターン(マーク等)の形成された試
料(マスクやウェハ等)の表面を観察する対物光学系(
対物レンズ12.13)と、この対物光学系の光軸(A
X)を試料表面と略垂直になるように屈曲させる反射d
(ミラー10,11゜i8)とを有し、試料表面からの
光を反射鏡で反射させてから対物光学系に入射させるこ
とにより、パターンの像を形成する装置であって、反射
鏡による光軸の屈曲角(J3)が90° から180°
までの間で、かつ90’と1800とを含まない範囲に
なるように、対物光学系を試料表面に対して傾けて配置
することを技術的要点としている。さらに特定の実施態
様においては、対物レンズの試料側において対物レンズ
のN、A、で決まる最外側の光線(20a、20b)と
光軸(AX)との成す角度を−とじたとき、屈曲角(β
)を、βく180°−2−に定めるとともに、反射鏡(
ミラー10.11)で屈曲された光軸(AX)の試料表
面(又は結像面S)に対する傾き角をα(α=β−90
°)としたとき、α>θに定めることを技術的要点とし
ている。
(@Akira's Overview) The present invention is an objective optical system (
objective lens 12.13) and the optical axis (A
Reflection d that bends X) so that it is approximately perpendicular to the sample surface
(mirrors 10, 11゜i8), and forms an image of a pattern by reflecting light from the sample surface with a reflecting mirror and then inputting it into an objective optical system. Shaft bending angle (J3) from 90° to 180°
The technical point is to arrange the objective optical system at an angle with respect to the sample surface so that the range is between 90' and 1800 and does not include 90' and 1800. In a further specific embodiment, when the angle formed by the optical axis (AX) and the outermost rays (20a, 20b) determined by N and A of the objective lens on the sample side of the objective lens is -, the bending angle is (β
) is set to β × 180°−2−, and the reflecting mirror (
The inclination angle of the optical axis (AX) bent by the mirror 10.11) with respect to the sample surface (or imaging plane S) is α (α = β - 90
°), the technical point is to set α>θ.

(実施例) 第1図は本発明の実施例による像形成装置の対物光学系
部分を示す光学配置図である。従来の光学系とは異なり
、マスクM上のマークMY、M#からの光は斜設したミ
ラー10.11によって反射されて夫々対物レンズ12
.13に入射した後、ミラー14.15で上方に反射さ
れて、第4図に示したようなミラー4,7及びリレーレ
ンズ5゜8に入射し、マークMY、M#の像を形成する
(Embodiment) FIG. 1 is an optical layout diagram showing an objective optical system portion of an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention. Unlike a conventional optical system, the light from the marks MY and M# on the mask M is reflected by diagonally arranged mirrors 10 and 11, and is reflected by the objective lens 12, respectively.
.. 13, it is reflected upward by mirrors 14 and 15, and enters mirrors 4 and 7 and relay lens 5.degree. 8 as shown in FIG. 4, forming images of marks MY and M#.

第1図中で中心線tlは軟X線源の発生源(通常は点と
みなされる)からマスクMの表面におろした垂線であり
、マスクMはそのパターン領域の中心PCに中心線t1
が通るように位置決めされる。
In FIG. 1, the center line tl is a perpendicular line drawn from the soft
is positioned so that it passes through.

さて、第1図では2つの対物光学系を示したが。Now, in Figure 1, two objective optical systems are shown.

ともに同一の構成であるので、−万の対物光学系ユニッ
トOLUについてのみ詳細に説明する。ミラー10には
反射[110bが形成され、この反射面10bと、マス
クMの表面との成す角度は45゜よりも大きくなるよう
に配置される。そしてミラー10で屈曲された対物レン
ズ12の光軸AXは。
Since they both have the same configuration, only the objective optical system unit OLU of -1000 will be described in detail. A reflection surface 110b is formed on the mirror 10, and the angle formed between this reflection surface 10b and the surface of the mask M is larger than 45 degrees. The optical axis AX of the objective lens 12 bent by the mirror 10 is.

マスクMとミラー10との間ではマスク表面に対して垂
直であり、ミラー10と対物レンズ12との間ではマス
ク表面に対して上方に傾くように定められている。すな
わちミラー101Cよる光軸AXの屈曲角は9C以上に
定められている。対物レンズ12からミラー14に至る
光路は平行系(アフォーカル系)に定められ、対物レン
ズ12の焦点合わせの際は対物光学系ユニットOLU全
体を上下動させればよいし、アライメント時と露光時に
おける顕微鏡の移動は、対物光学系ユニットOLUとミ
ラー14の上方に設けられたミラー7(第4図参照)と
を一体に矢印B方向に動かせばよい。尚、ミラー10の
先端面10aは、中心線Llと平行になるように成形さ
れている。これは点対称に配置されたミラー10.11
ができるだけ接近できるようにするためである。
The distance between the mask M and the mirror 10 is perpendicular to the mask surface, and the distance between the mirror 10 and the objective lens 12 is determined to be tilted upward with respect to the mask surface. That is, the bending angle of the optical axis AX by the mirror 101C is set to be 9C or more. The optical path from the objective lens 12 to the mirror 14 is defined as a parallel system (afocal system), and when focusing the objective lens 12, the entire objective optical system unit OLU can be moved up and down, and during alignment and exposure. The microscope can be moved by moving the objective optical system unit OLU and the mirror 7 (see FIG. 4) provided above the mirror 14 together in the direction of arrow B. Note that the tip end surface 10a of the mirror 10 is shaped to be parallel to the center line Ll. This is a point-symmetrically arranged mirror 10.11
This is to make sure that they are as close to each other as possible.

さて第2図は対物レンズ12とミラー10との幾何学的
な配置関係を詳しく説明するための拡大図である。対物
レンズ12の焦点面(t!像面)をS、光軸AXが結像
面Sと交わる点をCC,ミラー10の下端部から結像面
Sまでの作動距離なdそして対物レンズ12のN、A、
によりて決まる光束の最外側の光線を20a 、20b
とする。光線20a、20bは点CCで角度2#で交わ
り、夫々光軸AXに対して角度−で傾いている。例えば
N、A、が0.3の場合、角度0は17.46°になる
。光線20aがミラー10の最下端部で反射されるもの
とすると1点CCからミラー10の最下端部(先端面1
0a)までの結像面S上での距離ΔRは(1)式のよう
に表わされる。
Now, FIG. 2 is an enlarged view for explaining in detail the geometric arrangement relationship between the objective lens 12 and the mirror 10. S is the focal plane (t! image plane) of the objective lens 12, CC is the point where the optical axis AX intersects the image plane S, d is the working distance from the lower end of the mirror 10 to the image plane S, and N.A.
The outermost rays of the luminous flux determined by are 20a and 20b
shall be. The light rays 20a and 20b intersect at an angle 2# at a point CC, and are each tilted at an angle - with respect to the optical axis AX. For example, if N, A, are 0.3, angle 0 is 17.46°. Assuming that the light ray 20a is reflected at the lowermost end of the mirror 10, it is reflected from one point CC to the lowermost end of the mirror 10 (tip surface 1).
The distance ΔR to 0a) on the imaging plane S is expressed as in equation (1).

ΔR=dlItana   ・・・・・・・・・・・・
・・・(1)この関係は、対物レンズと試料との間にミ
ラーを入れて光路を折り曲げる場合、その屈曲角とは無
関係に成り立ち、−例としてdを5鵡、N、A、を0.
3(#=17.46°)にすると、ΔRは約1.6Mm
となる。従って本実施例の場合、露光中心PCから1.
6 Mの位胃にあるマークを観察することができ、この
ことは最小3.2X3.2m11角程度のパターン領域
をアライメントして露光することができることを意味す
る。尚、第2図からも明らかなように、N、A、で決ま
る光線20&がミラー10の最下端部で反射されるよう
に定めることがΔRを最小にするのに必要な条件でもあ
る。
ΔR=dlItana ・・・・・・・・・・・・
...(1) This relationship holds regardless of the bending angle when a mirror is inserted between the objective lens and the sample to bend the optical path. ..
3 (#=17.46°), ΔR is approximately 1.6 Mm
becomes. Therefore, in the case of this embodiment, 1.
It is possible to observe a mark located at a position of 6 M, which means that a pattern area of at least 3.2 x 3.2 m 11 squares can be aligned and exposed. As is clear from FIG. 2, it is also a necessary condition to minimize ΔR that the light ray 20 & determined by N and A is set so as to be reflected at the lowest end of the mirror 10.

ところでミラー10による光軸AXの屈曲角βは任意に
定められるものではなく、ある制限の範囲内に定められ
る。ここで光軸AXの反射面10τj bでの屈曲点を通り、結像面Sと平行を線をt2とし、
さらにミラーlOと対物レンズ12との間の光軸AXと
交わり、結像面Sと垂直な線を63とするとミラー10
と対物レンズ12との間の光軸AXと線t2との成す角
度、すなわち対物レンズ12の傾き角度αは(2ン式で
表わされる。
Incidentally, the bending angle β of the optical axis AX by the mirror 10 is not arbitrarily determined, but is determined within a certain limit. Here, a line passing through the bending point of the optical axis AX at the reflecting surface 10τj b and parallel to the imaging plane S is defined as t2,
Further, if the line intersecting the optical axis AX between the mirror lO and the objective lens 12 and perpendicular to the imaging plane S is 63, then the mirror 10
The angle formed between the optical axis AX and the line t2, that is, the inclination angle α of the objective lens 12, is expressed by the equation (2).

α;β−90°     ・・・・・・・・・・・・・
・・(2)この第2図からも明らかなように、α=08
(β=90°)になるように対物レンズ12を水平に配
置すると、対物レンズ12の腹(レンズ外周部)によっ
て作動距離dが取れなくなってしまう。
α;β−90°・・・・・・・・・・・・・・・
...(2) As is clear from this Figure 2, α=08
If the objective lens 12 is arranged horizontally so that (β=90°), the working distance d cannot be obtained due to the antinode (outer periphery of the lens) of the objective lens 12.

このことから、まず第1に、作動距離d7確保するため
にはミラー10の下端部で反射した光線20aが結像面
SK対して上向きでなければならず、(3)式の関係が
必要条件となる。
From this, first of all, in order to ensure the working distance d7, the light ray 20a reflected at the lower end of the mirror 10 must be directed upward with respect to the imaging plane SK, and the relationship of equation (3) is a necessary condition. becomes.

α>a<又はβ−90°〉θ)・・・・・・(3)第2
に、光軸AXを中心に光線20aと対称な光線20bが
ミラー10の反射面10bと交差しなければならず、(
4)式の関係が必要条件となる。
α>a<or β−90°〉θ)・・・・・・(3) Second
Then, a ray 20b symmetrical to the ray 20a about the optical axis AX must intersect the reflective surface 10b of the mirror 10, and (
4) The relationship in the equation is a necessary condition.

180°−β 90°−一〉□+α     ・・・・・・・・・(4
)この(4)式を整理すると、結局(5)式の関係が導
びかれる。
180°−β 90°−1〉□+α ・・・・・・・・・(4
) By rearranging this equation (4), the relationship of equation (5) is finally derived.

α<90°−2#(又はβ<180°−2#)・・・(
5)上記(3)式と(5)式の両方をともに満足するよ
うに角度α(又はβ)を決めてやればよい。この両方の
条件を満足する範囲は第3図に示した斜線部分である。
α<90°-2# (or β<180°-2#)...(
5) The angle α (or β) may be determined so as to satisfy both the above equations (3) and (5). The range that satisfies both of these conditions is the shaded area shown in FIG.

fa3図において縦軸は角度αを表わし。In the fa3 diagram, the vertical axis represents the angle α.

横軸は角度−を表わす。斜線部分の外側の境界線は先の
(3)式、(5)式の条件の範囲外である。この第3図
に示した範囲は、対物レンズ12の硝子本体のみによっ
て決まる条件から定められたものであり、実際の対物レ
ンズ12には鏡筒があり、その外形寸法やミラー10と
の配置関係によって、実用になる角度αはさらに制限さ
れる。特に作動距fidを対物レンズ12の鏡筒外径を
考慮して確保しようとすれば、第3図中に示したα=−
の直線は、直線t4のようにもう少し傾きが急になり。
The horizontal axis represents the angle -. The outer boundary line of the shaded area is outside the range of the conditions of equations (3) and (5) above. The range shown in FIG. 3 is determined based on the conditions determined only by the glass body of the objective lens 12; the actual objective lens 12 has a lens barrel, and its external dimensions and arrangement relationship with the mirror 10. This further limits the practical angle α. In particular, if you try to secure the working distance fid by considering the outer diameter of the lens barrel of the objective lens 12, then α=-
The straight line has a slightly steeper slope, like straight line t4.

直線t4とα=90°−2−の直線とでかこまれた斜線
部の範囲内に限られてしまう。本願の発明者らがN、A
、=0.3 (、#中17.5°〕の対物レンズ12を
用い℃設計したところ、α=28°(β=118°)の
ところで諸条件を満足し、ミラー10もコンパクトにな
ることがわかった。
It is limited to the shaded area surrounded by the straight line t4 and the straight line of α=90°−2−. The inventors of this application are N, A
, = 0.3 (, 17.5° in #) was designed using the objective lens 12, and the conditions were satisfied at α = 28° (β = 118°), and the mirror 10 was also compact. I understand.

さて、第1図のようVC2本の顕微鏡のみを対向させて
配置する場合はよいが、第6図のように3本の顕微鏡を
配置する場合は、第4図に示すようにミラー10.11
の先端角部と3本目の顕微鏡のミラー18の先端角部と
をそれぞれ45°で角落しする必要がある。第4図はミ
ラー10,11゜18のマスク上での配置を示す平面図
であり、マークMY、Ml、MXを検出するために各ミ
ラー10.11.18が矢印A、B、C方向に操り出し
たとき、角落しをすることによって、各ミラーが機械的
に干渉することなく、小さなパターン領域に付随したマ
ークを検出することができる。
Now, it is fine if only two VC microscopes are arranged facing each other as shown in Fig. 1, but if three VC microscopes are arranged as shown in Fig. 4, the mirrors 10 and 11 are
It is necessary to cut the tip corner of the third microscope at an angle of 45 degrees and the tip corner of the mirror 18 of the third microscope. FIG. 4 is a plan view showing the arrangement of mirrors 10, 11° 18 on the mask, in which each mirror 10, 11, 18 is moved in the direction of arrows A, B, and C in order to detect marks MY, Ml, and MX. When the mirrors are moved out, by cutting off the corners, marks attached to small pattern areas can be detected without mechanical interference between the mirrors.

以上本発明の実施例は、X線露光装置に適したアライメ
ント用、あるいはギャップ検出用の顕微鏡について述べ
たが、その他の方式の露光装置。
In the above embodiments of the present invention, a microscope for alignment or gap detection suitable for an X-ray exposure apparatus has been described, but exposure apparatuses of other types are also applicable.

例えば紫外線を用いたグロキシミティ・アライナ−1反
射型のグロジェクション・アライナ−1又は投影レンズ
を使ったステッパー等にも十分使用し得るものであり、
その他、ウェハやマスクの検査装置等のアライメント顕
微優としても利用できる。
For example, it can be fully used for a Gloximity Aligner-1 that uses ultraviolet light, a reflective Glojection Aligner-1, or a stepper that uses a projection lens.
In addition, it can also be used as an alignment microscope for wafer and mask inspection equipment.

(発明の効果) 以上本発明によれば、比較的大きな開口数を有し、必要
な作動距離を確保しつつ、小さなパターン領域に対応し
たマーク検出等が可能な顕微鏡が構成できるといった効
果が得られる。
(Effects of the Invention) According to the present invention, it is possible to construct a microscope that has a relatively large numerical aperture and is capable of detecting marks in small pattern areas while ensuring the necessary working distance. It will be done.

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

第1図は本発明の実施例による像形成装置の光学配置を
示す構成図、第2図はミラーと対物レンズの幾何学的な
配置を説明する拡大図、@3図は対物レンズの傾き角の
範囲を説明するグラフ、第4図はミラーの平面的な形状
及び配置を示す平面図、第5図は従来のX線露光装置に
おける像形成装置(アライメント顕微鏡)の構成を示す
構成図、第6図は従来装置におけるアライメント顕微鏡
の平面的な配置を示す図である。 〔主要部分の符号の説明〕 10.11..18・・・・・・ミラー、   12,
13・・・・・・対物レンズ、 S・・・・・・結像面
、 M・・・マスク、d・・・・・・作動距離、  A
X・・・・・・光軸、 β・・・・・・屈曲角。
Fig. 1 is a configuration diagram showing the optical arrangement of an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention, Fig. 2 is an enlarged view illustrating the geometrical arrangement of the mirror and objective lens, and Fig. 3 is a tilt angle of the objective lens. 4 is a plan view showing the planar shape and arrangement of the mirrors. FIG. 5 is a configuration diagram showing the configuration of an image forming device (alignment microscope) in a conventional X-ray exposure device. FIG. 6 is a diagram showing a planar arrangement of an alignment microscope in a conventional device. [Explanation of symbols of main parts] 10.11. .. 18...mirror, 12,
13... Objective lens, S... Imaging surface, M... Mask, d... Working distance, A
X: optical axis, β: bending angle.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)所定のパターンの形成された試料の表面を観察す
る対物光学系と、該対物光学系の光軸を前記試料表面と
略垂直になるように屈曲させる反射鏡とを有し、前記試
料表面からの光を、該反射鏡で反射させてから前記対物
光学系に入射させることにより前記パターンの像を形成
する光学装置において、前記反射鏡による光軸の屈曲角
が90°から180°までの間で、かつ90°と180
°とを含まない範囲になるように前記対物光学系を前記
試料表面に対して傾けて設けたことを特徴とする像形成
光学装置。
(1) An objective optical system for observing the surface of a sample on which a predetermined pattern has been formed, and a reflecting mirror for bending the optical axis of the objective optical system so as to be substantially perpendicular to the sample surface; An optical device that forms an image of the pattern by reflecting light from a surface by the reflecting mirror and making it incident on the objective optical system, wherein the bending angle of the optical axis by the reflecting mirror is from 90° to 180°. between 90° and 180
An image forming optical device characterized in that the objective optical system is tilted with respect to the sample surface so that the objective optical system is in a range that does not include .
(2)前記対物光学系の開口数に対応した光線と前記光
軸との成す角度をθとしたとき、前記屈曲角を、180
°−2θで決まる角度よりも小さく定めるとともに、前
記反射鏡で屈曲した光軸の試料表面に対する傾き角をα
としたとき、α>θを満足するように定めたことを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載の装置。
(2) When the angle between the light beam corresponding to the numerical aperture of the objective optical system and the optical axis is θ, the bending angle is 180
In addition to setting the angle smaller than the angle determined by °−2θ, the angle of inclination of the optical axis bent by the reflecting mirror with respect to the sample surface is α.
2. The apparatus according to claim 1, wherein α>θ is determined so that α>θ is satisfied.
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