JPH10239015A - Surface position detector - Google Patents

Surface position detector

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JPH10239015A
JPH10239015A JP9060049A JP6004997A JPH10239015A JP H10239015 A JPH10239015 A JP H10239015A JP 9060049 A JP9060049 A JP 9060049A JP 6004997 A JP6004997 A JP 6004997A JP H10239015 A JPH10239015 A JP H10239015A
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JP
Japan
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optical system
light
detection
detecting
photosensitive substrate
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JP9060049A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Nishimura
宏 西村
Hideo Mizutani
英夫 水谷
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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Publication of JPH10239015A publication Critical patent/JPH10239015A/en
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7003Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
    • G03F9/7023Aligning or positioning in direction perpendicular to substrate surface
    • G03F9/7026Focusing

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To exclude the influence of the distribution of reflectance by correcting the position information of an inspected surface obtained from a position detecting system, on the basis of the detection information from an optical characteristic detecting system. SOLUTION: A projecting optical system 140 is arranged in the optical path of light flux L2, L3 in front of an AOM 130, and a wafer W is placed in the position being conjugate to the AOM 130 with respect to the optical system 140. The two light flux L2 and L3 cause interference through the optical system 140 on the wafer W and form fringes of alternate line and space bands. Further, an imaging optical system 150 is arranged on the opposite side of the projecting optical system 140 with regard to the optical axis of a projecting optical system PL, and an array sensor 170 is arranged in the position being conjugate to the wafer W with regard to the optical system 150. The image of the frings on the surface of the wafer W is formed on the sensor 170. The lateral dislocation of fringes is measured from the information by means of the array sensor 170, and the position of the wafer in the vertical direction is measured.

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、被検面の表面変位
検出装置に関し、特に、光学系の焦点検出、例えば半導
体デバイスや液晶装置などの下地にパターンが存在する
被検面用の投影露光装置の焦点を検出する表面変位検出
装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for detecting a surface displacement of a surface to be inspected, and more particularly, to focus detection of an optical system, for example, projection exposure for a surface to be inspected having a pattern on a base of a semiconductor device or a liquid crystal device. The present invention relates to a surface displacement detection device that detects a focal point of the device.

【0002】[0002]

【従来の技術】図10に示すように、半導体デバイスや
液晶装置などを製造するための投影露光装置の焦点位置
検出装置は、光源1からの光をコンデンサーレンズ2を
介して送光スリット3に照射し、その送光スリット3の
像を投射レンズ系4によりウエハ面Wに斜めから投影
し、その反射光L0を結像レンズ系光学系5を介して投
射することにより、ウエハ面Wに形成されたスリット3
の像を受光スリット6またはセンサアレイ上に結像す
る。そして、そのスリット像の光量重心の横ずれを測定
することによってウエハ面Wの上下方向の位置を検出す
る。
2. Description of the Related Art As shown in FIG. 10, a focus position detecting device of a projection exposure apparatus for manufacturing a semiconductor device, a liquid crystal device, or the like, transmits light from a light source 1 to a light transmitting slit 3 via a condenser lens 2. Irradiation, the image of the light transmission slit 3 is projected obliquely onto the wafer surface W by the projection lens system 4, and the reflected light L 0 is projected through the imaging lens system optical system 5 to form the image on the wafer surface W. Slit 3
Is formed on the light receiving slit 6 or the sensor array. Then, the position of the wafer surface W in the vertical direction is detected by measuring the lateral shift of the center of gravity of the light amount of the slit image.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】以上のような焦点位置
検出装置によれば、ウエハ面Wからの反射光の光量重心
を測定しているので、半導体デバイスの回路パターン等
によってウエハ面Wの反射率が均一でない場合には反射
光の重心が移動し、検出誤差となってしまう。そこで、
そのような検出誤差を軽減するために、図11に示すよ
うに縦横の回路パターンが多い露光エリア11に対し、
スリットの像12や縞の像13の長手方向が45°の角
度をなすようにそれらのパターンを投影している。即ち
長い検出スリット12が回路パターンを形成するライン
とスペースにまたがって、これらを広くカバーすること
により平均化したり、複数本のスリットからなる縞13
により検出して平均化するなどしていた。しかしそれで
も回路パターンの影響は皆無ではなかった。
According to the above focus position detecting apparatus, since the center of gravity of the quantity of reflected light from the wafer surface W is measured, the reflection of the wafer surface W by the semiconductor device circuit pattern or the like is performed. If the ratio is not uniform, the center of gravity of the reflected light moves, resulting in a detection error. Therefore,
In order to reduce such a detection error, as shown in FIG.
The patterns are projected such that the longitudinal directions of the slit image 12 and the stripe image 13 form an angle of 45 °. That is, the long detection slit 12 extends over the lines and spaces forming the circuit pattern, and covers these lines widely, thereby averaging the lines or the stripes 13 composed of a plurality of slits.
And averaged. However, the influence of the circuit pattern was not negligible.

【0004】そこで本発明は、被検面の下地の反射率分
布の影響を排除し、被検面の変位を正確に検出する表面
位置検出装置、そのような表面位置検出装置を備える露
光装置、及び基板上の下地の反射率分布の影響を排除し
投影光学系の合焦を行う半導体デバイスの製造方法を提
供することを目的としている。
Accordingly, the present invention provides a surface position detecting device which eliminates the influence of the reflectance distribution of the base of the surface to be detected and accurately detects the displacement of the surface to be detected, an exposure device having such a surface position detecting device, It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device that focuses a projection optical system while eliminating the influence of the reflectance distribution of a base on a substrate.

【0005】[0005]

【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に係る発明による表面位置検出装置は、図
1に示すように、被検面Wに対して位置検出用の光を照
射する照射系(110〜142)と、該被検面からの位
置検出用の光を受光することにより被検面にほぼ垂直な
方向での位置を検出する位置検出系(150〜170)
とを備えた表面位置検出装置において;前記被検面の光
学特性を検出する光学特性検出系と;該光学特性検出系
からの検出情報に基づいて、前記位置検出系からの被検
面の位置情報を補正する補正系(180)とを有する。
In order to achieve the above object, a surface position detecting device according to the first aspect of the present invention, as shown in FIG. An irradiation system (110-142) for irradiating, and a position detection system (150-170) for detecting a position in a direction substantially perpendicular to the test surface by receiving light for position detection from the test surface.
An optical characteristic detection system for detecting optical characteristics of the surface to be inspected; and a position of the surface to be inspected from the position detection system based on information detected from the optical characteristic detection system. A correction system (180) for correcting information.

【0006】請求項2に係る発明による表面位置検出装
置では、図4に示すように、請求項1の装置において、
前記照射系は、所定のパターンを有するパターン部材2
30と、該パターン部材を照射するために前記位置検出
用の光を供給する第1の光源210と、前記所定のパタ
ーンを前記被検面上に投射し像を形成する投射光学系
(240、241)とを有し;前記位置検出系は、前記
被検面上に形成されたパターンの像を再形成する結像光
学系(250、252)と、該結像光学系により再形成
されるパターン像を光電検出する第1の光電検出器27
0とを有し;前記光学特性検出系は、前記被検面の光学
特性検出用の照明光を供給する第2の光源242と、前
記被検面に対して前記照明光を照射する照明光学系(2
41、243)と、前記被検面からの前記照明光を受光
するための受光光学系(250、253)と、該受光光
学系を介した前記照明光を光電検出する第2の光電検出
器302とを有する。所定のパターンは、例えばスリッ
トや縞である。
In the surface position detecting device according to the second aspect of the present invention, as shown in FIG.
The irradiation system includes a pattern member 2 having a predetermined pattern.
30, a first light source 210 that supplies the position detection light to irradiate the pattern member, and a projection optical system (240, 240) that projects the predetermined pattern onto the surface to be inspected to form an image. 241); the position detection system is re-formed by the imaging optical system (250, 252) for re-forming an image of a pattern formed on the surface to be inspected; First photoelectric detector 27 for photoelectrically detecting a pattern image
0; a second light source 242 that supplies illumination light for detecting optical characteristics of the surface to be inspected, and illumination optics that irradiates the illumination light to the surface to be inspected. System (2
41, 243), a light receiving optical system (250, 253) for receiving the illumination light from the surface to be detected, and a second photoelectric detector for photoelectrically detecting the illumination light via the light receiving optical system. 302. The predetermined pattern is, for example, a slit or a stripe.

【0007】ここで、パターン部材はスリットや縞パタ
ーンの形成された送光スリット板やマスクであり、投射
光学系により被検面に投射され形成される像はそのスリ
ットやパターンが結像された像であってもよいし、また
はパターン部材は位相板のような2光束発生部材であ
り、投射光学系により被検面に投射され形成される像は
その2光束による干渉縞であってもよい。その被検面に
形成された像が、結像光学系により再形成即ち結像さ
れ、第1の光電検出器で検出される。
Here, the pattern member is a light-transmitting slit plate or a mask on which a slit or stripe pattern is formed, and an image formed by projection onto the surface to be inspected by a projection optical system is formed by forming the slit or pattern. The image may be an image, or the pattern member may be a two-beam generating member such as a phase plate, and the image projected and formed on the surface to be inspected by the projection optical system may be an interference fringe formed by the two beams. . The image formed on the surface to be inspected is re-formed or imaged by the imaging optical system and detected by the first photoelectric detector.

【0008】以上のように構成すると、光学特性検出系
を備えるので被検面の光学特性が求まり、また補正系を
備えるので、求められた光学特性に関する検出情報に基
づいて、被検面の位置情報が補正される。
With the above arrangement, the optical characteristics of the surface to be inspected are obtained because the optical characteristics detection system is provided, and the position of the surface to be inspected is determined based on the detected information on the obtained optical characteristics because the optical system has the correction system. The information is corrected.

【0009】ここで、請求項3に係る発明のように、前
記光学特性検出系は、前記被検面の反射率分布を検出
し;前記補正系は、前記光学特性検出系にて検出された
反射率分布の情報に基づいて、前記位置検出系からの被
検面の位置情報を補正するように構成されていてもよ
い。このようにすると、被検面の光学特性のうちで最も
典型的な反射率分布に基づく補正が位置情報に対してな
される。
Here, as in the invention according to claim 3, the optical characteristic detection system detects a reflectance distribution of the surface to be inspected; and the correction system is detected by the optical characteristic detection system. It may be configured to correct the position information of the test surface from the position detection system based on the information of the reflectance distribution. With this configuration, correction based on the most typical reflectance distribution among the optical characteristics of the test surface is performed on the position information.

【0010】請求項2または請求項3に記載の表面位置
検出装置では、請求項4に記載されている装置のように
(図1参照)、前記照明光学系は、前記投射光学系と共
用する投射用対物光学系を有し;前記受光光学系は、前
記結像光学系と共用する検出用対物光学系を有し;前記
第2の光源は、前記第1の光源と共用して構成されると
共に、前記第2の光電検出器は前記第1の光電検出器と
共用して構成され;前記パターン部材130は、前記被
検面の位置検出に際して前記所定のパターンを生成し、
前記被検面での光学特性の検出に際して前記所定のパタ
ーンを消失させる切り換え機構131を有してもよい。
In the surface position detecting device according to claim 2 or 3, as in the device according to claim 4 (see FIG. 1), the illumination optical system is shared with the projection optical system. A projection objective optical system; the light receiving optical system has a detection objective optical system shared with the imaging optical system; and the second light source is shared with the first light source. And the second photoelectric detector is configured to be shared with the first photoelectric detector; the pattern member 130 generates the predetermined pattern when detecting the position of the surface to be inspected;
A switching mechanism 131 for eliminating the predetermined pattern when detecting optical characteristics on the surface to be inspected may be provided.

【0011】このような場合、投射用対物光学系、検出
用対物光学系、光源、光電検出器が共用されおり、また
パターン部材は、被検面の位置検出と光学特性の検出に
際してパターンの生成と消失の切り換え機構を有してい
るので、簡潔な装置が実現できる。
In such a case, a projection objective optical system, a detection objective optical system, a light source, and a photoelectric detector are shared, and the pattern member generates a pattern when detecting the position of the surface to be inspected and detecting the optical characteristics. And a switching mechanism for elimination, a simple device can be realized.

【0012】請求項2または請求項3に記載の表面位置
検出装置では、請求項5に記載の装置のように(図4、
5、6参照)、前記照明光学系は、前記投射光学系と少
なくとも一部を共用する投射用対物光学系を有し;前記
受光光学系は、前記結像光学系と少なくとも一部を共用
する検出用対物光学系を有し;前記照射系は、前記位置
検出用の光及び前記照明光を前記投射用対物光学系を介
して前記被検面に導くための第1光学部材(244、4
10、540)を有し;前記位置検出系は、前記位置検
出用の光を前記検出用対物光学系を介して前記第1の光
電検出器へ導くと共に前記照明光を前記検出用対物光学
系を介して前記第2の光電検出器へ導く第2光学部材
(251、420)を有してもよい。
In the surface position detecting device according to the second or third aspect, like the device according to the fifth aspect (FIG. 4,
5 and 6), the illumination optical system has a projection objective optical system that shares at least a part with the projection optical system; and the light receiving optical system shares at least a part with the imaging optical system. A first optical member (244, 4) for guiding the position detection light and the illumination light to the surface to be inspected via the projection objective optical system;
10, 540); the position detection system guides the position detection light to the first photoelectric detector via the detection objective optical system, and transmits the illumination light to the detection objective optical system. And a second optical member (251, 420) for guiding to the second photoelectric detector via the second optical member.

【0013】このような場合、投射用対物光学系、検出
用対物光学系の少なくとも一部が共用されているので、
装置の簡潔化が可能である。
In such a case, since at least a part of the projection objective optical system and the detection objective optical system are shared,
The device can be simplified.

【0014】また請求項5に記載の表面位置検出装置で
は、請求項6に記載のように、前記第1及び第2光学部
材のうちの少なくとも一方は、シャッター(410、4
20)で構成されてもよいし(図8)、請求項7に記載
されているように、前記第1及び第2光学部材のうちの
少なくとも一方は、光分割部材(244、251、41
0、420、540)で構成されてもよい。
According to a fifth aspect of the present invention, at least one of the first and second optical members includes a shutter (410, 4).
20) (FIG. 8), or as described in claim 7, at least one of the first and second optical members is a light splitting member (244, 251, 41).
0, 420, 540).

【0015】このような構成では、シャッターあるいは
光分割部材が、位置検出用の光及び照明光を投射用対物
光学系を介して被検面に導くし、あるいは位置検出用の
光を検出用対物光学系を介して第1の光電検出器へ導く
と共に照明光を検出用対物光学系を介して第2の光電検
出器へ導く。
In such a configuration, the shutter or the light splitting member guides the light for position detection and the illumination light to the surface to be inspected via the objective optical system for projection, or the light for detection of the position for the detection object. The light is guided to the first photoelectric detector via the optical system, and the illumination light is guided to the second photoelectric detector via the objective optical system for detection.

【0016】請求項8に記載の露光装置は、図1に示す
ように、マスクR上に形成された露光用パターンを感光
性基板W上に露光する露光装置であって;請求項1乃至
請求項7のいずれかに記載の表面位置検出装置と;露光
用パターンを感光性基板上に投影する投影光学系PLと
を備え;前記表面位置検出装置は、前記感光性基板の表
面を被検面として、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 8 is an exposure apparatus for exposing an exposure pattern formed on a mask R onto a photosensitive substrate W as shown in FIG. 1; Item 8. A surface position detecting device according to any one of Items 7, and a projection optical system PL for projecting an exposure pattern onto a photosensitive substrate. The surface position detecting device scans the surface of the photosensitive substrate with a surface to be inspected. The position of the photosensitive substrate is detected.

【0017】このように構成すると、請求項1乃至請求
項7のいずれかに記載の表面位置検出装置を用いて感光
性基板の表面変位を検出するので、露光用パターンを投
影露光する前に、基板の下地による反射率分布の影響を
排除し合焦できる。
According to this structure, the surface displacement of the photosensitive substrate is detected by using the surface position detecting device according to any one of claims 1 to 7, so that before the exposure pattern is projected and exposed, Focusing can be achieved by eliminating the influence of the reflectance distribution due to the base of the substrate.

【0018】請求項9に記載の半導体デバイスの製造方
法は、感光性基板を露光して半導体デバイスを製造する
方法であって;感光性基板を提供する工程と;マスク上
に形成された露光用パターンの像を形成する投影光学系
の結像面に対する感光性基板の表面の変位を検出する工
程と;前記表面の変位を検出する工程にて検出された表
面変位に基づいて、前記結像面に感光性基板の表面を合
わせる工程と;前記投影光学系の結像面と前記投影光学
系について光学的に共役な位置に設定された前記マスク
上の露光用パターンを前記投影光学系を介して前記感光
性基板に投影し露光する工程とを備え;前記表面変位を
検出する工程は、前記感光性基板に対して変位検出用の
光を照射する工程と、該照射する工程にて照射された変
位検出用の光の反射光の位置を検出する工程と、前記感
光性基板の光学特性を検出する工程と、該光学特性の検
出工程にて検出された情報に基づいて、前記反射光位置
の検出工程にて得られた情報を補正する工程とを含む。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9 is a method of manufacturing a semiconductor device by exposing a photosensitive substrate to light; a step of providing a photosensitive substrate; and an exposing step formed on a mask. Detecting the displacement of the surface of the photosensitive substrate with respect to the image plane of the projection optical system for forming an image of the pattern; and detecting the image plane based on the surface displacement detected in the step of detecting the surface displacement. Adjusting the exposure pattern on the mask set at an optically conjugate position with respect to the image forming plane of the projection optical system and the projection optical system via the projection optical system. Projecting and exposing the photosensitive substrate to light; the step of detecting the surface displacement includes the step of irradiating the photosensitive substrate with light for detecting displacement, and the step of irradiating the photosensitive substrate. Light counter for displacement detection A step of detecting the position of light, a step of detecting the optical characteristics of the photosensitive substrate, and a step of detecting the position of the reflected light based on the information detected in the step of detecting the optical characteristics. Correcting the information.

【0019】このような方法では、光学特性の検出工程
で基板表面の特性情報が得られ、また補正する工程で、
反射光位置の検出工程にて得られた情報が補正されるの
で、基板の下地の反射分布率の不均一性等の影響が排除
され、投影光学系の合焦が正確に行われる。
According to such a method, the characteristic information of the substrate surface is obtained in the optical characteristic detecting step, and the correcting step is performed in the correcting step.
Since the information obtained in the reflected light position detection step is corrected, influences such as non-uniformity of the reflectance distribution of the base of the substrate are eliminated, and the focusing of the projection optical system is accurately performed.

【0020】以上のように、本発明によれば、表面変位
の検出に際して、被検面上のスリットや縞の像を検出す
るに際し、その縞等の横ずれの測定に加え、被検面を均
一に照明したときの受光面の光量分布も測定し、その検
出光量より縞等の受光面上の像の形状を補正し、正確な
縞等の位置を測定することができる。
As described above, according to the present invention, when detecting a surface displacement, when detecting an image of a slit or a stripe on the surface to be inspected, in addition to measuring the lateral displacement of the stripe or the like, the surface to be inspected can be uniform. The light amount distribution of the light receiving surface when the light is illuminated is measured, and the shape of the image on the light receiving surface such as the stripe is corrected based on the detected light amount, so that the position of the accurate stripe or the like can be measured.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、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符号を付し、重複
した説明は省略する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding members are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.

【0022】図9を参照して、本発明の原理を説明す
る。図9では、簡単のため、変位検出用の縞の像は正弦
波分布をしていると仮定する。横軸は被検面上の位置、
縦軸は光量である。(a)のグラフは計測センサアレイ
の出力、(b)のグラフは被検面の下地に形成された回
路パターンの影響などによる被検面の反射率分布を測定
する補正用センサアレイの出力を示す。(a)と(b)
は、被検面の同一領域について測定したデータである。
The principle of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 9, for the sake of simplicity, it is assumed that the image of the stripe for displacement detection has a sinusoidal distribution. The horizontal axis is the position on the test surface,
The vertical axis is the amount of light. The graph of (a) shows the output of the measurement sensor array, and the graph of (b) shows the output of the correction sensor array for measuring the reflectance distribution of the test surface due to the influence of the circuit pattern formed on the base of the test surface. Show. (A) and (b)
Is data measured for the same region of the test surface.

【0023】(c)のグラフは、(a)に示される出力
値を(b)に示される出力値で除した値で、補正後の光
量分布を示す。ここで、(b)に示される出力値は、一
様な光量を示す部分の光量(最大光量)を単位光量1と
して示してある。
The graph (c) shows the light quantity distribution after correction, which is a value obtained by dividing the output value shown in (a) by the output value shown in (b). Here, in the output value shown in (b), the light amount (maximum light amount) of a portion showing a uniform light amount is shown as a unit light amount 1.

【0024】各グラフの縦の線の間が、センサアレイの
個々のセンサを示している。被検面が、(b)のグラフ
に示されるような不均一な反射率分布をもっていると
き、その不均一な分だけ正弦波の形が崩れ、縞の光量重
心が移動し測定誤差が発生する様子が(a)のグラフに
示されてる。(b)のグラフに示される光量分布で
(a)のグラフに示される光量の出力値を割った(c)
のグラフでは正弦波が復元され、下地の回路パターンの
影響が除去されていることがわかる。
Between the vertical lines in each graph, the individual sensors of the sensor array are shown. When the test surface has a non-uniform reflectance distribution as shown in the graph (b), the shape of the sine wave is distorted by the non-uniformity, the center of gravity of the light amount of the stripe moves, and a measurement error occurs. The situation is shown in the graph of FIG. The output value of the light amount shown in the graph of (a) is divided by the light amount distribution shown in the graph of (b) (c)
It can be seen from the graph of FIG. 7 that the sine wave has been restored and the influence of the underlying circuit pattern has been removed.

【0025】図1を参照して、第1の実施の形態を説明
する。図中、投影光学系PLについてレチクルRと共役
な位置に被検面であるウエハ等の基板Wが置かれてお
り、レチクルRへ図示しない照明系からの光が入射し、
レチクルR上のパターンが投影レンズPLを介しウエハ
Wに投影露光されるようになっている。本実施の形態
は、投影光学系PLの光軸方向、図中では上下方向に沿
った、ウエハWの変位を計測するものである。
The first embodiment will be described with reference to FIG. In the figure, a substrate W such as a wafer as a test surface is placed at a position conjugate with the reticle R with respect to the projection optical system PL, and light from an illumination system (not shown) enters the reticle R,
The pattern on the reticle R is projected and exposed on the wafer W via the projection lens PL. In the present embodiment, the displacement of the wafer W is measured along the optical axis direction of the projection optical system PL, that is, in the vertical direction in the figure.

【0026】一方、光源である光ファイバ110からの
光路中にコンデンサーレンズ120、音響光学素子AO
M130がこの順に配置されており、光ファイバ110
から出た光は、コンデンサレンズ120を介して音響光
学素子AOM130をケーラー照明するようになってい
る。後で詳述するAOM130は回折格子として作用
し、2光束L2、L3を作り出す。
On the other hand, the condenser lens 120 and the acousto-optic device AO are placed in the optical path from the optical fiber 110 as the light source.
M130 are arranged in this order, and the optical fiber 110
The light emitted from the AOM 130 illuminates the acousto-optic element AOM 130 via the condenser lens 120 with Koehler illumination. The AOM 130, which will be described in detail later, acts as a diffraction grating and generates two light beams L2 and L3.

【0027】AOM130の前方、光束L2、L3の光
路中には投射光学系140が配置されており、光学系1
40についてAOM130と共役な位置に先のウエハW
が置かれている。2光束L2、L3は投射光学系140
を介し、ウエハW上に2光束干渉を起こし、ラインアン
ドスペース(L/S)の縞を形成する。あるいは前記回
折格子が結像されると考えても良い。ここで投射光学系
140は、集光レンズ141と投射用対物レンズ142
を含み、いわゆるテレセントリック光学系を構成してい
る。
A projection optical system 140 is disposed in front of the AOM 130 and in the optical path of the light beams L2 and L3.
The wafer W is located at a position conjugate with the AOM 130 for 40.
Is placed. The two light beams L2 and L3 are projected by the projection optical system 140.
, Two light beams interfere with each other on the wafer W to form line-and-space (L / S) stripes. Alternatively, it may be considered that the diffraction grating forms an image. Here, the projection optical system 140 includes a condenser lens 141 and a projection objective lens 142.
To form a so-called telecentric optical system.

【0028】さらに投影光学系PLの光軸に関して投射
光学系140と反対側に結像光学系150が配置されて
おり、結像光学系150についてウエハWと共役な位置
にアレイセンサ170が配置されている。結像光学系1
50を介して、アレイセンサ170上にウエハ面W上の
前記縞が結像される。該アレイセンサ170による情報
から前記縞の横ずれを計測し、前記ウエハWの上下方向
の位置を計測する。即ち、例えばウエハWが投影光学系
PLから遠ざかる方向、図中下方向にずれている場合、
縞はアレイセンサ170上で図中下方向に横ずれする。
その縞の横ずれを計測する。ここで結像光学系150
は、受光用対物レンズ151と集光レンズ(結像レン
ズ)152とを含み、いわゆるテレセントリック光学系
を構成している。
Further, an imaging optical system 150 is arranged on the side opposite to the projection optical system 140 with respect to the optical axis of the projection optical system PL, and an array sensor 170 is arranged at a position conjugate with the wafer W with respect to the imaging optical system 150. ing. Imaging optical system 1
The stripes on the wafer surface W are imaged on the array sensor 170 via 50. The lateral displacement of the stripes is measured from the information from the array sensor 170, and the vertical position of the wafer W is measured. That is, for example, when the wafer W is displaced in the direction away from the projection optical system PL,
The stripes shift laterally downward on the array sensor 170 in the figure.
The lateral displacement of the stripe is measured. Here, the imaging optical system 150
Includes a light receiving objective lens 151 and a condenser lens (imaging lens) 152, and constitutes a so-called telecentric optical system.

【0029】AOM130は図3に示されるように、媒
体であるガラス板134の一方の側端面上に圧電素子1
32が設けられ、高周波交流信号発生器131からの高
周波信号131Aにより変調される。前記ガラス板13
4は、交流信号131Aの加えられた圧電素子132に
より加振され、媒体中に粗密波が作られ、圧電素子13
2が取り付けられた端面と対向する他方の端面Aで反射
する。ここで交流信号131Aの周波数を、両端面間の
距離に対応して適切に定めれば媒体中には振動定在波1
33が形成される。
As shown in FIG. 3, the AOM 130 has a piezoelectric element 1 on one side end surface of a glass plate 134 as a medium.
32 are provided, and are modulated by a high-frequency signal 131A from a high-frequency AC signal generator 131. The glass plate 13
4 is vibrated by the piezoelectric element 132 to which the AC signal 131A is applied, and a compression wave is generated in the medium, and the piezoelectric element 13
2 is reflected at the other end face A opposite to the end face to which it is attached. Here, if the frequency of the AC signal 131A is appropriately determined according to the distance between both end faces, the vibration standing wave 1
33 are formed.

【0030】このようにして、ガラス板134中には周
期的粗密が生じるので、このガラス板を表面から裏面に
透過する光には光路長差が与えられる。即ち、ガラス板
134が静止した位相格子として働き、平面波L1が加
えられると+1次光L2、―1次光L3の2光束を射出
する。該±1次光の回折効率は、理論的には容易に90
%を越えるため、2光束として扱って差し支えない。
As described above, since the density is periodically generated in the glass plate 134, the light transmitted through the glass plate from the front surface to the back surface has a difference in optical path length. That is, the glass plate 134 functions as a stationary phase grating, and when the plane wave L1 is applied, emits two light beams of + 1st-order light L2 and −1st-order light L3. The diffraction efficiency of the ± 1st order light is theoretically easily 90
%, It may be treated as two luminous fluxes.

【0031】該2光束は、前記高周波の交流信号131
Aで変調されたときに作り出され、該交流信号131A
で変調されないときには前記平面波L1は、AOM13
0を透過しそのまま射出される。したがって前記高周波
信号131Aを高速でON、OFFし、アレイセンサ1
70もそれに同期して計測すれば、縞が前記ウエハ面W
に投影され、ウエハ面Wの上下方向の位置を測定する場
合(図9、(a))と、均一に前記ウエハ面Wを照明し
該ウエハ面Wの反射率分布を測定する場合(図9、
(b))の信号出力を、高周波信号発生器131Aとア
レイセンサ170に電気的に接続されたCPU180に
送ることができる。
The two luminous fluxes are converted to the high frequency AC signal 131.
A is generated when modulated by A.
When not modulated, the plane wave L1 is AOM13
The light passes through 0 and is emitted as it is. Therefore, the high-frequency signal 131A is turned on and off at high speed, and the array sensor 1
70 is also measured in synchronism therewith, the stripes
When measuring the vertical position of the wafer surface W (FIG. 9, (a)), and when uniformly illuminating the wafer surface W and measuring the reflectance distribution of the wafer surface W (FIG. 9). ,
The signal output of (b) can be sent to the CPU 180 electrically connected to the high-frequency signal generator 131A and the array sensor 170.

【0032】そして、CPU180は、ウエハ面Wの下
地の回路パターン等によって影響を受けた図9、(a)
のグラフに示されるような縞がウエハ面Wの上下によっ
て横ずれした信号を、図9、(b)のグラフに示される
ようなウエハ面Wの反射率分布の信号で割ることによっ
て、下地の回路パターン等によって影響されない図9、
(c)のグラフに示されるような信号を得ることができ
る。
Then, the CPU 180 is affected by the circuit pattern of the base of the wafer surface W, as shown in FIG.
9B is divided by the signal of the reflectance distribution of the wafer surface W as shown in the graph of FIG. FIG. 9, which is not affected by the pattern,
A signal as shown in the graph of (c) can be obtained.

【0033】図1には、AOM130がONの場合の光
路が示されている。次に図2に、AOM130がOFF
の場合の光路を示す。図1及び図2中、実線は主光線、
破線は結像光の光路を示す。既に説明したように、AO
MがONの場合はAOMとウエハ面Wは、レンズ14
1、142から構成される投射光学系140について共
役なので、AOM130の定在波により生じる2光束L
2とL3とにより、縞パターンがウエハ面W上に形成さ
れる。
FIG. 1 shows an optical path when the AOM 130 is ON. Next, FIG. 2 shows that the AOM 130 is OFF.
The optical path in the case of is shown. 1 and 2, the solid line is the chief ray,
The broken line indicates the optical path of the imaging light. As already explained, AO
When M is ON, the AOM and the wafer surface W
1 and 142, which are conjugate with respect to the projection optical system 140, the two light beams L generated by the standing wave of the AOM 130.
With 2 and L3, a stripe pattern is formed on the wafer surface W.

【0034】図2に示されるように、AOM130がO
FFの場合は、光源110によりケーラー照明されたA
OMの置かれた面が、AOMの影響を受けずにそのまま
共役なウエハ面Wに結像するので、ウエハ面Wがケーラ
ー照明されることになる。したがって、このときは前述
したようにアレイセンサ170上で補正系の出力を得る
ことができる。
As shown in FIG. 2, the AOM 130
In the case of FF, A
Since the surface on which the OM is placed forms an image on the conjugate wafer surface W without being affected by the AOM, the wafer surface W is subjected to Koehler illumination. Therefore, at this time, the output of the correction system can be obtained on the array sensor 170 as described above.

【0035】図4を参照して、第2の実施の形態を説明
する。図1の実施の形態と同様に、投影光学系であるレ
ンズ系PLについてレチクルRと共役な位置に被検面で
あるウエハ等の基板Wが置かれており、レチクルRへ図
示しない照明系からの光が入射し、レチクルR上のパタ
ーンが投影レンズPLを介しウエハ面Wに投影露光され
るようになっている。
The second embodiment will be described with reference to FIG. As in the embodiment of FIG. 1, a substrate W such as a wafer as a test surface is placed at a position conjugate with the reticle R in the lens system PL as the projection optical system. And the pattern on the reticle R is projected and exposed on the wafer surface W via the projection lens PL.

【0036】本実施の形態の自動合焦(AF)系では、
光源である光ファイバ210、その光路中に配されたコ
ンデンサーレンズ220、その前方に配されたスリット
プリズム230がこの順に配列されている。スリットプ
リズム230の、コンデンサーレンズ側の面上には、縞
パターン231が形成されている。この縞パターンの形
成された面は、光源210からの照明光L4によりレン
ズ220を介して照明され、また後述する光学系を介し
てウエハ面Wとシャインプルーフの条件を満たすように
配置されている。
In the automatic focusing (AF) system of the present embodiment,
An optical fiber 210 as a light source, a condenser lens 220 arranged in the optical path thereof, and a slit prism 230 arranged in front thereof are arranged in this order. A stripe pattern 231 is formed on the surface of the slit prism 230 on the condenser lens side. The surface on which the stripe pattern is formed is illuminated by the illumination light L4 from the light source 210 via the lens 220, and is arranged so as to satisfy the Scheimpflug condition with the wafer surface W via an optical system described later. .

【0037】縞パターンの形成された面と、ウエハ面W
との間の光路中には、集光レンズ240、投射用対物レ
ンズ241が配置され、これらレンズ240、241を
介し、ウエハ面W上には縞W13が投影されている。
The surface on which the stripe pattern is formed and the wafer surface W
A condensing lens 240 and a projection objective lens 241 are arranged in the optical path between the lens 240 and 241. A stripe W13 is projected on the wafer surface W via these lenses 240 and 241.

【0038】また、集光レンズ240と投射用対物レン
ズ241との間の光路中には、偏光ビームスプリッター
(PBS)244が配置されており、レンズ240を介
して入射する光のうちP偏光をウエハ面Wに照射するよ
うになっている。
A polarizing beam splitter (PBS) 244 is disposed in the optical path between the condenser lens 240 and the projection objective lens 241, and converts P-polarized light out of the light incident through the lens 240. Irradiation is performed on the wafer surface W.

【0039】一方第2の光源である光ファイバ242、
第2の集光レンズ243が、以上の光学系の外に設けら
れており、光源242からの光L5がレンズ243を介
して、PBS244へ入射し、そのPBS244の反射
面で入射光のうちS偏光を反射し、先のレンズ240か
らのP偏光と一緒に、合成光L6としてウエハ面Wに入
射させるようになっている。
On the other hand, an optical fiber 242 as a second light source,
The second condenser lens 243 is provided outside the above optical system, and the light L5 from the light source 242 is incident on the PBS 244 via the lens 243, and S2 of the incident light is reflected on the reflection surface of the PBS 244. The reflected polarized light is incident on the wafer surface W as the combined light L6 together with the P-polarized light from the lens 240.

【0040】以上述べたようにPBS244を介した、
ウエハ面WへのP偏光は、照明光L4のAF測定系の光
である。またウエハ面WへのS偏光は、照明光L5の補
正系の光であり、ウエハ面Wを均一に照明する。
As described above, via the PBS 244,
The P-polarized light on the wafer surface W is the light of the AF measurement system of the illumination light L4. The S-polarized light on the wafer surface W is a correction system light for the illumination light L5, and uniformly illuminates the wafer surface W.

【0041】ウエハ面Wからの反射光L6の光路中に
は、受光用対物レンズ250、結像レンズ252、受光
プリズム260がこの順に配置されている。受光用対物
レンズ250と結像レンズ252との間の光路中には、
偏光ビームスプリッター(PBS)251が配置されて
おり、その反射面でレンズ250を介して入射する光L
6のうちP偏光、即ちウエハ203で反射されたAF測
定系からの光は、受光プリズム260の方に直進し、光
L6のうちS偏光、即ちウエハ面Wで反射された補正系
からの光を反射させ、後述の補正系の受光系へ進ませる
ようになっている。
In the optical path of the reflected light L6 from the wafer surface W, a light receiving objective lens 250, an imaging lens 252, and a light receiving prism 260 are arranged in this order. In the optical path between the light receiving objective lens 250 and the imaging lens 252,
A polarizing beam splitter (PBS) 251 is disposed, and light L that enters through a lens 250 on its reflection surface is provided.
6, the light from the AF measurement system reflected by the wafer 203 goes straight toward the light receiving prism 260, and the S-polarized light of the light L6, ie, the light from the correction system reflected by the wafer surface W. Is reflected and proceeds to a light receiving system of a correction system described later.

【0042】受光プリズム260の、レンズ252と反
対側の面には、指標が形成されている。レンズ252を
介して受光プリズム260に入射したAF測定系からの
光は、指標が形成されたプリズム260の面上に、縞パ
ターン231の像を結像させる。指標の形成されたプリ
ズム260の面とウエハ面Wとは、シャインプルーフの
条件を満たしている。
An index is formed on the surface of the light receiving prism 260 opposite to the lens 252. The light from the AF measurement system incident on the light receiving prism 260 via the lens 252 forms an image of the stripe pattern 231 on the surface of the prism 260 on which the index is formed. The surface of the prism 260 on which the index is formed and the wafer surface W satisfy the Scheimpflug condition.

【0043】プリズム260の面上に結像した縞は、プ
リズム260の作用によって、さらに結像レンズ290
を介してCCDセンサ270上へ、小さなアオリ角度で
シャインプルーフの条件を満たしながら結像されるよう
になっている。ここで結像された像は、ウエハ面W上の
下地回路パターン等によって影響をうけたものである。
The fringes formed on the surface of the prism 260 further form an image forming lens 290 by the action of the prism 260.
The image is formed on the CCD sensor 270 via a small angle while meeting the Scheimpflug condition at a small tilt angle. The image formed here is affected by the underlying circuit pattern on the wafer surface W and the like.

【0044】一方、PBS251からの反射光の光路中
には、結像レンズ253、受光プリズム300がこの順
に配置されている。補正系の光束L5により照明された
ウエハ面W上の像(均一な照射面)からの反射光は、レ
ンズ253を介して、プリズム300のレンズ253と
反対側の面上にウエハ面Wとシャインプルーフの条件を
満たして結像されるようになっている。
On the other hand, an imaging lens 253 and a light receiving prism 300 are arranged in this order on the optical path of the reflected light from the PBS 251. The reflected light from the image (uniform irradiation surface) on the wafer surface W illuminated by the light beam L5 of the correction system shines on the surface of the prism 300 opposite to the lens 253 via the lens 253 and shines on the wafer surface W. The image is formed so as to satisfy the proof condition.

【0045】さらにプリズム300の先には、結像レン
ズ301とCCD302が配置されており、AF測定系
と同様に、プリズム300のレンズ253と反対側の面
に入射した光は、アオリ角度を軽減されつつレンズ30
1を介し、CCD302上へシャインプルーフの条件を
満たして結像する。
Further, an image forming lens 301 and a CCD 302 are disposed in front of the prism 300. Like the AF measurement system, light incident on the surface of the prism 300 opposite to the lens 253 reduces the tilt angle. Lens 30
1 and form an image on the CCD 302 while satisfying the Scheimpflug condition.

【0046】CCD302上の像は、ウエハ面Wと共役
であり、ウエハ面Wを均一に照明したウエハ面Wの反射
率分布の像が得られる。そして、CCD270及びCC
D302と電気的に接続されたCPU280でCCD2
70からのウエハ面W上の下地回路パターン等によって
影響をうけた出力をCCD302からの出力で割ること
によって回路パターン等の影響を取り除いた、縞231
の像の横ずれを計測し、ウエハ面Wの上下方向の位置を
検出できる。
The image on the CCD 302 is conjugate with the wafer surface W, and an image of the reflectance distribution of the wafer surface W that uniformly illuminates the wafer surface W is obtained. And, CCD270 and CC
The CPU 280 electrically connected to the D302
The stripe 231 from which the influence of the circuit pattern or the like is removed by dividing the output from 70 by the underlying circuit pattern or the like on the wafer surface W by the output from the CCD 302.
By measuring the lateral shift of the image, the vertical position of the wafer surface W can be detected.

【0047】図5を参照して、本発明の第3の実施の形
態を説明する。図4の第2の実施の形態との相違点は、
PBS244、251に代えて、液晶等のように信号を
加えるとミラーになって光を反射し、別の信号を加える
か信号を加えないときにはそのまま光を透過させる部材
410、420をそれぞれ用い、CPU280は410
と420を同時にON、OFFし、センサ270、30
2と同期させてAF測定系の信号を補正系からの信号で
割ることにより補正する。この場合PBSを使用しない
ので、S偏光、P偏光共にウエハ面Wに導かれ、レジス
トの多重干渉の影響を受けにくくなる。光源としては、
ハロゲンランプを用いる。
Referring to FIG. 5, a third embodiment of the present invention will be described. The difference from the second embodiment in FIG.
Instead of the PBSs 244 and 251, the CPU 280 uses members 410 and 420 which transmit light as they are when a signal is applied such as a liquid crystal or the like, and which serves as a mirror to reflect light, and when another signal is applied or no signal is applied. Is 410
And 420 are turned ON and OFF simultaneously, and the sensors 270 and 30
In synchronization with 2, the correction is performed by dividing the signal of the AF measurement system by the signal from the correction system. In this case, since the PBS is not used, both the S-polarized light and the P-polarized light are guided to the wafer surface W and are less affected by the multiple interference of the resist. As a light source,
Use a halogen lamp.

【0048】ここで、部材410、420は、液晶板の
他に、図8に示されるような、多葉回転ミラーを、その
反射面を光路に対して傾斜させて配置してもよい。この
場合も、多葉回転ミラー410、420のそれぞれのミ
ラー部と通過部を同期させて用いる。なお、図8には3
葉のミラーが回転軸回りに等間隔で配置された場合を示
してある。1葉以上何枚でも差し支えないが、回転バラ
ンスをとるために2葉以上を等配するのが好ましい。な
お、1葉でも回転バランスウエイトを付加すれば可能で
ある。
Here, as the members 410 and 420, besides the liquid crystal plate, a multi-leaf rotating mirror as shown in FIG. 8 may be arranged with its reflection surface inclined with respect to the optical path. Also in this case, the mirror portions and the passing portions of the multi-leaf rotary mirrors 410 and 420 are used in synchronization. Note that FIG.
The case where the leaf mirrors are arranged at equal intervals around the rotation axis is shown. Any number of one or more leaves may be used, but it is preferable to arrange two or more leaves evenly in order to balance rotation. Note that it is possible to add a rotation balance weight to one leaf.

【0049】図5の実施の形態において、部材410、
420を、固定のハーフミラーとして、光源210、2
42を交互に点滅させる構成としてもよい。即ち、光源
210が点灯しているときは、CPU280はAF測定
系の受光素子270からの信号を受付け、光源242が
点灯しているときは、補正系の受光素子302からの信
号を受け付けるようにすればよい。この場合、光源とし
てはハロゲンランプであってもLEDであってもよい
が、できるだけ点滅速度の高いものを用いる。
In the embodiment shown in FIG.
420 is a fixed half mirror, and the light sources 210, 2
42 may be alternately blinked. That is, when the light source 210 is turned on, the CPU 280 receives the signal from the light receiving element 270 of the AF measurement system, and when the light source 242 is turned on, receives the signal from the light receiving element 302 of the correction system. do it. In this case, the light source may be a halogen lamp or an LED, but a light source having a blinking speed as high as possible is used.

【0050】図6を参照して、第4の実施の形態を説明
する。図1に示す第1の実施の形態と共通の部材には同
じ番号を付す。図中で、AF測定系は、光源であるLE
D510、コンデンサーレンズ系520、縞パターン5
30をこの順に配列して構成され、LED510から射
出された光がレンズ系520を介して縞パターン530
を均一に照明する。
The fourth embodiment will be described with reference to FIG. Members common to those in the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. In the figure, the AF measurement system is a light source LE
D510, condenser lens system 520, stripe pattern 5
30 are arranged in this order, and the light emitted from the LED 510 emits a stripe pattern 530 through the lens system 520.
Is illuminated uniformly.

【0051】縞パターン530の前方に配置された、レ
ンズからなる投射光学系140、ウエハ面W、投影光学
系PL、結像光学系150、アレイセンサ170の配
列、作用は図1に示された実施の形態と同様である。
The arrangement and operation of the projection optical system 140 composed of lenses, the wafer surface W, the projection optical system PL, the imaging optical system 150, and the array sensor 170 disposed in front of the stripe pattern 530 are shown in FIG. This is the same as the embodiment.

【0052】但し、図1の場合と異なって、縞パターン
530と投射光学系140との間の光路中には、ハーフ
ミラーあるいはハーフプリズム540が挿入配置されて
いる。
However, unlike the case of FIG. 1, a half mirror or a half prism 540 is inserted and arranged in the optical path between the stripe pattern 530 and the projection optical system 140.

【0053】前記のように均一に照明された縞パターン
530からの光は、ハーフプリズム540を透過し、投
射光学系140によりウエハ面W上に投射され、縞パタ
ーンを投影(結像)し、それはさらに、レンズ系150
によりアレイセンサ170上へ結像するものである。
The light from the stripe pattern 530 uniformly illuminated as described above transmits through the half prism 540, is projected on the wafer surface W by the projection optical system 140, and projects (images) the stripe pattern. It also has a lens system 150
The image is formed on the array sensor 170 by.

【0054】補正系は、光源であるLED542とコン
デンサーレンズ系541から構成され、LED542か
らの光はコンデンサーレンズ系541を介して、ハーフ
プリズム540に入射し、その反射面で反射され、先に
説明した縞パターン530からの光と同一光路を進み、
ウエハ面Wを均一に照明する。
The correction system includes an LED 542 as a light source and a condenser lens system 541. Light from the LED 542 enters the half prism 540 via the condenser lens system 541, is reflected on the reflection surface thereof, and is described above. Along the same optical path as the light from the striped pattern 530
The wafer surface W is uniformly illuminated.

【0055】ウエハ面Wとアレイセンサ170とは共役
に配置されているので、均一に照明されたウエハ面Wは
アレイセンサに結像光学系150を介して結像され、ア
レイセンサ170上でウエハ面Wの反射率分布を測定す
ることができる。
Since the wafer surface W and the array sensor 170 are arranged conjugately, the uniformly illuminated wafer surface W is imaged on the array sensor via the imaging optical system 150, and The reflectance distribution of the surface W can be measured.

【0056】CPU180は、アレイセンサ170、L
ED510、542と電気的に接続されており、LED
510、542を交互に切り替え、それにアレイセンサ
170を同期させる。これにより、AF測定系の測定値
と補正系の反射率分布測定値を交互に測定し、該AF測
定系の測定値を補正系の測定値で補正してウエハ面W
の、投影光学系PLの光軸方向、図6においては上下方
向の位置をウエハ面Wの下地パターンの影響を排除して
計測することができる。
The CPU 180 includes an array sensor 170, L
It is electrically connected to ED510, 542, LED
510 and 542 are alternately switched, and the array sensor 170 is synchronized with it. As a result, the measurement value of the AF measurement system and the reflectance distribution measurement value of the correction system are measured alternately, and the measurement value of the AF measurement system is corrected with the measurement value of the correction system to obtain the wafer surface W.
The position in the optical axis direction of the projection optical system PL, that is, in the vertical direction in FIG. 6, can be measured without the influence of the underlying pattern on the wafer surface W.

【0057】なお、LED130、131は図7に示さ
れるように多波長化できる。即ち、図7において、それ
ぞれ波長の異なるLED511、512、513・・・
を並べて配列し、それぞれにハーフプリズム516、5
17、518・・・を対応して配列する。ハーフプリズ
ム516、517、518・・・は、それぞれの反射面
で反射された光が同一光路上に重なるように配列されて
いる。重なって合成された光が、図6における光源のL
ED510、またはLED542の照明光として利用で
きるように配置すればよい。
The LEDs 130 and 131 can have multiple wavelengths as shown in FIG. That is, in FIG. 7, LEDs 511, 512, 513,.
Are arranged side by side, and the half prisms 516, 5
17, 518... Are arranged correspondingly. The half prisms 516, 517, 518,... Are arranged such that the light reflected on each reflection surface overlaps on the same optical path. The light synthesized by overlapping is the L of the light source in FIG.
What is necessary is just to arrange | position so that it can be utilized as illumination light of ED510 or LED542.

【0058】多波長化すると、その光に乗る情報量が増
えて平均化されるので、ウエハ面W上における多重干渉
の影響を受けにくくなるので有利である。
The use of multiple wavelengths is advantageous because the amount of information on the light increases and is averaged, so that it is less susceptible to multiple interference on the wafer surface W.

【0059】ここで、ハーフプリズム516、517、
518・・・は、LED511、512、513・・・
の波長に対応したダイクロイックミラーとしてもよい。
即ち、図中で例えばダイクロイックミラー516は、L
ED511の波長の光を反射し、LED512、513
・・・の波長の光を透過するものとする。他のハーフプ
リズム517、518・・・と、LED512、513
・・・も同様な関係を持つようにする。このようにする
と、光の損失を抑えることができる。
Here, the half prisms 516, 517,
518 ... are LEDs 511, 512, 513 ...
May be a dichroic mirror corresponding to the above wavelength.
That is, for example, the dichroic mirror 516
The light of the wavelength of the ED 511 is reflected, and the LEDs 512 and 513 are reflected.
.. Are transmitted. .. And the LEDs 512, 513
... have a similar relationship. In this case, light loss can be suppressed.

【0060】以上説明した実施の形態では、ウエハ面W
上の下地回路パターン等によって影響をうけたAF測定
系の出力を補正系の出力で除するとしたが、両者のスケ
ール(倍率)を同一または適切なスケールとした上で差
をとっても同様な効果が得られる。
In the embodiment described above, the wafer surface W
Although the output of the AF measurement system affected by the underlying circuit pattern and the like is divided by the output of the correction system, the same effect can be obtained even if the scale (magnification) of both is set to the same or appropriate scale and the difference is taken. can get.

【0061】以上にて説明した各実施の形態では、投影
光学系PLの結像面に対する感光性基板(ウエハW)の
位置の検出(AF測定系の出力を補正系の出力に基づい
て補正した出力を得ること)を完了した後、感光性基板
としてのウエハWを保持する不図示の基板ステージを投
影光学系PLの光軸方向へ移動させて、感光性基板の表
面と投影光学系の結像面とを合致させる合焦工程に移行
する。そして、この合焦工程後に、露光の工程(フォト
リソグラフィ工程)に移行する。この露光の工程では、
投影光学系PLの物体面にレチクルRを設定するレチク
ル設定工程と、投影光学系PLの像面に感光性基板とし
てのウエハWを設定する基板設定工程と、レチクルRと
ウエハWとを設定する工程後に、照明光学系によってレ
チクルRを照明して、レチクルRのパターンを投影光学
系PLを介して感光性基板としてのウエハW上に投影転
写する転写工程を含む。
In each of the embodiments described above, the position of the photosensitive substrate (wafer W) with respect to the image plane of the projection optical system PL is detected (the output of the AF measurement system is corrected based on the output of the correction system). After obtaining the output, the substrate stage (not shown) holding the wafer W as a photosensitive substrate is moved in the optical axis direction of the projection optical system PL to connect the surface of the photosensitive substrate to the projection optical system. The process proceeds to a focusing step of matching the image plane. Then, after this focusing step, the process proceeds to an exposure step (photolithography step). In this exposure process,
A reticle setting step of setting a reticle R on the object plane of the projection optical system PL, a substrate setting step of setting a wafer W as a photosensitive substrate on an image plane of the projection optical system PL, and setting of the reticle R and the wafer W After the step, a transfer step of illuminating the reticle R with the illumination optical system and projecting and transferring the pattern of the reticle R onto the wafer W as a photosensitive substrate via the projection optical system PL is included.

【0062】以上の露光の工程(フォトリソグラフィ工
程)を経たウエハWは、現像する工程を経てから現像し
たレジスト以外の部分を除去するエッチングの工程、エ
ッチングの工程後の不要なレジストを除去するレジスト
除去の工程等を経る。そして、露光、エッチング、レジ
スト除去の工程を繰り返して、ウエハプロセスが終了す
る。その後、ウエハプロセスが終了すると、実際の組立
工程にて、焼き付けられた回路毎にウエハを切断してチ
ップ化するダイシング、各チップに配線等を付与するボ
ンディイング、各チップ毎にパッケージングするパッケ
ージング等の各工程を経て、最終的にLSI等の半導体
デバイスが製造される。
The wafer W that has undergone the above-described exposure process (photolithography process) is subjected to a developing process and then an etching process for removing portions other than the developed resist, and a resist for removing unnecessary resist after the etching process. It goes through a removal process. Then, the steps of exposure, etching, and resist removal are repeated to complete the wafer process. After that, when the wafer process is completed, in the actual assembling process, dicing is performed to cut and divide the wafer into chips for each baked circuit, bonding for providing wiring and the like to each chip, and package for packaging each chip Finally, a semiconductor device such as an LSI is manufactured through the respective steps such as ringing.

【0063】なお、以上には、露光装置を用いたウエハ
プロセスでのフォトリソグラフィ工程によりLSI等の
半導体デバイスを製造する例を示したが、露光装置を用
いたフォトリソグラフィ工程によって、液晶表示素子、
薄膜磁気ヘッド、撮像素子(CCD等)等の半導体デバ
イスも製造することができる。
Although an example of manufacturing a semiconductor device such as an LSI by a photolithography process in a wafer process using an exposure apparatus has been described above, a liquid crystal display element,
Semiconductor devices such as thin-film magnetic heads and imaging devices (CCD, etc.) can also be manufactured.

【0064】[0064]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、被検面の
光学特性により、位置検出系の検出値を補正する補正系
を備えるので、例えば被検面の反射率が場所によって異
なる場合でも、その影響を排除して被検面の変位を検出
することができる。
As described above, according to the present invention, a correction system for correcting the detection value of the position detection system is provided according to the optical characteristics of the test surface. However, it is possible to detect the displacement of the surface to be detected by eliminating the influence.

【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、AOMを用いた焦
点位置検出装置を示す線図である。
FIG. 1 is a diagram illustrating a focus position detection device using an AOM according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1で、AOMがOFFの場合を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing a case where AOM is OFF in FIG. 1;

【図3】AOM中の定在波を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a standing wave in an AOM.

【図4】本発明の第2の実施の形態、PBSを用いてA
F信号とウエハ反射率分布測定を行う焦点位置検出装置
を示す概略斜視図である。
FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention, wherein A is
FIG. 3 is a schematic perspective view showing a focus position detection device that performs F signal and wafer reflectance distribution measurement.

【図5】本発明の第3の実施の形態、ミラーのON、O
FFによりAF信号とウエハ反射率分布測定を行う焦点
位置検出装置を示す概略斜視図である。
FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a schematic perspective view showing a focus position detection device that performs AF signal and wafer reflectance distribution measurement by FF.

【図6】本発明の第4の実施の形態、LED切り替えに
よりAF信号とウエハ反射率分布測定を行う焦点位置検
出装置を示す概略斜視図である。
FIG. 6 is a schematic perspective view showing a focus position detecting apparatus for measuring an AF signal and a wafer reflectance distribution by switching LEDs according to a fourth embodiment of the present invention.

【図7】多波長化した光源の例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a multi-wavelength light source.

【図8】多葉ミラーの一例の正面図である。FIG. 8 is a front view of an example of a multi-leaf mirror.

【図9】本発明の原理を説明する図であり、(a)はウ
エハの反射率分布の影響をうけた縞の検出信号、(b)
はウエハの反射率分布を測定した信号、(c)は補正さ
れた縞の検出信号を示す図である。
9A and 9B are diagrams for explaining the principle of the present invention, wherein FIG. 9A shows a detection signal of a fringe affected by the reflectivity distribution of a wafer, and FIG.
FIG. 7A is a diagram showing a signal obtained by measuring a reflectance distribution of a wafer, and FIG. 7C is a diagram showing a detected signal of a corrected fringe.

【図10】AF測定系を説明する概略図である。FIG. 10 is a schematic diagram illustrating an AF measurement system.

【図11】被検出面に形成されたスリット、縞パターン
を様子を示す図である。
FIG. 11 is a diagram illustrating a state of a slit and a stripe pattern formed on a detection surface.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

110 光源 130 AOM 131 高周波交流信号発生器 131A 高周波信号 140 投射光学系 150 結像光学系 180 CPU 230 スリットプリズム 231 縞パターン 244、251 PBS 260 受光プリズム 270 CCD 280 CPU 300 受光プリズム 302 CCDセンサ 410、420 液晶板 510、511、512、513 LED 516、517、518 ダイクロイックミラー 542 LED 530 縞パターン 540 ハーフプリズム R レチクル PL 投影光学系 W ウエハ面 110 light source 130 AOM 131 high frequency AC signal generator 131A high frequency signal 140 projection optical system 150 imaging optical system 180 CPU 230 slit prism 231 stripe pattern 244, 251 PBS 260 light receiving prism 270 CCD 280 CPU 300 light receiving prism 302 CCD sensor 410, 420 Liquid crystal plate 510, 511, 512, 513 LED 516, 517, 518 Dichroic mirror 542 LED 530 Stripe pattern 540 Half prism R Reticle PL Projection optical system W Wafer surface

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被検面に対して位置検出用の光を照射す
る照射系と、該被検面からの位置検出用の光を受光する
ことにより被検面にほぼ垂直な方向での位置を検出する
位置検出系とを備えた表面位置検出装置において;前記
被検面の光学特性を検出する光学特性検出系と;該光学
特性検出系からの検出情報に基づいて、前記位置検出系
からの被検面の位置情報を補正する補正系とを有するこ
とを特徴とする;表面位置検出装置。
1. An irradiation system for irradiating a position to be detected on a surface to be detected, and a position in a direction substantially perpendicular to the surface to be detected by receiving light for position detection from the surface to be detected. A surface position detection device comprising: a position detection system for detecting an optical characteristic; an optical characteristic detection system for detecting an optical characteristic of the surface to be inspected; and a position detection system based on detection information from the optical characteristic detection system. A correction system for correcting position information of the surface to be inspected;
【請求項2】 前記照射系は、所定のパターンを有する
パターン部材と、該パターン部材を照射するために前記
位置検出用の光を供給する第1の光源と、前記所定のパ
ターンを前記被検面上に投射し像を形成する投射光学系
とを有し;前記位置検出系は、前記被検面上に形成され
たパターンの像を再形成する結像光学系と、該結像光学
系により再形成されるパターン像を光電検出する第1の
光電検出器とを有し;前記光学特性検出系は、前記被検
面の光学特性検出用の照明光を供給する第2の光源と、
前記被検面に対して前記照明光を照射する照明光学系
と、前記被検面からの前記照明光を受光するための受光
光学系と、該受光光学系を介した前記照明光を光電検出
する第2の光電検出器とを有することを特徴とする;請
求項1に記載の表面位置検出装置。
2. An irradiation system comprising: a pattern member having a predetermined pattern; a first light source for supplying the position detection light for irradiating the pattern member; A projection optical system for projecting an image on a surface to form an image; the position detection system including an imaging optical system for re-forming an image of a pattern formed on the surface to be inspected; and the imaging optical system. A first photoelectric detector for photoelectrically detecting a pattern image re-formed by the first light source; the second light source for supplying illumination light for detecting the optical characteristics of the test surface;
An illumination optical system for irradiating the illumination light on the surface to be inspected, a light receiving optical system for receiving the illumination light from the surface to be inspected, and photoelectrically detecting the illumination light via the light receiving optical system The surface position detecting device according to claim 1, further comprising a second photoelectric detector that performs the operation.
【請求項3】 前記光学特性検出系は、前記被検面の反
射率分布を検出し;前記補正系は、前記光学特性検出系
にて検出された反射率分布の情報に基づいて、前記位置
検出系からの被検面の位置情報を補正するように構成さ
れていることを特徴とする;請求項1または請求項2に
記載の表面位置検出装置。
3. The optical characteristic detection system detects a reflectance distribution of the surface to be inspected; and the correction system detects the position distribution based on information of the reflectance distribution detected by the optical characteristic detection system. 3. The surface position detecting device according to claim 1, wherein the surface position detecting device is configured to correct position information of the surface to be detected from a detection system.
【請求項4】 前記照明光学系は、前記投射光学系と共
用する投射用対物光学系を有し;前記受光光学系は、前
記結像光学系と共用する検出用対物光学系を有し;前記
第2の光源は、前記第1の光源と共用して構成されると
共に、前記第2の光電検出器は前記第1の光電検出器と
共用して構成され;前記パターン部材は、前記被検面の
位置検出に際して前記所定のパターンを生成し、前記被
検面での光学特性の検出に際して前記所定のパターンを
消失させる切り換え機構を有することを特徴とする;請
求項2または請求項3に記載の表面位置検出装置。
4. The illumination optical system has a projection objective optical system shared with the projection optical system; the light receiving optical system has a detection objective optical system shared with the imaging optical system; The second light source is configured to be shared with the first light source, and the second photoelectric detector is configured to be shared with the first photoelectric detector; 4. The method according to claim 2, further comprising: a switching mechanism for generating the predetermined pattern when detecting the position of the test surface, and for eliminating the predetermined pattern when detecting the optical characteristics on the test surface; The surface position detecting device as described in the above.
【請求項5】 前記照明光学系は、前記投射光学系と少
なくとも一部を共用する投射用対物光学系を有し;前記
受光光学系は、前記結像光学系と少なくとも一部を共用
する検出用対物光学系を有し;前記照射系は、前記位置
検出用の光及び前記照明光を前記投射用対物光学系を介
して前記被検面に導くための第1光学部材を有し;前記
位置検出系は、前記位置検出用の光を前記検出用対物光
学系を介して前記第1の光電検出器へ導くと共に前記照
明光を前記検出用対物光学系を介して前記第2の光電検
出器へ導く第2光学部材を有することを特徴とする;請
求項2または請求項3に記載の表面位置検出装置。
5. The illumination optical system has a projection objective optical system at least partially shared with the projection optical system; and the light receiving optical system is at least partially shared with the imaging optical system. The irradiation system has a first optical member for guiding the position detection light and the illumination light to the surface to be inspected via the projection objective optical system; The position detection system guides the position detection light to the first photoelectric detector via the detection objective optical system, and guides the illumination light to the second photoelectric detection via the detection objective optical system. The surface position detecting device according to claim 2 or 3, further comprising a second optical member for guiding to the container.
【請求項6】 前記第1及び第2光学部材のうちの少な
くとも一方は、シャッターで構成されることを特徴とす
る;請求項5に記載の表面位置検出装置。
6. The surface position detecting device according to claim 5, wherein at least one of the first and second optical members comprises a shutter.
【請求項7】 前記第1及び第2光学部材のうちの少な
くとも一方は、光分割部材で構成されることを特徴とす
る;請求項5に記載の表面位置検出装置。
7. The surface position detecting device according to claim 5, wherein at least one of the first and second optical members is constituted by a light splitting member.
【請求項8】 マスク上に形成された露光用パターンを
感光性基板上に露光する露光装置であって;請求項1乃
至請求項7のいずれかに記載の表面位置検出装置と;露
光用パターンを感光性基板上に投影する投影光学系とを
備え;前記表面位置検出装置は、前記感光性基板の表面
を被検面として、前記感光性基板の位置を検出するよう
に構成されていることを特徴とする;露光装置。
8. An exposure apparatus for exposing an exposure pattern formed on a mask onto a photosensitive substrate; a surface position detecting apparatus according to claim 1; and an exposure pattern. And a projection optical system for projecting the photosensitive substrate onto a photosensitive substrate; wherein the surface position detecting device is configured to detect a position of the photosensitive substrate using a surface of the photosensitive substrate as a test surface. An exposure apparatus.
【請求項9】 感光性基板を露光して半導体デバイスを
製造する方法であって;感光性基板を提供する工程と;
マスク上に形成された露光用パターンの像を形成する投
影光学系の結像面に対する感光性基板の表面の変位を検
出する工程と;前記表面の変位を検出する工程にて検出
された表面変位に基づいて、前記結像面に感光性基板の
表面を合わせる工程と;前記投影光学系の結像面と前記
投影光学系について光学的に共役な位置に設定された前
記マスク上の露光用パターンを前記投影光学系を介して
前記感光性基板に投影し露光する工程とを備え;前記表
面変位を検出する工程は、前記感光性基板に対して変位
検出用の光を照射する工程と、該照射する工程にて照射
された変位検出用の光の反射光の位置を検出する工程
と、前記感光性基板の光学特性を検出する工程と、該光
学特性の検出工程にて検出された情報に基づいて、前記
反射光位置の検出工程にて得られた情報を補正する工程
とを含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
9. A method for manufacturing a semiconductor device by exposing a photosensitive substrate; providing a photosensitive substrate;
Detecting the displacement of the surface of the photosensitive substrate with respect to the imaging plane of the projection optical system that forms the image of the exposure pattern formed on the mask; and the surface displacement detected in the step of detecting the displacement of the surface Aligning the surface of a photosensitive substrate with the image plane, based on the following: an exposure pattern on the mask set at a position optically conjugate with respect to the image plane of the projection optical system and the projection optical system Projecting onto the photosensitive substrate via the projection optical system and exposing; exposing the photosensitive substrate to light for displacement detection, A step of detecting the position of the reflected light of the light for displacement detection irradiated in the step of irradiating, a step of detecting the optical characteristics of the photosensitive substrate, and the information detected in the step of detecting the optical characteristics. Based on the position of the reflected light The method of manufacturing a semiconductor device, which comprises a step of correcting the obtained information at.
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