JP2007317862A - Aligner and exposure method - Google Patents

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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an aligner capable of accurately and rapidly performing auto-focusing, while stabilizing and miniaturing the apparatus, and to provide an exposure method. <P>SOLUTION: The aligner 1 includes a projection optical system 3, including a DMD 9 and radiating a light-dark pattern for focusing onto the surface of a substrate 2; an FFT analyzer 28 for determining the focusing position of the projection optical system 3, based on the contrast of the light-dark pattern for focusing between the focus front side position anterior to a focusing surface, positioned at an optically conjugated position with the front surface of the substrate 2 and a focus rear side position posterior to the focusing surface; and a stage driver 26 for adjusting a distance between the projection optical system 3 and the substrate 2, so as to allow the focus of the projection optical system 3 to coincide to the focusing position. The projection optical system 3 generates the desired exposure pattern by the DMD 9 so as to expose the substrate 2. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は露光装置及び露光方法に関し、特に空間光変調手段を使用した露光装置及び露光方法に関する。   The present invention relates to an exposure apparatus and an exposure method, and more particularly to an exposure apparatus and an exposure method using a spatial light modulator.

従来から、半導体デバイスなどの表面欠陥を検査する検査装置においては、パターンの微細化に伴う光学系の高倍率化と高NA化により、光学系と基板との距離がわずかに変化しただけでもパターン像がぼやけてしまうという問題があった。そこで、この問題を解消するため、種々のオートフォーカス技術が提案されている。   Conventionally, in an inspection apparatus for inspecting surface defects such as semiconductor devices, even if the distance between the optical system and the substrate is slightly changed due to the higher magnification and higher NA of the optical system accompanying the miniaturization of the pattern. There was a problem that the image was blurred. In order to solve this problem, various autofocus techniques have been proposed.

図7は、一般的に広く利用されている三角測量に基づく高さ測定の原理を示したものである。レーザ29により被測定基板上に照射されたレーザ光の反射光は、レンズ30によりPSD(Position Sensitive Detector)と呼ばれる位置検出素子や分割フォトダイオード、CCDセンサなどの検出器31の光電面に結像される。例えば、基板の高さがAの位置からBの位置に変位したとすると、センサ上のレーザ光の照射位置はaからbに移動するため、基板の変位を検出することが可能である。   FIG. 7 shows the principle of height measurement based on triangulation that is generally widely used. The reflected light of the laser beam irradiated onto the substrate to be measured by the laser 29 forms an image on the photoelectric surface of a detector 31 such as a position detection element called PSD (Position Sensitive Detector), a split photodiode, or a CCD sensor. Is done. For example, if the height of the substrate is displaced from the position A to the position B, the irradiation position of the laser beam on the sensor moves from a to b, so that the displacement of the substrate can be detected.

ところが、図7に示された方式は、レーザ光が照射された1点のみの高さを検出する方式のため、複雑なパターンやエッジの影響を受けやすいという問題がある。また、基板上に薄膜が付いている場合には、特定の入射角度や膜厚では干渉により反射光量がなくなってしまうという短所もある。さらには、ガラスなどの透明基板の場合には、表面からの反射光及び裏面からの反射光や散乱光が共に検出器31に到達してしまい、高さの測定精度が著しく損なわれるため、透明基板のオートフォーカスには適用することができない。   However, since the method shown in FIG. 7 is a method of detecting the height of only one point irradiated with laser light, there is a problem that it is easily affected by a complicated pattern or an edge. Further, when a thin film is attached on the substrate, there is a disadvantage that the amount of reflected light is lost due to interference at a specific incident angle and film thickness. Furthermore, in the case of a transparent substrate such as glass, both the reflected light from the front surface and the reflected light and scattered light from the back surface reach the detector 31 and the height measurement accuracy is significantly impaired. It cannot be applied to auto-focusing of substrates.

そこで、例えば、非特許文献1には、被検査パターン上にストライプパターンを照射して、このストライプパターンを対物レンズの焦点面と共役の位置から光軸方向の前後に等距離だけずらした2つのイメージセンサでそれぞれ検出し、これらのコントラストの差から焦点ずれ方向を検出してオートフォーカスを行うパターン検査装置が記載されている。このような、画像のコントラストを検出する方式では、特定の1点のみの高さ情報を検出することがないため、パターンやエッジの影響を受けにくい。また、透明基板の場合であっても、対物レンズの焦点位置から大きく外れた裏面からの反射光にはコントラストが全くないため、焦点の合った表面からの反射光のみがコントラスト検出に利用される。   Therefore, for example, in Non-Patent Document 1, a stripe pattern is irradiated on a pattern to be inspected, and the stripe pattern is shifted by an equal distance from the focal plane of the objective lens to the front and rear in the optical axis direction. A pattern inspection apparatus is described in which auto-focusing is performed by detecting each with an image sensor and detecting the defocus direction from the difference between these contrasts. In such a method for detecting the contrast of an image, height information of only one specific point is not detected, so that it is not easily affected by a pattern or an edge. Even in the case of a transparent substrate, the reflected light from the back side that is greatly deviated from the focal position of the objective lens has no contrast, so only the reflected light from the focused surface is used for contrast detection. .

一方、半導体デバイス基板を露光する露光装置においても、光学部品の特性のばらつきや基板の反り、厚みのばらつきなどに起因して、焦点ぼけが発生し、基板上で均一なパターンを得ることができないという問題があった。このため、露光用光学系に加えてフォーカス用光学系を設け、このフォーカス用光学系によりフォーカス補正を行う露光装置などが提案されている。
前田俊二、他2名、「ストライプパターン投影コントラスト検出方式によるオートフォーカスの開発」、1993年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集、P.977〜978
On the other hand, even in an exposure apparatus that exposes a semiconductor device substrate, defocusing occurs due to variations in optical component characteristics, substrate warpage, thickness variations, etc., and a uniform pattern cannot be obtained on the substrate. There was a problem. For this reason, an exposure apparatus that provides a focusing optical system in addition to the exposure optical system and performs focus correction using the focusing optical system has been proposed.
Shunji Maeda and two others, “Development of Autofocus by Stripe Pattern Projection Contrast Detection Method”, Proceedings of the Spring Meeting of the 1993 Precision Engineering Society Spring Meeting, p. 977-978

しかしながら、上記の露光装置では、露光用光学系とフォーカス用光学系とを別々に設けることから装置の構成が複雑になり、装置の安定化及び小型化を図ることが難しく、調整にも手間が掛かるという問題があった。   However, in the above exposure apparatus, since the exposure optical system and the focusing optical system are separately provided, the configuration of the apparatus becomes complicated, and it is difficult to stabilize and downsize the apparatus, and adjustment is troublesome. There was a problem of hanging.

そこで本発明は、装置の安定化及び小型化を図りつつ、複雑なパターンやエッジが散在する透明基板であってもオートフォーカスを精密かつ高速に行うことを可能とする露光装置及び露光方法を提供することを課題としている。   Accordingly, the present invention provides an exposure apparatus and an exposure method capable of performing autofocus accurately and at high speed even on a transparent substrate on which complicated patterns and edges are scattered while achieving stabilization and miniaturization of the apparatus. The challenge is to do.

上記課題を解決するため請求項1記載の発明は、露光装置であって、光源の出力光をパターン情報に応じて変調する空間光変調手段を備え、該空間光変調手段によりフォーカス用明暗パターンを形成して基板の表面に投射する投光光学系と、前記基板の表面と光学的に共役な位置にある焦点面よりも前側の焦点前側位置と、前記焦点面よりも後側の焦点後側位置との間で、フォーカス用明暗パターンのコントラストに基づいて前記投光光学系の合焦位置を決定する合焦位置決定手段と、前記投光光学系の焦点が前記合焦位置と一致するように前記投光光学系と前記基板との距離を調整する調整手段とを備え、前記投光光学系は前記空間光変調手段において所望の露光パターンを形成し、該露光パターンにより前記基板の表面を露光することを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 1 is an exposure apparatus, comprising a spatial light modulation means for modulating the output light of the light source in accordance with pattern information, and a spatial light / dark pattern for focusing is generated by the spatial light modulation means. A projection optical system formed and projected onto the surface of the substrate; a focal front position ahead of the focal plane at a position optically conjugate with the substrate surface; and a focal back side behind the focal plane A focus position determining means for determining a focus position of the light projecting optical system based on the contrast of the focus light / dark pattern, and a focus of the light projecting optical system so as to coincide with the focus position. Adjusting means for adjusting the distance between the light projection optical system and the substrate, the light projection optical system forms a desired exposure pattern in the spatial light modulation means, and the surface of the substrate is formed by the exposure pattern. To be exposed And butterflies.

請求項2記載の発明は、請求項1記載の露光装置であって、前記基板の表面における反射光を受光して電気信号に変換する光電変換素子を有し前記焦点前側位置において焦点が合うように設置された第1の撮像手段と、前記光電変換素子を有し前記焦点後側位置において焦点が合うように設置された第2の撮像手段とを備え、前記合焦位置決定手段は前記第1の撮像手段に結像されたフォーカス用明暗パターン及び前記第2の撮像手段に結像されたフォーカス用明暗パターンに基づき両者のコントラストが一致する位置を求めることにより前記投光光学系の合焦位置を決定することを特徴とする。   A second aspect of the present invention is the exposure apparatus according to the first aspect, wherein the exposure apparatus includes a photoelectric conversion element that receives reflected light on the surface of the substrate and converts the reflected light into an electric signal so that the focal point is focused at the front focal position. And a second imaging unit that has the photoelectric conversion element and is placed so as to be in focus at the rear focal position, wherein the in-focus position determination unit is the first imaging unit. Focusing of the light projecting optical system is performed by obtaining a position where the contrast of the two matches based on the focus light / dark pattern imaged on the first image pickup means and the focus light / dark pattern imaged on the second image pickup means. The position is determined.

請求項3記載の発明は、請求項2記載の露光装置であって、前記投光光学系は対物レンズを備え、前記対物レンズは前記基板にフォーカス用明暗パターン又は露光パターンを結像させると共に、前記第1の撮像手段及び前記第2の撮像手段のいずれか一方又は双方の結像面にフォーカス用明暗パターン又は露光パターンを結像させる結像光学系を構成することを特徴とする。   A third aspect of the present invention is the exposure apparatus according to the second aspect, wherein the projection optical system includes an objective lens, and the objective lens forms an image of a focus light / dark pattern or an exposure pattern on the substrate, An imaging optical system for forming a focusing bright / dark pattern or an exposure pattern on one or both imaging surfaces of the first imaging unit and the second imaging unit is configured.

請求項4記載の発明は、請求項1〜請求項3いずれか一項に記載の露光装置であって、前記投光光学系は前記空間光変調手段で形成されたフォーカス用明暗パターン又は露光パターンを倍率補正するリレーレンズを備えることを特徴とする。   Invention of Claim 4 is the exposure apparatus as described in any one of Claims 1-3, Comprising: The said light projection optical system is the light / dark pattern or exposure pattern for a focus formed by the said spatial light modulation means A relay lens for correcting the magnification of the lens is provided.

請求項5記載の発明は、露光方法であって、光源の出力光をパターン情報に応じて変調する空間光変調手段を備えた投光光学系を使用して、該空間光変調手段によりフォーカス用明暗パターンを形成して基板の表面に投射し、前記基板の表面と光学的に共役な位置にある焦点面よりも前側の焦点前側位置と、前記焦点面よりも後側の焦点後側位置との間で、フォーカス用明暗パターンのコントラストに基づいて前記投光光学系の合焦位置を決定し、前記投光光学系の焦点が前記合焦位置と一致するように前記投光光学系と前記基板との距離を調整した上で、前記投光光学系を使用し、前記空間光変調手段において所望の露光パターンを形成して該露光パターンにより前記基板の表面を露光することを特徴とする。   The invention according to claim 5 is an exposure method, wherein a projection optical system including a spatial light modulation means for modulating output light of a light source according to pattern information is used, and the spatial light modulation means is used for focusing. A bright and dark pattern is formed and projected onto the surface of the substrate, and a front focal position on the front side of the focal plane that is optically conjugate with the surface of the substrate, and a rear focal position on the rear side of the focal plane, Between the light projecting optical system and the light projecting optical system so that a focus position of the light projecting optical system coincides with the focus position. After adjusting the distance from the substrate, the projection optical system is used, a desired exposure pattern is formed in the spatial light modulator, and the surface of the substrate is exposed by the exposure pattern.

請求項6記載の発明は、請求項5記載の露光方法であって、前記基板の表面における反射光を受光して電気信号に変換する光電変換素子を有する第1の撮像手段を前記焦点前側位置において焦点が合うように設置し、前記光電変換素子を有する第2の撮像手段を前記焦点後側位置において焦点が合うように設置して、前記第1の撮像手段に結像されたフォーカス用明暗パターン及び前記第2の撮像手段に結像されたフォーカス用明暗パターンに基づき両者のコントラストが一致する位置を求めることにより前記投光光学系の合焦位置を決定することを特徴とする。   A sixth aspect of the present invention is the exposure method according to the fifth aspect, wherein the first imaging means having a photoelectric conversion element that receives reflected light on the surface of the substrate and converts it into an electrical signal is provided at the front focal position. And the second imaging means having the photoelectric conversion element is placed so as to be in focus at the rear focus position, and is focused on the first imaging means. The in-focus position of the light projecting optical system is determined by obtaining a position where the contrast of the two matches based on the pattern and the contrast bright / dark pattern imaged on the second image pickup means.

請求項7記載の発明は、請求項6記載の露光方法であって、前記投光光学系として対物レンズを使用し、前記対物レンズにより前記基板にフォーカス用明暗パターン又は露光パターンを結像させると共に、前記対物レンズを前記第1の撮像手段及び前記第2の撮像手段のいずれか一方又は双方の結像面にフォーカス用明暗パターン又は露光パターンを結像させる結像光学系として使用することを特徴とする。   A seventh aspect of the invention is the exposure method according to the sixth aspect of the invention, wherein an objective lens is used as the light projecting optical system, and a focusing light / dark pattern or an exposure pattern is formed on the substrate by the objective lens. The objective lens is used as an imaging optical system for forming a focus light / dark pattern or an exposure pattern on one or both imaging surfaces of the first imaging unit and the second imaging unit. And

請求項8記載の発明は、請求項5〜請求項7いずれか一項に記載の露光方法であって、前記投光光学系に前記空間光変調手段で形成されたフォーカス用明暗パターン又は露光パターンを倍率補正するリレーレンズを設けることを特徴とする。   Invention of Claim 8 is the exposure method as described in any one of Claims 5-7, Comprising: The light-and-dark pattern or exposure pattern for a focus formed in the said light projection optical system by the said spatial light modulation means A relay lens for correcting the magnification is provided.

請求項1又は請求項5記載の発明によれば、焦点前側位置と焦点後側位置との間におけるフォーカス用明暗パターンのコントラストに基づき、オートフォーカスを高速に行うことが可能となる。また、空間光変調手段においてフォーカス用明暗パターン及び露光パターンの双方を形成することが可能であり、また、オートフォーカス時と露光時とで共通の投光光学系を使用することから、装置の安定化及び小型化を図ることが可能となる。   According to the first or fifth aspect of the invention, it is possible to perform autofocus at high speed based on the contrast of the focus light / dark pattern between the focus front position and the focus back position. In addition, it is possible to form both the focus light / dark pattern and the exposure pattern in the spatial light modulation means, and since a common light projecting optical system is used during autofocus and during exposure, the stability of the apparatus is improved. And miniaturization can be achieved.

請求項2又は請求項6記載の発明によれば、第1の撮像手段と第2の撮像手段とのフォーカス用明暗パターンのコントラストに基づいて投光光学系の合焦位置を決定することにより、デフォーカス時における焦点位置のずれ量及びずれ方向の情報を得ることができるため、オートフォーカスを精密かつ高速に行うことが可能となる。   According to the invention of claim 2 or claim 6, by determining the in-focus position of the light projecting optical system based on the contrast of the focus light / dark pattern of the first image pickup means and the second image pickup means, Since it is possible to obtain information on the shift amount and the shift direction of the focal position at the time of defocusing, it is possible to perform autofocus precisely and at high speed.

請求項3又は請求項7記載の発明によれば、投光光学系の対物レンズを結像光学系としても使用することにより、投光光学系と結像光学系との光軸のずれがなくなり、第1の撮像手段及び第2の撮像手段のいずれか一方又は双方において、フォーカス用明暗パターン及び露光パターンを正確に観察することが可能となる。   According to the invention of claim 3 or claim 7, by using the objective lens of the light projecting optical system also as the image forming optical system, there is no deviation of the optical axis between the light projecting optical system and the image forming optical system. In either one or both of the first image pickup means and the second image pickup means, it is possible to accurately observe the focus light / dark pattern and the exposure pattern.

請求項4又は請求項8記載の発明によれば、投光光学系のリレーレンズで倍率補正を行うことにより、フォーカス用明暗パターン又は露光パターンを所望の倍率で基板に結像することが可能となる。また、リレーレンズの倍率補正によってリレーレンズと基板との距離調整を行うことも可能となり、投光光学系の設計の自由度を高めることができる。   According to the fourth or eighth aspect of the invention, by performing magnification correction with the relay lens of the light projecting optical system, it is possible to form the focus light / dark pattern or the exposure pattern on the substrate at a desired magnification. Become. Further, the distance between the relay lens and the substrate can be adjusted by correcting the magnification of the relay lens, and the degree of freedom in designing the light projecting optical system can be increased.

(全体構成)
図1に示すように、本実施形態に係る露光装置1は、露光時に基板2に露光パターンを投影する投光光学系3と、オートフォーカス時に基板2にフォーカス用明暗パターンを投影し、その反射光を結像させるフォーカス用光学系4とを備えて構成されており、フォーカス用光学系4のうち基板2にフォーカス用明暗パターンを投影する光学系は、投光光学系3と共通の構成となっている。
(overall structure)
As shown in FIG. 1, an exposure apparatus 1 according to the present embodiment projects a light projection optical system 3 that projects an exposure pattern onto a substrate 2 at the time of exposure, and projects a focus light / dark pattern onto the substrate 2 at the time of autofocus and reflects the reflected light. A focusing optical system 4 that forms an image of light, and the optical system for projecting the focus light / dark pattern on the substrate 2 in the focusing optical system 4 has the same configuration as the light projecting optical system 3. It has become.

(細部構成)
投光光学系3は基板2の表面に露光パターンを投影するものである。本実施形態の基板2は、厚み寸法0.4mm程度の透明基板であっても構わない。この基板2の表面には、青色光や紫外光などの短波長光に感光するフォトレジストが塗布されており、裏面は砂面であっても何ら問題はない。また、基板2はステージ(図示略)上に載置されている。
(Detailed configuration)
The light projecting optical system 3 projects an exposure pattern onto the surface of the substrate 2. The substrate 2 of the present embodiment may be a transparent substrate having a thickness dimension of about 0.4 mm. The surface of the substrate 2 is coated with a photoresist that is sensitive to short-wavelength light such as blue light or ultraviolet light, and there is no problem even if the back surface is a sand surface. The substrate 2 is placed on a stage (not shown).

この投光光学系3は、図1に示すように、露光用光源5、コリメータレンズ6、ミラー7,8、空間光変調手段としてのDMD(Digital Micro-mirror Device)9、ミラー10、リレーレンズ11及び対物レンズ12を含んで構成されており、露光用光源5の出力光をコリメータレンズ6を介してDMD9に入射させ、DMD9からの反射光をリレーレンズ11及び対物レンズ12を介して基板2に入射させるようになっている。   As shown in FIG. 1, the projection optical system 3 includes an exposure light source 5, a collimator lens 6, mirrors 7 and 8, a DMD (Digital Micro-mirror Device) 9 as a spatial light modulation means, a mirror 10, and a relay lens. 11 and the objective lens 12, the output light of the exposure light source 5 is made incident on the DMD 9 via the collimator lens 6, and the reflected light from the DMD 9 is sent to the substrate 2 via the relay lens 11 and the objective lens 12. It is made to inject into.

このうち露光用光源5は、感光用の青色光や紫外光などの短波長光を出力する光源であって、レーザやLED、ランプなどにより構成される。   Among these, the exposure light source 5 is a light source that outputs short-wavelength light such as photosensitive blue light or ultraviolet light, and includes a laser, an LED, a lamp, and the like.

また、コリメータレンズ6は露光用光源5の出力光を平行光に整形し、ミラー7,8はコリメータレンズ6の透過光をDMD9に入射させるようになっている。   The collimator lens 6 shapes the output light of the exposure light source 5 into parallel light, and the mirrors 7 and 8 allow the transmitted light of the collimator lens 6 to enter the DMD 9.

また、DMD9は、半導体素子上に微細なミラーエレメントを格子状に敷き詰めて、1枚のパネルとして形成したものであり、それぞれのミラーが独立して傾斜角度を変えることにより、露光用光源5の出力光の投射をON/OFFできるようになっている。また、DMD9にはコントローラ27(図2参照)が電気的に接続されており、DMD9における所定位置のミラーから光を反射できるようになっている。これにより、投光光学系3を構成するDMD9は、ミラーにより所望の露光パターンを形成して投影することができるようになっている。   In addition, the DMD 9 is formed as a single panel by laying fine mirror elements on a semiconductor element in a lattice pattern, and each mirror independently changes the tilt angle, so that the exposure light source 5 The projection of output light can be turned on / off. A controller 27 (see FIG. 2) is electrically connected to the DMD 9 so that light can be reflected from a mirror at a predetermined position in the DMD 9. Thereby, DMD9 which comprises the light projection optical system 3 can project and form a desired exposure pattern with a mirror.

なお、本実施形態では空間光変調手段としてDMD9を用いているが、空間光変調手段としては液晶パネルや発光ダイオードアレイ、磁気光学効果などを用いることも可能である。   In this embodiment, the DMD 9 is used as the spatial light modulation means, but a liquid crystal panel, a light emitting diode array, a magneto-optical effect, or the like can be used as the spatial light modulation means.

また、ミラー10は、DMD9からの反射光をリレーレンズ11に入射させるようになっている。リレーレンズ11は、DMD9で形成された露光パターン又はフォーカス用明暗パターンを倍率補正するようになっている。例えば、DMD9で形成したフォーカス用明暗パターン又は露光パターンを基板2に投射する場合、DMD9のミラーが一辺13.68μmであり、投光光学系3により1/10の大きさで縮小投影されるとすると、基板2の表面では一辺1.368μmの大きさとなるが、これをリレーレンズ11で倍率補正することにより、一辺1.0μmの大きさとして縮小投影することなどが可能となる。また、リレーレンズ11の倍率補正によってリレーレンズ11と基板2との距離調整を行うことも可能となり、投光光学系3の設計の自由度を高めることができる。   Further, the mirror 10 is adapted to make the reflected light from the DMD 9 enter the relay lens 11. The relay lens 11 corrects the magnification of the exposure pattern or the focus light / dark pattern formed by the DMD 9. For example, when a focus light / dark pattern or exposure pattern formed by the DMD 9 is projected onto the substrate 2, the mirror of the DMD 9 has a side of 13.68 μm and is projected by the projection optical system 3 at a size of 1/10. Then, the size of one side is 1.368 μm on the surface of the substrate 2, but by correcting the magnification with the relay lens 11, it becomes possible to perform reduction projection with a size of one side of 1.0 μm. In addition, the distance between the relay lens 11 and the substrate 2 can be adjusted by correcting the magnification of the relay lens 11, and the design flexibility of the light projecting optical system 3 can be increased.

また、対物レンズ12はリレーレンズ11の透過光を基板2の表面に集光するようになっている。   The objective lens 12 condenses the light transmitted through the relay lens 11 on the surface of the substrate 2.

一方、フォーカス用光学系4は、基板2の表面にフォーカス用明暗パターンを投影し、また、その反射光を受光するものである   On the other hand, the focusing optical system 4 projects a focusing light / dark pattern on the surface of the substrate 2 and receives the reflected light.

フォーカス用光学系4は、図1に示すように、フォーカス用光源13、コリメータレンズ14、ハーフミラー15、ミラー7,8、DMD9,ミラー10,リレーレンズ11、対物レンズ12、ハーフミラー16、フィルタ17、結像レンズ18、ハーフミラー19及びCCD20,21を含んで構成されている。このうち基板2にフォーカス用明暗パターンを投影する光学系、すなわち、ミラー7,8、DMD9,ミラー10、リレーレンズ11及び対物レンズ12は、投光光学系3と共通の構成となっている。   As shown in FIG. 1, the focus optical system 4 includes a focus light source 13, a collimator lens 14, a half mirror 15, mirrors 7 and 8, DMD 9, mirror 10, relay lens 11, objective lens 12, half mirror 16, and filter. 17, an imaging lens 18, a half mirror 19, and CCDs 20 and 21. Of these, the optical system for projecting the focus light / dark pattern onto the substrate 2, that is, the mirrors 7, 8, DMD 9, mirror 10, relay lens 11, and objective lens 12 have the same configuration as the light projecting optical system 3.

このような構成により、フォーカス用光学系4は、フォーカス用光源13からコリメータレンズ14を介してDMD9に光を入射させ、DMD9からの反射光をリレーレンズ11及び対物レンズ12を介して基板2に入射させて、基板2からの反射光をフィルタ17及び結像レンズ18を介してCCD20又はCCD21に結像させるようになっている。   With such a configuration, the focusing optical system 4 causes light to be incident on the DMD 9 from the focusing light source 13 via the collimator lens 14, and the reflected light from the DMD 9 is applied to the substrate 2 via the relay lens 11 and the objective lens 12. Incident light is reflected, and the reflected light from the substrate 2 is imaged on the CCD 20 or the CCD 21 via the filter 17 and the imaging lens 18.

このうちフォーカス用光源13は、レジストが感光しない長波長の光を出力する光源であり、例えば、赤色発光ダイオードなどにより構成される。   Among them, the focus light source 13 is a light source that outputs light having a long wavelength that is not exposed to light by the resist, and is configured by, for example, a red light emitting diode.

また、コリメータレンズ14はフォーカス用光源13の出力光を平行光に整形し、ハーフミラー15はコリメータレンズ14の透過光の光軸を露光用光源5の光軸と同軸としてミラー7,8に入射させるようになっている。   The collimator lens 14 shapes the output light of the focus light source 13 into parallel light, and the half mirror 15 enters the mirrors 7 and 8 with the optical axis of the transmitted light of the collimator lens 14 being coaxial with the optical axis of the exposure light source 5. It is supposed to let you.

また、フォーカス用光学系4を構成するDMD9は、微細なマイクロミラーでフォーカス用明暗パターンとしてのストライプパターンを形成するようになっており、ミラー7,8からの反射光をストライプパターンとして投影するようになっている。なお、フォーカス用光学系4を構成するDMD9は、フォーカス用明暗パターンとして露光パターンと同様のパターンを形成してもよい。   The DMD 9 constituting the focusing optical system 4 forms a stripe pattern as a focusing light / dark pattern with a fine micromirror, and projects the reflected light from the mirrors 7 and 8 as a stripe pattern. It has become. The DMD 9 constituting the focusing optical system 4 may form a pattern similar to the exposure pattern as the focus light / dark pattern.

また、ミラー10はDMD9からの反射光をリレーレンズ11に入射させ、リレーレンズ11は、DMD9からの反射光を倍率補正するようになっている。また、対物レンズ12はリレーレンズ11の透過光を基板2の表面に集光するようになっている。   The mirror 10 causes the reflected light from the DMD 9 to enter the relay lens 11, and the relay lens 11 corrects the magnification of the reflected light from the DMD 9. The objective lens 12 condenses the light transmitted through the relay lens 11 on the surface of the substrate 2.

また、投光光学系3の対物レンズ12は、基板2の反射光をフォーカス用の光としてCCD20及びCCD21の結像面に結像させる結像光学系を兼ねるようになっており、基板2の反射光は再び対物レンズ12を透過してハーフミラー16に入射させるようになっている。   The objective lens 12 of the light projecting optical system 3 also serves as an imaging optical system that forms an image on the imaging surfaces of the CCD 20 and the CCD 21 using the reflected light of the substrate 2 as focusing light. The reflected light passes through the objective lens 12 again and enters the half mirror 16.

また、ハーフミラー16は対物レンズ12から入射した光を反射してフィルタ17に入射させ、フィルタ17はこの反射光のうち長波長の光のみを透過して結像レンズ18に入射させるようになっている。   Further, the half mirror 16 reflects the light incident from the objective lens 12 so as to enter the filter 17, and the filter 17 transmits only the light having a long wavelength among the reflected light and enters the imaging lens 18. ing.

また、CCD20及びCCD21はフォーカス用光学系4からの光を受光して電気信号に変換する光電変換素子である。CCD20は結像レンズ18の透過光のうちハーフミラー19を透過した光を受光し、また、CCD21は結像レンズ18の透過光のうちハーフミラー19で反射した光を受光するようになっている。なお、CCD20及びCCD21は、フォーカス用明暗パターンのみならず、露光パターンを観察する際の撮像手段としての機能も果たすようになっている。   The CCD 20 and the CCD 21 are photoelectric conversion elements that receive light from the focusing optical system 4 and convert it into an electrical signal. The CCD 20 receives light that has passed through the half mirror 19 among the light transmitted through the imaging lens 18, and the CCD 21 receives light that has been reflected by the half mirror 19 among the light transmitted through the imaging lens 18. . The CCD 20 and the CCD 21 serve not only as a focus light / dark pattern but also as an image pickup means when observing an exposure pattern.

ここで、CCD20及びCCD21は、対物レンズ12の焦点位置と共役な位置(ラインb)から光軸方向に等距離だけずらした位置に置かれている。すなわち、図1に示すように、CCD20は光電面が基板2の表面と光学的に共役な位置にある焦点面よりも前側にある焦点前側位置(ラインa)において焦点が合うように設置され、CCD21は光電面が前記焦点面よりも後側にある焦点後側位置(ラインc)において焦点が合うように設置されている。   Here, the CCD 20 and the CCD 21 are placed at positions shifted by an equal distance from the position (line b) conjugate with the focal position of the objective lens 12 in the optical axis direction. That is, as shown in FIG. 1, the CCD 20 is installed so that the photocathode is in focus at a focal front position (line a) that is in front of the focal plane that is optically conjugate with the surface of the substrate 2, The CCD 21 is installed so that the photocathode is in focus at a focus rear side position (line c) located behind the focal plane.

なお、露光装置1には互いに通信可能なネットワークを介してパーソナルコンピュータなどの制御装置22(図2参照)が接続されており、露光装置1の各構成部分に種々の指示信号を送信するようになっている。   Note that a control device 22 (see FIG. 2) such as a personal computer is connected to the exposure apparatus 1 via a network that can communicate with each other, and various instruction signals are transmitted to each component of the exposure apparatus 1. It has become.

(制御構成)
次に、図2に本実施形態に係る露光装置1の制御ブロック図を示す。
(Control configuration)
Next, FIG. 2 shows a control block diagram of the exposure apparatus 1 according to the present embodiment.

図2に示すように、露光装置1は制御装置22を備えている。制御装置22が備える制御部23は、CPU(Central Processing Unit)や、書き換え可能な半導体素子で構成されるRAM(Random Access Memory)及び不揮発性の半導体メモリで構成されるROM(Read Only Memory)から構成されており、ROMに記録された処理プログラムをRAMに展開して、CPUによりこの処理プログラムを実行するようになっている。また、制御装置22には、制御部23に電気的に接続された入力部24及び記憶部25が設けられている。   As shown in FIG. 2, the exposure apparatus 1 includes a control device 22. The control unit 23 included in the control device 22 includes a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory) composed of a rewritable semiconductor element, and a ROM (Read Only Memory) composed of a nonvolatile semiconductor memory. The processing program recorded in the ROM is expanded in the RAM, and the processing program is executed by the CPU. Further, the control device 22 is provided with an input unit 24 and a storage unit 25 that are electrically connected to the control unit 23.

また、制御装置22にはステージ駆動部26、DMD9を制御するコントローラ27、CCD20、CCD21及び合焦位置決定手段としてのFFT解析部28が接続されている。   The control device 22 is connected to a stage drive unit 26, a controller 27 for controlling the DMD 9, a CCD 20, a CCD 21, and an FFT analysis unit 28 as a focus position determining means.

入力部24は、キーボード、マウス、タッチパネルなどから構成され、ユーザによる指示入力ができるようになっている。   The input unit 24 includes a keyboard, a mouse, a touch panel, and the like, and is capable of inputting instructions by the user.

記憶部25は、半導体メモリなどからなる記録用のメモリであり、入力部24から入力された情報などを記録する記録領域を有している。記憶部25は、例えばフラッシュメモリなどの内蔵型メモリや、着脱可能なメモリカードやメモリスティックであってもよく、また、ハードディスク又はフロッピー(登録商標)ディスクなどの磁気記録媒体などであってもよい。   The storage unit 25 is a recording memory made up of a semiconductor memory or the like, and has a recording area for recording information input from the input unit 24. The storage unit 25 may be, for example, a built-in memory such as a flash memory, a removable memory card or a memory stick, or a magnetic recording medium such as a hard disk or a floppy (registered trademark) disk. .

ステージ駆動部26は、基板2を支持する図示しないステージの上下移動や傾斜を制御することにより、基板2の位置を調整するようになっている。特に、本実施形態のステージ駆動部26は、基板2の位置がFFT解析部28により決定された対物レンズ12の合焦位置(ラインB)に一致するように、ステージを上下移動させてフォーカス用光学系4と基板2との距離を調整する調整手段としての機能を果たす。   The stage driving unit 26 adjusts the position of the substrate 2 by controlling the vertical movement and inclination of a stage (not shown) that supports the substrate 2. In particular, the stage drive unit 26 of the present embodiment moves the stage up and down so that the position of the substrate 2 coincides with the in-focus position (line B) of the objective lens 12 determined by the FFT analysis unit 28. It functions as an adjusting means for adjusting the distance between the optical system 4 and the substrate 2.

なお、本実施形態ではステージの駆動により基板2の位置を移動させるようになっているが、フォーカス用光学系4の移動によってフォーカス用光学系4と基板2との距離を調整する構成とすることも可能である。   In this embodiment, the position of the substrate 2 is moved by driving the stage. However, the distance between the focusing optical system 4 and the substrate 2 is adjusted by moving the focusing optical system 4. Is also possible.

また、ステージ駆動部26は、ステージの移動により基板上に分割された露光領域をパターン投影可能な領域へ順次移動させるようになっている。   Further, the stage driving unit 26 sequentially moves the exposure area divided on the substrate by the movement of the stage to an area where pattern projection is possible.

コントローラ27は、露光用光源5及びフォーカス用光源13のON/OFFを制御すると共に、制御部23の指示信号に基づきDMD9が備えるミラーの傾斜角度を制御するようになっている。これにより、投光光学系3としてのDMD9において所望の露光パターンを形成すると共に、フォーカス用光学系4としてのDMD9においてフォーカス用明暗パターンとしてのストライプパターンを形成するようになっている。   The controller 27 controls ON / OFF of the exposure light source 5 and the focus light source 13 and controls the tilt angle of the mirror included in the DMD 9 based on the instruction signal from the control unit 23. Thereby, a desired exposure pattern is formed in the DMD 9 as the light projecting optical system 3, and a stripe pattern as a focus light / dark pattern is formed in the DMD 9 as the focus optical system 4.

CCD20及びCCD21は、制御部23の制御により所定のタイミングで基板2の表面の反射光を受光して電気信号に変換し、その電気信号を画像データとしてFFT解析部28に送信するようになっている。 The CCD 20 and the CCD 21 receive reflected light from the surface of the substrate 2 at a predetermined timing under the control of the control unit 23 and convert it into an electrical signal, and transmit the electrical signal to the FFT analysis unit 28 as image data. Yes.

FFT解析部28は、合焦位置決定手段としての機能を果たすものであり、基板2の表面と光学的に共役な位置にある焦点面よりも前側の焦点前側位置と、前記焦点面よりも後側の焦点後側位置との間におけるフォーカス用明暗パターンのコントラストに基づいて、投光光学系3の合焦位置を決定するようになっている。本実施形態では、CCD20及びCCD21で受光したストライプパターンについて下記に示すFFT解析を行うことにより、対物レンズ12の合焦位置(ラインB)を求めて、制御部23に出力するようになっている。 The FFT analysis unit 28 functions as a focus position determination unit, and is located in front of the focal plane at a position optically conjugate with the surface of the substrate 2, and behind the focal plane. The in-focus position of the light projecting optical system 3 is determined based on the contrast of the focus light / dark pattern with the rear focus side position. In the present embodiment, the following FFT analysis is performed on the stripe patterns received by the CCD 20 and the CCD 21 to obtain the in-focus position (line B) of the objective lens 12 and output it to the control unit 23. .

ここで、FFT解析部28が行うFFT解析について詳述する。FFT解析部28は、CCD20及びCCD21で受光したストライプパターンの受光強度分布に基づき、CCD20及びCCD21のコントラストが等しくなる位置を求め、これにより基板2の合焦位置(ラインB)を決定するようになっている。   Here, the FFT analysis performed by the FFT analyzer 28 will be described in detail. The FFT analysis unit 28 obtains a position where the contrasts of the CCD 20 and the CCD 21 are equal based on the received light intensity distribution of the stripe pattern received by the CCD 20 and the CCD 21, and thereby determines the focus position (line B) of the substrate 2. It has become.

すなわち、本実施形態に係る露光装置1では、図1に示すように、CCD20を光電面がラインaと一致するように設置し、CCD21を光電面がラインcと一致するように設置する。   That is, in the exposure apparatus 1 according to the present embodiment, as shown in FIG. 1, the CCD 20 is installed so that the photocathode coincides with the line a, and the CCD 21 is arranged so that the photocathode coincides with the line c.

図3に、CCD20及びCCD21で受光したストライプパターンの受光強度分布の例を示す。図3に示すように、CCD20の光電面が置かれたラインaは対物レンズ12の焦点後側位置Cと共役になっており、基板2がラインCの位置にある時にCCD20では最大のコントラストが得られ、基板2の位置がCからAへと移動するにつれて、コントラストは徐々に低下していく。一方、CCD21の光電面が置かれたラインcは対物レンズ12の焦点前側位置Aと共役になっており、基板2がラインAの位置にある時に最大のコントラストが得られ、基板2の位置がAからCへと移動するにつれて、コントラストは徐々に低下していく。   FIG. 3 shows an example of the received light intensity distribution of the stripe pattern received by the CCD 20 and the CCD 21. As shown in FIG. 3, the line “a” on which the photocathode of the CCD 20 is placed is conjugate with the focal back position C of the objective lens 12, and the maximum contrast is obtained in the CCD 20 when the substrate 2 is at the position of the line C. As a result, the contrast gradually decreases as the position of the substrate 2 moves from C to A. On the other hand, the line c on which the photocathode of the CCD 21 is placed is conjugate with the pre-focus position A of the objective lens 12, and the maximum contrast is obtained when the substrate 2 is at the position of the line A. As it moves from A to C, the contrast gradually decreases.

そこで、これらのストライプパターンの受光強度分布に基づき、図3に示すようにCCD20及びCCD21のコントラストが等しくなる位置を探すことにより、対物レンズ12の合焦位置(ラインB)を求めることが可能となる。   Therefore, it is possible to obtain the in-focus position (line B) of the objective lens 12 by searching for a position where the contrast of the CCD 20 and the CCD 21 becomes equal as shown in FIG. Become.

図4は、FFT解析部28が行う信号処理の内容を示したものである。CCD20及びCCD21で受光したそれぞれのストライプパターンは、ストライプに沿った方向への画素値の積算を行う射影処理により正弦波状の一次元データに変換する。この一次元データにFFT処理を施すことにより、ストライプパターンの空間周波数と一致するスペクトル成分の信号強度、すなわち正弦波状データの振幅及び受光強度の平均値に相当する直流(DC)成分が求められ、これらの比から受光されたストライプパターンのコントラスト値が計算される。射影による積算処理は、画像全体にわたってコントラストの平均値を求めることに相当するため、基板2の上のパターンやエッジの影響を小さくする効果をもたらす。また、射影による平均化処理とFFT処理とを組み合わせることにより、散乱光などの不要成分は効果的に取り除かれる。   FIG. 4 shows the contents of signal processing performed by the FFT analysis unit 28. Each stripe pattern received by the CCD 20 and the CCD 21 is converted into sinusoidal one-dimensional data by projection processing for integrating pixel values in the direction along the stripe. By applying FFT processing to this one-dimensional data, a signal intensity of a spectral component that matches the spatial frequency of the stripe pattern, that is, a direct current (DC) component corresponding to the average value of the amplitude and received light intensity of sinusoidal data is obtained. From these ratios, the contrast value of the received stripe pattern is calculated. The integration process by projection corresponds to obtaining the average value of the contrast over the entire image, and therefore has the effect of reducing the influence of the pattern and edge on the substrate 2. Also, unnecessary components such as scattered light can be effectively removed by combining the averaging process by projection and the FFT process.

次に、CCD20及びCCD21で受光したストライプパターンのそれぞれのコントラストに基づき、基板2の合焦位置を求める。図5に示されたグラフの横軸は基板2の位置であり、曲線Cと曲線Cとはそれぞれ、CCD21、CCD20により得られるコントラスト値の変化を示している。また、曲線Cは曲線Cと曲線Cとの差分をとったものであり、基板2の位置ずれに応じてS字状に変化する信号(誤差信号)となる。 Next, the in-focus position of the substrate 2 is obtained based on the respective contrasts of the stripe patterns received by the CCD 20 and the CCD 21. The horizontal axis of the graph shown in FIG. 5 is the position of the substrate 2, respectively the curve C 1 and curve C 2, show the change in contrast values obtained by CCD 21, CCD 20. The curve C 3 is a difference between the curve C 2 and the curve C 1 , and becomes a signal (error signal) that changes in an S shape in accordance with the positional deviation of the substrate 2.

対物レンズ12の焦点位置(ラインB)は、焦点前側位置(ラインA)と焦点後側位置(ラインC)の中間に位置するため、基板2が合焦位置にきた場合、CCD20及びCCD21のコントラスト値は等しい値になる。したがって、ステージ駆動によって誤差信号が零になる基板2の位置を探すことにより、合焦位置の検出が可能となる。また、曲線Cの正負の符号に着目すれば、基板2が合焦位置の前後どちらにあるかが瞬時に分かるため、高速なオートフォーカス制御が実現できる。 Since the focal position (line B) of the objective lens 12 is positioned between the front focal position (line A) and the rear focal position (line C), the contrast between the CCD 20 and the CCD 21 when the substrate 2 comes to the in-focus position. The values are equal. Therefore, the in-focus position can be detected by searching for the position of the substrate 2 where the error signal becomes zero by the stage drive. Further, paying attention to the sign of the curve C 3, or the substrate 2 is in or after the focus position for understood instantaneously, can be realized high-speed auto focus control.

(露光方法)
次に、露光装置1を使用した露光方法について、図6を参照して説明する。
(Exposure method)
Next, an exposure method using the exposure apparatus 1 will be described with reference to FIG.

まず、基板2をステージ(図示略)上に載置する。続いて、ステージ駆動により、DMD9から基板2における所望の位置に露光パターンが投射されるように基板2を移動させる(ステップS1)。   First, the substrate 2 is placed on a stage (not shown). Subsequently, the substrate 2 is moved by stage driving so that the exposure pattern is projected from the DMD 9 to a desired position on the substrate 2 (step S1).

次に、オートフォーカス処理を行う(ステップS2)。まず、図1に示すように、CCD20を結像面がラインaと一致するように設置し、CCD21を結像面がラインcと一致するように設置する。   Next, an autofocus process is performed (step S2). First, as shown in FIG. 1, the CCD 20 is installed so that the imaging plane coincides with the line a, and the CCD 21 is installed so that the imaging plane coincides with the line c.

続いて、コントローラ27はDMD9においてフォーカス用明暗パターンとしてのストライプパターンを形成し、フォーカス用光源13をONとする。フォーカス用光源13がレジストが感光しない長波長の光を出力すると、この出力光はコリメータレンズ14により平行光に整形され、ハーフミラー15で露光用光源5の出力光の光軸と同軸とされて、ミラー7,8で反射してDMD9に入射する。   Subsequently, the controller 27 forms a stripe pattern as a focus light / dark pattern in the DMD 9 and turns on the focus light source 13. When the focus light source 13 outputs light having a long wavelength that the resist does not sensitize, the output light is shaped into parallel light by the collimator lens 14 and is made coaxial with the optical axis of the output light of the exposure light source 5 by the half mirror 15. Reflected by mirrors 7 and 8 and incident on DMD 9.

続いて、DMD9のミラーでストライプパターンが反射されると、ストライプパターンはミラー10で反射されリレーレンズ11により倍率補正されて、対物レンズ12から基板2の表面に投影される。   Subsequently, when the stripe pattern is reflected by the mirror of the DMD 9, the stripe pattern is reflected by the mirror 10, corrected for magnification by the relay lens 11, and projected from the objective lens 12 onto the surface of the substrate 2.

続いて、基板2の表面にストライプパターンが投影されると、基板2の反射光は再び対物レンズ12を透過してハーフミラー16に入射する。続いて、ハーフミラー16はこの反射光をフォーカス用の光としてフィルタ17に入射させる。続いて、フィルタ17はこのフォーカス用の光のうち長波長の光のみを透過して結像レンズ18に入射させる。   Subsequently, when a stripe pattern is projected onto the surface of the substrate 2, the reflected light of the substrate 2 is again transmitted through the objective lens 12 and enters the half mirror 16. Subsequently, the half mirror 16 causes the reflected light to enter the filter 17 as focusing light. Subsequently, the filter 17 transmits only the long-wavelength light out of the focusing light and makes it enter the imaging lens 18.

続いて、CCD20は結像レンズ18の透過光を受光し、CCD21は結像レンズ18の透過光のうちハーフミラー19で反射した光を受光する。   Subsequently, the CCD 20 receives the light transmitted through the imaging lens 18, and the CCD 21 receives the light reflected by the half mirror 19 among the light transmitted through the imaging lens 18.

次に、FFT解析部28は、CCD20及びCCD21で受光したストライプパターンについて、前記のFFT解析を行うことにより、基板2の合焦位置(ラインB)を決定して、解析結果を制御部23に出力する。   Next, the FFT analysis unit 28 determines the in-focus position (line B) of the substrate 2 by performing the above-described FFT analysis on the stripe pattern received by the CCD 20 and the CCD 21, and sends the analysis result to the control unit 23. Output.

続いて、ステージ駆動部26は、制御部23の指示信号により、FFT解析部28により決定された合焦位置に基板2を移動させる。   Subsequently, the stage drive unit 26 moves the substrate 2 to the in-focus position determined by the FFT analysis unit 28 according to the instruction signal from the control unit 23.

次に、コントローラ27はDMD9において所望の露光パターンを形成し(ステップS3)、露光用光源5をONとする(ステップS4)。露光用光源5が感光用の短波長光を出力すると、この出力光はコリメータレンズ14により平行光に整形され、ハーフミラー15を透過後、ミラー7,8で反射してDMD9に入射する。   Next, the controller 27 forms a desired exposure pattern in the DMD 9 (step S3), and turns on the exposure light source 5 (step S4). When the exposure light source 5 outputs light having a short wavelength for exposure, the output light is shaped into parallel light by the collimator lens 14, passes through the half mirror 15, is reflected by the mirrors 7 and 8, and enters the DMD 9.

続いて、DMD9のミラーで露光パターンが反射されると、露光パターンはミラー10で反射されリレーレンズ11により倍率補正されて、対物レンズ12から基板2の表面に投影される。これにより、基板2が所望の露光パターンで露光される。こうしてステップS1〜ステップS4の処理を繰り返すことにより、オートフォーカス及び露光処理が行われる。   Subsequently, when the exposure pattern is reflected by the mirror of the DMD 9, the exposure pattern is reflected by the mirror 10, corrected for magnification by the relay lens 11, and projected from the objective lens 12 onto the surface of the substrate 2. Thereby, the board | substrate 2 is exposed by a desired exposure pattern. In this way, by repeating the processing of step S1 to step S4, autofocus and exposure processing are performed.

このように本実施形態によれば、焦点前側位置と焦点後側位置との間におけるフォーカス用明暗パターンのコントラストに基づき、オートフォーカスを高速に行うことが可能となる。また、DMD9においてフォーカス用明暗パターン及び露光パターンの双方を形成することが可能であり、また、オートフォーカス時と露光時とで共通の投光光学系3を使用することから、装置の安定化及び小型化を図ることが可能となる。   As described above, according to this embodiment, it is possible to perform autofocus at high speed based on the contrast of the focus light / dark pattern between the front focus position and the focus rear position. Further, it is possible to form both the focus light / dark pattern and the exposure pattern in the DMD 9, and since the common light projecting optical system 3 is used for the auto focus and the exposure, the apparatus can be stabilized. It is possible to reduce the size.

また、CCD20とCCD21とのフォーカス用明暗パターンのコントラストに基づいて投光光学系3の合焦位置を決定することにより、デフォーカス時における焦点位置のずれ量及びずれ方向の情報を得ることができるため、オートフォーカスを精密かつ高速に行うことが可能となる。   Further, by determining the focus position of the light projecting optical system 3 based on the contrast of the focus light / dark pattern between the CCD 20 and the CCD 21, information on the shift amount and the shift direction of the focal position at the time of defocusing can be obtained. Therefore, it becomes possible to perform autofocus precisely and at high speed.

また、投光光学系3の対物レンズ12を、基板2の反射光をCCD20及びCCD21の結像面に結像させる結像光学系としても使用することにより、投光光学系3と前記結像光学系との光軸のずれがなくなり、CCD20及びCCD21の双方において、フォーカス用明暗パターン及び露光パターンを正確に観察することが可能となる。   Further, by using the objective lens 12 of the light projecting optical system 3 as an image forming optical system that forms an image of the reflected light of the substrate 2 on the image forming surfaces of the CCD 20 and the CCD 21, The optical axis shift from the optical system is eliminated, and it is possible to accurately observe the focus light / dark pattern and the exposure pattern in both the CCD 20 and the CCD 21.

また、投光光学系3のリレーレンズ11で倍率補正を行うことにより、フォーカス用明暗パターン又は露光パターンを所望の倍率で基板2に結像することが可能となる。また、リレーレンズ11の倍率補正によってリレーレンズ11と基板2との距離調整を行うことも可能となり、投光光学系3の設計の自由度を高めることができる。   Further, by performing magnification correction with the relay lens 11 of the light projecting optical system 3, it becomes possible to form a focus light / dark pattern or an exposure pattern on the substrate 2 at a desired magnification. In addition, the distance between the relay lens 11 and the substrate 2 can be adjusted by correcting the magnification of the relay lens 11, and the design flexibility of the light projecting optical system 3 can be increased.

なお、本実施形態の露光装置1は、露光用光源5とフォーカス用光源13とを別々に設ける構成としたが、バンドルファイバの中に露光用光源5及びフォーカス用光源13の両方を組み入れることも可能である。この場合、青色光と赤色光とをミキシングしてDMD9に入射させる構成とする。なお、露光用光源5から出力された青色光は、フォーカス用光学系4においてフィルタ17によりカットされる。   The exposure apparatus 1 of the present embodiment has a configuration in which the exposure light source 5 and the focus light source 13 are separately provided. However, both the exposure light source 5 and the focus light source 13 may be incorporated in the bundle fiber. Is possible. In this case, blue light and red light are mixed and incident on the DMD 9. The blue light output from the exposure light source 5 is cut by the filter 17 in the focusing optical system 4.

また、本実施形態の露光装置1では、視野全体のコントラストを観察しており、仮に基板2が傾いた場合には、受光した画像のコントラスト値が視野の中心付近と外周付近とで違ってくる。したがって、ステージに傾き調整機構を設け、視野全面にわたってコントラスト値が一様になるまで傾き調整を行うことにより、基板2の傾き補正を行うことも可能である。   Further, in the exposure apparatus 1 of the present embodiment, the contrast of the entire field of view is observed. If the substrate 2 is tilted, the contrast value of the received image differs between the vicinity of the center of the field of view and the vicinity of the outer periphery. . Therefore, it is possible to correct the tilt of the substrate 2 by providing a tilt adjusting mechanism on the stage and performing tilt adjustment until the contrast value is uniform over the entire field of view.

以上詳細に説明したように、本発明の露光装置及び露光方法によれば、オートフォーカスを精密かつ高速に行うことが可能となる。   As described above in detail, according to the exposure apparatus and the exposure method of the present invention, it is possible to perform autofocus precisely and at high speed.

本実施形態に係る露光装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the exposure apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る露光装置の機能的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the functional structure of the exposure apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るCCDにおけるストライプパターンの受光強度分布を示す表である。It is a table | surface which shows the light reception intensity distribution of the stripe pattern in CCD which concerns on this embodiment. ストライプパターンの空間周波数スペクトルを示すグラフである。It is a graph which shows the spatial frequency spectrum of a stripe pattern. ストライプパターンのコントラスト曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the contrast curve of a stripe pattern. 本実施形態に係る露光装置を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the exposure apparatus which concerns on this embodiment. 従来の三角測量によるオートフォーカスを示した図である。It is the figure which showed the autofocus by the conventional triangulation.

符号の説明Explanation of symbols

1 露光装置
2 基板
3 投光光学系
4 フォーカス用光学系
5 露光用光源
6 コリメータレンズ
7,8 ミラー
9 DMD
10 ミラー
11 リレーレンズ
12 対物レンズ
13 フォーカス用光源
14 コリメータレンズ
15,16 ハーフミラー
17 フィルタ
18 結像レンズ
19 ハーフミラー
20,21 CCD
22 制御装置
23 制御部
24 入力部
25 記憶部
26 ステージ駆動部
27 コントローラ
28 FFT解析部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Exposure apparatus 2 Board | substrate 3 Light projection optical system 4 Optical system for focus 5 Light source for exposure 6 Collimator lens 7, 8 Mirror 9 DMD
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Mirror 11 Relay lens 12 Objective lens 13 Focusing light source 14 Collimator lens 15, 16 Half mirror 17 Filter 18 Imaging lens 19 Half mirror 20, 21 CCD
22 control device 23 control unit 24 input unit 25 storage unit 26 stage drive unit 27 controller 28 FFT analysis unit

Claims (8)

光源の出力光をパターン情報に応じて変調する空間光変調手段を備え、該空間光変調手段によりフォーカス用明暗パターンを形成して基板の表面に投射する投光光学系と、
前記基板の表面と光学的に共役な位置にある焦点面よりも前側の焦点前側位置と、前記焦点面よりも後側の焦点後側位置との間で、フォーカス用明暗パターンのコントラストに基づいて前記投光光学系の合焦位置を決定する合焦位置決定手段と、
前記投光光学系の焦点が前記合焦位置と一致するように前記投光光学系と前記基板との距離を調整する調整手段とを備え、
前記投光光学系は前記空間光変調手段において所望の露光パターンを形成し、該露光パターンにより前記基板の表面を露光することを特徴とする露光装置。
A light projecting optical system comprising a spatial light modulation means for modulating the output light of the light source according to the pattern information, forming a bright and dark pattern for focusing by the spatial light modulation means, and projecting it on the surface of the substrate;
Based on the contrast of the focus light / dark pattern between the front focal position before the focal plane that is optically conjugate with the surface of the substrate and the rear focal position behind the focal plane. Focusing position determining means for determining a focusing position of the light projecting optical system;
Adjusting means for adjusting the distance between the projection optical system and the substrate so that the focal point of the projection optical system coincides with the in-focus position;
The light projection optical system forms a desired exposure pattern in the spatial light modulator and exposes the surface of the substrate with the exposure pattern.
前記基板の表面における反射光を受光して電気信号に変換する光電変換素子を有し前記焦点前側位置において焦点が合うように設置された第1の撮像手段と、前記光電変換素子を有し前記焦点後側位置において焦点が合うように設置された第2の撮像手段とを備え、
前記合焦位置決定手段は前記第1の撮像手段に結像されたフォーカス用明暗パターン及び前記第2の撮像手段に結像されたフォーカス用明暗パターンに基づき両者のコントラストが一致する位置を求めることにより前記投光光学系の合焦位置を決定することを特徴とする請求項1記載の露光装置。
A first imaging means that has a photoelectric conversion element that receives reflected light from the surface of the substrate and converts it into an electrical signal, and is placed so as to be in focus at the front focal position; and the photoelectric conversion element, Second imaging means installed so as to be in focus at the back focal position,
The in-focus position determining means obtains a position where the contrast of the two matches based on the focus light / dark pattern imaged on the first image pickup means and the focus light / dark pattern imaged on the second image pickup means. The exposure apparatus according to claim 1, wherein an in-focus position of the light projecting optical system is determined by the step.
前記投光光学系は対物レンズを備え、前記対物レンズは前記基板にフォーカス用明暗パターン又は露光パターンを結像させると共に、前記第1の撮像手段及び前記第2の撮像手段のいずれか一方又は双方の結像面にフォーカス用明暗パターン又は露光パターンを結像させる結像光学系を構成することを特徴とする請求項2記載の露光装置。   The projection optical system includes an objective lens, and the objective lens forms an image of a focus light / dark pattern or an exposure pattern on the substrate, and one or both of the first imaging unit and the second imaging unit. 3. An exposure apparatus according to claim 2, wherein an image forming optical system for forming a focus light / dark pattern or an exposure pattern on the image forming surface is formed. 前記投光光学系は前記空間光変調手段で形成されたフォーカス用明暗パターン又は露光パターンを倍率補正するリレーレンズを備えることを特徴とする請求項1〜請求項3いずれか一項に記載の露光装置。   4. The exposure according to claim 1, wherein the light projecting optical system includes a relay lens that corrects the magnification of a focus light / dark pattern or an exposure pattern formed by the spatial light modulator. 5. apparatus. 光源の出力光をパターン情報に応じて変調する空間光変調手段を備えた投光光学系を使用して、該空間光変調手段によりフォーカス用明暗パターンを形成して基板の表面に投射し、
前記基板の表面と光学的に共役な位置にある焦点面よりも前側の焦点前側位置と、前記焦点面よりも後側の焦点後側位置との間で、フォーカス用明暗パターンのコントラストに基づいて前記投光光学系の合焦位置を決定し、
前記投光光学系の焦点が前記合焦位置と一致するように前記投光光学系と前記基板との距離を調整した上で、
前記投光光学系を使用し、前記空間光変調手段において所望の露光パターンを形成して該露光パターンにより前記基板の表面を露光することを特徴とする露光方法。
Using a light projection optical system provided with spatial light modulation means for modulating the output light of the light source according to the pattern information, forming a bright and dark pattern for focusing by the spatial light modulation means and projecting it on the surface of the substrate,
Based on the contrast of the focus light / dark pattern between the front focal position before the focal plane that is optically conjugate with the surface of the substrate and the rear focal position behind the focal plane. Determining the in-focus position of the projection optical system;
After adjusting the distance between the projection optical system and the substrate so that the focal point of the projection optical system coincides with the in-focus position,
An exposure method using the projection optical system, forming a desired exposure pattern in the spatial light modulation means, and exposing the surface of the substrate with the exposure pattern.
前記基板の表面における反射光を受光して電気信号に変換する光電変換素子を有する第1の撮像手段を前記焦点前側位置において焦点が合うように設置し、前記光電変換素子を有する第2の撮像手段を前記焦点後側位置において焦点が合うように設置して、
前記第1の撮像手段に結像されたフォーカス用明暗パターン及び前記第2の撮像手段に結像されたフォーカス用明暗パターンに基づき両者のコントラストが一致する位置を求めることにより前記投光光学系の合焦位置を決定することを特徴とする請求項5記載の露光方法。
First imaging means having a photoelectric conversion element that receives reflected light on the surface of the substrate and converts it into an electrical signal is placed so as to be in focus at the front focal position, and a second imaging having the photoelectric conversion element. The means is installed so that it is in focus at the rear focus position,
Based on the focus light / dark pattern imaged on the first image pickup means and the focus light / dark pattern imaged on the second image pickup means, a position where both contrasts coincide with each other is obtained. 6. The exposure method according to claim 5, wherein a focusing position is determined.
前記投光光学系として対物レンズを使用し、前記対物レンズにより前記基板にフォーカス用明暗パターン又は露光パターンを結像させると共に、前記対物レンズを前記第1の撮像手段及び前記第2の撮像手段のいずれか一方又は双方の結像面にフォーカス用明暗パターン又は露光パターンを結像させる結像光学系として使用することを特徴とする請求項6記載の露光方法。   An objective lens is used as the light projecting optical system, and a focus bright / dark pattern or an exposure pattern is formed on the substrate by the objective lens, and the objective lens is used for the first imaging means and the second imaging means. 7. The exposure method according to claim 6, wherein the exposure method is used as an imaging optical system for forming an image of a focus light / dark pattern or an exposure pattern on either or both imaging surfaces. 前記投光光学系に前記空間光変調手段で形成されたフォーカス用明暗パターン又は露光パターンを倍率補正するリレーレンズを設けることを特徴とする請求項5〜請求項7いずれか一項に記載の露光方法。 8. The exposure according to claim 5, wherein the projection optical system is provided with a relay lens for correcting a magnification of a focus light / dark pattern or an exposure pattern formed by the spatial light modulation unit. 9. Method.
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