JPH027046B2 - - Google Patents

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JPH027046B2
JPH027046B2 JP47038096A JP3809672A JPH027046B2 JP H027046 B2 JPH027046 B2 JP H027046B2 JP 47038096 A JP47038096 A JP 47038096A JP 3809672 A JP3809672 A JP 3809672A JP H027046 B2 JPH027046 B2 JP H027046B2
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JP
Japan
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pattern
focus detection
light
photosensitive surface
focus
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Junichi Nishizawa
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Publication of JPH027046B2 publication Critical patent/JPH027046B2/ja
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Projection-Type Copiers In General (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は超精密パターン焼付等に用いるパター
ンジエネレーター装置等のミクロン単位の感光面
の凹凸に対し、焦点合わせが可能なパターン焼付
装置用焦点検出装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Field of Application] The present invention is for use in pattern printing devices that can focus on unevenness on a photosensitive surface in micron units, such as pattern generator devices used for ultra-precision pattern printing, etc. The present invention relates to a focus detection device.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

ICやLSI等の半導体素子を製作する工程に使わ
れるパターンジエネレーター装置は半導体素子の
内部構造の性格上ミクロン単位以下の位置合わせ
精度でミクロン単位又はそれ以下の微細パターン
を感光物体に焼付せねばならない。その為縮写レ
ンズは超高分解能を有することが必要で、たとえ
ば1600本/mm程度の分解能を有するレンズを使用
する事が望ましい。この様なレンズを使用した場
合、焦点深度は0.5μm以下となり、焦点検出は前
記寸法よりさらに高精度のものが要求される。
Due to the nature of the internal structure of semiconductor devices, pattern generator equipment used in the process of manufacturing semiconductor devices such as ICs and LSIs prints fine patterns in microns or smaller onto photosensitive objects with alignment accuracy of microns or less. Must be. Therefore, the reduction lens must have an ultra-high resolution, and it is desirable to use a lens with a resolution of about 1600 lines/mm, for example. When such a lens is used, the depth of focus is 0.5 μm or less, and focus detection is required to be more accurate than the above dimensions.

パターンジエネレーター装置は感光面を感光面
に平行なX−Y平面内で、ミクロン単位以下の精
度で移動させながら所定の位置座標のそれぞれの
部分部分にミクロン単位又はそれ以下の寸法、面
積をもつ図形を焼付することが要求される。それ
故感光面のミクロン単位以下の凹凸に対し常に、
焦点を合わせなければならない。市販されている
高解像力乾板に於いて、感光面の凹凸は12μm程
度あり、この凹凸に対して充分追従可能な焦点検
出装置でなければならない。又、焼付図形の面積
がミクロン単位又はそれ以下が要求される為焦点
検出も上記面積内にて行う必要がある。
The pattern generator device moves the photosensitive surface within an X-Y plane parallel to the photosensitive surface with an accuracy of less than a micron, and creates dimensions and areas of a micron or less for each portion of a predetermined position coordinate. It is required to print the figure with. Therefore, when it comes to irregularities of less than microns on the photosensitive surface,
have to focus. In commercially available high-resolution dry plates, the unevenness of the photosensitive surface is approximately 12 μm, and the focus detection device must be capable of sufficiently tracking these unevenness. Furthermore, since the area of the printed figure is required to be on the order of microns or less, focus detection must also be performed within the above area.

以上述べた様にパターンジエネレーター装置に
実装可能な焦点検出装置は極微小寸法の中で高精
度に焦点を検出する事が要求され、通常、カメラ
や映写器等に使用される焦点検出装置では感光面
のミクロン単位以下の面積に於いての凹凸に対し
て焦点を検出することは困難であり実装は不可能
である。
As mentioned above, the focus detection device that can be implemented in the pattern generator device is required to detect the focus with high precision in extremely small dimensions, and is usually used in cameras, projectors, etc. In this case, it is difficult to detect the focal point with respect to irregularities in the area of the photosensitive surface of microns or less, and implementation is impossible.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

従来のカメラや映写機等に使用する焦点検出装
置としては、例えば特公昭32−8346号公報があ
る。この例に開示されている焦点を検出する装置
においては対物レンズを通過した光は運動するス
リツトの上に結像する。そして運動するスリツト
を通過した光は間歇的光となり光電装置に入射
し、その光電装置からの「光電流に含まれた周波
数の電流強度を自動的に変化させて比較すること
により、装置を最上に精密調整する測定電流を生
ぜしめる。」ことを特徴としている。この例の装
置の場合、感光面を光電装置までの光路学的に等
価である、別な位置に設定しなければならず、又
運動スリツト面に固定像を結ばせて焦合状態を検
出するためスリツト盤上の固定像の一定領域内で
スリツトを運動させることが必要となつている。
それ故にパターンジエネレーター装置におけるよ
うに感光面の部分部分にX−Y面で高速度に移動
しながら、感光面の凹凸に対して焦点を検出しつ
つ極めて多くのそれぞれ異なるパターンを焼付け
する事は不可能であり、又スリツト盤の大きさ及
び運動領域をミクロン単位又はそれ以下に製作
し、運動させる事は現実に全く不可能である。
An example of a focus detection device used in a conventional camera or projector is disclosed in Japanese Patent Publication No. 32-8346. In the focus detection device disclosed in this example, the light passing through the objective lens is imaged onto a moving slit. The light that passes through the moving slit becomes intermittent light and enters the photoelectric device. It is characterized by the fact that it generates a measurement current that is precisely adjusted. In the case of this example device, the photosensitive surface must be set at a different position that is equivalent to the optical path to the photoelectric device, and a fixed image is focused on the moving slit surface to detect the focusing state. Therefore, it is necessary to move the slit within a fixed area of the fixed image on the slit disk.
Therefore, as in a pattern generator device, it is possible to print a large number of different patterns on a portion of the photosensitive surface while moving at high speed in the X-Y plane and detecting the focal point with respect to the unevenness of the photosensitive surface. In addition, it is actually impossible to manufacture a slitting machine with a size and movement area of microns or smaller and to make it move.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明の目的は、ミクロン単位程度の凹凸を有
する感光面上に複雑なLSIの回路図を、ミクロン
単位以下の精度で焦点検出をしながら、次から次
へと逐次感光面上を移動しながら、焼付けること
を可能とする焦点検出装置を提供することであ
る。本発明の他の目的は数十万〜数百万以上の露
光シヨツト数からなる複雑かつ、ミクロン精度の
寸法のLSIの回路図を50回/秒以上の高速で露光
することを可能とする焦点検出装置を提供するこ
とである。
The purpose of the present invention is to draw a complex LSI circuit diagram on a photosensitive surface having irregularities on the order of microns while sequentially moving the circuit diagram on the photosensitive surface one after another while detecting the focus with accuracy on the order of microns or less. An object of the present invention is to provide a focus detection device that enables printing. Another object of the present invention is to provide a focal point that makes it possible to expose complex LSI circuit diagrams with micron-accurate dimensions, consisting of hundreds of thousands to millions of exposure shots, at a high speed of more than 50 times/second. An object of the present invention is to provide a detection device.

すなわち、本発明は、第1の波長の光で焦点を
検出し、これとは異なる波長の第2の波長の光で
焼付用パターンを縮小してミクロン単位の凹凸を
有する感光面に焼付け、このような焦点検出と焼
付けを繰り返えし行うパターン焼付装置の焦点検
出装置であつて、複数の線からなる縞状部分を有
する焦点検出用パターン、前記焦点検出用パター
ンを前記感光面に縮小して結像させる縮写レン
ズ、前記感光面で反射した映像を検出する測定素
子、及び前記焦点検出用パターンの映像の明暗の
境界が前記測定素子の面上をよぎるようにする機
構から少なくともなり、前記第1の波長の光で前
記測定素子で検出した測定信号により光量変化を
検出して前記感光面における合焦状態を検出する
ことを特徴とするパターン焼付装置用焦点検出装
置である。
That is, the present invention detects a focal point using light of a first wavelength, reduces a printing pattern using light of a second wavelength different from this, and prints the pattern on a photosensitive surface having unevenness in microns. A focus detection device for a pattern printing device that repeatedly performs focus detection and printing, the focus detection pattern having a striped portion consisting of a plurality of lines, the focus detection pattern being reduced to the photosensitive surface. comprising at least a reduction lens that forms an image with the photosensitive surface, a measuring element that detects the image reflected on the photosensitive surface, and a mechanism that causes the boundary between brightness and darkness of the image of the focus detection pattern to cross over the surface of the measuring element; A focus detection device for a pattern printing apparatus is characterized in that a focus state on the photosensitive surface is detected by detecting a change in light amount based on a measurement signal detected by the measurement element using light of a first wavelength.

以下図面を参照して本発明を詳細に説明する。
第1図は本発明の焦点検出装置を応用した超精密
パターンジエネレーター装置の一実施例を示す部
分図である。
The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a partial diagram showing an embodiment of an ultra-precision pattern generator device to which the focus detection device of the present invention is applied.

第1図の焦点検出用の光源1を別に設けて使用
し、第一のハーフミラー4、及び第二のハーフミ
ラー7を有している場合である。
This is a case where the light source 1 for focus detection shown in FIG. 1 is separately provided and used, and has a first half mirror 4 and a second half mirror 7.

焦点検出用の光源1には白色灯及び水銀灯、発
光ダイオード等を用いる。光源1より発した光は
フイルター2を通過し、感光面9の感光領域外の
第1の波長の光になる。この第1の波長の光は焦
点検出用パターン3を通過し、そのパターンを投
影して、第一のハーフミラー4に入射し、90゜反
射、屈折して第二のハーフミラー7を透過して縮
写レンズ8を通り、感光面9に縮小して結像す
る。その一部の光は感光面9で反射して再び縮写
レンズ8を通り、第二のハーフミラー7により
90゜反射、屈折され、集光レンズ6により入射光
は集光される。この場合、集光レンズ6を使用し
ない場合第二のハーフミラー7より測定素子まで
の距離が長くなる。集光された投影パターンは、
測定素子5に入射して焦点を検出するものであ
る。焦点検出後は、第1の波長とは異なる波長
の、感光面9の感光領域内の第2の波長の光で焼
付け用パターンを感光面に焼付け、次の感光面内
の場所の焦点検出を第1の波長の光で行う。
A white lamp, a mercury lamp, a light emitting diode, etc. are used as the light source 1 for focus detection. The light emitted from the light source 1 passes through the filter 2 and becomes light of a first wavelength outside the photosensitive area of the photosensitive surface 9. This first wavelength light passes through the focus detection pattern 3, projects the pattern, enters the first half mirror 4, is reflected and refracted by 90 degrees, and is transmitted through the second half mirror 7. The image passes through a reduction lens 8 and is reduced to form an image on a photosensitive surface 9. A part of the light is reflected by the photosensitive surface 9, passes through the reduction lens 8 again, and is passed through the second half mirror 7.
The incident light is reflected and refracted at 90 degrees, and is condensed by a condenser lens 6. In this case, if the condenser lens 6 is not used, the distance to the measuring element will be longer than the second half mirror 7. The focused projection pattern is
The beam enters the measuring element 5 and detects the focal point. After focus detection, a printing pattern is printed on the photosensitive surface using light of a second wavelength, which is different from the first wavelength, within the photosensitive area of the photosensitive surface 9, and focus detection at the next location within the photosensitive surface is performed. This is done using light of the first wavelength.

第1図における焦点検出用の光源1及びフイル
ター2、焦点検出用パターン3は、その各々の目
的を得ることが出来るものであれば、兼ねること
も出来る。例えば発光ダイオード等を使用すれ
ば、焦点合わせ用の光波の発光波長に感光材に感
光しにくい波長を使用し、更に発光パターンその
ものを焦点検出用パターン3として使用すれば、
フイルター2及び焦点検出用パターン3は不必要
となる。
The focus detection light source 1, filter 2, and focus detection pattern 3 shown in FIG. 1 can also serve as the same, as long as their respective purposes can be achieved. For example, if a light emitting diode or the like is used, a wavelength that is difficult to be sensitive to the photosensitive material is used as the emission wavelength of the light wave for focusing, and if the emission pattern itself is used as the focus detection pattern 3,
The filter 2 and the focus detection pattern 3 become unnecessary.

又、例えばハーフミラーの位置を中心だけにす
る等、ハーフミラーのある場所を調節すること
は、レンズに入る焼付光線の通る場所と焦点合わ
せ用光線が通る場所の異なるとき、焼付光線をフ
イルターを入れないでも避けることができ焦点合
わせの精度が下がらない。
In addition, adjusting the location of the half mirror, such as placing the half mirror only in the center, can cause the burning rays to pass through the filter when the location where the burning rays entering the lens pass and the location where the focusing rays pass through are different. Even if you don't put it in, you can avoid it and the accuracy of focusing will not decrease.

測定素子5における焦点検出は、第2図aに1
例を示すごとく受光素子10と投影されたパター
ン11が、相対的にパターンの映像の明暗の境界
をよぎるごとくさせることにより、焦点がずれて
いればaに示す如く明暗の勾配がゆるく、焦点が
合つてくればbに示す如く勾配は急になつてく
る。従つてぼけの勾配、即ち微分値を検出するこ
とによつて、焦点の程度を検出することができ
る。すなわち、測定素子5に投影されるパターン
の明暗の境界が焦点位置に近づくに従い鮮明にな
る為、この明暗の境界をよぎるように構成されて
いる測定素子で検出される光量の変化速度は増加
し、焦点位置にて極大となる。
Focus detection in the measuring element 5 is shown in Figure 2a.
As shown in the example, by making the light-receiving element 10 and the projected pattern 11 cross the boundary between brightness and darkness of the image of the pattern, if the focus is off, the gradient of brightness will be gentle as shown in a, and the focus will be As the slopes come together, the slope becomes steeper as shown in b. Therefore, by detecting the gradient of blur, that is, the differential value, the degree of focus can be detected. In other words, since the boundary between light and dark of the pattern projected onto the measuring element 5 becomes clearer as it approaches the focal position, the rate of change in the amount of light detected by the measuring element configured to cross this boundary between bright and dark increases. , reaches its maximum at the focal point.

検出用パターンとしては、第2図bに示す如く
検出感度を上げるために縞状であり、又荒い焦点
合わせと精密な焦点を検出するためにごばんの目
のようなパターンでもよい。第2図cに示す如
く、荒い焦点検出の方は間隔が広く精密な焦点検
出をする方は間隔の狭いような検出用パターン
を、各々図に示す矢印方向に方向を変えて振らせ
ることにより、荒い焦点検出と精密な焦点の検出
をしてもよい。又、第2図dに示すようなパター
ンを配置し矢印方向に振動させることにより、振
動方向を変えずに荒い焦点検出と精密な焦点検出
ができる。例えば縮写レンズ8に明かるさF=
1.2、焦点距離28.6mm、縮写倍率1/25のレンズを
用いて1600本/mmの解像力で縮写したとする。
The detection pattern may be a striped pattern to increase the detection sensitivity as shown in FIG. 2b, or a square-like pattern to detect rough focusing and precise focusing. As shown in Fig. 2c, rough focus detection is performed by wide spacing, and precise focus detection is performed by swinging the detection patterns with narrow spacing by changing the direction in the direction of the arrow shown in the figure. , coarse focus detection and fine focus detection may be performed. Further, by arranging a pattern as shown in FIG. 2d and vibrating in the direction of the arrow, rough focus detection and precise focus detection can be performed without changing the vibration direction. For example, the brightness on the reduction lens 8 is F=
1.2, a focal length of 28.6 mm, and a reduction magnification of 1/25 using a lens with a resolution of 1600 lines/mm.

この場合焦点深度は0.5μとなる。 In this case, the depth of focus is 0.5μ.

例えば、感光面を焦点より0.5μずらしたとき第
1図の場合には、焦点合わせ用パターンの測定素
子面でのぼけは感光面9のぼけが縮写レンズ8で
拡大されて約10μとなる。従つて10μ以内に合わ
せれば、感光面9は縮写レンズ8の焦点深度以内
に入る。
For example, in the case of FIG. 1 when the photosensitive surface is shifted by 0.5 μ from the focal point, the blur of the focusing pattern on the measuring element surface is about 10 μ since the blur on the photosensitive surface 9 is magnified by the reduction lens 8. Therefore, if the distance is within 10 μ, the photosensitive surface 9 will be within the depth of focus of the reduction lens 8.

さらに振る速度としては、感光面もしくは縮写
レンズを移動させる速度より速ければよい。
Further, the shaking speed may be faster than the speed at which the photosensitive surface or the reduction lens is moved.

以上により焼付けパターンを1/25に縮写して、
しかも1600本/mmの解像力で感光させることがで
きる。このパターンの組み合わせ及び振動方向に
ついて、すべてを述べることは不可能であり、ま
たここに示したパターンに限られるものではな
い。
By the above, the printing pattern is reduced to 1/25,
Moreover, it can be exposed with a resolution of 1600 lines/mm. It is impossible to describe all combinations of patterns and vibration directions, and the patterns are not limited to those shown here.

次に投影パターンの明暗の境界を測定素子が相
対的によぎる方法について述べると、電歪、磁
歪、あるいは電磁石等を使用して、投影パターン
が測定素子の受光面と平行方向に移動するように
構成すればよい。その為には、パターンを固定し
て測定素子を移動させてもよく、逆に測定素子を
固定してハーフミラーの移動回転等によりパター
ンを移動させてもよい。
Next, we will discuss how the measuring element relatively crosses the bright/dark boundary of the projected pattern. Electrostriction, magnetostriction, or electromagnets are used to move the projected pattern in a direction parallel to the light-receiving surface of the measuring element. Just configure it. For this purpose, the pattern may be fixed and the measuring element moved, or conversely, the measuring element may be fixed and the pattern moved by moving and rotating a half mirror or the like.

受光素子としては、ホトダイオード、ホトトラ
ンジスタ、ホトコン等光電変換素子により検出す
ることができる。このとき、多線条パターンなど
を使うと振動は正弦波的であるのが普通である
が、移動速度は刻々変化し、振れ切れているとき
一番おそいので、出力は中心で大きく両端で小さ
くなる。この誤差を避けるためには振動と同期し
た補正回路をつけるなどしてもよいが、最も簡単
なのは多線条の数を充分多くして、線条の境界が
ほゞ中心位置にきているようにしておいて、振巾
の最大値を検出するようにするのが最も容易であ
る。
As a light receiving element, a photoelectric conversion element such as a photodiode, a phototransistor, or a photoconverter can be used for detection. At this time, when a multi-line pattern is used, the vibration is usually sinusoidal, but the moving speed changes every moment, and it is slowest when it is oscillating, so the output is large at the center and small at both ends. Become. In order to avoid this error, it is possible to install a correction circuit synchronized with vibration, but the simplest method is to increase the number of multi-filaments sufficiently so that the border of the wires is almost at the center position. The easiest way is to set the amplitude to 1 and then detect the maximum value of the amplitude.

〔実施例〕〔Example〕

第3図a,bは本発明の焦点検出装置を応用し
た超精密パターンジエネレーター装置の一実施例
で、第3図aは焼付用光源13及び焼付用パター
ン15をそのまゝ焦点検出用の光源1及び焦点検
出用パターン3として使用した場合を示す。これ
は、通常LSIの回路パターンは多数の線よりなる
縞状パターンをその一部に含むので、その縞状パ
ターンをそのまま焦点検出用パターンとして使用
できるからである。直接焼付用光源13を用い
て、フイルター14と焼付用パターン15を通
り、焼付け用の光の波長とは異なる波長の焦点検
出用の光となりズームレンズ16を通りハーフミ
ラー17を透過して、縮写レンズ8より感光面9
の上面で結像し、反射して再び縮写レンズ8を通
過してハーフミラー17に入射し90゜反射屈折し
て、集光レンズ6により投影パターンは測素子5
に入射して焦点を検出するものである。
3a and 3b show an embodiment of an ultra-precision pattern generator device to which the focus detection device of the present invention is applied, and FIG. The case where the light source 1 and the focus detection pattern 3 are used is shown. This is because the circuit pattern of an LSI usually includes a striped pattern made up of a large number of lines, so the striped pattern can be used as it is as a pattern for focus detection. Using a direct printing light source 13, it passes through a filter 14 and a printing pattern 15, becomes a focus detection light with a wavelength different from the printing light wavelength, passes through a zoom lens 16, and is transmitted through a half mirror 17 to produce a reduced image. Photosensitive surface 9 from lens 8
The image is formed on the upper surface, reflected, passes through the reduction lens 8 again, enters the half mirror 17, is reflected and refracted by 90 degrees, and the projected pattern is transferred to the measuring element 5 by the condensing lens 6.
The focus is detected by entering the beam into the beam.

この第3図aの方法は焦点検出用の光源1及び
焦点検出用パターン3は特に設けないで、焼付用
光源10、焼付用パターン15をそのまま用いる
ことが出来る。そして焼付の場合は当然フイルタ
ー14は取り除かれ焼付け用の波長の光になり露
光される。なお図中18はコンデンサーレンズ、
19はバリアブルアパーチヤー、20はフイルタ
ーを示している。
In the method shown in FIG. 3A, the light source 1 for focus detection and the pattern 3 for focus detection are not particularly provided, and the light source 10 for printing and the pattern 15 for printing can be used as they are. In the case of printing, the filter 14 is naturally removed and the light of the printing wavelength is exposed. In addition, 18 in the figure is a condenser lens,
19 indicates a variable aperture, and 20 indicates a filter.

又、第3図bは焦点検出装置を焼付用光軸内に
組み込んだ場合である。
Further, FIG. 3b shows a case where the focus detection device is incorporated within the optical axis for printing.

第3図aと同様に直接焼付用光源13よりフイ
ルター14、焼付用パターン15を通して、ズー
ムレンズ16を通り縮写レンズ8に入射し感光面
9の上面に結像する。そして反射して再び縮写レ
ンズ8を通り集光レンズ22により投影パターン
は集光され、測定素子21に入射して焦点が検出
されるものである。
Similarly to FIG. 3A, the light is directly emitted from the printing light source 13, passes through the filter 14, the printing pattern 15, the zoom lens 16, and enters the reduction lens 8, where it forms an image on the upper surface of the photosensitive surface 9. The projected pattern is then reflected, passes through the reduction lens 8 again, is condensed by the condenser lens 22, and enters the measurement element 21, where the focal point is detected.

又、二点鎖線の如く、集光レンズ6、測定素子
5をズームレンズ16の前に入れ、ハーフミラー
17にて反射投影パターンを測定素子5に入射さ
せ焦点を検出してもよい。もしくは集光レンズ
6,22、及び測定素子5,21を焼付用光源1
3の近くに設け検出してもよい。この方式はズー
ム比などを変えた時の焦点ズレまで補正される利
点がある。これ以外の方式の時はズームレンズ1
6の起こす焦点ズレを予め見込んでどこかで補正
しておくことが有効である。
Alternatively, as shown by the two-dot chain line, the condenser lens 6 and the measuring element 5 may be placed in front of the zoom lens 16, and the reflected projection pattern may be incident on the measuring element 5 using the half mirror 17 to detect the focal point. Alternatively, the condenser lenses 6, 22 and the measuring elements 5, 21 can be used as the printing light source 1.
It may be provided near 3 for detection. This method has the advantage of correcting focal shifts when changing the zoom ratio, etc. For other methods, zoom lens 1
It is effective to anticipate in advance the focus shift caused by No. 6 and correct it somewhere.

以上幾つかの焦点検出装置について説明したが
感光面9からの反射光(高解像力乾板及びフオト
レジスト等の感光領域外の波長光)を用いて投影
されたパターンの明暗の境界が測定素子を相対的
によぎるごとくさせ、そのボケの微分値を読むこ
とにより焦点が合つているかどうか、その程度の
検出を行なえば良く、本発明は以上の説明に限ら
れるものではない。
As described above, several focus detection devices are used. The present invention is not limited to the above description, but it is sufficient to detect whether or not the focus is in focus by making the blur appear to be moving and reading the differential value of the blur.

又、ズームレンズの起こす焦点ズレと同様に、
焦点検出用の光波長と焼付用の光波長の違いによ
る焦点距離の差は、予め焦点検出用パターン3も
しくは測定素子5,21の位置を補正しておくこ
とにより除かれる。又ここに使用されるハーフミ
ラーは、誘電体多層蒸着膜等により、焼付用の光
波長には100%透過し、焦点検出用の光波長に対
してはハーフミラーにしておくことも出来る。更
にこの装置では測定素子5,21からの焦点検出
結果をもとにして、自動的に感光面9、縮写レン
ズ8等を移動させ自動焦点合わせを行なうことが
出来ることはいうまでもない。
Also, similar to the focus shift caused by a zoom lens,
The difference in focal length due to the difference between the wavelength of the light for focus detection and the wavelength of the light for printing can be eliminated by correcting the positions of the focus detection pattern 3 or the measuring elements 5 and 21 in advance. Further, the half mirror used here can transmit 100% of the light wavelength for printing by using a dielectric multilayer vapor deposition film, etc., and can be made into a half mirror for the light wavelength for focus detection. Furthermore, it goes without saying that this apparatus can automatically move the photosensitive surface 9, the reduction lens 8, etc. and perform automatic focusing based on the focus detection results from the measuring elements 5 and 21.

第4図は第1図で説明した本発明の焦点検出装
置を組み込んだ超精密パターンジエネレーター装
置の一実施例である。
FIG. 4 shows an embodiment of an ultra-precision pattern generator device incorporating the focus detection device of the present invention explained in FIG.

焼付用光源13から発せられた光は先ずh線用
干渉フイルター(404.7mμ)等のフイルター2
0を通過する。此のフイルター20はh線
(404.7mμ)e線(546.1mμ)g線(435.8mμ)
用のコーテイングを施こしたズームレンズ16、
縮写レンズ8にh、e、g線等のフイルターを使
用することにより、解像力を高めるものである。
尚h線を使用することによつてフオトレジストを
塗布したSiウエハー等に直接焼付することも出来
る。
The light emitted from the printing light source 13 first passes through a filter 2 such as an H-ray interference filter (404.7 mμ).
Pass through 0. This filter 20 has h-line (404.7mμ), e-line (546.1mμ), and g-line (435.8mμ).
A zoom lens 16 with a coating for
By using filters for H, E, and G lines in the reduction lens 8, the resolution is increased.
By using H-rays, it is also possible to directly bake onto a Si wafer or the like coated with photoresist.

フイルター20を通過した光は、404.7mμの
波長の光になり焼付用パターン15を投影して、
ズームレンズ16に入射する。焼付用パターンと
してバリアブルアパーチヤー19或いはマスター
ライブラリーにより作られたスリツト、スポツト
等を用いることも出来る。ズームレンズ16に入
射投影されたパターンは、ズーム比で可変縮少さ
れ一旦結像し、その後拡散光となり進む。この拡
散光の一部が縮写レンズ8の入射瞳に入射して、
第2結像部におかれた感光面9、例えば高解像力
乾板、及びフオトレジストの塗布されたSi等の投
影パターンを縮写焼付するものであり、その焦点
検出は第1図で説明した様に焦点検出用の光源1
を別に設け、焦点検出用パターン3、フイルター
2を通して第一のハーフミラー4及び第二のハー
フミラー7を透過し、縮写レンズ8により、感光
面9に投影パターンを入射し、反射した光を縮写
レンズ8を通して第二のハーフミラー7により反
射、屈折させ、集光レンズ6により測定素子5に
焦点検出用パターン3の像を結ばせ焦点を検出す
るものである。
The light that has passed through the filter 20 becomes light with a wavelength of 404.7 mμ and projects the printing pattern 15.
The light enters the zoom lens 16. It is also possible to use slits, spots, etc. created by the variable aperture 19 or the master library as the printing pattern. The pattern projected onto the zoom lens 16 is variably reduced by the zoom ratio, is once formed into an image, and then becomes diffused light. A part of this diffused light enters the entrance pupil of the reduction lens 8,
The photosensitive surface 9 placed in the second imaging section, for example, a high-resolution dry plate, and a projection pattern of Si coated with photoresist, are printed in a reduced size, and the focus detection is performed as explained in Fig. 1. Light source 1 for focus detection
The light is transmitted through the focus detection pattern 3, the filter 2, the first half mirror 4, and the second half mirror 7, and the projection pattern is incident on the photosensitive surface 9 by the reduction lens 8, and the reflected light is reduced. It is reflected and refracted by the second half mirror 7 through the lens 8, and the image of the focus detection pattern 3 is focused on the measurement element 5 by the condenser lens 6 to detect the focus.

焼付けは、例えば感光面9を原図(例えば、焼
付パターン、バリアブルアパーチヤー、マスター
レテイクル、サーキツトライブラリー等)に対し
て相対的に振らせておくことにより、感光面9が
正しい焦点にくれば、焦点検出用受光素子5の出
力は最大値を示す。このような点を中心として相
対的に感光面9を振動するように合わせておけ
ば、振動が停止したときに焦点にあつていること
になるから焦点合わせは容易にできる。そして、
この最大値の時に、感光面9を振らせたまま短時
間焼付用光源のXeのフラツシユを働らかせるか、
又はシヤツターを動作させることによりパターン
を焼付けることもできる。又、フラツシユさせる
位置に少なくとも近づいたとき、感光面9の振動
を停止するよう、もしくは少なくとも問題がなく
なる位に減衰したとき同期させ、フラツシユさせ
たり、シヤツターを動作させてもよい。
During printing, for example, the photosensitive surface 9 is brought into the correct focus by swinging the photosensitive surface 9 relative to the original image (e.g., printing pattern, variable aperture, master reticle, circuit library, etc.). For example, the output of the focus detection light receiving element 5 shows the maximum value. If the photosensitive surface 9 is set so as to vibrate relatively around such a point, it will be in focus when the vibration stops, making focusing easy. and,
When the maximum value is reached, the Xe flash of the light source for short-time printing is activated while the photosensitive surface 9 is shaken, or
Alternatively, the pattern can be printed by operating the shutter. Further, when the vibration of the photosensitive surface 9 is at least approached to the flashing position, the vibration of the photosensitive surface 9 may be stopped, or at least when the vibration has been damped to such an extent that there is no problem, the vibration may be synchronized and the flashing may be performed or the shutter may be operated.

また、感光面9を振動させる代りにレンズ系の
一部を焦点の位置をずらすべく、光源や検出装置
の方が光の進行方向に振動させるべくしても、丁
度焦点の合つたところがあれば最大振巾になるか
ら、同じようにして焦点が合つていることを検知
することができる。前述したように、パターンジ
エネレーターにおいては感光面を移動させなが
ら、感光面の所定の部分部分にミクロン単位又は
それ以下の寸法、面積をもつ図形を焼付けること
が要求されるので、感光面の光の進行方向(光
軸)に垂直なX−Y平面上で、ミクロン単位以下
の超精密な精度で移動する必要があり、感光面を
振動させる代りに、光学系の方を振動させた方が
装置の構成は簡単になる。
Furthermore, even if the light source or detection device were to vibrate in the direction in which the light travels in order to shift the focus position of a part of the lens system instead of vibrating the photosensitive surface 9, if there is a spot that is exactly in focus, Since it has the maximum amplitude, you can detect that it is in focus in the same way. As mentioned above, in a pattern generator, it is necessary to move the photosensitive surface and print a figure with a size and area of microns or less on a predetermined portion of the photosensitive surface. It is necessary to move the light with ultra-precise precision of less than a micron on the X-Y plane perpendicular to the traveling direction (optical axis) of the light, and instead of vibrating the photosensitive surface, the optical system is vibrated. The configuration of the device becomes simpler.

本発明を応用したパターンジエネレーターで
は、12μの乾板の凹凸に対し、フラツシユ時間
10μsecのXeランプを使用して、自動的に焦点を
0.05μ以内におさえ、50回/sec以上の速度で感光
面の所定の部分部分に移動しながら焦点合わせ及
び焼付を繰返すことによつてLSIの複雑なパター
ンを描画することが可能である。
In the pattern generator to which the present invention is applied, the flash time is
Focus automatically using 10μsec Xe lamp
By keeping the focus within 0.05μ and repeating focusing and printing while moving to a predetermined portion of the photosensitive surface at a speed of 50 times/sec or more, it is possible to draw a complex pattern of LSI.

感光面9からの反射した光を使用すれば、感光
面9の状態、例えば酸化膜パターン及び感光材パ
ターン等の既存するパターンから、感光面9の現
在位置を検出することもできる。つまり、酸化膜
から反射する光のスペクトルや単一波長について
の強さは、シリコンから反射するものと異なるか
ら、反射光のスペクトルや強さを測ることによつ
て、酸化膜とシリコンの境界が検知できる。従つ
て、既存するパターンと次に焼付けるパターンの
位置合わせと焦点検出を同時に行なうこともでき
る。
By using the light reflected from the photosensitive surface 9, the current position of the photosensitive surface 9 can also be detected from the state of the photosensitive surface 9, for example, existing patterns such as an oxide film pattern and a photosensitive material pattern. In other words, the spectrum and intensity of the light reflected from the oxide film are different from those reflected from silicon, so by measuring the spectrum and intensity of the reflected light, it is possible to determine the boundary between the oxide film and the silicon. Can be detected. Therefore, alignment and focus detection of the existing pattern and the pattern to be printed next can be performed simultaneously.

以上本発明について超精密パターンジエネレー
ター装置に組み込んだ場合について説明したが、
本発明はパターンジエネレーター装置に用いるの
みでなく、ステツパー(逐次移動式縮小露光装
置)、DSW(直接描画装置)等の他の半導体露光
(焼付)機器の焦点検出にも用いられることはい
うまでもない。
The present invention has been described above regarding the case where it is incorporated into an ultra-precision pattern generator device.
It goes without saying that the present invention can be used not only for pattern generator devices, but also for focus detection in other semiconductor exposure (printing) devices such as steppers (successive reduction exposure devices) and DSWs (direct writing devices). Not even.

今迄の説明によつて本発明の主旨は明確になつ
たと思うが、細かい応用については到底詳述する
ことは不可能であるので、本発明の思想を損わな
い限りにおいて適宜応用可能なことはいうまでも
ない。
I believe that the gist of the present invention has been made clear through the explanations so far, but it is impossible to describe detailed applications at all, so it is possible to apply them as appropriate as long as the idea of the present invention is not impaired. Needless to say.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明した様に本発明の焦点検出装置は常に
焦点を正確に、且つ迅速に検出でき又焦点の検出
に露光用の光とは波長の異なる光を用いたことに
より感光材等を感光させることもなく、かつ歪、
傷などを付ける心配がなく、レンズの焦点深度が
いかなるものでも焦点検出が容易である。
As explained above, the focus detection device of the present invention can always accurately and quickly detect the focus, and can sensitize the photosensitive material etc. by using light with a wavelength different from that of the exposure light to detect the focus. without any distortion,
There is no need to worry about scratches, etc., and focus detection is easy regardless of the depth of focus of the lens.

また、本発明によれば、焦点検出と露光が極め
て短時間で出来るので、数十万〜数百万以上の露
光シヨツト数から成るLSIの回路パターンが極め
て短時間で露光描画できる。本発明によれば、焦
点検出と焦点調整が極めて高精度に出来るので、
マスク乾板に12μm程度の凹凸があつても、高精
度なLSIの回路パターンが描画できるので、マス
ク乾板の製造工程も安価になり、工業的価値は高
い。本発明によれば、露光面での凹凸は問題とな
らないので、3次元構造のLSIの半導体表面にお
ける複雑な凹凸面に対するDSW(マスクを使わな
い直接描画)も極めて容易に出来る。
Further, according to the present invention, since focus detection and exposure can be performed in an extremely short time, an LSI circuit pattern consisting of several hundred thousand to several million exposure shots or more can be exposed and drawn in an extremely short time. According to the present invention, focus detection and focus adjustment can be performed with extremely high precision.
Even if the mask dry plate has irregularities of about 12 μm, highly accurate LSI circuit patterns can be drawn, making the mask dry plate manufacturing process cheaper and of high industrial value. According to the present invention, since unevenness on the exposure surface is not a problem, it is extremely easy to perform DSW (direct writing without using a mask) on a complex uneven surface on the semiconductor surface of a three-dimensionally structured LSI.

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

第1図及び第3図a,bは本発明の焦点検出装
置の一実施例の部分図、第2図a乃至dは測定素
子における焦点検出の一例を示す図、第4図は第
1図で説明した本発明の焦点検出装置を組み込ん
だ超精密パターンジエネレーター装置の一実施例
を夫々示している。 1……光源、2,14,20……フイルター、
3……焦点検出用パターン、4……第一のハーフ
ミラー、5,21……測定素子、6,22……集
光レンズ、7……第二のハーフミラー、8……縮
写レンズ、9……感光面、10……受光素子、1
1……パターン、13……焼付用光源、15……
焼付用パターン、16……ズームレンズ、17…
…ハーフミラー、18……コンデンサーレンズ、
19……バリアブルアパーチヤー。
FIGS. 1 and 3 a and 3 b are partial views of an embodiment of the focus detection device of the present invention, FIGS. 2 a to d are views showing an example of focus detection in a measuring element, and FIG. 1A and 1B each show an embodiment of an ultra-precision pattern generator device incorporating the focus detection device of the present invention described in . 1...Light source, 2,14,20...Filter,
3... Focus detection pattern, 4... First half mirror, 5, 21... Measuring element, 6, 22... Condensing lens, 7... Second half mirror, 8... Reduction lens, 9 ...Photosensitive surface, 10... Light receiving element, 1
1...Pattern, 13...Light source for printing, 15...
Printing pattern, 16...Zoom lens, 17...
...Half mirror, 18...Condenser lens,
19...Variable aperture.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 第1の波長の光で焦点を検出し、これとは異
なる波長の第2の波長の光で焼付用パターンを縮
小してミクロン単位の凹凸を有する感光面に焼付
け、このような焦点検出と焼付けを繰り返えし行
うパターン焼付装置の焦点検出装置であつて、複
数の線からなる縞状部分を有する焦点検出用パタ
ーン、前記焦点検出用パターンを前記感光面に縮
小して結像させる縮写レンズ、前記感光面で反射
した映像を検出する測定素子、及び前記焦点検出
用パターンの映像の明暗の境界が前記測定素子の
面上をよぎるようにする機構から少なくともな
り、前記第1の波長の光で前記測定素子で検出し
た測定信号により光量変化を検出して前記感光面
における合焦状態を検出することを特徴とするパ
ターン焼付装置用焦点検出装置。
1. The focus is detected using light of a first wavelength, and the printing pattern is reduced and printed using light of a second wavelength, which is a different wavelength, onto a photosensitive surface having unevenness in microns. A focus detection device for a pattern printing device that repeatedly performs printing, wherein a focus detection pattern has a striped portion made up of a plurality of lines, and a reduction image is formed by reducing the focus detection pattern on the photosensitive surface. It comprises at least a lens, a measuring element for detecting the image reflected on the photosensitive surface, and a mechanism for making the boundary between brightness and darkness of the image of the focus detection pattern cross over the surface of the measuring element, and A focus detection device for a pattern printing apparatus, characterized in that a focus state on the photosensitive surface is detected by detecting a change in light amount using a measurement signal detected by the measurement element.
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