JPH03231420A - Projection optical device - Google Patents

Projection optical device

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Publication number
JPH03231420A
JPH03231420A JP2026935A JP2693590A JPH03231420A JP H03231420 A JPH03231420 A JP H03231420A JP 2026935 A JP2026935 A JP 2026935A JP 2693590 A JP2693590 A JP 2693590A JP H03231420 A JPH03231420 A JP H03231420A
Authority
JP
Japan
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mask
projection optical
optical system
light
wafer
Prior art date
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Pending
Application number
JP2026935A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tetsuo Taniguchi
哲夫 谷口
Kazuaki Suzuki
一明 鈴木
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Filing date
Publication date
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Priority to JP2026935A priority Critical patent/JPH03231420A/en
Publication of JPH03231420A publication Critical patent/JPH03231420A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To enable an optimum image surface to be detected simply and readily by receiving light which is reflected from a light-sensitive substrate, etc., and is returned through a projection optical system and a mask with a photometric element at a required conjugated position and then by detecting an average focusing surface position. CONSTITUTION:Rays from a pupil EP of a projecting optical system 10 of an illumination distribution unification means 2 and from a secondary light source on an irradiation surface at a conjugate position enable a substrate 11 to be irradiated through a reticle blind 5 in conjugate relation, a pattern surface of a mask 9, the mask 9, and a projection optical system 10. Then, a reflected light from a wafer 11 reverses the same light path and then enters the pupil EP and a photometric element 15 at a conjugate position. In this case, when the wafer 11 is located at a focusing position of the optical system 10 and the wafer 11 and the mask 9 are in a conjugate relationship, reflected light image is formed again at a pattern of the mask 9 and all reflection lights pass through the mask 9. Thus, by controlling a stage 12 through a focus controller 16 so that the amount of light entering an element 15 reaches the maximum, an average optimum image surface including curve and slant can be detected simply and readily in first attempt without pattern printing, development, and photometry.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体集積回路等の製造に用いられる投影露
光装置に関するものであり、特に投影光学系の焦点位置
検出手段の改良に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a projection exposure apparatus used in the manufacture of semiconductor integrated circuits, etc., and particularly relates to an improvement in focal position detection means of a projection optical system. .

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来のこの種の装置の焦点位置検出手段としては、投影
光学系と感光基板の間隔を検出する所謂ギャップセンサ
ーがある。これは、例えば感光基板に投影光学系の光軸
に対し斜めから光線を入射し、その反射光の位置を検出
することによって間隔を検出する方法、又は、感光基板
に空気を吹き出し、その空気の圧力変化を検出すること
によって間隔を検出する方法等があった。しかしながら
、投影光学系の焦点位置は、大気圧、気温若しくは投影
光学系の温度、湿度の変化、或いは照明光による投影光
学系の温度上昇等で変化することが知られている。上述
のギャップセンサー単独ではそれらの要因に対処するこ
とができず、何らかの補正手段と併用して前記の変化に
対する補正をしながら使用していた。
As a conventional focus position detection means for this type of apparatus, there is a so-called gap sensor that detects the distance between the projection optical system and the photosensitive substrate. This can be done, for example, by entering a light beam onto the photosensitive substrate obliquely with respect to the optical axis of the projection optical system and detecting the distance by detecting the position of the reflected light, or by blowing air onto the photosensitive substrate to remove the air. There have been methods of detecting intervals by detecting pressure changes. However, it is known that the focal position of the projection optical system changes due to changes in atmospheric pressure, air temperature, the temperature of the projection optical system, humidity, or an increase in the temperature of the projection optical system due to illumination light. The above-mentioned gap sensor alone cannot deal with these factors, and has been used in combination with some kind of correction means to correct for the above-mentioned changes.

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

上記の如き従来の技術において、焦点位置変化の補正手
段は予め各変動原因に対する焦点位置の変化量を記憶し
ておき、変動原因について測定し、焦点位置を推定し補
正をかけるという方法が取られている。このため、予め
記憶している変動特性以外の原因による変化、例えば装
置の長期ドリフト等には対応できず、定期的にキャリブ
レーションを行わなければならないという問題点がある
In the above-mentioned conventional technology, the means for correcting changes in focus position stores in advance the amount of change in focus position for each cause of variation, measures the causes of variation, estimates the focus position, and applies correction. ing. Therefore, there is a problem in that it cannot cope with changes caused by causes other than the fluctuation characteristics stored in advance, such as long-term drift of the device, and requires periodic calibration.

また、通常、焦点位置は露光される像面の中心位置のみ
で計測されるのが一般的であり、焦点位置補正も中心位
置に対して行っている。これは、焦点位置の計測が感光
基板を光軸方向へ移動して最良像面を探すものであり、
逐次パターンを露光しながら像面内の多点で計測するの
は煩雑であるため中心位置の値で代表している。しかし
、実際には像面の湾曲があり、この湾曲も焦点位置同様
に各種原因により変化する。このため露光領域全体を考
えると、像面の中心位置のみでの焦点位置補正では周辺
部は焦点ずれが発生する可能性があるという問題点が生
じた。
Further, the focal position is generally measured only at the center position of the exposed image plane, and the focal position correction is also performed with respect to the center position. This is because the focal position is measured by moving the photosensitive substrate in the optical axis direction to find the best image surface.
Since it is complicated to measure at multiple points within the image plane while sequentially exposing patterns, the value at the center position is representative. However, in reality, there is a curvature of the field of view, and this curvature, like the focal position, changes due to various causes. Therefore, when considering the entire exposure area, there is a problem in that if the focus position is corrected only at the center position of the image plane, there is a possibility that defocus will occur in the peripheral area.

〔課題を解決する為の手段〕[Means to solve problems]

かかる問題点を解決するため本発明においては、所定の
パターンが形成されたマスク9を照明する光源lと、 該パターンの像を所定の結像状態で感光基板、若しくは
光反射性基板11に投影する投影光学系lOとを備えた
投影光学装置において、感光基板、若しくは光反射性基
板11から反射され、投影光学系10とマスク9とを介
して光源1側に戻ってくる反射光量を投影光学系10の
瞳とほぼ共役な位置で検出する測光素子15と、基板1
1とマスク9との間隔を相対変化させたときに得られる
測光素子15の測光出力に基づいて、投影光学系IOの
視野内の所定領域の平均的な焦点面の位置を検出する焦
点位置検8手段16とを備え、また、マスク9は投影光
学系10の解像限界付近の線幅のライン・アンド・スペ
ースを持つものであることとした。
In order to solve this problem, the present invention includes a light source l that illuminates a mask 9 on which a predetermined pattern is formed, and an image of the pattern that is projected onto a photosensitive substrate or a light reflective substrate 11 in a predetermined image formation state. In a projection optical device equipped with a projection optical system lO, the amount of reflected light reflected from the photosensitive substrate or light reflective substrate 11 and returned to the light source 1 side via the projection optical system 10 and the mask 9 is transmitted to the projection optical system. A photometric element 15 detecting at a position substantially conjugate with the pupil of the system 10, and a substrate 1
Focal position detection detects the average focal plane position of a predetermined area within the field of view of the projection optical system IO based on the photometric output of the photometric element 15 obtained when the distance between the mask 1 and the mask 9 is relatively changed. 8 means 16, and the mask 9 has lines and spaces with a line width near the resolution limit of the projection optical system 10.

〔作 用〕[For production]

本発明では、照明光の感光基板、若しくは光反射性基板
からの反射光を投影光学系とマスクを通して測定してい
る。また、この種の投影光学装置は、焦点ずれによる投
影倍率誤差を防ぐため、投影光学系の像側即ち感光基板
、若しくは光反射性基板側はテレセントリック光学系と
なっている。
In the present invention, reflected light of illumination light from a photosensitive substrate or a light reflective substrate is measured through a projection optical system and a mask. In addition, in this type of projection optical device, in order to prevent projection magnification errors due to defocus, the image side of the projection optical system, that is, the side of the photosensitive substrate or light reflective substrate is a telecentric optical system.

このため感光基板、若しくは光反射性基板とマスクが投
影光学系を介して共役な位置にあるとき、つまり感光基
板、若しくは光反射性基板が投影光学系の焦点位置にあ
るとき、第3図(alのように感光基板、若しくは光反
射性基板からの反射光はマスクのパターン上に再結像し
、反射光は全てマスクより上方(光源側)へ通過する。
Therefore, when the photosensitive substrate or the light reflective substrate and the mask are in a conjugate position via the projection optical system, that is, when the photosensitive substrate or the light reflective substrate is at the focal point of the projection optical system, as shown in FIG. Reflected light from a photosensitive substrate or a light reflective substrate such as Al is re-imaged on the pattern of the mask, and all of the reflected light passes above the mask (towards the light source).

一方、感光基板、若しくは光反射性基板とマスクとが共
役な位置にないとき、第31ffl(b)のように感光
基板、若しくは光反射性基板からの反射光はマスクのパ
ターン上で結像せず、一部の光線がマスクのパターンに
遮られてマスクより上方(光源側)へ通過しない。以上
の現象を利用することにより、反射光量が最大となる感
光基板の位置が焦点位置として検出できる。本方法は、
正に露光光線をそのまま使用しているため、正確な焦点
位置が得られ、従来のような補正ずれは発生しない。
On the other hand, when the photosensitive substrate or the light reflective substrate and the mask are not in a conjugate position, the reflected light from the photosensitive substrate or the light reflective substrate is not imaged on the pattern of the mask, as shown in 31st ffl(b). First, some light rays are blocked by the mask pattern and do not pass above the mask (towards the light source). By utilizing the above phenomenon, the position of the photosensitive substrate where the amount of reflected light is maximum can be detected as the focal position. This method is
Since the exposure light beam is used as it is, an accurate focal position can be obtained, and the correction deviation that occurs in the conventional method does not occur.

また、本発明では、反射光の受光部を投影光学系の瞳と
ほぼ共役な面に設置しており、露光領域全域からの反射
光を受けることができるため、像面の湾曲、傾斜等を含
めて最も平均的な像面が検出できる。
In addition, in the present invention, the light receiving section for reflected light is installed on a plane that is almost conjugate with the pupil of the projection optical system, and since it can receive reflected light from the entire exposure area, curvature, tilting, etc. of the image plane can be avoided. The most average image plane can be detected.

〔実 施 例〕〔Example〕

第1図は、本発明の第1の実施例による投影光学装置の
概略的な構成図である。光源lは水銀ランプ或いはレー
ザ光源等であり、光源lから発せられた光線はフライ・
アイ・レンズ等の照度分布均一化部2に照射される。照
度分布均一化部2の射出側に生じた2次光源は、半透過
鏡3を通過しレンズ系4を介してレチクル・ブラインド
5に照射される。レチクル・ブラインド5からの光束は
レンズ系6を介して反射鏡7に照射され、その反射光が
レンズ系8を介してマスク9を照射する。
FIG. 1 is a schematic diagram of a projection optical device according to a first embodiment of the present invention. The light source l is a mercury lamp, a laser light source, etc., and the light beam emitted from the light source l is a fly lamp.
The illuminance distribution uniforming unit 2 such as an eye lens is irradiated with the light. A secondary light source generated on the exit side of the illuminance distribution uniformizing section 2 passes through a semi-transmissive mirror 3 and is irradiated onto a reticle blind 5 via a lens system 4. The light flux from the reticle blind 5 is irradiated onto a reflecting mirror 7 via a lens system 6, and the reflected light is irradiated onto a mask 9 via a lens system 8.

マスク9からの光束は投影光学系lOを介して感光基板
としてのウェハ11に投影、露光される。
The light beam from the mask 9 is projected and exposed onto a wafer 11 as a photosensitive substrate via a projection optical system IO.

このとき、照度分布均一化手段2の射出面に生じる2次
光源は、レンズ系4. 6. 8によって投影光学系l
Oの瞳(射出)面(E p)と共役であり、又、レチク
ル・ブラインド5、マスク9のパターン面、感光基板1
1は夫々レンズ系6,8及び投影光学系10によって共
役な関係にある。
At this time, the secondary light source generated on the exit surface of the illuminance distribution uniformizing means 2 is the lens system 4. 6. Projection optical system l by 8
It is conjugate with the pupil (exit) plane (Ep) of
1 are in a conjugate relationship by the lens systems 6 and 8 and the projection optical system 10, respectively.

次に、本発明による焦点位置の検出方法を説明する。ウ
ェハ11からの反射光は、投影光学系IO及びマスク9
を介して半透過鏡3で反射され反射光センサー15で受
光する。反射光センサー15からの信号はフォーカスコ
ントローラ16へ送られる。フォーカスコントローラ1
6は、ステージ12を光軸方向へ駆動するモータ17に
信号を送りステージ12を光軸方向へ微動し、反射光セ
ンサー15の出力が最大となる位置を求める。このとき
、反射光センサー15の受光面が投影光学系10のほぼ
瞳共役な位置にあれば、ウェハ11の露光領域全体から
の反射光を受けることができる。このため、像面に湾曲
或いは傾斜がある場合には、上記の方法により誤差が最
小となる像面、つまり平均的な像面にウェハ11を設置
できる。
Next, a method for detecting a focal point position according to the present invention will be explained. The reflected light from the wafer 11 is transmitted to the projection optical system IO and the mask 9.
The light is reflected by the semi-transmissive mirror 3 and received by the reflected light sensor 15. A signal from the reflected light sensor 15 is sent to a focus controller 16. focus controller 1
6 sends a signal to the motor 17 that drives the stage 12 in the optical axis direction, moves the stage 12 slightly in the optical axis direction, and finds the position where the output of the reflected light sensor 15 is maximum. At this time, if the light-receiving surface of the reflected light sensor 15 is located at a position substantially conjugate to the pupil of the projection optical system 10, it can receive reflected light from the entire exposure area of the wafer 11. Therefore, if the image plane is curved or tilted, the above method allows the wafer 11 to be placed on the image plane where the error is minimized, that is, on the average image plane.

また、レチクル・ブラインド5はマスク9のパターン面
と共役な位置にあるためマスク上の一部のパターンのみ
を露光するとき露光光線を遮る働きをする。このレチク
ル・ブラインド5を使用してマスク9の周辺部のパター
ンのみを露光する場合でもウェハ11からの反射光はレ
チクル・ブラインド5で限定された露光領域のみから戻
って来るため露光領域での平均的な像面を検出できる。
Further, since the reticle blind 5 is located at a position conjugate with the pattern surface of the mask 9, it functions to block the exposure light beam when only a part of the pattern on the mask is exposed. Even when only the peripheral pattern of the mask 9 is exposed using this reticle blind 5, the reflected light from the wafer 11 returns only from the exposure area limited by the reticle blind 5, so the average in the exposure area image plane can be detected.

さらに、不図示ではあるが、ステージ12を光軸に垂直
な面から傾ける機能(ウェハレベリングステージ部)を
有する場合、反射光センサー15の出力が最大となる傾
きを求めることによりウェハ11の傾斜或いは像自身の
傾斜をキャンセルすることができ最良像面を得ることが
できる。また、ウェハ11からの反射光がマスク9のパ
ターンに遮られる現象を使っているためパターンのエツ
ジが多い所、つまりパターンが細かい所が敏感に測定さ
れる。このため、パターンの細かい部分とラフな部分が
混在しているマスクではパターンが細かい所を重視した
像面を検出できるという利点もある。しかしながら、上
記の方法は露光光線を使用しているため、焦点位置検出
中にもウニ/X11は露光されてしまう。このため、焦
点位置合わせの動作が露光時間の数分の一以下の時間で
終了すれば残りを最良像面で露光でき、実用できる。露
光時間は、光源1に水銀ランプのg線、i線を使用する
ものではせいぜい0.1〜0. 2秒程度のため、モー
タ17は高速にステージ12を上下して最良像面を探索
する必要がある。或いは高速に出し入れができるNDラ
フルターを光路中に入れ、最良像面探索中はウェハ11
への露光光を減光するなどの手段が考えられる。
Furthermore, although not shown, if the stage 12 has a function (wafer leveling stage section) that tilts the stage 12 from a plane perpendicular to the optical axis, the tilt of the wafer 11 or The tilt of the image itself can be canceled and the best image plane can be obtained. Further, since the phenomenon in which the reflected light from the wafer 11 is blocked by the pattern of the mask 9 is used, areas where the pattern has many edges, that is, areas where the pattern is fine, can be measured sensitively. For this reason, a mask with a mixture of fine parts and rough parts of the pattern has the advantage that it is possible to detect an image plane with emphasis on the fine parts of the pattern. However, since the above method uses exposure light, the sea urchin/X11 is exposed even during the detection of the focal position. Therefore, if the focus positioning operation is completed in a fraction of the exposure time or less, the remainder can be exposed at the best image plane, making it practical. The exposure time is at most 0.1 to 0.00 mm in the case where the light source 1 uses the g-line or i-line of a mercury lamp. Since the time is about 2 seconds, the motor 17 must move the stage 12 up and down at high speed to search for the best image plane. Alternatively, insert an ND Lafurter that can be taken in and out at high speed into the optical path, and place the wafer 11 while searching for the best image plane.
Possible means include reducing the exposure light.

しかし、上述の方法ではウェハ11の反射率が低い場合
には十分な信号が得られない。このため、投影光学系1
0とウェハ11を一定距離に保つ機構を用いて高反射面
18で焦点位置を測定し、その時測定した焦点位置にウ
ェハ11を合わせる方法が考えられる。以下その方法を
簡単に説明する。
However, with the above method, a sufficient signal cannot be obtained when the reflectance of the wafer 11 is low. For this reason, the projection optical system 1
A possible method is to measure the focal position using the highly reflective surface 18 using a mechanism that keeps the wafer 11 at a constant distance from the wafer 11, and to align the wafer 11 with the focal position measured at that time. The method will be briefly explained below.

新たなウェハ11がステージ12にロードされたとき、
ステージ12は高反射面18を投影光学系10の下に移
動する。ここで前述と同様の方法で反射光センサー15
を用いた焦点位置の検出を行うとともに投影光学系10
と高反射面18との距離を測定する。これは、従来より
のウェハ11と投影光学系IOとを一定の距離に保つ機
構、即ち投光器13.受光器14を用いて行う。投光器
13はLED等の光源、集光レンズから成り、高反射面
18に斜め上方から光線を入射する。受光器14はSP
D等の受光素子、集光レンズから成り、高反射面18か
らの反射光を受ける。高反射面18からの反射光は、高
反射面18の投影光学系10の光軸方向の位置によりシ
フトするので、そのシフト量より高反射面18の位置が
測定できる。
When a new wafer 11 is loaded onto the stage 12,
The stage 12 moves the highly reflective surface 18 below the projection optical system 10. Here, in the same manner as described above, the reflected light sensor 15 is
The focal position is detected using the projection optical system 10.
The distance between the high reflection surface 18 and the high reflection surface 18 is measured. This is a conventional mechanism for keeping the wafer 11 and the projection optical system IO at a constant distance, that is, the projector 13. This is done using the light receiver 14. The projector 13 includes a light source such as an LED and a condensing lens, and projects a light beam onto the highly reflective surface 18 obliquely from above. The light receiver 14 is SP
It consists of a light receiving element such as D and a condensing lens, and receives reflected light from the high reflection surface 18. Since the reflected light from the high reflection surface 18 is shifted depending on the position of the high reflection surface 18 in the optical axis direction of the projection optical system 10, the position of the high reflection surface 18 can be measured from the amount of shift.

この機構を用いて高反射面18で求めた焦点位置と同じ
位置にウェハ11が来るようにして実際の露光を行う。
Using this mechanism, actual exposure is performed so that the wafer 11 is positioned at the same position as the focal position determined by the high reflection surface 18.

即ち、反射光センサー15で最大となった高反射面18
の高さ位置を、投光器13゜受光器14で検出したとき
にベストフォーカス(最適ギャップ量)点として計測さ
れるように受光器14、又はフォーカスコントローラ1
6をキャリブレーションしておく。この方法によれば、
ウェハ1枚に付き1回反射光センサー15を用いた焦点
位置検出を行えばよく、スループットも向上する。また
、投影光学系10は露光光線を吸収して焦点位置が変動
することが知られているが、上述の様にウェハ1枚分同
じ焦点位置として露光しても変化分は小さく問題となら
ない。問題となる場合でも前回のデータより補間を行い
ウェハ11を露光中に徐々に補正していく方法が考えら
れる。投影光学系10とウェハ11を一定距離に保つ方
法として他にエアマイクロメータ等を使用するものがあ
るが、本実施例と同様に用いることができる。
That is, the highly reflective surface 18 that is the maximum in the reflected light sensor 15
The light receiver 14 or the focus controller 1 is set so that when the height position of
Calibrate 6. According to this method,
It is only necessary to detect the focal position using the reflection light sensor 15 once per wafer, and throughput is also improved. Furthermore, it is known that the projection optical system 10 absorbs the exposure light beam and the focal position varies, but even if one wafer is exposed at the same focal position as described above, the variation is small and does not pose a problem. Even in the case of a problem, a method can be considered in which interpolation is performed from the previous data and the correction is gradually made while the wafer 11 is being exposed. Another method for keeping the projection optical system 10 and the wafer 11 at a constant distance is to use an air micrometer, but this method can be used in the same manner as in this embodiment.

上述の方法は、反射光センサー15が投影光学系10の
瞳位置とほぼ共役な位置にある場合の例であったが、こ
の場合、平均的な像面は検出できるが湾曲の量若しくは
傾斜の量は分からない。このため、像面とほぼ共役な位
置に数個のセンサーを配置して像の中心部付近、或いは
周辺部と分けて各々の焦点位置を検出することも可能で
ある。
The above method is an example in which the reflected light sensor 15 is located at a position that is approximately conjugate with the pupil position of the projection optical system 10. In this case, although the average image plane can be detected, the amount of curvature or inclination cannot be detected. I don't know the amount. For this reason, it is also possible to arrange several sensors at positions substantially conjugate with the image plane and detect the respective focal positions near the center of the image or separately from the periphery.

この方法によれば湾曲等の大きさが分かるため、投影レ
ンズ10の露光光線の吸収等で湾曲が許容値より大きく
なった場合警告を発することができる。
According to this method, since the magnitude of the curvature, etc. can be known, a warning can be issued if the curvature becomes larger than an allowable value due to absorption of the exposure light beam by the projection lens 10, etc.

以上の方法は、実際に使用するマスクを用いて焦点位置
検出を行う例を示した。これは、原理的には可能である
が、パターンの少ないマスクの場合、ウェハが焦点位置
からずれても反射光量は微小にしか変化しないため、常
に使用できるとは限らない。しかしながら、専用マスク
を用意すると、従来ウェハIIをテスト露光して焦点位
置を求めていたのに比べ簡単に焦点位置を見つけること
ができるため、測定時のみ或いは調整時のみに使用して
も大きな利点がある。本発明の第2の実施例は、このよ
うな例の1つでステッパーの焦点位置補正機構の調整に
用いる例である。
The above method shows an example in which focus position detection is performed using a mask that is actually used. Although this is possible in principle, in the case of a mask with few patterns, the amount of reflected light changes only slightly even if the wafer deviates from the focal position, so it cannot always be used. However, if you prepare a dedicated mask, you can easily find the focal position compared to the conventional method of determining the focal position by test exposing the wafer II, so it is a big advantage even if you use it only for measurement or adjustment. There is. The second embodiment of the present invention is one such example and is an example used for adjusting a focus position correction mechanism of a stepper.

第2図は、本発明の第2の実施例による投影光学装置の
概略的な構成を示す図である。基本的な構成は第1図と
同様である。まず、焦点位置補正機構の説明を行う。焦
点位置は周囲の気温、湿度。
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a projection optical device according to a second embodiment of the present invention. The basic configuration is the same as that in FIG. First, the focal position correction mechanism will be explained. The focal point is the surrounding temperature and humidity.

気圧等の環境変化、露光光線の吸収によるレンズの温度
上昇及び長期ドリフト等によって変動する。
It fluctuates due to environmental changes such as atmospheric pressure, temperature rise of the lens due to absorption of exposure light, long-term drift, etc.

本実施例では、これらの要因を測定し、焦点位置変化を
予測し補正を行う方法を示す。環境変化に対しては環境
センサー19により気温、湿度、気圧等を測定し、予め
シミュレーション計算或いは実験により求めておいたテ
ーブル若しくは数式により平均的像面の変化を計算する
。露光光線の吸収に対しては投影レンズlOに入射する
光量をステージ12上に設置された光量センサー20で
予め求め、シャッター21を駆動するシャッター制御回
路22よりシャッター21の開閉の情報を得てフォーカ
スコントローラ16が像面の変化を計算する。この計算
は、予め露光光吸収による投影光学系10の焦点位置の
変化特性を求めておき、テーブル若しくは数式でこの特
性を記憶しておき行う。本発明による上記の変動特性の
求め方を以下に説明する。まず、予め光量センサー2o
で投影レンズIOに入射する露光光線の光量を測定する
。次に、その光量に対する焦点位置変化を測定する。十
分な時間シャッター21を閉じて焦点位置が十分安定し
た後、シャッター21を開ける。
This embodiment shows a method of measuring these factors, predicting changes in focal position, and correcting them. Regarding environmental changes, the environmental sensor 19 measures the temperature, humidity, atmospheric pressure, etc., and calculates the average image plane change using a table or formula determined in advance through simulation calculations or experiments. Regarding the absorption of exposure light, the amount of light incident on the projection lens IO is determined in advance by a light amount sensor 20 installed on the stage 12, and information on opening and closing of the shutter 21 is obtained from the shutter control circuit 22 that drives the shutter 21, and the focus is determined. A controller 16 calculates the changes in the image plane. This calculation is performed by determining in advance the change characteristic of the focal position of the projection optical system 10 due to exposure light absorption, and by storing this characteristic in a table or mathematical formula. The method of determining the above fluctuation characteristics according to the present invention will be explained below. First, the light amount sensor 2o
The amount of exposure light incident on the projection lens IO is measured. Next, the change in focal position relative to the amount of light is measured. After the shutter 21 is closed for a sufficient time and the focal position becomes sufficiently stable, the shutter 21 is opened.

この後、第1の実施例と同様に反射光センサー15の出
力が最大となるようにステージ12の位置をコントロー
ルし続ける。このとき、投影光学系IOは露光光を吸収
して焦点位置が徐々に変化していくが、時間の経過と上
記の要領でコントロールした場合のステージ12の位置
との関係より、像面湾曲の変化を含めた平均的な焦点位
置の変化特性が求まる。本方法では、焦点位置の変化の
みが分かればよいのでマスク9及びウェハ11は測定に
都合の良いものを選ぶことができる。まずマスク9であ
るが、パターン存在率(透過率)をXとし、ベストフォ
ーカスでの下地からの反射光量をα・Xとする。αは適
当な比例定数である。このとき、完全に焦点位置がずれ
た状態を考えると、マスク9での位置の反射光は全面に
均一な光量となって戻ってくる。このときの反射光セン
サー15への下地からの反射光量はα・x”x=α・X
2となる。ベストフォーカスと完全デフォーカスとの信
号の差が大きいほど焦点位置に対する分解能が高くなる
。よって、α(x−x2)が最大となるXを求めると、
x−=0.5 (50%)となる。
Thereafter, as in the first embodiment, the position of the stage 12 is continued to be controlled so that the output of the reflected light sensor 15 is maximized. At this time, the projection optical system IO absorbs the exposure light and the focal position gradually changes, but due to the passage of time and the relationship with the position of the stage 12 when controlled as described above, the curvature of field is The average change characteristics of the focal position including changes are determined. In this method, only the change in the focal position needs to be known, so that the mask 9 and wafer 11 can be selected to be convenient for the measurement. First, regarding the mask 9, let the pattern existence rate (transmittance) be X, and the amount of light reflected from the base at best focus be α·X. α is a suitable proportionality constant. At this time, considering a state in which the focal position is completely shifted, the reflected light at the position on the mask 9 returns as a uniform light amount over the entire surface. At this time, the amount of light reflected from the base to the reflected light sensor 15 is α・x”x=α・X
It becomes 2. The larger the difference between the signals between best focus and complete defocus, the higher the resolution of the focus position. Therefore, when finding the X that maximizes α(x-x2), we get
x-=0.5 (50%).

また、寸法形状は前述のように細かいほど分解能か高い
。しかし、投影光学系10の分解能以下ではもとから像
かボケてしまい分解能の良い信号が得られない。以上の
ことより、投影光学系10の解像限界付近のライン・ア
ンド・スペースのマスクが好ましいと言える。さらに、
投影光学系10の非点収差も考慮に入れると第4図の例
の様に直交するライン・アンド・スペース、市松模様若
しくは円周方向と放射方向のパターンを全面に描いたマ
スクが最適といえる。次に、ウェハ11であるがこれも
前述のように反射率が高いほど分解能が高くなるため、
例えばアルミ蒸着したフラットなウェハが望ましい。
Further, as mentioned above, the finer the size and shape, the higher the resolution. However, if the resolution is less than the resolution of the projection optical system 10, the image will be blurred and a signal with good resolution will not be obtained. From the above, it can be said that a line-and-space mask near the resolution limit of the projection optical system 10 is preferable. moreover,
If the astigmatism of the projection optical system 10 is also taken into account, a mask with orthogonal lines and spaces, a checkerboard pattern, or a pattern in the circumferential direction and radial direction drawn on the entire surface as shown in the example in FIG. 4 can be said to be optimal. . Next, regarding the wafer 11, as mentioned above, the higher the reflectance, the higher the resolution.
For example, a flat wafer coated with aluminum is desirable.

以上の方法によれば、従来のウェハに基準パターンを露
光し、ウェハ上に形成されたレジストパターンを観察、
計測することによって焦点位置を探す方法に比べ、時間
的に連続してデータ取りができるとともに、像面全体の
平均像面を簡単に得られ、露光したパターンを読み取る
時間が要らない等の利点がある。さらに、露光光吸収に
よる焦点位置変化は、ウェハllから反射される露光光
の吸収によっても生じ、ウェハ11の反射率も焦点位置
の変化量を決める要因となることが知られている。この
ため、前述のように変動特性を記憶しておいて焦点位置
補正を行う場合、ウェハ11の反射率をも知る必要があ
る。反射光センサー15は、このウェハ11の反射率を
計測するための反射率センサーとしても使用することが
可能である。また、第2の実施例は前述の露光光吸収に
よる焦点変動だけではなく、大気圧変化と焦点変化、温
度変化と焦点位置変化等の特性を調べるのにも用いるこ
とができる。この他に、実使用中に定期的に、例えば1
日1回程度、測定用のマスクをロードし、焦点位置のチ
エツクを行えば装置の長期ドリフトによる焦点位置変化
を較正して使うことができる。
According to the above method, a reference pattern is exposed on a conventional wafer, a resist pattern formed on the wafer is observed,
Compared to the method of finding the focal point position by measurement, this method has the advantages of being able to collect data continuously over time, easily obtaining the average image surface of the entire image surface, and not requiring time to read the exposed pattern. be. Furthermore, it is known that the change in focus position due to absorption of exposure light also occurs due to absorption of exposure light reflected from wafer 11, and that the reflectance of wafer 11 is also a factor that determines the amount of change in focus position. Therefore, when correcting the focal position while storing the fluctuation characteristics as described above, it is also necessary to know the reflectance of the wafer 11. The reflected light sensor 15 can also be used as a reflectance sensor for measuring the reflectance of the wafer 11. Further, the second embodiment can be used to investigate not only the focus variation due to the absorption of exposure light described above, but also characteristics such as atmospheric pressure change and focus change, temperature change and focus position change, etc. In addition, periodically during actual use, for example,
By loading a measurement mask and checking the focal position about once a day, it is possible to calibrate changes in focal position due to long-term drift of the device.

上述の実施例は、何れもマスク9とウェハ11との共役
関係を取るものであったが、第1の実施例の場合にはマ
スク9のパターンが少ないと高い分解能で検出できない
。また、第2の実施例の場合には特別な測定用マスクを
持たなければならないという欠点がある。このため、マ
スク9と共役な面、例えばレチクル・ブラインド5が設
置されている面に第4図のようなパターンを有する計測
用マスクを入れて前述と同様の原理でこの計測用マスク
とウェハ11との共役関係を取る方法も考えられる。こ
の計測用マスクは、光路中に出し入れが可能で測定時の
み光路中に入れて用いる。通常マスク9はロードしない
状態で用いるが、マスク9のパターンが少ない場合マス
ク9をロードしたままでもマスク9の透明部分を介して
計測用マスクを使用することが可能であり、この場合、
第1の実施例のようにウェハ1枚毎に高反射面18を利
用した焦点位置補正を行いながら露光することが可能で
ある。しかし、マスク9の共役点に計測用マスクを入れ
る方法は常にマスク9と共役に保たなければならないが
、装置の微妙な温度変化、気圧の変化で共役がずれる可
能性がある。このため、できるだけ共役ずれが起きない
構成とし、さらに、マスク9との共役取りのキャリブレ
ーションを行う必要がある。例えば、全面パターンの反
射の多いマスク9を用いて、前述のマスク9とウェハ1
1との共役取りをしたのと同様の方法で、反射光センサ
ー15の出力が最大となるように共役位置(レチクル・
ブラインド位置)の計測用マスクを光軸方向に動かす方
法が考えられる。
In all of the embodiments described above, the mask 9 and the wafer 11 have a conjugate relationship, but in the case of the first embodiment, if the pattern of the mask 9 is small, it cannot be detected with high resolution. Furthermore, the second embodiment has the disadvantage that it requires a special measurement mask. For this purpose, a measurement mask having a pattern as shown in FIG. 4 is placed on a surface conjugate to the mask 9, for example, the surface on which the reticle blind 5 is installed, and the measurement mask and wafer 11 are connected using the same principle as described above. Another possibility is to take a conjugate relationship with . This measurement mask can be inserted into and taken out of the optical path, and is used by inserting it into the optical path only during measurement. Normally, the mask 9 is used without being loaded, but if there are few patterns on the mask 9, it is possible to use the measurement mask through the transparent part of the mask 9 even if the mask 9 is loaded.
As in the first embodiment, it is possible to perform exposure while correcting the focal position using the high reflection surface 18 for each wafer. However, although the method of inserting the measurement mask at the conjugate point of the mask 9 must always keep it conjugate to the mask 9, the conjugate may shift due to subtle changes in temperature or atmospheric pressure of the device. For this reason, it is necessary to create a configuration in which conjugate shift does not occur as much as possible, and further calibrate the conjugate with the mask 9. For example, using the mask 9 with a highly reflective pattern on the entire surface, the above-mentioned mask 9 and the wafer 1
1, the conjugate position (reticle) is set so that the output of the reflected light sensor 15 is maximum.
One possible method is to move the measurement mask at the blind position in the optical axis direction.

上述の実施例では、反射光センサー15の出力で焦点位
置を検出したが、全く同じ原理に基づいてステージ12
上の照度センサー20で焦点位置を検出することも可能
である。つまり、反射光センサー15は焦点位置ずれに
より反射光がマスクのパターンに遮られ上方へ通過しな
いことを利用したが、遮られた光線が再び下方へ反射さ
れ、これを照度センサー20で受光し、焦点位置検出に
用いることができる。この場合、照度センサー20の出
力が最小となる位置が焦点位置である。
In the above embodiment, the focal position was detected by the output of the reflected light sensor 15, but the stage 12 was detected based on the same principle.
It is also possible to detect the focal position using the upper illuminance sensor 20. In other words, the reflected light sensor 15 takes advantage of the fact that the reflected light is blocked by the pattern of the mask due to the focal position shift and does not pass upward, but the blocked light is reflected downward again and is received by the illuminance sensor 20. It can be used for focal position detection. In this case, the position where the output of the illuminance sensor 20 is minimum is the focal position.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように本発明によれば、パターン焼付け、現像、
測定という作業を行うことなく焦点位置が検出でき、し
かも露光領域全体にわたって像面の湾曲、傾斜等を含む
平均的な最適像面の検出が1度の測定で可能である。
As described above, according to the present invention, pattern baking, development,
The focal position can be detected without any measurement work, and the average optimum image plane including the curvature, inclination, etc. of the image plane over the entire exposure area can be detected in one measurement.

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

第1図は本発明の第1の実施例による投影光学装置の概
略的な構成を表す図、第2図は本発明の第2の実施例に
よる投影光学装置の概略的な構成を表す図、第3図は焦
点位置検出の原理を表す図、第4図は専用マスクのパタ
ーンの例を表す図である。 〔主要部分の符号の説明〕 ■・・・光源、2・・・照度分布均一化手段、3・・・
半透過鏡、5・・・レチクル・ブラインド、9・・・マ
スク、10・・・投影光学系、11・・・ウェハ、12
・・・ステージ、13投光器、14・・・受光器、15
・・・反射光センサー、16−・・フォーカス・コント
ローラ、17・・・モータ、18・・・高反射面、19
・・・環境センサー20・・・光量センサー、21・・
・シャッター、22・・・シャッター制御回路
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a projection optical device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a projection optical device according to a second embodiment of the present invention, FIG. 3 is a diagram showing the principle of focus position detection, and FIG. 4 is a diagram showing an example of a pattern of a dedicated mask. [Explanation of symbols of main parts] ■...Light source, 2...Illuminance distribution uniformization means, 3...
Semi-transparent mirror, 5... Reticle blind, 9... Mask, 10... Projection optical system, 11... Wafer, 12
...stage, 13 emitter, 14... receiver, 15
...Reflected light sensor, 16-...Focus controller, 17...Motor, 18...High reflective surface, 19
...Environmental sensor 20...Light sensor, 21...
・Shutter, 22...Shutter control circuit

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)所定のパターンが形成されたマスクを照明する照
明光源と、 該パターンの像を所定の結像状態で感光基板、若しくは
光反射性基板に投影する投影光学系とを備えた投影光学
装置において、 前記感光基板、若しくは光反射性基板から反射され、前
記投影光学系と前記マスクとを介して前記照明光源側に
戻ってくる反射光量を前記投影光学系の瞳とほぼ共役な
位置で検出する測光手段と、前記基板と前記マスクとの
間隔を相対変化させたときに得られる前記測光手段の測
光出力に基づいて、前記投影光学系の視野内の所定領域
の平均的な焦点面の位置を検出する焦点位置検出手段と
を備えたことを特徴とする投影光学装置。
(1) A projection optical device comprising an illumination light source that illuminates a mask on which a predetermined pattern is formed, and a projection optical system that projects an image of the pattern onto a photosensitive substrate or a light reflective substrate in a predetermined image formation state. In this step, an amount of reflected light reflected from the photosensitive substrate or the light reflective substrate and returning to the illumination light source side via the projection optical system and the mask is detected at a position substantially conjugate with the pupil of the projection optical system. and the average focal plane position of a predetermined area within the field of view of the projection optical system based on the photometric output of the photometric means obtained when the distance between the substrate and the mask is relatively changed. What is claimed is: 1. A projection optical device comprising: focal position detection means for detecting a focal position.
(2)前記マスクは、前記投影光学系の解像限界付近の
線幅のライン、アンド、スペースを持つことを特徴とす
る請求項1に記載の投影光学装置。
(2) The projection optical device according to claim 1, wherein the mask has lines, ANDs, and spaces with a line width near the resolution limit of the projection optical system.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05198475A (en) * 1992-01-21 1993-08-06 Mitsubishi Electric Corp Projection aligner
JPH05198476A (en) * 1992-01-23 1993-08-06 Mitsubishi Electric Corp Projection lens evaluation apparatus and evaluation thereof
JP2007059566A (en) * 2005-08-24 2007-03-08 Canon Inc Aligner and method of manufacturing device
JP2011060799A (en) * 2009-09-07 2011-03-24 Canon Inc Exposure apparatus, exposure method and device manufacturing method

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