JPH04106449A - レンズの歪曲測定装置 - Google Patents

レンズの歪曲測定装置

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JPH04106449A
JPH04106449A JP22494290A JP22494290A JPH04106449A JP H04106449 A JPH04106449 A JP H04106449A JP 22494290 A JP22494290 A JP 22494290A JP 22494290 A JP22494290 A JP 22494290A JP H04106449 A JPH04106449 A JP H04106449A
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pattern
image
index plate
lens
imaging device
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Ichiji Ohashi
大橋 一司
Toshiaki Okamura
俊朗 岡村
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Olympus Corp
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Olympus Optical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、投影検査器や投影露光装置等に用いられる歪
曲収差の良く補正されていなければならないレンズの歪
曲測定装置に関する。
〔従来の技術〕
パターンの形状2寸法の測定に用いられる投影検査器や
、半導体製造に用いられる投影露光装置では、その結像
レンズの歪曲収差は良く補正されていなければならない
。特に投影露光装置に用いられるレンズでは近年の集積
回路の一層の高密度化に対応するために、設計上は殆ど
極限まで歪曲収差が補正されていなければならない。し
かしながら、製作上の僅かな誤差により幾らかの歪曲か
残ってしまい実使用上の問題となるので、レンズ製作時
にはこの僅かな歪曲を高精度に測定する必要がある。
従来、これを測定する方法の一つとして、例えばrDo
r MacMiller、 W、D、Ryder Pr
oceedings ofSPIE vat、 334
 (1982) PP78〜89Jに示される様に、バ
ーニアパターンの焼き付けを用いる方法があった。即ち
、これは投影レンズの物体面たるレチクル上に一つの主
尺パターンと複数の副尺パターンを格子状に配置し、先
ずこれ全体を照明して被露光物体であるレジストを塗布
したウェハーを露光した後、レチクルの副尺パターンを
覆い、主尺パターンのみを照明し、精密XYステージで
前記ウェハーを所定間隔ずつ移動させつつ先に露光され
た副尺パターンと重ね焼きし、現像処理後、主、副両尺
のパターンからずれ量を顕微鏡を用いて目視で読みとり
、計算処理を経て歪曲を導き出すというものである。
他の方法として、レチクル上にあるパターンを規則的に
例えば格子状に配置し、これをレジストを塗布したウェ
ハー上に露光し、現像処理後、高精度な座標測定機で座
標測定する方法がある。そこでは、理想座標と測定座標
の差がその点に於けるずれ量となり、計算処理を経て歪
曲が導かれる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した第一の方法では、重ね合わせた主尺。
副尺のずれ量の測定を目視によっているため作業能率が
悪く、時間がかかり、個人差もあるという問題があった
。また、測定分解能も0.05μmが限界で、近年の高
性能レンズの歪曲測定には不足である。更に、−度しシ
ストに露光し現像するというプロセスを経なければなら
ないので、時間と費用がかかるだけでなく、該プロセス
の間のレジストの伸縮等のために測定データがプロセス
に依存し、それが測定誤差の原因になっていた。
又、第2の方法では、読み取りを目視によっていないの
で、第1の方法に比べ高精度であるが、やはり第一の方
法と同様に一度しシストに露光し現像するというプロセ
スを経なければならないので、時間と費用がかかり、測
定誤差も大きいという問題があった。
本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、その目的
とするところは、目視や一度しシストに露光し現像する
というプロセスに依存することなく、高速且つ高精度に
レンズの歪曲を測定し得るレンズの歪曲測定装置を提供
することである。
〔課題を解決するための手段及び作用〕本発明によるレ
ンズの歪曲測定装置は、測定対象である投影レンズと、 複数の規則的に配列されたパターンを有し該投影レンズ
の物体面に配置された第一の指標板と、該第1の指標板
に対応する規則的に配列されたパターンを有し前記投影
レンズの像面あるいはその近傍に配置された第2の指標
板と、 前記投影レンズにより前記第2の指標板上に形成された
前記第1の指標板の像および前記第2の指標板を所定の
位置に結像させるリレーレンズと、該リレーレンズによ
る結像位置に配置された撮像装置と、 該撮像装置からの出力信号を受けて該撮像装置の撮像面
上に形成された前記第1の指標板のパターンと第2の指
標板のパターンとのずれを検出する検出手段と、 を備えて成るものである。
従って、上記構成によれば、上記第2の指標板に描画さ
れたパターンか基準となり、それに対して、上記投影レ
ンズの歪曲を原因とする像位置のずれを伴って上記第1
の指標板のパターンか結像されて重なる。この重なり具
合い、換言するとずれが、上記投影レンズの像面内の各
点に対し、リレーレンズを介し撮像装置と検出手段で光
電的に検出されるので、−度しシストに露光し現像する
というプロセスを経ることなく、高速、高精度にレンズ
の歪曲を測定することが可能となる。
又、本発明のよるレンズの歪曲測定装置は、上記構成に
加えて、 前記各パターンは、幅の等しい長方形を複数個一列に並
べた形状を有する単位パターンが前記第1の指標板およ
び第2の指標板の一方には1列他方には2列夫々存在し
、それらの一方の列が他方の列を挟んで大略平行となる
ような位置関係に構成されており、 前記第2の指標板の隣り合う長方形の幅および間隔が前
記第1の指標板の隣り合う長方形の幅および間隔と相似
である。
従って、この構成によれば、単位パターンが幅の等しい
長方形を複数個一列に並べた形状を有しているので、こ
れらの長方形の対応する走査方向での位置の平均をとる
ことにより単位パターンの対応する走査方向での位置を
高精度で検出することができる。更に、第1及び第2の
指標板のいずれか一方の単位パターンを2列にしている
ので、両者の平均をとることにより長方形の並び方向と
走査方向との角度誤差を原因とする走査方向の位置の誤
差を打ち消すことができ、より高精度の検出が可能であ
る。
〔実施例〕
以下、図示した実施例に基づき本発明の詳細な説明する
第1図は本発明によるレンズの歪曲測定装置の全体概略
図である。■は測定対象たる投影レンズであり、その物
体面に後で記述する第2,3図に示すようなパターンと
その配置を有する第1のガラス基板2が(第1の指標板
)が置かれている。
第1のガラス基板2は、例えば水銀ランプ或はし−ザー
の如き光源を含む照明装置3により照明されようになっ
ている。図示はしないが、照明装置3は、光源が水銀ラ
ンプの場合であれば特定のスペクトルを取り出す波長フ
ィルターを、レーザーの場合であればスペックル除去装
置又はインチグレーターの如き照明均等化装置を含むと
共に、投影レンズ1から見た照明の入射側NA(開口数
)と主光線を決定する開口絞りを含んでいる。又、照明
方式としては所謂ケーラー照明となっている。
照明された第1のガラス基板2のパターンは、例えば0
.2倍、0.1倍といった所定の倍率で投影レンズ1に
より結像されるが、この結像面若しくはその極近傍には
、後で詳述する第4,5図に示す様なパターンとその配
置を有する第2のガラス基板4(第2の指標板)のパタ
ーン面が置かれている。即ち、ここで第1のガラス基板
2のパターン(像)と第2のガラス基板4のパターンが
重なる訳であるが、この状況を下記に詳しく説明する。
第2図は第1のガラズ基板2に於けるパターン配置の一
例を示している。第2図において丸印で示され格子状に
配置された各点は、その詳細が第3図に示された物体側
パターン5であり、各測定点に対応している。同様に、
第4,5図は夫々第2のガラス基板4のパターン配置の
一例とパターンの詳細を示している。ここで、6は像面
側パターンである。そして、物体側パターン5と像面側
パターン6は測定点として対応しており、投影レンズ1
の設定倍率をmしたとき、物体側パターン5.5の間隔
a(第2図)と像面側パターン6゜6の間隔b(第4図
)との関係は、b=ma (符号は考えない)となって
いる。即ち、両パターン5.6は第2のガラス基板4の
パターン面において一致するようになっている。
第3図は物体側パターン5の各測定点に於ける詳細図で
あって、複数個の不透明長方形が間隔dでX方向、Y方
向に各々並び、物体側X方向パターン23(単位パター
ン)、物体側Y方向パターン24(単位パターン)を夫
々形成している。
方、第5図は像面側パターン6の詳細図であって、物体
側と相似の不透明長方形か複数個間隔eてX方向、Y方
向に各々並び、像面側X方向パターン25(単位パター
ン)、像面側Y方向パターン26(単位パターン)を夫
々2行ずつ形成している。
但し、−行についての不透明長方形の数は物体側と同じ
である。また、投影レンズlの設定倍率をmとしたとき
、e=md (符号は考えない)となる様にe、dが設
定されている。
尚、ガラス基板2,4は所定の厚さを持ち、それらのパ
ターン面はそれらの表裏面のいずれかにあるが、両パタ
ーン面共投影レンズ1側に向けられている。
再び第1図において、第2のガラス基板4のパターン面
で重なった物体側パターン5と像面側パターン6は、所
定の倍率とNAを有するリレーレンズ7により反射ミラ
ー8を経て撮像装置9の撮像面上に結像されるようにな
っている。尚、反射ミラー8は本実施例の機械的構成上
の高さを抑えるために設けられており、原理的には必須
ではない。リレーレンズ7、反射ミラー8.撮像装置9
は支持枠9′に一体的に保持されつつXステージ10上
に記載されている。また、撮像装置9は、回転用モータ
ー11の回転軸に結合されていて、撮像面内回転ができ
る様になっている。又、撮像装置9の出力は、画像入力
装置30を介してコンピュータ17(検出手段)に入力
されるようになっている。更に、Xステージ10は、X
ステージ12上に載置され、Xステージ12はYステー
ジ13上に載置されており、これによってリレー光学系
の水平移動を可能としている。又、これらX。
Y、Xステージ12,13.10及び撮像装置9はコン
ピュータ17からの指令に基づき、コントロールボード
18.各ドライバー19.20,21.22を介して各
々X方向用モーター14.Y方向用モーター15.Z方
向用モーター16.回転用モーター11により駆動され
るようになっている。 本実施例は上述の如(構成され
ているから、照明装置3により第1のガラス基板2が照
明されると、その物体側パターン5が投影レンズ1によ
り第2のガラス基板4のパターン面に結像せしめられ、
ここで両ガラス基板2,4の物体側パターン5と像面側
パターン6が重ね合わせられる。
続いて、重なったパターン5,6かリレーレンズ7によ
り反射ミラー8を介して撮像装置9の撮像面上に結像せ
しめられる。そして、撮像装置9から出力信号が画像入
力装置30を介してコンピュータ17に入力せしめられ
、コンピュータ17は撮像装置9の撮像面上に形成され
た両パターン5゜6のずれを検出する。従って、本実施
例によれば、両パターン5,6のずれが撮像装置とコン
ピュータ17で光電的に検出されるので、目視や一度し
シストに露光し現像するというプロセスを経ることなく
、高速、高精度にレンズの歪曲を測定することが可能と
なる。
又、本実施例では、リレーレンズ7と反射ミラー8と撮
像装置9が一体にXステージ12.Yステージ13上に
載置されているので、各々の重なった物体側パターン5
と像面側パターン6の位置即ち各測定点位置にリレーレ
ンズ7を持っていくことができる。しかも、パターン配
置は既知であるから、第4図に場合でいうと、距離す毎
にXステージ12若しくはYステージ13をコンピュー
タプログラムにより自動的に移動させることかでき、−
々測定点を探す必要がない。
ところで、第2のガラス基板4とXステージ12、Yス
テージ13による移動平面を完全に平行にすることは困
難であるため、X、Yステージ12.13を移動したと
き全測定点でリレー光学系の合焦が得られるとは限らな
い。しかし、実施例では、Zステージ10によりリレー
光学系を上下させることにより、各点で合焦をとること
ができる。これも、既知の自動合焦技術を用いることに
より自動的に行なうことが可能である。
次に、撮像装置9の撮像面に結像された重なりパターン
からずれ量を読み込む方法について第6図、第7図、第
8図を基に説明する。
第6図は、X方向若しくはY方向について物体側パター
ン23または24が像面側パターン25または26と、
あるずれ量で重なり撮像面上に結像された様子を例えば
X方向についてだけ示している。ここでは、上側の像面
側パターン25と下側の像面側パターン25の2行の間
に、物体側パターン23か挾まれた形になっている。
第6図の重なりパターンは、撮像装置9により光電変換
され、映像信号として第1図に示す画像入力装置30に
入り、ixj  (i、j  自然数)の画素として記
憶される。コンピュータ17は、組まれたプログラムに
従い、画像入力装置30から必要な情報を取り組み、処
理する。
通常、撮像装置9による光電変換では、時系列の電気信
号に変換されるので、走査が必要である。
第6図に示す止定査線31中、走査線32.下走査線3
3は、各々上側の像面側パターン25.物体側パターン
23.下側の像面側パターン25に対応する。画像入力
装置30には、これらの走査線31,32.33以外に
も所定の画面全体にわたる走査線について画像情報が記
憶されるが、必要なのは走査線31,32.33に対応
する画像情報なので、コンピュータ17もその部分だけ
をアクセスする。走査線31.32’、33の各々の全
体画面に於ける位置は決められているので、これらが各
々対応するパターン25.23.25に重なる様に所定
の精度でXステージ12.Yステージ13を制御する必
要がある。但し、これらのパターンの構成要素は、走査
方向と略直角方向に長辺方向となる長方形であるから、
ある程度の許容範囲があり、厳しい精度は必要としない
。パターン認識の手法により、自動的にパターン25゜
23.25に重なる走査線を設定することも十分可能で
あるが、コンピュータ17のハードウェア。
ソフトウェアに大がかりなものを要する。本実施例では
、その特徴の一つとして、パターン25゜23.25の
各々に対応する上記走査に於いて、複数本の走査として
いる。即ち、走査線31,32.33は、各々複数本よ
り成っている。これは、第1のガラス基板2や第2のガ
ラス基板4にわずかであっても塵埃が付いていた場合に
測定誤差の原因となる可能性があるので、走査を複数本
とすることにより得られるデータの数を増やし、それら
の平均を取ることによって塵埃による影響を低減させて
いるのである。実際には、走査線31゜32.33に於
いて少くとも10本の走査線とすることが望ましい。
ずれ量を測定するには何らかの測長手段が必要となるが
、本発明に於いては、走査方向34の画素数が測長の基
になっている。1画素か幾らの長さに相当するかは、第
5図に於けるeの値、リレーレンズ7の倍率、撮像装置
9の撮像面の大きさ。
画像入力装置30に於ける画素数(iXDにより算出で
きるが、実際にはパターンを撮像装置9を経て画像入力
装置30に取り込み、既知であるeの値を基に、実験的
に走査方向の1画素分相当の第2のガラス基板4上に於
ける距離を求めることもできる。従って、ずれ量は走査
方向34の画素数の差として求められる。
ここで一つ問題となるのが、第1のガラス基板2、第2
のガラス基板4に於けるパターンの配置精度である。通
常この種のパターンは、高精度な測長手段により位置制
御されたステージに基板を載置し、電子ビームで描画す
ることにより形成されるか、配置精度としては0,02
〜0.05μm程度である。これはそのまま測定誤差と
して効いてくる。ところが、測定対象たる投影レンズ1
の歪曲量は0.1μm程度がそれ以下であるので、この
誤差は大き過ぎ、何らかの対策が必要である。従って、
本実施例では上述の様に不透明長方形をパターン25,
23.25各々について複数個配列し、これらに対応す
る走査方向での画素位置の平均を取り、それを以ってパ
ターン25.23.25各々についての走査方向位置と
している。第7図は、得られた画像検出信号の様子を示
している。
第1のガラス基板2や第2のガラス基板4に於いてパタ
ーンは明と暗の2値を有しているが、投影レンズlやリ
レーレンズ7や電気処理系を含む撮像装置9を経てデー
タ処理されるまでの間に、パターンのエツジ部即ち高周
波数部分が光学的、電気的に濾過され、検出信号は正弦
波に近い波形となる。ここで、検出信号35,36.3
7は各々走査線31,32.33に対する平均された信
号である。各不透明長方形の位置は、検出信号35゜3
6.37の極小値SA、、SA、、、、、、SA、、 
 SB、、  SB、、、、、  SB、、  5C3
C2、、、、SC,(n +自然数)の位置として決定
され、これより検出信号35+  36.37に関する
平均位置が算出される。nの数は多い程良いがlO〜1
00が実際的である。
本実施例の更なる特徴の一つは、各測定点に於ける像面
側パターン25と26に関し、夫々2行を所定の間隔、
例えば第6図に於いては2gを置いて並列に並べたこと
である。これは、第6図に示される様に、各パターン2
5.23.25の並び方向と走査方向34にθだけの角
度誤差があった場合、例えば像面側パターンとして上下
の像面側パターン25.25のどちらかしかなくこれと
物体側パターン23とだけでずれ量を測定しようとする
と大きな測定誤差を生じるからである。即ち、走査線3
1の中央と走査線32.33の中央の間の距離を第6図
に示した如(各々gとした時、ε=gθ(θ<1.  
θニラジアン)だけの誤差が生じてしまうのである。こ
れは所謂アツベ誤差に相当する。例えば現実的な値とし
て、g=50μm、θ=0.1’ =0.018ラジア
ンとしたとき、ε==、 0.09μmとなり、投影レ
ンズ1の歪曲測定にとって極めて大きな誤差となる。従
って、本実施例では像面側パターン25を2行を設け、
両者の平均を取って像面側パターンの位置とし、物体側
パターン23とのずれを求めるこにより誤差εを打ち消
している。当然の事として、逆に像面側パターン25を
1行とし、物体側パターン23を2行としてもよい。
本実施例の更なる特徴は、撮像装置9が、上述の様に回
転用モーター11により回転可能となっていることであ
る。一般に、2次元撮像装置ではラスター走査により画
像情報が時系列信号に変換されるが、この際走査方向に
対して平行方向と垂直方向即ち横方向と縦方向で分解能
が異なることが多い。従って、本実施例では、X方向、
X方向共に同じ分解能で測定できるようにすることを一
つの理由として、撮像装置9を撮像面の法線のまわりに
90°回転できるようにしている。また、別の理由とし
ては、画像入力装置30からデータをコンピュータ17
が読み出す際、同じプログラムでよいので、ソフトウェ
アへの負担が軽減されることがある。更に、撮像装置9
の撮像面にはX方向若しくはX方向のどちらかの重なり
パターンだけが結像されれば良いので、リレーレンズ7
の倍率を上げることにより測定精度を上げられるのも本
実施例の大きな利点の一つである。
第8図は上述したずれ量読込み方法を示すフローチャー
トである。
かくして、各測定点に於けるX方向及びX方向のずれ量
が測定され、コンピュータ17に記憶され条。測定され
たずれ量は、第一のガラス基板2゜投影レンズl、第2
のガラス基板4の設置誤差を含んでいるので、それ以後
は統計的手法により投影レンズ1の歪曲を算出するので
あるが、これもコンピュータ17で行なうことは容易で
ある。その計算方法については、文献例えばrDorM
acMiller、 W、D、Ryder Proce
edings of 5PIE vol。
334(1982) pp 78〜89」等に記述があ
るので、ここでは省略する。尚、本発明装置により測定
できる歪曲誤差はl/1000%のレベルである。
〔発明の効果〕
上述の如く、本発明によるレンズの歪曲測定装置は目視
や一度しシストに露光し現象するというプロセスを経る
ことなく、高速、高精度にレンズの歪曲を測定すること
が可能であるという実用上重要な利点を有している。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるレンズの歪曲測定装置の一実施例
の全体概略図、第2図及び第3図は夫々上記実施例の第
1のガラス基板とその単位パターチ       タ ンを示す図、第1図及び第1図は夫々上記実施例の第2
のガラス基板とその単位パターンを示す図、第6図は上
記実施例の撮像装置の撮像面における一方向についての
物体側パターンと像面側パターンとの重なりの様子を示
す図、第7図は第6図に示された単位パターンの撮像装
置による検出信号を示す図、第8図は上記実施例による
ずれ量読込み方法を示すフローチャートである。 l・・・投影レンズ、2・・・第一のカラス基板、3照
明装置、4・・・第2のガラス基板、5・・・物体側ノ
くターン、6・・・像面側パターン、7・・・リレーレ
ンズ、8・・・反射ミラー 9・・撮像装置、9′・・
・支持枠、IO・・・Zステージ、11・・・回転用モ
ータ、12・・・Xステージ、13・・・Yステージ、
14・・・X方向用モータ、15・X方向用モータ、1
6・・・Z方向用モータ、17・・・コンピュータ、1
8・・・コントロールボード、19,20,21.22
・・・ドライノく−23・・・物体側X方向パターン、
24・・・物体側Y方向パターン、25・・・像面側X
方向、<ターン、26・・・像面側Y方向パターン、3
0・・・画像入力装置、31.32.33・・・走査線
、35,36.37・・・検出信号。 図 JP5図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)測定対象である投影レンズと、 複数の規則的に配列されたパターンを有し該投影レンズ
    の物体面に配置された第1の指標板と、該第1の指標板
    に対応する規則的に配列されたパターンを有し前記投影
    レンズの像面あるいはその近傍に配置された第2の指標
    板と、 前記投影レンズにより前記第2の指標板上に形成された
    前記第1の指標板の像および前記第2の指標板を所定の
    位置に結像させるリレーレンズと、該リレーレンズによ
    る結像位置に配置された撮像装置と、 該撮像装置からの出力信号を受けて該撮像装置の撮像面
    上に形成された前記第1の指標板のパターンと第2の指
    標板のパターンとのずれを検出する検出手段と、 を備えたレンズの歪曲測定装置。
  2. (2)前記各パターンは、幅の等しい長方形を複数個一
    列に並べた形状を有する単位パターンが前記第1の指標
    板および第2の指標板の一方には1列他方には2列夫々
    存在し、それらの一方の列が他方の列を挾んで大略平行
    となるような位置関係に構成されており、 前記第2の指標板の隣り合う長方形の幅および間隔が前
    記第1の指標板の隣り合う長方形の幅および間隔と相似
    であること、 を特徴とする請求項(1)に記載のレンズの歪曲測定装
    置。
  3. (3)前記検出手段は前記撮像装置により得られた画像
    信号を1×n(1、nは自然数)の画素行列として記憶
    する画像入力装置を備え、 前記撮像装置の撮影面の行方向もしくは列方向の1画素
    長に対応する前記第2の指標板上での長さを測長単位と
    して前記パターンのずれの検出が行なわれること、 を特徴とする請求項(1)に記載のレンズの歪曲測定装
    置。
  4. (4)前記検出手段は前記画像入力装置と接続されたコ
    ンピュータを備え、 前記各長方形が前記撮像装置の撮像面の複数の走査線に
    亘る長さを有しており、 該各走査線に応じて前記像入力装置に記憶されている1
    つの単位パターンを表わす複数の画像信号を平均化する
    ことにより各単位パターンの明暗変化を表わす検出信号
    を求め、 前記コンピュータにおいて該検出信号について前記各単
    位パターンの長方形に対応する各極小若しくは各極大の
    前記画素行方向若しくは画素列方向に於ける位置をとり
    該位置の平均操作を行って、各単位パターンに対する該
    方向の位置とし、前記コンピュータにおいて3つのある
    前記単位パターンのうち両端2つの単位パターンに対す
    る該方向の位置の平均をとり、その平均に対し中央の単
    位パターンに対する該方向の位置の差をとって該当する
    測定点のX方向若しくはY方向の前記撮像装置の撮像上
    面に於けるずれ量とすること、を特徴とする請求項(3
    )に記載のレンズの歪曲測定装置。
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JP22494290A Pending JPH04106449A (ja) 1990-08-27 1990-08-27 レンズの歪曲測定装置

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JP (1) JPH04106449A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003524175A (ja) * 2000-02-23 2003-08-12 カール−ツアイス−スチフツング 波面検出装置

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JP2003524175A (ja) * 2000-02-23 2003-08-12 カール−ツアイス−スチフツング 波面検出装置

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