JPH08335548A - Exposing apparatus, exposing condition determining method and aberration measuring method - Google Patents

Exposing apparatus, exposing condition determining method and aberration measuring method

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JPH08335548A
JPH08335548A JP7164569A JP16456995A JPH08335548A JP H08335548 A JPH08335548 A JP H08335548A JP 7164569 A JP7164569 A JP 7164569A JP 16456995 A JP16456995 A JP 16456995A JP H08335548 A JPH08335548 A JP H08335548A
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JP
Japan
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pattern
image
exposure
photosensitive
optical system
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JP7164569A
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Japanese (ja)
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Yoshiharu Kataoka
義治 片岡
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Canon Inc
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70591Testing optical components
    • G03F7/706Aberration measurement

Abstract

PURPOSE: To measure the optimum exposing condition and aberration of projecting optical system, in higher accuracy and higher speed, corresponding to a kind of photoresist in the exposing apparatus without using expensive apparatus. CONSTITUTION: A first process to form a plurality of photosensitive images of pattern by continuing a plurality of times of exposure and transfer of the predetermined pattern under the different exposing conditions onto a photosensitive substrate W, a second process 105 to picks up a plurality of photosensitive images and then converting it into electrical signal, a third process 108 to obtain the information about the shape of photosensitive images based on such signal and a fourth process 109 to determine the optimum exposing condition based on the information obtained in above process.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、LSI等を製造するた
めのリソグラフィ工程等において使用される露光装置お
よびその露光条件もしくはその投影光学系の収差を測定
する方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exposure apparatus used in a lithography process or the like for manufacturing an LSI or the like, and a method for measuring the exposure condition or the aberration of a projection optical system thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、この種の露光装置においては、回
路パターンの集積度が高まり、転写すべきパターンの線
幅もサブミクロンオーダのものになり、その投影レンズ
の解像力を安定して維持するために、露光量とフォーカ
スとを正確に設定することが重要になってきている。
2. Description of the Related Art In recent years, in this type of exposure apparatus, the degree of integration of circuit patterns has increased, and the line width of the pattern to be transferred has become on the order of submicron, so that the resolution of the projection lens can be stably maintained. Therefore, it is becoming important to accurately set the exposure amount and the focus.

【0003】従来では、一定間隔で配置した複数の直線
状パターンで構成されるパターン(以下、L/Sパター
ンという)の像を、1ショットごとに露光条件すなわち
フォーカス位置と露光量(シャッタ時間)の少なくとも
一方を変えながら、感光基板に焼き付けた後、感光基板
を現像してL/Sパターン像の各ラインの線幅を光学顕
微鏡や線幅測定装置で計測することで最適な露光条件を
決定している。
Conventionally, an image of a pattern (hereinafter referred to as an L / S pattern) composed of a plurality of linear patterns arranged at regular intervals is used for each shot as exposure conditions, that is, a focus position and an exposure amount (shutter time). After printing on the photosensitive substrate while changing at least one of the above, the optimal exposure condition is determined by developing the photosensitive substrate and measuring the line width of each line of the L / S pattern image with an optical microscope or line width measuring device. are doing.

【0004】例えば、ステップ・アンド・リピート方式
の露光装置においては、ウエハ上のショット領域の配列
の横方向について、フォーカス値を一定にして露光量
(シャッタ時間)を一定量ずつ変えて露光を行ない、シ
ョット配列の縦方向について、露光量を一定にしてフォ
ーカス値を一定量ずつ変えて露光する。現像後、形成さ
れた各ショット内のL/Sパターン像の各ラインの線幅
を、SEM(走査型電子顕微鏡)により検出し、投影レ
ンズの最適焦点位置と最適露光量を算出する。
For example, in a step-and-repeat exposure apparatus, exposure is performed by changing the exposure amount (shutter time) by a constant amount while keeping the focus value constant in the lateral direction of the shot area arrangement on the wafer. In the vertical direction of the shot array, the exposure amount is kept constant and the focus value is changed by a constant amount. After development, the line width of each line of the L / S pattern image in each formed shot is detected by an SEM (scanning electron microscope), and the optimum focus position and the optimum exposure amount of the projection lens are calculated.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術においては、L/Sパターン像の各ラインの線幅をS
EM等で計測するため、処理速度が極めて遅く、また、
装置価格も極めて高価であるという問題がある。
However, in the prior art, the line width of each line of the L / S pattern image is S
The processing speed is extremely slow because it is measured by EM, etc.
There is a problem that the device price is also extremely expensive.

【0006】本発明の目的は、このような従来技術の問
題点に鑑み、露光装置において、高価な装置を用いずに
高精度および高速にフォトレジストの種類に対応した最
適露光条件や投影光学系の収差を測定できるようにする
ことにある。
In view of the problems of the prior art as described above, an object of the present invention is to provide an exposure apparatus with optimum exposure conditions and projection optical system that correspond to the type of photoresist with high accuracy and high speed without using an expensive apparatus. Is to be able to measure the aberration.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明では、感光基板上に所定のパターンを異なる露光
条件で複数回露光転写して前記パターンの複数の感光像
を形成し、この複数の感光像を撮像して電気信号に変換
し、この信号に基づいて前記感光像の形状に関する情報
を得、この得られた情報に基づいて最適な露光条件を決
定するようにしている。あるいは、感光基板上に所定の
パターンを投影光学系を介して露光転写して感光像を形
成し、この感光像を撮像して電気信号に変換し、この信
号に基づいて前記感光像の形状に関する情報を得、この
得られた情報に基づいて前記投影光学系の収差を得るよ
うにしている。
To achieve this object, the present invention forms a plurality of photosensitive images of a predetermined pattern by exposing and transferring a predetermined pattern on a photosensitive substrate a plurality of times under different exposure conditions. Of the photosensitive image is converted into an electric signal, information on the shape of the photosensitive image is obtained based on this signal, and the optimum exposure condition is determined based on the obtained information. Alternatively, a predetermined pattern is exposed and transferred onto a photosensitive substrate via a projection optical system to form a photosensitive image, the photosensitive image is picked up and converted into an electric signal, and the shape of the photosensitive image is related based on this signal. Information is obtained, and the aberration of the projection optical system is obtained based on the obtained information.

【0008】ここで、前記所定のパターンとしては、パ
ターン部分を一定方向に周期的に配置したもの、例えば
デューティファクタが1:1のL/Sパターンが好まし
い。また、前記感光像の形状に関する情報とは、例え
ば、前記電気信号に基き、前記各パターン部分の像の信
号レベルを前記一定方向に垂直な方向に積算し、これに
所定の閾値を適用して検出される各パターン部分のエッ
ジあるいは幅と位置である。露光条件としては、例え
ば、投影光学系の光軸方向の感光基板位置や露光量があ
る。また、投影光学系の収差として非点収差を得る場合
は、前記パターンととして、相互に異なる方向に周期的
に配置した2種類のパターンを有するものを使用し、露
光条件を投影光学系の光軸方向の感光基板位置とし、各
パターンを投影光学系に対する同一位置に配置して各パ
ターンについて最適な露光条件、すなわち像面位置(フ
ォーカス位置)を得る。さらに、投影光学系の像面彎曲
や像面傾きを得る場合には、投影光学系に対する異なる
位置において前記パターンを配置し、各位置について像
面位置を得る。
Here, the predetermined pattern is preferably a pattern portion in which pattern portions are periodically arranged, for example, an L / S pattern having a duty factor of 1: 1. The information on the shape of the photosensitive image is, for example, based on the electric signal, the signal level of the image of each pattern portion is integrated in the direction perpendicular to the certain direction, and a predetermined threshold value is applied to this. The edge or width and position of each detected pattern portion. The exposure conditions include, for example, the position of the photosensitive substrate in the optical axis direction of the projection optical system and the exposure amount. Further, when astigmatism is obtained as the aberration of the projection optical system, one having two kinds of patterns periodically arranged in mutually different directions is used as the pattern, and the exposure condition is set to the light of the projection optical system. The photosensitive substrate position in the axial direction is set, and each pattern is arranged at the same position with respect to the projection optical system to obtain the optimum exposure condition for each pattern, that is, the image plane position (focus position). Further, when obtaining the image plane curvature and image plane inclination of the projection optical system, the patterns are arranged at different positions with respect to the projection optical system, and the image plane position is obtained for each position.

【0009】[0009]

【作用】この構成において、例えばデューティが1:1
のL/Sパターンを転写した場合は、露光条件としての
感光基板位置および露光量を最適なものとしたフォーカ
ス位置および最適露光量における感光像のデューティも
1:1になる。
In this structure, for example, the duty is 1: 1.
When the L / S pattern of 1 is transferred, the duty of the photosensitive image at the focus position and the optimum exposure amount that optimize the position of the photosensitive substrate and the exposure amount as the exposure conditions is also 1: 1.

【0010】したがって、L/Sパターンのような一方
向に周期性をもつ露光条件測定用のパターンを形成した
マスクを用いて、露光量と感光基板位置の少なくとも一
方の条件を変えながら感光基板上に順次露光し、露光転
写されたパターン像のデューティを検出し、それを最適
なデューティ1:1と比較することにより、投影光学系
のフォーカス位置と最適露光量が高精度かつ高速で得ら
れる。
Therefore, by using a mask on which a pattern for measuring exposure conditions having periodicity in one direction, such as an L / S pattern, is formed, the condition of at least one of the exposure amount and the position of the photosensitive substrate is changed and Then, the duty of the pattern image exposed and transferred is detected, and the duty is compared with the optimum duty of 1: 1 to obtain the focus position of the projection optical system and the optimum exposure amount with high accuracy and high speed.

【0011】[0011]

【実施例】以下、本実施例を図を用いて説明する。図1
は、本発明の一実施例に係る露光条件測定装置の構成を
示す図である。
EXAMPLE This example will be described below with reference to the drawings. FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an exposure condition measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

【0012】同図において、101はレチクルR面上の
回路パターンをウエハW上に投影する縮小投影レンズで
ある。その光軸は、図中AXで示されており、光軸AX
はZ方向と平行な関係にある。100はウエハを吸着
し、X,YおよびZ方向に移動するウエハステージ、1
03は照明系、102は照明系103からの露光光の一
部を反射する半透鏡、104は半透鏡103により反射
した光を検出する検出光学系、105はITV、2次元
イメージセンサ等の光電変換装置であり、撮像した像を
2次元の電気信号に変換する撮像装置、106は投影光
学系101と検出光学系104の光学倍率および撮像面
の画素ピッチにより定まるサンプリングピッチλsによ
り2次元の装置上の画素のXY方向のアドレスに対応し
た2次元離散電気信号列に変換するA/D変換装置、1
07は投影積算装置、108はパターン検出装置、10
9は制御装置である。
In the figure, 101 is a reduction projection lens for projecting a circuit pattern on the reticle R surface onto a wafer W. The optical axis is indicated by AX in the figure, and the optical axis AX
Are parallel to the Z direction. Reference numeral 100 denotes a wafer stage that attracts a wafer and moves in the X, Y and Z directions.
Reference numeral 03 is an illumination system, 102 is a semi-transparent mirror that reflects a part of the exposure light from the illumination system 103, 104 is a detection optical system that detects the light reflected by the semi-transparent mirror 103, and 105 is an ITV or a photoelectric converter such as a two-dimensional image sensor. A conversion device is an imaging device that converts a captured image into a two-dimensional electric signal, and a two-dimensional device 106 is a sampling pitch λs determined by the optical magnification of the projection optical system 101 and the detection optical system 104 and the pixel pitch of the imaging surface. An A / D converter for converting into a two-dimensional discrete electric signal sequence corresponding to the XY address of the upper pixel, 1
Reference numeral 07 is a projection integration device, 108 is a pattern detection device, 10
Reference numeral 9 is a control device.

【0013】また、この露光装置は、フォーカス位置制
御装置および露光量制御装置を備えている。図2はフォ
ーカス位置制御装置および露光量制御装置の部分的な構
成を示す図である。まず、フォーカス位置制御について
説明する。203は半導体レーザなどの高輝度光源、2
04は光源203からの光でウエハW上を照明する照明
光学系、205は照明光学系204からの光をウエハW
上に向け反射する折り曲げミラー、206はウエハW上
で反射した光の方向を変える折り曲げミラー、207は
ウエハWの位置を検出する位置検出光学系、208はC
CDカメラ等からなり、入射位置を検出する2次元位置
検出素子、210はウエハWのフォーカス位置を制御す
るフォーカス制御装置である。光源203から射出した
光は照明光学系204よりピンホールを通過し、その光
束はミラー205で方向を変えられ、ウエハの表面に入
射する。ウエハの測定点で反射した光束はミラー206
で方向を変えられ、位置検出光学系207を介して2次
元位置検出素子208に入射する。ウエハの投影レンズ
101の光軸AX方向の位置変化は、2次元位置検出素
子208上で入射位置のずれとして検出できるため、こ
の光軸AX方向の位置が2次元位置検出素子208から
の出力信号となってウエハステージの位置を制御してい
る。
The exposure apparatus also includes a focus position control device and an exposure amount control device. FIG. 2 is a diagram showing a partial configuration of the focus position control device and the exposure amount control device. First, focus position control will be described. 203 is a high-intensity light source such as a semiconductor laser, 2
Reference numeral 04 denotes an illumination optical system that illuminates the wafer W with light from the light source 203, and 205 denotes light from the illumination optical system 204.
A bending mirror that reflects upward, 206 is a bending mirror that changes the direction of light reflected on the wafer W, 207 is a position detection optical system that detects the position of the wafer W, and 208 is C.
A two-dimensional position detecting element including a CD camera or the like for detecting the incident position, and 210 is a focus control device for controlling the focus position of the wafer W. The light emitted from the light source 203 passes through the pinhole from the illumination optical system 204, the direction of the light flux is changed by the mirror 205, and the light is incident on the surface of the wafer. The light flux reflected at the measurement point of the wafer is mirror 206
The direction is changed by and the light enters the two-dimensional position detecting element 208 via the position detecting optical system 207. A change in the position of the projection lens 101 on the wafer in the optical axis AX direction can be detected as a deviation of the incident position on the two-dimensional position detecting element 208. Therefore, the position in the optical axis AX direction is an output signal from the two-dimensional position detecting element 208. And controls the position of the wafer stage.

【0014】次に、露光量制御について説明する。21
5は露光光を発する水銀ランプなどの光源、212は光
源215からの露光光の一部を反射する半透鏡、213
はこれによって反射される露光光の照度を検出するため
のセンサ、214は光源215からの露光光の光路上に
配置したシャッタ、209はセンサ213の出力に基づ
きシャッタ214を開閉制御する積算露光制御装置であ
る。積算露光制御装置209は、センサ213が検出す
る露光光の照度に基づき、露光量が一定となるように、
シャッタ214の開閉時間を制御する。
Next, the exposure amount control will be described. 21
Reference numeral 5 is a light source such as a mercury lamp which emits exposure light, 212 is a semi-transparent mirror 213 which reflects a part of the exposure light from the light source 215.
Is a sensor for detecting the illuminance of the exposure light reflected thereby, 214 is a shutter arranged on the optical path of the exposure light from the light source 215, and 209 is integrated exposure control for controlling the opening and closing of the shutter 214 based on the output of the sensor 213. It is a device. The integrated exposure control device 209 adjusts the exposure amount to be constant based on the illuminance of the exposure light detected by the sensor 213.
The opening / closing time of the shutter 214 is controlled.

【0015】図4のMxおよびMyはL/Sパターンを
示し、それぞれX方向およびY方向に伸びたクロムで形
成された同一の線幅を有する矩形パターンを平行に配列
したものである。このL/SパターンMx,Myを形成
したレチクルを露光装置にセットして、ポジ型のレジス
トを塗布したウエハをセットし、パターンをステップ・
アンド・リピート方式で順次露光していく。このとき前
述したフォーカス位置制御装置および露光量制御装置を
用いて、X方向のショット位置に応じて露光量を変えて
設定し、Y方向のショットに対しては、フォーカスオフ
セットを一定量ずつ変えながら露光していく。
Mx and My in FIG. 4 represent L / S patterns, which are rectangular patterns having the same line width and formed of chromium extending in the X and Y directions, respectively, and arranged in parallel. The reticle on which the L / S patterns Mx and My are formed is set in an exposure device, a wafer coated with a positive type resist is set, and the pattern is stepped.
Exposure is performed sequentially by the and repeat method. At this time, by using the focus position control device and the exposure amount control device described above, the exposure amount is changed and set according to the shot position in the X direction, and the focus offset is changed by a constant amount for the shot in the Y direction. Expose.

【0016】図3はこのように露光したウエハ上の現像
後のレジストパターンの断面図である。図中、(A)〜
(C)はベストフォーカス位置で露光量を変えた場合、
(D)〜(F)はデフォーカスした位置で露光量を変え
た場合を示す。
FIG. 3 is a sectional view of a resist pattern after development on the wafer thus exposed. In the figure, (A)-
(C) is when the exposure amount is changed at the best focus position,
(D) to (F) show the case where the exposure amount is changed at the defocused position.

【0017】次に、現像後のウエハをウエハステージ1
00に載置し、照明系103によって、ウエハ上のパタ
ーンを照明し、所定の倍率でパターンの像を撮像装置1
05の撮像面に結像させる。
Next, the developed wafer is placed on the wafer stage 1
No. 00, the illumination system 103 illuminates the pattern on the wafer, and captures the image of the pattern at a predetermined magnification.
An image is formed on the image pickup surface of 05.

【0018】撮像装置105(CCDカメラ)によって
2次元の電気信号に変換されたパターン像は、A/D変
換装置106によって、投影光学系101と検出光学系
104の光学倍率および撮像面の画素ピッチにより定ま
るサンプリングピッチλsにより2次元の装置上の画素
のXY方向のアドレスに対応した2次元離散電気信号列
に変換される。投影積算装置107は、図5で示すパタ
ーンMxを含むような所定の2次元のウィンドウを設定
した後に、図5で示すY方向にウィンドウWx内で画素
積算を行ない、図6に示すX方向に離散的な電気信号列
(投影積算信号)を出力する。パターン検出装置108
は、入力した電気信号列s(x)に対して、図6に示す
ように適当なスライスレベルLを設定し、レジストパタ
ーンのエッジを検出することによりレジストパターンの
各ラインの幅と間隔の比率Wl/Wsを算出し、その結
果を制御装置109へ出力する。
The pattern image converted into a two-dimensional electric signal by the image pickup device 105 (CCD camera) is converted by the A / D converter 106 into the optical magnification of the projection optical system 101 and the detection optical system 104 and the pixel pitch of the image pickup surface. Is converted into a two-dimensional discrete electric signal sequence corresponding to the addresses in the XY directions of the pixels on the two-dimensional device by the sampling pitch λs determined by After setting a predetermined two-dimensional window including the pattern Mx shown in FIG. 5, the projection integration device 107 performs pixel integration in the window Wx in the Y direction shown in FIG. 5, and in the X direction shown in FIG. It outputs a discrete electric signal sequence (projection integrated signal). Pattern detection device 108
Is a ratio of the width and interval of each line of the resist pattern by setting an appropriate slice level L for the inputted electric signal sequence s (x) and detecting the edge of the resist pattern as shown in FIG. Wl / Ws is calculated and the result is output to the control device 109.

【0019】図6の(a)〜(c)は、フォーカスを変
えて露光した時のパターンをCCDカメラで撮像した投
影積算信号を例示する。同図(a)に示す最適焦点位置
の場合では、レチクルに構成されているL/Sパターン
のデューティが1:1であるならば、レジストパターン
においてもWl/Wsが最も1に近くなる。図7に示す
ように、デフォーカス状態では、WsがWlより大きく
なるためWl/Wsは小さくなり、最適焦点位置で最大
となる。したがって、制御装置109は各フォーカス位
置に対応したWl/Wsより、最大となるフォーカス位
置を例えば最小自乗法等で算出し、最適フォーカス位置
を出力する。
6 (a) to 6 (c) exemplify projection integrated signals obtained by imaging a pattern when exposed by changing the focus with a CCD camera. In the case of the optimum focus position shown in FIG. 7A, if the duty of the L / S pattern formed on the reticle is 1: 1, Wl / Ws is also closest to 1 in the resist pattern. As shown in FIG. 7, in the defocus state, Ws is larger than Wl, so Wl / Ws is small, and is maximum at the optimum focus position. Therefore, the control device 109 calculates the maximum focus position from the Wl / Ws corresponding to each focus position by, for example, the least square method, and outputs the optimum focus position.

【0020】図8は、露光量を変えて露光した時のパタ
ーンをCCDカメラで撮像した投影積算信号を示す。一
般に、最適露光量については、レチクルに構成されてい
るL/Sパターンのデューティと同じデューティでレジ
スト像が形成される露光量が適正となる。したがってレ
チクルに構成されたL/Sパターンのデューティが1:
1の場合、レジストパターンの比率Wl/Wsが1:1
に最も近づいた状態、言い換えれるとWl/Wsが1と
なる露光量が最適露光量として定義できる。そのとき、
制御装置109は、図9に示すように、各露光量に対応
した、Wl/Wsの値が1の時の露光量を例えば最小自
乗法等で算出し、それを最適露光量として出力する。
FIG. 8 shows a projection integration signal obtained by capturing an image of a pattern with a CCD camera when exposure is performed while changing the exposure amount. Generally, regarding the optimum exposure amount, the exposure amount at which a resist image is formed with the same duty as the duty of the L / S pattern formed on the reticle is appropriate. Therefore, the duty of the L / S pattern formed on the reticle is 1:
In the case of 1, the resist pattern ratio Wl / Ws is 1: 1.
The closest exposure state, in other words, the exposure amount at which Wl / Ws becomes 1 can be defined as the optimum exposure amount. then,
As shown in FIG. 9, the control device 109 calculates the exposure amount corresponding to each exposure amount when the value of Wl / Ws is 1, for example, by the least square method, and outputs it as the optimum exposure amount.

【0021】算出されたフォーカス値は図2におけるフ
ォーカス制御装置210にフィードバックすることによ
りウエハを常にベストフォーカス位置に設定することが
できる。露光量についても図2における積算露光制御装
置209にフィードバックすることで最適露光量に設定
可能である。
The calculated focus value is fed back to the focus control device 210 in FIG. 2 so that the wafer can always be set at the best focus position. The exposure amount can also be set to the optimum exposure amount by feeding back to the integrated exposure control device 209 in FIG.

【0022】以上のように最適焦点位置および最適露光
量が算出され、レジスト種類、膜厚の変化に応じて、上
の処理を繰り返し行なうことで常に最適露光条件が算出
される。
The optimum focus position and the optimum exposure amount are calculated as described above, and the optimum exposure condition is always calculated by repeating the above processing according to the change of the resist type and the film thickness.

【0023】なお、上の処理では現像後のレジストパタ
ーンを検出するようにしたが、現像前の潜像を検出する
ようにしても最適焦点位置および最適露光量を決定でき
る。潜像を検出するようにすれば現像工程を省くことが
できるので、投影露光装置上で露光条件が自動測定でき
セットアップタイムを大幅に短縮できる。
Although the resist pattern after development is detected in the above processing, the optimum focus position and the optimum exposure amount can be determined by detecting the latent image before development. If the latent image is detected, the developing process can be omitted, so that the exposure conditions can be automatically measured on the projection exposure apparatus, and the setup time can be greatly shortened.

【0024】また、図4に示したL/Sパターンは、X
方向およびY方向に配列しているので、同一位置でX方
向とY方向の最適フォーカス位置を検出することで投影
光学系の非点収差を計測できる。その際、投影積算装置
107は、図5で示すパターンMyを含むような所定の
2次元のウィンドウWyを設定した後に、図5で示すX
方向にウィンドウWy内で画素積算を行ない、Y方向に
離散的な電気信号列s(y)を出力する。そして、X方
向と同様にs(y)の信号より各レジスト像のWl/W
sの比率を算出し、図7および図9に示した関係を算出
することでY方向の最適焦点位置および最適露光量が測
定可能でる。このように、互いに方向が異なるパターン
の最適焦点位置を検出することで、投影レンズのレジス
トプロセスを介した際の実際の非点収差が計測できる。
The L / S pattern shown in FIG.
Since they are arranged in the X-direction and the Y-direction, the astigmatism of the projection optical system can be measured by detecting the optimum focus positions in the X-direction and the Y-direction at the same position. At that time, the projection integrating device 107 sets a predetermined two-dimensional window Wy including the pattern My shown in FIG. 5, and then X shown in FIG.
Pixels are integrated in the window Wy in the Y direction, and a discrete electric signal sequence s (y) is output in the Y direction. Then, as in the X direction, Wl / W of each resist image is calculated from the signal of s (y).
The optimum focus position and the optimum exposure amount in the Y direction can be measured by calculating the ratio of s and calculating the relationships shown in FIGS. 7 and 9. In this way, by detecting the optimum focus positions of the patterns whose directions are different from each other, it is possible to measure the actual astigmatism when passing through the resist process of the projection lens.

【0025】さらに、露光領域内の中心と外周位置の複
数位置においてL/Sパターンによる測定を行うことで
実際の像面湾曲と像面傾きを検出することができる。た
だし、精度向上の点でL/Sパターンにおけるラインの
本数は多い方が望ましく、それらの計測値の平均をとる
ことで比率Wl/Wsの検出精度を向上させ得ることは
言うまでもない。このようにして投影レンズの収差を検
出する際は、回路パターンを実際に露光するレジストを
用いなくともよく、感光する材料であればよい。例えば
光磁気材やフォトクロミックスであってもよい。
Further, the actual curvature of field and the inclination of the field can be detected by performing the measurement by the L / S pattern at a plurality of positions of the center and the outer peripheral position in the exposure area. However, it is desirable that the number of lines in the L / S pattern is large in terms of accuracy improvement, and it goes without saying that the detection accuracy of the ratio Wl / Ws can be improved by averaging the measured values. When detecting the aberration of the projection lens in this way, it is not necessary to use a resist that actually exposes the circuit pattern, and any material can be used as long as it is a photosensitive material. For example, a magneto-optical material or a photochromic material may be used.

【0026】本実施例では、ウエハにL/Sパターン像
を露光する際も、また、レジストパターンを検出する際
も縮小投影レンズもしくは露光装置を用いたが、レジス
トパターンを検出する際は別の観察光学系で行なっても
よい。それにより、計測結果に対する投影レンズ自体の
収差の影響を低減できる。
In the present embodiment, the reduction projection lens or the exposure device was used both when the L / S pattern image was exposed on the wafer and when the resist pattern was detected. The observation optical system may be used. Thereby, the influence of the aberration of the projection lens itself on the measurement result can be reduced.

【0027】また、本実施例では、投影光学系を用いた
時の露光条件を求めたが、投影光学系を用いないプロミ
キシティ型の露光装置に対しても本発明を適用すること
ができる。その時は焦点位置の代わりにマスクとウエハ
との間隔を変える。
Further, in this embodiment, the exposure condition when the projection optical system is used is obtained, but the present invention can be applied to a promity type exposure apparatus which does not use the projection optical system. . At that time, the distance between the mask and the wafer is changed instead of the focus position.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
被露光パターン例えば遮光部あるいは光透過部によって
形成された一定一方向に周期性をもつパターンを露光転
写し、このパターン像の形状に関する情報例えばデュー
ティファクタを検出することで最適露光条件を決定する
ようにしたため、感光基板に対応した最適な露光条件を
高精度かつ短時間に得ることができる。また、この露光
条件を感光基板の位置とし、最適露光条件をフォーカス
位置として、投影光学系に対する種々の位置にパターン
を配置してフォーカス位置を得ることにより、あるいは
周期性の異なるパターンを用いてフォーカス位置を得る
ことにより、簡単に投影光学系の収差、例えば像面湾曲
や像面傾き、または非点収差を求めることができる。
As described above, according to the present invention,
An optimum exposure condition is determined by exposing and transferring a pattern to be exposed, for example, a pattern formed by a light-shielding portion or a light-transmitting portion and having a periodicity in a constant direction, and detecting information on the shape of this pattern image, for example, a duty factor. Therefore, the optimum exposure condition corresponding to the photosensitive substrate can be obtained with high accuracy and in a short time. In addition, by setting the exposure condition as the position of the photosensitive substrate and the optimum exposure condition as the focus position, the patterns are arranged at various positions with respect to the projection optical system to obtain the focus positions, or the focus is adjusted by using patterns having different periodicity. By obtaining the position, it is possible to easily obtain the aberration of the projection optical system, for example, the field curvature, the field tilt, or the astigmatism.

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

【図1】 本発明の一実施例に係る露光装置における露
光条件測定装置を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing an exposure condition measuring apparatus in an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】 図1の露光装置のフォーカス検出と露光量制
御の部分的な構成を示す図である。
2 is a diagram showing a partial configuration of focus detection and exposure amount control of the exposure apparatus of FIG.

【図3】 図1の露光装置において、レジストに形成さ
れたパターンの断面図である。
3 is a cross-sectional view of a pattern formed on a resist in the exposure apparatus of FIG.

【図4】 図1の露光装置における露光条件測定方法の
計測対象であるマスクに構成するパターンを示す図であ
る。
4 is a diagram showing a pattern formed on a mask which is a measurement target of the exposure condition measuring method in the exposure apparatus of FIG.

【図5】 図1の露光装置におけるウエハ上に形成され
たパターンと2次元のウィンドウの関係を示す図であ
る。
5 is a diagram showing a relationship between a pattern formed on a wafer and a two-dimensional window in the exposure apparatus of FIG.

【図6】 図1の露光装置においてフォーカスを変えて
露光した時のパターンをCCDカメラで撮像した投影積
算信号を例示する図である。
FIG. 6 is a diagram showing an example of a projection integrated signal obtained by capturing an image of a pattern when exposed by changing the focus in the exposure apparatus of FIG.

【図7】 図1の露光装置における各フォーカス位置に
対応したレジスト像のL/Sの比率をプロットした図で
ある。
7 is a diagram plotting the L / S ratio of a resist image corresponding to each focus position in the exposure apparatus of FIG.

【図8】 図1の露光装置において露光量を変えて露光
した時のレジストパターンをCCDカメラで撮像した投
影積算信号を例示する図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a projection integrated signal obtained by capturing an image of a resist pattern with a CCD camera when exposure is performed by changing the exposure amount in the exposure apparatus of FIG.

【図9】 図1の露光装置における各露光量に対応した
レジスト像のL/Sの比率をプロットした図である。
9 is a diagram in which the L / S ratio of the resist image corresponding to each exposure amount in the exposure apparatus of FIG. 1 is plotted.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100:ウエハステージ、101:縮小投影レンズ、1
02:ハーフミラー、103:照明系、104:検出光
学系、105:撮像装置、106:A/D変換装置、1
07:投影積算装置、108:パターン検出装置、10
9:制御装置、203:高輝度光源、204:照明光学
系、205,206:折り曲げミラー、207:検出光
学系、208:2次元位置検出素子、209:積算露光
制御装置、210:フォーカス制御装置、213:セン
サ、214:シャッタ、215:光源。
100: Wafer stage, 101: Reduction projection lens, 1
02: Half mirror, 103: Illumination system, 104: Detection optical system, 105: Imaging device, 106: A / D conversion device, 1
07: Projection integrating device, 108: Pattern detecting device, 10
9: control device, 203: high-brightness light source, 204: illumination optical system, 205, 206: bending mirror, 207: detection optical system, 208: two-dimensional position detection element, 209: integrated exposure control device, 210: focus control device 213: sensor, 214: shutter, 215: light source.

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 感光基板上に所定のパターンを異なる露
光条件で複数回露光転写して前記パターンの複数の感光
像を形成する第1工程と、前記複数の感光像を撮像して
電気信号に変換する第2工程と、この信号に基づいて前
記感光像の形状に関する情報を得る第3工程と、この得
られた情報に基づいて最適な露光条件を決定する第4工
程とを具備することを特徴とする露光条件の決定方法。
1. A first step of exposing and transferring a predetermined pattern onto a photosensitive substrate a plurality of times under different exposure conditions to form a plurality of photosensitive images of the pattern, and capturing the plurality of photosensitive images into an electric signal. A second step of converting, a third step of obtaining information on the shape of the photosensitive image based on the signal, and a fourth step of determining an optimum exposure condition based on the obtained information. A method for determining a characteristic exposure condition.
【請求項2】 感光基板上に所定のパターンを投影光学
系を介して露光転写して感光像を形成する第1工程と、
前記感光像を撮像して電気信号に変換する第2工程と、
この信号に基づいて前記感光像の形状に関する情報を得
る第3工程と、この得られた情報に基づいて前記投影光
学系の収差を得る第4工程とを具備することを特徴とす
る収差測定方法。
2. A first step of forming a photosensitive image by exposing and transferring a predetermined pattern on a photosensitive substrate through a projection optical system,
A second step of capturing the photosensitive image and converting it into an electrical signal;
An aberration measuring method comprising: a third step of obtaining information on the shape of the photosensitive image based on this signal; and a fourth step of obtaining an aberration of the projection optical system based on the obtained information. .
【請求項3】 前記感光基板は、フォトレジストを塗布
したウエハであることを特徴とする請求項1または2記
載の方法。
3. The method according to claim 1, wherein the photosensitive substrate is a photoresist-coated wafer.
【請求項4】 前記撮像される感光像は、前記露光転写
によって形成される感光像を現像して得られるフォトレ
ジストにより形成されるものであることを特徴とする請
求項3記載の方法。
4. The method according to claim 3, wherein the imaged photosensitive image is formed by a photoresist obtained by developing the photosensitive image formed by the exposure transfer.
【請求項5】 前記感光像は、潜像であることを特徴と
する請求項3記載の方法。
5. The method of claim 3, wherein the photosensitive image is a latent image.
【請求項6】 前記パターンは一定方向に周期性を有す
るものであることを特徴とする請求項1または3記載の
方法。
6. The method according to claim 1, wherein the pattern has a periodicity in a certain direction.
【請求項7】 前記露光条件は露光量であることを特徴
とする請求項1記載の方法。
7. The method according to claim 1, wherein the exposure condition is an exposure amount.
【請求項8】 前記パターンは原版上の複数位置に形成
されていることを特徴とする請求項2または3記載の方
法。
8. The method according to claim 2, wherein the pattern is formed at a plurality of positions on the original plate.
【請求項9】 前記第1工程においては、前記投影光学
系の光軸方向について異なる複数位置に前記感光基板を
順次位置させながら、前記パターンの感光像を複数形成
することを特徴とする請求項2記載の方法。
9. In the first step, a plurality of photosensitive images of the pattern are formed while sequentially positioning the photosensitive substrate at a plurality of different positions in the optical axis direction of the projection optical system. 2. The method described in 2.
【請求項10】 前記パターンは周期性を有するもので
あることを特徴とする請求項9記載の方法。
10. The method according to claim 9, wherein the pattern has a periodicity.
【請求項11】 前記露光条件は前記投影光学系の像面
位置であることを特徴とする請求項10記載の方法。
11. The method according to claim 10, wherein the exposure condition is an image plane position of the projection optical system.
【請求項12】 前記パターンは所定のパターン部分を
一定方向に周期的に配置したものであり、前記第3工程
においては、前記電気信号に基き、前記各パターン部分
の像の信号レベルを前記一定方向に垂直な方向に積算
し、これに所定の閾値を適用して各パターン部分のエッ
ジもしくは幅と位置を検出することを特徴とする請求項
1または2記載の方法。
12. The pattern is one in which predetermined pattern portions are periodically arranged in a fixed direction, and in the third step, the signal level of the image of each pattern portion is fixed based on the electric signal. The method according to claim 1 or 2, wherein the integration is performed in a direction perpendicular to the direction, and a predetermined threshold value is applied to the integrated value to detect the edge or width and the position of each pattern portion.
【請求項13】 原版上のパターンを感光基板上に露光
転写する露光装置において、所定パターン部分を一定方
向に周期的に配置した露光条件設定用のテストパターン
を有する原版、このテストパターンの像を、所定の露光
条件を順次変化させながら、前記基板上の異なる位置に
順次露光転写するテストパターン転写手段、前記感光基
板上に露光転写された前記テストパターンの像を撮像し
て電気信号に変換する撮像手段、この信号に基き前記テ
ストパターン像の前記一定方向におけるエッジもしくは
前記パターン部分の位置と幅を検出するパターン検出手
段、そして、この検出結果に基づいて最適な前記露光条
件を得る手段を具備することを特徴とする露光装置。
13. An exposure apparatus for exposing and transferring a pattern on an original onto a photosensitive substrate, an original having a test pattern for setting exposure conditions in which predetermined pattern portions are periodically arranged in a certain direction, and an image of this test pattern , A test pattern transfer means for sequentially exposing and transferring to different positions on the substrate while sequentially changing a predetermined exposure condition, and capturing an image of the test pattern exposed and transferred on the photosensitive substrate and converting it into an electric signal Image pickup means, pattern detection means for detecting the position and width of the edge or the pattern portion in the constant direction of the test pattern image based on this signal, and means for obtaining the optimum exposure condition based on the detection result. An exposure apparatus characterized by:
【請求項14】 投影光学系を備え、前記テストパター
ンの転写およびその像の撮像はこの投影光学系を介して
行われることを特徴とする請求項13記載の露光装置。
14. An exposure apparatus according to claim 13, further comprising a projection optical system, wherein the transfer of the test pattern and the image capturing thereof are performed via the projection optical system.
【請求項15】 前記パターン検出手段は、前記電気信
号に基き、前記各パターン部分の像の信号レベルを前記
一定方向に垂直な方向に積算し、これに所定の閾値を適
用して各パターン部分のエッジもしくは幅と位置を検出
するものであることを特徴とする請求項13または14
記載の露光装置。
15. The pattern detecting means integrates the signal level of the image of each pattern portion in a direction perpendicular to the certain direction based on the electric signal, and applies a predetermined threshold value to this to add each pattern portion. 15. An edge or a width and a position of the edge are detected.
The exposure apparatus described.
【請求項16】 前記テストパターンは相互に異なる方
向に周期的に配置した2種類のテストパターンを有する
ものであり、前記露光条件は前記投影光学系の光軸方向
の前記基板の位置であり、各テストパターンについて前
記投影光学系に対する同一位置において前記最適な露光
条件を得ることを特徴とする請求項14または15記載
の露光装置。
16. The test pattern has two kinds of test patterns periodically arranged in mutually different directions, and the exposure condition is a position of the substrate in an optical axis direction of the projection optical system, The exposure apparatus according to claim 14 or 15, wherein the optimum exposure conditions are obtained at the same position with respect to the projection optical system for each test pattern.
【請求項17】 前記露光条件は前記投影光学系の光軸
方向の前記基板の位置であり、前記テストパターンにつ
いて前記投影光学系に対する異なる位置において前記最
適な露光条件を得ることを特徴とする請求項14または
15記載の露光装置。
17. The exposure condition is a position of the substrate in the optical axis direction of the projection optical system, and the optimum exposure condition is obtained at different positions for the test pattern with respect to the projection optical system. Item 16. The exposure apparatus according to item 14 or 15.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6741334B2 (en) 2000-12-28 2004-05-25 Kabushiki Kaisha Toshiba Exposure method, exposure system and recording medium
US7324187B2 (en) 2003-10-01 2008-01-29 Canon Kabushiki Kaisha Illumination system and exposure apparatus

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