JPS63284815A - Projecting optical equipment - Google Patents

Projecting optical equipment

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Publication number
JPS63284815A
JPS63284815A JP62119082A JP11908287A JPS63284815A JP S63284815 A JPS63284815 A JP S63284815A JP 62119082 A JP62119082 A JP 62119082A JP 11908287 A JP11908287 A JP 11908287A JP S63284815 A JPS63284815 A JP S63284815A
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JP
Japan
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pattern
projection optical
optical system
period
image
Prior art date
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Application number
JP62119082A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masato Shibuya
眞人 渋谷
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

PURPOSE:To measure the image focusing characteristics of a projecting optical system with a high accuracy and a high reproducibility by specifying the period of the arrangement of bright parts and dark parts of a pattern. CONSTITUTION:A 1st pattern 100 which has bright parts and dark parts and a 2nd pattern 110 which has a light transmitting part are provided. When the image focusing characteristics of a projecting optical system are measured by projecting one of the two patterns onto the other by the projecting optical system and detecting the extent of the overlapping of both the pattern and the projected image, if the period of the arrangement of the bright parts 106 and the dark parts 102 is defined as (2a) and the multiplying factor of the image of the 1st pattern projected onto the 2nd pattern is defined as beta (>0), (a) is selected in such a manner that the intensity distribution of the projected image of the 1st pattern does not contain Fourier components with periods 2betaa/(2m+1) [wherein (m) denotes a positive integer] and the width of the light transmitting part 112 of the 2nd pattern 110 is selected to be (betaa). With this constitution, the signal of the projected image detected photoelectrically becomes a sine wave so that the position of the image can be measured with a high accuracy and a high reproducibility.

Description

【発明の詳細な説明】 [a業上の利用分野] 本発明は、投影光学装置にかかるものであり、特に投影
光学系のディストーションないし倍率の測定方式の改良
に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application in Industry A] The present invention relates to a projection optical device, and particularly relates to an improvement in a method for measuring distortion or magnification of a projection optical system.

[従来の技術] 投影光学装置において所定パターンの投影を行う投影光
学系の結像特性を測定する一般的な装置としては、例え
ば第6図に示すものがある。
[Prior Art] A typical device for measuring the imaging characteristics of a projection optical system that projects a predetermined pattern in a projection optical device is shown in FIG. 6, for example.

この図において、光源10から出力される露光波長と同
一の波長の測定光は、コンデンサレンズ12によって集
光され、被照明物体であるレチクルないしマスク14に
入射するようになっている。
In this figure, measurement light having the same wavelength as the exposure wavelength output from a light source 10 is condensed by a condenser lens 12, and is made to enter a reticle or mask 14, which is an object to be illuminated.

マスク14には、測定用のマスクパターン16が形成さ
れており、このマスクパターン16の像が投影光学系1
8の作用によって検出面20上に投影されるようになっ
ている。
A measurement mask pattern 16 is formed on the mask 14, and an image of this mask pattern 16 is projected onto the projection optical system 1.
8 is projected onto the detection surface 20.

この検出面20には、適宜のスリット22が設けられて
おり、このスリット22を透過した測定光は、前記検出
面22が形成されたステージ24内に配置されたフォト
マルチプライヤなどのディテクタ26に入射し、これに
よってスリット22の透過全光量が電気信号に変換され
るようになっている。
This detection surface 20 is provided with an appropriate slit 22, and the measurement light transmitted through this slit 22 is sent to a detector 26, such as a photomultiplier, arranged in a stage 24 on which the detection surface 22 is formed. The total amount of light transmitted through the slit 22 is thereby converted into an electrical signal.

ステージ24は、モータ28によって必要な方向に移動
可能に構成されており、その座標位置は、干渉計30に
よって測定されるようになっている。
The stage 24 is configured to be movable in a required direction by a motor 28, and its coordinate position is measured by an interferometer 30.

また、ディテクタ26、モータ28および干ン歩計30
は、制御装置32に各々接続されており、ディテクタ2
6から出力される光量信号と、干渉計30から構成され
る装置信号とが入力されるようになっている。この制御
装置32の指令に基いてモータ28の駆動が行われるよ
うになっている。
Additionally, a detector 26, a motor 28, and a pedometer 30
are respectively connected to the control device 32, and the detector 2
A light quantity signal outputted from the interferometer 6 and a device signal constituted by the interferometer 30 are inputted. The motor 28 is driven based on commands from the control device 32.

次に、上記装置の作用について説明すると、光源10か
ら出力された測定光によって、マスクパターン16が照
明され、その像が投影光学系18の作用によって検出面
20上に投影される。
Next, the operation of the above device will be described. The mask pattern 16 is illuminated by the measurement light output from the light source 10, and its image is projected onto the detection surface 20 by the operation of the projection optical system 18.

モータ28が制御装置32の指令に基いて駆動されると
、ステージ24が移動する。すなわち、投影像に対して
スリット22が8勤することとなり、ディテクタ26に
よって投影像の走査が行われる。
When the motor 28 is driven based on a command from the control device 32, the stage 24 moves. That is, the slits 22 are arranged eight times with respect to the projected image, and the projected image is scanned by the detector 26.

第7図には、かかるディテクタ26の入力光量のステー
ジ位置に対する変化が示されている。この例は、測定対
象である投影光学系18に収差が存在する場合の例であ
る。
FIG. 7 shows the change in the amount of light input to the detector 26 with respect to the stage position. This example is an example where an aberration exists in the projection optical system 18 that is the object to be measured.

このグラフにおいて、例えば適当なレベルv1でスライ
スし、その中点P1を求めるようにすると、これが投影
像の中心位置となる。
For example, if this graph is sliced at an appropriate level v1 and the midpoint P1 is found, this becomes the center position of the projected image.

次に、投影光学系18に収差が存在しないものとした場
合の投影像の中心位置は、設計データからあらかじめ求
めることができる。
Next, the center position of the projected image when it is assumed that there is no aberration in the projection optical system 18 can be determined in advance from the design data.

この設計上の中心と、第7図に示すように測定した中心
とを比較することによって、投影光学系18の結像特性
を得ることができる。
By comparing this designed center with the measured center as shown in FIG. 7, the imaging characteristics of the projection optical system 18 can be obtained.

[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、第7図に示すように、投影光学系18に
収差がある場合には信号が左右非対称となる。
[Problems to be Solved by the Invention] However, as shown in FIG. 7, if the projection optical system 18 has aberrations, the signal becomes asymmetrical.

このため、投影像の中心位置を求める場合に、信号のど
の位置でスライスするかによって値が異なることになる
Therefore, when determining the center position of a projected image, the value will differ depending on where in the signal the signal is sliced.

例えば、同図のレベル■2でスライスして中心を求める
とP2となり、上述した場合と比較して△のずれが生ず
る。このずれは、直接測定誤差となる。
For example, if the center is found by slicing at level 2 in the figure, the result will be P2, which will result in a deviation of Δ compared to the case described above. This deviation directly results in measurement error.

また、投影像の中心を求めるためのスライスレベルは、
厳密な意味で一定ではなく、所定の範囲内で変動する。
Also, the slice level to find the center of the projected image is
It is not constant in the strict sense, but varies within a predetermined range.

このような変動によっても測定誤差が生ずることとなり
、測定の再現性が低下するという不都合がる。
Such fluctuations also cause measurement errors, resulting in a disadvantage that the reproducibility of measurements decreases.

この発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、良
好な精度で再現性よく投影光学系の結像特性の測定を行
うことができる投影光学装置を提供することをその目的
とするものである。
The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a projection optical device that can measure the imaging characteristics of a projection optical system with good accuracy and good reproducibility. be.

[問題点を解決するための手段] この発明は、投影光学系を挟んで、明部および暗部を有
する第一パターンと、透光部を有する第二のパターンと
を各々配置し、何れか一方のパターンを他方のパターン
に投影光学系によって投影し、両者の重なりの程度を検
出することによって該投影光学系の結像特性を測定する
場合において;前記第一パターンの明部および暗部の配
列周期を2aとするとともに:前記投影光学系による第
一パターンに対する第二パターンへの結像倍率をβ(〉
0)とするどき;該aを、第一パターンの投影像の強度
分布が、2βa/(2m+1)(mは正の整数)の周期
のフーリエ成分を含まないように設定し;前記第二パタ
ーンの透光部の幅をβaとしたことを特徴とするもので
ある。
[Means for Solving the Problems] The present invention provides a first pattern having a bright portion and a dark portion, and a second pattern having a transparent portion, respectively, with a projection optical system in between. When measuring the imaging characteristics of the projection optical system by projecting one pattern onto another pattern using a projection optical system and detecting the degree of overlap between the two; the arrangement period of the bright and dark areas of the first pattern; is 2a, and the imaging magnification of the second pattern with respect to the first pattern by the projection optical system is β(〉
0); the a is set so that the intensity distribution of the projected image of the first pattern does not include a Fourier component with a period of 2βa/(2m+1) (m is a positive integer); the second pattern The width of the transparent portion is set to βa.

この発明の一つの態様によれば、前記第二パターンは、
その透光部が周期2nβa(Ωは正の整数)で2個以上
並設されている。
According to one aspect of the invention, the second pattern is
Two or more of the transparent parts are arranged in parallel with a period of 2nβa (Ω is a positive integer).

この発明の他の態様によれば、前記aは、前記投影光学
系の前記第一パターン上での開口数をNA、シグマ値を
σ、照明光の波長をλとするとき、 または、 のいずれかを満足するように設定される。
According to another aspect of the invention, a is any of the following, or, when the numerical aperture of the projection optical system on the first pattern is NA, the sigma value is σ, and the wavelength of illumination light is λ. is set to satisfy the following.

この発明の更に他の態様によれば、前記第一パターンは
、その明部および暗部の幅がいずれもaであり;該aは
、前記投影光学系の第一パターン上での開口数をNA、
シグマ値をσ、照明光の波長をλとするとき、 または、 のいずれかを満足するように設定される。
According to still another aspect of the present invention, the first pattern has a width of both a bright part and a dark part; a is a numerical aperture of NA on the first pattern of the projection optical system. ,
When the sigma value is σ and the wavelength of the illumination light is λ, it is set to satisfy either of the following.

[作用] この発明によれば、第一パターンの投影像の強度分布が
、2βa/(2m+1)(mは正の整数)の周期のフー
リエ成分を含まないように設定される。この条件を基と
して、第一パターンの周期、および第二パターンの透光
部の幅が設定される。
[Operation] According to the present invention, the intensity distribution of the projected image of the first pattern is set so as not to include a Fourier component with a period of 2βa/(2m+1) (m is a positive integer). Based on this condition, the period of the first pattern and the width of the transparent portion of the second pattern are set.

このような条件下では、パターンの重なりの程度を検出
するときに得られる光電信号が正弦波状となり、いずれ
の1ノベルでスライスしてその中心を求めても一致する
こととなる。
Under such conditions, the photoelectric signal obtained when detecting the degree of pattern overlap becomes a sine wave, and no matter which one novel is sliced and its center determined, it will match.

[実施例コ 以下、この発明の実施例を、添付図面を参照しながら詳
細に説明する。
[Embodiments] Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

及直五二1基 第1図(A) 、  (B)にはこの発明の一実施例に
かかるマスクパターンの例が各々示されている。これら
の図において、マスク100には、遮光部102.10
4が、クロムなどの材料により適当な間隔をおいて形成
配列されている。その周期は、2aである。
Examples of mask patterns according to an embodiment of the present invention are shown in FIGS. 1A and 1B, respectively. In these figures, the mask 100 includes a light shielding portion 102.10.
4 are formed and arranged at appropriate intervals using a material such as chromium. Its period is 2a.

マスクパターンは、以上のように周期的に配列された遮
光部102,104と、これらの間に形成された透光部
106,108とによって各々構成されている。
The mask pattern is composed of the light-shielding parts 102, 104 arranged periodically as described above, and the light-transmitting parts 106, 108 formed between them.

なお、同図(A)に示すものと(8) に示すものとで
は、遮光部102,104の幅が異なる。
Note that the widths of the light shielding parts 102 and 104 are different between the one shown in FIG.

次に、第2図(A) 、  (B)には、実施例にかか
るスリットの例が各々示されている。まず、同図(A)
に示す検出面110には、投影光学系18(第6図参照
)の結像倍率をβ(〉0)としたとき、その幅がβaで
表わされるスリット112が形成されている。
Next, FIGS. 2A and 2B show examples of slits according to the embodiment. First, the same figure (A)
A slit 112 whose width is represented by βa is formed in the detection surface 110 shown in FIG. 6, where the imaging magnification of the projection optical system 18 (see FIG. 6) is β (>0).

また、同図(B)に示す検出面110には、同様に幅が
βaであり、それらの中心間の距離が4βaであるスリ
ット114.116が各々示されている。
Further, on the detection surface 110 shown in FIG. 3B, slits 114 and 116 each having a width βa and a distance between their centers of 4βa are shown.

以上のようなマスクパターンを有するマスク10σ、ス
リットを有する検出面110が、第6図に示す装置のマ
スク14、検出面20の変わりに適用される。
The mask 10σ having the mask pattern as described above and the detection surface 110 having slits are applied instead of the mask 14 and the detection surface 20 of the apparatus shown in FIG.

施列の 略の作用 次に、以上のように構成された実施例の作用の概略につ
いて説明する。
Operation of the arrangement Next, the operation of the embodiment configured as described above will be explained.

上述したように、スリット112〜116の幅はβaで
ある。従って、検出面110におけるマスクパターンの
投影像の強度分布が、第3図(A)に示すように周期2
βaの正弦波状であれば、これをスリット112〜11
6で同図(A)矢印Fの方向にスキャンしたときにディ
テクタ26で得られる光電信号も、同図(B)に示すよ
うに同様の周期の正弦波状となる。
As mentioned above, the width of the slits 112-116 is βa. Therefore, the intensity distribution of the projected image of the mask pattern on the detection surface 110 has a period of 2 as shown in FIG. 3(A).
If it is a sinusoidal wave of βa, it is connected to the slits 112 to 11.
6, the photoelectric signal obtained by the detector 26 when scanning in the direction of arrow F in FIG. 6(A) also becomes a sine wave with a similar period as shown in FIG. 6(B).

また、仮に、上記投影像強度分布のフーリエ成分中に、
同図(C)に示すような周期が2βaの1/2.1/4
.・・・・・・1/2m・・・のものが存在したとして
も、それらのスリット通過後のエネルギーは、同図(°
D)に示すようにスリットを動かしても変化しない成分
、すなわち直流成分となる。このため、かかる場合であ
っても、全信号としては上述した場合と同様に正弦波状
に変化する信号となる。
Also, suppose that in the Fourier component of the above projected image intensity distribution,
The period as shown in the same figure (C) is 1/2.1/4 of 2βa
.. Even if objects of 1/2 m... exist, the energy after passing through the slit is as shown in the same figure (°
As shown in D), it becomes a component that does not change even if the slit is moved, that is, a DC component. Therefore, even in such a case, the total signal is a signal that changes in a sinusoidal waveform as in the case described above.

このように、ディテクタ26の検出光電信号が正弦波状
になると、第4図に示すように、いずれのレベルでスラ
イスしても中心位置は一致することとなり、測定の精度
や再現性が向上する。
In this way, when the photoelectric signal detected by the detector 26 becomes sinusoidal, as shown in FIG. 4, the center position will be the same no matter what level the slice is sliced at, improving measurement accuracy and reproducibility.

作用の数式による脱B 次に、以上の実施例の作用を、数式を用いて以下に詳し
く説明する。
Elimination of B by Mathematical Formulas of Functions Next, the functions of the above embodiments will be explained in detail below using mathematical formulas.

まず、第2図(A)のスリット112を用いた場合につ
いて説明する。
First, a case where the slit 112 shown in FIG. 2(A) is used will be described.

上述した検出面110における投影像の強度分布を、位
置座[Xに対してI (x)で表わすものとする。
The intensity distribution of the projected image on the detection surface 110 described above is expressed by I (x) with respect to the position [X].

このr (x)をフーリエ成分に分解すると、次の(1
)式のようになる。
When r (x) is decomposed into Fourier components, we get the following (1
) is as follows.

I (X)°に、4−I (4m) exp[i rt
 h X]   、、、 (1)ここで、像の周期が2
βaであることよりn *−27E k/2aβ、  
 I(y+ k)  −I”(−n k)である。また
*は複素共役を意味する。
At I (X)°, 4-I (4m) exp[i rt
h X] ,,, (1) Here, the period of the image is 2
Since βa, n*-27E k/2aβ,
I(y+k)-I"(-nk). Also, * means complex conjugation.

次に、幅βaのスリット112を走査し、その中心位置
をtとすると、そのとき検出される全光量E (t)は ・(2/ηh)・5in(y+ k(βa/2) )−
(2aβ/ πk)・sin (πに/2)Oo   
 〜 ・Σ (I (n J ・exp[i n kt]+r
 (−ηk)・・・・・・・・・(2) となるが、k=2+n (mは正の整数)のときsin
 (rt k/2)−0 であり、更に周期が2βa/(2m+1)のフーリエ成
分はないとしているので、 k=2m+1(mは正の整
数)の項も存在しない。
Next, if the slit 112 with width βa is scanned and its center position is t, the total amount of light E (t) detected at that time is ・(2/ηh)・5in(y+k(βa/2))−
(2aβ/ πk)・sin (π to/2)Oo
~ ・Σ (I (n J ・exp[i n kt] + r
(-ηk)・・・・・・(2) However, when k=2+n (m is a positive integer), sin
(rt k/2)-0, and since there is no Fourier component with a period of 2βa/(2m+1), there is also no term k=2m+1 (m is a positive integer).

よって(2)式は、 E (t)−aβI(0) +1(π/aβ)exp[iπt /aβ](2aβ/
π)−I (−re /aβ)exp[−i rt t
 /aβ1(2aβ/π)=A+Bcos((2πt/
2aβ)+C1・−ψ・(3)となり、信号は正弦波信
号となる。ここでA。
Therefore, equation (2) is E (t)-aβI(0) +1(π/aβ)exp[iπt/aβ](2aβ/
π)-I (-re /aβ)exp[-i rt t
/aβ1(2aβ/π)=A+Bcos((2πt/
2aβ)+C1・−ψ・(3), and the signal becomes a sine wave signal. A here.

B、Cは適当な定数である。B and C are appropriate constants.

このため、信号強度のグラフのどのレベルを用いても、
中心位置が同じ値に決定されることとなり、測定の再現
性が向上してノイズにも強くなる。
Therefore, no matter which level on the signal strength graph is used,
The center positions are determined to be the same value, improving the reproducibility of measurements and making them more resistant to noise.

さらに、第2図(B)に示すように、周期2Lβa(I
Lは正の整数)で並んでいる複数個の幅βaのスリット
によって構成するようにしてもよい。
Furthermore, as shown in FIG. 2(B), the period 2Lβa(I
(L is a positive integer) and may be formed by a plurality of slits each having a width βa.

この場合、スリットの数をLとすると、信号の強度Et
、(t)は −L−E(t) と表わされ、単独のスリットがあるときと同様の結果を
得ることができる。この場合には、信号の強度がL倍と
なるため、より再現性がよく、ノイズに強い測定を行う
ことができる。
In this case, if the number of slits is L, the signal strength Et
, (t) is expressed as -L-E(t), and the same result as when there is a single slit can be obtained. In this case, since the signal strength is multiplied by L, it is possible to perform measurements with better reproducibility and resistance to noise.

二1血皇ゑ差 次に、以上のような正弦波状の信号を得ることができる
条件を、一般的に求めると、以下の通りである。
21 Blood Emperor Difference Next, the conditions under which the above-mentioned sinusoidal signal can be obtained are generally determined as follows.

「フーリエ結像論」 (小瀬輝次著、共立出版)によれ
ば、位置Xにおける投影光学系18による投影像の強度
I (x)は、マスクパターン(第1図参照)の振幅透
過率のフーリエ成分を空間周波数νに対して0 (ν)
とし、等偏光源を5E(S) 、投影光学系18の瞳面
数をG(ν)、比例定数をαとすると、次式で表わされ
る。
According to "Fourier imaging theory" (written by Teruji Kose, Kyoritsu Shuppan), the intensity I (x) of the projected image by the projection optical system 18 at position X is the amplitude transmittance of the mask pattern (see Figure 1). The Fourier component is set to 0 (ν) for the spatial frequency ν.
Assuming that the homopolarized light source is 5E(S), the number of pupil planes of the projection optical system 18 is G(ν), and the proportionality constant is α, it is expressed by the following equation.

1(X)・α・ SO(ν)・0″(υ°)・G(v+
5)−G”(v  ”+5)・ 5c(S)・exp[
i (v −v ’)x/β]dvdv”ds・・・・
・・・・・(4) なお、ここでは−次元表示となフているが、マスクパタ
ーン及びスリットを、第1図→よび第2図に示すように
、いずれも一方向の周期パターンとしているので十分で
ある。
1(X)・α・SO(ν)・0″(υ°)・G(v+
5)-G"(v"+5)・5c(S)・exp[
i (v −v')x/β]dvdv"ds...
...(4) Although the mask pattern and slits are shown in a -dimensional representation here, they are both periodic patterns in one direction, as shown in Figures 1 and 2. That's enough.

ところで、マスクパターンの基本周期は2aであるから
、空間周波数νは離散的な値υ、をとり、 1゛2・ k(k#f整蒙λ・・・・(5)となる。ν
klとυに2との干渉項は、α°を比例定数として a ・j dsO(υに+) O’(v k2)・G(
シア1◆S)G“(νに2すS>SE (S)・exp
 [i (υに、−シ、2)・×/β]+ (t ・5
 dso(ij k2) 0責1’kl)・G(シ、2
◆5)G責νkI+S)SE(S)、   ・exp[
i (V kz−v m+) ・x/β]、 a’−c
os((k+−に2)・X/2aβ]となるが、I k
+−kal−2m+1 (mは正の整数)の項が零とな
れば、信号は正弦波となる。
By the way, since the basic period of the mask pattern is 2a, the spatial frequency ν takes a discrete value υ, and becomes 1゛2・k(k#f regularity λ...(5).ν
The interference term between kl and υ with 2 is a ・j dsO(+ on υ) O'(v k2)・G(
Shear 1◆S)G”(ν2S>SE (S)・exp
[i (υ, -shi, 2)・×/β]+ (t ・5
dso(ij k2) 0 blame 1'kl)・G(shi, 2
◆5) G responsibility νkI+S) SE(S), ・exp[
i (V kz-v m+) ・x/β], a'-c
os((k+-2)・X/2aβ], but I k
If the term +-kal-2m+1 (m is a positive integer) becomes zero, the signal becomes a sine wave.

(1)かかる条件を満たす第一番目の場合は、2つの回
折波の次数の差が「3」ある場合に、両方が同時に投影
光学系18を通過しないことである。
(1) The first case that satisfies this condition is that when the difference between the orders of two diffracted waves is "3", both do not pass through the projection optical system 18 at the same time.

第5図(A)には、以上の条件が、マスクパターンと投
影光学系間の光路図として一般的に示されている。
In FIG. 5(A), the above conditions are generally shown as an optical path diagram between the mask pattern and the projection optical system.

このようなに次回折光に対してに+3次光が投影光学系
18に入射しないための条件を、投影光学系18のマス
クパターン側の開口数をNAとして求めると、 3λ −> 28A a となり、 3λ aく□     ・・・・・・・・・(6)NA となる。
The condition for preventing the +3rd order light from entering the projection optical system 18 with respect to the order diffracted light is determined by assuming that the numerical aperture of the projection optical system 18 on the mask pattern side is NA, 3λ -> 28A a . 3λ aku□ ・・・・・・・・・(6)NA becomes.

(2)次に、十分な条件の第2番目は、2次光よりも高
次の回折光が投影光学系18を通過しないことである。
(2) Next, the second sufficient condition is that diffracted light of a higher order than the secondary light does not pass through the projection optical system 18.

第5図(B)にはかかる場合が示されている。この図か
ら±2次光が遮断される条件は、投影光学系!8の位置
の透過光源120のマスクパターンに対する開口数をσ
NAとして、2λ □−σNA>NA a となり、 λ a<(1゜。)NA  ・・・・・・・・・(7)とな
る。
Such a case is shown in FIG. 5(B). From this figure, the conditions for blocking ±secondary light are the projection optical system! The numerical aperture of the transmitted light source 120 at position 8 with respect to the mask pattern is σ
As NA, 2λ □−σNA>NA a, and λ a<(1°.)NA (7).

(3)また、第5図(C)に示すように、マスクパター
ンの透光部と遮光部とが等しい幅aである場合には、±
2次回折光が存在しない。このため、±3次回折光が遮
断されるような条件を考えればよい、従って、この場合
には、 3λ □−σNA  >NA a となり、 3λ aく 2(1゜。)NA   ・・・・・・・・・(8
)となる。
(3) In addition, as shown in FIG. 5(C), when the light-transmitting part and the light-blocking part of the mask pattern have the same width a, ±
There is no second-order diffracted light. For this reason, it is only necessary to consider a condition in which the ±3rd-order diffracted light is blocked. Therefore, in this case, 3λ □ - σNA > NA a , and 3λ a × 2 (1°.) NA ... ...(8
).

以上いずれの場合であっても、第4図に示すようにディ
テクタ26の入射光量の位置変化が正弦波状となり、中
心位置を良好に決定することができる。
In any of the above cases, as shown in FIG. 4, the change in position of the amount of incident light on the detector 26 becomes sinusoidal, and the center position can be determined satisfactorily.

数値例 次に、具体的な数値例について説明する。例えば、N 
A = 0.35. G = 0.5.  λ= 0.
4358μmのときは、マスクパターンの周期がa<0
j93μmであればよく、透光部と遮光部の幅がともに
aである場合には、a<1.25μmであればよい。
Numerical Examples Next, specific numerical examples will be explained. For example, N
A = 0.35. G = 0.5. λ=0.
When it is 4358 μm, the period of the mask pattern is a<0
j93 μm is sufficient, and when the widths of both the light transmitting portion and the light shielding portion are a, it is sufficient that a<1.25 μm.

次に、N A = 0.35.  σ=0.2.  λ
= 0.4358μmのときには、a<1.04μmで
あればよく、透光部と遮光部がともにaである場合には
、a<1.55μmであればよい。
Next, N A = 0.35. σ=0.2. λ
= 0.4358 μm, it is sufficient that a<1.04 μm, and when both the light transmitting portion and the light shielding portion are a, it is sufficient that a<1.55 μm.

仇9j11例 次に、他の実施例について説明する。11 cases of enemy 9j Next, other embodiments will be described.

(i)上述した実施例では、所定の光源によってマスク
パターンのスリット側に対する投影が行われるが、相反
定理により、光源とディテクタとを入換えても同様の効
果を得ることができる。従つて、この発明を集積回路製
造などに使用される露光装置に通用する場合に、露光時
と結像特性測定時とで、昆に照明の方向を逆にして行う
ようにすることも可能であることはいうまでもない。
(i) In the embodiments described above, the mask pattern is projected onto the slit side by a predetermined light source, but according to the reciprocity theorem, the same effect can be obtained even if the light source and the detector are interchanged. Therefore, when this invention is applied to an exposure apparatus used in integrated circuit manufacturing, etc., it is possible to reverse the direction of illumination during exposure and when measuring imaging characteristics. It goes without saying that there is.

即ち、スリットを十分に大きな開口数で照明し、マスク
パターンに対する検出器のなす開口数によるσ値が、露
光照明の開口数によるσ値と同じになるようにし、マス
クパターンを通過した光を検出すればよい。このとき、
照明される方は、幅βaのスリット、または・、これが
周期的(周期2nβa)になっているものであり、マス
ク上のパターンは、周期2aのパターンである。
That is, the slit is illuminated with a sufficiently large numerical aperture so that the σ value due to the numerical aperture of the detector relative to the mask pattern is the same as the σ value due to the numerical aperture of the exposure illumination, and the light passing through the mask pattern is detected. do it. At this time,
The illuminated part is a slit having a width βa or a periodic one (period 2nβa), and the pattern on the mask is a pattern having a period 2a.

(if)また、光学系全体を逆に用いることでも測定は
可能である。即ち、露光時に照明されるマスク上に、幅
aのスリットまたはこれが周期2naで周期的になって
いるものをおき、露光時に像の作られる位置に周期2β
aのパターンをおく。さらに露光時に像の作られる側か
ら露光時と同じσ値で照明を行ない、マスク上のパター
ンを通過した光を十分に大きな間口角をなす検出器で検
出する。
(if) Measurement is also possible by using the entire optical system in reverse. That is, a slit with a width a or a periodic slit with a period of 2na is placed on the mask that is illuminated during exposure, and a slit with a period of 2β is placed at the position where an image is created during exposure.
Place pattern a. Further, during exposure, illumination is performed from the side where the image is formed with the same σ value as during exposure, and the light passing through the pattern on the mask is detected by a detector having a sufficiently large frontage angle.

この場合、露光時に像の作られる位置での投影レンズの
開口数NA’ は、 NA’ =NA/β であり、パターンの周期2a’ =2βaなので、σ値
が同じため、(6)、 (7)、 (8)式は同様にa
’ 、NA’ について成立している。
In this case, the numerical aperture NA' of the projection lens at the position where the image is created during exposure is NA' = NA/β, and the pattern period 2a' = 2βa, so the σ values are the same, so (6), ( 7) and (8) are similarly a
' , NA' holds true.

(iii)また、露光時に照明されるマスク上に幅aの
スリットまたは、これが周期2naで周期的なにフでい
るものをおき、露光時に像の作られる位置に周期2βa
のパターンをおく。そして、マスク上のパターンを十分
に大きな崗Aで照明し、露光時に像の作られる位置にあ
るパターンを通過した光量を検出器のなす開口数による
ここでのσ値が、露光照明の時のマスク上におけるσ値
と等しくなるような検出器で検出する。
(iii) In addition, a slit of width a or one that opens periodically with a period of 2na is placed on the mask that is illuminated during exposure, and a slit with a period of 2βa is placed at the position where an image is formed during exposure.
Leave a pattern. Then, the pattern on the mask is illuminated with a sufficiently large beam A, and the amount of light that passes through the pattern at the position where the image will be formed during exposure is determined by the numerical aperture of the detector. Detection is performed using a detector whose σ value is equal to the value on the mask.

この場合にも、(ii)と同様、投影レンズの開口数N
A’ =NA/β、パターンの周期2a’ =2βaを
用いれば、(8)、 (7)、 (8)式が同様に成立
する。
In this case as well, similarly to (ii), the numerical aperture N of the projection lens
If A' = NA/β and pattern period 2a' = 2βa, equations (8), (7), and (8) are similarly established.

また、マスクパターン、スリットの形状は、上述した実
施例に示したものに限定されるものではなく、種々の態
様が存在する。
Further, the mask pattern and the shape of the slit are not limited to those shown in the above-mentioned embodiments, and various forms exist.

特に、マスクパターンにおいて、そのパターンが3周期
以上あれば、近似的に周期物体とみなすことができ、測
定再現性は良好となる。
In particular, if the mask pattern has three or more periods, it can be approximately regarded as a periodic object, and the measurement reproducibility will be good.

更に、ディテクタとしては、フォトマルチプライヤの他
に、CCDなどを使用してもよい。
Furthermore, as a detector, a CCD or the like may be used in addition to a photomultiplier.

[発明の効果コ 以上説明したように、この発明によれば、光電検出され
る投影像の信号が正弦波となるため、像位置を高精度で
再現性よく測定することができるという効果がある。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, since the signal of the projected image that is photoelectrically detected is a sine wave, there is an effect that the image position can be measured with high precision and good reproducibility. .

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

第1図はこの発明の実施例におけるマスクパターンを示
す斜視図、第2図は同じ〈実施例におけるスリットを示
す斜視図、第3図は実施例の作用を示すグラフ、第4図
は実施例における検出光電信号の例を示すグラフ、第5
図は正弦波信号を得るための態様を示す説明図、第6図
は投影光学系の結像特性を測定する装置の一般的な構成
を示す構成図、第7図は従来の装置の検出信号の例を示
すグラフである。 [主要部分の符号の説明] 10・・・測定光源、14,100・・・マスク、16
・・・マスクパターン、18・・・投影光学系、20.
110・・・検出面、22,112,114゜116・
・・スリット、26・・・ディテクタ、102゜104
・・・遮光部、106.108・・・透光部。
Fig. 1 is a perspective view showing a mask pattern in an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a perspective view showing a slit in the same embodiment, Fig. 3 is a graph showing the effect of the embodiment, and Fig. 4 is an embodiment. Graph showing an example of the detected photoelectric signal in the fifth
The figure is an explanatory diagram showing a mode for obtaining a sine wave signal, Figure 6 is a block diagram showing the general configuration of an apparatus for measuring the imaging characteristics of a projection optical system, and Figure 7 is a detection signal of a conventional apparatus. It is a graph showing an example. [Explanation of symbols of main parts] 10...Measurement light source, 14, 100...Mask, 16
. . . Mask pattern, 18 . . . Projection optical system, 20.
110...Detection surface, 22, 112, 114°116.
...Slit, 26...Detector, 102°104
... Light-shielding part, 106.108... Light-transmitting part.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)投影光学系を挟んで、明部および暗部を有する第
一パターンと、透光部を有する第二のパターンとを各々
配置し、何れか一方のパターンを他方のパターンに投影
光学系によって投影し、両者の重なりの程度を検出する
ことによって該投影光学系の結像特性を測定する投影光
学装置において、 前記第一パターンの明部および暗部の配列周期を2aと
するとともに、 前記投影光学系による第一パターンに対する第二パター
ンへの結像倍率をβ(>0)とするとき、 該aを、第一パターンの投影像の強度分布が、2βa/
(2m+1)(mは正の整数)の周期のフーリエ成分を
含まないように設定し、 前記第二パターンの透光部の幅をβaとしたことを特徴
とする投影光学装置。
(1) A first pattern having a bright part and a dark part and a second pattern having a transparent part are arranged with the projection optical system in between, and either one pattern is applied to the other pattern by the projection optical system. In a projection optical device that measures the imaging characteristics of the projection optical system by projecting images and detecting the degree of overlap between the two, the arrangement period of the bright portions and dark portions of the first pattern is set to 2a, and the projection optical system comprises: When the imaging magnification of the second pattern relative to the first pattern by the system is β (>0), the intensity distribution of the projected image of the first pattern is 2βa/
A projection optical device characterized in that the projection optical device is set so as not to include a Fourier component with a period of (2m+1) (m is a positive integer), and the width of the transparent portion of the second pattern is βa.
(2)前記第二パターンは、その透光部が周期2nβa
(nは正の整数)で2個以上並設された特許請求の範囲
第1項記載の投影光学装置。
(2) The second pattern has a transparent part with a period of 2nβa
2. The projection optical device according to claim 1, wherein two or more projection optical devices (n is a positive integer) are arranged in parallel.
(3)前記aは、前記投影光学系の前記第一パターン上
での開口数をNA、シグマ値をσ、照明光の波長をλと
するとき、 a<λ/{(1+σ)NA} または、 a<3λ/4NA のいずれかを満足する特許請求の範囲第1項又は第2項
記載の投影光学装置。
(3) When the numerical aperture of the projection optical system on the first pattern is NA, the sigma value is σ, and the wavelength of the illumination light is λ, a<λ/{(1+σ)NA} or , a<3λ/4NA.
(4)前記第一パターンは、その明部および暗部の幅が
いずれもaであり、 該aは、前記投影光学系の第一パターン上での開口数を
NA、シグマ値をσ、照明光の波長をλとするとき、 a<3λ/{2(1+σ)NA} または、 a<3λ/4NA のいずれかを満足する特許請求の範囲第1項又は第2項
記載の投影光学装置。
(4) The width of both the bright and dark parts of the first pattern is a, and a is the numerical aperture of the projection optical system on the first pattern, NA is the sigma value, and σ is the illumination light. The projection optical device according to claim 1 or 2, which satisfies either a<3λ/{2(1+σ)NA} or a<3λ/4NA, where the wavelength of is λ.
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