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JPS5994032A - Apparatus for measuring characteristics of image forming optical system - Google Patents

Apparatus for measuring characteristics of image forming optical system

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Publication number
JPS5994032A
JPS5994032A JP57204856A JP20485682A JPS5994032A JP S5994032 A JPS5994032 A JP S5994032A JP 57204856 A JP57204856 A JP 57204856A JP 20485682 A JP20485682 A JP 20485682A JP S5994032 A JPS5994032 A JP S5994032A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
projection
reticle
image
stage
mark
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP57204856A
Other languages
Japanese (ja)
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JPH0340934B2 (en
Inventor
Shoichi Tanimoto
昭一 谷元
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Nippon Kogaku KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp, Nippon Kogaku KK filed Critical Nikon Corp
Priority to JP57204856A priority Critical patent/JPS5994032A/en
Publication of JPS5994032A publication Critical patent/JPS5994032A/en
Priority to US06/800,094 priority patent/US4629313A/en
Priority to US06/897,644 priority patent/US4711567A/en
Publication of JPH0340934B2 publication Critical patent/JPH0340934B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • 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
    • 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
    • G03F7/70691Handling of masks or workpieces
    • G03F7/70716Stages
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    • GPHYSICS
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    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
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    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7003Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
    • G03F9/7023Aligning or positioning in direction perpendicular to substrate surface
    • G03F9/7026Focusing

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、結像光学系の光学的な特性を測定する装置に
関し、特に集積回路のマスクパターンを半導体基板上に
投影露光する装置の投影光学系に適した測定装置に関す
るものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a device for measuring optical characteristics of an imaging optical system, and in particular to a measuring device suitable for a projection optical system of an apparatus that projects and exposes a mask pattern of an integrated circuit onto a semiconductor substrate. It is related to.

大規模集積回路(LSI)パターンの微細化は年々進行
しているが、微細化に対する要求を満たし、かつ生産性
の高い、回路パターン焼付は装置として縮小投影型露光
装置が普及してきている。従来より用いられてきたこれ
らの装置においては、シリコンウェハ等(以下ウェハと
称する)に焼付けされるべきパターンの伺倍か(例えば
10倍)のレチクルパターンが投影レンズによって縮小
投影され、1回の露光で焼付けされるのはウェノ・上で
対角長14mmの正方形よりも小さい程度の領域である
The miniaturization of large-scale integrated circuit (LSI) patterns is progressing year by year, and reduction projection exposure apparatuses have become popular as devices for printing circuit patterns that meet the demands for miniaturization and have high productivity. In these conventionally used devices, a reticle pattern that is twice as large (for example, 10 times) as the pattern to be printed on a silicon wafer (hereinafter referred to as a wafer) is reduced and projected by a projection lens, What is printed by exposure is an area smaller than a square with a diagonal length of 14 mm on the wafer.

従って、直径125闘位のウェハ全面にパターンを焼付
けるには、ウェハをステージに載せて一定距離移動させ
ては露光を行なうことを繰返す、いわゆるステップアン
ドリピート方式を採用している。
Therefore, in order to print a pattern on the entire surface of a wafer having a diameter of about 125 mm, a so-called step-and-repeat method is used, in which the wafer is placed on a stage, moved a certain distance, and exposed repeatedly.

LSIの製造においては、数層以上のパターンがウェハ
上に順次形成されていくが、異なる層間のパターンの重
ね合わせ誤差を一定値以下にしておかなければ、層間の
導電又は絶縁状態が意図するものでなくなり、LSIの
機能を果たすことができなくなる。例えば1μmの最小
線幅の回路に対してはせいぜい0.2μm程度の重ね合
わせ誤差しか許されない。この重ね合わせ誤差の原因の
うち、露光装置によって発生するものは、(1)投影倍
率誤差と投影歪み、及び(2)投影像とウェハの相対的
な位置ずれである。上記(1)の原因の歪は投影光学系
の持つ歪曲収差である。一方、倍率誤差については投影
光学系のレチクル側光束がテレセントリックではない場
合は、レチクルと投影光学系の主点(主平面)との間隔
を変えることによって小さくできるものであり、またテ
レセントリックな場合には投影光学系内部の構成要素(
レンズ等の光学部材)を相対的に光軸方向に位置ずらし
して小さくできるものである。従って、レチクルと投影
レンズ間の距離及び投影レンズ内部の構成要素の相対位
置が変化しなければ(1)の1叡因による誤差は一定で
あり、システマティックな誤差と言える。これに対して
、(2)の原因による誤差はランダム誤差の要因を多く
含み、アライメント(位置合わせ)を行なう毎に車ね合
わせ誤差がばらつく主原因となるものである。
In LSI manufacturing, patterns of several layers or more are sequentially formed on a wafer, but unless the overlay error of patterns between different layers is kept below a certain value, the conductive or insulating state between the layers may not match the intended state. Therefore, it becomes impossible to perform the functions of the LSI. For example, for a circuit with a minimum line width of 1 μm, only an overlay error of about 0.2 μm is allowed at most. Among the causes of this overlay error, those generated by the exposure apparatus are (1) projection magnification error and projection distortion, and (2) relative positional deviation between the projected image and the wafer. The distortion caused by the above (1) is the distortion aberration of the projection optical system. On the other hand, the magnification error can be reduced by changing the distance between the reticle and the principal point (principal plane) of the projection optical system if the reticle-side light beam of the projection optical system is not telecentric; are the internal components of the projection optical system (
This can be made smaller by relatively shifting the position of optical members (such as lenses) in the optical axis direction. Therefore, if the distance between the reticle and the projection lens and the relative positions of the components inside the projection lens do not change, the error due to one factor (1) is constant and can be said to be a systematic error. On the other hand, errors due to cause (2) include many random error factors, and are the main cause of variations in vehicle alignment errors each time alignment is performed.

さて、システマティツクな誤差である(1)の誤差は、
その償金測定しながら一定値以下になるように装置を調
整しておけば、長い時間にわたって安定して小さい値を
維持できるもので、露光装置の製造時の調整において、
できるだけ小さくしておかねばならない。従来より(1
)の誤差の測定は、予め定められた複数の位置にマーク
のパターンが描かれたレチクル、いわゆるテスト・レチ
クルの像をウェハ上のフォトレジストに焼付け、焼付け
られたマークのレジスト像の座標を測定し、その測定座
標と、レチクル上のマーク座標の比較によってなされて
いた。しかし、この方法によると、ウェハ上にテスト・
レチクルのパターン金路光し、これを現像する手間と時
間が必要でるり、またマークのレジストIJ#!金測定
するのに高価な測定装置を用いなければならないという
欠点があった。
Now, the error in (1), which is a systematic error, is
If you adjust the equipment so that the value is below a certain value while measuring the compensation, you can maintain a stable small value over a long period of time.
It must be kept as small as possible. From before (1
) To measure the error, the image of a so-called test reticle, which has mark patterns drawn at multiple predetermined positions, is printed onto the photoresist on the wafer, and the coordinates of the resist image of the printed marks are measured. However, this was done by comparing the measured coordinates with the mark coordinates on the reticle. However, according to this method, the test
The reticle pattern is bright, and it takes time and effort to develop it, and the mark resist IJ#! The drawback was that expensive measuring equipment had to be used to measure gold.

本発明は、これらの欠点を解決し、投影倍率や投影歪量
等の光学特性の測定を容易に行々い得る測定装置を得る
ことを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve these drawbacks and provide a measuring device that can easily measure optical characteristics such as projection magnification and projection distortion.

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。Hereinafter, the present invention will be explained based on examples.

第1図は本発明の実施例が通用される投影型露光装置の
概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of a projection type exposure apparatus to which an embodiment of the present invention is applied.

露光用の照明光源1からの照明光は第1のコンデンサー
レンズ2によって一度収束された後、第2のコンデンサ
ーレンズ3に達する。その光路中、光が収束される位置
には照明光を遮断、通過するだめのシャッター4が設け
られている。そして、第2のコンデンサーレンズ3を通
った光束ハ、マスクとしてのテスト・レチクル5(以下
単にレチクル5とする)を照明する。レチクル5の下面
には予め定められた複数の位置に、光透過性のマークM
u〜M1.が描かれている。このレチクル5のマークM
I、〜M11を透過した光束11は、光学的な特性を測
定すべき結像光学系としての投影し/ズ6に入射する。
Illumination light from an exposure illumination light source 1 is once converged by a first condenser lens 2 and then reaches a second condenser lens 3. In the optical path, a shutter 4 for blocking and passing illumination light is provided at a position where the light is converged. The light beam passing through the second condenser lens 3 illuminates a test reticle 5 (hereinafter simply referred to as reticle 5) as a mask. Light-transmissive marks M are placed on the lower surface of the reticle 5 at a plurality of predetermined positions.
u~M1. is depicted. Mark M on this reticle 5
The light beam 11 that has passed through I, .about.M11 is incident on a projection lens 6 as an imaging optical system whose optical characteristics are to be measured.

この投影レンズ6はレチクルs (111、すなわち物
体側が非テレセンドリンクで、像lll力;テレセント
リックな光学系である。光束tlは投影レンズ6によっ
て集束されて、光束t1となって身寸出スル。同、レチ
クル5の下面と投影レンズ6の主平面6aとの間隔はL
とする。そして、光束t、は2次元移動可能なステージ
7に設けられた微/J%開口8上に結像される。さらに
微小開口8を58つた光はステージ7Vt−設けられた
光電検出器9によって光電変換される。寸だ、スラー−
シフは普段は半導体ウェノ・10を載置して2次元移動
するものであり、ウェハ10は、ステージ7と一体に2
次元移動するウェハホルダ11上に載置される。ウエノ
hホルダ11はステージ7に対して微小回転と上下動力
;できるように設けられている。このウエノ・ホルり1
1は投影レンズ60投影像がウエノ・100表面に結イ
象するように、すなわち焦点合わせができるように上下
動する。また、微小開口8が設けられたυ1口面は、ウ
ェハ100表面の高さとほぼ一致するように定められ、
この開口面と光電検出器9とはウエノ・ホルダ11の上
下動に伴って一体に上下動するように設けられている。
This projection lens 6 is a reticle s (111, that is, the object side is a non-telecentric optical system, and the image force is a telecentric optical system. The light beam tl is focused by the projection lens 6 and becomes a light beam t1, which is projected at body size. Similarly, the distance between the lower surface of the reticle 5 and the main plane 6a of the projection lens 6 is L.
shall be. The light beam t is imaged on a fine/J% aperture 8 provided on a two-dimensionally movable stage 7. Further, the light passing through 58 minute apertures 8 is photoelectrically converted by a photoelectric detector 9 provided on the stage 7Vt. That's a slur.
Usually, the wafer 10 is moved two-dimensionally by placing the semiconductor wafer 10 thereon, and the wafer 10 is moved together with the stage 7.
It is placed on a wafer holder 11 that moves dimensionally. The Ueno H holder 11 is provided so as to be able to perform minute rotation and vertical power with respect to the stage 7. This Ueno Horri 1
1, the projection lens 60 moves up and down so that the projected image is formed on the surface of the Ueno film 100, that is, so that focusing can be performed. Further, the υ1 opening surface on which the minute opening 8 is provided is determined to almost match the height of the surface of the wafer 100,
This aperture surface and the photoelectric detector 9 are provided so as to move up and down together as the ueno holder 11 moves up and down.

この焦点合わせのために、投影レンズ6とウエノS10
の表面(あるいは倣/」飄開口8の開口面)との間隔を
計測するギヤツブセンサー12が設けられる。このギヤ
ラフ“センサー12とウエノ為ホルダ11の上下動とに
よって自動熱haR局整力1」巳であり、ウェハ10上
に回路パターンを焼付ける際、ウェハ10の表面の高さ
を検出して、常にコントラストの高い投影像が転写でき
る。
For this focusing, the projection lens 6 and the Ueno S10
A gear tooth sensor 12 is provided to measure the distance from the surface (or the opening surface of the copy opening 8). This gear rough "automatic thermal haR localization force 1" is achieved by the vertical movement of the sensor 12 and the wafer holder 11, and when printing a circuit pattern on the wafer 10, it detects the height of the surface of the wafer 10, Projected images with high contrast can always be transferred.

一方、ステージ7の位置はレーザ干渉計13により、ス
テージ7に固定された反射鏡14までの距離をレーザ光
を用いて測定することによって求められる。
On the other hand, the position of the stage 7 is determined by using a laser interferometer 13 to measure the distance to a reflecting mirror 14 fixed to the stage 7 using a laser beam.

第1図では、紙面中左右方向のX軸方向のみしか表わし
ていないが、ステージ7の移動平面を成すX軸と垂直(
紙面と垂直)なy軸方向に関しても同様にレーザ干渉計
と反射鏡が設けられている。
Although FIG. 1 only shows the X-axis direction in the left-right direction in the paper, it is perpendicular to the X-axis that forms the movement plane of the stage 7 (
Similarly, a laser interferometer and a reflecting mirror are provided in the y-axis direction (perpendicular to the plane of the paper).

これらレーザ干渉計によってステージ7の所定の原点に
対する座標値が逐次計測される。
These laser interferometers successively measure the coordinate values of the stage 7 with respect to a predetermined origin.

同、このX軸、y軸方向のレーザ干渉計の各レーザ光束
が成す2つの測定軸の交点は、投影レンズ60光軸と一
致するように定められている。
Similarly, the intersection of the two measurement axes formed by the respective laser beams of the laser interferometer in the X-axis and y-axis directions is determined to coincide with the optical axis of the projection lens 60.

また、レチクル・ホルダ15はレチクル5を保持して2
次元的に移動可能であり、後述するレチクル・アライメ
ント制御系によって駆動制御され、レチクル5の位置決
めを行なうものである。
Further, the reticle holder 15 holds the reticle 5 and
It is dimensionally movable and is driven and controlled by a reticle alignment control system, which will be described later, to position the reticle 5.

さて、第2図は第1図に示したレチクル5の平面図であ
る。レチクル5はガラス基板の下面に図中斜線部のよう
にクロム層又は低反射クロム層を全体に蒸着することに
より構成されている。そして、そのクロム層には光が通
るようなマークMとしての十字マークが6×6の正方の
マトリックス状に形成されている。これら十字マークの
中心位置は、レチクル5上の座標系o−xyにおいて約
0.1μm以下の誤差で予め他の測定機器によって測定
されているものとする。また十字マークの各中心位置は
、座標軸X、Yに対して夫々線対称となり、かつレチク
ル5の中心である原点Oに対して点対称となるように定
められている。同、これら十字マークを識別するために
、レチクル5の最上列のマーク−tM、、、 M、、、
・・・Ml、とじ、その下の列のマークをMH、Ff’
lH、・・・MHとするように1−次定める。
Now, FIG. 2 is a plan view of the reticle 5 shown in FIG. 1. The reticle 5 is constructed by depositing a chromium layer or a low-reflection chromium layer over the entire bottom surface of a glass substrate, as shown by the shaded area in the figure. In the chromium layer, cross marks as marks M through which light passes are formed in a 6×6 square matrix. It is assumed that the center positions of these cross marks have been previously measured by another measuring device in the coordinate system o-xy on the reticle 5 with an error of about 0.1 μm or less. The center positions of the cross marks are determined to be line symmetrical with respect to the coordinate axes X and Y, respectively, and point symmetrical with respect to the origin O, which is the center of the reticle 5. Similarly, in order to identify these cross marks, marks on the top row of the reticle 5 -tM, , M, ,...
... Ml, binding, mark in the row below it MH, Ff'
The first order is determined to be lH, . . . MH.

従ってレチクル5上の十字マークは一般にMiJ(ただ
しi、jは1〜6)で特定するものとし、その十字マー
クの中心位置はMijに対応してPiJ(ただしisJ
は1〜6)とする。
Therefore, the cross mark on the reticle 5 is generally specified by MiJ (however, i and j are 1 to 6), and the center position of the cross mark is specified by PiJ (however, isJ
are 1 to 6).

また83図はステージ7に設けられた微小開口8を形成
する遮光部拐の平面図と、そのA−A矢視断面図である
。微小開口8は、ガラス板20上にクロム層21を厚さ
0.1μm程度に蒸着し、その一部に2つのスリット開
口8a、8bを形成したものである。このクロム層21
の厚さは投影レンズ6の焦点深度(数μm)より十分薄
い。さてスリット開口8aと8bの延長方向は互いに直
交するように定められ、かつ、各々ステージ7の移動方
向xyと一致するように定められている。同、y軸方向
に沿って細長く廷びたスリット開口8aは投影された十
字マークMijの投影像のX方向の位置を検出するのに
使用され、Xs方向に沿って細長く蝙びたスリット開口
8bは、十字マークMijの投影像のX方向の位置を検
出するのに使用される。
Further, FIG. 83 is a plan view of a light shielding part forming a minute opening 8 provided in the stage 7, and a cross-sectional view taken along the line A--A. The minute opening 8 is obtained by depositing a chromium layer 21 on a glass plate 20 to a thickness of about 0.1 μm, and forming two slit openings 8a and 8b in a part of the chromium layer 21. This chromium layer 21
The thickness of the projection lens 6 is sufficiently thinner than the depth of focus (several μm) of the projection lens 6. Now, the extending directions of the slit openings 8a and 8b are determined to be perpendicular to each other, and are determined to coincide with the moving direction xy of the stage 7, respectively. Similarly, the slit opening 8a, which is elongated along the y-axis direction, is used to detect the position in the X direction of the projected image of the projected cross mark Mij, and the slit opening 8b, which is elongated along the Xs direction, is used to detect the position of the projected image of the cross mark Mij. is used to detect the position of the projected image of the cross mark Mij in the X direction.

さらに、スリット開口8a、 8bの幅は、投影された
十字マークMijの像の直線部の幅よりも小さく定めら
れている。このことについては後で詳述する。
Further, the width of the slit openings 8a, 8b is set smaller than the width of the straight line portion of the projected image of the cross mark Mij. This will be explained in detail later.

もちろん、このカラス板20の下側には光電検出器9の
受光面が位置する。
Of course, the light receiving surface of the photoelectric detector 9 is located below the glass plate 20.

次に、第1図で示した装置を制御するだめの制御系を、
第4図のブロック図に基づいて説明する。
Next, the control system for controlling the device shown in Figure 1 is as follows.
This will be explained based on the block diagram of FIG.

装置全体はプログラムによる制御及び6種演算処理が可
能なように、メモリ等を含むマイクロ・コンピュータ(
以下率にCPUとする)30によって統括制御される。
The entire device is equipped with a microcomputer (including memory, etc.) to enable program control and six types of arithmetic processing.
It is centrally controlled by the following CPU (CPU) 30.

CPU30はインターフェース31(以下IF51とす
る)を介して周辺の検出部、測定部、あるいは駆動部と
各種情報のやり取りを行なう。
The CPU 30 exchanges various information with surrounding detection units, measurement units, or drive units via an interface 31 (hereinafter referred to as IF 51).

さて、シャッター駆動部32はCPU30の指令によっ
て、シャッター4の開閉動作を行ない、レチクル・アラ
イメント制御系33(以下R−ALG33とする)は投
影レンズ6の光軸に対してレチクル5が所定の位置にく
るように、レチクルホルダ15を動かして位置合わせす
るものである。この[(−ALG33は本発明の実施例
においてかならずしも必要なものではないが、レチクル
5の位置合わせをレチクル5上のアライメントマークを
用いて目視の手動操作で行なうよりも正確かつ高速に行
ない得るので、本装置では以下1も−ALG33を設け
る。
Now, the shutter drive unit 32 opens and closes the shutter 4 according to instructions from the CPU 30, and the reticle alignment control system 33 (hereinafter referred to as R-ALG 33) keeps the reticle 5 at a predetermined position with respect to the optical axis of the projection lens 6. The reticle holder 15 is moved and aligned so that the reticle holder 15 is aligned. Although this [(-ALG 33) is not necessarily necessary in the embodiments of the present invention, it is possible to align the reticle 5 more accurately and faster than by visual manual operation using alignment marks on the reticle 5. , In this device, the following 1 is also provided with -ALG33.

一方、ステージ7の座標を計測するために、前述のレー
ザ干渉計13で読み取られたステージ7のX方向の位置
情報と、レーザ干渉計34で読み取られたステージ7の
X方向の位置情報とは共に、IF31を介してCPU3
0に送られる。また、ステージ7を2次元移動させるた
めに、ステージ7をX方向に駆動するX 41[1部3
5 (以下X−ACT35トfル)と、ステージ7をX
方向に駆動するy#I駆動部36(以下Y−ACT36
とする)とが、CPU30の指令によって動作するよう
に設けられている。
On the other hand, in order to measure the coordinates of the stage 7, the positional information of the stage 7 in the X direction read by the laser interferometer 13 and the positional information of the stage 7 in the X direction read by the laser interferometer 34 are Both, CPU3 via IF31
Sent to 0. In addition, in order to move the stage 7 two-dimensionally, the stage 7 is driven in the X direction.
5 (hereinafter referred to as X-ACT35) and stage 7
y#I drive unit 36 (hereinafter referred to as Y-ACT36) that drives in the direction
) is provided to operate according to instructions from the CPU 30.

また、ステージ7上のウェハホルダ11を微小回転させ
るためのθ軸回転駆動部37(以下θ−AC’l’37
とする)と、ウェハホルダ11と光電検出器9、ガラス
板20とを上下動させるだめのZ軸部動部38(以下Z
−AC’l’38とする)とが設けられ、CPU30の
指令によって動作する。そして、焦点検出部39(以下
AIi”D39とする)は第1図に示したキャップセン
サー12からの信号を入力して、ウェハ10の表面(又
は微小開口8の開口面)と投影レンズ6の焦点位置のず
れ情報を、IF51を介してCPU30に出力する。
In addition, a θ-axis rotation drive unit 37 (hereinafter θ-AC'l'37) for slightly rotating the wafer holder 11 on the stage 7 is provided.
), and a Z-axis moving section 38 (hereinafter referred to as Z
- AC'l' 38) is provided and operates according to instructions from the CPU 30. The focus detection unit 39 (hereinafter referred to as AIi''D39) inputs the signal from the cap sensor 12 shown in FIG. Focus position shift information is output to the CPU 30 via the IF 51.

また、測定した結果や動作状悪弊を表示するためのモニ
ター用(111”、、fiるいはプリンタ等の端末装置
40も11i”31’を介してCf’U30と接続され
ている。
Further, a terminal device 40 such as a monitor (111'', fi, printer, etc.) for displaying measurement results and operational conditions is also connected to the Cf'U 30 via 11i''31'.

尚、実際の露光装置には上記各種制御系の他に、ウェハ
10ヲステージ7のxy移動方向に対して位置決めする
ためのウェハ・アライメント制御系も含まれるが、本発
明とは直接関係しないので説明は省略する。
In addition to the various control systems mentioned above, an actual exposure apparatus also includes a wafer alignment control system for positioning the wafer 10 in the x and y movement directions of the stage 7, but this is not directly related to the present invention and will not be explained here. is omitted.

次に、上記露光装置を用いた投影レンズ6の光学特性の
測定動作について説明する。
Next, the operation of measuring the optical characteristics of the projection lens 6 using the exposure apparatus described above will be explained.

葦ず初めに、装置にセットされたレチクル5を几−AL
G33を用いて位置決めする。このとき投影レンズ60
光軸がレチクル5上の座標系o−xyの原点0を通るよ
うに位置合わせする。さらに座標系0−XYのX、 Y
軸がステージ7のx、y移動方向、すなわちレーザ干渉
計13.34の各測定軸x、yと夫々平行、(−牧する
場合も含めて)になるようにレチクル5の位置を定める
。これによって、十字マークMijの直交する2つの直
線部分の延長方向は、夫々ステージ7のxy移動方向と
一致する。
At the beginning of Ashizu, place the reticle 5 set on the device at 几-AL.
Position using G33. At this time, the projection lens 60
The optical axis is aligned so that it passes through the origin 0 of the coordinate system o-xy on the reticle 5. Furthermore, X, Y of the coordinate system 0-XY
The reticle 5 is positioned so that its axes are parallel to the x and y movement directions of the stage 7, that is, the measurement axes x and y of the laser interferometer 13.34, respectively (including the case where they are moved). As a result, the extension directions of the two orthogonal straight line portions of the cross mark Mij coincide with the xy movement directions of the stage 7, respectively.

次にX−AC’r35 、 Y−ACT36によりステ
ージ7を移動させて、微小開口8の開口面、すなわち第
3図のクロム層210表面の高さをギャップセンサー1
2とAFD39によって検出し、その検出情報に基づい
て、投影レンズ6の結像前とクロム層21の表向とが一
致するように、Z−AC’r38を駆動する。
Next, the stage 7 is moved by the X-AC'r 35 and the Y-ACT 36, and the height of the opening surface of the minute aperture 8, that is, the height of the surface of the chromium layer 210 in FIG.
2 and the AFD 39, and based on the detected information, the Z-AC'r 38 is driven so that the front surface of the chromium layer 21 coincides with the front surface of the chromium layer 21.

次にシャッター駆動部32によりシャッター4を開いて
レチクル5を照明し、十字マークMIjO像をクロム層
21中に投影する。そして、十字マークMiJの像と各
スリット開口8a、 8bとの位置関係が、例えば第5
図のようになるように、X、−ACT35゜Y−A、C
T36を作動してステージ7を移動させる。
Next, the shutter drive unit 32 opens the shutter 4 to illuminate the reticle 5 and project the cross mark MIjO image onto the chrome layer 21. The positional relationship between the image of the cross mark MiJ and each slit opening 8a, 8b is, for example, the fifth
As shown in the diagram, X, -ACT35°Y-A,C
Actuate T36 to move stage 7.

その際、スリット開口8a、 8bが、例えば投影レン
ズ60光軸上に位置したときのレーザ干渉計13゜14
による座標値を求めておけは、その座標値を基準位置と
して、各十字マーク■ijの像の大まかな位置は容易に
指足できる。
At that time, when the slit openings 8a and 8b are located on the optical axis of the projection lens 60, the laser interferometer 13°14
Once the coordinate values have been determined, the approximate position of each cross mark ■ij can be easily determined using the coordinate values as the reference position.

このとき、投影された十字マークMijO像の犬きさと
微小開口8としてのスリット開口8a、8bの大きさと
の関係は第5図のようになる。すなわち十字マークMi
jの像のうち、X方向に延びた直線部分をスリット像L
xとし、スリット像Lxと直交するようにX方向に延び
た直線部分をスリット像Lyとする。そして、各スリッ
ト像Lx、 LyO幅りの中心を各々中心線CL x 
、 CLyとし、中心線CLxとCLyの交点、すなわ
ち十字マークMIjO像の中心を、中心CPとする。ま
た、クロム層21中のスリット開口8a、 8bの幅を
d1長さをhとしたとき、d<D<hとなるように定め
られている。
At this time, the relationship between the sharpness of the projected cross mark MijO image and the sizes of the slit openings 8a and 8b as the minute openings 8 is as shown in FIG. In other words, the cross mark Mi
Of the image of j, the straight part extending in the X direction is the slit image L
x, and a straight line portion extending in the X direction perpendicular to the slit image Lx is defined as a slit image Ly. Then, the center of each slit image Lx, LyO width is the center line CL x
, CLy, and the intersection of the center lines CLx and CLy, that is, the center of the cross mark MIjO image, is the center CP. Further, the width of the slit openings 8a and 8b in the chromium layer 21 is determined so that d<D<h, where d1 is the length and h is the width.

さて、第5図に示した位置から、ステージ7をX方向に
等速度で移動させて、スリット像Lx’rスリット開口
8aによって走査すると、光電検出器9は第6図(a)
のような光電信号■を出力する。第6図(a)は横軸に
ステージ7のX方向の位置を表わし、縦軸に光電信号■
の大きさを表わしたもので、スリット像LxO幅方向の
光強度分布と等価である。
Now, when the stage 7 is moved at a constant speed in the X direction from the position shown in FIG. 5 and scanned by the slit image Lx'r slit aperture 8a, the photoelectric detector 9 is detected as shown in FIG. 6(a).
Outputs a photoelectric signal such as ■. In FIG. 6(a), the horizontal axis represents the position of the stage 7 in the X direction, and the vertical axis represents the photoelectric signal
It is equivalent to the light intensity distribution in the width direction of the slit image LxO.

そこで、光電信号■を所定の基準レベルIrと比較して
、光電信号Iと基準レベル■「とが一致したときのステ
ージ7の位置x3.xltl−、レーザ干渉計13によ
って計測する。その計測値はCPU30に取り込まれ、
その2つの位置を平均して、位置X、を求める。すなわ
ち、CPU30は(x++x*)Jノ演算によって求め
られたステージ7の位置X、をスリット像Lxの中心線
CLxの投影位置として求める。
Therefore, the photoelectric signal ■ is compared with a predetermined reference level Ir, and the position x3. is taken into the CPU 30,
The two positions are averaged to find the position X. That is, the CPU 30 determines the position X of the stage 7 determined by the (x++x*)J operation as the projected position of the center line CLx of the slit image Lx.

一方、スリット像Lyについても同様に、ステージ7を
第5図の位置からX方向に移動して、スリット開口8b
を走査し光強度分布から、ステージ7のX方向の位置y
akスリッ)1#Lyの中心線CLYの投影位置として
求める。
On the other hand, regarding the slit image Ly, the stage 7 is moved in the X direction from the position shown in FIG.
is scanned and from the light intensity distribution, the position y of the stage 7 in the X direction is determined.
ak slip) 1#Ly is determined as the projected position of the center line CLY.

これによって、ステージ7の座標値(x、、 ye)は
十字マークMijO像の中心CPの投影位置として計測
され、CPU30に記憶される。
As a result, the coordinate values (x, ye) of the stage 7 are measured as the projected position of the center CP of the cross mark MijO image, and are stored in the CPU 30.

同様にして、他の十字マークの像についても計測を行な
い、その計測値を十字マークMijのレチクル5上の位
置Pijに対応して順次記憶しておく。
Similarly, the images of other cross marks are also measured, and the measured values are sequentially stored in correspondence with the position Pij of the cross mark Mij on the reticle 5.

同、スリット開口8a、 F3bと十字マークMijの
像との大きさをd(D(hに定めたのは、X方向の投影
位置を検出するときに、スリット開口8aがスリット像
Lxとスリット像Lyを共に走査してしまったり、スリ
ット開口8aがスリット像Lxを走査し、同時にスリッ
ト開口8bがスリット像Lxを走査してしまった場合に
も、位置検出できるようにするためである。
Similarly, the size of the slit apertures 8a, F3b and the image of the cross mark Mij is set to d(D(h), because when detecting the projection position in the This is to enable position detection even if the slit aperture 8a scans the slit image Lx and the slit aperture 8b scans the slit image Lx at the same time.

例えは、スリット開口8aがスリット像Lyと交わった
状態からステージ7をX方向に走査すると、光電検出器
9の光電信号は第6図(b)のように、スリット像Ly
の走査部分で一定のオフセフ)Iofをもった最大値I
pの信号となる。このオフセフ )Tofの大きさは、
スリット開口8aの幅dとスリット像Lyの幅りとによ
って決まる面積に比例し、最大値Ipはスリット開口8
aの幅dと長さhとによって決まる面積に比例する。
For example, when the stage 7 is scanned in the X direction from a state where the slit opening 8a intersects with the slit image Ly, the photoelectric signal of the photoelectric detector 9 is as shown in FIG.
The maximum value I with a constant offset) Iof in the scanning part of
It becomes a signal of p. The size of this offset (Tof) is
The maximum value Ip is proportional to the area determined by the width d of the slit opening 8a and the width of the slit image Ly.
It is proportional to the area determined by the width d and length h of a.

このような信号を基準レベルIrと比較して、スリット
像Lxの中心線CLxの位置X、ヲ求めるには、■r)
Iofでなければならない。従って、スリット像Lyの
幅りとスリット開口8aの長さhは、この条件を満足す
るためにD(hに定められる。またスリット像Lx、L
yの幅りに対して、スリット開口8a。
In order to find the position X of the center line CLx of the slit image Lx by comparing such a signal with the reference level Ir, ■r)
Must be Iof. Therefore, the width of the slit image Ly and the length h of the slit opening 8a are set to D(h) in order to satisfy this condition. Also, the slit images Lx, L
Slit opening 8a with respect to the width of y.

8bの幅dを小さくしたのは、光電信号の立上り、立下
りを急峻にするためであり、このためd(Dに定められ
る。同、幅dとDの関係はd(Dに限られるものではな
く、d=1)としても光電検出・位置検出において実質
的な影替はなく、上記笑施例通り、十字マークMijO
像の中心位置が求められる。
The reason why the width d of 8b is made smaller is to make the rise and fall of the photoelectric signal steeper, and for this reason, it is determined as d(D).The relationship between the width d and D is as follows. Even if d=1), there is no substantial shadow change in photoelectric detection/position detection, and as in the above example, the cross mark MijO
The center position of the image is found.

次に、CPtJ30は、上記計測された各十字マークM
ijの像の投影位置と、位1tPijとに基づいて、投
影レンズ60投影倍率や歪量等の光学特性を計算する。
Next, CPtJ30 checks each of the measured cross marks M.
Based on the projection position of the image ij and the position 1tPij, the optical characteristics of the projection lens 60 such as the projection magnification and the amount of distortion are calculated.

同、ステージ7の位置として計測された各十字マークM
iJO像の投影位f!1Tijとすると、Pijは座標
値(Xi j、 Yi j )で表わし、Tijは座標
値(xij、yi」)で弐わすものとする。そこで投影
倍率N?計算する式の一例としては次式が用いられる。
Same, each cross mark M measured as the position of stage 7
iJO image projection position f! 1Tij, Pij is expressed by coordinate values (Xij, Yij), and Tij is expressed by coordinate values (xij, yi''). So the projection magnification N? The following equation is used as an example of a calculation equation.

この式(1)でX自とX口は第2図中、左端の行を成す
十字マークMll 、 M、、 、 M、、 、・・・
M、lのレチクル5上のX方向における位置と、その6
個の十字マークのX方向における投影位置とを各々表わ
す。
In this equation (1), the X origin and the X outlet are the cross marks Mll, M, , , M, , , , which form the leftmost row in Fig. 2.
The positions of M and l on the reticle 5 in the X direction and their 6
The projection positions of the cross marks in the X direction are respectively represented.

そして、X i aとX口は第2図中、右端の行を成す
十字マークMH、M、、 、・・・Mssのレチクル5
上のX方向における位置と、その6個の十字マークのX
方向における投影位置とを各々表わす。さらに、式(1
)中でYljとyljは、第2図中最上列を成す十字マ
ークMll 、 Mll 、・・・Ml、のレチクル5
上のY方向における位置と、その6個のマークのX方向
の投影位置とを各々表わし、Y6jとyajは最下列を
成す十字マークMs+ 、 Ma 、・・・凪のY方向
の位置と、その6個のマークのy方向の投影位置とを各
々表わす。
Then, Xia and
The position in the X direction above and the X of the six cross marks
and the projection position in the direction. Furthermore, the formula (1
), Ylj and ylj are the reticle 5 of the cross marks Mll, Mll, . . . Ml, which form the top row in FIG.
Y6j and yaj represent the upper Y-direction position and the projected position of the six marks in the X-direction, respectively, and Y6j and yaj represent the Y-direction positions of the cross marks Ms+, Ma,...Nagi in the bottom row, and their The projection positions of the six marks in the y direction are respectively represented.

また、投影レンズ6の製造時あるいは幽整時に、設定す
べき投影倍率をNoとすると、投影された十字マークの
像の歪曲収差を含む座、標上の誤差(”Lβij)は α1j=xij−Xij/N。
Further, if the projection magnification to be set at the time of manufacturing or fine adjustment of the projection lens 6 is No, the error ("Lβij) of the position and reference including the distortion aberration of the image of the projected cross mark is α1j=xij- Xij/N.

βi j=y i j −Yi j /N。βi j = y i j - Yi j /N.

となる。但し、この際、レチクル5の座標系の原点0と
、投影されたレチクル5の像の座標系原点(すなわちス
テージ7の座標値の原点)とは適当な演算により一致し
ているものとする。この誤差(α’Lβij)が投影歪
量を表わす。そして計算された上記各結果は端末装置4
0によって表示される。
becomes. However, at this time, it is assumed that the origin 0 of the coordinate system of the reticle 5 and the origin of the coordinate system of the projected image of the reticle 5 (that is, the origin of the coordinate values of the stage 7) are matched by appropriate calculation. This error (α'Lβij) represents the amount of projection distortion. The above calculated results are displayed on the terminal device 4.
Displayed by 0.

以上のようにして、投影倍率と投影歪を求めることがで
きるが、式(1)は単なる一例にすぎず、倍率の定義に
よっては、その定義に従った計算式を用いればよい。例
えば十字マークMu 、 Mu 、 MU 。
Although the projection magnification and the projection distortion can be obtained as described above, the equation (1) is just an example, and depending on the definition of the magnification, a calculation formula according to the definition may be used. For example, the cross marks Mu, Mu, MU.

M@の4隅のマークのみを使うようにしてもよい。Only the four corner marks of M@ may be used.

そして、計算された投影倍率が許容量を越えるならは、
第1図に示したレチクル5と投影レンズ6の主平面6a
との間隔りを再調整するか、又は投影レンズ6を構成す
る光学部品(レンズ)間の距離を再調節して焦点距離を
変える。そして、再び上記の方法によって倍率を測定し
、その倍率誤差が許容できる値になるまで、投影レンズ
6の調整と測定を繰り返す。また、倍率誤差の計測時に
投影光学系の歪曲収差も測定し、その収差も許容し得る
ものであることを確認する。もし歪曲収差が許容量を越
えていれば、投影レンズ6内部の光学要素の位置を調整
したり、その光学要素を他のものと交換したりする。
And if the calculated projection magnification exceeds the tolerance,
The main plane 6a of the reticle 5 and projection lens 6 shown in FIG.
The focal length can be changed by readjusting the distance between the projection lens 6 and the projection lens 6, or by readjusting the distance between the optical components (lenses) that make up the projection lens 6. Then, the magnification is measured again using the method described above, and the adjustment and measurement of the projection lens 6 are repeated until the magnification error becomes an acceptable value. Furthermore, when measuring the magnification error, the distortion aberration of the projection optical system is also measured to confirm that the aberration is tolerable. If the distortion exceeds the allowable amount, the position of the optical element inside the projection lens 6 is adjusted or the optical element is replaced with another one.

以上述べたように、本実施例によれば、従来のようにテ
スト・レチクルのパターンを露光して現像し、そのレジ
スト像を他の測定機器で測定するという手間と、労力が
省略でき、投影型露光装置が通常備えている移動ステー
ジにマーク像を検出する光電検出器9を設けるだけで極
めて簡単に投影レンズ6の光学特性が測定できる。また
、露光装置の製造時ばかりでなく、LSIの製造現場に
おいテ、投影レンズ6を縮小率のちがう投影レンズに交
換する場合にも、他に特別の測定機器を必要としないか
ら、交換後の光学特性を最適なものにする調整が極めて
効率よくできる利点もある。
As described above, according to this embodiment, the time and effort of exposing and developing the test reticle pattern and measuring the resist image with other measuring equipment as in the conventional method can be omitted, and the projection The optical characteristics of the projection lens 6 can be measured very easily by simply providing a photoelectric detector 9 for detecting mark images on a moving stage that is normally provided in a mold exposure apparatus. In addition, not only when manufacturing exposure equipment, but also when replacing the projection lens 6 with a projection lens with a different reduction ratio at the LSI manufacturing site, no other special measuring equipment is required. Another advantage is that adjustments to optimize optical characteristics can be made extremely efficiently.

伺、上記実施例では、光学特性の計算を露光装置に組み
込まれたCPU30によって行なったが、各十字マーク
Mijの投影像の検出位置のみを端末装置40で表示し
た後、その検出位置の情報に基づいて他の計算器で所定
の演算を行なうようにしても同様の効果が得られる。
In the above embodiment, the optical characteristics were calculated by the CPU 30 built into the exposure apparatus, but after only the detected position of the projected image of each cross mark Mij is displayed on the terminal device 40, the information on the detected position is A similar effect can be obtained even if a predetermined calculation is performed using another calculator based on the calculation result.

以上本実施例は像の結像位置がクロム層21の表面、す
なわち開口面と一致している場合について述べた。本実
施例においては、第1図中に示したギャップセンサー1
2が付属しているので、ギャップセンサー12が検出誤
差のないように調整されている場合はこれを用い、開口
面に対する焦点誤差をAFD39によって検出して焦点
合わせを行なうことができる。
In the above embodiment, the case where the image formation position coincides with the surface of the chromium layer 21, that is, the opening surface has been described. In this embodiment, the gap sensor 1 shown in FIG.
2 is attached, so if the gap sensor 12 is adjusted so that there is no detection error, this can be used, and the AFD 39 can detect the focus error with respect to the aperture plane and perform focusing.

しかし、ギャップセンサーを用い−て自動焦点検出を行
なう構成形態においては、装置の製造時、又は投影レン
ズを交換した時等はAPI)39の検出信号は、一般に
焦点検出に対してオフセットを持っており、ギャップセ
ンサーのみに頼っていては投影像の結像面と開口面とを
正確に一致させることはできない。
However, in a configuration in which automatic focus detection is performed using a gap sensor, when the device is manufactured or when the projection lens is replaced, the detection signal of API) 39 generally has an offset with respect to focus detection. Therefore, relying only on the gap sensor makes it impossible to accurately match the imaging plane of the projected image with the aperture plane.

そこで、本発明の他の実施例として、光電検出器9を用
いて投影されたマーク像のコントラストから焦点検出す
る場合について説明する。
Therefore, as another embodiment of the present invention, a case where focus is detected from the contrast of a mark image projected using the photoelectric detector 9 will be described.

この場合には、ウェハの上下動機構Z−ACT38によ
り同時に微小開口8と光電検出器9が上下されることを
利用し、投影レンズ6の焦点深さの長さを数等分するよ
うな距離だけ微小開口8を上下方向に移動しては、ステ
ージ7を走査して像の強度分布を計測する動作を繰り返
す。そして、像の強度分布における立上り又は立下りの
幅が最小になる焦点状態を求めるようにする。実際には
レチクル5の十字マークの投影像の強度分布を調べる。
In this case, by utilizing the fact that the micro aperture 8 and the photoelectric detector 9 are simultaneously moved up and down by the wafer up and down movement mechanism Z-ACT 38, the length of the focal depth of the projection lens 6 is divided into several equal parts. The operation of moving the minute aperture 8 in the vertical direction by the same amount, scanning the stage 7, and measuring the intensity distribution of the image is repeated. Then, a focus state in which the width of the rise or fall in the image intensity distribution is minimized is determined. Actually, the intensity distribution of the projected image of the cross mark on the reticle 5 is examined.

第7図はステージ7を移動させた時、微小開口8を透過
するマークの像を光電交換した信号の大きさを示すもの
で、縦軸は信号の大きさを、横軸はステージ7のX方向
の位置を宍わしている。スリット開口8aのある開口面
と像面が接近している場合、光電信号1.の波形が第7
図のように得−られたとすると、この状態よりも開口面
と像面が離れた場合には波形の幅が拡がり、信号■、の
ようになる。
Figure 7 shows the magnitude of the signal obtained by photoelectrically exchanging the image of the mark transmitted through the minute aperture 8 when the stage 7 is moved.The vertical axis represents the signal magnitude, and the horizontal axis represents the X The direction and position are clear. When the aperture surface with the slit aperture 8a and the image surface are close to each other, the photoelectric signal 1. The waveform of
Assuming that the image is obtained as shown in the figure, when the aperture plane and the image plane are further apart from each other than in this state, the width of the waveform becomes wider, and the signal becomes as shown in (2).

従って、波形の広がり量、又は波形の肩部の傾きを計測
し、波形の拡がり量が最小になるか、又は波形の肩部の
傾きが最大になる状態を捜せば最良の焦点状態が見出さ
れる。具体的な方法の一例を次に説明する。第7図に示
すように2つの基準レベルr、 、 r、を設ける。基
準レベルr8.らの大きさは、光電信号の最大値に対し
て一定の割合になるようにする。そしてステージ7を走
査して信号■1がこれらのレベルr、 、 rsと一致
する点p+及びp。
Therefore, the best focus state can be found by measuring the amount of waveform spread or the slope of the waveform shoulder and searching for the state where the amount of waveform spread is the minimum or the slope of the waveform shoulder is maximum. . An example of a specific method will be explained next. As shown in FIG. 7, two reference levels r, , r, are provided. Reference level r8. The magnitude of these is set to be a constant ratio to the maximum value of the photoelectric signal. Then, the stage 7 is scanned to find points p+ and p where the signal 1 coincides with these levels r, , rs.

を検出して、p8点と91点のX方向の距離より波形の
広がa t e、を計測する。このX方向の距離の測定
はステージ位置を計測するレーザ干渉計13を用いてC
PU30で計算して行なう。同様に信号I。
is detected, and the waveform spread a te is measured from the distance in the X direction between the p8 point and the 91 point. This distance in the X direction is measured using a laser interferometer 13 that measures the stage position.
Calculate and perform with PU30. Similarly, signal I.

がレベルr、 、 r、と一致する点p、 、 paの
位置を検出して波形の広がり量e、を計測する。第8図
は横軸にZ−ACT38による開口面の上下方向の位置
Zをとり、縦軸に光電信号の波形の広がり量eをとって
表わしたグラフである。開口面を上下方向に一定量例え
ば0.5μmずつ移動しては停止させ、ステージ走査を
行なって第7図に示した波形の広がり量全計測すると、
CPU30のメモリ中には位置Zに対する広がり量eが
このようなデータとして 、記憶される。同図中、広が
り量e、は開口面が像面と一致した位置Z、を示し、そ
こからずれた位置乙、、Z、では、広がり量は第7図の
説明の通り、e、 、 e、となる。実際に焦点を合わ
せるには、位置ZI、ZI・・・2.・・・と順々に広
がり:teを測定しては記憶していき、広がり量の最小
となる位置Z0に戻るようにZ−ACT38を駆動する
ことによって行なう。
The position of the point p, , pa where the level coincides with the level r, , r, is detected, and the amount of spread e of the waveform is measured. FIG. 8 is a graph in which the horizontal axis represents the vertical position Z of the aperture surface due to the Z-ACT 38, and the vertical axis represents the spread amount e of the waveform of the photoelectric signal. When the aperture surface is moved vertically by a fixed amount, for example, 0.5 μm, and then stopped, the stage is scanned, and the entire amount of spread of the waveform shown in FIG. 7 is measured.
The spread amount e with respect to the position Z is stored in the memory of the CPU 30 as such data. In the figure, the amount of expansion e indicates the position Z where the aperture plane coincides with the image plane, and at positions Z, , Z, where the aperture plane is deviated from there, the amount of expansion is e, , e as explained in FIG. , becomes. To actually focus, position ZI, ZI...2. . . . The spread: te is measured and stored in order, and the Z-ACT 38 is driven so as to return to the position Z0 where the amount of spread is the minimum.

以上に例示した方法により、投影レンズ6の投影結像面
と微小開口8の開口面を一致させることができるので、
合焦状態で像の座標を計測できる。
By the method exemplified above, the projection image plane of the projection lens 6 and the aperture plane of the minute aperture 8 can be made to coincide with each other.
The coordinates of the image can be measured while in focus.

以上、この実施例では投影された像、そのもののコント
シストをステージ7上に設けられた光電検出器9で検出
しているので、信号の87N比75;高く、正確な焦点
位置の検出が可能となる。このため、投影像のコントラ
ストが最大になったときの開口面の高さを、第1図のギ
ャップセンサー12で検出して、API)39の検出信
号が合焦状態を示す信号、例えばO■となるように校正
すれば、すなわち、検出オフセットをキャンセルすれは
、投影レンズ6の調整、あるいは交換に力λ力為わらず
、常に鮮明なパターンがウエノ・10上に転写され得る
As mentioned above, in this embodiment, since the projected image itself is detected by the photoelectric detector 9 provided on the stage 7, the signal has a high 87N ratio of 75, making it possible to accurately detect the focal position. Become. Therefore, the height of the aperture surface when the contrast of the projected image is maximized is detected by the gap sensor 12 shown in FIG. If the calibration is performed so that the detection offset is canceled, a clear pattern can always be transferred onto the film 10 without requiring any effort λ to adjust or replace the projection lens 6.

また、第2図に示したレチクル5の複数の十字マークを
用いて、投影レンズ6の有効露光領域内における柚々の
位置で、合焦位me調べることによって、露光領域中の
結像面の微小な凹凸分布や、焦点深反分布等がただちに
測定できる。従って、その測定データによって、投影レ
ンズ6のステージ7の移動平面(xy座標系)に対する
光軸の倒れを確認することもできる。
In addition, by checking the focus position me at each position within the effective exposure area of the projection lens 6 using a plurality of cross marks on the reticle 5 shown in FIG. Minute unevenness distribution, depth of focus distribution, etc. can be measured immediately. Therefore, from the measurement data, it is also possible to confirm the inclination of the optical axis of the projection lens 6 with respect to the moving plane (xy coordinate system) of the stage 7.

さて、上記各実施例において、レチクル5上のマークは
十字マークのみに限られるものではなく、スリット開口
8a、 8bのようにL字に形成したマーりでもよい。
Now, in each of the above embodiments, the mark on the reticle 5 is not limited to a cross mark, but may also be a mark formed in an L-shape like the slit openings 8a and 8b.

また各マークの配置も正方形のマトリックス状に限られ
ず、レチクル5の中心から放射状に複数のマークを配置
してもよい。
Furthermore, the arrangement of the marks is not limited to the square matrix, and a plurality of marks may be arranged radially from the center of the reticle 5.

また、微小開口8も2つのスリット開口ga、8bとし
たが、両省を一体にしてL字状の微小開口としてもよい
。この場合も、そのL字状のスリット開口と十字マーク
の投影像との大きさの関係は前述のようにd(D(hに
定めるのがよい。
Further, although the micro-aperture 8 is made up of two slit apertures ga and 8b, the two slits may be integrated into an L-shaped micro-aperture. In this case as well, the relationship between the sizes of the L-shaped slit opening and the projected image of the cross mark is preferably set to d(D(h) as described above.

また、第1図に示したレチクル・ホルダ15を投影レン
ズ60光軸方向に上下動可能としておけば、倍率調整の
際、投影レンズ6を上下動させることがなく、機械的な
構成が簡単となる。
Furthermore, if the reticle holder 15 shown in FIG. 1 is made vertically movable in the direction of the optical axis of the projection lens 60, the projection lens 6 does not have to be moved vertically when adjusting the magnification, and the mechanical configuration is simplified. Become.

以上のように本発明によれば、投影光学系の投影倍率や
投影歪を迅速かつ正確に測定でき、露光る場所で行なう
場合にも迅速かつ容易に投影倍率や投影歪が測定できる
ので、交換時の調整を早く完了することができる利点が
ある。
As described above, according to the present invention, it is possible to quickly and accurately measure the projection magnification and projection distortion of the projection optical system, and it is also possible to quickly and easily measure the projection magnification and projection distortion even when the measurement is performed at an exposure location. This has the advantage that the time adjustment can be completed quickly.

さらに、露光装置を輸送した後や、誤まって露光装置に
強い衝撃を与えた後等、投影性能に心配のある・場合に
は、本発明によって投影性能の確認が容易にできる。
Furthermore, in cases where there is concern about the projection performance, such as after the exposure apparatus has been transported or after a strong impact has been applied to the exposure apparatus by mistake, the present invention makes it possible to easily check the projection performance.

また、本発明は上述したような製造、サービス又はメイ
ンテナンス時に適用され得るのみでなく、投影倍率を所
定量だけ微調したい場合に、露光装置の通常のオペレー
ションの一部に含ませることもできる。例えば、第n層
のパターンが形成され、第(n+1)層のパターンを露
光する時、ウェハ全体が均等に伸びたような場合、本発
明によると、投影倍率を容易に測定できるので、実施例
の第1図における間隔りを微小変更した後の確認が簡単
にでき、倍率が可変でかつ投影倍率の測定可能な露光装
置を実現して対処できる。このような露光装置によると
、ウェハ全体の伸縮に合わせて、投影倍率を変更すれば
よい。即ち、ウェハかに倍だけ伸びれば、投影倍率を元
の値N倍からkN倍にすればよい。そのためには、測定
した倍率が所望の量となるように、CPtJ30の指令
で投影レンズ6とレチクル5とを光軸方向に相対的に移
動させ投影倍率が可変で、かつ正確に設定できる装置は
、以−ヒのようにウェハの伸縮に対処する場合にのみ有
効なのではなく、他の露光装置、例えば軟X線の放射源
を持ち、放射源から有限の距離だけ離してプロキシミテ
ィ露光されるX線露光装置と投影型露光装置とを1つの
デバイス製造に混用する場合も有効である。
Further, the present invention can be applied not only during manufacturing, service, or maintenance as described above, but also can be included as part of the normal operation of an exposure apparatus when it is desired to finely adjust the projection magnification by a predetermined amount. For example, when a pattern of the n-th layer is formed and the entire wafer is uniformly stretched when exposing the pattern of the (n+1)-th layer, according to the present invention, the projection magnification can be easily measured. It is possible to easily check after making a slight change in the spacing in FIG. According to such an exposure apparatus, the projection magnification can be changed in accordance with the expansion and contraction of the entire wafer. That is, if the wafer is stretched by a factor of 1, the projection magnification can be increased from the original value N times to kN times. To do this, we need a device that can change the projection magnification and accurately set it by moving the projection lens 6 and reticle 5 relative to each other in the optical axis direction according to commands from the CPtJ30 so that the measured magnification becomes the desired amount. , is not only effective when dealing with wafer expansion and contraction as described below, but also has another exposure device, for example, a soft X-ray radiation source, and performs proximity exposure at a finite distance from the radiation source. It is also effective to use both an X-ray exposure apparatus and a projection exposure apparatus in the manufacture of one device.

すなわち、xsm光装置のようにマスク上のパターン寸
法と、ウェハに焼付けられるパターン寸法の間の倍率が
整数値に対して微小量たけ異なるような露光装置によっ
て、ある層の回路パターンをウェハ上に焼き付け、他の
層の回路パターンは光学的な投影型露光装置によって焼
き付ける場合に、使用するマスク又はレチクルの製作時
における両者の倍率関係を完全な整数倍又は整数分の1
倍にしておいても、投影露光装置側で容易に倍率調整し
て対処できるので、マスク又はレチクルの製作が容易に
なる利点がある。
In other words, a circuit pattern of a certain layer is printed on a wafer using an exposure device such as an XSM optical device in which the magnification between the pattern dimension on the mask and the pattern dimension printed on the wafer differs by a minute amount with respect to an integer value. When printing circuit patterns on other layers using an optical projection exposure device, the magnification relationship between the two when manufacturing the mask or reticle used should be set to a perfect integer multiple or a fraction of an integer.
Even if it is doubled, it can be easily handled by adjusting the magnification on the projection exposure apparatus side, which has the advantage of making it easier to manufacture masks or reticles.

同、本発明は投影型露光装置にのみ適用し得るものでは
なく、その他の投影レンズや、カメラ用の撮影レンズ等
の結像光学系を調べる際にも極めて簡単で正確、かつ高
速に測定でき、その測定も自動化が可能である。
Similarly, the present invention can be applied not only to projection exposure devices, but also to extremely simple, accurate, and high-speed measurements when examining other projection lenses and imaging optical systems such as camera lenses. , its measurement can also be automated.

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

第1図は本発明の実施例による測定装置が適用される投
影型露光装置の概略図、第2図は測定に用いるテスト・
レチクルを示す平面図、第3図は露光装置のステージ上
に設けられた微小開口を形成するだめの遮光部材の平面
図、第4図は露光装置の制御系を示すブロック図、第5
図はレチクル上のマークを投影したときの投影像の大き
さと微小開口の大きさとの関係を示す図、第6図はマー
クの投影像を光電検出したときの光強度分布を表わした
図、第7.8図は微小開口と光電検出器とを用いた焦点
検出を説明する図である。 〔主要部分の符号の説明〕 5・・・・・・レチクル、6・・・・・・投影レンズ7
・・・・・・ステージ、8・・・・・・微小開口9・・
・・・・光電検出器、30・・・・・・CPU13.3
4・・・・・・レーザ干渉計 用 願 人 日本光学工業株式会社 代理人 渡辺隆男 オ 1 囚 □2 第2図 第3区 矛4区 第5図
FIG. 1 is a schematic diagram of a projection exposure apparatus to which a measurement apparatus according to an embodiment of the present invention is applied, and FIG.
3 is a plan view showing a reticle, FIG. 3 is a plan view of a light shielding member provided on the stage of the exposure apparatus to form a small opening, FIG. 4 is a block diagram showing the control system of the exposure apparatus, and FIG. 5 is a plan view showing the reticle.
The figure shows the relationship between the size of the projected image when the mark is projected on the reticle and the size of the minute aperture. Figure 6 shows the light intensity distribution when the projected image of the mark is photoelectrically detected. Figure 7.8 is a diagram illustrating focus detection using a minute aperture and a photoelectric detector. [Explanation of symbols of main parts] 5... Reticle, 6... Projection lens 7
...Stage, 8...Minute aperture 9...
...Photoelectric detector, 30...CPU13.3
4...For laser interferometer Applicant: Nippon Kogaku Kogyo Co., Ltd. Agent Takao Watanabe

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 予め定められた複数の位置に所定のマークが描かれたマ
スクを照明する照明手段と;測定すべき結像光学系によ
って投影されたマスクのマーク投影像を光電検出すると
共に、該結像光学系の投影面内を2次元的に移動可能な
光電検出手段と;該光電検出手段の出力に応じてマーク
投影像の投影位置の座標を測定する座標測定手段とを備
え、測定された複数のマーク投影像の各投影位置情報と
、マスク上のマークの各位置情報とに基づいて、前記結
像光学系の光学特性を計算可能としたことを特徴とする
結像光学系の特性測定装置。
illumination means for illuminating a mask on which predetermined marks are drawn at a plurality of predetermined positions; photoelectrically detecting a mark projection image of the mask projected by an imaging optical system to be measured; a photoelectric detection means that is two-dimensionally movable within a projection plane; and a coordinate measurement means that measures the coordinates of the projection position of the mark projection image according to the output of the photoelectric detection means, and a plurality of measured marks. A characteristic measuring device for an imaging optical system, characterized in that the optical characteristics of the imaging optical system can be calculated based on each projection position information of a projected image and each position information of a mark on a mask.
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