JPH05281458A - Automatic focusing device - Google Patents
Automatic focusing deviceInfo
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- JPH05281458A JPH05281458A JP4108634A JP10863492A JPH05281458A JP H05281458 A JPH05281458 A JP H05281458A JP 4108634 A JP4108634 A JP 4108634A JP 10863492 A JP10863492 A JP 10863492A JP H05281458 A JPH05281458 A JP H05281458A
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- Automatic Focus Adjustment (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は自動焦点合わせ装置に関
し、特に半導体デバイス製造用の縮小投影露光装置（ス
テッパー）において、ウエハーステージ上に載置された
半導体ウエハーの各被露光領域を、縮小投影レンズ系
（投影光学系）の焦平面に合焦せしめる為に使用される
自動焦点合わせ装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an automatic focusing apparatus, and more particularly, in a reduction projection exposure apparatus (stepper) for manufacturing semiconductor devices, each exposure area of a semiconductor wafer mounted on a wafer stage is reduced and projected. The present invention relates to an automatic focusing device used for focusing on a focal plane of a lens system (projection optical system).
【０００２】[0002]
【従来の技術】現在、超ＬＳＩの高集積化に応じて回路
パターンの微細化が進んでおり、これに伴なってステッ
パーの縮小投影レンズ系は、より高ＮＡ化されて、これ
に伴ない回路パターンの転写工程におけるレンズ系の許
容焦点深度がより狭くなっている。又、縮小投影レンズ
系により露光するべき被露光領域の大きさも大型化され
る傾向にある。2. Description of the Related Art At present, miniaturization of circuit patterns is progressing in accordance with the high integration of VLSI, and along with this, the reduction projection lens system of the stepper has a higher NA, which is accompanied by it. The allowable depth of focus of the lens system in the circuit pattern transfer process is narrower. Also, the size of the exposed region to be exposed by the reduction projection lens system tends to be increased.
【０００３】このようなことにより大型化された被露光
領域全体に亘って良好な回路パターンの転写を可能にす
る為には、縮小投影レンズ系の許容焦点深度内に確実
に、ウエハーの被露光領域（ショット）全体を位置付け
る必要がある。In order to make it possible to transfer a good circuit pattern over the entire exposed area enlarged in size as described above, the exposed area of the wafer must be reliably exposed within the allowable depth of focus of the reduction projection lens system. It is necessary to position the entire area (shot).
【０００４】これを達成する為には、ウエハー表面の縮
小投影レンズ系の焦平面、即ちレチクルの回路パターン
像がフォーカスする平面に対する位置と傾きを高精度に
検出し、ウエハー表面の位置や傾きを調整してやること
が重要となってくる。In order to achieve this, the position and tilt of the wafer surface with respect to the focal plane of the reduction projection lens system, that is, the plane on which the circuit pattern image of the reticle is focused are detected with high accuracy, and the position and tilt of the wafer surface are detected. It is important to make adjustments.
【０００５】ステッパーにおけるウエハー表面の面位置
の検出方法としては、エアマイクロセンサを用いてウエ
ハー表面の複数箇所の面位置を検出し、その結果に基づ
いてウエハー表面の位置を求める方法、或はウエハー表
面に光束を斜め方向から入射させ、ウエハー表面からの
反射光の反射点の位置ずれをセンサ上への反射光の位置
ずれとして検出する光投射式の検出光学系を用いて、ウ
エハー表面の面位置を検出する方法等が知られている。As a method of detecting the surface position of the wafer surface in the stepper, a method of detecting surface positions at a plurality of positions on the wafer surface by using an air microsensor and obtaining the position of the wafer surface based on the result, or a wafer The surface of the wafer surface is detected using a light projection type detection optical system that detects the positional deviation of the reflection point of the reflected light from the wafer surface as the positional deviation of the reflected light on the sensor by injecting the light flux into the surface from the oblique direction. A method of detecting the position is known.
【０００６】従来のステッパーは、ウエハーステージの
変位量をレーザ干渉計により測定しながら、ウエハース
テージをサーボ駆動により目標位置まで移動させること
により、ウエハー上の被露光領域を投影レンズ系の真下
に送り込み、ウエハーステージ停止後、前述のような方
法で被露光領域の表面の面位置を検出し、被露光領域表
面の位置を調整している。即ち、ウエハーステージの駆
動−停止−面位置の検出−面位置の調整といった動作を
順次行なっていた。A conventional stepper moves the wafer stage to a target position by servo drive while measuring the displacement amount of the wafer stage by a laser interferometer, thereby sending the exposed region on the wafer directly under the projection lens system. After the wafer stage is stopped, the surface position of the surface of the exposed region is detected by the method described above, and the position of the surface of the exposed region is adjusted. That is, the operations of driving the wafer stage-stopping-detecting the surface position-adjusting the surface position are sequentially performed.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの様な
従来の面位置の検出方法では、検出精度を上げることが
困難であり、特に縮小投影レンズの高ＮＡ化、広画角化
が進み、さらには多様なプロセス技術が発達したことに
よりステッパに求められる検出精度を満足させることが
難しい。例えば、ウエハの材質としてガラス基板のよう
な透明な材料を使用した場合には、前述した光投射式の
検出光学系では検出光がガラス基板内に入射し、ガラス
基板の裏面（ウエハ裏面）からの反射光が、本来必要な
検出光であるウエハ表面からの反射光に混入するため正
確な面位置の計測ができないという問題点があった。However, with such a conventional surface position detecting method, it is difficult to increase the detection accuracy, and in particular, the NA of the reduction projection lens and the widening of the angle of view are advanced, and further, Due to the development of various process technologies, it is difficult to satisfy the detection accuracy required for steppers. For example, when a transparent material such as a glass substrate is used as the material of the wafer, in the above-mentioned light projection type detection optical system, the detection light enters the glass substrate, and the back surface (wafer back surface) of the glass substrate However, since the reflected light is mixed with the reflected light from the wafer surface, which is the originally required detection light, there is a problem that the accurate surface position measurement cannot be performed.
【０００８】次に従来から用いられているエアマイクロ
センサを用いる方法、検出光学系を用いる方法の抱えて
いる問題点を述べる。Next, the problems that the method using the air microsensor and the method using the detection optical system which have been conventionally used have are described.
【０００９】エアマイクロセンサを用いた多点計測は、
図２に示すようにウエハの被露光領域１００の外部しか
測定点２１〜２４を設けることができず、この結果、被
露光領域１００の中央部（内部）の面位置情報が得られ
ない。Multipoint measurement using an air microsensor
As shown in FIG. 2, the measurement points 21 to 24 can be provided only outside the exposed region 100 of the wafer, and as a result, the surface position information of the central portion (inside) of the exposed region 100 cannot be obtained.
【００１０】その為、被露光領域１００の内部で図３に
示すような面形状を持つウエハＷに対しては、ウエハＷ
を縮小投影レンズのレチクルパターンの最良結像面に対
して、図３の２点鎖線で示すように被露光領域１００の
外部の測定点位置しか合わせることができない。この
為、被露光領域１００の中央部が縮小投影レンズの許容
焦点深度からはずれてしまい、レチクルパターンの良好
な転写が行なえない場合が生じるという問題点があっ
た。Therefore, the wafer W having the surface shape as shown in FIG.
Can only be aligned with the best image plane of the reticle pattern of the reduction projection lens, as shown by the chain double-dashed line in FIG. Therefore, there is a problem in that the central portion of the exposed region 100 deviates from the allowable depth of focus of the reduction projection lens, and good transfer of the reticle pattern may not be performed.
【００１１】これに対して光投射式の検出光学系を用い
る方法は、ウエハ上の被露光領域に自由に測定点を設け
ることが可能であり、例えば図４に示すように被露光領
域１００の中央部に測定点４１を設け、この中央部のウ
エハ表面の位置情報を得ることができる。On the other hand, in the method using the light projection type detection optical system, it is possible to freely provide a measurement point on the exposed area on the wafer. For example, as shown in FIG. A measurement point 41 is provided at the central portion, and position information on the wafer surface at the central portion can be obtained.
【００１２】その為、被露光領域１００内で図５に示す
ような表面形状を持つウエハＷに対しても、ウエハＷを
縮小投影レンズのレチクルパターンの最良結像面に対
し、図５に１点鎖線で示すような被露光領域１００内の
測定点の平均した位置に合わせることができる。この
為、被露光領域１００の全面を縮小投影レンズの許容焦
点深度内に容易におさめることができ、レチクルパター
ンの良好な転写が可能になる。Therefore, even for the wafer W having the surface shape as shown in FIG. 5 in the exposed region 100, the wafer W is set to the best image plane of the reticle pattern of the reduction projection lens as shown in FIG. It can be aligned with the averaged position of the measurement points in the exposed region 100 as shown by the dotted line. Therefore, the entire surface of the exposed region 100 can be easily kept within the allowable depth of focus of the reduction projection lens, and good transfer of the reticle pattern becomes possible.
【００１３】しかしながら光投射式の検出光学系を用い
る方法には、次のような問題点がある。図６は検出光学
系を用いる方法の光学系の要部説明図である。However, the method using the light projection type detection optical system has the following problems. FIG. 6 is an explanatory view of a main part of an optical system of a method using a detection optical system.
【００１４】この方法では、ウエハＷに斜め方向に入射
したマスク６の開口Ｍを通過からの光束Ｌのスポット光
の強度はＳＩに示される明暗の光となる。ウエハの材質
としてガラス基板のような透明な材料Ｇを使用した場
合、ウエハ表面からの反射光はＬＦ、ガラス基板Ｇの内
部に侵入した裏面からの反射光はＬＢで示される光束と
なる。光束ＬＦと光束ＬＢはガラスの厚さで決定される
光路長だけ結像位置がずれる。例えばガラス基板の厚さ
が８００μｍで入射角度が８０°であれば結像位置のず
れは約２００μｍとなる。In this method, the intensity of the spot light of the light flux L which has entered the wafer W in an oblique direction and has passed through the opening M of the mask 6 becomes the light and dark light indicated by SI. When a transparent material G such as a glass substrate is used as the material of the wafer, the reflected light from the front surface of the wafer becomes a light flux indicated by LF, and the reflected light from the rear surface that has entered the inside of the glass substrate G becomes a light flux indicated by LB. The light beam LF and the light beam LB are deviated in the image forming position by the optical path length determined by the thickness of the glass. For example, when the thickness of the glass substrate is 800 μm and the incident angle is 80 °, the shift of the image forming position is about 200 μm.
【００１５】この量は検出光学系の大きさに比べて小さ
い為、ガラス基板Ｇの裏面からの反射光ＬＢが、ウエハ
表面からの反射光ＬＦに混入する。この為、受光面Ｄに
ある位置検出素子で受光した光を光電変換した場合、出
力信号波形はＳＯのような歪が生ずる。出力信号波形Ｓ
Ｏの歪みには光束ＬＦと光束ＬＢの結像位置のずれに寄
因するものと、ウエハＷの表面パターンの反射率の違い
による光束ＬＦの強度の歪みも含まれている。しかも出
力信号波形ＳＯからは、表面反射光の信号と裏面反射光
の信号の分離ができない。Since this amount is smaller than the size of the detection optical system, the reflected light LB from the back surface of the glass substrate G is mixed with the reflected light LF from the front surface of the wafer. Therefore, when the light received by the position detecting element on the light receiving surface D is photoelectrically converted, the output signal waveform is distorted like SO. Output signal waveform S
The distortion of O includes the distortion of the light flux LF and the distortion of the light flux LB due to the difference in the image forming positions of the light flux LB and the difference in the reflectance of the surface pattern of the wafer W. Moreover, from the output signal waveform SO, the signal of the front surface reflected light and the signal of the rear surface reflected light cannot be separated.
【００１６】従って、正確な面位置を計測することがで
きない。例えば面位置として数十ミクロンの誤計測が発
生することがある。もちろん、ウエハ上に塗布してある
レジストの表面で反射される光とウエハ基板面で反射さ
れる光との間で生じる干渉の影響も問題点となってく
る。Therefore, the accurate surface position cannot be measured. For example, an erroneous measurement of several tens of microns may occur as the surface position. Of course, the influence of interference generated between the light reflected on the surface of the resist coated on the wafer and the light reflected on the wafer substrate surface also becomes a problem.
【００１７】図４に示す被露光領域１００内の各測定点
４１〜４５では、それぞれ作られたＩＣパターンに対し
てウエハ基板の構造が異なっている。具体的には、例え
ばガラス基板上に遮光性の高い物質がコートされている
部分があったり無かったりでガラス基板の裏面からの光
の反射強度が各測定点ごとに種々変化する。そして、ガ
ラス基板の裏面の反射光の強度の違いにより信号歪みの
度合いも変化するので、各測定点は各々異なった検出誤
差を生じる。ガラス基板表面の位置はこのようなガラス
基板の裏面信号の混入の影響が含まれてくる。At each of the measurement points 41 to 45 in the exposed region 100 shown in FIG. 4, the structure of the wafer substrate is different for each IC pattern created. Specifically, for example, the reflection intensity of light from the back surface of the glass substrate changes variously at each measurement point depending on whether the glass substrate has a portion coated with a substance having a high light shielding property or not. Then, the degree of signal distortion also changes depending on the difference in the intensity of the reflected light on the back surface of the glass substrate, so that each measurement point produces a different detection error. The position of the front surface of the glass substrate includes the influence of such mixing of the back surface signal of the glass substrate.
【００１８】この裏面信号の混入の影響による検出誤差
が縮小投影レンズの許容焦点深度に対して大きくなる
と、ガラス基板表面の位置をレチクルパターンの最良結
像面位置に位置付けることができず、レチクルパターン
の良好な転写が行なえない。If the detection error due to the influence of the mixture of the back surface signal becomes larger than the allowable depth of focus of the reduction projection lens, the position of the glass substrate surface cannot be positioned at the best image plane position of the reticle pattern, and the reticle pattern is not formed. Can not be transferred well.
【００１９】上記の現象はレジストを塗布したウエハ基
板でもレジスト表面の信号、ウエハ表面の信号の干渉に
よっても同様に発生し問題点となっている。The above phenomenon similarly occurs even on a resist-coated wafer substrate due to interference of signals on the resist surface and signals on the wafer surface, which is a problem.
【００２０】本発明は適切に設定した光束を平板状物体
に照射するようにした投光手段や平板状物体からの反射
光束を受光する受光手段、そして受光手段からの出力信
号を演算処理する演算手段等の構成を適切に設定するこ
とにより、ウエハ、特にガラス基板のような透明基板の
表面位置を高精度に検出し、所定位置に設定することが
できる自動焦点合わせ装置の提供を目的とする。According to the present invention, a light projecting means for irradiating an appropriately set light beam to a flat object, a light receiving means for receiving a reflected light beam from the flat object, and a calculation for processing an output signal from the light receiving means It is an object of the present invention to provide an automatic focusing device capable of highly accurately detecting the surface position of a wafer, particularly a transparent substrate such as a glass substrate, and setting it at a predetermined position by appropriately setting the configuration of means and the like. ..
【００２１】[0021]
【課題を解決するための手段】本発明の自動焦点合わせ
装置は （イ）投影光学系の光軸と略直交する方向に沿って２次
元方向に移動可能なステージに載置した平板状物体の所
定面を該投影光学系の像平面に設定し、該所定面の１ヵ
所の測定面に投光手段から明暗を繰り返す複数のスポッ
ト光を照射し、該所定面からの複数のスポット光に基づ
く反射光を光電変換手段で検出し、該光電変換手段で得
られた複数の信号を記憶手段に記憶し、該記憶手段に記
憶した複数の信号のうち特定の信号を用いて演算手段に
より該所定面の面位置情報を検出し、該演算手段からの
信号に基づいて該所定面を該投影光学系の焦平面に設定
したことを特徴としている。 （ロ）平板状物体を載置したまま投影光学系の光軸と略
直交する方向に沿って２次元方向に移動可能なステージ
により該平板状物体の所定面を前記投影光学系の像平面
に送り込み、前記所定面の前記投影光学系の光軸に関す
る面位置情報を検出し、該所定面を該投影光学系の焦平
面に合焦させる際、投光手段から該所定面の１ヶ所の測
定点に明暗を繰り返す複数のスポット光を照射し、該ス
ポット光の前記平板状物体からの反射光を光電変換手段
で受光し、該光電変換手段からの信号を記憶手段で記憶
し、該記憶手段に記録した信号中特定の部位の信号を用
いて演算手段で演算することにより、該所定面の面位置
情報を検出していることを特徴としている。The automatic focusing device according to the present invention comprises: (a) a flat plate-shaped object mounted on a stage movable in a two-dimensional direction along a direction substantially orthogonal to the optical axis of the projection optical system. A predetermined surface is set as an image plane of the projection optical system, and one spot of the predetermined surface is irradiated with a plurality of spot lights that repeat bright and dark from a light projecting means, and based on the plurality of spot lights from the predetermined surface. The reflected light is detected by the photoelectric conversion means, the plurality of signals obtained by the photoelectric conversion means are stored in the storage means, and the predetermined value is calculated by the calculation means using a specific signal among the plurality of signals stored in the storage means. The surface position information of the surface is detected, and the predetermined surface is set as the focal plane of the projection optical system based on the signal from the calculation means. (B) A predetermined surface of the flat plate-shaped object is made to be an image plane of the projection optical system by a stage movable in a two-dimensional direction along a direction substantially orthogonal to the optical axis of the projection optical system while the flat plate-shaped object is placed. When the light is fed and the surface position information of the predetermined surface with respect to the optical axis of the projection optical system is detected and the predetermined surface is focused on the focal plane of the projection optical system, measurement of one position of the predetermined surface is performed by the light projecting means. A plurality of spot lights that repeat bright and dark are applied to a point, reflected light from the flat object of the spot light is received by a photoelectric conversion unit, and a signal from the photoelectric conversion unit is stored in a storage unit, and the storage unit It is characterized in that the surface position information of the predetermined surface is detected by calculating by the calculating means using the signal of the specific portion among the signals recorded in 1.
【００２２】特に前記演算手段は前記記憶手段に記憶さ
れた信号のうち前記投影光学系の有効領域の部位に限定
し演算していることや、前記演算手段は前記平板状物体
の厚さに基づいて前記記憶手段に記憶した複数の信号の
うちから所定の信号を選択して演算していることや、前
記投光手段からの複数のスポット光の間隔を可変とした
こと等を特徴としている。In particular, the calculating means is limited to the area of the effective area of the projection optical system in the signal stored in the storing means, and the calculating means is based on the thickness of the flat object. It is characterized in that a predetermined signal is selected from a plurality of signals stored in the storage means for calculation and that the intervals between the plurality of spot lights from the light projecting means are variable.
【００２３】[0023]
図１は本発明の自動焦点合わせ装置を備えた縮小投影露
光装置（ステッパー）の一部分の要部概略図である。FIG. 1 is a schematic view of a main part of a reduction projection exposure apparatus (stepper) equipped with an automatic focusing apparatus according to the present invention.
【００２４】図１において、１は縮小投影レンズ系（投
影レンズ）であり、その光軸は図中ＡＸで示している。
縮小投影レンズ系１はレチクル（不図示）の回路パター
ンを、例えば１／５倍に縮小して投影し、その焦平面に
回路パターン像を形成している。又光軸ＡＸは図中のｚ
軸方向と平行な関係にある。２は表面にレジストを塗布
したウエハーであり、先の露光工程で互いに同じパター
ンが形成された多数個の被露光領域（ショット）が配列
してある。In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a reduction projection lens system (projection lens), the optical axis of which is indicated by AX in the drawing.
The reduction projection lens system 1 projects a circuit pattern of a reticle (not shown) by reducing it by, for example, 1/5, and forms a circuit pattern image on its focal plane. The optical axis AX is z in the figure.
It is parallel to the axial direction. Reference numeral 2 denotes a wafer whose surface is coated with a resist, in which a large number of exposed regions (shots) in which the same pattern is formed in the previous exposure process are arranged.
【００２５】３はウエハーを載置するウエハーステージ
である。ウエハー２はウエハーステージ３に吸着され固
定している。ウエハーステージ３はｘ軸方向に動くＸス
テージと、ｙ軸方向に動くＹステージと、ｚ軸方向及び
ｘ、ｙ、ｚ軸方向に平行な軸のまわりに回転するθ−Ｚ
ステージで構成している。又ｘ、ｙ、ｚ軸は互いに直交
するように設定してある。従って、ウエハーステージ３
を駆動することにより、ウエハー２の表面の位置を縮小
投影レンズ系１の光軸ＡＸ方向、及び光軸ＡＸに直交す
る平面に沿った方向に調整し、更に焦平面、即ち回路パ
ターン像に対する傾きも調整している。Reference numeral 3 is a wafer stage on which a wafer is placed. The wafer 2 is adsorbed and fixed to the wafer stage 3. The wafer stage 3 has an X stage that moves in the x-axis direction, a Y stage that moves in the y-axis direction, and a θ-Z that rotates about an axis parallel to the z-axis direction and the x, y, and z-axis directions.
It consists of stages. The x, y and z axes are set to be orthogonal to each other. Therefore, the wafer stage 3
Is driven to adjust the position of the surface of the wafer 2 in the optical axis AX direction of the reduction projection lens system 1 and in the direction along a plane orthogonal to the optical axis AX, and further tilted with respect to the focal plane, that is, the circuit pattern image. Is also adjusting.
【００２６】図１における符番４〜１１はウエハー２の
表面位置及び傾きを検出する為に設けた検出手段の各要
素を示している。４は照明用光学としての発光ダイオー
ドであり、例えば半導体レーザなどの高輝度な光源であ
る。５は照明用レンズである。Reference numerals 4 to 11 in FIG. 1 indicate respective elements of the detection means provided for detecting the surface position and the inclination of the wafer 2. Reference numeral 4 denotes a light emitting diode as illumination optics, which is a high-luminance light source such as a semiconductor laser. Reference numeral 5 is an illumination lens.
【００２７】光源４から射出した光は照明用レンズ５に
よって平行な光束となり、複数個（５個）のピンホール
を形成した開口マスク（以下「マスク」といもいう。）
６を照明する。マスク６の各ピンホールを通過した複数
個の光束は、結像レンズ７を経て折曲げミラー８に入射
し、折曲げミラー８で方向を変えた後、ウエハー２の表
面に入射している。The light emitted from the light source 4 becomes a parallel light flux by the illumination lens 5, and a plurality of (five) pinholes are formed in the aperture mask (hereinafter also referred to as "mask").
Illuminate 6. A plurality of light fluxes that have passed through the pinholes of the mask 6 enter the folding mirror 8 via the imaging lens 7, change the direction by the folding mirror 8, and then enter the surface of the wafer 2.
【００２８】図７はウエハ２への入射光束（Ｌ）とウエ
ハ２の表面と裏面からの反射光束（ＬＦ、ＬＢ）が受光
面Ｄに入射する様子を示している。FIG. 7 shows how incident light flux (L) on the wafer 2 and reflected light fluxes (LF, LB) from the front and back surfaces of the wafer 2 are incident on the light receiving surface D.
【００２９】マスク６の５個のピンホールＭＭの開口形
状は図７に示すようにスポット状をして１次元方向（直
線方向）に配列している。即ち、図８に示すようにウエ
ハの露光領域１００の５ヵ所（７１〜７５）にマスク６
の５つのピンホールが形成されている。このようなマス
ク６を用いることにより、本発明では後述するガラス基
板の表面位置を誤差無く高精度に検出している。As shown in FIG. 7, the opening shape of the five pinholes MM of the mask 6 is spot-like and arranged in a one-dimensional direction (linear direction). That is, as shown in FIG. 8, the mask 6 is formed at five points (71 to 75) of the exposure area 100 of the wafer.
5 pinholes are formed. By using such a mask 6, in the present invention, the surface position of the glass substrate, which will be described later, is detected with high accuracy and without error.
【００３０】ここで結像レンズ７と折曲げミラー８はウ
エハー２上にマスク６の複数個のピンホールＭＭの像を
形成している。複数個のピンホールを通過した光束は、
図８に示すようにウエハー２の被露光領域１００の中央
部を含む５箇所（７１〜７５）を照射し、各々の箇所で
反射される。即ち、本実施例ではマスク６にピンホール
を５個形成し、被露光領域１００内で、後述するように
その中央部を含む５箇所の測定点（７１〜７５）の位置
を測定している。Here, the imaging lens 7 and the bending mirror 8 form images of a plurality of pinholes MM of the mask 6 on the wafer 2. The luminous flux that has passed through multiple pinholes is
As shown in FIG. 8, five points (71 to 75) including the central portion of the exposed region 100 of the wafer 2 are irradiated and reflected at each position. That is, in this embodiment, five pinholes are formed in the mask 6 and the positions of five measurement points (71 to 75) including the central portion thereof are measured in the exposed region 100, as will be described later. ..
【００３１】ウエハー２の各測定点（７１〜７５）で反
射した光束は折曲げミラー９により方向を変えた後、検
出レンズ１０を介して受光素子を２次元的に配置した位
置検出素子１１上に入射する。ここで検出レンズ１０は
結像レンズ７、折曲げミラー８、ウエハー２、折曲げミ
ラー９と協働してマスク６のピンホールの像を位置検出
素子１１上に形成している。即ちマスク６とウエハー２
と位置検出素子１１は互いに光学的に共役な関係にあ
る。図１では模式的に示してあるが、光学配置上困難な
場合には位置検出素子１１を各ピンホールに対応して各
々、別個に複数個配置しても良い。The light beam reflected at each measurement point (71 to 75) of the wafer 2 is redirected by the bending mirror 9 and then, on the position detecting element 11 in which the light receiving elements are two-dimensionally arranged via the detecting lens 10. Incident on. Here, the detection lens 10 cooperates with the imaging lens 7, the bending mirror 8, the wafer 2, and the bending mirror 9 to form an image of the pinhole of the mask 6 on the position detection element 11. That is, the mask 6 and the wafer 2
And the position detection element 11 are in an optically conjugate relationship with each other. Although it is schematically shown in FIG. 1, if it is difficult in terms of optical arrangement, a plurality of position detecting elements 11 may be separately arranged corresponding to each pinhole.
【００３２】位置検出素子１１は２次元的なＣＣＤ又は
ラインセンサーなどから成り、複数個のピンホールを介
した複数の光束の位置検出素子１１の受光面への入射位
置を各々独立に検知することが可能となっている。ウエ
ハー２の縮小投影レンズ系１の光軸ＡＸ方向の位置の変
化は、位置検出素子１１上の複数の光束の入射位置のズ
レとして検出できる為、ウエハー２上の被露光領域１０
０内の５つの測定点７１〜７５における、ウエハー表面
の光軸ＡＸ方向の位置が、位置検出素子１１からの出力
信号に基づいて検出できる。又、この位置検出素子１１
からの出力信号は面位置検出装置１４を介して制御装置
１３へ入力している。The position detecting element 11 is composed of a two-dimensional CCD or a line sensor, etc., and independently detects the incident positions of a plurality of light fluxes through a plurality of pinholes on the light receiving surface of the position detecting element 11. Is possible. A change in the position of the reduction projection lens system 1 on the wafer 2 in the optical axis AX direction can be detected as a deviation of the incident positions of a plurality of light beams on the position detection element 11, so that the exposed region 10 on the wafer 2 is exposed.
The position of the wafer surface in the optical axis AX direction at the five measurement points 71 to 75 within 0 can be detected based on the output signal from the position detection element 11. Also, this position detecting element 11
The output signal from is input to the control device 13 via the surface position detection device 14.
【００３３】ウエハーステージ３のｘ軸及びｙ軸方向の
変位はウエハーステージ３上に設けた基準ミラー１５と
レーザ干渉計１７とを用いて周知の方法により測定しウ
エハーステージ３の変位量を示す信号をレーザ干渉計１
７から信号線を介して制御装置１３へ入力している。又
ウエハーステージ３の移動はステージ駆動装置１２によ
り制御され、ステージ駆動装置１２は、信号線を介して
制御装置１３からの指令信号を受け、この信号に応答し
てウエハーステージ３をサーボ駆動している。The displacement of the wafer stage 3 in the x-axis and y-axis directions is measured by a known method using a reference mirror 15 and a laser interferometer 17 provided on the wafer stage 3, and is a signal indicating the amount of displacement of the wafer stage 3. Laser interferometer 1
7 to the control device 13 via a signal line. The movement of the wafer stage 3 is controlled by the stage driving device 12, and the stage driving device 12 receives a command signal from the control device 13 through a signal line and servo-drives the wafer stage 3 in response to this signal. There is.
【００３４】ステージ駆動装置１２は第１駆動手段と第
２駆動手段を有し、第１駆動手段によりウエハー２の光
軸ＡＸと直交する面内における位置（ｘ、ｙ）と回転
（θ）とを調整し、第２駆動手段によりウエハー２の光
軸ＡＸ方向の位置（ｚ）と傾き（φx , y ）とを調整し
ている。The stage driving device 12 has a first driving means and a second driving means, and the first driving means causes a position (x, y) and a rotation (θ) in a plane orthogonal to the optical axis AX of the wafer 2. And the second drive means adjusts the position (z) of the wafer 2 in the optical axis AX direction and the inclination (φ x , y ).
【００３５】面位置検出装置１４は位置検出素子１１か
らの出力信号（面位置データ）を後述する方法で処理
し、ウエハー２の表面の位置を検出する。そして、この
検出結果を制御装置１３に転送し、所定の指令信号をス
テージ駆動装置１２に入力する。この指令信号に応答し
て、ステージ駆動装置１２の第２駆動手段が作動し、第
２駆動手段がウエハー２の光軸ＡＸ方向の位置と傾きを
調整する。The surface position detecting device 14 processes the output signal (surface position data) from the position detecting element 11 by a method described later to detect the position of the surface of the wafer 2. Then, this detection result is transferred to the control device 13, and a predetermined command signal is input to the stage drive device 12. In response to this command signal, the second drive means of the stage drive device 12 operates, and the second drive means adjusts the position and inclination of the wafer 2 in the optical axis AX direction.
【００３６】次に本実施例におけるウエハー２の面形状
の検出方法について順をおって説明する。Next, the method for detecting the surface shape of the wafer 2 in this embodiment will be described step by step.
【００３７】最初に図８に示すように被露光領域１００
内に５つの測定点７１−７５を設定する。測定点７１は
被露光領域１００のほぼ中央部にあり、面位置検出時に
は光軸ＡＸと交わる。又、残りの測定点７２〜７５は被
露光領域１００の周辺部にあり、測定点７１がｘ−ｙ座
標上の点（ｘ、ｙ）にあるとすると、各測定点７２〜７
５の位置が各々（ｘ＋Δｘ、ｙ＋Δｙ）、（ｘ−Δｘ、
ｙ＋Δｙ）、（ｘ−Δｘ、ｙ−Δｙ）、（ｘ＋Δｘ、ｙ
−Δｙ）なる点にあるようにしている。First, as shown in FIG. 8, the exposed area 100 is exposed.
Five measurement points 71-75 are set inside. The measurement point 71 is located substantially in the center of the exposed region 100 and intersects the optical axis AX when detecting the surface position. Further, assuming that the remaining measurement points 72 to 75 are in the peripheral portion of the exposed region 100 and the measurement point 71 is at a point (x, y) on the xy coordinates, the respective measurement points 72 to 7
The positions of 5 are (x + Δx, y + Δy), (x−Δx,
y + Δy), (x−Δx, y−Δy), (x + Δx, y
-Δy).
【００３８】又、被露光領域１００は図９に示すように
ウエハー２上にｘ軸及びｙ軸に沿って複数個規則正しく
並べられている。Further, a plurality of exposed regions 100 are regularly arranged on the wafer 2 along the x-axis and the y-axis as shown in FIG.
【００３９】次にウエハーステージ３を目標位置まで移
動させて、ウエハー２上の被露光領域（ショット）１０
０をレチクルパターンに位置合わせしたとき、被露光領
域１００の各測定点７１〜７５上にマスク６の各ピンホ
ールの像が投射されるように、図１の検出手段（４〜１
１）のセッティングを行なう。このとき、被露光領域１
００は縮小投影レンズ系１の真下に位置付けられてお
り、測定点７１は光軸ＡＸと交差している。Next, the wafer stage 3 is moved to a target position, and an exposed region (shot) 10 on the wafer 2 is exposed.
When 0 is aligned with the reticle pattern, the image of each pinhole of the mask 6 is projected on each measurement point 71-75 of the exposed region 100 so that the detection means (4-1.
Set 1). At this time, the exposed area 1
00 is positioned directly below the reduction projection lens system 1, and the measurement point 71 intersects the optical axis AX.
【００４０】本実施例ではウエハー２上の第１被露光領
域１００ａが縮小投影レンズ系１の真下にくるようにウ
エハーステージ３を動かし、レチクルパターンに対して
第１被露光領域１００ａを位置合わせする。位置合わせ
終了後、検出手段（４〜１１）により、第１被露光領域
１００ａの５つの測定点（７１〜７５）の面位置検出を
行ない、位置検出素子１１からの出力信号に基づいて面
位置検出装置１４で各測定点の面位置データＺｉ（ｉ＝
１〜５）を形成し、制御装置１３へ情報を送る。In this embodiment, the wafer stage 3 is moved so that the first exposed region 100a on the wafer 2 is directly below the reduction projection lens system 1, and the first exposed region 100a is aligned with the reticle pattern. .. After the alignment is completed, the detecting means (4 to 11) detects the surface position of the five measurement points (71 to 75) of the first exposed region 100a, and the surface position is detected based on the output signal from the position detecting element 11. The surface position data Zi (i =
1 to 5) and sends information to the control device 13.
【００４１】制御装置１３は、この５個の面位置データ
Ｚｉ（ｉ＝１〜５）に基づいて第１被露光領域１００ａ
の最小自乗平面（の位置）を求め、このウエハ２の最小
自乗平面とレチクルパターン像との光軸ＡＸ方向の間隔
及びウエハー２の傾き方向と傾き量を算出する。The control device 13 controls the first exposed area 100a based on the five surface position data Zi (i = 1 to 5).
Is calculated, and the distance between the least square plane of the wafer 2 and the reticle pattern image in the optical axis AX direction and the tilt direction and tilt amount of the wafer 2 are calculated.
【００４２】尚、最小自乗平面の位置ｚはThe position z of the least squares plane is
【００４３】[0043]
【数１】 を満たすものである。[Equation 1] To meet.
【００４４】制御装置１３はこの算出結果に応じた指令
信号をステージ駆動装置１２へ入力し、ステージ駆動装
置１２によりウエハーステージ３上のウエハー２の光軸
ＡＸ方向の位置と傾きを調整（補正）している。The control device 13 inputs a command signal according to this calculation result to the stage drive device 12, and the stage drive device 12 adjusts (corrects) the position and inclination of the wafer 2 on the wafer stage 3 in the optical axis AX direction. is doing.
【００４５】これによってウエハー２の表面、即ち第１
被露光領域１００ａを縮小投影レンズ系１の最良結像面
（焦平面）に位置付けている。そして、この面位置の調
整終了後、第１被露光領域１００ａを露光して回路パタ
ーン像の転写を行なう。As a result, the surface of the wafer 2, that is, the first
The exposed region 100a is positioned on the best image plane (focal plane) of the reduction projection lens system 1. After the adjustment of the surface position, the first exposed area 100a is exposed to transfer the circuit pattern image.
【００４６】第１被露光領域１００ａに対する露光が終
了したら、ウエハー２上の第２被露光領域１００ｂが縮
小投影レンズ系１の真下にくるようにウエハーステージ
３を駆動する。After the exposure of the first exposed region 100a is completed, the wafer stage 3 is driven so that the second exposed region 100b on the wafer 2 is directly below the reduction projection lens system 1.
【００４７】次に本実施例においてウエハ２を縮小投影
レンズ系１の最良結像面（焦平面）に位置付けする方法
について図１０のフローチャートを用いて説明する。Next, a method of positioning the wafer 2 on the best image plane (focal plane) of the reduction projection lens system 1 in this embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
【００４８】ステップＳ００１でウエハ２はウエハステ
ージ３上へ搬入されウエハチャックに固定される。ステ
ップＳ００２で被露光ショットの中心が投影レンズ１の
光軸ＡＸの中心に来るようにウエハステージ３を駆動す
る。駆動終了後レチクルと被露光ショットの位置合わせ
を行なう（ステップＳ００３）。位置合わせが終了する
と、ステップＳ００４ではウエハと投影レンズ１の像面
の間隔を合わせを測定点７１の測定値等を使って行な
う。In step S001, the wafer 2 is loaded onto the wafer stage 3 and fixed to the wafer chuck. In step S002, the wafer stage 3 is driven so that the center of the shot to be exposed comes to the center of the optical axis AX of the projection lens 1. After the driving is completed, the reticle and the shot to be exposed are aligned (step S003). When the alignment is completed, in step S004, the distance between the wafer and the image plane of the projection lens 1 is aligned using the measurement value of the measurement point 71 or the like.
【００４９】次に測定点（７１〜７５）を用いウエハ表
面の位置Ｚ１〜Ｚ５を測定する（ステップＳ００５）。
ステップＳ００６ではウエハ表面の位置Ｚ１〜Ｚ５を算
出し最小自乗平面を計算する。つぎに、最小自乗平面と
レンズ像面（焦平面）が合致するようにウエハステージ
３の傾きを駆動する（ステップＳ００７）。ウエハ２と
投影レンズ１の焦平面の差が補正された後露光を行なう
（ステップＳ００８）。ステップＳ００９でもしも全て
のショットの露光が終了していなければステップＳ００
２へ移行しステップＳ００２〜Ｓ００９を繰り返す。最
終ショットの露光終了後ステップＳ０１０でウエハ２は
ウエハチャックからはずされウエハ２は搬出される。Next, the positions Z1 to Z5 on the wafer surface are measured using the measurement points (71 to 75) (step S005).
In step S006, the positions Z1 to Z5 of the wafer surface are calculated to calculate the least squares plane. Next, the inclination of the wafer stage 3 is driven so that the least squares plane and the lens image plane (focal plane) match (step S007). Exposure is performed after the difference between the focal planes of the wafer 2 and the projection lens 1 is corrected (step S008). If all shots have not been exposed in step S009, step S00
2, and steps S002 to S009 are repeated. After the exposure of the final shot, in step S010, the wafer 2 is removed from the wafer chuck and is unloaded.
【００５０】次に位置検出素子１１に入力された信号の
処理方法を述べる。本発明の特徴はガラス基板等の透明
基板の面高さを示す信号を精度良く検出し正確に面形状
を求めるところにある。Next, a method of processing the signal input to the position detecting element 11 will be described. A feature of the present invention is that a signal indicating the surface height of a transparent substrate such as a glass substrate is accurately detected and the surface shape is accurately determined.
【００５１】図７はガラス基板Ｇに入射した光束の該ガ
ラス基板Ｇからの反射光束の光路を示している。FIG. 7 shows an optical path of a light beam reflected by the glass substrate G, which is incident on the glass substrate G.
【００５２】図７においてマスク６のスポット状のピン
ホールＭＭから出射された光束Ｌはガラス基板Ｇの表面
で反射する光ＬＦとガラス基板の中に侵入しガラス基板
の裏面から反射する光ＬＢに分かれる。マスク６のピン
ホールＭＭを通過した光束Ｌの強度分布をＳＩＭに示
す。ガラス基板表面の透過率が高い場合、高エネルギー
の光がガラス基板Ｇ内に侵入するため光束ＬＢの光強度
は大きい。その時の信号はスポット状の光束ＳＩＭが受
光面Ｄにある位置検出素子から１次元的な信号に変換さ
れた場合光強度ＳＯＭとなる。In FIG. 7, the light flux L emitted from the spot-shaped pinhole MM of the mask 6 is a light LF reflected on the front surface of the glass substrate G and a light LB reflected on the back surface of the glass substrate by penetrating into the glass substrate. Divide. SIM shows the intensity distribution of the light flux L that has passed through the pinhole MM of the mask 6. When the transmittance of the glass substrate surface is high, high-energy light enters the glass substrate G, so that the light intensity of the light flux LB is high. The signal at that time has a light intensity SOM when the spot-shaped light beam SIM is converted into a one-dimensional signal from the position detection element on the light receiving surface D.
【００５３】ガラス基板Ｇの裏面からの影響で受光面Ｄ
には光信号Ｐ６、Ｐ７なる強度分布ＳＩＭには初めから
無かった成分が発生している。しかも光信号Ｐ３，Ｐ
４，Ｐ５は裏面と表面の光が混じり合い、歪んだ形状と
なっている。もちろんガラス基板Ｇの厚さによっては光
信号Ｐ７が発生しないこともある。あるいはガラス基板
Ｇの透過率によっては光信号Ｐ６，Ｐ７の強度が大きか
ったり全くでない場合もある。The light receiving surface D is affected by the back surface of the glass substrate G.
In the intensity distribution SIM composed of the optical signals P6 and P7, a component that has not existed from the beginning is generated. Moreover, the optical signals P3, P
4, P5 has a distorted shape due to the mixture of the light on the back surface and the light on the surface. Of course, the optical signal P7 may not be generated depending on the thickness of the glass substrate G. Alternatively, depending on the transmittance of the glass substrate G, the intensity of the optical signals P6 and P7 may be high or not at all.
【００５４】上記の例では光信号Ｐ１，Ｐ２には裏面か
らの影響を受けていないため、歪んだ信号とはなってい
ない。In the above example, the optical signals P1 and P2 are not affected by the back surface, so that they are not distorted signals.
【００５５】この様に本発明では歪んだ信号が生じない
様にマスク６のスポットを構成する、所謂マルチスリッ
トの幅を選択することを特徴としている。As described above, the present invention is characterized in that the width of the so-called multi-slit which forms the spot of the mask 6 is selected so that a distorted signal is not generated.
【００５６】図７に示した様にウエハー２への入射光の
入射角をθ、ガラス基板Ｇの材質の屈折率をｎ、厚みを
ｄ、入射角θに対応した屈折角をθ′とした時、ウエハ
表面からの反射光ＬＦと裏面からの反射光ＬＢの受光面
Ｄ上におけるズレ量ΔはAs shown in FIG. 7, the incident angle of incident light on the wafer 2 is θ, the refractive index of the material of the glass substrate G is n, the thickness is d, and the refraction angle corresponding to the incident angle θ is θ ′. At this time, the deviation amount Δ of the reflected light LF from the front surface of the wafer and the reflected light LB from the back surface on the light receiving surface D is
【００５７】[0057]
【数２】 で与えられる。但し、ｓｉｎθ＝ｎｓｉｎθ′である。[Equation 2] Given in. However, sin θ = nsin θ ′.
【００５８】このときのずれ量Δの値が投射されるマル
チスリットの１本１本の幅αより大きいこと、即ち Δ≧α であることが、裏面からの反射光の影響を受けないスリ
ット（スポット）が存在する条件である。The fact that the value of the deviation amount Δ at this time is larger than the width α of each of the projected multi-slits, that is Δ ≧ α, means that the slit () which is not affected by the reflected light from the back surface ( Spot) is the condition that exists.
【００５９】一般にウエハ自体の厚みは規格化されて決
まっており、屈折率ｎも既知であるので、あらかじめ装
置側で入射角θと幅αを選ぶことにより、裏面からの反
射光の影響を除く事ができる。ずれ量Δと幅αの関係の
バリエーションについては図１４で後述する。Generally, the thickness of the wafer itself is standardized and determined, and the refractive index n is also known. Therefore, the influence of the reflected light from the back surface is removed by selecting the incident angle θ and the width α in advance on the device side. I can do things. Variations in the relationship between the shift amount Δ and the width α will be described later with reference to FIG.
【００６０】図７に示す例では検出光学系もΔ＞αとな
る様に構成されており、光信号Ｐ１，Ｐ２が歪んだ信号
となっていない。In the example shown in FIG. 7, the detection optical system is also configured so that Δ> α, and the optical signals P1 and P2 are not distorted signals.
【００６１】従って、光信号Ｐ１，Ｐ２の信号位置を求
めることによって誤差無くウエハＷの面高さが測定でき
る。Therefore, the surface height of the wafer W can be measured without error by obtaining the signal positions of the optical signals P1 and P2.
【００６２】各信号位置の算出は、例えば重心を求める
方法や信号をスライスするレベルを予め設定しておき、
そのレベルの中心を求める方法など様々な手法が使用で
きる。For calculating each signal position, for example, a method for obtaining the center of gravity or a level for slicing a signal is set in advance,
Various methods can be used, such as a method of obtaining the center of the level.
【００６３】尚、本発明を実施するにあたり実験を行な
った結果、スライスレベルを上限と下限の２点を設定
し、各レベルに囲まれる面積の中心を求める方法が精度
よく、しかも短時間で簡単に処理できる結果が得られ
た。２つのスライスレベルを設定したことにより、信号
中のノイズ成分をカットできた。ただし本発明では中心
を求める方法には限定しない。As a result of carrying out an experiment for carrying out the present invention, a method of setting the slice level at two points, the upper limit and the lower limit, and obtaining the center of the area surrounded by each level is accurate, and is simple in a short time. The result that can be processed is obtained. By setting two slice levels, the noise component in the signal could be cut. However, the present invention is not limited to the method of finding the center.
【００６４】光束の強度分布ＳＩＭに採用しているスポ
ットの数が既知であれば光信号Ｐ１，Ｐ２の位置だけで
も信号として得られる光強度ＳＯＭの中心は正確に求め
られる。先述のようにガラス基板の厚さが薄ければ歪み
の無い信号は光信号Ｐ１だけになることがある。この場
合、光信号Ｐ１の中心だけを使用し中心を求めればよ
い。If the number of spots adopted in the intensity distribution SIM of the light flux is known, the center of the light intensity SOM obtained as a signal can be accurately obtained only by the positions of the light signals P1 and P2. As described above, if the glass substrate is thin, the optical signal P1 may be the only signal without distortion. In this case, only the center of the optical signal P1 should be used to find the center.
【００６５】このようにガラス基板の厚さが既知であれ
ば処理信号を選択することによって正確な検出が可能で
ある。もちろん裏面からの信号が発生する位置は幾何光
学的に求められるのでガラス厚だけがパラメータとなっ
て選択する信号の本数は自動的に求められる。As described above, if the thickness of the glass substrate is known, accurate detection is possible by selecting the processing signal. Of course, the position at which a signal from the back surface is generated is geometrically determined, so that only the glass thickness is a parameter and the number of signals to be selected is automatically determined.
【００６６】上記処理法を実施する装置を図１３のブロ
ック図を使って説明する。An apparatus for carrying out the above processing method will be described with reference to the block diagram of FIG.
【００６７】８１は位置検出素子のアナログ信号をテジ
タル信号に変換するＡ／Ｄ変換装置である。位置検出素
子１１とＡ／Ｄ変換装置８１により光電変換手段を構成
している。Ａ／Ｄ変換された情報はメモリ８２に記憶さ
れる。このメモリは２次元信号を記憶できるメモリであ
る。前記メモリの情報を先述の１次元信号に変換するの
が演算装置８３である。Reference numeral 81 is an A / D converter for converting the analog signal of the position detecting element into a digital signal. The position detection element 11 and the A / D conversion device 81 constitute photoelectric conversion means. The A / D converted information is stored in the memory 82. This memory is a memory that can store a two-dimensional signal. The arithmetic unit 83 converts the information in the memory into the above-mentioned one-dimensional signal.
【００６８】演算装置８３は先述のように検出信号を限
定し信号位置を求める機能及びノイズなどのカットをす
るための２つのスライスレベルを設定する機能も有して
いる。演算装置８３はＣＰＵであり、ソフトウェアによ
り制御されている。従って演算装置８３を制御するソフ
トウェアを交換することにより、先述の方法以外の面位
置検出処理に切り替えることが可能である。As described above, the arithmetic unit 83 has a function of limiting the detection signal to obtain a signal position and a function of setting two slice levels for cutting noise and the like. The arithmetic unit 83 is a CPU and is controlled by software. Therefore, by exchanging the software controlling the arithmetic unit 83, it is possible to switch to the surface position detection processing other than the method described above.
【００６９】本実施例では光源４としてＬＥＤを用いて
マスク６上の５つのピンホールを照明し、５本の光ビー
ムを形成する場合を述べたが、このＬＥＤを各ピンホー
ル毎に個別に設けて対応するピンホールを照明するよう
にしてもよい。In this embodiment, the case where the LED is used as the light source 4 to illuminate the five pinholes on the mask 6 to form the five light beams has been described. However, this LED is individually provided for each pinhole. It may be provided to illuminate the corresponding pinhole.
【００７０】又、位置検出素子１１に１次元のＣＣＤセ
ンサ等を使用してもよい。その場合メモリ８２は１次元
信号を記憶できるメモリでもかまわなく、例えばＦＩＦ
Ｏメモリも使用できる。この場合、図８に示される５組
の測定点を使用するならば１次元のＣＣＤセンサは５組
必要となる。演算装置８３はデジタルシグナルプロセッ
サ（ＤＳＰ）を用いても良い。A one-dimensional CCD sensor or the like may be used as the position detecting element 11. In that case, the memory 82 may be a memory capable of storing a one-dimensional signal, for example, a FIF.
O memory can also be used. In this case, if the five measurement points shown in FIG. 8 are used, five one-dimensional CCD sensors are required. The arithmetic unit 83 may use a digital signal processor (DSP).
【００７１】図８に示されるマスク６のピンホールを照
射する位置７１〜７５の配置は、Ｘ軸方向に直列並べた
構成である。各測定点は、広い領域を一列にカバーして
いるために被露光領域が変わった場合でも、面位置計測
装置は使用できる。被露光領域が変わった場合の面位置
計測方法を図１１を用いて説明する。The positions 71 to 75 for irradiating the pinholes of the mask 6 shown in FIG. 8 are arranged in series in the X-axis direction. Since each measurement point covers a wide area in a line, the surface position measuring apparatus can be used even when the exposed area changes. A method of measuring the surface position when the exposed area changes will be described with reference to FIG.
【００７２】図１１の実線は、投影レンズ１の露光でき
る最大露光領域１００を示している。一般に２０ミリ角
以上の縮小投影露光装置が多い。例えばＩＣチップのサ
イズが縦長に設定された場合、図１１の点線で示される
領域１００’が露光範囲となる。その場合、測定点７２
〜７５は点線で示される露光領域ではそれぞれ内側の２
つのスポット（スリット）が有効である。The solid line in FIG. 11 indicates the maximum exposure area 100 that can be exposed by the projection lens 1. Generally, there are many reduction projection exposure apparatuses with a size of 20 mm square or more. For example, when the size of the IC chip is set to be vertically long, the area 100 ′ shown by the dotted line in FIG. 11 becomes the exposure range. In that case, the measurement point 72
˜75 are 2 inside each in the exposure area shown by the dotted line.
Two spots (slits) are effective.
【００７３】従って、測定点７１〜７５を用いて面位置
を計測する場合、２次元センサ１１から出力され、Ａ／
Ｄ変換された面位置計測信号について例えば測定点７３
の信号は、図１１の出力波形Ｓ７３のようになったとし
て光信号Ｐ３４，Ｐ３５の信号を制御装置１３で選択
し、光信号Ｐ３４，Ｐ３５の中心を計算すると測定点７
３の面位置が求められる。Therefore, when the surface position is measured using the measurement points 71 to 75, the two-dimensional sensor 11 outputs the A / A
For the D-converted surface position measurement signal, for example, a measurement point 73
When the control device 13 selects the signals of the optical signals P34 and P35 and calculates the centers of the optical signals P34 and P35, the measurement point 7
The surface position of 3 is obtained.
【００７４】又、測定点７２の信号も出力波形Ｓ７２の
ようになり、光信号Ｐ４１，Ｐ４２の信号を選択し、そ
の中心を計算すると測定点７２の面位置が求められる。
測定点７４，７５も同じように面位置が求められるので
５点の測定値より最小自乗平面が正確に計算できる。The signal at the measuring point 72 also has an output waveform S72, and the surface position of the measuring point 72 can be obtained by selecting the signals of the optical signals P41 and P42 and calculating the center thereof.
Since the surface positions of the measurement points 74 and 75 are similarly obtained, the least-squares plane can be accurately calculated from the measurement values of the five points.
【００７５】ここに示したように、ピンホールの位置を
変えること無く、露光領域の変更に対応することがで
き、しかも極めて高い精度で最小自乗平面が計算でき
る。更に制御装置１３に露光領域のサイズを入力するこ
とにより、自動的に有効な信号位置を選択できる。As shown here, the exposure area can be changed without changing the position of the pinhole, and the least squares plane can be calculated with extremely high accuracy. Further, by inputting the size of the exposure area to the control device 13, an effective signal position can be automatically selected.
【００７６】又、ピンホールの配置を図１２に示される
配置にすることによって前記実施例で示した露光領域の
変更を縦、横同時に変更できる。Further, by changing the arrangement of the pinholes to the arrangement shown in FIG. 12, it is possible to change the exposure area shown in the above embodiment simultaneously in the vertical and horizontal directions.
【００７７】実施例１の面位置検出において、ガラス基
板Ｇの厚さｄが既知であれば、スポットの間隔を変化さ
せることにより、いつでも最多数本の信号を得ることが
できる。例えばガラス基板が薄い場合は図１４（Ａ）に
示すようにスポット間隔を長くして、光信号Ｐ１１，Ｐ
１３，Ｐ１５を選択するとよい。逆に厚い時は図１４
（Ｂ）に示すようにスポット間隔を短くし、光信号Ｐ２
１，Ｐ２２，Ｐ２３を選択するとよい。In the surface position detection of Example 1, if the thickness d of the glass substrate G is known, the maximum number of signals can be obtained at any time by changing the spot interval. For example, when the glass substrate is thin, the spot interval is increased as shown in FIG.
13 and P15 should be selected. Conversely, when it is thick,
As shown in (B), the spot interval is shortened and the optical signal P2
It is recommended to select 1, P22 and P23.
【００７８】ただし、ガラス基板の厚さとスポット間隔
の関係はこれだけとは限らない。スポット間隔を可変に
する機構としてマスク６を液晶デバイスにしてもよい。
非常に細かいドットで構成される光透過型液晶基板を使
用し、スポットをオープンにしたい部分だけに光が透過
するように液晶のドットを電気的に制御する液晶デバイ
スを使用しても良く、これによれば自由にスポット間隔
を変更する事ができる。However, the relationship between the thickness of the glass substrate and the spot interval is not limited to this. The mask 6 may be a liquid crystal device as a mechanism for varying the spot interval.
It is also possible to use a light-transmissive liquid crystal substrate composed of extremely fine dots and use a liquid crystal device that electrically controls the liquid crystal dots so that light is transmitted only to the part where you want to open the spot. According to, the spot interval can be freely changed.
【００７９】[0079]
【発明の効果】本発明によれば以上のように適切に設定
した光束を平板状物体に照射するようにした投光手段や
平板状物体からの反射光束を受光する受光手段、そして
受光手段からの出力信号を演算処理する演算手段等の構
成を適切に設定することにより、ウエハ、特にガラス基
板のような透明基板の表面位置を高精度に検出し、所定
位置に設定することができる自動焦点合わせ装置を達成
することができる。According to the present invention, the light projecting means for irradiating the light flux properly set as described above to the flat object, the light receiving means for receiving the light flux reflected from the flat object, and the light receiving means By properly setting the configuration of the arithmetic means for arithmetically processing the output signal of the device, the surface position of the wafer, especially the transparent substrate such as the glass substrate, can be detected with high accuracy and the automatic focus can be set to the predetermined position. A matching device can be achieved.
【００８０】特に本発明によればウエハ上の被露光領域
中の測定点のＩＣパターンにより生じる固有の検出誤差
を亡くすことができる。特にガラス基板等の透明基板に
効果がある。従って、今後出現するであろう特殊なプロ
セスを経た超ＬＳＩに対して、高集積化に伴う縮小投影
レンズの許容焦点深度の縮小化傾向にも、あるいは露光
領域が大型化してもウエハの被露光領域全面を確実に焦
点深度内に位置付けることができる。この為、より良好
なパターン転写が行なえ、より集積度の高い回路を作成
できる等優れた効果がある。In particular, according to the present invention, the inherent detection error caused by the IC pattern of the measurement point in the exposed region on the wafer can be eliminated. It is particularly effective for transparent substrates such as glass substrates. Therefore, even for VLSIs that have undergone a special process that will appear in the future, even if the allowable depth of focus of the reduction projection lens tends to decrease with higher integration, or even if the exposure area increases, the wafer exposed The entire area can be reliably positioned within the depth of focus. Therefore, there are excellent effects such that better pattern transfer can be performed and a circuit with a higher degree of integration can be created.
【図１】本発明を縮小投影露光装置に適用したときの実
施例１の要部概略図FIG. 1 is a schematic view of a main part of a first embodiment when the present invention is applied to a reduction projection exposure apparatus.
【図２】エアマイクロセンサによる面位置検出での被露
光領域と各測定点の位置関係を示す説明図FIG. 2 is an explanatory diagram showing a positional relationship between an exposed region and each measurement point in surface position detection by an air microsensor.
【図３】エアマイクロセンサによる面位置検出での許容
焦点深度とウエハ表面の位置関係を示す説明図FIG. 3 is an explanatory diagram showing a positional relationship between a permissible depth of focus and a surface of a wafer in surface position detection by an air microsensor.
【図４】検出光学系による面位置検出での被露光領域と
各測定点の位置関係を示す図FIG. 4 is a diagram showing a positional relationship between an exposed region and each measurement point in surface position detection by a detection optical system.
【図５】検出光学系による面位置検出での許容焦点深度
とウエハ表面の位置関係を示す図FIG. 5 is a diagram showing a positional relationship between a permissible depth of focus and a wafer surface in surface position detection by a detection optical system.
【図６】検出光学系をガラス基板に適応した時の表面反
射光に裏面反射光の混入が起こり処理信号が歪むことを
説明する図FIG. 6 is a diagram for explaining that the processing signal is distorted when the back surface reflected light is mixed into the front surface reflected light when the detection optical system is applied to a glass substrate.
【図７】本発明で実施した複数スポット光束による検出
光学系をガラス基板に適応した時の表面反射光に裏面反
射光の混入と処理方法を説明する図FIG. 7 is a diagram for explaining a method of mixing back surface reflected light into front surface reflected light and a processing method when a detection optical system using a plurality of spot light fluxes implemented in the present invention is applied to a glass substrate.
【図８】被露光領域中に設定した各測定点の配置を示す
説明図FIG. 8 is an explanatory diagram showing an arrangement of measurement points set in an exposed area.
【図９】ウエハ上の被露光領域（ショット）の配列を示
す説明図FIG. 9 is an explanatory diagram showing an arrangement of exposed regions (shots) on a wafer.
【図１０】本発明の面位置検出法を用いた面位置調整動
作の一例を示すフローチャートFIG. 10 is a flowchart showing an example of a surface position adjusting operation using the surface position detecting method of the present invention.
【図１１】露光領域が変更になった時の測定信号を説明
する図FIG. 11 is a diagram illustrating a measurement signal when an exposure area is changed.
【図１２】測定点の配置を示す図FIG. 12 is a diagram showing the arrangement of measurement points.
【図１３】面位置検出装置を示すブロック図FIG. 13 is a block diagram showing a surface position detection device.
【図１４】ガラス基板の厚さが変化した時に有効なスポ
ット間隔を示す説明図FIG. 14 is an explanatory diagram showing effective spot intervals when the thickness of the glass substrate changes.
１ 投影レンズ系 ２ ウエハ ３ ウエハステージ ４ 光源 ５ 照明用レンズ ６ マスク ７ 結像レンズ ８、９ ミラー １０ 検出レンズ １１ 位置検出素子 １２ ステージ駆動装置 １３ 制御装置 １４ 面位置検出装置 １００ 露光領域 1 Projection Lens System 2 Wafer 3 Wafer Stage 4 Light Source 5 Illumination Lens 6 Mask 7 Imaging Lens 8, 9 Mirror 10 Detection Lens 11 Position Detection Element 12 Stage Drive Device 13 Control Device 14 Surface Position Detection Device 100 Exposure Area
Claims (5)
って２次元方向に移動可能なステージに載置した平板状
物体の所定面を該投影光学系の像平面に設定し、該所定
面の一ヵ所の測定面に投光手段から明暗を繰り返す複数
のスポット光を照射し、該所定面からの複数のスポット
光に基づく反射光を光電変換手段で検出し、該光電変換
手段で得られた複数の信号を記憶手段に記憶し、該記憶
手段に記憶した複数の信号のうち特定の信号を用いて演
算手段により該所定面の面位置情報を検出し、該演算手
段からの信号に基づいて該所定面を該投影光学系の焦平
面に設定したことを特徴とする自動焦点合わせ装置。1. A predetermined plane of a flat object placed on a stage movable in a two-dimensional direction along a direction substantially orthogonal to the optical axis of the projection optical system is set as an image plane of the projection optical system, A plurality of spot lights that repeat light and dark are emitted from a light projecting unit onto one measurement surface of a predetermined surface, and reflected light based on the plurality of spot lights from the predetermined surface is detected by a photoelectric conversion unit, and the photoelectric conversion unit The obtained plurality of signals are stored in the storage means, the surface position information of the predetermined surface is detected by the calculation means by using a specific signal among the plurality of signals stored in the storage means, and the signal from the calculation means is detected. The automatic focusing device is characterized in that the predetermined surface is set as a focal plane of the projection optical system based on the above.
光軸と略直交する方向に沿って２次元方向に移動可能な
ステージにより該平板状物体の所定面を前記投影光学系
の像平面に送り込み、前記所定面の前記投影光学系の光
軸方向に関する面位置情報を検出し、該所定面を該投影
光学系の焦平面に合焦させる際、投光手段から該所定面
の１ヶ所の測定点に明暗を繰り返す複数のスポット光を
照射し、該スポット光の前記平板状物体からの反射光を
光電変換手段で受光し、該光電変換手段からの信号を記
憶手段で記憶し、該記憶手段に記録した信号中特定の部
位の信号を用いて演算手段で演算することにより、該所
定面の面位置情報を検出していることを特徴とする自動
焦点合わせ装置。2. A predetermined surface of the plate-shaped object is imaged by a stage movable in a two-dimensional direction along a direction substantially orthogonal to the optical axis of the projection optical system while the plate-shaped object is placed. When the light beam is sent to a flat surface, the surface position information of the predetermined surface in the optical axis direction of the projection optical system is detected, and the predetermined surface is focused on the focal plane of the projection optical system, one of the predetermined surfaces is projected from the light projecting means. Irradiating a plurality of spot lights that repeat light and dark at the measurement points of several places, the reflected light from the flat object of the spot light is received by the photoelectric conversion means, and the signal from the photoelectric conversion means is stored in the storage means, An automatic focusing device characterized in that surface position information of the predetermined surface is detected by calculating by a calculating means using a signal of a specific part among signals recorded in the storage means.
た信号のうち前記投影光学系の有効領域の部位に限定し
演算していることを特徴とする請求項２の自動焦点合わ
せ装置。3. The automatic focusing apparatus according to claim 2, wherein the calculation means performs the calculation by limiting the signal stored in the storage means to a portion of the effective area of the projection optical system.
基づいて前記記憶手段に記憶した複数の信号のうちから
所定の信号を選択して演算していることを特徴とする請
求項２の自動焦点合わせ装置。4. The calculation means selects and calculates a predetermined signal from a plurality of signals stored in the storage means based on the thickness of the flat object. Automatic focusing device.
間隔を可変としたことを特徴とする請求項２の自動焦点
合わせ装置。5. The automatic focusing device according to claim 2, wherein the intervals of the plurality of spot lights from the light projecting means are variable.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10863492A JP3180229B2 (en) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | Automatic focusing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10863492A JP3180229B2 (en) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | Automatic focusing device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05281458A true JPH05281458A (en) | 1993-10-29 |
| JP3180229B2 JP3180229B2 (en) | 2001-06-25 |
Family
ID=14489775
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10863492A Expired - Fee Related JP3180229B2 (en) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | Automatic focusing device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3180229B2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010271603A (en) * | 2009-05-25 | 2010-12-02 | Nikon Corp | Apparatus for detecting surface position, apparatus for forming pattern, method for detecting surface position, method for forming pattern, and device manufacturing method |
| JP2015028637A (en) * | 2009-05-19 | 2015-02-12 | バイオナノ ジェノミックス、インク． | Device and method for dynamic determination of sample spatial orientation and dynamic repositioning |
| JP2016015371A (en) * | 2014-07-01 | 2016-01-28 | ウシオ電機株式会社 | Thickness measurement apparatus, thickness measurement method and exposure apparatus |
| JP2016080525A (en) * | 2014-10-17 | 2016-05-16 | キヤノン株式会社 | Measurement device, measurement method, lithography device and article manufacturing method |
-
1992
- 1992-03-31 JP JP10863492A patent/JP3180229B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2015028637A (en) * | 2009-05-19 | 2015-02-12 | バイオナノ ジェノミックス、インク． | Device and method for dynamic determination of sample spatial orientation and dynamic repositioning |
| JP2010271603A (en) * | 2009-05-25 | 2010-12-02 | Nikon Corp | Apparatus for detecting surface position, apparatus for forming pattern, method for detecting surface position, method for forming pattern, and device manufacturing method |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3180229B2 (en) | 2001-06-25 |
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