JPS6130034A - Focusing apparatus - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To achieve focusing by projecting stripe patterns provided at both sides of transparent object onto a wafer with a lens, focusing an image on a CCD by branching the reflected light, detecting the focusing position of lens from output difference in bright and dark levels of CCD and shifting a wafer. CONSTITUTION:A pattern 20 where the lines 20B and spaces 20C are arranged alternately in both sides of a glass 20A is formed and the focusing point of range 11 is located at the intermediate region of both sides. The pattern 20 is projected on a wafer 5, a part of reflected light is focused on the CCD14 through a half-mirror 15 and contrast of pattern image 20 is detected. Here, picture element width defined by the line and space of pattern 20 and CCD14 should be in the relation of common division. When the wafer 5 and the lens 11 are in the relation of focusing, outputs of the bright and dark levels of CCD are equal, but when these are not focused, the dark levels corresponding to the lines becomes unequal. The wafer 5 is shifted so that output differences for n-pairs of the adjacent bright and dark level pairs becomes zero. This structure assures stable detection of focused area and focusing regardless of the surface conditions of wafer.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は結像レンズの焦点合せ装置に係り、特にウェハ
の縮小投影露光装置の縮小レンズなどの焦点合せに好適
な焦点合せ装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a focusing device for an imaging lens, and more particularly to a focusing device suitable for focusing a reduction lens of a wafer reduction projection exposure apparatus.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

従来のウェハの縮小投影露光装置の縮小レンズの焦点合
せ装置としては、エアマイクロを用いる方式の装置と、
ウエノ・に斜め方向から光を当てて反射光のずれ量から
縮小レンズの合焦点位置との差を求める光方式の装置な
どがある。As a focusing device for the reduction lens of a conventional wafer reduction projection exposure apparatus, there are two types: an apparatus using an air micro;
There is an optical type device that shines light onto the lens from an oblique direction and determines the difference from the focused position of the reduction lens from the amount of deviation of the reflected light.

第１図は従来の元方式の焦点合せ装置を例示する基本構
成図である。第１図において、ＬＥＤｌの光をスリット
２を通し、かつレンズ５Ａを通して、反射ミラー６Ｂに
より縮小レンズ４と干渉しないように、フェノＳ５上に
斜めからスリット２像を結像する。このウニ／１１５面
上で反射したスリット２像は再び反射ミラー５Ｃおよび
レンズ５Ｄを介して入射光路と同様の経路をたどり、ホ
トセンサ６上に結像する。ここでホトセンサ６に入党す
るスリット２像位置は、フェノ１５が上下するとウェハ
、５から反射する光路が移動するため変化する。従って
、あらかじめ縮小レンズ４の合焦点位置をウェハ５を露
光して求めておき、その時のホトセンサ６上のスリット
２像位置を合焦点位置として、以後このデータをもとに
して焦点合せを行なう。しかし上記したエアマイクロを
用いる方式および第１図のホトセンサを用いる光方式の
焦点合せ装置は、縮小レンズを通さない方法であるため
オフセット量を設定する必要がある。従って、直接焦点
合せなすることができないで誤差要因を含み、高精度の
焦点合せをすることが難しいといった問題点があった。FIG. 1 is a basic configuration diagram illustrating a conventional original type focusing device. In FIG. 1, the light from the LED 1 is passed through the slit 2 and the lens 5A, and an image of the slit 2 is formed obliquely on the phenol S5 by the reflecting mirror 6B so as not to interfere with the reduction lens 4. The slit 2 image reflected on this U/115 surface again follows the same path as the incident optical path via the reflecting mirror 5C and lens 5D, and forms an image on the photosensor 6. Here, the position of the image of the slit 2 entering the photosensor 6 changes because the optical path reflected from the wafer 5 moves as the phenol 15 moves up and down. Therefore, the focal point position of the reduction lens 4 is determined in advance by exposing the wafer 5, and the image position of the slit 2 on the photosensor 6 at that time is set as the focal point position, and subsequent focusing is performed based on this data. However, in the above-described air micro focusing device and the optical focusing device using a photo sensor shown in FIG. 1, it is necessary to set an offset amount because the focusing device does not pass through a reduction lens. Therefore, there is a problem that direct focusing is not possible and there are error factors, making it difficult to perform highly accurate focusing.

なお以下各図面を通じて同一符号は同一または相当部分
を示すものとする。Note that the same reference numerals indicate the same or corresponding parts throughout the drawings.

従来これに対して縞状ノくターンをフェノ１上に投影し
て反射光のコントラストから直接結像レンズの合焦点位
置を検出する光方式の装置が考えられている。第２図は
従来の縞状ノ櫂ターンを用いた光方式の焦点合せ装置を
例示する基本構成図で、第５図（ａ）、（Ａ）は第２図
のそれぞれ合焦点位置、非合焦点位置の縞パターン像と
受光素子（ＣＯＤ　）出力波形を示す図である。第２図
において、ラインとスペースを配した縞ノ（ターン１２
を結像レンズ１１の結像位置に配置し、かつ光路の途中
に）Ｓ−７ミラー１５を挿入して光路を分岐して、その
結像位置に受光素子（ＯＬ’Ｄ　）１４を配置し、縞パ
ターン１２は照明像１５によりクエ／１５上に投影され
るように構成される。なお縞パターン１２のラインアン
ドスペースとｅｃＤｌ　４の画素幅は公約関係にあるよ
うにする。この構成で、結像レンズ１１の合焦点位置に
フェノＳ５が存在すると、第６図（りに示すように縞パ
ターン像１２αのコントラストが高くなり、　ｅｃＤ１
４出力の明レベルと暗レベルの出力差も、大きくなる。Conventionally, an optical system has been considered in which a striped pattern is projected onto the phenol 1 and the focused position of the imaging lens is directly detected from the contrast of the reflected light. FIG. 2 is a basic configuration diagram illustrating a conventional optical focusing device using a striped paddle turn, and FIGS. FIG. 3 is a diagram showing a striped pattern image at a focal position and an output waveform of a light receiving element (COD). In Figure 2, there is a striped pattern with lines and spaces (turn 12).
is placed at the imaging position of the imaging lens 11, and an S-7 mirror 15 is inserted in the middle of the optical path to branch the optical path, and a light receiving element (OL'D) 14 is placed at the imaging position. , the striped pattern 12 is configured to be projected onto the que/15 by the illumination image 15. Note that the lines and spaces of the striped pattern 12 and the pixel width of the ecDl 4 are set to have a mutually agreed relationship. In this configuration, when the pheno S5 is present at the focal point position of the imaging lens 11, the contrast of the striped pattern image 12α increases as shown in FIG.
The output difference between the bright level and the dark level of the four outputs also increases.

一方で合焦点位置にない時には、第５図（りのように縞
パターン像１２αのコントラストが低くなり、ＣＣＤ１
４の出力差も小さくなる。このようにＣＣＤ１４の出力
差が最も大き□い位置が合焦点位置となって検出できる
。しかし上記した第２図の装置は、ウェハ５が合焦点位
置くない時に、焦点位置に対して上下どちら側くずれて
いるのかわからない不都合がある。On the other hand, when it is not at the in-focus position, the contrast of the striped pattern image 12α becomes low as shown in FIG.
The output difference between 4 and 4 also becomes smaller. In this way, the position where the output difference of the CCD 14 is the largest □ becomes the in-focus position and can be detected. However, the above-mentioned apparatus shown in FIG. 2 has the disadvantage that when the wafer 5 is not at the focused position, it cannot be determined whether the wafer 5 is shifted upward or downward relative to the focused position.

従来これを解決するため２つの縞パターンを結像レンズ
の結像位置の前後に配置した方式の装置も考えられてい
る。第４図は従来の２つの縞状パターンを配置した方式
の焦点合せ装置を例示する基本構成図で、第５図（５）
、（ｂ）は第４図のそれぞれ合焦点位置、非合焦点位置
の縞パターン像とＣＣＤ出力波形を示す図である。また
第６図は第４図の合焦点位置を検出するアルゴリズムを
説明するための縞パターン像とＣＣＤ出、力波形図であ
る。第４図において、結像レンズ１１の結像位置の前後
に前縞パターン１６と後編パターン１７を配置する。こ
のような構成にすると、ウェハ５が合焦点位置にある時
には、第５図（α）に示すように前編パターン像１６ｇ
と後編ノ（ターン像１７ａのコントラストが等しいため
、　Ｃ０Ｄ１４の出力は全域で出力差が等しくなる。一
方て例えばフェノ・５が合焦点位置に対して上側にある
時には、第５図（ｈ）のように後編パターン像１７ａの
方のコントラストが高くなるため、ＣＣＤの出力を１出
力差が変化する。このように結像位置の前後に配置した
前編パターン１６と後縞パターン１７の像のコント、７
ストつまりＣＣＤ１４の出力を見れば、ウェハ５が合焦
点位置に対して上下どちらの側にずれているかがわかる
。なお結像レンズ１１０合焦点位置は、第６図に示すよ
うに前編パターン１６のスペースに対応するＣＣＤ出力
の明レベルＶｌ’ｍａｘｉとラインに対応する暗レベル
ＶＰｍｉｎｉを必要に応じてそれぞｈ−１ｉ１取り出し
てその出力差を求め、同様に後縞パターン１７のスペー
スとラインにそれぞれ対応するＣＣＤ出力の明レベル■
ｘｔｍａｓｃｉと暗レベル■Ｅｒ１Ｌｉｎｉを同じくそ
れぞれル個取り出してその出力差を求め、次式のアルゴ
リズムにより両市力差が等しくてその差が０になるよう
にウェハ５を移動する。Conventionally, in order to solve this problem, an apparatus has been considered in which two striped patterns are arranged before and after the imaging position of the imaging lens. Figure 4 is a basic configuration diagram illustrating a conventional focusing device with two striped patterns;
, (b) are diagrams showing a fringe pattern image and a CCD output waveform at the in-focus position and the out-of-focus position, respectively, in FIG. 4. Further, FIG. 6 is a striped pattern image, CCD output, and force waveform diagram for explaining the algorithm for detecting the focal point position shown in FIG. 4. In FIG. 4, a front stripe pattern 16 and a rear pattern 17 are arranged before and after the imaging position of the imaging lens 11. With this configuration, when the wafer 5 is at the focused position, the first pattern image 16g is displayed as shown in FIG. 5(α).
(Since the contrast of the turn image 17a is equal, the output difference of the C0D14 is equal over the entire range.On the other hand, for example, when the Feno-5 is above the in-focus position, As the contrast of the second pattern image 17a becomes higher, the output of the CCD changes by one output difference.In this way, the contrast of the images of the first pattern 16 and the rear stripe pattern 17 placed before and after the imaging position, 7
By looking at the output of the CCD 14, it can be seen whether the wafer 5 is shifted upward or downward relative to the in-focus position. The focal point position of the imaging lens 110 is set by adjusting the bright level Vl'maxi of the CCD output corresponding to the space of the first pattern 16 and the dark level VPmini corresponding to the line as necessary, as shown in FIG. 1i1 and find the output difference, and similarly calculate the bright level of the CCD output corresponding to the space and line of the rear stripe pattern 17.
xtmasci and the dark level ■Er1Lini are taken out in the same manner, and the output difference is determined, and the wafer 5 is moved so that the two power differences are equal and the difference becomes 0 using the following algorithm.

＝　ｏ　　　　　　　　　　　　　　ｔｔ＋しかしなが
ら、この従来装置においては、前編パターン１６と後編
パターン１７を回路パターンのあるウェハ５上のどこに
投影するかで、焦点合せ精度が低下する場合が考えられ
る。第７図（ａ）＃（ｊ）は第４図の縞パターンをウニ
への回路パターン部とスクライブエリアの双方にかかる
位置に投影する場合を例示するそれぞれウェハ平面図、
その部分拡大図である。また第８図は第７図の合焦点位
置を検出するアルゴリズムを説明するためのＣＯＤ出力
波形図である。第７図（ａ）、（Ａ）において、ウェハ
５には回路パターンが形成されており、一般に回路パタ
ーン部１日の方がスクライブエリア１９よりも反射率が
低い。= ott+ However, in this conventional device, the focusing accuracy may be reduced depending on where on the wafer 5 where the circuit pattern is projected the first pattern 16 and the second pattern 17. 7(a) and (j) are wafer plan views illustrating the case where the striped pattern of FIG. 4 is projected onto a position covering both the circuit pattern portion and the scribe area on the sea urchin, respectively;
It is a partially enlarged view. Further, FIG. 8 is a COD output waveform diagram for explaining the algorithm for detecting the focal point position shown in FIG. 7. In FIGS. 7(a) and 7(A), a circuit pattern is formed on the wafer 5, and the reflectance of the circuit pattern portion is generally lower than that of the scribe area 19.

したがって前縞パターン１６と後縞パターン１７が回路
パターン部１８とスクライブエリア１９の両方にかかる
時には、第８図のようになるＣＯＤ出力の前縞パターン
像１６ａの明レベルＶＦｒｎａｘｉと暗レベルｖＦｒｎ
ｉｎｉを取り出し、同様に後縞パターン像１７αの明レ
ベルＶＢｍａｘｉと暗しベ／ｌ／　ｖＢ＠ｉ＠ｉを取り
出して、上記の（１）式により合焦点位置を検出しよう
とすると、例えばウェハ５が合焦点位置にあった場合で
も両市力差が等しくならずにその差がＯＫならない場合
が起る。このようにウェハ５などの被観察物の表面状態
から反射率が違ってくる場合などには、安定に高精度の
焦点検出と焦点合せができない問題点がある。Therefore, when the front stripe pattern 16 and the rear stripe pattern 17 cover both the circuit pattern section 18 and the scribe area 19, the bright level VFrnaxi and the dark level vFrnaxi of the front stripe pattern image 16a of the COD output become as shown in FIG.
Similarly, if we take out the bright level VBmaxi and the dark level VBmaxi and dark level /l/vB@i@i of the rear stripe pattern image 17α and try to detect the in-focus position using the above equation (1), for example, wafer 5 Even if the lens is at the in-focus position, the difference in power between the two lenses may not be equal and the difference may not be correct. In this way, when the reflectance varies depending on the surface condition of the object to be observed such as the wafer 5, there is a problem that stable and highly accurate focus detection and focusing cannot be performed.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は上記した従来技術の問題点を解決し、結
像レンズの焦点位置を被観察物の表面状態と（に反射率
の違いなどにかかわりなく安定に高精度で検出して焦点
合せが可能な焦点合せ装置を提供するにある。The purpose of the present invention is to solve the problems of the prior art described above, and to stably and accurately detect and focus the focal position of an imaging lens, regardless of the surface condition of the object to be observed (or differences in reflectance, etc.). The aim is to provide a focusing device that is capable of

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、結像レンズの結像位置に、一定間隔の両面に
好しくは透明物体の両面に不透明ラインとスペースを交
互に配してなる縞状ノ（ターンを配置し、該縞状パター
ンを結像レンズを通して被観察物上に投影し、その反射
光を好ましくは再び結像レンズを通して光路分岐手段に
より分岐し受光素子に結像させて縞状パターン像を検出
し、該受光素子の出力の明暗レベルの出力差から結像レ
ンズの合焦点位置を検出するとともに、被観察物を移動
して焦点合せすることにより、直接に合焦点位置を検出
してかつ被観察物の位置ずれ方向を検知可能にするうえ
被観察物の表面状態にかかわりなく安定な合焦点位置の
検出と焦点合せを可能にした焦点合せ装置である。The present invention provides a method of arranging striped turns (turns) in which opaque lines and spaces are alternately arranged on both sides of a transparent object at regular intervals at an image forming position of an imaging lens, and is projected onto the object to be observed through an imaging lens, and the reflected light is preferably branched by an optical path branching means through the imaging lens again and focused on a light-receiving element to detect a striped pattern image, and the output of the light-receiving element is The in-focus position of the imaging lens is detected from the output difference between the light and dark levels of the image forming lens, and by moving and focusing the observed object, the in-focus position can be directly detected and the direction of displacement of the observed object can be detected. This is a focusing device that not only enables detection, but also enables stable detection and focusing of the focal point position regardless of the surface condition of the object to be observed.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下に本発明の実施例を第９図ないし第１５図により説
明する。第９図（α＞、＜ｈ＞は本発明によゐ焦点合せ
装置の一実施例を示すそれぞれ基本構成図、その部分別
構成図である。第９図（α）において、透明物体（ガラ
ス）２０Ａの両面に不透明ライン２０Ｂとスペース２０
Ｃ（透明物体２０Ａの表面）を両面交互に配して成る２
重縞パターン２０を結像レンズ１１の結像位置に配置す
る。Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. 9 to 15. FIG. 9(α>, <h> is a basic configuration diagram and a partial configuration diagram of an embodiment of a focusing device according to the present invention. In FIG. 9(α), a transparent object (glass ) Opaque line 20B and space 20 on both sides of 20A
C (the surface of the transparent object 20A) is arranged alternately on both sides 2
The double stripe pattern 20 is arranged at the imaging position of the imaging lens 11.

また２重縞パターン２０は、別に第９図（Ａ）に示すよ
うに不透明ライン２１Ｂと透明スペース２１Ｃを配した
２枚の１重縞パターン２１を外周支持体または透明物体
（ガラス）２０Ａを介して、ライン２１Ｂとスペース２
１Ｃが両側交互に配されるように配置して構成してもよ
い。なお詳しくは、これらの２重縞パターン２０などは
、その両面の中間位置に結像レンズ１１の結像位置がく
るようにする。このほか結像光路の途中にハーフミラ−
１５を挿入して光路を分岐し、その結像位置に受光素子
（ＣＯＤ　）　１４を配置することにより、照明系１５
により２重縞パターン２０を結像レンズ１１を通してウ
ェハ５上に投影し、その反射光を再び結像レンズ１１を
通してハーフミラ−１５を介し、受光素子（ＣＣＤ　）
　ｌ（より２重縞パターン２０像のコントラストを検出
可能に構成される。なお２重縞パターン２０のラインア
ンドスペースとＣＣＤ１４の画素幅は公約関係にあるよ
うにする。In addition, the double stripe pattern 20 is made by attaching two single stripe patterns 21 with opaque lines 21B and transparent spaces 21C via a peripheral support or a transparent object (glass) 20A as shown in FIG. 9(A). , line 21B and space 2
1C may be arranged and configured such that they are alternately arranged on both sides. More specifically, these double striped patterns 20 and the like are arranged so that the image forming position of the imaging lens 11 is located in the middle of both surfaces thereof. In addition, there is a half mirror in the middle of the imaging optical path.
15 is inserted to branch the optical path, and a light receiving element (COD) 14 is placed at the imaging position, the illumination system 15
The double stripe pattern 20 is projected onto the wafer 5 through the imaging lens 11, and the reflected light is passed through the imaging lens 11 again and sent to a light receiving element (CCD) via a half mirror 15.
The contrast of the image of the double stripe pattern 20 can be detected. Note that the lines and spaces of the double stripe pattern 20 and the pixel width of the CCD 14 are set to have a mutual agreement.

第１０図（ａ）、（りは第９図のそれぞれ合焦点位置、
非合焦点位置の２重縞パターン２０と受光素子（ＣＣＤ
　）出力波形を示す図である。上記第９図（ａ）　ｅ　
Ｃｂ”）の構成で、ウェハ５が結像レンズ１１０合焦点
位置にあると、第１０図（α）に示すように２重縞パタ
ーン２０の両面のライアンドスペースに対応するＣＣＤ
出力の明レベルと暗レベルの出力差が等しくなる。一方
でウェハ５が合焦点位置にない時には、第１０図Ｃｂ＞
に示すように２重縞パターン２０の両面のライアンドス
ペースに対応するＣＣＤ出力の明レベルと暗レベルに関
し、特にラインに対応する暗レベルが異なってくる。Fig. 10(a), (respectively focused point position in Fig. 9,
The double stripe pattern 20 at the out-of-focus position and the light receiving element (CCD)
) is a diagram showing the output waveform. Figure 9(a) e above
Cb"), when the wafer 5 is at the focal point position of the imaging lens 110, the CCD corresponding to the linear space on both sides of the double stripe pattern 20 as shown in FIG.
The output difference between the bright level and dark level of the output becomes equal. On the other hand, when the wafer 5 is not at the focused position, FIG.
As shown in FIG. 2, the bright level and dark level of the CCD output corresponding to the line and spaces on both sides of the double striped pattern 20 are different, especially the dark level corresponding to the line.

第１１図は第９図の合焦点位置を検出するアルゴリズム
を説明するための２重縞パターン２０像とＣＣＤ出力波
形図である。第１１図において、２重輪パターン像２０
（ｌの隣り合う２つの明暗部に対応するＣＣＤ出力の隣
り合う２つの明暗レベル部を１対として、必要に応じル
対取り出し、初めの明暗部の明レベルｖ４ｆ＆＋１と暗
レベル’ｉ４ｎ＋２の出力差と次の明暗部の明レベルＶ
４％−Ｈと暗レベルＶ４ｔ＠Ａ−４の出力差を求め、必
要に応じル対につき、両市力差を比較して、次式のアル
ゴリズムにより両市力差が等しくてその差が０になるよ
うにウェハ５を移動する。FIG. 11 is an image of the double stripe pattern 20 and a CCD output waveform diagram for explaining the algorithm for detecting the focal point position shown in FIG. 9. In FIG. 11, a double ring pattern image 20
(The two adjacent bright and dark level parts of the CCD output corresponding to the two adjacent bright and dark parts of l are taken as a pair, and the pair is taken out as necessary, and the output difference between the bright level v4f&+1 of the first bright and dark part and the dark level 'i4n+2 and the brightness level V of the next bright and dark area
Find the output difference between 4%-H and the dark level V4t@A-4, compare the power differences between the two for each pair if necessary, and use the algorithm of the following formula to make the power differences equal and the difference 0. Move the wafer 5 as follows.

このようにして、例えば２重縞パターン２０のラインと
スペースを数μｍ幅に設定し、多数の例えば５０ないし
１００個のラインとスペースをウェハ５上に投影すれば
、回路パターン部１８およびスクライプエリア１９（第
７図）等のどこであっても、ＣＣＤ出力の明暗レベルは
それらの明暗像の平均値となるため、ウェハ５の表面状
態とくに反射率の違いによる影響をほとんど受けること
なく、被観察物の合焦点位置からのずれ方向を検知のう
え安定に高精度の焦点位置検出と焦点合せが可能となる
。In this way, for example, if the lines and spaces of the double stripe pattern 20 are set to a width of several μm and a large number of lines and spaces, for example, 50 to 100, are projected onto the wafer 5, the circuit pattern portion 18 and the scribe No matter where in area 19 (Fig. 7), the brightness level of the CCD output is the average value of those brightness/dark images, so it is hardly affected by the surface condition of the wafer 5, especially the difference in reflectance. By detecting the direction of deviation of the object to be observed from the focal point position, stable and highly accurate focal position detection and focusing are possible.

つぎに第１２図（α）、（りは本発明による縮小投影露
光装置の縮小レンズの焦点位置検出と焦点合せ用に適用
した焦点合せ装置の一実施例を示すそれぞれ全体構成図
、その２重縞パターンの投影位置を示す部分平面図であ
る。第１２図（α）おいて、本縮小投影露光装置は、水
銀灯２２の紫外光をコンデンサレンズ２５１Ｃより集光
し、反射ミラー２５Ａを介して、照明レンズ２４により
レチクル２５を照明し、レチクル２５像を縮小レンズ４
により縮小してウェハ５上に投影し焼き付ける。Next, FIGS. 12(α) and 12(i) are overall configuration diagrams showing one embodiment of a focusing device applied to detecting the focus position and focusing the reduction lens of the reduction projection exposure apparatus according to the present invention, and its double FIG. 12 is a partial plan view showing the projection position of a striped pattern. In FIG. The illumination lens 24 illuminates the reticle 25, and the image of the reticle 25 is transmitted to the reduction lens 4.
The image is reduced in size, projected onto the wafer 5, and printed.

ここで、レチクＡ／２５の下方の左右（図において）Ｋ
配置した反射ミラー２６により、縮小レンズ４の結像光
路の一部を折り曲げ、さらにハーフミラ−１５により光
路を分岐し、一方の結像位置に２重パターン２０を配置
して、他方の結像位置に受光素子（ｃｃｏ　）　１４を
配置する。また２重縞パターン２０は、水銀灯２２の光
をオプチカルファイバ２７により導いてレンズ５を通し
、さらに干渉フィルタ（例えば＃緑フイルタ）２８を通
して紫外光を遮断して照明される。なお、焦点検出をｅ
線で行うと、実際の露光光（紫外光）と異なるので、縮
小レンズ４の結像位置が色収差のためレチクル２５位置
と異なってくる。従って、その位置を補正する必要があ
る。第１２図（ｌＪ）において、上記の縮小レンズ４の
開口部５５における露光位ｔ２９と２ｘ縞パタ一ン２０
０投影位置が示される。なお、ウェハ５はウェハチャッ
クｓｏ上で傾いていたり、うねりやそりがあることが考
えられるため、図示のように左右（図において）２つの
焦点位置検出系によりウェハ５上の２点で測定して、そ
の平均値を取るようにすればより高精度の検出が期待で
きるが、いずれか１つの検出系により１点で検出しても
よい。こうして検出される受光素子（ＣＣＤ　）　１４
の出力の明暗レベルを取り出して、演算手段（図示して
いない）により上記（２）式のアルゴリズムによる演算
を行い、その値が０になるようにウェハチャック５０を
搭載したＺステージ（テーブル）５１の駆動用モータ５
２を駆動制御手段（図示していない）により駆動制御し
て、ウェハ５を縮小レンズ１１の合焦点位置に焦点合せ
する。Here, the lower left and right sides of Retik A/25 (in the figure) K
A part of the imaging optical path of the reduction lens 4 is bent by the reflective mirror 26 arranged, and the optical path is further branched by the half mirror 15, and the double pattern 20 is arranged at one imaging position, and then the optical path is divided into two parts. A light receiving element (cco) 14 is arranged at. The double striped pattern 20 is illuminated by guiding light from a mercury lamp 22 through an optical fiber 27, passing it through a lens 5, and then passing it through an interference filter (for example, #green filter) 28 to block ultraviolet light. Note that focus detection is
If a line is used, since the exposure light is different from the actual exposure light (ultraviolet light), the imaging position of the reduction lens 4 will be different from the reticle 25 position due to chromatic aberration. Therefore, it is necessary to correct the position. In FIG. 12 (lJ), the exposure position t29 at the aperture 55 of the reduction lens 4 and the 2x stripe pattern 20 are shown.
0 projection position is indicated. In addition, since the wafer 5 may be tilted on the wafer chuck SO, or may have undulations or warpage, the measurement is performed at two points on the wafer 5 using two focal position detection systems on the left and right (in the figure) as shown in the figure. If the average value is taken, more accurate detection can be expected, but it is also possible to detect at one point using any one detection system. Photodetector (CCD) 14 detected in this way
The brightness level of the output is taken out, and a calculation means (not shown) performs calculation according to the algorithm of equation (2) above, and the Z stage (table) 51 on which the wafer chuck 50 is mounted is set so that the value becomes 0. drive motor 5
2 is driven and controlled by a drive control means (not shown) to bring the wafer 5 into focus at the in-focus position of the reduction lens 11.

このようにして、ウェハを縮小レンズ（結像レンズ）に
対向する方向に移動可能なステージに搭載し、そのステ
ージを受光素子（ＣＯＤ　）の出力に応じて移動させる
ことにより、高精度の自動焦点合せができるため、ウェ
ハに対してレチクルを高解像度で焼ぎ付けることができ
、半導体製品の歩留りの向上のほか半導体の高集積化に
もつながるなどの効果が期待できる。In this way, the wafer is mounted on a stage that can be moved in the direction facing the reduction lens (imaging lens), and the stage is moved in accordance with the output of the light receiving element (COD) to achieve high-precision automatic focusing. Because it can be aligned, reticles can be printed onto wafers with high resolution, which is expected to improve the yield of semiconductor products and lead to higher integration of semiconductors.

第１５図は本発明による第１２図（α）＠（Ａ）の一部
質形した焦点合せ装置の他の実施例を示す部分構成図で
ある。第１５図において、レチクル２５の外周部の一部
に反射面２５Ａを設け、反射面２５Ａから反射して光を
再び反射ミラー２６により折り曲げ、他は第１２図（４
）＃（Ａ）と同様に構成する。FIG. 15 is a partial configuration diagram showing another embodiment of the partially shaped focusing device of FIG. 12 (α)@(A) according to the present invention. In FIG. 15, a reflective surface 25A is provided on a part of the outer periphery of the reticle 25, and the light reflected from the reflective surface 25A is bent again by a reflective mirror 26.
)#Construct similarly to (A).

この場合、２重縞パターン２０を照明する光は、露光光
よりも波長の長い光を用いて、２重縞パターン２０がレ
チクル２５よりも後の位置で結像させる必要がある。な
お、反射ミラー２６は露光光の光束と干渉しない位置に
設置する。このようにすれば、第１２図（ａ）ｔ（Ａ）
　において縮小レンズの開口部５５全域を露光する場合
には反射きラー２６が露光光の影となって焼き付けられ
ない個所が出てくるのを解決することができるうえ、第
１２図（α）Ｉ（Ａ）と同様の効果がある。In this case, the light that illuminates the double-stripe pattern 20 needs to have a longer wavelength than the exposure light, and the double-stripe pattern 20 needs to be imaged at a position behind the reticle 25. Note that the reflection mirror 26 is installed at a position where it does not interfere with the beam of exposure light. If you do this, Figure 12(a)t(A)
When exposing the entire aperture 55 of the reduction lens, it is possible to solve the problem that the reflection color 26 becomes a shadow of the exposure light and there are some areas that are not printed. It has the same effect as (A).

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように本発明の焦点合せ装置によれば、縞状パタ
ーンを結像レンズを通して被観察物に投影し反射光のコ
ントラストを受光素子により検出するのに、縞状パター
ンを透明物体などの両面に不透明ラインとスペースを両
面交互に配した２重縞状パターンを使用しているので、
結像レンズそのものの合焦点位置を直接検出できるのみ
でな（、被観察物が結像レンズの合焦点位置に対するず
れ方向が検知できるうえ、被観察物の表面状態とくに反
射率の違いに影響されないで、安定に高速度で高精度の
焦点検出および焦点合せができる効果がある。したがっ
て例：Ｌばウニへの縮小投影露光装置の縮小レンズの焦
点検出および焦点合せに適用すれば、ウェハに対してレ
チクルを高解像度で焼き付けることができて、歩留りの
向上と半導体製品の高集積化なども期待できる。As described above, according to the focusing device of the present invention, the striped pattern is projected onto the object to be observed through the imaging lens and the contrast of the reflected light is detected by the light receiving element. Since it uses a double striped pattern with alternating opaque lines and spaces on both sides,
Not only can it directly detect the focal point position of the imaging lens itself (it can also detect the direction in which the object to be observed is displaced from the focal point position of the imaging lens, but it is not affected by the surface condition of the object to be observed, especially differences in reflectance). This has the effect of enabling stable, high-speed, and high-precision focus detection and focusing.Therefore, if applied to the focus detection and focusing of the reduction lens of a reduction projection exposure device, e.g. With this technology, reticles can be printed with high resolution, which is expected to lead to improved yields and higher integration of semiconductor products.

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

第１図は従来の焦点合せ装置の一例を示す基本構成図、
第２図は同じく他の一例を示す基本構成図、第５図＜ａ
＞＊＜ｈ＞は第２図のそれぞれ合焦点位置、非合焦点位
置の縞パターン像と受光素子出力波形図、第４図は同じ
くさらに他の一例を示す基本構成図、第５図（α＞ｅ＜
ｈ＞は第４図のそれぞれ合焦点位置、非合焦点位置の縞
パターン像と受光素子出力波形図、第６図は第４図の合
焦点位置を検出するアルゴリズムを説明するための縞パ
ターン像と受光素子波形図、第７図（Ｑ）、（Ａ）は第
４図の縞パターンの投影位置を例示するそれぞれウニ凸
子面図、その部分拡大図、第８図は第７図の合焦点位置
を検出するアルゴリズ４を説明するための受光素子出力
波形図、第９図（ｃＬ）　、　（りは本発明による焦点
合せ装置の一実施例を示すそれぞれ基本構成図、その部
分別構成図、第１０図（ｇ）、（Ａ）は第９図のそれぞ
れ合焦点位置、非合焦点位置の２重縞パターンと受光素
子出力波形図、第１１図は第９図の合焦点位置を検出す
るアルゴリズムを説明するための２重縞パターン像と受
光素子出力波形図、第１２図（α）、（りは本発明によ
る縮小投影露光装置に適用した焦点合せ装置の一実施例
を示すそれぞれ全体構成図、その部分平面図、第１５図
は同じく他の実施例を示す部分構成図である。 ４・・・縮小レンズ、５・・・ウェハ、１１・・・結像
レンズ、１５・・・ハーフミラ−１１４・・・受光素子
（ＣＣＤ　）１５・・・照明系、２０・・・２重縞パタ
ーン、２０Ａ・、・透明物体、２０Ｂ・・・不透明ライ
ン、２０Ｃ・・・スペース、２１・・・２枚の縞パター
ン、２１Ｂ・・・不透明ライン、２１Ｃ・・・スペース
、２２・・・水銀灯、２４・・・照明レンズ、２５・・
・レチクル、２６・・・反射ミラー、２７−オブチカル
フアイハ、２８・・・干渉フィルタ、５０・・・ウェハ
チャック、５１・・・Ｚステージ、５２・・・駆動用モ
ータ。 第　１　図 拓２図 ｖＪ３図 （α）（ｂ） 第　５　図 （α）（ｂ） 第６図 第７図 （α、）　　　　　　　　　　（１：、）第８図 憤　７０図 （α）（ｂ） 第１１図 第　１２　　図FIG. 1 is a basic configuration diagram showing an example of a conventional focusing device.
Figure 2 is a basic configuration diagram showing another example, and Figure 5 <a
＞*<h> is a diagram of the fringe pattern image and the light receiving element output waveform at the in-focus position and out-of-focus position in Fig. 2, respectively, Fig. 4 is a basic configuration diagram showing another example, and Fig. 5 (α ＞e＜
h> is a fringe pattern image and a light receiving element output waveform diagram at the in-focus position and out-of-focus position in Fig. 4, respectively, and Fig. 6 is a fringe pattern image for explaining the algorithm for detecting the in-focus position in Fig. 4. 7(Q) and (A) are respectively a sea urchin convex surface view and a partially enlarged view illustrating the projection position of the striped pattern in FIG. 4, and FIG. 8 is a composite of FIG. 7. A light-receiving element output waveform diagram for explaining algorithm 4 for detecting the focal position, FIG. , Figures 10(g) and (A) are the double-stripe pattern and light receiving element output waveform diagram of the in-focus position and out-of-focus position of Figure 9, respectively, and Figure 11 is the detection of the focused position of Figure 9. A double stripe pattern image and a light-receiving element output waveform diagram for explaining the algorithm, FIG. A configuration diagram, a partial plan view thereof, and FIG. 15 are partial configuration diagrams similarly showing another embodiment. 4... Reducing lens, 5... Wafer, 11... Imaging lens, 15... Half mirror 114... Light receiving element (CCD) 15... Illumination system, 20... Double striped pattern, 20A... Transparent object, 20B... Opaque line, 20C... Space, 21...・Two striped patterns, 21B...Opaque line, 21C...Space, 22...Mercury lamp, 24...Illumination lens, 25...
- Reticle, 26...Reflection mirror, 27-Obtical frame, 28-Interference filter, 50-Wafer chuck, 51-Z stage, 52-Drive motor. Fig. 1 Fig. 2 vJ3 Fig. (α) (b) Fig. 5 (α) (b) Fig. 6 Fig. 7 (α,) (1:,) Fig. 8 Fig. 70 (α) (b) Figure 11 Figure 12

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １、結像レンズの結像位置に配置されるとともに一定間
隔の両面に不透明ラインとスペースを交互に配してなる
縞状パターンと、該縞状パターンを結像レンズを通して
被観察物上に投影する手段と、被観察物上の縞状パター
ン像を検出する受光素子と、該受光素子の出力より結像
レンズの合焦点位置を検出して焦点合せする手段とから
なる焦点合せ装置。 ２、上記縞状パターンは透明物体の両面に不透明ライン
とスペースを交互に配してなる特許請求の範囲第１項記
載の焦点合せ装置。 ３、上記受光素子は上記縞状パターン像を結像レンズを
通して光路分岐手段により分岐された光路を経て結像し
検出する特許請求の範囲第１項記載の焦点合せ装置。 ４、上記焦点合せする手段は上記受光素子の出力の明暗
レベルの出力差から所定のアルゴリズムに従い結像レン
ズの合焦点位置を検出する特許請求の範囲第１項記載の
焦点合せ装置。 ５、上記焦点合せする手段は上記受光素子の出力に応じ
て被観察物を移動させる手段により焦点合せする特許請
求の範囲第１項記載の焦点合せ装置。[Claims] 1. A striped pattern arranged at the imaging position of the imaging lens and consisting of alternating opaque lines and spaces on both sides at regular intervals, and a striped pattern that is arranged through the imaging lens. It consists of a means for projecting onto an object to be observed, a light receiving element for detecting a striped pattern image on the object to be observed, and a means for detecting and focusing the focal point position of an imaging lens from the output of the light receiving element. Focusing device. 2. The focusing device according to claim 1, wherein the striped pattern is formed by alternately arranging opaque lines and spaces on both sides of a transparent object. 3. The focusing device according to claim 1, wherein the light receiving element forms and detects the striped pattern image through an imaging lens and an optical path branched by an optical path branching means. 4. The focusing device according to claim 1, wherein the focusing means detects the focal point position of the imaging lens according to a predetermined algorithm from the difference in brightness level of the output of the light receiving element. 5. The focusing device according to claim 1, wherein the focusing means is a means for moving the object to be observed in accordance with the output of the light receiving element.