JPH0453220A - Projection optical device - Google Patents

Projection optical device

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JPH0453220A
JPH0453220A JP2161931A JP16193190A JPH0453220A JP H0453220 A JPH0453220 A JP H0453220A JP 2161931 A JP2161931 A JP 2161931A JP 16193190 A JP16193190 A JP 16193190A JP H0453220 A JPH0453220 A JP H0453220A
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JP
Japan
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pattern
light
projection optical
diffracted
optical system
Prior art date
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Application number
JP2161931A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Saburo Kamiya
三郎 神谷
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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Publication of JPH0453220A publication Critical patent/JPH0453220A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • 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
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a best focus position by a simple constitution of device in a short measurement time in a highly precise manner by a method wherein rediffracted beams which is generated at angles different with each other and obtained by making diffracted lights of different angle with each other is incident on a lattice pattern, are detected by the detector provided on an almost conjugated surface of an optical system. CONSTITUTION:At least two diffracted beams of U(-1), U(0) and U(epsilon+1), which are generated at different angle with one another, are made incident on a projection optical system by projecting a first pattern on a first object at the periodic structure of the prescribed pitch. When the above-mentioned diffracted beams are projected on the second pattern which is formed on a second object in the same direction in the periodic structure of the prescribed pitch, at least the two rediffracted beams {U'(-1), U'(0) and U'(epsilon+1)} generated by rediffraction are received on the surface which is almost conjugated with the pupil surface of the projection optical system, and a plurality of adaptable signals are outputted. The second pattern and the diffracted beams are relatively shifted, the relative phase difference between signals is detected by the plurality of signals which are outputted after modulation by the prescribed amplitude by the above-mentioned relative movement, and the amount of deviation from the conjugated position of the first object and the above-mentioned second object is worked out.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体集積回路の製造工程、特にすソグラフ
ィー工程における投影光学装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a projection optical device used in a semiconductor integrated circuit manufacturing process, particularly in a lithography process.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年、半導体集積回路はますますその集積度を高め、回
路の最小線幅をサブミクロンで形成されることか要求さ
れるようになってきた。これに従い半導体集積回路作成
用の投影光学装置もより高い解像力と位置合わせ精度が
要求されるようになってきた。解像力を高めるためには
露光光をより波長の短い光にすることか考えられ、現在
エキシマレーザが露光用光源として注目されている。
In recent years, the degree of integration of semiconductor integrated circuits has increased more and more, and it has become necessary to form circuits with a minimum line width of submicron. Accordingly, projection optical devices for producing semiconductor integrated circuits are also required to have higher resolution and alignment accuracy. In order to improve the resolution, it may be possible to use exposure light with a shorter wavelength, and excimer lasers are currently attracting attention as an exposure light source.

エキシマレーザは、紫外域で多くの発振波長を持つ高輝
度、高出力のパルスレーザてあり、次世代の露光装置用
の光源として最も注目されている。
Excimer lasers are high-intensity, high-power pulsed lasers with many oscillation wavelengths in the ultraviolet region, and are attracting the most attention as light sources for next-generation exposure equipment.

従来この種のレーザを光源とする投影光学装置では光学
系のベストフォーカス位置を自動的に求めるような機構
は無く、ベストフォーカス位置はウェハに試し焼きを行
う事等によって求められていた。
Conventionally, projection optical devices using this type of laser as a light source do not have a mechanism for automatically determining the best focus position of the optical system, and the best focus position has been determined by, for example, performing trial printing on a wafer.

又、特開昭63−70104号公報に示すように、第1
パターンを有するレチクルと第2パターンを有するウェ
ハとの間にテレセントリックな光学系を備えて、第1パ
ターンを照射するウェハと略同−平面上に設けられたス
リット状発光部とウェハを挟んで投影レンズの反対側に
設けられ、第1パターンの前記投影レンズによる像と前
記第2パターンとのアライメント状態に関する情報を出
力する検出器と、投影lノンズの射出瞳もしく(1それ
と共役な位置に設けられて、異なる複数の領域を通る光
を選択的に切り換えるシャッタと、レチクルとウェハと
の間の光路長を変化させる移動ステージとを備えた露光
装置において、発光スリット部からの光を瞳共役面で部
分的に遮光してテレセントリック光を非テレセントリッ
ク光とする装置か考えられている。、二の場合、レチク
ルとウェハとの間の光路長を段階的に変化させながら、
この変化の前と後の夫々で、レチクルとウェハとを相対
移動し、レチクルとウェハとの位置を検出する。次に前
記シャッタにより瞳共役面での遮光領域を遮光されてい
ない部分に切替え、同様にレチクルとウェハとの位置を
検出する。最後にレチクルとウェハとの間の光路長とシ
ャッタの切替え前後のウェハとレチクルとの位置との相
対関係に基づいて、ベストフォーカス位置を求める技術
が知られている。
Also, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-70104,
A telecentric optical system is provided between a reticle having a pattern and a wafer having a second pattern, and the first pattern is projected across the wafer and a slit-shaped light emitting section provided on approximately the same plane as the wafer. a detector provided on the opposite side of the lens and outputting information regarding the alignment state between the image of the first pattern by the projection lens and the second pattern; In an exposure apparatus equipped with a shutter that selectively switches the light passing through a plurality of different regions and a moving stage that changes the optical path length between the reticle and the wafer, the light from the light emitting slit is conjugated to the pupil. A device that converts telecentric light into non-telecentric light by partially blocking light with a surface is being considered.In the second case, while changing the optical path length between the reticle and the wafer in stages,
Before and after this change, the reticle and wafer are moved relative to each other, and the positions of the reticle and wafer are detected. Next, the shutter changes the light-blocking area on the pupil conjugate plane to an unblocked area, and similarly detects the positions of the reticle and the wafer. Finally, a technique is known in which the best focus position is determined based on the relative relationship between the optical path length between the reticle and the wafer and the positions of the wafer and reticle before and after switching the shutter.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかし、試し焼きの場合にはウェハを準備→露光→現像
→線幅測定というように非常に手間かかかり、時間も必
要であるとともに測定精度も分解能で0.3μm程であ
った。又非テレセントリック光を利用する方法ではステ
ージを複数回移動させなければならずスループットか低
下するという問題点かあった。本発明は上記問題点を解
決するために提案されたもので、装置構成か簡単で計測
時間が短くしかも計測精度よくベストフォーカス位置を
求めることのできる投影光学装置を得ることを目的とし
ている。
However, in the case of test printing, it is very time-consuming and time-consuming to prepare the wafer, expose it, develop it, and measure the line width, and the measurement accuracy was about 0.3 μm in resolution. Further, in the method using non-telecentric light, the stage has to be moved multiple times, which causes a problem in that the throughput decreases. The present invention has been proposed in order to solve the above-mentioned problems, and aims to provide a projection optical device that has a simple device configuration, shortens the measurement time, and can determine the best focus position with high measurement accuracy.

〔課題を解決する為の手段〕[Means to solve problems]

かかる問題点を解決するため本発明においては、第1物
体を投影光学系を介して第2物体上に投影する投影光学
装置において、 前記第1物体上に所定ピッチの周期構造で形成された第
1パターンを照射して、該第1パターンから互いに異な
る角度で発生する少なくとも2つの回折光(U (−1
) 、 U (+1) )を前記投影光学系へ入射させ
る照明手段と、前記第1パターンからの前記少なくとも
2つの回折光(U (−]、) 、 U (+1) )
が前記投影光学系を介して、前記第2物体上に所定ピッ
チの周期構造で前記第1パターンと同方向に形成された
第2パターンを照射したとき、該第2パターンで再度回
折されて、互いに異なる角度で発生する少なくとも2つ
の再回折光(U’  (−1)、U’  (+1))を
、前記投影光学系の瞳面とほぼ共役な面で受光し、前記
少なくとも2つの再回折光(U’  (−1)、U’(
+1))の夫々に対応した複数の信号を出力する検出手
段と、前記第2パターンと前記少なくとも2つの回折光
(U (−1) 、 U (十N )とを該第2パター
ンのピッチ方向に相対移動させる移動手段と、前記相対
移動によって前記検出手段から所定の振幅で変調されて
出力される前記複数のイホ号に基ついて、該複数の信号
間の相対的な位相差を検出する位相差検出手段と、前記
位相差に基づいて投影光学系に関する前記第1物体と前
記第2物体との共役位置からのずれ量を算出する演算手
段と、を設けることとした。
In order to solve this problem, the present invention provides a projection optical device for projecting a first object onto a second object via a projection optical system, wherein a periodic structure formed at a predetermined pitch on the first object is provided. When one pattern is irradiated, at least two diffracted lights (U (-1
), U(+1)) to enter the projection optical system; and the at least two diffracted lights (U(-],), U(+1)) from the first pattern.
When a second pattern formed in a periodic structure with a predetermined pitch in the same direction as the first pattern is irradiated onto the second object through the projection optical system, the second pattern is diffracted again by the second pattern, At least two re-diffracted lights (U' (-1), U' (+1)) generated at different angles from each other are received by a plane substantially conjugate with the pupil plane of the projection optical system, and the at least two re-diffracted lights are Light (U' (-1), U'(
+1))), and detecting means for outputting a plurality of signals corresponding to each of the second pattern and the at least two diffracted lights (U (-1), U (10N)) in the pitch direction of the second pattern. and a position for detecting a relative phase difference between the plurality of signals based on the plurality of Iho signals modulated with a predetermined amplitude and output from the detection means by the relative movement. A phase difference detection means and a calculation means for calculating a deviation amount from a conjugate position of the first object and the second object in the projection optical system based on the phase difference are provided.

1作 用〕 第1図を使って、本発明の原理について説明する。For 1 work The principle of the present invention will be explained using FIG.

本発明は、投影光学系(P L、 )を介して互いに異
なる角度の回折光(U (−1) 、 U (0) 、
 U(+1))を格子パターンGM2に入射することに
より得られた互いに異なる角度で発生する再回折光(U
’  (−1)、U’  (0)、U’  (+1))
を、該光学系の略瞳共役面に設けられたディテクタ(D
 (−1) 、  D (0) 、  D (+1) 
’)で検出することにより得られる各々の再回折光のう
ち少なくとも2つの再回折光の強度に対応する光電信号
間の位相差からデフォーカス量を算出することを特徴と
している。
In the present invention, diffracted lights (U (-1), U (0),
The re-diffracted light (U(+1)) generated at different angles obtained by entering the grating pattern GM2
' (-1), U' (0), U' (+1))
, a detector (D
(-1), D (0), D (+1)
The defocus amount is calculated from the phase difference between the photoelectric signals corresponding to the intensities of at least two re-diffracted lights among the respective re-diffracted lights obtained by detection with ').

光電信号間の位相差は格子パターンGM2と回折光(U
 (、−1)、 U (0)、 U (+1) )とを
相対変位させた時の変調信号の位相を比較することによ
り求めるものである。ここで、U(−1)は−1次回折
光(紙面内で反時計回りを−(マイナス)とする)、U
(0)は0次回折光、U(+1)は+1次回折光(紙面
内で時計回りを+(プラス)とする)であり、U’  
(−1)、U’  (0)、U’  (+1)は各々−
1次、0次、+1次の再回折光である。回折光U (−
1) 、 U (0) 。
The phase difference between the photoelectric signals is determined by the grating pattern GM2 and the diffracted light (U
(, -1), U (0), U (+1)) by comparing the phases of the modulation signals when the signals are relatively displaced. Here, U(-1) is -1st order diffracted light (counterclockwise direction in the paper is - (minus)), U
(0) is the 0th-order diffracted light, U (+1) is the +1st-order diffracted light (clockwise in the paper is + (plus)), and U'
(-1), U' (0), U' (+1) are each -
These are 1st-order, 0th-order, and +1st-order re-diffracted lights. Diffracted light U (-
1), U(0).

U(+1)は、透過型格子パターンGMIを、投影光学
系P Lと反対側の方向からミラーを介して、1ノーザ
光源1から射出されるレーザ光で照射することにより発
生させている。
U(+1) is generated by irradiating the transmission grating pattern GMI with a laser beam emitted from the 1-noser light source 1 via a mirror from the direction opposite to the projection optical system PL.

実線は、投影レンズP Lを介してGMI格子面WとG
M2格子面Rか共役関係になっている状態を示し、以下
これを合焦状態と言うものとする。
The solid lines represent the GMI lattice planes W and G through the projection lens PL.
This shows a state in which the M2 lattice plane R is in a conjugate relationship, and hereinafter this will be referred to as a focused state.

この状態で、格子0M2面Rにおいては、回折光U (
−]、)、 U (0)、 U (+1)間には位相差
はなく、再回折光U’  (−])、 U’  (0)
=7 U’  (+])間にも位相差はないことは明らかであ
る。従って、回折光(U (−1,) 、 U (0)
 。
In this state, the diffracted light U (
-], ), U (0), and U (+1), there is no phase difference between them, and the re-diffracted light U' (-]), U' (0)
It is clear that there is no phase difference between =7 U' (+]). Therefore, the diffracted light (U (-1,), U (0)
.

U(+1))の格子GM2に対する移動方向かMとなる
ように回折光と格子GM2を相対移動さぜたとき、再回
折光U’  t、−1)をディテクタD(−1)で検出
した検出信号5(−1)、再回折光U′ (0)をディ
テクタD(0)で検出した検出信号5(0)、再回折光
U′ (+1)をディテクタD(+1)で検出した検出
信号S(+1)は同位相で変調される。ここて、ディテ
クタD(−1、) 、  D (0) 、  D (+
1.)は投影光学系PLの瞳ど略共役な面に設置されて
いるものとする。
When the diffracted light and the grating GM2 were moved relative to each other in the direction of movement of U(+1)) with respect to the grating GM2, the re-diffracted light U' t,-1) was detected by the detector D(-1). Detection signal 5 (-1), re-diffracted light U' (0) detected by detector D (0), detection signal 5 (0), re-diffracted light U' (+1) detected by detector D (+1) The signals S(+1) are modulated in phase. Here, the detectors D(-1,), D(0), D(+
1. ) is installed on a surface that is substantially conjugate to the pupil of the projection optical system PL.

次に、合焦状態から格子GMI而Wか投影光学系PLよ
り離れる方向にZだけずれてW゛面になった状態を破線
で示す。投影光学系PLを挟んで格子0M2側では格7
−GMI像面は投影光学系PLの倍率に応じてZ”たけ
投影光学系PL側にずれた位置R″面上形成される。こ
の様子を第2図に示す。ここで、PはR′面」1二回折
光U(−1)、U (0)、U (+1)か集光する点
を表し、Qlは回折光U(0)が格子GM2に入射する
点、Q2は回折光U(+1)か格子GM2に入射する点
を表す。又、格子GM2はデユーティ1:1の格子であ
り、再回折光の構成成分を考える場合、0次、1次の構
成成分のみに着目することとする。
Next, a broken line indicates a state where the grating GMI and W are shifted by Z in a direction away from the projection optical system PL from the focused state to become a W plane. Case 7 on the grating 0M2 side across the projection optical system PL.
- The GMI image plane is formed on the R'' plane at a position shifted toward the projection optical system PL by Z'' according to the magnification of the projection optical system PL. This situation is shown in FIG. Here, P represents the point where the two diffracted lights U (-1), U (0), and U (+1) are focused on the R' plane, and Ql is the point where the diffracted light U (0) enters the grating GM2. The point Q2 represents the point where the diffracted light U(+1) is incident on the grating GM2. Further, the grating GM2 is a grating with a duty of 1:1, and when considering the constituent components of the re-diffracted light, only the zero-order and first-order constituent components are focused.

(デユーティ1:lの場合2次回折光は発生しない為、
又、他の高次光は考慮しなくてもよい構成としているも
のとする。)まず、再回折光U′(−1)について考え
ると、U’  (−1)は回折光U(0)の−1吹成分
を持つ再回折光U’  (0゜=1)と回折光U(+1
)の0吹成分を持つ再回折光U’  (−1−L  O
)とて構成される。
(If the duty is 1:l, no second-order diffracted light is generated, so
Further, it is assumed that the configuration is such that other high-order light does not need to be taken into consideration. ) First, considering the re-diffracted light U' (-1), U' (-1) is the re-diffracted light U' (0°=1) which has a -1 component of the diffracted light U(0) and the diffracted light U(+1
) re-diffracted light U' (-1-L O
).

再回折光U’  (0,−1)とU’  (+1.O)
間の位相差をφ、再回折光の回折角をθとすると両回回
折光は U’ (0,1)A−elk(slnθ・X + co
Ilθ4’ )田(利0)=A’  +elk(811
1θX→coxlLZ’)−Illで表現することがで
きる。
Re-diffracted light U' (0, -1) and U' (+1.O)
If the phase difference between them is φ and the diffraction angle of the re-diffracted light is θ, both diffracted lights are U' (0,1)A-elk(slnθ・X + co
Ilθ4') 田(interest 0)=A' +elk(811
It can be expressed as 1θX→coxlLZ')-Ill.

ここで、位相差φは φ=k (、PQ 2−PQ 1) =k (PQ2−PQlcosθ) λ ・ COS θ て表され、格子GM2のピッチをP、レーザ光の波長を
λとすると P−λ/sinθからφは Z゛ φ=2π     ta、nθ・・・(1)で表される
Here, the phase difference φ is expressed as φ=k (, PQ 2 - PQ 1) = k (PQ2 - PQl cos θ) λ ・ COS θ, and if the pitch of the grating GM2 is P and the wavelength of the laser beam is λ, then P- From λ/sinθ, φ is expressed as Z゛φ=2π ta, nθ...(1).

再回折光U″ (0)も同様に考えるとU’  (0)
はU’  (+1. +1)、U’  (0,0)、U
’  (−1,−])の3つの再回折光成分によって構
成されており、U’  (+1.+1)、U(−1,−
1)はU’  (0,O)に対して各々(1)の位相差
を持つ。
Considering the re-diffracted light U'' (0) in the same way, it becomes U' (0)
is U' (+1. +1), U' (0,0), U
' (-1,-]), U' (+1.+1), U(-1,-
1) each have a phase difference of (1) with respect to U' (0, O).

ここで、第1図を参照にして、再回折光U′(+1)は
U’  (0,−z)、U’  (1,0)の2つの再
回折光成分によって構成され、2つの再回折光間には同
様に考えて(1)の位相差が存在する。格子GM2と回
折光(U (−1)、 U (0)。
Here, referring to FIG. 1, the re-diffracted light U' (+1) is composed of two re-diffracted light components, U' (0, -z) and U' (1,0), and Similarly, there is a phase difference (1) between the diffracted lights. Grating GM2 and diffracted light (U (-1), U (0).

U(+1))を相対的に移動させた時、それぞれの再回
折光の干渉した光強度の変化を考えると、再回折光U’
  (0)をディテクタD(0)で検出した検出信号5
(0)は、構成成分U’  (+1゜+1)、U’  
(−1,−1)の位相差が打ち消されたものとなり、U
’  (0,O)の構成成分に相当する変調信号となる
Considering the change in the interference light intensity of each re-diffracted light when U(+1)) is relatively moved, the re-diffracted light U'
(0) detected by detector D(0) Detection signal 5
(0) is the component U' (+1°+1), U'
The phase difference of (-1, -1) is canceled, and U
' It becomes a modulated signal corresponding to the component of (0, O).

又、再回折光U’  (−])とU’  (+1)を各
々ディテクタD (−1) 、 D (+1)で検出し
た検出信号S (−1) 、 s (+1)の両信号は
5(0)信号に対して符号は逆で(1)だけ位相がずれ
た変調信号となる。
In addition, both detection signals S (-1) and s (+1), which are obtained by detecting the re-diffracted light U' (-]) and U' (+1) by the detectors D (-1) and D (+1), respectively, are 5. The modulated signal has the opposite sign to the (0) signal and is out of phase by (1).

この位相差を検出することによって格子0M1面側Wで
のずれ量ΔZを求めるものである。格子GMI面W側で
の+1次の回折角θ1は波長(λ)と格子GMIのピッ
チPI(デユーティ11)て一義的に定められ、 θ1=sin−’       ・・・(2)I で決まる。
By detecting this phase difference, the amount of deviation ΔZ on the grating 0M1 side W is determined. The +1st-order diffraction angle θ1 on the side of the grating GMI surface W is uniquely determined by the wavelength (λ) and the pitch PI (duty 11) of the grating GMI, and is determined by θ1=sin-' (2) I.

尚、ピッチPIは投影光学系PLの倍率を17mとする
とPx=P/mの関係になっている。
Incidentally, the pitch PI has a relationship of Px=P/m, assuming that the magnification of the projection optical system PL is 17 m.

S (−1)、  S (+1)信号間の位相ずれ量2
Δφに相当する格子GMIのX方向(紙面右方向)の移
動量をΔXとすると 2π となる。S (−1)、  S (+1)信号の差をと
ることにより、感度を倍にしている。
Phase shift amount 2 between S (-1) and S (+1) signals
Letting ΔX be the amount of movement of the grating GMI in the X direction (rightward in the paper) corresponding to Δφ, it becomes 2π. Sensitivity is doubled by taking the difference between the S (-1) and S (+1) signals.

(1)式よりΔZは 2π ・ tanθ 1 を計算することにより位相差Δφから求められる。From formula (1), ΔZ is 2π ・tanθ 1 can be obtained from the phase difference Δφ by calculating .

このような方法をとることにより高い分解能を得ること
か可能であり、また原理的には1回の走査で結果か求ま
るので、非常に短時間に計測か完了する。
By using such a method, it is possible to obtain a high resolution, and in principle, the result can be obtained in one scan, so the measurement can be completed in a very short time.

〔実 施 例〕〔Example〕

図面を参照にして以下実施例を説明する。 Examples will be described below with reference to the drawings.

第3図に本発明の第1の実施例における装置の全体構成
図を示す。
FIG. 3 shows an overall configuration diagram of the apparatus in the first embodiment of the present invention.

本実施例ではエキシマレーザを光源とした露光装置につ
いて説明する。エキシマレーザ光源lからのパルス光は
可動ミラー2、固定ミラーM1を介してビーム成形光学
系3に入射して所定の断面形状、サイズに成形される。
In this embodiment, an exposure apparatus using an excimer laser as a light source will be described. Pulsed light from an excimer laser light source 1 enters a beam shaping optical system 3 via a movable mirror 2 and a fixed mirror M1, and is shaped into a predetermined cross-sectional shape and size.

ビーム成形光学系3からのパルス光は駆動部4によって
所定角度内で揺動する揺動ミラー5で反射された後、オ
プチカルインテグレータとして機能するフライ・アイレ
ンズFLに入射し、多数の2次光源(スポット光)に変
換される。フライ・アイレンズPLの各エレメントレン
ズの射出側にできたエキシマビームの各スポット光はビ
ームスプリッタBS、を透過し、コンデンサレンズ系6
によって、レチクルブラインド(照明視野絞り)RB上
でほぼ−様な強度分布となるように重ね合わされる。レ
チクルブラインドRBを通ったエキシマ光はレンズ系7
、固定ミラーM2、主コンデンサ−レンズ8、及び固定
ミラーM3を介してレチクルRの回路パターン領域を照
明する。
The pulsed light from the beam shaping optical system 3 is reflected by a swinging mirror 5 that swings within a predetermined angle by a drive unit 4, and then enters a fly-eye lens FL that functions as an optical integrator, and is connected to a large number of secondary light sources. (spot light). Each spot light of the excimer beam formed on the exit side of each element lens of the fly eye lens PL is transmitted through a beam splitter BS, and is then connected to a condenser lens system 6.
The light beams are superimposed on the reticle blind (illumination field aperture) RB so as to have a substantially -like intensity distribution. The excimer light that has passed through the reticle blind RB is sent to lens system 7.
, the circuit pattern area of the reticle R is illuminated through the fixed mirror M2, the main condenser lens 8, and the fixed mirror M3.

ここでレチクルブラインドRBはレンズ系7と主コンデ
ンサ−レンズ8とによって、レチクルRと共役になって
いる。レチクルRは専用のレチクルブラインド・系9X
、9Yによって装置本体に対してX1Y、θ方向に位置
決めされている。レチクルRの回路パターンの像は投影
レンズ10によってウェハW上に縮小投影される。ウェ
ハWはXステージIIX上に載置され、このXステージ
11Xはベース上をX方向に移動するYステージ]、I
Y上をX方向に移動する。これによってウェハWは投影
像面に沿って2次元移動し、ステップアンドリピート方
式の露光等が行なわれる。
Here, the reticle blind RB is conjugated with the reticle R by a lens system 7 and a main condenser lens 8. Reticle R is a dedicated reticle blind type 9X
, 9Y with respect to the main body of the apparatus in the X1Y and θ directions. The image of the circuit pattern on the reticle R is reduced and projected onto the wafer W by the projection lens 10. The wafer W is placed on an X stage IIX, and this X stage 11X is a Y stage that moves on the base in the X direction], I
Move on Y in the X direction. As a result, the wafer W moves two-dimensionally along the projection image plane, and step-and-repeat exposure or the like is performed.

さて、Xステージ11X」二には、ウェハWとほぼ同じ
高さて、透過型の回折格子パターンをもつ指標板12が
設けられている。可動ミラー2は移動可能となっており
、フォーカス較正時には可動ミラー2か移動することに
よって、レーザ光源1から発したレーザ光はミラー系に
より指標板12に導かれる。ここでレーザ光はビームエ
キスパンダー14により、適当に縮小あるいは拡大され
、アパーチャ15を照明する。このビームエキスパンダ
ー14の倍率を変えることによりアパーチャ15を照明
する照度を変えることができる。そして指標板12の下
にはXステージIIXに固定されたミラー13か設けら
れている。
Now, on the X stage 11X'2, an index plate 12 having a transmission type diffraction grating pattern is provided at approximately the same height as the wafer W. The movable mirror 2 is movable, and by moving the movable mirror 2 during focus calibration, the laser light emitted from the laser light source 1 is guided to the index plate 12 by the mirror system. Here, the laser beam is appropriately reduced or expanded by the beam expander 14 and illuminates the aperture 15. By changing the magnification of this beam expander 14, the illuminance with which the aperture 15 is illuminated can be changed. A mirror 13 fixed to the X stage IIX is provided below the index plate 12.

この指標板12は、可動ミラー2が図示の位置から退避
したとき、エキシマレーザ光源lからのパルス光を、ビ
ームエキスパンダー14.アパーチャー15.複数のミ
ラー及びYステージIIY上に固定されたビームスプリ
ッタM4.ミラー13を介して下面から受けるように配
置されている。
The index plate 12 transmits pulsed light from the excimer laser light source l to the beam expander 14 when the movable mirror 2 is retracted from the illustrated position. Aperture 15. Beam splitter M4 fixed on a plurality of mirrors and Y stage IIY. It is arranged so as to be received from the bottom surface via a mirror 13.

ビームスプリッタM4に入射するエキシマビームはほぼ
平行光束で、Y軸と平行であり、ビームスプリッタM4
によって一部の光束はX方向に直角に反射され、指標板
12の下のミラー13で垂直に上方へ反射される。従っ
てXステージllX1YステージIIYがどのように移
動しても、エキジマビームはかならず指標板12の下面
に入射する。ここて指標板12はウェハ面と略同−面上
に形成されていて、ウェハWとレチクルRとは投影レン
ズ10に対して共役な関係となっているものどする。
The excimer beam incident on the beam splitter M4 is a substantially parallel light beam, parallel to the Y axis, and the excimer beam enters the beam splitter M4.
A part of the light beam is reflected perpendicularly to the X direction, and is reflected vertically upward by the mirror 13 below the index plate 12. Therefore, no matter how the X stage llX1Y stage IIY moves, the excimer beam is always incident on the lower surface of the index plate 12. It is assumed here that the index plate 12 is formed substantially on the same plane as the wafer surface, and the wafer W and reticle R are in a conjugate relationship with the projection lens 10.

一方、ビームスプリッタM4を透過した光束はYステー
ジIIY上に設けられたパワーディテクター20に入射
する。また投影レンズ10の入射瞳には、フライ・アイ
レンズFLによって形成された多数の2次光源の像を結
像させて、ケーラー照明を行なっている。又、ウェハW
上の1つのショット領域は、スペックルや干渉縞等の光
学ノイズの低減と露光量制御精度との関係で、数十パル
ス以上で露光される。光学ノイズのうちフライ・アイレ
ンズFLを使うことによって生しる像面上の干渉縞の低
減は、揺動ミラー5を微小角度ずつ偏向しつつレーザパ
ルスを発振させることで、干渉縞をピッチ方向に微動さ
せ、1ショットの露光完了後にウェハ上の干渉縞のコン
トラストを実用」二影響かない程度(コントラスト値と
して±196程度)まで押える方式で行なわれる。
On the other hand, the light beam transmitted through the beam splitter M4 enters the power detector 20 provided on the Y stage IIY. Further, images of a large number of secondary light sources formed by a fly's eye lens FL are formed on the entrance pupil of the projection lens 10 to perform Koehler illumination. Also, wafer W
The upper one shot area is exposed with tens of pulses or more in order to reduce optical noise such as speckles and interference fringes and to increase exposure control accuracy. Among optical noises, the interference fringes on the image plane that are generated by using the fly-eye lens FL can be reduced by oscillating laser pulses while deflecting the swinging mirror 5 by minute angles, thereby changing the interference fringes in the pitch direction. After one shot of exposure is completed, the contrast of the interference fringes on the wafer is reduced to a level that does not affect practical use (contrast value of approximately ±196).

次に第4図を使って本実施例にかかる回折格子パターン
を説明する。指標板12」二には第4図(b)の如く一
部ピッチの透過型回折格子パターン22X、22Yか設
けられており、本発明にかかる所定ピッチの周期構造で
形成された第1パターンに相当するものである。(更に
指標板12」二には中心検出用パターン23が設けられ
ている。
Next, the diffraction grating pattern according to this embodiment will be explained using FIG. The index plate 12'2 is provided with transmission type diffraction grating patterns 22X and 22Y with a partial pitch as shown in FIG. It is equivalent. (Furthermore, a center detection pattern 23 is provided on the index plate 12''.

)又、レチクル」−にも第4図(a)の如く投影レンズ
10の倍率の逆数をかけた分だけ大きさを変え、指標板
12上のパターン22X、22Yと同じ方向に形成され
た同様のパターン22X″、22Y’が露光領域外に設
けられており、本発明にかかる所定ピッチの周期構造で
形成された第2パターンに相当するものである。
) Also, as shown in FIG. 4(a), the reticle is also changed in size by the reciprocal of the magnification of the projection lens 10, and is formed in the same direction as the patterns 22X and 22Y on the index plate 12. Patterns 22X'' and 22Y' are provided outside the exposure area, and correspond to the second pattern formed with a periodic structure with a predetermined pitch according to the present invention.

さて第3図に示した可動ミラー2を光路から移動させる
ことにより、レーザ光は指標板12に入射し、指標板1
2上に設けられた透過型回折パターン22X、22Yに
より回折された回折光は投影レンズIOによりレチクル
Rに逆投影結像される。更にこの回折光はレチクルR上
の透過回折パターン22X’ 、22Y’ により再度
回折さ第1、この再度回折された再回折光は照明光学系
を逆方向に進み、固定ミラーM、l、及びIノンズ7,
6及びレンズ系17を介して、光電素子18に入射する
。光電素子18は投影レンズ10の瞳と略共役な位置に
配置されている。
Now, by moving the movable mirror 2 shown in FIG. 3 from the optical path, the laser beam enters the index plate 12, and
The diffracted light diffracted by the transmission type diffraction patterns 22X and 22Y provided on the reticle 2 is back-projected and imaged onto the reticle R by the projection lens IO. Furthermore, this diffracted light is diffracted again by the transmission diffraction patterns 22X' and 22Y' on the reticle R, and this re-diffracted light travels through the illumination optical system in the opposite direction and passes through the fixed mirrors M, l, and I. Nons 7,
6 and a lens system 17 to enter a photoelectric element 18 . The photoelectric element 18 is arranged at a position substantially conjugate with the pupil of the projection lens 10.

さて、ウェハを載置したステージIIXは、各領域ごと
に順次露光位置に移動し、斜入射型の周知のフォーカス
センサ21により各露光領域毎にベストフォ−カス位置
からのはずれ量を求め、この求めたはずれ量分だけステ
ージ1.IXかZ方向(投影レンズ10の光軸方向)に
移動してZ方向のベストフォーカス位置への位置決め終
了後露光が実行される。
Stage IIX, on which the wafer is placed, moves to the exposure position for each area one by one, and uses a well-known oblique incidence type focus sensor 21 to determine the amount of deviation from the best focus position for each exposure area. Stage 1 by the amount of error. After moving in the IX and Z directions (optical axis direction of the projection lens 10) and positioning to the best focus position in the Z direction, exposure is performed.

ここで、第5図に本発明の実施例にがかる光電素子18
の構成を示す。
Here, FIG. 5 shows a photoelectric element 18 according to an embodiment of the present invention.
The configuration is shown below.

このディテクタ18は2次元に拡張されでいて、レチク
ル上のX、 Y両方向のパターン22X22Y′によっ
て回折される回折光に対応する信号を検出することがで
きる。X方向の+1次光を検出するセンサXA(−]次
光を検出する)、XB(+1次光を検出する)、X方向
の+1次光を検出するセンサYA(−1次光を検出する
)、YB(+1次光を検出する)、及び0次光を検出す
るセンサLが同一の回転基板SR上に設置されている。
This detector 18 is expanded in two dimensions and can detect signals corresponding to the diffracted light diffracted by the patterns 22X22Y' in both the X and Y directions on the reticle. Sensor XA that detects +1st order light in the X direction (detects -] order light), XB (detects +1st order light), sensor YA that detects +1st order light in the X direction (detects -1st order light) ), YB (which detects +1st order light), and sensor L which detects 0th order light are installed on the same rotating substrate SR.

回転基板SRはX方向微動ステージ位置」−に載置され
ており、またXステージ位置はY方向微動ステージ位置
上に設置されている。従って回転及び平行移動により容
易にセンサを瞳共役面に集まる各回折光の光スポットに
位置合わせすることができる。
The rotating substrate SR is placed on an X-direction fine movement stage position, and the X stage position is placed on a Y-direction fine movement stage position. Therefore, by rotation and translation, the sensor can be easily aligned with the light spots of the respective diffracted lights converging on the pupil conjugate plane.

次に第6図に本発明の実施例による信号処理を表すブロ
ック図を示す。光電素子18のセンサXA、XB、Lに
より光電変換された信号は増幅器24A、24B、24
Lでそれぞれ適当な大きさに増幅される。次いで増幅器
24A、24B、24Lによって増幅された各信号はピ
ークホールド回路30A、30B、30Lを介して割算
器25A、25B、25Lに入力される。又、パワーデ
2 〇− ィテクタ−20により光電変換された信号は増幅器31
によって増幅され、この増幅された信号はピークホール
ド回路32を介して割算器25A25B、25Lにそれ
ぞれ入力される。該各側算器25A、25B、25Lは
パワーディテクター20からの信号を参照信号として、
増幅器24A。
Next, FIG. 6 shows a block diagram representing signal processing according to an embodiment of the present invention. The signals photoelectrically converted by the sensors XA, XB, and L of the photoelectric element 18 are sent to amplifiers 24A, 24B, and 24.
Each signal is amplified to an appropriate size by L. The signals amplified by amplifiers 24A, 24B, and 24L are then input to dividers 25A, 25B, and 25L via peak hold circuits 30A, 30B, and 30L. Further, the signal photoelectrically converted by the power detector 20 is sent to an amplifier 31.
The amplified signals are input to the dividers 25A, 25B and 25L via the peak hold circuit 32, respectively. Each side multiplier 25A, 25B, 25L uses the signal from the power detector 20 as a reference signal,
Amplifier 24A.

24B、24Lからの信号をこの参照信号で割る処理を
行う。これは、光源にエギシマレーザを使った場合エキ
シマレーザ光のエネルギーは、1パルス毎に士数%〜数
十%程度のばらつきがあるため、例えばステージIIY
上のビームスプリッタM4を透過したパルス光を受光す
るように設けられたパワーディテクター20からの光電
信号を各パルス発光毎に取り込み、光電素子18の光電
信号のレベルを割算器等で規格化することが必要となる
為である。この規格化によって、操作中レーザ光源の出
力が変動しても規格化された後の光電素子18からの光
電信号に影響を与えない。一方ステージIIXの位置は
レーサ干渉計26によって、モニタされていて、001
μmごとにアップダウンパルスを発生する。このアップ
ダウンパルスは分周器27に入り、適当なサンプリング
間隔ごとにパルスを発生する。ステージ1.IXを一方
向に走査し、このときの位置信号に同期してA/D変換
器(アナログ−デジタル変換器)28A、、28B、2
8Lは、割算器25A、25B、25Lからの信号をデ
ジタルサンプリングし、この変換されたデジタル信号を
前記位置信号に同期してステージ位置とメモリ(RAM
)29のアドレスとが一義的に対応するようにメモリ2
9に格納する。
Processing is performed to divide the signals from 24B and 24L by this reference signal. This is because when an excimer laser is used as a light source, the energy of the excimer laser light varies by a few percent to several tens of percent for each pulse.
A photoelectric signal from a power detector 20 provided to receive the pulsed light transmitted through the upper beam splitter M4 is captured for each pulse emission, and the level of the photoelectric signal of the photoelectric element 18 is normalized using a divider or the like. This is because it is necessary. Due to this standardization, even if the output of the laser light source changes during operation, it does not affect the photoelectric signal from the photoelectric element 18 after being standardized. On the other hand, the position of stage IIX is monitored by a laser interferometer 26, and the position of stage IIX is 001.
Generates up/down pulses every μm. This up-down pulse enters a frequency divider 27, which generates pulses at appropriate sampling intervals. Stage 1. IX is scanned in one direction, and in synchronization with the position signal at this time, A/D converters (analog-to-digital converters) 28A, 28B, 2
8L digitally samples the signals from the dividers 25A, 25B, and 25L, and synchronizes this converted digital signal with the position signal to store the stage position and memory (RAM).
)29 so that it uniquely corresponds to the memory 2 address.
Store in 9.

CPU1.9はメモリ29に格納されたA/D変換器2
8A、28B、28Lよりのデータに基づきデフォーカ
ス量を算出し、フォーカスセンサ21のオフセット量と
してデフォーカス量で補正する。
The CPU 1.9 is an A/D converter 2 stored in the memory 29.
The defocus amount is calculated based on the data from 8A, 28B, and 28L, and the defocus amount is corrected as the offset amount of the focus sensor 21.

尚、このステージIIXの座標値はCPU19にも入力
され、各種位置計測、レーザ光制御に使われる。
Note that the coordinate values of stage IIX are also input to the CPU 19 and used for various position measurements and laser beam control.

次に本発明にかかる第1の実施例によるフォーカス較正
の動作を説明する。
Next, the focus calibration operation according to the first embodiment of the present invention will be described.

指標板12上に設けられた格子パターン22Xのピッチ
をP 1. (デユーティは1:1どする)とし、投影
レンズ10の倍率をI/mとすると、レチクル」二に設
けられた回折格子パターン22X′のピッチPは、mP
lであり予めレチクルの回転は除かれているものとし、
パターン22Xとパタン22X′か概ね重なり合う位置
でステージ11XをX方向に走査することにより、パタ
ーン22X’ により再度回折された回折光をセンサX
A。
The pitch of the grating pattern 22X provided on the index plate 12 is P1. (duty is 1:1) and the magnification of the projection lens 10 is I/m, then the pitch P of the diffraction grating pattern 22X' provided on the reticle is mP.
l, and the rotation of the reticle has been removed in advance,
By scanning the stage 11X in the X direction at a position where pattern 22X and pattern 22X' generally overlap, the diffracted light diffracted again by pattern 22X' is transmitted to sensor X.
A.

XB、Lによって受光し、所定の振幅で変調されて出力
される信号を検出する。
The light is received by XB and L, and a signal that is modulated with a predetermined amplitude and output is detected.

次に第7図と第8図、第9図を使って合焦時とデフォー
カス時の格子パターン22X′ と回折光との相対移動
と、検出信号の位相差の関係を説明する。まず、第7図
を使って、ステージIIXの移動と、回折光とパターン
22X“ との相対移動の様子を説明する。ミラー13
を介して回折格子パターン22Xに入射したレーザ光源
1からのレーザ光は指標板12上の回折格子パターン2
2Xで回折され、−1次回掛売U(−1)、0次回行光
U(0)、+1次回折光U(+1)かW面」−にあるパ
ターン22Xから射出する。指標板12が載置されてい
るステージ1]、Xか静止している場合には、光電素子
18からは変調信号は得られず、位相差を検出すること
はできない。ステージlIXを一方向(X方向:紙面右
方向)に移動させた場合初めて再回折光(−1次:U’
  (−1)、  0次:U’  (0)、+1次:U
’  (+1))の光強度に対応した振幅で変調された
変調信号を得ることができる。ここで、ウェハステージ
をX方向に移動させると格子パターン22X′に入射す
る回折光の格子パターン22X′に対する移動方向はM
方向(ウェハステージの移動方向とは反対の方向)にな
る。
Next, the relationship between the relative movement of the grating pattern 22X' and the diffracted light during focusing and defocusing, and the phase difference of the detection signal will be explained using FIGS. 7, 8, and 9. First, using FIG. 7, the movement of stage IIX and the relative movement between the diffracted light and the pattern 22X" will be explained. Mirror 13
The laser light from the laser light source 1 that enters the diffraction grating pattern 22X through the diffraction grating pattern 2 on the index plate 12
2X, the -1st-order diffracted light U(-1), the 0th-order diffracted light U(0), and the +1st-order diffracted light U(+1) are emitted from the pattern 22X on the W plane. When the stage 1 on which the index plate 12 is mounted, X is stationary, no modulation signal is obtained from the photoelectric element 18, and no phase difference can be detected. When stage IIX is moved in one direction (X direction: right direction on the page), re-diffracted light (-1st order: U'
(-1), 0th order: U' (0), +1st order: U
' (+1)) A modulation signal modulated with an amplitude corresponding to the optical intensity can be obtained. Here, when the wafer stage is moved in the X direction, the moving direction of the diffracted light incident on the grating pattern 22X' with respect to the grating pattern 22X' is M
direction (opposite to the direction of movement of the wafer stage).

次に第8図でパターン22Xと回折光の相対移動の様子
を説明する。
Next, the relative movement of the pattern 22X and the diffracted light will be explained with reference to FIG.

■は合焦時(パターン22Xとパターン22X゛が共役
関係になっている状態)を示し、この時はパターン22
X像面R′とパターン22X而Rとは一致している。
■ indicates the state in focus (pattern 22X and pattern 22X' are in a conjugate relationship); at this time, pattern 22
The X image plane R' and the pattern 22X and R match.

■は後ピン時(合焦時より指標板12がΔZだけ投影レ
ンズ]0から遠ざかる位置にある場合)を示し、この時
R゛面は2面よりもΔZ″だけ投影レンズPLに近つく
側にずれた位置に形成される。■は前ピン時(合焦時よ
り指標板12が投影レンズ10にΔZだけ近づく場合)
を示し、この時R′面は2面よりも投影レンズP Lか
ら遠さかる側にずれた位置に形成される。まず■合焦時
の場合を説明する。ステージかX方向(紙面右側方向)
に移動(回折光がM方向(紙面左側方向)に移動)して
も、各々の回折光はパターン22Xに同時に入射する。
■ indicates rear focusing (when the index plate 12 is in a position farther away from the projection lens PL by ΔZ than when in focus), and at this time, the R゛ plane is closer to the projection lens PL by ΔZ'' than the second plane. ■ is when the front focus is on (when the index plate 12 is closer to the projection lens 10 by ΔZ than when in focus)
In this case, the R' plane is formed at a position farther from the projection lens PL than the two planes. First, the case of ■ focusing will be explained. Stage or X direction (toward the right side of the page)
Even if the diffracted lights move in the M direction (to the left in the drawing), each of the diffracted lights enters the pattern 22X at the same time.

従って、再回折光U’  (+)、U’  (0)、U
’  (+1)に各々対応する信号S (−1)、  
S (0)、  S (+1)は同位相の変調信号とな
る。この様子を第9図の■に示す。
Therefore, the re-diffracted light U' (+), U' (0), U
' Signals S (-1) corresponding to (+1),
S (0) and S (+1) are modulated signals with the same phase. This situation is shown in (■) in FIG.

第9図で波形図の縦軸は干渉光の強度に対応する信号強
度(1)を表し、横軸はステージの位置(X)を表す。
In FIG. 9, the vertical axis of the waveform diagram represents the signal intensity (1) corresponding to the intensity of interference light, and the horizontal axis represents the position (X) of the stage.

■後ピン時の場合は、ステージの移動に伴い(回折光の
移動方向に伴い)、パターン22X′に対して回折光は
U (+1)、 U (0) 、 U (1)の順に入
射することとなり、U(+1)とU(0)の再回折光で
構成されている5(−1,)信号の位相は5(0)信号
の位相に対して進んだ変調信号となる。又、U(−1)
とU(0)の再回折光で構成されているS(+])信号
の位相は5(0)信号の位相に対して遅れたものとなる
。この様子を第9図■に示す。
■In the case of rear focus, as the stage moves (according to the moving direction of the diffracted light), the diffracted light enters the pattern 22X' in the order of U (+1), U (0), U (1). Therefore, the phase of the 5(-1,) signal composed of the re-diffracted light of U(+1) and U(0) becomes a modulated signal that is advanced relative to the phase of the 5(0) signal. Also, U(-1)
The phase of the S(+]) signal, which is composed of the re-diffracted light of U(0) and U(0), is delayed with respect to the phase of the 5(0) signal. This situation is shown in Figure 9 (■).

■前ピン時の場合は■後ピン時の場合と反対に格子パタ
ーン22X′に対して回折光はU(1)、U (0)、
U (+1)の順に入射することとなり、5(−1,)
(を号の位相は5(0)信号に対して遅れた変調信号と
なり、S(+1)信号は5(0)信号に対して進んだ変
調イ「号となる。この様子を第9図■に示す。この各々
の位相差をΔφとすると、デフォーカス量ΔZに対応す
る±1次再回折光に対応する信号の位相差は2Δφとな
り、パターン22X側(ウェハ面側)での回折角を01
とすると、前述の式(4) デフォーカス量ΔZか精密に求まる。
■In the case of front focus,■Contrary to the case of rear focus, the diffracted light with respect to the grating pattern 22X' is U(1), U(0),
It will be incident in the order of U (+1), and 5(-1,)
(The phase of the signal becomes a modulated signal that is delayed with respect to the 5 (0) signal, and the S (+1) signal becomes a modulated signal that is advanced with respect to the 5 (0) signal. This situation is illustrated in Figure 9. If each phase difference is Δφ, the phase difference of the signal corresponding to the ±1st-order re-diffracted light corresponding to the defocus amount ΔZ is 2Δφ, and the diffraction angle on the pattern 22X side (wafer surface side) is 01
Then, the defocus amount ΔZ can be precisely determined using the above-mentioned equation (4).

本実施例では概略ヘストフォーカス位置か予め求められ
°Cいるものとし、まず、この概略ベストフォーカス位
置(設計値)でのフォーカスセンサ21のギヤリプレー
ジョンを行う。そして、この概略ベストフォーカス位置
に対する焦点ずれ量を前記の方法によって求め、このず
れ量をフォーカスセンサ21のオフセット量として補正
してフォーカス較正を行えば以後、焦点合わせはベスト
フォーカス位置に対してなされる。
In this embodiment, it is assumed that the approximate best focus position is determined in advance (°C), and the gear reputation of the focus sensor 21 is first performed at this approximate best focus position (designed value). Then, the amount of focus deviation with respect to this approximate best focus position is determined by the method described above, this amount of deviation is corrected as the offset amount of the focus sensor 21, and focus calibration is performed. From then on, focusing is performed with respect to the best focus position. .

位相差を検出する方法は例えばメモリ29に取り込まれ
たデータを分周器27のパルスごとに解析して求める方
法において、干渉計の分解能か001μmだとするとΔ
X方向に換算して0.01μm程度の分解能か得られウ
ェハ側の格子のピッチ(Pl)を2μm、波長(λ)を
0.248μmとすると(2)、 (3)、 (41式
よりtan(sin−’      ) #0.08μm となるので、0.08μm程度の分解能か得られる。
For example, the phase difference can be detected by analyzing the data stored in the memory 29 for each pulse of the frequency divider 27. If the resolution of the interferometer is 001 μm, then Δ
If the pitch (Pl) of the grating on the wafer side is 2 μm and the wavelength (λ) is 0.248 μm, we can obtain a resolution of about 0.01 μm in terms of the X direction, (2), (3), (from formula 41, tan (sin-') #0.08 μm, so a resolution of about 0.08 μm can be obtained.

ここでは、0次男回折光に対する信号と±1次次再折光
に対する信号の各々の位相差を求め、±1次次再折光に
対する信号間の位相差よりデフォーカス量を求めること
としたか、0次男回折光に対する信号と+1次次再折光
に対する信号、0次男回折光に対する信号と一1次男回
折光に対する信号間の位相差よりデフォーカス量を求め
たり、直接±1次折回折光に対する信号間の位相差より
デフォーカス量を求めることも可能である。
Here, the phase difference between the signal for the 0th-order male diffracted light and the signal for the ±1st-order refracted light is determined, and the defocus amount is determined from the phase difference between the signals for the ±1st-order refracted light. The amount of defocus can be calculated from the phase difference between the signal for the second-order diffracted light and the signal for the +1st-order refracted light, the signal for the 0th-order diffracted light, and the signal for the 11th-order diffracted light, or directly between the signals for the ±1st-order diffracted light. It is also possible to determine the defocus amount from the phase difference.

ただし、±1次次再折光に対応する信号間の位相差を検
出することか感度の点から望ましい。
However, from the viewpoint of sensitivity, it is preferable to detect the phase difference between the signals corresponding to the ±1st-order refracted light.

又、予めアライメントマークの固有のピッチが設計上既
知であることを利用し、アライメントマークの構造とそ
の検出走査方向との関係を、相対的な走査によって正弦
波状の周期性信号か測定信号として得られるように定め
ることにより位相差を求める方法もある。 この方法で
は、得られた測定信号は、ステージの移動距離Xについ
ての関数f (x)としてメモリに取り込むことかでき
る。
Furthermore, by utilizing the fact that the specific pitch of the alignment mark is known in advance from the design, the relationship between the structure of the alignment mark and its detection scanning direction can be obtained as a sinusoidal periodic signal or a measurement signal through relative scanning. There is also a method of determining the phase difference by determining the phase difference as follows. In this method, the obtained measurement signal can be taken into memory as a function f (x) with respect to the moving distance X of the stage.

この場合前記基本波成分の周期T(従って周波数V)は
走査方向におけるアライメントマークのピッチで一義的
に決まり、これは設計値として既知である。このように
して得られた関数信号を演算にかけ、フーリエ積分を行
ってその位相成分φが次式に従って求められる。
In this case, the period T (therefore, the frequency V) of the fundamental wave component is uniquely determined by the pitch of the alignment marks in the scanning direction, and this is known as a design value. The function signal thus obtained is subjected to calculations, Fourier integration is performed, and its phase component φ is determined according to the following equation.

S−=f f (x)  ・s in (2πV−x)
  ・dxC=ff (x)−cos (2πV−x)
−dxφ1=tan−’ (S/C)(rad)ここで
、Sは周波数Uのフーリエ変換の正弦成分、Cは同じく
余弦成分、φ1は(1)式の正弦波に対するf (x)
の位相角である。
S-=f f (x) ・s in (2πV-x)
・dxC=ff (x)-cos (2πV-x)
-dxφ1=tan-' (S/C) (rad) Here, S is the sine component of the Fourier transform of frequency U, C is the cosine component, and φ1 is f (x) for the sine wave in equation (1).
is the phase angle of

このような演算の為のsin/cos関数はCPU19
内で発生させることができる。
The sin/cos functions for such calculations are executed by the CPU 19.
It can be generated within.

フーリエ積分の手法を用いているため、その位相成分、
即ち相関ピーク位置の最も高い所が正弦と余弦の2回だ
けの積分で判り、演算回数が極端に少なくなって短時間
のうちに結果が得られるものである。
Since the Fourier integral method is used, its phase component,
That is, the highest correlation peak position can be found by integrating only two sine and cosine times, and the number of calculations is extremely reduced, resulting in results being obtained in a short time.

尚、ここでは前記距離Xについて述べているが時間tに
ついての関数をとる場合も同様である。
Incidentally, although the above-mentioned distance X is described here, the same applies to the case where a function regarding time t is taken.

本発明の如くモアレ信号を位相検出する方法では、高分
解能の信号検出が期待でき、又ノイズに対してもその影
響を受けにくい。
With the method of detecting the phase of a moiré signal as in the present invention, high-resolution signal detection can be expected, and it is also less susceptible to noise.

更に、本実施例ではステージの移動方向としてX方向の
一方向のみを示したが、ステージはXX方向に移動可能
である。 デフォーカス量の算出はX方向の格子パター
ン22Y/22Y’ に対しても実行される。これは、
一般に投影レンズ10には非点収差があり、このため、
X方向の格子パターン22X/22X’ によるデフォ
ーカス量とX方向の格子パターン22Y/22Y’ に
よるデフォーカス量が異なる場合があるためである。
Further, in this embodiment, only one direction, the X direction, is shown as the moving direction of the stage, but the stage can be moved in the XX direction. Calculation of the defocus amount is also performed for the lattice patterns 22Y/22Y' in the X direction. this is,
Generally, the projection lens 10 has astigmatism, and therefore,
This is because the amount of defocus caused by the lattice patterns 22X/22X' in the X direction and the amount of defocus caused by the lattice patterns 22Y/22Y' in the X direction may be different.

このようにX,Y各格子パターンによるデフォーカス量
か異なった場合には両者の平均値をデフォーカス量とす
ればよい。又受光素子18のセンサLにより検出される
0次光の信号を用いて、指標板12を用いた前述のフォ
ーカス較正時にレチクル位置計測(レチクル位置をウェ
ハステージ位置に換算する計測)も同時に計測すること
とすればスループットはさらに向上する。
In this way, when the defocus amounts for the X and Y lattice patterns are different, the average value of both may be used as the defocus amount. Also, using the zero-order light signal detected by the sensor L of the light-receiving element 18, reticle position measurement (measurement for converting the reticle position to the wafer stage position) is simultaneously measured during the aforementioned focus calibration using the index plate 12. If this is the case, the throughput will be further improved.

次に本発明にかかる第2の実施例について第1O図を参
照にして説明する。第1の実施例と同様の部材には同様
の符号を付しである。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1O. The same members as in the first embodiment are given the same reference numerals.

第1の実施例では指標板12上の透過型回折格子パター
ン22X、22Yを使ってフォーカス較正する場合につ
いて述へたか、第8図の如く指標板12−トの回折格子
パターンを反射型回折格子パターン22X″’、22Y
”とし、ミラー33を介してレーザ光を入射する構成(
レーザ光源1よりミラー33に入射するような構成をと
るものとする。)として、反射回折格子パターン22X
“22Y″″で回折された反射回折光をレチクル上の回
折格子パターン22X” 、22Y’ で再回折させて
、該再回折光を受光し、上記と同様にして±1次回折光
に対する信号を得、この信号間の位相差よりデフォーカ
ス量を求めるものである。他の構成は第1の実施例と同
様とする。
In the first embodiment, focus calibration has been described using the transmission type diffraction grating patterns 22X and 22Y on the index plate 12, or as shown in FIG. Pattern 22X'', 22Y
”, and a configuration in which the laser beam is incident through the mirror 33 (
It is assumed that the configuration is such that laser light is incident on the mirror 33 from the laser light source 1. ) as a reflection grating pattern 22X
The reflected diffracted light diffracted by "22Y"" is re-diffracted by the diffraction grating patterns 22X" and 22Y' on the reticle, and the re-diffracted light is received, and signals for the ±1st-order diffracted light are obtained in the same manner as above. , the amount of defocus is determined from the phase difference between these signals. The other configurations are the same as in the first embodiment.

更に上記第1.第2の実施例ではウェハ側で回折された
回折光をレチクル上のパターン22X22Y′で再回折
してその再回折光を光電検出することとしているか、レ
チクル−にのパターンを本発明にかかる第1のパターン
とし、ウェハ上のパターン22X、22Yを本発明にか
かる第2のパターンとして、レチクル」二のパターン2
2X22Y  で回折された回折光を指標板I2上のパ
ターン22X、22Yで再回折させ、指標板12の下に
ディテクタを設けて再回折光を検出する構成をとるよう
にしても同様の効果が得られる。
Furthermore, the above 1. In the second embodiment, the diffracted light diffracted on the wafer side is re-diffracted by the pattern 22X22Y' on the reticle and the re-diffracted light is photoelectrically detected. The patterns 22X and 22Y on the wafer are used as the second pattern according to the present invention, and the pattern 2 of the reticle is
The same effect can be obtained by re-diffracting the diffracted light diffracted by 2X22Y by the patterns 22X and 22Y on the index plate I2, and by providing a detector under the index plate 12 to detect the re-diffracted light. It will be done.

又、回折光とパターンの相対移動手段はステージ移動に
限られるものではなく、例えばプレーンパラレル等を光
路中に設け、干渉計26パルスに応じて微動させるよう
な構成としてもよい。更に投影光学系は投影レンズに限
られるものではない。
Further, the means for moving the diffracted light and the pattern relative to each other is not limited to stage movement, but may be configured such that, for example, a plane parallel device is provided in the optical path and is moved slightly in response to the pulses of the interferometer 26. Furthermore, the projection optical system is not limited to a projection lens.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように本発明によれば、1回又は数回の回折光と
パターンの相対移動で投影光学装置のベストフォーカス
位置か精度良く、しかも短時間に求まるので、スループ
ットの向−トを図ることかできる。又、フォーカス位置
と同時にレチクル位置計測も可能てありさらにスループ
ットの向上か可能である。
As described above, according to the present invention, the best focus position of the projection optical device can be determined with high accuracy and in a short time by moving the diffracted light and the pattern one or several times, thereby improving the throughput. I can do it. Furthermore, it is possible to measure the reticle position simultaneously with the focus position, which further improves throughput.

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

第1図は本願の位相差より焦点ずれ量を算出する原理を
示す図、第2図は本願の焦点ずれによる再回折光の位相
のずれを示す図、第3図は本発明の第1の実施例による
全体構成を示す図、第4図は第1の実施例によるレチク
ル上のパターンと指標板上のパターンを示す図、第5図
は本発明の第1の実施例による光電素子を示す図、第6
図は本発明の第1の実施例による信号処理を表すブロッ
ク図、第7図は本発明の第1の実施例にかかるステージ
の移動と9回折光とレチクル上のパターンとの相対移動
の様子を示す図、第8図は本発明の第1の実施例にかか
る回折光とレチクル上のパターンの相対移動を示す図、
第9図は本発明の第1の実施例による光電素子により得
られる変調信号を示す図、第10図は本発明の第2の実
施例を示す図である。 〔主要部分の符号の説明〕 1・・・レーザ光源、2・・・切替えミラー、10・・
・投影レンズ、11X・・・Xステージ、IIY・・・
Xステージ、12・・・指標板、18・・・受光素子、
19・・・CPU、20・・・パワーディテクタ、21
・・・斜入射AFセンサ、22X、 22Y・・・指標
板上のパターン、22X’ 、 22Y’ ・・・レチ
クル上のパターン、R・・・レチクル、W・・・ウェハ
、EP・・・投影レンズ10の瞳面
Fig. 1 is a diagram showing the principle of calculating the amount of defocus from the phase difference of the present invention, Fig. 2 is a diagram showing the phase shift of re-diffracted light due to the defocus of the present invention, and Fig. 3 is a diagram showing the principle of calculating the amount of defocus from the phase difference of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing a pattern on a reticle and a pattern on an index plate according to the first embodiment. FIG. 5 is a diagram showing a photoelectric element according to the first embodiment of the present invention. Figure, 6th
The figure is a block diagram showing signal processing according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 7 shows the movement of the stage and the relative movement between the 9 diffracted light and the pattern on the reticle according to the first embodiment of the present invention. FIG. 8 is a diagram showing the relative movement of the diffracted light and the pattern on the reticle according to the first embodiment of the present invention,
FIG. 9 is a diagram showing a modulated signal obtained by the photoelectric device according to the first embodiment of the invention, and FIG. 10 is a diagram showing the second embodiment of the invention. [Explanation of symbols of main parts] 1...Laser light source, 2...Switching mirror, 10...
・Projection lens, 11X...X stage, IIY...
X stage, 12... index plate, 18... light receiving element,
19...CPU, 20...Power detector, 21
...Grand incidence AF sensor, 22X, 22Y...Pattern on index plate, 22X', 22Y'...Pattern on reticle, R...Reticle, W...Wafer, EP...Projection Pupil plane of lens 10

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)第1物体を投影光学系を介して第2物体上に投影
する投影光学装置において、 前記第1物体上に所定ピッチの周期構造で形成された第
1パターンを照射して、該第1パターンから互いに異な
る角度で発生する少なくとも2つの回折光を前記投影光
学系へ入射させる照明手段と; 前記第1パターンからの前記少なくとも2つの回折光が
前記投影光学系を介して、前記第2物体上に所定ピッチ
の周期構造で前記第1パターンと同方向に形成された第
2パターンを照射したとき、該第2パターンで再度回折
されて、互いに異なる角度で発生する少なくとも2つの
再回折光を、前記投影光学系の瞳面とほぼ共役な面で受
光し、前記少なくとも2つの再回折光の夫々に対応した
複数の信号を出力する検出手段と; 前記第2パターンと前記少なくとも2つの回折光とを該
第2パターンのピッチ方向に相対移動させる移動手段と
; 前記相対移動によって前記検出手段から所定の振幅で変
調されて出力される前記複数の信号に基づいて、該複数
の信号間の相対的な位相差を検出する位相差検出手段と
; 前記位相差に基づいて投影光学系に関する前記第1物体
と前記第2物体との共役位置からのずれ量を算出する演
算手段と; を有することを特徴とする投影光学装置
(1) In a projection optical device that projects a first object onto a second object via a projection optical system, a first pattern formed in a periodic structure with a predetermined pitch is irradiated onto the first object; illumination means for causing at least two diffracted lights generated at different angles from one pattern to enter the projection optical system; the at least two diffracted lights from the first pattern pass through the projection optical system, When a second pattern formed in a periodic structure with a predetermined pitch in the same direction as the first pattern is irradiated onto an object, at least two re-diffracted lights are diffracted again by the second pattern and generated at mutually different angles. a detection means for receiving the light on a plane substantially conjugate with the pupil plane of the projection optical system and outputting a plurality of signals corresponding to each of the at least two re-diffracted lights; the second pattern and the at least two diffracted lights; moving means for relatively moving the light in the pitch direction of the second pattern; based on the plurality of signals modulated with a predetermined amplitude and output from the detection means by the relative movement; a phase difference detection means for detecting a relative phase difference; and a calculation means for calculating a deviation amount from a conjugate position of the first object and the second object with respect to the projection optical system based on the phase difference; A projection optical device characterized by
(2)前記第1パターンから互いに異なる角度で発生す
る少なくとも2つの回折光は±1次光であり、前記少な
くとも2つの再回折光は0次光と+1次光或いは0次光
と−1次光、又は+1次光と−1次光であることを特徴
とする請求項1記載の投影光学装置
(2) The at least two diffracted lights generated at different angles from the first pattern are ±1st-order lights, and the at least two re-diffracted lights are 0th-order light and +1st-order light, or 0th-order light and -1st-order light. The projection optical device according to claim 1, characterized in that the projection optical device is light, or +1st order light and -1st order light.
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