JP2002305130A - Surface position detecting device, aligner and method of manufacturing microdevice - Google Patents

Surface position detecting device, aligner and method of manufacturing microdevice

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JP2002305130A
JP2002305130A JP2001106379A JP2001106379A JP2002305130A JP 2002305130 A JP2002305130 A JP 2002305130A JP 2001106379 A JP2001106379 A JP 2001106379A JP 2001106379 A JP2001106379 A JP 2001106379A JP 2002305130 A JP2002305130 A JP 2002305130A
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light
reflection
pattern plate
wafer
substrate
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Toru Kawaguchi
透 川口
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface position detecting device, which can detect the surface position of the surface of a substrate with high accuracy, by preventing the quantity of light used for a detection of the surface position from being reduced, even in the case where the angle of incidence of detecting light to the substrate is widely set for raising the detection accuracy of the detecting light. SOLUTION: In surface position detecting device, a light-sending side reflection type pattern plate 13 is provided with a reflective region and an antireflection region formed on the periphery of the reflective region, and arranged at a position conjugated with a surface WS of a wafer W, or in the vicinity of this position in an optical path, leading from a light source 11 to the surface WS of the wafer W. Light from the light source 11 is made to reflect at the reflective region to irradiate a prescribed shape of a pattern on the surface WS. Moreover, a light-receiving side reflection type pattern plate 20 is provided with a reflective region and an antireflection region formed on the periphery of the reflective region, and is arranged at a position optically conjugated with the surface WS, or in the vicinity of this position in an optical path, leading from the surface WS of the wafer W to a photoelectric conversion element 23. Light from the surface WS of the wafer W is made to reflect at the reflective region to lead the light to the element 23.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、面位置検出装置、
露光装置、及びマイクロデバイスの製造方法に係り特に
半導体素子、液晶表示素子、撮像素子、薄膜磁気ヘッ
ド、その他のマイクロデバイスをリソグラフィー工程で
製造する際に、各種のマイクロデバイスが形成される基
板の表面に対して垂直な方向の基板表面の位置を検出す
る面位置検出装置、当該面位置検出装置を備える露光装
置、及び当該露光装置を用いたマイクロデバイスの製造
方法に関する。
The present invention relates to a surface position detecting device,
The present invention relates to an exposure apparatus and a method for manufacturing a micro device. In particular, when manufacturing a semiconductor device, a liquid crystal display device, an imaging device, a thin film magnetic head, and other micro devices by a lithography process, a surface of a substrate on which various micro devices are formed. The present invention relates to a surface position detection device that detects a position of a substrate surface in a direction perpendicular to a substrate, an exposure device including the surface position detection device, and a microdevice manufacturing method using the exposure device.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体素子、液晶表示素子、撮像素子、
薄膜磁気ヘッド、その他のマイクロデバイスの製造工程
の1つであるフォトリソグラフィ工程においては、マス
クやレチクル(以下、マスクと総称する)に形成された
パターンの像を、フォレジスト等の感光剤が塗布された
ウェハやガラスプレート等(以下、これらを総称する場
合は、基板と称する)に転写する露光装置が用いられ
る。マスクに形成されたパターンの像が転写された基板
に対して現像処理を行うと、基板上には転写されたパタ
ーンに応じたレジストパターンが形成される。その後、
基板に形成されたレジストパターンをマスクとして基板
に対するエッチング処理、配線形成処理等の各種処理を
行い、マスクのパターンに応じたパターンを基板上に形
成する処理が行われる。パターンが形成された基板上面
には、再度感光剤が塗布され、上記工程が数回〜数十回
程度繰り返し行われる。
2. Description of the Related Art Semiconductor devices, liquid crystal display devices, imaging devices,
In a photolithography process, which is one of the manufacturing processes of a thin-film magnetic head and other microdevices, a photosensitive agent such as a photoresist is applied to an image of a pattern formed on a mask or a reticle (hereinafter, collectively referred to as a mask). An exposure apparatus that transfers the data onto a wafer, a glass plate, or the like (hereinafter, these are collectively referred to as a substrate) is used. When development processing is performed on the substrate on which the image of the pattern formed on the mask has been transferred, a resist pattern corresponding to the transferred pattern is formed on the substrate. afterwards,
Various processes such as an etching process and a wiring forming process are performed on the substrate using the resist pattern formed on the substrate as a mask, and a process of forming a pattern corresponding to the mask pattern on the substrate is performed. The photosensitive agent is applied again on the upper surface of the substrate on which the pattern has been formed, and the above process is repeated several times to several tens of times.

【0003】このように、フォトリソグラフィ工程にお
いては、既に基板に形成されているパターン対して次に
形成されるパターンの像が重ね合わされて転写される。
よって、所期の機能を有するデバイスを製造するために
は、レチクルと基板とを高精度に位置合わせ(アライメ
ント)しなければならない。近年、高密度化や低消費電
力化等のためにパターンが微細化しており、これに伴っ
て例えば最小線幅の数分の1〜数十分の1程度の高いア
ライメント精度が要求されている。
As described above, in the photolithography process, an image of a pattern to be formed next is superimposed on a pattern already formed on a substrate and transferred.
Therefore, in order to manufacture a device having an intended function, the reticle and the substrate must be aligned with high accuracy. In recent years, patterns have been miniaturized for higher density, lower power consumption, and the like, and accordingly, a high alignment accuracy of, for example, about several tenths to several tenths of the minimum line width is required. .

【0004】また、パターンの微細化に伴い、マスクに
形成されたパターンの像を投影光学系を介して基板上に
転写する際に、基板の表面を投影光学系の結像面に正確
に合わせ込む必要がある。このため、露光装置は投影光
学系の光軸方向における基板の位置情報を検出する面位
置検出装置を備える。図14は、従来の面位置検出装置
の要部構成及び面位置検出装置に関連した露光装置の要
部構成を示す側面図であり、図15は図14に示した面
位置検出装置の光学系が両側テレセントリックであるこ
とを示す光路図である。尚、図15に示した部材の内、
図14に示した部材と同一の部材には同一の符号を付し
てある。図14において、100はArFエキシマレー
ザ(波長:193nm)等の光源を備え、レチクルRに
照射する照明光ILを射出する照明光学系である。
In addition, as the pattern image formed on the mask is transferred onto the substrate via the projection optical system with the miniaturization of the pattern, the surface of the substrate is accurately aligned with the image plane of the projection optical system. Need to be included. For this purpose, the exposure apparatus includes a surface position detecting device for detecting position information of the substrate in the optical axis direction of the projection optical system. FIG. 14 is a side view showing a main part configuration of a conventional surface position detecting device and a main part configuration of an exposure apparatus related to the surface position detecting device. FIG. 15 is an optical system of the surface position detecting device shown in FIG. FIG. 3 is an optical path diagram showing that is telecentric on both sides. In addition, of the members shown in FIG.
The same members as those shown in FIG. 14 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 14, reference numeral 100 denotes an illumination optical system that includes a light source such as an ArF excimer laser (wavelength: 193 nm) and emits illumination light IL that irradiates the reticle R.

【0005】レチクルRにはマイクロデバイスのパター
ンが形成されており、照明光学系100から射出される
照明光ILが照射されると、レチクルRに形成されてい
るパターンの像が投影光学系PLを介してウェハWに転
写される。ウェハWはウェハホルダ101に吸着保持さ
れており、ウェハホルダ101はウェハステージ102
が備える3個の支持点103a〜103cで支持されて
いる。ウェハステージ102は投影光学系PLの光軸A
X方向に支持点103a〜103cを同じ割合だけ突没
させてウェハWの表面位置を設定するとともに、支持点
103a〜103cを互いに独立に突没させることで光
軸AXに対するウェハWの表面の傾斜(レベリング)を
設定する。尚、ウェハホルダ101の一端には、ウェハ
ステージ102の基準位置を定めるための基準部材10
4が設けられている。
[0005] A pattern of a micro device is formed on the reticle R. When illumination light IL emitted from the illumination optical system 100 is irradiated, an image of the pattern formed on the reticle R is projected on the projection optical system PL. Is transferred to the wafer W via The wafer W is held by suction on a wafer holder 101, and the wafer holder 101 is
Are supported at three support points 103a to 103c provided in the. The wafer stage 102 has an optical axis A of the projection optical system PL.
By tilting the support points 103a to 103c in the X direction by the same ratio to set the surface position of the wafer W, and by tilting the support points 103a to 103c independently of each other, tilting the surface of the wafer W with respect to the optical axis AX. (Leveling). A reference member 10 for determining a reference position of the wafer stage 102 is provided at one end of the wafer holder 101.
4 are provided.

【0006】110は面位置検出装置であり、ウェハW
に対して斜め方向から検出光DLを照射する照射光学系
110aと、検出光DLをウェハWに照射して得られる
光を受光し、シリコン・フォト・ダイオード等の光電変
換素子123に結像させる受光光学系110bと、光電
変換素子123の出力信号に基づいて光軸AX方向にお
けるウェハWの表面の位置を検出する検出器131とを
有する。照射光学系110aは、ハロゲンランプ等の波
長幅の広い白色光を供給する光源111を有し、この光
源111からの光は、コンデンサレンズ112によって
略平行光束に変換されて偏向プリズム113に入射す
る。偏向プリズム113は、コンデンサレンズ112か
らの略平行光束を屈折させることで偏向させる
Reference numeral 110 denotes a surface position detecting device,
An irradiation optical system 110a that irradiates the detection light DL from an oblique direction to the wafer W, and light obtained by irradiating the detection light DL to the wafer W is received and formed into an image on a photoelectric conversion element 123 such as a silicon photodiode. It has a light receiving optical system 110b and a detector 131 that detects the position of the surface of the wafer W in the optical axis AX direction based on the output signal of the photoelectric conversion element 123. The irradiation optical system 110a has a light source 111 that supplies white light having a wide wavelength range such as a halogen lamp. The light from the light source 111 is converted into a substantially parallel light beam by a condenser lens 112 and is incident on a deflection prism 113. . The deflection prism 113 deflects the substantially parallel light beam from the condenser lens 112 by refracting it.

【0007】偏向プリズム113の射出面には、図中紙
面垂直方向に延びた縞パターンで構成された送光側パタ
ーン板113aが設けられている。この送光側パターン
板113aは、透過型の格子パターン板であり、透過部
と遮光部とが交互に設けられた格子パターン形成面がウ
ェハW側になるように配置されている。送光側パターン
板113aを透過した光は、集光レンズ114、反射板
115、及び対物レンズ116を順に介して、投影光学
系PLの光軸AXに対して入射角θをもって斜め方向か
ら検出光DLとしてウェハWの表面上に照射される。検
出光DLの入射角は80度程度に設定される。ここで、
図15に示したように、集光レンズ114と対物レンズ
116とで構成される光学系は、いわゆる両側テレセン
トリック光学系であり、送光側パターン板113aの格
子パターン形成面とウェハW上の共役点とは全面に亘っ
て夫々同倍率である。従って、送光側パターン板113
aの格子パターン形成面が図14において紙面垂直方向
を長手方向とする等間隔の格子状パターンを有している
ので、ウェハWの表面上に形成される像は、図14の紙
面垂直方向を長手方向とする等間隔の格子状パターンと
なる。
On the exit surface of the deflecting prism 113, there is provided a light-transmitting-side pattern plate 113a composed of a stripe pattern extending in a direction perpendicular to the plane of the drawing. The light-transmitting-side pattern plate 113a is a transmission-type lattice pattern plate, and is arranged such that the lattice pattern forming surface on which the transmission portions and the light-shielding portions are alternately provided is on the wafer W side. The light transmitted through the light transmitting side pattern plate 113a passes through the condenser lens 114, the reflection plate 115, and the objective lens 116 in this order, and is detected from an oblique direction at an incident angle θ with respect to the optical axis AX of the projection optical system PL. Irradiation is performed on the surface of the wafer W as DL. The incident angle of the detection light DL is set to about 80 degrees. here,
As shown in FIG. 15, the optical system including the condenser lens 114 and the objective lens 116 is a so-called double-sided telecentric optical system, and is conjugate with the grating pattern forming surface of the light transmitting side pattern plate 113 a and the wafer W. The dots have the same magnification over the entire surface. Therefore, the light transmitting side pattern plate 113
Since the lattice pattern forming surface a of FIG. 14 has an equidistant lattice pattern with the longitudinal direction being the paper vertical direction in FIG. 14, the image formed on the surface of the wafer W A grid pattern is formed at regular intervals in the longitudinal direction.

【0008】図14に戻り、ウェハWの表面に照射され
た検出光DLは、ウェハWの表面で反射されて対物レン
ズ117を介した後、振動ミラー118に入射する。振
動ミラー118はミラー駆動系132により駆動され、
図14中紙面垂直方向の軸の周りで所定の周期Tで振動
し、対物レンズ117を介した光を図14の紙面内にお
いて偏向させる。振動ミラー118を介した光は集光レ
ンズ119を介してアオリ補正プリズム120の入射面
に形成された受光側パターン板120aに入射する。こ
の受光側パターン板120aには送光側パターン板11
3aと同様の格子パターンが形成されており、この格子
パターンを通過した光のみがアオリ補正プリズム120
を透過し、リレーレンズ121,122を順に介して光
電変換素子123に結像する。尚、図15に示したよう
に、対物レンズ117及び集光レンズ119からなる光
学系及びリレーレンズ121,122から成る光学系は
各々両側テレセントリック光学系である。
Returning to FIG. 14, the detection light DL applied to the surface of the wafer W is reflected by the surface of the wafer W, passes through the objective lens 117, and then enters the vibration mirror 118. The vibrating mirror 118 is driven by a mirror driving system 132,
14 oscillates at a predetermined period T around an axis perpendicular to the paper surface of FIG. 14, and deflects the light passing through the objective lens 117 in the paper surface of FIG. 14. The light passing through the vibrating mirror 118 is incident on the light receiving side pattern plate 120 a formed on the incident surface of the tilt correction prism 120 via the condenser lens 119. The light-transmitting-side pattern plate 11 is provided on the light-receiving-side pattern plate 120a.
3a, a grating pattern similar to that of FIG. 3a is formed.
And forms an image on the photoelectric conversion element 123 via the relay lenses 121 and 122 in order. As shown in FIG. 15, the optical system including the objective lens 117 and the condenser lens 119 and the optical system including the relay lenses 121 and 122 are both-side telecentric optical systems.

【0009】ここで、以上の構成による面位置検出装置
が検出動作を行っている間、振動ミラー118は図14
中の紙面内において周期Tで振動する。振動ミラー11
8が振動することによりウェハWの表面で反射された光
は、受光側パターン板120aに形成された格子パター
ンに対して振動するため、受光側パターン板120aに
形成された格子パターンを通過する光量が振動ミラー1
18の振動に同期して変化する。よって、光電変換素子
123は強度が振動ミラー118の振動周期で変化する
交流信号を検出系131へ出力する。また、振動ミラー
118の振動周期Tと同一の周期及び位相を有する交流
信号がミラー駆動系132から検出系131へ出力され
ており、検出部131は所謂光電顕微鏡の原理により入
力されるこれらの交流信号を同期検波して検波出力信号
を主制御系130へ出力する。この検波出力信号は、所
謂Sカーブ信号と呼ばれ、ウェハWの表面が投影光学系
PLの結像面に位置しているときに零レベルとなる。
Here, while the surface position detecting device having the above configuration is performing the detecting operation, the vibrating mirror 118 is moved to the position shown in FIG.
It vibrates at a period T in the middle paper. Vibrating mirror 11
The light reflected on the surface of the wafer W due to the vibration of the wafer 8 vibrates with respect to the lattice pattern formed on the light receiving side pattern plate 120a. Is a vibrating mirror 1
It changes in synchronization with the vibration of 18. Therefore, the photoelectric conversion element 123 outputs to the detection system 131 an AC signal whose intensity changes with the oscillation cycle of the oscillation mirror 118. Further, an AC signal having the same cycle and phase as the oscillation cycle T of the oscillation mirror 118 is output from the mirror drive system 132 to the detection system 131. The signal is synchronously detected, and a detection output signal is output to main control system 130. This detection output signal is called a so-called S-curve signal, and has a zero level when the surface of the wafer W is located on the imaging plane of the projection optical system PL.

【0010】ウェハWの表面が投影光学系PLの結像面
からずれている場合には、対物レンズ117及び集光レ
ンズ119で集光された光の受光側パターン板120a
に形成された格子パターンに対する振動中心が変化する
ために、光電変換素子123から出力される交流信号の
周期が変化する。よって、ウェハWが投影光学系PLの
結像面よりも上方向に位置しているときに検波出力信号
は正レベルとなり、逆に結像面よりも下方向に位置して
いるときは負レベルとなる。主制御系130は、検出系
131から出力される検波出力信号のレベルに応じて、
ステージ駆動系133に制御信号を出力し、ウェハステ
ージ102が有する3個の支持点103a〜103cを
駆動させてウェハWの表面を投影光学系PLの結像面に
位置合わせする。
When the surface of the wafer W is displaced from the image plane of the projection optical system PL, the light receiving side pattern plate 120a of the light condensed by the objective lens 117 and the condensing lens 119 is used.
Since the center of vibration with respect to the lattice pattern formed in the photoelectric conversion element 123 changes, the cycle of the AC signal output from the photoelectric conversion element 123 changes. Therefore, when the wafer W is located above the image plane of the projection optical system PL, the detection output signal has a positive level, and when the wafer W is located below the image plane, it has a negative level. Becomes The main control system 130 controls the level of the detection output signal output from the detection system 131,
A control signal is output to the stage drive system 133 to drive the three support points 103a to 103c of the wafer stage 102 to align the surface of the wafer W with the image plane of the projection optical system PL.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した面
位置検出装置が備える送光側パターン板113a及びウ
ェハWの表面、ウェハWの表面及び受光側パターン板1
20a、更には受光側パターン板120a及び光電変換
素子123はシャインプルーフの条件を満たすように設
定される。ここで、シャインプルーフの条件について説
明する。図16は、シャインプルーフの条件についての
説明図である。いま、図16に示した、非平行に配置さ
れたA面とB面とを考える。A面上のパターンをB面上
に結像する光学系に関して、それらA面とB面とがシャ
インプルーフの条件を満たすとは、この光学系のメリジ
オナル断面内において、そのA面の延長線とその光学系
の物側主平面との交点をH、そのB面の延長線とその光
学系の像側主平面との交点をH′とした場合、交点Hか
ら光軸までの距離Lと交点H′から光軸までの距離L′
とが等しいことを意味する。
By the way, the light transmitting side pattern plate 113a and the surface of the wafer W, the surface of the wafer W, and the light receiving side pattern plate 1 provided in the above-mentioned surface position detecting device.
The light receiving side pattern plate 120a and the photoelectric conversion element 123 are set to satisfy the Scheimpflug condition. Here, the conditions for Scheimpflug will be described. FIG. 16 is an explanatory diagram of Scheimpflug conditions. Now, consider the non-parallel A-plane and B-plane shown in FIG. With respect to the optical system that forms a pattern on the surface A on the surface B, the conditions that the surface A and the surface B satisfy the Scheimpflug condition are defined as the extension of the surface A in the meridional section of the optical system. If the intersection of the optical system with the object-side principal plane is H, and the intersection of the extension of the B-plane with the image-side principal plane of the optical system is H ', the distance L from the intersection H to the optical axis and the intersection Distance L 'from H' to optical axis
Means equal to

【0012】シャインプルーフの条件が満たされている
ときには、所謂アオリの結像関係が成立し、そのA面上
の任意の点から射出された光は、それぞれB面上の対応
する1点に集束する。従って、そのA面上の全面の点の
像がそのB面上に形成される。よって、送光側パターン
板113aに形成されたパターンの像はウェハWの表面
全面に亘って正確に結像し、ウェハWの表面の像は受光
側パターン板120aの全面に亘って正確に結像し、更
に受光側パターン板120aの像が光電変換素子123
の検出面全面に亘って正確に結像することになる。
When the Scheimpflug condition is satisfied, a so-called tilt image relationship is established, and light emitted from any point on the A surface is focused on a corresponding point on the B surface. I do. Accordingly, an image of a point on the entire surface on the surface A is formed on the surface B. Therefore, the image of the pattern formed on the light transmitting side pattern plate 113a is accurately formed over the entire surface of the wafer W, and the image of the surface of the wafer W is accurately formed over the entire light receiving side pattern plate 120a. The image of the light receiving side pattern plate 120a is further
The image is accurately formed over the entire detection surface.

【0013】このシャインプルーフの条件を満足するよ
うにウェハWに対して送光側パターン板113を配置し
た場合、コンデンサレンズ112からの略平行光束が送
光側パターン板113aに形成された格子パターンをほ
ぼ均一の照度分布で照射するために、コンデンサレンズ
112からの略平行光束を屈折させる偏向プリズム11
3を設けている。また、受光光学系110b内には、ウ
ェハWの表面に対してシャインプルーフの条件を満足す
るように受光側パターン板120aを配置しているが、
この条件を満足させると受光側パターン板120aに入
射する光束の入射角が大となる。受光側パターン板12
0aの近傍に光電変換素子123を配置する構成も可能
であるが、光束の入射角が大であるため光電変換素子1
23での入射光束のケラレによる受光光量の著しい低下
を招く虞がある。このため受光側パターン板120aを
透過した光束を偏向させて受光光量の低下を防止しつつ
光電変換素子123に導くためのアオリ補正プリズム1
20を設けている。
When the light-sending-side pattern plate 113 is arranged with respect to the wafer W so as to satisfy the Scheimpflug condition, the substantially parallel luminous flux from the condenser lens 112 is applied to the grating pattern formed on the light-sending-side pattern plate 113a. Prism 11 that refracts a substantially parallel light beam from the condenser lens 112 in order to irradiate the light with a substantially uniform illuminance distribution.
3 are provided. The light receiving side pattern plate 120a is arranged in the light receiving optical system 110b so as to satisfy the Scheimpflug condition with respect to the surface of the wafer W.
When this condition is satisfied, the incident angle of the light beam incident on the light receiving side pattern plate 120a becomes large. Light receiving side pattern plate 12
Although a configuration in which the photoelectric conversion element 123 is arranged near 0a is also possible, since the incident angle of the light beam is large, the photoelectric conversion element
There is a possibility that the amount of received light may significantly decrease due to vignetting of the incident light beam at 23. For this reason, the tilt correction prism 1 for deflecting the light flux transmitted through the light receiving side pattern plate 120a and guiding the light flux to the photoelectric conversion element 123 while preventing a decrease in the amount of received light.
20 are provided.

【0014】しかしながら、図14に示した従来の面位
置検出装置110では、照射光学系110a内に設けら
れる偏向プリズム113の射出面に対する光束の入射角
φ1が大きいため、コンデンサレンズ112からの略平
行光束に対する反射率が大となり(透過率が小とな
り)、検出光DLの光量が低下するという問題がある。
また、受光光学系110bが備えるアオリ補正プリズム
120aの入射面に対する光束の入射角φ2も大きいた
め、集光レンズ119で集光された光束に対する反射率
が大となり(透過率が小となり)、最終的に光電変換素
子123に入射する光の光量が極めて小さくなるという
問題があった。例えば、偏向プリズム113の射出面及
びアオリ補正プリズム120の入射面に反射防止膜を形
成したとしても、40〜50%の光量損失があり、かか
る光量損失がある場合には、コンデンサレンズ112を
介した光束の20%程度の光量のみが光電変換素子12
3に至ることになる。
However, in the conventional surface position detecting device 110 shown in FIG. 14, since the incident angle φ1 of the light beam with respect to the exit surface of the deflecting prism 113 provided in the irradiation optical system 110a is large, it is almost parallel from the condenser lens 112. There is a problem that the reflectance with respect to the light flux becomes large (the transmittance becomes small) and the amount of the detection light DL decreases.
Further, since the incident angle φ2 of the light beam with respect to the incident surface of the tilt correction prism 120a provided in the light receiving optical system 110b is also large, the reflectance for the light beam condensed by the condenser lens 119 becomes large (the transmittance becomes small), and the final There is a problem that the amount of light incident on the photoelectric conversion element 123 becomes extremely small. For example, even if an anti-reflection film is formed on the exit surface of the deflecting prism 113 and the incident surface of the tilt correction prism 120, there is a light amount loss of 40 to 50%. Only the light amount of about 20% of the luminous flux
3 will be reached.

【0015】また、近年においては、製造するマイクロ
デバイスのパターンの微細化の要求に答えるために露光
装置の高解像度化が図られている。パターンの像の解像
度を高める方法としては、主に照明光学系100から射
出される照明光ILの波長を短波長化する方法と投影光
学系PLの開口数(N.A.)を高く設計する方法とが
あり、現在は、短波長化を図る方法及び投影光学系PL
の開口数を高める方法の双方の方法による高解像化が図
られている。しかしながら、解像度を向上させると必然
的に露光装置が備える投影光学系PLの焦点深度が減少
する。例えば、照明光ILの波長は同一のままで投影光
学系PLの開口数を高めて解像度を1.5倍に向上させ
ると、焦点深度は1/2.25に減少する。投影光学系
PLの焦点深度が減少すると、投影光学系PLの光軸A
X方向におけるウェハWの表面をより高い精度で検出
し、正確な位置合わせを行う必要がある。
In recent years, the resolution of an exposure apparatus has been increased to meet the demand for miniaturization of a pattern of a micro device to be manufactured. As a method of increasing the resolution of the image of the pattern, a method of mainly shortening the wavelength of the illumination light IL emitted from the illumination optical system 100 and designing a high numerical aperture (NA) of the projection optical system PL. At present, there is a method for shortening the wavelength and the projection optical system PL.
The high resolution is achieved by both methods of increasing the numerical aperture of the optical disk. However, when the resolution is improved, the depth of focus of the projection optical system PL included in the exposure apparatus necessarily decreases. For example, if the numerical aperture of the projection optical system PL is increased to increase the resolution 1.5 times while keeping the wavelength of the illumination light IL the same, the depth of focus is reduced to 1 / 2.25. When the depth of focus of the projection optical system PL decreases, the optical axis A of the projection optical system PL decreases.
It is necessary to detect the surface of the wafer W in the X direction with higher accuracy and perform accurate alignment.

【0016】面位置検出装置110の検出精度を高める
ためには、図14に示した照射光学系110aから射出
される検出光DLのウェハWに対する入射角θをより大
きくする必要がある。これは、投影光学系PLの結像面
からの光軸AX方向におけるウェハWの位置ずれ量が同
一である場合に、投影光学系PLの結像面にウェハWが
位置しているときの反射光の光路からのずれ量が検出光
DLの入射角θが大きい程大きくなるからである。この
入射角θが大きくなると、前述したシャインプルーフの
条件を満足させる必要があることから、偏向プリズム1
13の射出面に対する光束の入射角φ1及びアオリ補正
プリズム120の入射面に対する光束の入射角φ2も増
大させる必要がある。これらの入射角φ1,φ2が増大
すると、入射光束に対する反射率が増大(透過率が低
下)するため、益々光電変換素子123で受光できる光
量が低下するという問題が生ずる。
In order to increase the detection accuracy of the surface position detecting device 110, it is necessary to increase the incident angle θ of the detection light DL emitted from the irradiation optical system 110a shown in FIG. This is because when the amount of displacement of the wafer W in the optical axis AX direction from the image plane of the projection optical system PL is the same, the reflection when the wafer W is positioned on the image plane of the projection optical system PL This is because the deviation amount of the light from the optical path increases as the incident angle θ of the detection light DL increases. When the incident angle θ increases, the above-described Scheimpflug condition must be satisfied.
It is also necessary to increase the incident angle φ1 of the light beam with respect to the exit surface 13 and the incident angle φ2 of the light beam with respect to the incident surface of the tilt correction prism 120. When the incident angles φ1 and φ2 increase, the reflectance with respect to the incident light beam increases (transmittance decreases), so that the amount of light that can be received by the photoelectric conversion element 123 decreases.

【0017】更に、図14に示した面位置検出装置で
は、露光装置の製造時の調整又は定期的な調整を行う際
に、ウェハW上への検出光DLの照射位置を測定する必
要がある。この測定を行う場合には、ウェハホルダ10
1の一端に設けられた基準部材104を用いる。この基
準部材104には検出光DLに対して高い反射率を有す
る金属膜が部分的に形成されたガラス板が設けられてお
り、ガラス板表面の位置がウェハWの表面位置とほぼ同
一に設定されている。そして、検出光DLが照射されて
いる位置の近傍に基準部材を移動させてウェハステージ
102を走査することにより、光電変換素子123で受
光される光量の変化に基づいて検出光DLの照射位置を
測定する。しかしながら、検出光DLの入射角が大きく
なると、検出光DLに対する金属膜の反射率と金属膜が
形成されていないガラス板の反射率との差が小さくな
り、検出光DLが照射される位置に金属膜が配置された
ときに光電変換素子123で得られる光量と検出光DL
が照射される位置にガラス板が配置されたときに光電変
換素子123で得られる光量との差が小さくなるため、
検出光DLの位置を計測することも困難になる。
Further, in the surface position detecting apparatus shown in FIG. 14, it is necessary to measure the irradiation position of the detection light DL on the wafer W when performing the adjustment at the time of manufacturing the exposure apparatus or performing the periodic adjustment. . When performing this measurement, the wafer holder 10
The reference member 104 provided at one end is used. The reference member 104 is provided with a glass plate in which a metal film having a high reflectance with respect to the detection light DL is partially formed, and the position of the glass plate surface is set to be substantially the same as the surface position of the wafer W. Have been. Then, by moving the reference member to a position near the position where the detection light DL is irradiated and scanning the wafer stage 102, the irradiation position of the detection light DL is determined based on a change in the amount of light received by the photoelectric conversion element 123. Measure. However, when the incident angle of the detection light DL increases, the difference between the reflectance of the metal film with respect to the detection light DL and the reflectance of the glass plate on which the metal film is not formed decreases, and the difference between the reflectance and the position where the detection light DL is irradiated The amount of light obtained by the photoelectric conversion element 123 and the detection light DL when the metal film is disposed
When the glass plate is placed at the position where is irradiated, the difference from the light amount obtained by the photoelectric conversion element 123 is reduced,
It is also difficult to measure the position of the detection light DL.

【0018】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、検出光の基板への入射角を大に設定した場合で
あっても、面位置及び検出光の照射位置を高精度で検出
することができる面位置検出装置を提供することを主た
る目的とする。また、本発明は、検出精度を向上させる
ために検出光の基板への入射角を大に設定した場合であ
っても、面位置検出に用いる光の光量低下を防止するこ
とで高精度に面位置を検出することができる面位置検出
装置を提供することを目的とする。また、本発明は、高
精度に基板の面位置を検出することができる面位置検出
装置を備え、当該面位置検出装置の高精度の面位置検出
結果に基づいて正確に基板の位置合わせを行い、基板に
微細なパターンを形成する上で好適な露光装置を提供す
ることを目的とする。更に、本発明は、上記露光装置を
用いて微細なパターンを形成することにより製造される
マイクロデバイスの製造方法を提供することを目的とす
る。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and detects the surface position and the irradiation position of the detection light with high accuracy even when the incident angle of the detection light to the substrate is set to be large. It is a main object of the present invention to provide a surface position detecting device capable of performing such operations. In addition, the present invention prevents a decrease in the amount of light used for surface position detection even when the incident angle of the detection light to the substrate is set to be large in order to improve detection accuracy. It is an object of the present invention to provide a surface position detecting device capable of detecting a position. Further, the present invention includes a surface position detecting device capable of detecting the surface position of the substrate with high accuracy, and performs accurate substrate alignment based on the highly accurate surface position detection result of the surface position detecting device. Another object of the present invention is to provide an exposure apparatus suitable for forming a fine pattern on a substrate. Still another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a micro device manufactured by forming a fine pattern using the above exposure apparatus.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の第1の観点による面位置検出装置は、光源
(11)からの光を被検面(WS)に対して斜め方向か
ら照射し、該被検面(WS)からの光を光電変換素子
(23)へ導いて前記被検面(WS)の位置を検出する
面位置検出装置(10)において、前記光源(11)か
ら前記被検面(WS)へ至る光路中と前記被検面(W
S)から前記光電変換素子(23)へ至る光路中との少
なくとも一方の光路中であって、且つ前記被検面(W
S)と光学的に共役な位置又は該位置の近傍に配置され
る反射型パターン板(13、20)を備え、前記反射型
パターン板(13、20)は、反射領域(40a〜40
d、52、54a〜54e)と、該反射領域(40a〜
40d、52、54a〜54e)の周囲に形成される反
射防止領域(41、44a〜44e、50a〜50e、
53、55)とを備えることを特徴としている。この発
明によれば、反射領域と当該反射領域の周囲に形成され
た反射防止領域とを備える反射型パターン板を光源から
被検面へ至る光路中であって、被検面と光学的に共役な
位置又は該位置の近傍に配置し、光源からの光を反射領
域のみで反射させて所定形状のパターンを被検面に照射
し、又は、反射領域と当該反射領域の周囲に形成された
反射防止領域とを備える反射型パターン板を被検面から
光電変換素子へ至る光路中であって、被検面と光学的に
共役な位置又は該位置の近傍に配置し、被検面からの光
を反射領域のみで反射させて光電変換素子へ導いてい
る。本発明では、光源からの光を所定形状のパターンと
して被検面に照射するときに、反射型パターン板を用い
て光源からの光を反射させているので、光源からの光を
透過させることにより被検面に所定のパターンを照射す
る従来と比較して光量損失を抑えることができる。ま
た、光源から反射型パターン板に入射した光の内、反射
領域で反射された光が被検面に導かれ、反射防止領域に
入射した光は被検面に殆ど導かれないので、高コントラ
ストのパターンを被検面に照射することができるため検
出精度の向上を図る上で好適である。また、本発明では
被検面に照射されたパターンを光電変換素子に再結像さ
せるときに、反射型パターン板を用いて再結像させてい
るので、被検面からの光を透過させることにより光電変
換素子に再結像させる従来と比較して光量損失を抑える
ことができる。また、被検面から反射型パターン板に入
射した光の内、反射領域で反射された光が被検面に導か
れ、反射防止領域に入射した光は被検面に殆ど導かれな
いので、光電顕微鏡の原理により被検面の面位置を検出
する際に、高い信号雑音比の光信号に基づいた検出を行
うことができるため、検出精度の向上を図る上で好適で
ある。今後、被検面の検出精度を向上させるために、被
検面への照射光の入射角を更に大きくすることが考えら
れる。上述の反射型パターン板を光源から被検面に至る
光路中及び被検面から光電変換素子に至る光路中に設け
ることで、光源から射出され被検面に至る光及び被検面
から光電変換素子に至る光の双方について光量の損失を
抑えることができるため、被検面への照射光の入射角が
更に大となっても高い精度で被検面の位置を検出するこ
とができる。また、本発明の第1の観点による面位置検
出装置は、前記反射型パターン板(13、20)の反射
領域(40a〜40d、52、54a〜54e)の形状
は一定であることを特徴としている。この発明によれ
ば、反射型パターン板の形状が時間的に変化せず一定で
あるので、被検面に照射されるパターンの形状精度又は
光電変換素子に再結像されるパターンの形状精度を高め
ることができ、その結果として被検面の検出精度の向上
に資することができる。ここで、前記反射型パターン板
(13)は、前記光源(11)からの光を前記被検面
(WS)に対して斜め方向から検出光(DL)として照
射する照射光学系(10a)内に設けられ、前記反射型
パターン板(20)は、前記被検面(WS)からの光を
受光して前記光電変換素子(23)に結像させる受光光
学系(10b)内に設けられることを特徴としている。
また、本発明の第1の観点による面位置検出装置は、前
記反射型パターン板(13、20)の前記反射領域(4
0a〜40d、52、54a〜54e)が、前記光源
(11)からの入射光を正反射させて前記被検面(W
S)へ導くように位置決めされるか、前記被検面(W
S)からの入射光を正反射させて前記光電変換素子(2
3)へ導くように位置決めされることを特徴としてい
る。また、本発明の第1の観点による面位置検出装置
は、前記反射防止領域(44a〜44e、50a〜50
e、53)が、前記反射領域(40a〜40d、52)
の周囲にのみ形成されることを特徴としている。また、
本発明の第1の観点による面位置検出装置は、前記反射
防止領域(41、44a〜44e)が、前記反射型パタ
ーン板(13、20)の表面に形成された凹凸形状の構
造を有し、前記入射光を回折又は散乱させることを特徴
としている。また、本発明の第1の観点による面位置検
出装置は、前記凹凸形状が、複数の平面による階段形状
で近似されるマルチレベルバイナリオプティクスからな
ることを特徴としている。また、本発明の第1の観点に
よる面位置検出装置は、前記反射防止領域(50a〜5
0e、53)が、前記反射領域(40a〜40d、5
2)の周囲に形成された凹部を有し、前記凹部は、前記
凹部に入射した後に前記正反射の方向へ進行する光を遮
光することを特徴としている。また、本発明の第1の観
点による面位置検出装置は、前記反射型パターン板(1
3、20)の前記反射領域(54a〜54e)が第1の
反射部を備え、前記反射防止領域(55)が前記第1の
反射部とは異なる方向へ入射光を反射させる第2の反射
部を備えることを特徴としている。また、本発明の第1
の観点による面位置検出装置は、前記反射領域(40a
〜40d、52、54a〜54e)には、前記入射光に
対して高反射率を有する反射膜が形成されていることを
特徴としている。更に、本発明の第1の観点による面位
置検出装置は、前記反射型パターン板(13、20)の
表面と前記被検面(WS)とは、前記照射光学系(10
a)及び前記受光光学系(10b)の少なくとも一方に
関してシャインプルーフの条件を満足するように位置決
めされることを特徴としている。本発明の第2の観点に
よる面位置検出装置は、検出光(DL)を被検面(W
S)に対して斜め方向から照射し、該被検面(WS)か
らの反射光を受光して前記被検面(WS)の位置を検出
する面位置検出装置(10)において、前記被検面(W
S)に対して83度以上の入射角をもって入射する前記
検出光(DL)又は前記反射光に対して反射率差が8%
以上となる第1反射部(60)と第2反射部(61)と
を含む基準パターンが形成された基準部材(5)を備
え、前記基準部材(5)は前記検出光(DL)の光路及
び前記反射光の光路のうちの少なくとも一方に配置され
ることを特徴としている。この発明によれば、反射率差
が8%以上となる第1反射部及び第2反射部を含む基準
パターンが形成された基準部材が、検出光の光路及び被
検面からの反射光の光路のうちの少なくとも一方に配置
されている。よって、83度以上の入射角をもって被検
面に照射される検出光に対して基準部材を走査したとき
に受光される反射光の光量変化から検出光の照射位置を
測定するときに、第1反射部及び第2反射部の反射率差
が8%以上に設定されており、検出光が第1反射部に照
射されたときに得られる光量と第2反射部に照射された
ときに得られる光量との差が十分得られるので、検出光
の照射位置を高い精度で検出することができる。被検面
に対する検出光の入射角は面位置検出装置の検出精度を
向上させるために、今後益々大きくなると予想される。
面位置検出装置の検出精度が向上すると、必然的に被検
面に対する検出光の照射位置も正確に測定しなければな
らない。しかしながら、従来の基準パターンが形成され
た基準部材を用いて測定を行うと、十分な光量差が得ら
れず、高い精度で検出光の照射位置を測定することはで
きない。本発明の第2の観点による位置検出装置を用い
れば、83度の入射角をもって入射する検出光に対して
反射率差が8%以上の第1反射部及び第2反射部を含む
基準パターン基準部材に設けたので、検出光の照射位置
の検出精度を向上させることができる。また、本発明の
第2の観点による面位置検出装置は、前記第1及び第2
反射部(60、61)のうちの少なくとも一方は、金属
膜又は誘電体多層膜によって形成されていることを特徴
としている。また、本発明の第2の観点による面位置検
出装置は、前記第2反射部(61)は、前記基準部材
(5)の表面に形成された凹凸形状の構造を有し、前記
入射光を回折又は散乱させることにより反射率を低減す
ることを特徴としている。また、本発明の第2の観点に
よる面位置検出装置は、前記第2反射部(61)は、前
記第1反射部(60)の周囲に形成された凹部を有し、
前記凹部に入射した後に前記基準部材(5)に関して正
反射となる方向へ進行する光を遮光することにより反射
率を低減することを特徴としている。また、本発明の第
2の観点による面位置検出装置は、前記第1及び第2反
射部(60、61)は、入射光を互いに異なる方向へ反
射させるように形成されることを特徴としている。更
に、本発明の第2の観点による面位置検出装置は、前記
第1反射部(60)には、入射光に対して高反射率を有
する金属膜又は誘電体多層膜が形成されていることを特
徴としている。本発明の第1の観点による露光装置は、
マスク(R)に形成されたパターンを基板(W)に転写
する露光装置において、前記基板(W)を保持する基板
ステージ(3)と、前記基板(W)の表面(WS)の位
置を前記被検面(WS)の位置として検出する上記面位
置検出装置(10)と、前記面位置検出装置(10)の
検出結果に基づいて、前記基板ステージ(3)上の前記
基板(W)の位置及び姿勢のうちの少なくとも一方を調
整する調整装置(3、4a〜4c、30、33)とを備
えることを特徴としている。この発明によれば、高精度
に基板の面位置を検出することができる面位置検出装置
を備えており、この面位置検出装置の高精度の面位置検
出結果に基づいて正確に基板の位置合わせを行うことが
できるため、基板に微細なパターンを形成する上で極め
て好適である。本発明の第2の観点による露光装置は、
マスク(R)に形成されたパターンの投影光学系(P
L)を介した像を基板(W)に転写する露光装置におい
て、照射光学系(10a)を介して検出光(DL)を前
記基板(W)の表面(WS)に対して斜め方向から照射
し、前記基板(W)の表面(WS)からの光を受光光学
系(10b)で受光して当該基板(W)の表面(WS)
の位置を検出する面位置検出装置(10)を備え、前記
投影光学系の開口数NA、前記面位置検出装置(10)
が備える前記照射光学系(10a)を介した検出光(D
L)の前記基板(W)の表面(WS)への入射角θ、及
び前記面位置検出装置(10)が備える前記受光光学系
(10b)の開口数NA1は、それぞれ以下の条件を満
たすことを特徴としている。 NA≧0.75 θ≧83度 NA1≦0.1 投影光学系の解像度を向上させる方法の1つとして投影
光学系の開口数を高く設計する方法があるが、投影光学
系の開口数を高く設計すると、投影光学系PLの焦点深
度が浅くなる。特に、投影光学系の開口数が0.75以
上になるとその焦点深度は極めて浅くなるため、露光時
には基板表面の位置を正確に検出して位置合わせを行う
必要がある。基板表面に対して斜め方向から検出光を照
射して基板表面の位置を検出する面位置検出装置の検出
精度を向上させるためには、基板表面に対する検出光の
入射角θを大きくする必要がある。このため、上記のよ
うに面位置検出装置が備える照射光学系の入射角θが8
3度以上に設定される。検出光を基板に照射して得られ
る反射光が、その反射角に応じて光量分布を有すると基
板表面の検出精度を悪化させる。よって、反射光の光量
分布の検出精度に与える悪影響を防止するために面位置
検出装置が備える受光光学系の開口数は0.1以下に設
定される。この発明によれば、高精度に基板の面位置を
検出することができる面位置検出装置を備えており、こ
の面位置検出装置の高精度の面位置検出結果に基づいて
正確に基板の位置合わせを行って高い解像度をもってマ
スクに形成されたパターンの像を基板に転写することが
できるため、基板に微細なパターンを形成する上で極め
て好適である。また、本発明の第2の観点による露光装
置は、前記面位置検出装置(10)として、前記基板
(W)の表面(WS)の位置を前記被検面(WS)の位
置として検出する本発明の第1の観点による面位置検出
装置(10)を備えることを特徴としている。本発明の
マイクロデバイスの製造方法は、上記露光装置が備える
面位置検出装置(10)を用いて基板(W)の位置を検
出する位置検出工程と、前記位置検出工程の検出結果に
基づいて、前記基板(W)の位置及び姿勢のうちの少な
くとも一方を調整する基板調整工程と、照明光(IL)
をマスク(R)に照射して当該マスク(R)に形成され
たパターンの像を前記基板(W)に転写する転写工程
と、前記転写工程にて転写された前記基板(W)を現像
する現像工程とを有することを特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problems, a surface position detecting device according to a first aspect of the present invention is a device for detecting light from a light source (11) in an oblique direction with respect to a surface to be measured (WS). A light source (11) in the surface position detection device (10) for detecting the position of the test surface (WS) by guiding light from the test surface (WS) to the photoelectric conversion element (23). In the optical path from the light source to the test surface (WS) and the test surface (W
S) in at least one of the optical paths from the optical path from the photoelectric conversion element (23) to the photoelectric conversion element (23), and the test surface (W
S) and a reflective pattern plate (13, 20) disposed at or near a position optically conjugate with the reflective pattern plate (13, 20).
d, 52, 54a-54e) and the reflection area (40a-
40d, 52, 54a to 54e) and the antireflection regions (41, 44a to 44e, 50a to 50e,
53, 55). According to the present invention, the reflection type pattern plate including the reflection area and the antireflection area formed around the reflection area is provided in the optical path from the light source to the test surface, and is optically conjugate with the test surface. At a suitable position or in the vicinity of the position, the light from the light source is reflected only by the reflection area to irradiate the pattern with a predetermined shape on the surface to be inspected, or the reflection formed around the reflection area and the reflection area. A reflection type pattern plate having a prevention area is provided in the optical path from the surface to be measured to the photoelectric conversion element, and is disposed at a position optically conjugate with the surface to be measured or in the vicinity of the position, and the light from the surface to be measured is Is reflected only in the reflection region and guided to the photoelectric conversion element. In the present invention, when irradiating the light from the light source to the surface to be inspected as a pattern of a predetermined shape, the light from the light source is reflected by using the reflective pattern plate, so that the light from the light source is transmitted. The light amount loss can be suppressed as compared with the related art in which a predetermined pattern is irradiated on the surface to be inspected. In addition, of the light incident on the reflective pattern plate from the light source, the light reflected on the reflection area is guided to the surface to be inspected, and the light incident on the anti-reflection area is hardly guided on the surface to be inspected. This pattern can be applied to the surface to be inspected, which is suitable for improving the detection accuracy. Further, in the present invention, when the pattern irradiated on the surface to be inspected is re-imaged on the photoelectric conversion element, the image is re-imaged using the reflective pattern plate, so that light from the surface to be inspected is transmitted. Accordingly, the loss of light amount can be suppressed as compared with the related art in which re-imaging is performed on the photoelectric conversion element. Also, of the light incident on the reflective pattern plate from the test surface, the light reflected on the reflection region is guided to the test surface, and the light incident on the anti-reflection region is hardly guided on the test surface, When detecting the surface position of the surface to be detected by the principle of the photoelectric microscope, detection can be performed based on an optical signal having a high signal-to-noise ratio, which is suitable for improving detection accuracy. In the future, in order to improve the detection accuracy of the test surface, it is conceivable to further increase the incident angle of the irradiation light on the test surface. By providing the above-mentioned reflective pattern plate in the optical path from the light source to the test surface and in the optical path from the test surface to the photoelectric conversion element, light emitted from the light source to the test surface and photoelectric conversion from the test surface can be obtained. Since the loss of the light quantity of both the light reaching the element can be suppressed, the position of the test surface can be detected with high accuracy even if the incident angle of the irradiation light on the test surface is further increased. Further, the surface position detecting device according to the first aspect of the present invention is characterized in that the shapes of the reflection areas (40a to 40d, 52, 54a to 54e) of the reflection type pattern plates (13, 20) are constant. I have. According to this invention, since the shape of the reflective pattern plate does not change with time and is constant, the shape accuracy of the pattern irradiated on the surface to be detected or the shape accuracy of the pattern re-imaged on the photoelectric conversion element is improved. As a result, it is possible to contribute to improvement of the detection accuracy of the surface to be detected. Here, the reflective pattern plate (13) is provided within an irradiation optical system (10a) for irradiating the light from the light source (11) as detection light (DL) to the surface to be measured (WS) from an oblique direction. And the reflective pattern plate (20) is provided in a light receiving optical system (10b) for receiving light from the surface to be measured (WS) and forming an image on the photoelectric conversion element (23). It is characterized by.
Further, the surface position detecting device according to the first aspect of the present invention is configured such that the reflection area (4) of the reflection pattern plate (13, 20) is provided.
0a to 40d, 52, 54a to 54e) specularly reflect the incident light from the light source (11), and
S), or the surface to be inspected (W
S) is specularly reflected from the photoelectric conversion element (2).
It is characterized by being positioned so as to lead to 3). Further, the surface position detecting device according to the first aspect of the present invention includes the antireflection areas (44a to 44e, 50a to 50e).
e, 53) are the reflection areas (40a to 40d, 52)
Is formed only on the periphery of Also,
In the surface position detecting device according to the first aspect of the present invention, the anti-reflection area (41, 44a to 44e) has an uneven structure formed on the surface of the reflective pattern plate (13, 20). And diffracts or scatters the incident light. Further, the surface position detecting device according to the first aspect of the present invention is characterized in that the uneven shape is formed of multi-level binary optics that is approximated by a step shape formed by a plurality of planes. Further, the surface position detecting device according to the first aspect of the present invention includes the anti-reflection area (50a to 5a).
0e, 53) correspond to the reflection areas (40a to 40d, 5).
It has a concave portion formed around 2), and the concave portion blocks light traveling in the direction of the regular reflection after entering the concave portion. Further, the surface position detecting device according to the first aspect of the present invention includes the reflection type pattern plate (1).
3, 20) the reflection area (54a to 54e) includes a first reflection section, and the anti-reflection area (55) reflects the incident light in a direction different from that of the first reflection section. It is characterized by having a part. In addition, the first aspect of the present invention
The surface position detecting device according to the aspect of
To 40d, 52, 54a to 54e) are characterized in that a reflective film having a high reflectance to the incident light is formed. Further, in the surface position detecting device according to the first aspect of the present invention, the surface of the reflective pattern plate (13, 20) and the surface to be measured (WS) are connected to the irradiation optical system (10).
a) and at least one of the light receiving optical system (10b) is positioned so as to satisfy the Scheimpflug condition. The surface position detecting device according to the second aspect of the present invention converts the detection light (DL) into the surface to be detected (W
S) is illuminated obliquely to the surface position detection device (10) that receives reflected light from the surface (WS) to detect the position of the surface (WS). Surface (W
S) has a reflectance difference of 8% with respect to the detection light (DL) or the reflected light which is incident at an incident angle of 83 degrees or more.
A reference member (5) on which a reference pattern including the above-described first reflection portion (60) and second reflection portion (61) is formed, wherein the reference member (5) is an optical path of the detection light (DL). And at least one of the optical paths of the reflected light. According to the present invention, the reference member on which the reference pattern including the first reflection portion and the second reflection portion having the reflectance difference of 8% or more is formed is the optical path of the detection light and the optical path of the light reflected from the surface to be measured. At least one of the following. Therefore, when measuring the irradiation position of the detection light from the change in the amount of reflected light received when the reference member is scanned with respect to the detection light irradiated on the surface to be inspected at an incident angle of 83 degrees or more, the first The reflectance difference between the reflector and the second reflector is set to 8% or more, and the amount of light obtained when the detection light is applied to the first reflector and the amount of light obtained when the detection light is applied to the second reflector. Since a sufficient difference from the light amount can be obtained, the irradiation position of the detection light can be detected with high accuracy. The angle of incidence of the detection light on the surface to be inspected is expected to increase in the future in order to improve the detection accuracy of the surface position detecting device.
When the detection accuracy of the surface position detecting device is improved, the irradiation position of the detection light on the surface to be detected must be accurately measured. However, if measurement is performed using a reference member on which a conventional reference pattern is formed, a sufficient light amount difference cannot be obtained, and the irradiation position of the detection light cannot be measured with high accuracy. With the use of the position detection device according to the second aspect of the present invention, a reference pattern reference including a first reflection portion and a second reflection portion having a reflectance difference of 8% or more with respect to detection light incident at an incident angle of 83 degrees. Since it is provided on the member, the detection accuracy of the irradiation position of the detection light can be improved. Further, the surface position detecting device according to the second aspect of the present invention includes the first and second surface position detecting devices.
At least one of the reflection portions (60, 61) is characterized by being formed of a metal film or a dielectric multilayer film. Also, in the surface position detecting device according to the second aspect of the present invention, the second reflecting portion (61) has a concave-convex structure formed on a surface of the reference member (5). It is characterized in that the reflectance is reduced by diffracting or scattering. Further, in the surface position detecting device according to the second aspect of the present invention, the second reflecting portion (61) has a concave portion formed around the first reflecting portion (60),
The reflectance is reduced by blocking light that travels in the direction of regular reflection with respect to the reference member (5) after entering the concave portion. Further, the surface position detecting device according to the second aspect of the present invention is characterized in that the first and second reflecting portions (60, 61) are formed so as to reflect incident light in different directions. . Further, in the surface position detecting device according to the second aspect of the present invention, the first reflecting portion (60) is formed with a metal film or a dielectric multilayer film having a high reflectance with respect to incident light. It is characterized by. An exposure apparatus according to a first aspect of the present invention includes:
In an exposure apparatus for transferring a pattern formed on a mask (R) to a substrate (W), the position of a substrate stage (3) holding the substrate (W) and the position of a surface (WS) of the substrate (W) are determined by the The surface position detection device (10) that detects the position of the surface to be detected (WS), and the substrate (W) on the substrate stage (3) is detected based on the detection result of the surface position detection device (10). An adjustment device (3, 4a to 4c, 30, 33) for adjusting at least one of the position and the posture is provided. According to the present invention, there is provided a surface position detecting device capable of detecting the surface position of the substrate with high accuracy, and the position of the substrate is accurately adjusted based on the high-accuracy surface position detection result of the surface position detecting device. This is extremely suitable for forming a fine pattern on a substrate. An exposure apparatus according to a second aspect of the present invention includes:
The projection optical system (P) of the pattern formed on the mask (R)
In an exposure apparatus that transfers an image via the substrate (W) to the substrate (W), the detection light (DL) is irradiated obliquely to the surface (WS) of the substrate (W) via the irradiation optical system (10a). Then, the light from the surface (WS) of the substrate (W) is received by the light receiving optical system (10b) and the surface (WS) of the substrate (W) is received.
A surface position detection device (10) for detecting the position of the projection optical system, the numerical aperture NA of the projection optical system, and the surface position detection device (10).
Detection light (D) through the irradiation optical system (10a)
L) the incident angle θ on the surface (WS) of the substrate (W) and the numerical aperture NA1 of the light receiving optical system (10b) included in the surface position detection device (10) satisfy the following conditions, respectively. It is characterized by. NA ≧ 0.75 θ ≧ 83 degrees NA1 ≦ 0.1 As one method for improving the resolution of the projection optical system, there is a method of designing a numerical aperture of the projection optical system to be high. When designed, the depth of focus of the projection optical system PL becomes shallower. In particular, when the numerical aperture of the projection optical system is 0.75 or more, the depth of focus becomes extremely shallow, so that it is necessary to accurately detect and align the position of the substrate surface during exposure. In order to improve the detection accuracy of the surface position detecting device that detects the position of the substrate surface by irradiating the substrate surface with the detection light obliquely, it is necessary to increase the incident angle θ of the detection light with respect to the substrate surface. . Therefore, as described above, the incident angle θ of the irradiation optical system provided in the surface position detecting device is 8
It is set to three times or more. If the reflected light obtained by irradiating the substrate with the detection light has a light quantity distribution according to the reflection angle, the detection accuracy of the substrate surface is deteriorated. Therefore, the numerical aperture of the light receiving optical system included in the surface position detecting device is set to 0.1 or less in order to prevent an adverse effect on the detection accuracy of the light amount distribution of the reflected light. According to the present invention, there is provided a surface position detecting device capable of detecting the surface position of the substrate with high accuracy, and the position of the substrate is accurately adjusted based on the high-accuracy surface position detection result of the surface position detecting device. Is performed, and an image of the pattern formed on the mask can be transferred onto the substrate with high resolution, which is extremely suitable for forming a fine pattern on the substrate. In the exposure apparatus according to the second aspect of the present invention, as the surface position detection device (10), a position detection device (10) for detecting a position of a surface (WS) of the substrate (W) as a position of the test surface (WS). A surface position detecting device (10) according to a first aspect of the present invention is provided. The method for manufacturing a micro device according to the present invention includes: a position detecting step of detecting a position of a substrate (W) using a surface position detecting device (10) provided in the exposure apparatus; and a detection result of the position detecting step. A substrate adjusting step of adjusting at least one of a position and a posture of the substrate (W); and illumination light (IL).
Is applied to the mask (R) to transfer an image of a pattern formed on the mask (R) to the substrate (W), and the substrate (W) transferred in the transfer step is developed. And a developing step.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態による面位置検出装置、露光装置、及びマイクロ
デバイスの製造方法について詳細に説明する。図1は、
本発明の実施形態による面位置検出装置を備える本発明
の一実施形態による露光装置の構成を示す側面図であ
る。本実施形態においては、マスクとしてのレチクルR
に形成されたパターンの像をステップ・アンド・スキャ
ン方式により基板としてのウェハWに転写する場合を例
に挙げて説明する。尚、以下の説明においては、図1中
に示されたXYZ直交座標系を設定し、このXYZ直交
座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明す
る。XYZ直交座標系は、X軸及びY軸が基板ステージ
としてのウェハステージ3に対して平行となるよう設定
され、Z軸がウェハステージ3に対して直交する方向
(投影光学系PLの光軸AXに平行な方向)に設定され
ている。図中のXYZ座標系は、実際にはXY平面が水
平面に平行な面に設定され、Z軸が鉛直上方向に設定さ
れる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a surface position detecting apparatus, an exposure apparatus, and a method for manufacturing a micro device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG.
1 is a side view illustrating a configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention including a surface position detecting device according to an embodiment of the present invention. In the present embodiment, a reticle R as a mask
An example in which an image of a pattern formed on a wafer W is transferred to a wafer W as a substrate by a step-and-scan method will be described. In the following description, the XYZ rectangular coordinate system shown in FIG. 1 is set, and the positional relationship of each member will be described with reference to the XYZ rectangular coordinate system. The XYZ orthogonal coordinate system is set such that the X axis and the Y axis are parallel to the wafer stage 3 as the substrate stage, and the direction in which the Z axis is orthogonal to the wafer stage 3 (the optical axis AX of the projection optical system PL). (Parallel to direction). In the XYZ coordinate system in the figure, the XY plane is actually set to a plane parallel to the horizontal plane, and the Z axis is set vertically upward.

【0021】図1において、1はKrFエキシマレーザ
(波長:248nm)、ArFエキシマレーザ(波長:
193nm)、F2レーザ(波長:157nm)等の光
源を備えた照明光学系であり、光源から射出される光の
整形、照度分布の均一化、透過波長の設定、及び照度を
一定にしてレチクルRに照射する照明光ILを射出す
る。尚、照明光学系1内に設けられる光源は、上記以外
に超高圧水銀ランプから射出されるg線(436nm)
及びi線(365nm)、金属蒸気レーザ光源やYAG
レーザの高調波発生装置等のパルス光源を用いることも
できる。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm) and an ArF excimer laser (wavelength:
193 nm), F 2 laser (wavelength: 157 nm) and an illumination optical system having a light source, such as, shaping the light emitted from the light source, uniform illuminance distribution, setting the transmission wavelength, and the illuminance constant reticle The illumination light IL for irradiating R is emitted. The light source provided in the illumination optical system 1 is a g-line (436 nm) emitted from an extra-high pressure mercury lamp in addition to the above.
And i-line (365 nm), metal vapor laser light source, YAG
A pulse light source such as a laser harmonic generator can also be used.

【0022】レチクルRにはマイクロデバイスのパター
ンが形成されており、照明光学系1から射出される照明
光ILが照射されると、レチクルRに形成されているパ
ターンの像が投影光学系PLを介してウェハWに転写さ
れる。レチクルRは図示せぬレチクルステージ上に保持
され、投影光学系PLの光軸AXの方向に微動可能で、
且つその光軸AXに垂直な面内で2次元移動及び微小回
転可能に構成される。また、レチクルステージはリニア
モータにより駆動され、ウェハステージ3の移動に同期
して図中X軸方向にレチクルRを移動させる。レチクル
ステージのXY面内における位置は、図示せぬレーザ干
渉計により計測される。
A pattern of a micro device is formed on the reticle R. When illumination light IL emitted from the illumination optical system 1 is irradiated, an image of the pattern formed on the reticle R is projected on the projection optical system PL. Is transferred to the wafer W via The reticle R is held on a reticle stage (not shown), and is finely movable in the direction of the optical axis AX of the projection optical system PL.
Further, it is configured to be capable of two-dimensional movement and minute rotation in a plane perpendicular to the optical axis AX. The reticle stage is driven by a linear motor, and moves the reticle R in the X-axis direction in the figure in synchronization with the movement of the wafer stage 3. The position of the reticle stage in the XY plane is measured by a laser interferometer (not shown).

【0023】一方、ウェハWはウェハホルダ2上に吸着
保持されており、ウェハホルダ2はウェハステージ3が
備える3個の支持点4a〜4cで支持されている。ウェ
ハステージ3は投影光学系PLの光軸AX方向に支持点
4a〜4cを同じ割合だけ突没させてウェハWの表面W
Sの位置を設定するとともに、支持点4a〜4cを互い
に独立に突没させることで光軸AXに対するウェハWの
表面WSの傾斜(レベリング)を設定する。ウェハステ
ージ3は、レチクルステージと同様にリニアモータによ
り駆動され、XY平面内においてウェハWの位置を任意
に設定することができるとともに、一定の速度でウェハ
Wを移動させることができる。ウェハステージ3のXY
面内における位置は、図示せぬレーザ干渉計により計測
される。レチクルステージに設けられるレーザ干渉計及
びウェハステージ3に設けられるレーザ干渉計の出力は
後述する主制御系30に入力され、これらのレーザ干渉
計の計測結果に基づいて主制御系30はレチクルステー
ジを制御するとともに、ステージ駆動系33に制御信号
を出力し、ウェハステージ3のXY面内における位置を
制御する。尚、上記ウェハステージ3、支持点4a〜4
c、主制御系30、及びステージ駆動系33は、本発明
にいう調整装置に相当する。上記ウェハホルダ2の一端
には、ウェハステージ3の基準位置を定める基準部材5
が設けられている。この基準部材5の上面の位置は、ウ
ェハWの表面WSとほぼ同一となるように設定されてい
る。
On the other hand, the wafer W is held by suction on the wafer holder 2, and the wafer holder 2 is supported by three support points 4 a to 4 c of the wafer stage 3. The wafer stage 3 projects and retracts the support points 4a to 4c by the same ratio in the direction of the optical axis AX of the projection optical system PL by the same ratio.
In addition to setting the position of S, the inclination (leveling) of the surface WS of the wafer W with respect to the optical axis AX is set by projecting and retracting the support points 4a to 4c independently of each other. The wafer stage 3 is driven by a linear motor similarly to the reticle stage, and can set the position of the wafer W arbitrarily in the XY plane, and can move the wafer W at a constant speed. XY of wafer stage 3
The position in the plane is measured by a laser interferometer (not shown). The outputs of the laser interferometer provided on the reticle stage and the laser interferometer provided on the wafer stage 3 are input to a main control system 30 described later, and the main control system 30 controls the reticle stage based on the measurement results of these laser interferometers. In addition to the control, a control signal is output to the stage drive system 33 to control the position of the wafer stage 3 in the XY plane. The wafer stage 3 and the supporting points 4a to 4a
c, the main control system 30, and the stage drive system 33 correspond to the adjusting device according to the present invention. A reference member 5 for determining a reference position of the wafer stage 3 is provided at one end of the wafer holder 2.
Is provided. The position of the upper surface of the reference member 5 is set to be substantially the same as the surface WS of the wafer W.

【0024】投影光学系PLには、温度、気圧等の環境
変化に対応して、結像特性等の光学特性を一定に制御す
る不図示のレンズコントローラ部が設けられている。ま
た、投影レンズPLは複数のレンズ等の光学素子を有
し、その光学素子の硝材としては照明光ILの波長に応
じて石英、蛍石等の光学材料から選択される。投影光学
系PLの倍率は縮小系のみならず等倍及び拡大系のいず
れでも良いが、本実施形態は縮小系であるとする。ま
た、本実施形態の投影光学系PLは解像度を向上させる
ため像側開口数(ウェハW側の開口数)が0.75以
上、好ましくは0.77以上となるように設計されてい
る。
The projection optical system PL is provided with a lens controller (not shown) for controlling optical characteristics such as imaging characteristics to be constant in response to environmental changes such as temperature and atmospheric pressure. Further, the projection lens PL has an optical element such as a plurality of lenses, and the glass material of the optical element is selected from optical materials such as quartz and fluorite according to the wavelength of the illumination light IL. The magnification of the projection optical system PL may be not only a reduction system but also any one of an equal magnification and an enlargement system. However, the present embodiment is assumed to be a reduction system. Further, the projection optical system PL of the present embodiment is designed so that the image-side numerical aperture (the numerical aperture on the wafer W side) is 0.75 or more, preferably 0.77 or more, in order to improve the resolution.

【0025】次に、本発明の一実施形態による露光装置
が備える本発明の実施形態による面位置検出装置につい
て詳細に説明する。本実施形態の面位置検出装置10
は、ウェハWに対して斜め方向から検出光DLを照射す
る照射光学系10aと、検出光DLをウェハWに照射し
て得られる光を受光し、シリコン・フォト・ダイオード
等の光電変換素子23に結像させる受光光学系10b
と、光電変換素子23の出力信号に基づいて光軸AX方
向におけるウェハWの表面WSの位置を検出する検出器
31とを有する。本実施形態ではウェハWの表面WSが
本発明にいう被検面に相当する。
Next, a surface position detecting device according to an embodiment of the present invention provided in an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail. Surface position detecting device 10 of the present embodiment
Is an irradiation optical system 10a that irradiates the wafer W with the detection light DL from an oblique direction, and receives light obtained by irradiating the wafer W with the detection light DL, and converts the light into a photoelectric conversion element 23 such as a silicon photodiode. Receiving optical system 10b to form an image on
And a detector 31 that detects the position of the surface WS of the wafer W in the optical axis AX direction based on the output signal of the photoelectric conversion element 23. In the present embodiment, the surface WS of the wafer W corresponds to the test surface according to the present invention.

【0026】照射光学系10aは、ハロゲンランプ等の
波長幅の広い白色光を供給する光源11、光源11から
の光を略平行光束に変換するコンデンサレンズ12、コ
ンデンサレンズ12からの略平行光束を反射して所定形
状のパターン(例えば、格子パターン)の光に整形する
反射型パターン板としての送光側反射型パターン板1
3、送光側反射型パターン板13で反射された光を集光
する集光レンズ14、集光レンズ14で集光された光を
反射して偏向する反射板15、及び反射板15で反射さ
れた光を被検面としてのウェハWの表面WSに検出光D
Lとして照射する対物レンズ16を有する。
The illumination optical system 10a includes a light source 11 such as a halogen lamp for supplying white light having a wide wavelength range, a condenser lens 12 for converting the light from the light source 11 into a substantially parallel light beam, and a substantially parallel light beam from the condenser lens 12. A light-transmitting-side reflective pattern plate 1 as a reflective pattern plate that reflects light and shapes it into light having a predetermined shape pattern (for example, a lattice pattern)
3. A condenser lens 14 for condensing the light reflected on the light-transmitting-side reflective pattern plate 13, a reflector 15 for reflecting and deflecting the light condensed by the condenser lens 14, and reflecting on the reflector 15. The detected light is applied to the surface WS of the wafer W as the surface to be inspected.
It has an objective lens 16 for irradiating as L.

【0027】また、照射光学系10aを介した検出光D
LのウェハWの表面WSへの入射角θは83度以上に設
定される。このように、ウェハWの表面WSに対する検
出光DLの入射角θを大きくする理由は、面位置検出装
置10の検出精度を高めるためである。前述したよう
に、ウェハWに形成するパターンの微細化を図るために
投影光学系PLの開口数を高くして解像度を向上させる
と、投影光学系PLの焦点深度は浅くなる。ウェハWの
表面WSを投影光学系PLの焦点深度内に正確に配置す
るためには、ウェハWの表面WSを高い精度で検出する
必要がある。このように、検出精度を向上させるため照
射光学系10aからウェハWの表面WSに照射される検
出光DLの入射角は83度以上に設定される。
The detection light D passing through the irradiation optical system 10a
The incident angle θ of L to the surface WS of the wafer W is set to 83 degrees or more. The reason why the incident angle θ of the detection light DL with respect to the surface WS of the wafer W is increased as described above is to increase the detection accuracy of the surface position detection device 10. As described above, if the resolution is improved by increasing the numerical aperture of the projection optical system PL in order to miniaturize the pattern formed on the wafer W, the depth of focus of the projection optical system PL becomes shallower. In order to accurately arrange the surface WS of the wafer W within the depth of focus of the projection optical system PL, it is necessary to detect the surface WS of the wafer W with high accuracy. As described above, the incident angle of the detection light DL radiated from the irradiation optical system 10a to the surface WS of the wafer W from the irradiation optical system 10a is set to 83 degrees or more in order to improve the detection accuracy.

【0028】図1中破線で示した光路を参照すると分か
るように、集光レンズ14と対物レンズ16とで構成さ
れる光学系は、いわゆる両側テレセントリック光学系で
ある。ウェハWの表面WSが投影光学系PLの結像面と
合致している状態で、送光側反射型パターン板13のパ
ターン形成面はウェハWの表面WSと光学的に共役な位
置又はその近傍に配置される。従って、送光側反射型パ
ターン板13のパターン形成面とウェハW上の共役点と
は全面に亘って夫々同倍率である。送光側反射型パター
ン板13のパターン形成面には、反射領域と反射防止領
域とが形成されている。反射領域の形状は時間的に変化
せずに一定であり、送光側反射型パターン板13に入射
した光の内、反射領域に入射した光が反射され、反射防
止領域に入射した光の反射は防止されるため、ウェハW
の表面WS上に形成される像は、反射領域の形状を反映
したものとなる。また、具体的には後述するが、送光側
反射型パターン板13のパターン形成面には、図1にお
いてY軸方向を長手方向とする等間隔の格子状のパター
ンが形成されているので、ウェハWの表面WS上に形成
される像は、図1中のY軸方向を長手方向とする等間隔
の格子状パターンとなる。尚、上述したように、送光側
反射側パターン板13のパターン形成面に形成される反
射領域の形状は、時間的に変化せず一定であるので、ウ
ェハWの表面WSに照射される像の形状精度を高めるこ
とができ、その結果としてウェハWの表面WSの検出精
度の向上に資することができる。
As can be seen by referring to the optical path indicated by the broken line in FIG. 1, the optical system composed of the condenser lens 14 and the objective lens 16 is a so-called double-sided telecentric optical system. In a state where the surface WS of the wafer W matches the image plane of the projection optical system PL, the pattern forming surface of the light-transmitting reflective pattern plate 13 is at or near a position optically conjugate with the surface WS of the wafer W. Placed in Therefore, the pattern forming surface of the light-transmitting-side reflective pattern plate 13 and the conjugate point on the wafer W have the same magnification over the entire surface. A reflection area and an anti-reflection area are formed on the pattern forming surface of the light-transmitting-side reflective pattern plate 13. The shape of the reflection area is constant without changing over time, and of the light incident on the light-transmitting side reflective pattern plate 13, the light incident on the reflection area is reflected, and the light incident on the anti-reflection area is reflected. Is prevented, the wafer W
The image formed on the surface WS reflects the shape of the reflection area. Also, as will be described in detail later, an evenly spaced lattice-like pattern whose longitudinal direction is the Y-axis direction in FIG. 1 is formed on the pattern forming surface of the light-transmitting-side reflective pattern plate 13. The image formed on the front surface WS of the wafer W is a grid pattern at regular intervals with the longitudinal direction in the Y-axis direction in FIG. As described above, since the shape of the reflection area formed on the pattern forming surface of the light-transmitting-side reflection-side pattern plate 13 is constant without changing over time, the image irradiated on the surface WS of the wafer W is not changed. Can be improved, and as a result, the detection accuracy of the surface WS of the wafer W can be improved.

【0029】更に、集光レンズ14と対物レンズ16と
で構成される光学系に関して、ウェハWの表面WSが投
影光学系PLの結像面と合致している場合に、ウェハW
の表面WSと送光側反射型パターン板13のパターン形
成面とがシャインプルーフの条件を満たすように設定さ
れる。従って、送光側反射型パターン板13に形成され
たパターンの像はウェハWの表面WS全面に亘って正確
に結像する。図2は、送光側反射型パターン板13に形
成されたパターンの像がウェハWの表面WS全体に亘っ
て結像する様子を示す斜視図である。図2において、符
号WSを付した円はウェハWの表面WSの一部を便宜的
に表したものである。また、符号DAは面位置検出装置
10の検出領域を示しており、図2に示した例では長手
方向がX軸方向に設定され、その形状は矩形形状であ
る。照射光学系10a内に設けられる対物光学系16を
介して検出光DLがウェハWの表面WSに照射される
と、検出領域DA内に送光側反射型パターン板13のパ
ターン形成面に形成されたパターンの像SL1〜SL5
が結像する。図2に示した例では、検出領域DAのほぼ
中心に像SL3が結像し、検出領域DAの四隅部に像S
L1,SL2,SL4,SL5がそれぞれ結像してい
る。
Further, regarding the optical system composed of the condenser lens 14 and the objective lens 16, when the surface WS of the wafer W matches the image forming plane of the projection optical system PL, the wafer W
Is set so that the surface WS and the pattern forming surface of the light-transmitting-side reflective pattern plate 13 satisfy the Scheimpflug condition. Therefore, the image of the pattern formed on the light-transmitting-side reflective pattern plate 13 is accurately formed over the entire surface WS of the wafer W. FIG. 2 is a perspective view showing a state in which an image of a pattern formed on the light-transmitting-side reflective pattern plate 13 is formed over the entire surface WS of the wafer W. In FIG. 2, the circle with the reference symbol WS represents a part of the surface WS of the wafer W for convenience. Reference numeral DA denotes a detection area of the surface position detection device 10. In the example shown in FIG. 2, the longitudinal direction is set to the X-axis direction, and the shape is a rectangular shape. When the detection light DL is applied to the front surface WS of the wafer W via the objective optical system 16 provided in the irradiation optical system 10a, the detection light DL is formed on the pattern forming surface of the light-transmitting reflective pattern plate 13 in the detection area DA. Images SL1 to SL5 of different patterns
Is imaged. In the example shown in FIG. 2, the image SL3 is formed substantially at the center of the detection area DA, and the images S3 are formed at the four corners of the detection area DA.
L1, SL2, SL4 and SL5 are imaged, respectively.

【0030】図1に戻り、受光光学系10bは、ウェハ
Wからの反射光を受光して略平行光束にする対物レンズ
17、対物レンズ17が受光した反射光を後述する受光
側反射側パターン板20に対して振動させる振動ミラー
18、振動ミラー18を介した光を集光する集光レンズ
19、反射領域及び反射防止領域によりなる所定形状の
パターンが形成され、集光レンズ19を介した光の内、
反射領域に入射した光を反射する受光側反射型パターン
板20、及び受光側反射型パターン板20で反射された
光を光電変換素子23に結像させるリレーレンズ21,
22を有する。
Returning to FIG. 1, the light receiving optical system 10b includes an objective lens 17 which receives the reflected light from the wafer W and converts the reflected light received by the objective lens 17 into a substantially parallel light beam. A vibrating mirror 18 vibrating with respect to 20, a condensing lens 19 for condensing light passing through the vibrating mirror 18, a pattern of a predetermined shape including a reflection area and an anti-reflection area are formed, and the light passing through the condensing lens 19 is formed. Of which
A light-receiving-side reflective pattern plate 20 that reflects light incident on the reflective area, a relay lens 21 that forms an image of the light reflected by the light-receiving-side reflective pattern plate 20 on a photoelectric conversion element 23,
22.

【0031】この受光光学系10bの物体側開口数(ウ
ェハW側の開口数)は0.1以下、好ましくは0.05
以下に設計されている。図3は、受光光学系10bの物
体側開口数を小さく設計する理由を説明するための図で
ある。図3に示すように、照射光学系10aが備える対
物レンズ16を介してウェハWの表面WSに検出光DL
を照射したときに、ウェハWの表面WSから得られる反
射光は、図中符号PFを付した相対的な光量分布を有す
る。この光量分布PFは受光光学系10bの光軸AX1
に対して対称ではないため、パターン板20が共役位置
から外れた場合には、反射光の光量分布PFに応じて検
出系31の検出結果が誤差を生じたものとなる。図3に
示した例では、仮に反射光の光量分布が光軸AX1に関
して対称である場合には、ウェハWの表面WSの反射光
が、光軸AX1の方向に反射されたものとして検出さ
れ、ウェハWの本来の表面WSの位置が検出されるが、
図中の光量分布PFがあるとあたかも符号LPを付した
方向に反射したものとして検出され、パターン板20が
共役位置からずれている場合には、ウェハWの表面WS
の位置が誤った位置で検出される。そこで、本実施形態
では、受光光学系10bの物体側開口数NA1を0.1
以下、好ましくは0.05以下に設計して反射光の反射
角に応じた光量分布の影響を抑えることにより、反射光
の光量分布に起因するウェハWの表面WSの検出誤差を
極力排除している。
The object side numerical aperture (the numerical aperture on the wafer W side) of the light receiving optical system 10b is 0.1 or less, preferably 0.05.
It is designed below. FIG. 3 is a diagram for explaining the reason why the object-side numerical aperture of the light receiving optical system 10b is designed to be small. As shown in FIG. 3, the detection light DL is applied to the surface WS of the wafer W via the objective lens 16 of the irradiation optical system 10a.
Is reflected, the reflected light obtained from the surface WS of the wafer W has a relative light amount distribution denoted by reference numeral PF in the figure. This light amount distribution PF is based on the optical axis AX1 of the light receiving optical system 10b.
When the pattern plate 20 deviates from the conjugate position, the detection result of the detection system 31 has an error according to the light amount distribution PF of the reflected light. In the example shown in FIG. 3, if the light quantity distribution of the reflected light is symmetric with respect to the optical axis AX1, the reflected light on the surface WS of the wafer W is detected as being reflected in the direction of the optical axis AX1, Although the position of the original surface WS of the wafer W is detected,
The light amount distribution PF in the figure is detected as if it is reflected in the direction indicated by the symbol LP. If the pattern plate 20 is displaced from the conjugate position, the surface WS
Is detected at the wrong position. Therefore, in the present embodiment, the object-side numerical aperture NA1 of the light receiving optical system 10b is set to 0.1.
The detection error of the surface WS of the wafer W due to the light quantity distribution of the reflected light is eliminated as much as possible by suppressing the influence of the light quantity distribution according to the reflection angle of the reflected light by designing the light quantity to be 0.05 or less, preferably. I have.

【0032】図1に戻り、受光光学系10bが備える対
物レンズ17で受光された反射光は、略平行光にされて
振動ミラー18に入射する。この振動ミラー18は、後
述するミラー駆動系32により駆動され、図1中のY軸
に平行な軸の周りで周期Tで振動し、対物レンズ17を
介した光を図1中ZX平面内で偏向させる。尚、本実施
形態では振動ミラー18が対物レンズ17と集光レンズ
19との間の略瞳面(フーリエ変換面)に配置されてい
るが、この振動ミラー18は、ウェハWの表面WSと光
電変換素子13との間の光路中であればよい。
Returning to FIG. 1, the reflected light received by the objective lens 17 provided in the light receiving optical system 10b is converted into substantially parallel light and enters the vibrating mirror 18. The oscillating mirror 18 is driven by a mirror driving system 32 described later, oscillates at a period T around an axis parallel to the Y axis in FIG. To deflect. In this embodiment, the oscillating mirror 18 is disposed substantially on the pupil plane (Fourier transform plane) between the objective lens 17 and the condenser lens 19. What is necessary is just to be in the optical path with the conversion element 13.

【0033】振動ミラー18を介した光は、集光レンズ
19を通過して受光側反射型パターン板20のパターン
形成面に至る。受光光学系10b内に設けられる受光側
反射型パターン板13のパターン形成面には、送光側反
射型パターン板13と同様の反射領域と反射防止領域と
が形成されている。また、反射領域の形状は時間的に変
化せずに一定であり、受光側反射型パターン板20に入
射した光の内、反射領域に入射した光が反射され、反射
防止領域に入射した光の反射は防止される。尚、上述し
たように、受光側反射側パターン板20のパターン形成
面に形成される反射領域の形状も時間的に変化せず一定
であるので、光電変換素子23に結像される像の形状精
度を高めることができ、その結果としてウェハWの表面
WSの検出精度の向上に資することができる。
The light passing through the vibrating mirror 18 passes through the condenser lens 19 and reaches the pattern forming surface of the light-receiving-side reflective pattern plate 20. On the pattern forming surface of the light-receiving-side reflective pattern plate 13 provided in the light-receiving optical system 10b, a reflection area and an anti-reflection area similar to those of the light-transmitting-side reflective pattern plate 13 are formed. Further, the shape of the reflection area is constant without changing over time, and of the light incident on the light-receiving side reflective pattern plate 20, the light incident on the reflection area is reflected, and the light incident on the anti-reflection area is reflected. Reflection is prevented. As described above, since the shape of the reflection area formed on the pattern forming surface of the light receiving side reflection side pattern plate 20 does not change over time and is constant, the shape of the image formed on the photoelectric conversion element 23 is formed. Accuracy can be improved, and as a result, it can contribute to improvement in detection accuracy of the surface WS of the wafer W.

【0034】また、対物レンズ17と集光レンズ19と
で構成される光学系に関して、ウェハWの表面WSが投
影光学系PLの結像面と合致している場合に、受光側反
射型パターン板20のパターン形成面とウェハWの表面
WSとがシャインプルーフの条件を満たすように設定さ
れる。従って、ウェハWの表面WSが投影光学系PLの
結像面と合致している状態では、受光側反射型パターン
板20の全面に亘ってウェハWの表面WS上のパターン
の像SL1〜SL5(図2参照)が正確に再結像する。
Regarding the optical system composed of the objective lens 17 and the condenser lens 19, when the surface WS of the wafer W coincides with the image forming plane of the projection optical system PL, the light receiving side reflection type pattern plate The pattern forming surface 20 and the surface WS of the wafer W are set so as to satisfy the Scheimpflug condition. Therefore, in a state where the surface WS of the wafer W is coincident with the image forming plane of the projection optical system PL, the image SL1 to SL5 of the pattern on the surface WS of the wafer W (over the entire surface of the light-receiving reflective pattern plate 20). 2 (see FIG. 2).

【0035】また、図1中破線で示した光路を参照する
と分かるように、対物レンズ17と集光レンズ19とで
構成される光学系は、両側テレセントリック光学系であ
る。ウェハWの表面WSが投影光学系PLの結像面と合
致している状態で、受光側反射型パターン板20のパタ
ーン形成面はウェハWの表面WSと光学的に共役な位置
又はその近傍に配置される。従って、ウェハW上の各点
と受光側反射型パターン板20の共役点とは、全面に亘
って等倍である。よって、ウェハWの表面WSが投影光
学系PLの結像面に合致している状態では、受光側反射
側パターン板20のパターン形成面には長手方向がY軸
に設定された図2に示した像SL1〜SL5の更なる像
が再投影される。
As can be seen by referring to the optical path indicated by the broken line in FIG. 1, the optical system composed of the objective lens 17 and the condenser lens 19 is a double-sided telecentric optical system. In a state where the surface WS of the wafer W is coincident with the image plane of the projection optical system PL, the pattern forming surface of the light-receiving side reflective pattern plate 20 is located at or near a position optically conjugate with the surface WS of the wafer W. Be placed. Therefore, each point on the wafer W and the conjugate point of the light-receiving side reflective pattern plate 20 are the same magnification over the entire surface. Therefore, in a state where the surface WS of the wafer W coincides with the image forming plane of the projection optical system PL, the pattern forming surface of the light receiving side reflection side pattern plate 20 is shown in FIG. Further images of the images SL1 to SL5 are reprojected.

【0036】即ち、本実施形態の面位置検出装置10
は、ウェハWの表面WSが投影光学系PLの結像面と合
致している状態において、送光側反射型パターン板13
のパターン形成面、ウェハWの表面WS、及び受光側反
射側パターン板20のパターン形成面は、各々シャイン
プルーフの条件を満足する関係にあり、しかも各面とも
全面に亘って倍率が等しい。尚、送光側反射型パターン
板13のパターン形成面、ウェハWの表面WS、及び受
光側反射側パターン板20のパターン形成面の全てがシ
ャインプルーフの条件を満足するように配置されること
が好ましいが、送光側反射型パターン板13のパターン
形成面及びウェハWの表面WS、並びに、ウェハWの表
面WS及び受光側反射型パターン板20のパターン形成
面の何れか一方のみがシャインプルーフの条件を満足す
るように配置しても良い。
That is, the surface position detecting device 10 of this embodiment
In the state where the surface WS of the wafer W matches the imaging plane of the projection optical system PL,
The pattern formation surface, the surface WS of the wafer W, and the pattern formation surface of the light-receiving-side reflection-side pattern plate 20 have a relationship satisfying the Scheimpflug condition, and each surface has the same magnification over the entire surface. The pattern forming surface of the light-transmitting reflective pattern plate 13, the surface WS of the wafer W, and the pattern forming surface of the light-receiving reflective pattern plate 20 may all be arranged so as to satisfy the Scheimpflug condition. It is preferable that only one of the pattern forming surface of the light-transmitting reflective pattern plate 13 and the surface WS of the wafer W, and the surface WS of the wafer W and the pattern forming surface of the light-receiving reflective pattern plate 20 be Scheimpflug. They may be arranged so as to satisfy the conditions.

【0037】受光側反射型パターン板20で反射された
光は、リレーレンズ21,22を順に介して光電変換素
子23に結像する。このリレーレンズ21,22は、図
1に示すように両側テレセントリック光学系であり、受
光側反射型パターン板20のパターン形成面に形成され
る像の更なる共役像を光電変換素子23上に形成する。
尚、受光側反射型パターン板20のパターン形成面と光
電変換素子23とをリレーレンズ21,22に関してシ
ャインプルーフの条件を満足させるように配置すること
が好ましい。
The light reflected by the light-receiving-side reflective pattern plate 20 forms an image on the photoelectric conversion element 23 via the relay lenses 21 and 22 in order. The relay lenses 21 and 22 are both-side telecentric optical systems as shown in FIG. 1, and form a further conjugate image of the image formed on the pattern forming surface of the light-receiving-side reflective pattern plate 20 on the photoelectric conversion element 23. I do.
It is preferable that the pattern forming surface of the light-receiving side reflective pattern plate 20 and the photoelectric conversion element 23 are arranged so as to satisfy the Scheimpflug condition with respect to the relay lenses 21 and 22.

【0038】ここで、以上の構成による面位置検出装置
が検出動作を行っている間、振動ミラー18はミラー制
御系32の駆動によりZX平面内において周期Tで振動
する。振動ミラー18が振動することによりウェハWの
表面WSで反射された光は、受光側反射型パターン板2
0に形成されたパターンに対して振動するため、受光側
反射型パターン板20に形成されたパターン(反射領
域)で反射される光量が振動ミラー18の振動に同期し
て変化する。よって、光電変換素子23は強度が振動ミ
ラー18の振動周期で変化する交流信号を検出系31へ
出力する。また、ミラー駆動系32は振動ミラー18の
振動周期Tと同一の周期及び位相を有する交流信号を検
出系31へ出力しており、検出部31は所謂光電顕微鏡
の原理によりこれらの交流信号を同期検波して検波出力
信号を主制御系30へ出力する。この検波出力信号は、
所謂Sカーブ信号と呼ばれ、ウェハWの表面WSが投影
光学系PLの結像面に位置しているときに零レベルとな
る。
Here, while the surface position detecting device having the above configuration is performing the detecting operation, the oscillating mirror 18 vibrates at a period T in the ZX plane by the driving of the mirror control system 32. The light reflected on the surface WS of the wafer W by the vibration of the vibrating mirror 18 is reflected by the light-receiving-side reflective pattern plate 2.
Since it vibrates with respect to the pattern formed at 0, the amount of light reflected by the pattern (reflection area) formed on the light-receiving-side reflective pattern plate 20 changes in synchronization with the vibration of the vibrating mirror 18. Therefore, the photoelectric conversion element 23 outputs to the detection system 31 an AC signal whose intensity changes with the oscillation cycle of the oscillation mirror 18. The mirror drive system 32 outputs an AC signal having the same cycle and phase as the oscillation cycle T of the oscillation mirror 18 to the detection system 31, and the detection unit 31 synchronizes these AC signals according to the principle of a so-called photoelectric microscope. Detection is performed and a detection output signal is output to the main control system 30. This detection output signal is
This is called a so-called S-curve signal, and becomes zero level when the surface WS of the wafer W is located on the image forming plane of the projection optical system PL.

【0039】ウェハWの表面WSが投影光学系PLの結
像面からずれている場合には、対物レンズ17及び集光
レンズ19で集光された光の受光側反射型パターン板2
0に形成されたパターンに対する振動位置が変化するた
めに、光電変換素子23から出力される交流信号の周期
が変化する。よって、ウェハWが投影光学系PLの結像
面よりも上方向に位置しているときに検波出力信号は正
レベルとなり、逆に結像面よりも下方向に位置している
ときは負レベルとなる。主制御系30は、検出系31か
ら出力される検波出力信号のレベルに応じて、ステージ
駆動系33に制御信号を出力し、ウェハステージ3が有
する3個の支持点4a〜43cを駆動させてウェハWの
表面WSを投影光学系PLの結像面に位置合わせする。
尚、本実施形態の面位置検出装置10は、検出領域DA
内に複数の像SL1,SL2,SL4,SL5を投影し
てこれらを用いてウェハWの表面WSの位置を検出して
いるため、ウェハ上の複数の点における位置を検出する
ことができ、ひいてはウェハWの表面WSの姿勢(光軸
AXに対する傾斜等)も検出することができる。
When the surface WS of the wafer W is displaced from the image forming plane of the projection optical system PL, the light-receiving-side reflective pattern plate 2 for the light condensed by the objective lens 17 and the condensing lens 19 is used.
Since the vibration position with respect to the pattern formed at 0 changes, the period of the AC signal output from the photoelectric conversion element 23 changes. Therefore, when the wafer W is located above the image plane of the projection optical system PL, the detection output signal has a positive level, and when the wafer W is located below the image plane, it has a negative level. Becomes The main control system 30 outputs a control signal to the stage drive system 33 according to the level of the detection output signal output from the detection system 31 to drive the three support points 4 a to 43 c of the wafer stage 3. The surface WS of the wafer W is aligned with the image plane of the projection optical system PL.
It should be noted that the surface position detection device 10 of the present embodiment has a detection area DA
The plurality of images SL1, SL2, SL4, and SL5 are projected onto the inside and the positions of the surface WS of the wafer W are detected using these images. Therefore, the positions at a plurality of points on the wafer can be detected. The attitude of the surface WS of the wafer W (such as the inclination with respect to the optical axis AX) can also be detected.

【0040】以上、本発明の一実施形態による露光装置
及び本発明の実施形態による面位置検出装置の全体構成
について説明したが、次に本発明の実施形態による面位
置検出装置10に設けられる送光側反射型パターン板1
3及び受光側反射型パターン板20の具体的な構成につ
いて詳細に説明する。
The overall configuration of the exposure apparatus according to the embodiment of the present invention and the surface position detecting apparatus according to the embodiment of the present invention has been described. Light-side reflective pattern plate 1
3 and the specific configuration of the light-receiving side reflective pattern plate 20 will be described in detail.

【0041】〔反射型パターン板の第1構成例〕図4
は、送光側反射型パターン板13及び受光側反射型パタ
ーン板20の第1構成例を示す図であり、(a)はパタ
ーン形成面の正面図であり、(b)は(a)中のA−A
線の断面矢視図である。送光側反射型パターン板13及
び受光側反射型パターン板20は、例えばガラス基板を
加工してなるものであり、図4(a)に示すように、そ
のパターン形成面には矩形形状の反射領域40a〜40
eと反射防止領域41とが形成されている。反射領域4
0a〜40eは、図4(a)に示すようにパターン形成
面内において格子状に配列されており、送光側反射型パ
ターン板13のパターン形成面に形成された反射領域4
0a〜40eで反射された光が図1中の集光レンズ1
4、反射板15、及び対物光学系16を順に介すことに
より図2に示した像SL1〜SL5がウェハWの表面W
Sに投影される。反射防止領域41は、反射領域40a
〜40e以外のパターン形成面全面に亘って形成され
る。反射領域40a〜40eは上記のガラス基板の平坦
な表面をそのまま加工せずに用いたものであり、反射防
止領域41は図4(b)に示すようにガラス基板の表面
に微細な凹凸形状の構造を形成したものである。図4
(b)に示した例では、微細な凹凸形状として鋸歯形状
の構造が形成されている。
[First Configuration Example of Reflective Pattern Plate] FIG. 4
3A is a diagram showing a first configuration example of a light-transmitting-side reflective pattern plate 13 and a light-receiving-side reflective pattern plate 20, FIG. 4A is a front view of a pattern forming surface, and FIG. A-A
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along a line. The light-transmitting-side reflective pattern plate 13 and the light-receiving-side reflective pattern plate 20 are formed by processing a glass substrate, for example, and as shown in FIG. Regions 40a to 40
e and the antireflection region 41 are formed. Reflection area 4
4a are arranged in a lattice pattern on the pattern forming surface as shown in FIG. 4A, and the reflection areas 4a formed on the pattern forming surface of the light-transmitting reflective pattern plate 13 are formed.
The light reflected at 0a-40e is the condensing lens 1 in FIG.
4, the reflectors 15 and the objective optical system 16 sequentially pass the images SL1 to SL5 shown in FIG.
Projected to S. The anti-reflection area 41 includes a reflection area 40a.
It is formed over the entire surface of the pattern forming surface other than 4040e. The reflection areas 40a to 40e are used without processing the flat surface of the above glass substrate as it is, and the antireflection area 41 has a fine irregular shape on the surface of the glass substrate as shown in FIG. It is a structure formed. FIG.
In the example shown in (b), a saw-tooth structure is formed as a fine uneven shape.

【0042】図4(b)において、符号L1を付した矢
印は送光側反射型パターン板13又は受光側反射型パタ
ーン板20への入射光を示している。この入射光L1は
送光側反射型パターン板13については光源11から射
出され、コンデンサレンズ12で略平行光にされた光に
相当し、受光側反射型パターン板20については集光レ
ンズ19を介して入射する光に相当する。入射光L1は
送光側反射型パターン板13又は受光側反射型パターン
板20のパターン形成面に対して斜め方向から入射す
る。送光側反射型パターン板13のパターン形成面に形
成された反射領域40a〜40eは、入射光L1を正反
射させて、反射光R1,R2が集光レンズ14、反射板
15、及び対物レンズ16によりウェハWの表面WSに
導かれるように位置決めされる。一方、受光側反射型パ
ターン板20のパターン形成面に形成された反射領域4
0a〜40eは、ウェハWの表面WSで反射され、対物
光学系17、振動ミラー18、及び集光レンズ19を介
した光を正反射させて、リレーレンズ21,22を介し
て光電変換素子23へ導くように位置決めされる。
In FIG. 4B, the arrow L1 indicates the light incident on the light-transmitting-side reflective pattern plate 13 or the light-receiving-side reflective pattern plate 20. The incident light L1 is emitted from the light source 11 with respect to the light-transmitting-side reflective pattern plate 13 and is equivalent to light that has been made substantially parallel by the condenser lens 12. Corresponding to the light incident through the light source. The incident light L1 is obliquely incident on the pattern forming surface of the light-transmitting-side reflective pattern plate 13 or the light-receiving-side reflective pattern plate 20. The reflection areas 40a to 40e formed on the pattern forming surface of the light-transmitting-side reflective pattern plate 13 reflect the incident light L1 regularly, and the reflected lights R1 and R2 are focused on the condenser lens 14, the reflection plate 15, and the objective lens. The wafer 16 is positioned so as to be guided to the surface WS of the wafer W by the wafer 16. On the other hand, the reflection region 4 formed on the pattern forming surface of the light receiving side reflection type pattern plate 20
0a to 40e are reflected by the surface WS of the wafer W, specularly reflect light passing through the objective optical system 17, the vibrating mirror 18, and the condenser lens 19, and the photoelectric conversion element 23 through the relay lenses 21 and 22. It is positioned to lead to.

【0043】送光側反射型パターン板13又は受光側反
射型パターン板20に形成された反射防止領域41は入
射光L1を回折又は散乱させて光が反射光R1,R2が
進む方向へ進行しないように機能する。仮に、送光側反
射型パターン板13及び受光側反射型パターン板20の
表面(パターン形成面)の全面が反射領域40a〜40
eのように平坦であるならば、入射光L1は表面全面に
亘って正反射されることになる。しかしながら、パター
ン形成面に形成された反射領域40a〜40e以外の部
分には反射防止領域41が形成されているため、反射防
止領域40a〜40eに入射した光は、反射光R1,R
2の方向には殆ど反射されない。図4(b)において斜
線を付した箇所は、反射領域40d,40eで反射され
た反射光R1,R2が進む方向へ進行する光が殆ど存在
しない箇所を示している。
The antireflection area 41 formed on the light-transmitting-side reflective pattern plate 13 or the light-receiving-side reflective pattern plate 20 diffracts or scatters the incident light L1 so that the light does not travel in the direction in which the reflected lights R1 and R2 travel. Works like that. It is assumed that the entire surface (pattern forming surface) of the light-transmitting-side reflective pattern plate 13 and the light-receiving-side reflective pattern plate 20 covers the reflection regions 40a to 40a.
If it is flat like e, the incident light L1 will be specularly reflected over the entire surface. However, since the anti-reflection area 41 is formed in a portion other than the reflection areas 40a to 40e formed on the pattern forming surface, the light incident on the anti-reflection areas 40a to 40e is reflected light R1, R
There is almost no reflection in the 2 direction. In FIG. 4B, hatched portions indicate portions where there is almost no light traveling in the direction in which the reflected lights R1 and R2 reflected by the reflection regions 40d and 40e travel.

【0044】反射領域40a〜40eは、斜め方向から
入射する光に対するガラス基板表面の反射率をもって入
射光L1を反射するが、反射防止領域41から反射光R
1,R2が進行する方向の光は殆ど存在しない。よっ
て、図4に示した送光側反射型パターン板13を用いる
ことで、従来と比較して光源11から射出される光の光
量損失を防止することができるとともに、ウェハWの表
面WSに投影される像SL1〜SL5のコントラストを
高めることができる。また、受光側反射型パターン板2
0はパターン形成面に入射する光の内、反射領域40a
〜40eに入射した光を高い反射率をもって正反射し、
反射防止領域41に入射した光は正反射した反射光が進
行する光へ殆ど反射しないため、受光側反射型パターン
板20のパターン形成面に形成される像の更なる共役像
を高いコントラストで光電変換素子23上に形成するこ
とができる。その結果として、迷光等による検出精度の
悪化を招くことなく高い精度をもってウェハWの表面W
Sの光軸AX方向における位置を検出することができ
る。
The reflection areas 40a to 40e reflect the incident light L1 with the reflectance of the surface of the glass substrate with respect to the light incident obliquely.
There is hardly any light in the direction in which 1,2 travels. Therefore, by using the light-transmitting-side reflective pattern plate 13 shown in FIG. The contrast of the images SL1 to SL5 to be obtained can be increased. Also, the light receiving side reflection type pattern plate 2
0 is the reflection area 40a of the light incident on the pattern formation surface.
-40e is specularly reflected with high reflectivity,
Since the light incident on the anti-reflection area 41 is hardly reflected to the light in which the specularly reflected light travels, a further conjugate image of the image formed on the pattern forming surface of the light-receiving side reflective pattern plate 20 can be formed with high contrast. It can be formed on the conversion element 23. As a result, the surface W of the wafer W can be accurately detected without deteriorating the detection accuracy due to stray light or the like.
The position of S in the optical axis AX direction can be detected.

【0045】一般的に、入射光L1の入射角が大きくな
るに伴って反射領域40a〜40eにおける反射率が高
くなる。前述したように、送光側反射型パターン板13
のパターン形成面及びウェハWの表面WS、並びに、ウ
ェハWの表面WS及び受光側反射型パターン板20のパ
ターン形成面がシャインプルーフの条件を満足するよう
に配置されているため、送光側反射型パターン板13及
び受光側反射型パターン板20のパターン形成面に対す
る入射光L1の入射角も大きくなる。従って、前述した
ように、ガラス基板の平坦な表面をそのまま加工せずに
用いて反射領域40a〜40eを形成しても比較的高い
反射率を得ることができるが、入射光L1に対する反射
率を更に高めるため、金属膜、誘電体多層膜、その他の
高反射膜を反射領域40a〜40eに形成することが好
ましい。
Generally, as the incident angle of the incident light L1 increases, the reflectance in the reflection regions 40a to 40e increases. As described above, the light-transmitting-side reflective pattern plate 13
And the surface WS of the wafer W, and the surface WS of the wafer W and the pattern forming surface of the light-receiving side reflective pattern plate 20 are arranged so as to satisfy the Scheimpflug condition. The incident angle of the incident light L1 with respect to the pattern forming surfaces of the mold pattern plate 13 and the light receiving side reflection type pattern plate 20 also increases. Therefore, as described above, a relatively high reflectance can be obtained even if the reflection regions 40a to 40e are formed without using the flat surface of the glass substrate as it is, but the reflectance for the incident light L1 is reduced. In order to further increase the thickness, it is preferable to form a metal film, a dielectric multilayer film, and other high reflection films in the reflection regions 40a to 40e.

【0046】〔反射型パターン板の第2構成例〕図5
は、送光側反射型パターン板13及び受光側反射型パタ
ーン板20の第2構成例を示す図であり、(a)はパタ
ーン形成面の正面図であり、(b)は(a)中のB−B
線の断面矢視図である。図5に示した第2構成例による
送光側反射型パターン板13及び受光側反射型パターン
板20が、図4に示した第1構成例による送光側反射型
パターン板13及び受光側反射型パターン板20と異な
る点は、反射領域と反射防止領域とを反転させて形成し
ている点である。即ち、図4に示した送光側反射型パタ
ーン板13及び受光側反射型パターン板20のパターン
面に形成された反射領域40a〜40eが、微細な凹凸
形状が形成された反射防止領域42a〜42eとされて
おり、反射防止領域41がガラス基板の平坦な表面をそ
のまま加工せずに用いた反射領域43とされている。ま
た、図5(b)に示したように、反射防止領域42a〜
42eに形成されている微細な凹凸形状は、第1構成例
と同様に、鋸歯形状の構造である。尚、本構成例におい
ても、反射領域43に金属膜、誘電体多層膜、その他の
高反射膜を形成して入射光L1に対する反射領域43の
反射率を高めることが好ましい。
[Second Configuration Example of Reflective Pattern Plate] FIG.
3A and 3B are diagrams illustrating a second configuration example of the light-transmitting-side reflective pattern plate 13 and the light-receiving-side reflective pattern plate 20, where FIG. 4A is a front view of a pattern forming surface, and FIG. BB
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along a line. The light-transmitting-side reflective pattern plate 13 and the light-receiving-side reflective pattern plate 20 according to the second configuration example shown in FIG. The difference from the pattern pattern plate 20 is that the reflection area and the anti-reflection area are inverted. That is, the reflection areas 40a to 40e formed on the pattern surfaces of the light transmission side reflection pattern plate 13 and the light reception side reflection pattern plate 20 shown in FIG. The antireflection area 41 is a reflection area 43 that is used without processing the flat surface of the glass substrate as it is. In addition, as shown in FIG.
The fine concavo-convex shape formed at 42e is a saw-tooth structure, as in the first configuration example. In this configuration example as well, it is preferable to form a metal film, a dielectric multilayer film, and other high-reflection films in the reflection region 43 to increase the reflectance of the reflection region 43 with respect to the incident light L1.

【0047】以上の構成の送光側反射型パターン板13
及び受光側反射型パターン板20のパターン形成面に斜
め方向から入射光L1が入射すると、反射領域43で正
反射された反射光R3,R4,R5が得られるが、反射
防止領域42d,42eからは反射光R3,R4,R5
の進行方向へ反射される光は殆ど得られない。従って、
第1構成例による送光側反射型パターン板13を用いた
場合には図2中の像SL1〜SL5は周囲よりも光強度
が高くなるが、第2構成例による受光側反射型パターン
板13を用いた場合には像SL1〜SL5の光強度は周
囲よりも低くなる。つまり、図5に示した第2構成例に
よる送光側反射型パターン板13を用いた場合にウェハ
Wの表面WSに投影される像SL1〜SL5は、図4に
示した第1構成例による送光側反射型パターン板13を
用いた場合にウェハWの表面WSに投影される像SL1
〜SL5の光強度を反転した関係にある。
The light-transmitting-side reflective pattern plate 13 having the above configuration
When the incident light L1 is obliquely incident on the pattern forming surface of the light-receiving-side reflective pattern plate 20, the reflected light R3, R4, and R5 specularly reflected by the reflection region 43 are obtained. Is reflected light R3, R4, R5
Is hardly obtained in the direction of travel. Therefore,
When the light-sending-side reflective pattern plate 13 according to the first configuration example is used, the light intensity of the images SL1 to SL5 in FIG. Is used, the light intensity of the images SL1 to SL5 is lower than the surroundings. That is, when the light-transmitting-side reflective pattern plate 13 according to the second configuration example shown in FIG. 5 is used, the images SL1 to SL5 projected on the surface WS of the wafer W are according to the first configuration example shown in FIG. Image SL1 projected on front surface WS of wafer W when light-transmitting-side reflective pattern plate 13 is used
SLSL5 are inverted.

【0048】〔反射型パターン板の第3構成例〕図6
は、送光側反射型パターン板13及び受光側反射型パタ
ーン板20の第3構成例を示す図であり、(a)はパタ
ーン形成面の正面図であり、(b)は(a)中のC−C
線の断面矢視図である。図6に示した第3構成例による
送光側反射型パターン板13及び受光側反射型パターン
板20が、図4に示した第1構成例による送光側反射型
パターン板13及び受光側反射型パターン板20と異な
る点は、第1構成例で反射領域40a〜40e以外のパ
ターン形成面全面に亘って反射防止領域41が形成され
ていたのに対し、本実施形態では各反射領域40a〜4
0eの周囲にのみ反射防止領域が形成されている点であ
る。図6(a)に示した例では反射領域40a〜40e
の周囲に矩形形状の反射防止領域44a〜44eがそれ
ぞれ形成されている。反射領域40a〜40e及び反射
防止領域44a〜44e以外の領域45は、例えば何ら
加工していない平坦なガラス基板の表面である。尚、反
射領域40a〜40eには、金属膜、誘電体多層膜、そ
の他の高反射膜を形成して入射光L1に対する反射領域
40a〜40eの反射率を高めることが好ましい。
[Third Configuration Example of Reflective Pattern Plate] FIG. 6
3A and 3B are diagrams showing a third configuration example of the light-transmitting-side reflective pattern plate 13 and the light-receiving-side reflective pattern plate 20; FIG. C-C
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along a line. The light-transmitting-side reflective pattern plate 13 and the light-receiving-side reflective pattern plate 20 according to the third configuration example shown in FIG. 6 are different from the light-transmitting-side reflective pattern plate 13 and the light-receiving side reflection plate according to the first configuration example shown in FIG. The difference from the pattern pattern plate 20 is that the antireflection region 41 is formed over the entire pattern formation surface other than the reflection regions 40a to 40e in the first configuration example, whereas in the present embodiment, each of the reflection regions 40a to 40e is formed. 4
The point is that the anti-reflection area is formed only around 0e. In the example shown in FIG. 6A, the reflection areas 40a to 40e
, Rectangular antireflection regions 44a to 44e are respectively formed. The area 45 other than the reflection areas 40a to 40e and the antireflection areas 44a to 44e is, for example, a flat glass substrate surface that has not been processed. In addition, it is preferable to form a metal film, a dielectric multilayer film, and other high reflection films on the reflection regions 40a to 40e to increase the reflectance of the reflection regions 40a to 40e with respect to the incident light L1.

【0049】本実施形態の面位置検出装置10が投影光
学系PLの光軸AX方向におけるウェハWの表面の位置
を検出するためには、ウェハWの表面WSに投影される
像SL1〜SL5の、周辺に対するコントラストを高く
するとともに、受光側反射型パターン板20のパターン
形成面に再結像される像SL1〜SL5の位置を振動ミ
ラー18で振動させたときに、反射領域40a〜40e
に入射した光のみが正反射され、反射領域40a〜40
e以外の部分に入射した光の正反射を防止することが必
要である。ウェハWの表面WSに投影される像SL1〜
SL5の、周辺に対するコントラストを高くするために
は、送光側反射型スリット板13の反射領域40a〜4
0e各々の周囲に形成される反射防止領域50a〜50
eの幅を得ようとするコントラストに応じて適宜設定す
ればよい。また、受光側反射スリット板20の反射領域
40a〜40eの周囲に形成される反射防止領域は、再
結像される像が振動ミラー18により移動する幅、及び
ウェハWの表面WSが光軸AX方向に移動する範囲(面
位置検出範囲)に応じて設定すればよい。
In order for the surface position detecting device 10 of the present embodiment to detect the position of the surface of the wafer W in the direction of the optical axis AX of the projection optical system PL, the images SL1 to SL5 projected on the surface WS of the wafer W are required. When the positions of the images SL1 to SL5 re-imaged on the pattern forming surface of the light-receiving side reflective pattern plate 20 are vibrated by the vibrating mirror 18, the reflection areas 40a to 40e
Is specularly reflected, and the reflection areas 40a-40
It is necessary to prevent specular reflection of light incident on portions other than e. Images SL1 projected on surface WS of wafer W
In order to increase the contrast of the SL5 with respect to the periphery, the reflection areas 40a to 4a of the light transmission side reflection type slit plate 13 are required.
0e anti-reflection regions 50a-50 formed around each
What is necessary is just to set suitably according to the contrast which seeks the width of e. The anti-reflection area formed around the reflection areas 40a to 40e of the light-receiving side reflection slit plate 20 has a width in which the image to be re-imaged moves by the vibrating mirror 18, and a surface WS of the wafer W whose optical axis AX What is necessary is just to set according to the range which moves to a direction (surface position detection range).

【0050】本構成例では、パターン形成面に入射した
入射光L1の内、領域45に入射した光及び反射領域4
0a〜40eに入射した光が正反射される。図6(b)
に示した例では、反射光R6,R8,R10が領域45
に入射して正反射された反射光を示し、反射光R7,R
9は反射領域40d,40eに入射して正反射された反
射光を示している。本実施形態による送光側反射型パタ
ーン板13及び受光側反射型パターン板20を照射光学
系10a及び受光光学系10bにそれぞれ設けた場合、
反射領域40a〜40eで反射された光のみならず、領
域45で反射された光も光電検出器23に入射すること
になるが、反射領域40a〜40eの各々に対応する領
域とその近傍の領域だけに受光面を設ける構成とする
か、又は領域45で反射された光を遮光する遮光部材を
光電検出器23の入射面に配置すれば良い。
In this configuration example, of the incident light L1 incident on the pattern forming surface, the light incident on the area 45 and the reflection area 4
Light incident on 0a to 40e is specularly reflected. FIG. 6 (b)
In the example shown in FIG. 7, the reflected light R6, R8, R10
And the reflected light that has been specularly reflected upon the reflected light R7, R
Reference numeral 9 denotes reflected light that enters the reflection areas 40d and 40e and is specularly reflected. When the light-transmitting-side reflective pattern plate 13 and the light-receiving-side reflective pattern plate 20 according to the present embodiment are provided in the irradiation optical system 10a and the light-receiving optical system 10b, respectively,
Not only the light reflected by the reflection areas 40a to 40e but also the light reflected by the area 45 enters the photoelectric detector 23. Only a light receiving surface may be provided, or a light blocking member for blocking light reflected by the region 45 may be provided on the incident surface of the photoelectric detector 23.

【0051】以上説明した第1〜第3構成例では、反射
防止領域41,42a〜42e,44a〜44eに形成
される微細な凹凸形状は鋸歯形状の構造である場合を例
に挙げて説明した。しかしながら、この凹凸形状は鋸歯
形状に限られるものではなく、反射防止領域41,42
a〜42e,44a〜44eへの入射光を効果的に回折
又は散乱させて反射光R1〜R10が進行する方向へ反
射される光が殆ど存在しないようにすることができる形
状であれば特に制限はない。また、反射防止領域41,
42a〜42e,44a〜44eに形成される微細パタ
ーンはマルチレベルバイナリオプティクスにより製造し
ても良い。図7は、マルチレベルバイナリオプティクス
の構造を説明するための断面図である。マルチレベルバ
イナリオプティクスは、ある形状を複数の平面によって
近似したものである。
In the first to third configuration examples described above, the case where the fine irregularities formed in the antireflection regions 41, 42a to 42e, and 44a to 44e have a saw-tooth structure has been described as an example. . However, the uneven shape is not limited to the sawtooth shape, and the antireflection regions 41 and 42 are not limited to the sawtooth shape.
The shape is particularly limited as long as it can effectively diffract or scatter incident light to a to 42e and 44a to 44e so that there is almost no light reflected in the direction in which the reflected lights R1 to R10 travel. There is no. In addition, the anti-reflection area 41,
The fine patterns formed on 42a to 42e and 44a to 44e may be manufactured by multi-level binary optics. FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating the structure of multilevel binary optics. Multilevel binary optics is an approximation of a shape by multiple planes.

【0052】近似する形状が図7中破線で示した鋸波形
状である場合には表面に対する高さが連続的且つ直線的
に変化する部分が複数の平面による階段形状に近似され
ている。マルチレベルバイナリオプティクスに形成され
る複数の平面は、ガラス基板表面へフォトレジストを塗
布し、露光処理、現像処理、及びエッチング処理を繰り
返し行うことにより形成することができる。よって、安
価に送光側反射型パターン板13及び受光側反射型パタ
ーン板20を製造することができる。また、形成する平
面の、表面方向の幅や高さの設計度の自由度が高いた
め、様々な形状を近似することができるという利点も有
する。
When the shape to be approximated is the sawtooth shape shown by the broken line in FIG. 7, the portion where the height with respect to the surface changes continuously and linearly is approximated to a staircase shape by a plurality of planes. The plurality of planes formed in the multilevel binary optics can be formed by applying a photoresist to the surface of a glass substrate, and repeatedly performing an exposure process, a development process, and an etching process. Therefore, the light-transmitting-side reflective pattern plate 13 and the light-receiving-side reflective pattern plate 20 can be manufactured at low cost. Further, since the degree of freedom in designing the width and height of the plane to be formed in the surface direction is high, there is an advantage that various shapes can be approximated.

【0053】〔反射型パターン板の第4構成例〕図8
は、送光側反射型パターン板13及び受光側反射型パタ
ーン板20の第4構成例を示す図であり、(a)はパタ
ーン形成面の正面図であり、(b)は(a)中のD−D
線の断面矢視図、(c)は(a)中のE−E線の断面矢
視図である。図6に示した第3構成例による送光側反射
型パターン板13及び受光側反射型パターン板20は、
反射領域40a〜40eの周囲に微細な凹凸形状を有す
る反射防止領域44a〜44eを形成していた。反射領
域40a〜40eの周囲に反射防止領域50a〜50e
が形成される点は第3構成例と同様であるが、本構成例
では反射防止領域50a〜50eが反射領域40a〜4
0eの周囲に凹部を形成することにより構成される点が
異なる。尚、本構成例においても、反射領域43に金属
膜、誘電体多層膜、その他の高反射膜を形成して入射光
L1に対する反射領域40a〜40eの反射率を高める
ことが好ましい。
[Fourth Configuration Example of Reflective Pattern Plate] FIG.
4A is a diagram showing a fourth configuration example of the light-transmitting-side reflective pattern plate 13 and the light-receiving-side reflective pattern plate 20, FIG. 4A is a front view of a pattern forming surface, and FIG. The DD
FIG. 3C is a cross-sectional view taken along line EE in FIG. The light-transmitting-side reflective pattern plate 13 and the light-receiving-side reflective pattern plate 20 according to the third configuration example shown in FIG.
The anti-reflection regions 44a to 44e having fine irregularities are formed around the reflection regions 40a to 40e. The anti-reflection areas 50a to 50e are provided around the reflection areas 40a to 40e.
Are formed in the same manner as in the third configuration example, but in this configuration example, the anti-reflection regions 50a to 50e are
The difference is that a concave portion is formed around 0e. In this configuration example as well, it is preferable to form a metal film, a dielectric multilayer film, or another high reflection film on the reflection region 43 to increase the reflectance of the reflection regions 40a to 40e with respect to the incident light L1.

【0054】この凹部は、凹部に入射した入射光L1が
反射領域40a〜40eで正反射された光が進行する方
向に進行するのを遮光する。このためには、図8(b)
に示すように、Y軸に直交し、且つパターン形成面の表
面に沿う方向における凹部の幅をw、凹部の高さをh、
入射光L1のパターン形成面に対する入射角をψとする
と、凹部の高さhは以下の(1)式を満足するように設
定する必要がある。 h≧(w/2)/tanψ …(1) 仮に、上記(1)式を満足しない場合には、凹部の底面
で正反射した光が、反射領域40a〜40eで正反射さ
れた光が進む方向へ進行してしまう。
The concave portion shields the incident light L1 entering the concave portion from traveling in the direction in which the light regularly reflected by the reflection regions 40a to 40e travels. For this purpose, FIG.
As shown in the figure, the width of the recess in the direction perpendicular to the Y axis and along the surface of the pattern forming surface is w, the height of the recess is h,
Assuming that the incident angle of the incident light L1 with respect to the pattern formation surface is ψ, the height h of the concave portion needs to be set so as to satisfy the following expression (1). h ≧ (w / 2) / tanψ (1) If the above expression (1) is not satisfied, the light regularly reflected on the bottom surface of the concave portion proceeds with the light regularly reflected on the reflection regions 40a to 40e. It progresses in the direction.

【0055】図8(b)に示すように、上記(1)式を
満足するように凹部が形成されている場合には、凹部に
入射した入射光L1は遮光され、反射領域40a〜40
e及び反射防止領域50a〜50e以外の領域51に入
射した入射光L1のみが反射光R11〜R13として正
反射されている。また、図8(c)に示すように、パタ
ーン形成面に入射した入射光L1の内、領域51に入射
した光及び反射領域40a〜40eに入射した光が正反
射される。図8(c)に示した例では、反射光R14,
R16,R18が領域51に入射して正反射された反射
光を示し、反射光R15,R17は反射領域40d,4
0eに入射して正反射された反射光を示している。この
ように、本構成例では反射領域40a〜40eの周囲に
凹部を形成した反射防止領域50a〜50eを設けるこ
とで、第3構成例と同様に反射領域40a〜40eの周
囲からの反射光であって、反射領域40a〜40eで正
反射された反射光が進む方向に進行する反射光は殆ど得
られない。
As shown in FIG. 8B, when the concave portion is formed so as to satisfy the above expression (1), the incident light L1 incident on the concave portion is blocked, and the reflection regions 40a to 40
e and only the incident light L1 incident on the region 51 other than the antireflection regions 50a to 50e are specularly reflected as reflected light R11 to R13. Further, as shown in FIG. 8C, of the incident light L1 incident on the pattern forming surface, the light incident on the region 51 and the light incident on the reflection regions 40a to 40e are specularly reflected. In the example shown in FIG. 8C, the reflected light R14,
R16 and R18 indicate the reflected light which is incident on the area 51 and is specularly reflected, and the reflected lights R15 and R17 are the reflection areas 40d and 4d.
It shows the reflected light that is incident on 0e and is specularly reflected. As described above, in the present configuration example, by providing the antireflection regions 50a to 50e in which the concave portions are formed around the reflection regions 40a to 40e, the reflected light from the periphery of the reflection regions 40a to 40e is provided as in the third configuration example. Thus, almost no reflected light travels in the direction in which the reflected light regularly reflected by the reflection areas 40a to 40e travels.

【0056】尚、本構成例の場合においても、本実施形
態による送光側反射型パターン板13及び受光側反射型
パターン板20を照射光学系10a及び受光光学系10
bにそれぞれ設けた場合、第3構成例と同様に、反射領
域40a〜40eで反射された光のみならず、領域51
で反射された光も光電検出器23に入射することになる
が、反射領域40a〜40eの各々に対応する領域とそ
の近傍の領域だけに受光面を設ける構成とするか、又は
領域51で反射された光を遮光する遮光部材を光電検出
器23の入射面に配置すれば良い。また、本構成例にお
いても、第3構成例と同様に、ウェハWの表面WSに投
影される像SL1〜SL5の、周辺に対するコントラス
トを高くするためには、送光側反射型スリット板13の
反射領域40a〜40e各々の周囲に形成される反射防
止領域50a〜50eの幅を得ようとするコントラスト
に応じて適宜設定すればよい。また、受光側反射スリッ
ト板20の反射領域40a〜40eの周囲に形成される
反射防止領域は、再結像される像が振動ミラー18によ
り移動する幅、及びウェハWの表面WSが光軸AX方向
に移動する範囲(面位置検出範囲)に応じて設定すれば
よい。但し、送光側反射スリット板13及び受光側反射
スリット板20の双方に形成される凹部について上記
(1)式の関係を満足させる必要がある。
Also in the case of this configuration example, the light-transmitting-side reflective pattern plate 13 and the light-receiving-side reflective pattern plate 20 according to the present embodiment are connected to the irradiation optical system 10a and the light-receiving optical system 10.
b respectively, as in the third configuration example, not only the light reflected by the reflection regions 40a to 40e but also the region 51
The light reflected by the light source also enters the photoelectric detector 23. The light receiving surface is provided only in the area corresponding to each of the reflection areas 40a to 40e and the area in the vicinity thereof, or the light is reflected by the area 51. What is necessary is just to arrange | position the light-shielding member which blocks the irradiated light on the incident surface of the photoelectric detector 23. FIG. Also in the present configuration example, similarly to the third configuration example, in order to increase the contrast of the images SL1 to SL5 projected on the front surface WS of the wafer W with respect to the periphery, the light transmission side reflection type slit plate 13 is required. What is necessary is just to set suitably according to the contrast which seeks to obtain the width | variety of the antireflection area | region 50a-50e formed around each of the reflection area | regions 40a-40e. The anti-reflection area formed around the reflection areas 40a to 40e of the light-receiving side reflection slit plate 20 has a width in which the image to be re-imaged moves by the vibrating mirror 18, and a surface WS of the wafer W whose optical axis AX What is necessary is just to set according to the range which moves to a direction (surface position detection range). However, it is necessary that the concave portions formed on both the light-transmitting-side reflecting slit plate 13 and the light-receiving-side reflecting slit plate 20 satisfy the relationship of the above expression (1).

【0057】〔反射型パターン板の第5構成例〕図9
は、送光側反射型パターン板13及び受光側反射型パタ
ーン板20の第5構成例を示す図であり、(a)は反射
領域及び反射防止領域の構成例を示す正面図であり、
(b)は(a)中のF−F線の断面矢視図、(c)は
(a)中のG−G線の断面矢視図である。前述した第4
構成例では、送光側反射型パターン板13及び受光側反
射型パターン20がガラス基板から形成されている場合
を例に挙げて説明したが、本構成例ではシリコン基板等
の半導体基板で形成されている点が異なる。周知のよう
にシリコン基板ではエッチングを工夫することにより、
シリコン基板が非等方的にエッチングされ、(111)
結晶面からなるV溝を形成することができる。本構成例
では図9(a)に示したように反射領域52の周囲に凹
部としてV溝を形成して反射防止領域53を構成してい
る。
[Fifth Configuration Example of Reflective Pattern Plate] FIG. 9
5A is a diagram showing a fifth configuration example of the light-transmitting-side reflective pattern plate 13 and the light-receiving-side reflective pattern plate 20, and FIG.
(B) is a sectional view taken along line FF in (a), and (c) is a sectional view taken along line GG in (a). 4th mentioned above
In the configuration example, the case where the light-transmitting-side reflective pattern plate 13 and the light-receiving-side reflective pattern 20 are formed from a glass substrate has been described as an example. Is different. As is well known, by devising the etching on the silicon substrate,
The silicon substrate is anisotropically etched, and (111)
V-grooves composed of crystal planes can be formed. In this configuration example, as shown in FIG. 9A, a V-groove is formed as a concave portion around the reflection region 52 to form the anti-reflection region 53.

【0058】図9(b)及び図9(c)に示すように、
V溝は55度程度の角度をもって(111)結晶面が交
差して形成されているため、図8に示したように基板表
面にほぼ平行な底面を有する凹部50a〜50eが形成
されている場合に満足しなければならない上記(1)式
を満足する必要はない。尚、図9(a)に示した反射領
域52及び反射防止領域53は、送光側反射型パターン
板13及び受光側反射型パターン板20のパターン形成
面に、図8(a)に示した配列をもって形成される。ま
た、反射領域52には、上述した第1構成例〜第4構成
例と同様に、金属膜、誘電体多層膜、その他の高反射膜
を形成して入射光L1に対する反射領域43の反射率を
高めることが好ましい。尚、本構成例では反射型パター
ン板をシリコン基板等の半導体基板で形成したが、本構
成例をガラス基板で構成しても良い。
As shown in FIGS. 9B and 9C,
Since the (111) crystal planes are formed so as to intersect at an angle of about 55 degrees in the V-groove, the concave portions 50a to 50e having bottom surfaces substantially parallel to the substrate surface are formed as shown in FIG. It is not necessary to satisfy the above equation (1). The reflection area 52 and the anti-reflection area 53 shown in FIG. 9A are formed on the pattern forming surfaces of the light-transmitting-side reflective pattern plate 13 and the light-receiving-side reflective pattern plate 20 as shown in FIG. It is formed with an array. Further, a metal film, a dielectric multilayer film, and other high-reflection films are formed in the reflection region 52 in the same manner as in the above-described first to fourth configuration examples, and the reflectance of the reflection region 43 with respect to the incident light L1 is formed. Is preferably increased. In this configuration example, the reflective pattern plate is formed of a semiconductor substrate such as a silicon substrate, but the configuration example may be configured of a glass substrate.

【0059】〔反射型パターン板の第6構成例〕図10
は、送光側反射型パターン板13及び受光側反射型パタ
ーン板20の第6構成例を示す図であり、(a)はパタ
ーン形成面の正面図であり、(b)は送光側反射型パタ
ーン板13の(a)中のH−H線の断面矢視図であり、
(c)は受光側反射型パターン板20の(a)中のH−
H線の断面矢視図である。図10に示した第6構成例に
よる送光側反射型パターン板13及び受光側反射型パタ
ーン板20のパターン形成面には、矩形形状の反射領域
54a〜54e及び反射領域54a〜54e以外の反射
防止領域55が形成されている。反射領域54a〜54
eは、パターン形成面において、格子状に配列されてい
る。
[Sixth Configuration Example of Reflective Pattern Plate] FIG. 10
6A and 6B are diagrams showing a sixth configuration example of the light-transmitting-side reflective pattern plate 13 and the light-receiving-side reflective pattern plate 20, where FIG. 7A is a front view of a pattern forming surface, and FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line HH in FIG.
(C) shows H- in (a) of the light-receiving-side reflective pattern plate 20;
FIG. 3 is a sectional view taken along line H. The pattern forming surfaces of the light-transmitting-side reflective pattern plate 13 and the light-receiving-side reflective pattern plate 20 according to the sixth configuration example shown in FIG. The prevention area 55 is formed. Reflection areas 54a to 54
e are arranged in a lattice on the pattern formation surface.

【0060】図10(b)に示すように、送光側反射型
パターン板13の反射部領域54a〜54eには、ほぼ
垂直にパターン形成面に入射する入射光L2をパターン
形成面の法線に対して斜め方向に反射する第1反射部と
しての反射面が形成され、反射防止領域55には、入射
光L2をほぼパターン形成面の法線方向に反射する第2
反射部としての反射面が形成されている。図10(b)
において、反射領域54dに入射した入射光L2は反射
光R20として正反射され、反射領域54eに入射した
入射光L2は反射光R21として正反射される。一方、
反射防止領域55に入射した入射光は反射光R20,R
21の進行方向とは異なる方向(パターン形成面の垂線
方向)に反射される。よって、反射防止領域55で反射
される反射光が、反射領域54a〜54eで反射される
反射光の進行方向へ進行することを防止することができ
る。また、図10(c)に示すように、受光側反射型パ
ターン板20の反射領域54a〜54eには、パターン
形成面の法線に対して斜め方向から入射する入射光L2
をパターン形成面にほぼ垂直に反射する第1反射部とし
ての反射面が形成され、反射防止領域55には、入射光
L2をパターン形成面の法線に対して斜め方向へ反射す
る第2反射部としての反射面が形成されている。図10
(c)において、反射領域54dに入射した入射光L2
は反射光R22として正反射され、反射領域54eに入
射した入射光L2は反射光R23として正反射される。
一方、反射防止領域55に入射した反射光は反射光R2
2,R23の進行方向とは異なる方向に反射される。よ
って、反射防止領域55で反射される反射光が、反射領
域54a〜54eで反射される反射光の進行方向へ進行
することを防止することができる。
As shown in FIG. 10 (b), incident light L2 incident on the pattern forming surface in a substantially perpendicular manner is applied to the reflecting portion regions 54a to 54e of the light-transmitting side reflective pattern plate 13 in the direction normal to the pattern forming surface. A reflection surface is formed as a first reflection portion that reflects obliquely with respect to the light, and a second reflection surface that reflects the incident light L2 substantially in the normal direction of the pattern formation surface is formed in the antireflection area 55.
A reflection surface as a reflection section is formed. FIG. 10 (b)
In, the incident light L2 incident on the reflection area 54d is specularly reflected as reflected light R20, and the incident light L2 incident on the reflection area 54e is specularly reflected as reflected light R21. on the other hand,
The incident light that has entered the anti-reflection area 55 is reflected light R20, R
The light is reflected in a direction different from the traveling direction of 21 (a direction perpendicular to the pattern formation surface). Therefore, it is possible to prevent the light reflected by the anti-reflection area 55 from traveling in the traveling direction of the light reflected by the reflection areas 54a to 54e. Further, as shown in FIG. 10C, the incident light L2 which enters the reflection areas 54a to 54e of the light-receiving side reflection type pattern plate 20 from an oblique direction with respect to the normal to the pattern forming surface.
Is formed as a first reflecting portion that reflects the light substantially perpendicular to the pattern forming surface, and a second reflection that reflects the incident light L2 in an oblique direction with respect to the normal of the pattern forming surface is formed in the anti-reflection area 55. A reflection surface as a part is formed. FIG.
In (c), the incident light L2 incident on the reflection area 54d
Is specularly reflected as reflected light R22, and the incident light L2 incident on the reflection area 54e is specularly reflected as reflected light R23.
On the other hand, the reflected light incident on the anti-reflection area 55 is reflected light R2.
2, R23 is reflected in a direction different from the traveling direction. Therefore, it is possible to prevent the light reflected by the anti-reflection area 55 from traveling in the traveling direction of the light reflected by the reflection areas 54a to 54e.

【0061】送光側反射型パターン板13は、コンデン
サレンズ12を介した光が入射光L2としてパターン形
成面にほぼ垂直に入射し、且つ反射領域54a〜54e
で正反射された反射光が図1中の集光レンズ14、反射
板15、及び対物光学系16を順に介すことにより図2
に示した像SL1〜SL5がウェハWの表面WSに投影
されるように配置される。尚、本構成例の場合、光源1
1及びコンデンサレンズ12の位置は、送光側反射型パ
ターン板13の配置に応じて適宜変更しても良い。ま
た、受光側反射型パターン板20は、集光レンズ19を
介した光が入射光L2としてパターン形成面に対して斜
め方向から入射し、且つ反射領域54a〜54eで正反
射された反射光が図1中のリレーレンズ21,22を順
に介すことにより光電変換素子23に導かれるように配
置される。尚、リレーレンズ21,22及び光電変換素
子23位置は、送光側反射型パターン板20の配置に応
じて適宜変更しても良い。尚、本構成例においても、反
射領域54a〜54eに金属膜、誘電体多層膜、その他
の高反射膜を形成して入射光L2に対する反射領域43
の反射率を高めて光量損失を極力防止することが好まし
い。また、本構成例においても、反射防止領域55を反
射領域54a〜54eの周囲にのみ形成するようにして
も良い。
The light-transmitting-side reflective pattern plate 13 receives the light passing through the condenser lens 12 as incident light L2, which is substantially perpendicular to the pattern forming surface, and reflects light from the reflection areas 54a to 54e.
2 passes through the condenser lens 14, the reflection plate 15, and the objective optical system 16 in FIG.
Are arranged so as to be projected onto the surface WS of the wafer W. In the case of this configuration example, the light source 1
The positions of the condenser lens 1 and the condenser lens 12 may be appropriately changed according to the arrangement of the light-transmitting-side reflective pattern plate 13. The light-receiving-side reflective pattern plate 20 receives the light passing through the condenser lens 19 as an incident light L2 from an oblique direction with respect to the pattern forming surface, and reflects the reflected light regularly reflected by the reflection regions 54a to 54e. It is arranged so as to be guided to the photoelectric conversion element 23 by sequentially passing through the relay lenses 21 and 22 in FIG. The positions of the relay lenses 21 and 22 and the position of the photoelectric conversion element 23 may be appropriately changed according to the arrangement of the light-transmitting-side reflective pattern plate 20. In this configuration example as well, a metal film, a dielectric multilayer film, and other high-reflection films are formed in the reflection regions 54a to 54e to form the reflection region 43 for the incident light L2.
It is preferable that the loss of light amount be prevented as much as possible by increasing the reflectance of the light. Also in this configuration example, the anti-reflection area 55 may be formed only around the reflection areas 54a to 54e.

【0062】以上、本発明の一実施形態による面位置検
出装置の照射光学系10a内に設けられる送光側反射型
パターン板13及び受光光学系10b内に設けられる受
光側反射型パターン板20の詳細な構成について説明し
た。以上の説明では、送光側反射型パターン板13及び
受光側反射型パターン板20の構成が同一である場合を
例に挙げて説明したが、各々異なる構成のものを用いて
も良い。例えば、照射光学系10a内には、送光側反射
型パターン板13として第1構成例のものを配置し、受
光光学系10b内には、受光側反射型パターン板20と
して第3構成例又は第4構成例のものを配置しても良
い。送光側反射型パターン板13及び受光側反射型パタ
ーン板20として用いる構成例の組み合わせは任意であ
る。
As described above, the light-transmitting-side reflective pattern plate 13 provided in the irradiation optical system 10a and the light-receiving-side reflective pattern plate 20 provided in the light-receiving optical system 10b of the surface position detecting device according to one embodiment of the present invention. The detailed configuration has been described. In the above description, the case where the configuration of the light-transmitting-side reflective pattern plate 13 and the configuration of the light-receiving-side reflective pattern plate 20 are the same has been described as an example, but different configurations may be used. For example, in the irradiation optical system 10a, the first configuration example as the light transmission side reflection type pattern plate 13 is arranged, and in the light reception optical system 10b, the third configuration example as the light reception side reflection type pattern plate 20 or The fourth configuration example may be provided. The combination of the configuration examples used as the light-transmitting-side reflective pattern plate 13 and the light-receiving-side reflective pattern plate 20 is arbitrary.

【0063】以上、説明した本発明の実施形態による面
位置検出装置によれば、照射光学系10bからウェハW
の表面WSに照射される検出光DLの入射角を大に設定
した場合であっても、送光側反射型パターン板13及び
受光側反射型パターン板20を設けることにより、面位
置検出に用いる光の光量低下を防止することができ、そ
の結果として高精度に面位置を検出することができる。
According to the surface position detecting apparatus according to the embodiment of the present invention described above, the wafer W
Even when the incident angle of the detection light DL applied to the surface WS is set to be large, the light-transmitting-side reflective pattern plate 13 and the light-receiving-side reflective pattern plate 20 are used to detect the surface position. A decrease in the amount of light can be prevented, and as a result, the surface position can be detected with high accuracy.

【0064】以上、本発明の実施形態による面位置検出
装置の構成を説明し、ウェハWの表面WSの光軸AX方
向における位置の検出動作について説明した。本実施形
態の面位置検出装置は、露光装置の製造時の調整又は定
期的な調整を行う際に、ウェハW上への検出光DLの照
射位置を測定する必要がある。次に、検出光DLの照射
位置を測定する際の動作について説明する。図11は、
検出光DLの照射位置を検出する様子を示す上面図であ
る。
The structure of the surface position detecting device according to the embodiment of the present invention has been described above, and the operation of detecting the position of the surface WS of the wafer W in the optical axis AX direction has been described. The surface position detection apparatus of the present embodiment needs to measure the irradiation position of the detection light DL on the wafer W when performing adjustment at the time of manufacturing the exposure apparatus or performing periodic adjustment. Next, the operation when measuring the irradiation position of the detection light DL will be described. FIG.
FIG. 6 is a top view illustrating a state of detecting an irradiation position of the detection light DL.

【0065】図11(a)において、5はウェハホルダ
2上に設けられた基準部材5であり、この基準部材5の
上面には第1反射部60と第2反射部61とを含む基準
パターンが形成されており、その上面はウェハWの表面
WSとほぼ同一となるように設定されている。尚、前述
したように、基準部材5はウェハステージ3の基準位置
を定める部材であるため、その上面には種々のパターン
が基準パターンとして形成されているが、図11(a)
では検出光DLの位置を検出する際に用いられる第1反
射部60及び第2反射部62のみを図示し、他のパター
ンの図示は省略している。検出光DLの照射位置を測定
する場合には、上記基準部材5の上面が被検面として用
いられる。
In FIG. 11A, reference numeral 5 denotes a reference member 5 provided on the wafer holder 2. The upper surface is set to be substantially the same as the surface WS of the wafer W. As described above, since the reference member 5 is a member that determines the reference position of the wafer stage 3, various patterns are formed on the upper surface thereof as reference patterns.
In the figure, only the first reflection unit 60 and the second reflection unit 62 used for detecting the position of the detection light DL are illustrated, and other patterns are not illustrated. When measuring the irradiation position of the detection light DL, the upper surface of the reference member 5 is used as a test surface.

【0066】また、図11(a)においては、面位置検
出装置10から83度以上の入射角をもって検出光DL
が照射されているものとし、図2に示した検出領域DA
及びウェハWの表面WSに照射される送光側反射型パタ
ーン板13のパターン形成面に形成されたパターンの像
SL1〜SL5を図示している。尚、上述した基準部材
5に形成された第1反射部60及び第2反射部61は、
検出光DL又は反射光に対する反射率差が8%以上、好
ましくは10%以上となるように設定されている。ここ
では、第2反射部61よりも第1反射部60の方が検出
光DLに対する反射率が高いとする。この第1反射部6
0には、金属膜又は誘電体多層膜によって形成されてい
る。例えば、検出光DLに対する反射率を高めるため、
金又はアルミニウムが蒸着されている。尚、金を蒸着す
る場合には、基板(基準部材5)との密着力を高めるた
めに、クロム(Cr)等を蒸着した上に金を蒸着するこ
とが好ましい。
In FIG. 11A, the detection light DL having an incident angle of 83 degrees or more from the surface position detecting device 10 is shown.
Has been irradiated, and the detection area DA shown in FIG.
3A and 3B show images SL1 to SL5 of a pattern formed on a pattern forming surface of a light-transmitting-side reflective pattern plate 13 irradiated on a surface WS of a wafer W. Note that the first reflecting portion 60 and the second reflecting portion 61 formed on the reference member 5 described above
It is set so that the reflectance difference with respect to the detection light DL or the reflected light is 8% or more, preferably 10% or more. Here, it is assumed that the first reflector 60 has a higher reflectance with respect to the detection light DL than the second reflector 61. This first reflector 6
0 is formed of a metal film or a dielectric multilayer film. For example, to increase the reflectance for the detection light DL,
Gold or aluminum is deposited. When gold is deposited, it is preferable to deposit chromium (Cr) or the like and then deposit gold in order to increase the adhesion to the substrate (reference member 5).

【0067】検出光DLの照射位置、即ち像SL1〜S
L5の照射位置を検出するときには、まず主制御系30
がステージ駆動系33を介してウェハステージ3をXY
平面内で移動させ、基準部材5を検出光DLの照射位置
(例えば、像SL4の照射位置)の近傍に配置する。次
に、ウェハステージ3を一定の速度でX軸方向(走査方
向SC)へ移動させることによりX軸方向に基準部材5
を走査する。この動作を検出領域DA内においてY軸方
向の位置を変えつつ行い、例えば、像SL4、像SL
1、像SL3、像SL5、及び像SL2の順で走査す
る。尚、この例では、像SL3は−X軸方向へ走査され
ることになる。そして、基準部材5の位置(ウェハステ
ージ3のX軸方向における位置)と、光電変換素子23
からの出力信号との関係を求める。
The irradiation position of the detection light DL, that is, the images SL1 to SL
When detecting the irradiation position of L5, first, the main control system 30
XY the wafer stage 3 via the stage drive system 33
The reference member 5 is moved in the plane, and the reference member 5 is arranged near the irradiation position of the detection light DL (for example, the irradiation position of the image SL4). Next, the reference member 5 is moved in the X-axis direction by moving the wafer stage 3 in the X-axis direction (scanning direction SC) at a constant speed.
Is scanned. This operation is performed while changing the position in the Y-axis direction in the detection area DA.
1, scanning is performed in the order of the image SL3, the image SL5, and the image SL2. In this example, the image SL3 is scanned in the −X axis direction. Then, the position of the reference member 5 (the position of the wafer stage 3 in the X-axis direction) and the photoelectric conversion element 23
The relationship with the output signal from is obtained.

【0068】いま、例えば像SL4を走査するときに光
電変換素子23から出力される信号強度の変化について
説明する。図11(b)に示すように、像SL4が第2
反射部61を照射している場合には、第2反射部61は
検出光DLに対する反射率が低くなるよう設定されてい
るため、得られる信号強度は図11(d)中の符号P1
を付した点の信号強度が得られる。一方、図11(b)
に示すように、像SL4が検出光DLに対する反射率が
高く設定された第1反射部60を照射している場合に
は、得られる信号強度は図11(d)中の符号P2を付
した点の信号強度が得られる。基準部材5の上面はウェ
ハWの表面とほぼ同一に設定されており、ウェハステー
ジ3のXY面内における位置、ひいては基準部材5の位
置は図示しないレーザ干渉計によって計測されているた
め、基準部材5のXY平面における位置と光電変換素子
23から得られる信号の強度変化とに基づいて、検出光
DLの照射位置を求めることができる。検出光DLの照
射位置が測定され、検出光DLの照射位置のずれ量が求
められた場合には、照射光学系10a内の光学部材の配
置を微調整することにより照射位置のずれを調整しても
良い。また、検出光DLの照射位置のずれ量に起因する
面検出装置10の検出誤差を求めてオフセットとして記
憶しておき、ウェハWの表面WSの検出結果からこのオ
フセットを差し引いて正しい位置を求めるようにしても
良い。このようにすれば上記の照射光学系10a内の光
学部材の配置の微調整を省略することができる。
Now, a description will be given of a change in the intensity of the signal output from the photoelectric conversion element 23 when the image SL4 is scanned, for example. As shown in FIG. 11B, the image SL4 is the second image.
When the reflection unit 61 is illuminated, the second reflection unit 61 is set to have a low reflectance with respect to the detection light DL, and thus the obtained signal intensity is denoted by a symbol P1 in FIG.
The signal strength at the point marked with is obtained. On the other hand, FIG.
As shown in FIG. 11A, when the image SL4 irradiates the first reflecting unit 60 having a high reflectance with respect to the detection light DL, the obtained signal intensity is denoted by reference symbol P2 in FIG. 11D. The signal strength of the point is obtained. The upper surface of the reference member 5 is set to be substantially the same as the surface of the wafer W, and the position of the wafer stage 3 in the XY plane, and thus the position of the reference member 5, is measured by a laser interferometer (not shown). The irradiation position of the detection light DL can be obtained based on the position on the XY plane of No. 5 and the intensity change of the signal obtained from the photoelectric conversion element 23. When the irradiation position of the detection light DL is measured and the deviation amount of the irradiation position of the detection light DL is obtained, the deviation of the irradiation position is adjusted by finely adjusting the arrangement of the optical members in the irradiation optical system 10a. May be. In addition, a detection error of the surface detection device 10 due to a shift amount of the irradiation position of the detection light DL is obtained and stored as an offset, and this offset is subtracted from a detection result of the surface WS of the wafer W to obtain a correct position. You may do it. In this manner, the fine adjustment of the arrangement of the optical members in the irradiation optical system 10a can be omitted.

【0069】このように、本実施形態においては、検出
光DL(像SL1〜像SL5)の照射位置を、光電変換
素子23から得られる信号の強度変化に基づいて得てい
る。よって、検出光DLの照射位置を検出するために
は、検出光DLが第2反射部61を照射しているときに
得られる信号強度と検出光DLが第1反射部60を照射
しているときに得られる信号強度との差をある値以上に
する必要がある。この差は、光電変換素子23の受光特
性(ダイナミックレンジ等)によって左右される。受光
特性の良い光電変換素子23を用いれば上記の差が小さ
くても検出光DLの照射位置は測定可能であると考えら
れるが、かかる特性の光電変換素子23は高価であり装
置のコストを上昇させる。そこで、一般的に用いられて
いる光電変換素子23を用いた場合であっても検出光D
Lの照射位置を良好に検出するために、第1反射部60
及び第2反射部61は、83度以上の入射角をもって入
射する検出光DL又は反射光に対する反射率差が8%以
上、好ましくは10%以上となるように設定される。
As described above, in the present embodiment, the irradiation position of the detection light DL (images SL1 to SL5) is obtained based on the intensity change of the signal obtained from the photoelectric conversion element 23. Therefore, in order to detect the irradiation position of the detection light DL, the signal intensity obtained when the detection light DL irradiates the second reflector 61 and the detection light DL irradiates the first reflector 60. It is necessary to make the difference from the sometimes obtained signal strength a certain value or more. This difference depends on the light receiving characteristics (such as a dynamic range) of the photoelectric conversion element 23. It is considered that the irradiation position of the detection light DL can be measured even if the above difference is small if the photoelectric conversion element 23 having good light receiving characteristics is used, but the photoelectric conversion element 23 having such characteristics is expensive and increases the cost of the apparatus Let it. Thus, even when the generally used photoelectric conversion element 23 is used, the detection light D
In order to detect the irradiation position of L satisfactorily, the first reflection unit 60
The second reflecting section 61 is set so that the difference in reflectance with respect to the detection light DL or reflected light that enters at an incident angle of 83 degrees or more is 8% or more, preferably 10% or more.

【0070】また、前述した送光側反射型パターン板1
3及び受光側反射型パターン板20の第1構成例及び第
3構成例と同様に、第2反射部61に微細な凹凸形状を
構造を形成し、第2反射部61に入射した検出光DLを
回折又は散乱させることにより検出光DLに対する反射
率を低減させるようにしても良い。更に、前述した送光
側反射型パターン板13及び受光側反射型パターン板2
0の第4構成例及び第5構成例と同様に、第2反射部6
1を第1反射部60の周囲に凹部を形成した構造とし、
凹部に入射した後に、基準部材5に関して正反射となる
方向へ進行する光を遮光することにより反射率を低減さ
せるようにしても良い。この場合において、凹部の底部
を平面形状とする場合には、前述した(1)式を満足さ
せるように凹部の高さを設定する必要がある。第2反射
部61をかかる構成とした場合であっても、第1反射部
60には、入射する検出光DLに対して高反射率を有す
る金属膜又は誘電体多層膜を形成することが好ましい。
The light-transmitting-side reflective pattern plate 1
3 and the light-receiving-side reflective pattern plate 20 in the same manner as the first and third structural examples, the second reflective portion 61 is formed with a fine uneven structure, and the detection light DL incident on the second reflective portion 61 is formed. May be diffracted or scattered to reduce the reflectance with respect to the detection light DL. Further, the light-transmitting-side reflective pattern plate 13 and the light-receiving-side reflective pattern plate 2
0, as in the fourth configuration example and the fifth configuration example.
1 has a structure in which a concave portion is formed around the first reflecting portion 60,
The reflectance may be reduced by blocking light traveling in the direction of regular reflection with respect to the reference member 5 after entering the concave portion. In this case, when the bottom of the concave portion has a planar shape, it is necessary to set the height of the concave portion so as to satisfy the above-described expression (1). Even when the second reflector 61 is configured as described above, it is preferable to form a metal film or a dielectric multilayer film having a high reflectance with respect to the incident detection light DL on the first reflector 60. .

【0071】また更に、第1反射部60及び第2反射部
61は、前述した送光側反射型パターン板13及び受光
側反射型パターン板20の第6構成例と同様の構成であ
っても良い。つまり、第1反射部60が入射した検出光
DLを正反射させ、第2反射部61が入射した光を検出
光DLの正反射方向とは異なる方向へ反射させる構成で
ある。かかる構成とするばあいであっても、第1反射部
60には、入射する検出光DLに対して高反射率を有す
る金属膜又は誘電体多層膜を形成することが好ましい。
Further, the first reflecting portion 60 and the second reflecting portion 61 may have the same configuration as the sixth configuration example of the light-transmitting-side reflective pattern plate 13 and the light-receiving-side reflective pattern plate 20 described above. good. That is, the configuration is such that the detection light DL incident on the first reflection unit 60 is specularly reflected, and the light incident on the second reflection unit 61 is reflected in a direction different from the regular reflection direction of the detection light DL. Even with such a configuration, it is preferable that a metal film or a dielectric multilayer film having a high reflectance with respect to the incident detection light DL be formed on the first reflection unit 60.

【0072】尚、以上の説明では、検出光DLに対する
第1反射部60の反射率が第2反射部61の反射率より
も高い場合について説明したが、第2反射部61の反射
率を第1反射部60の反射率よりも高く設定しても良
い。この場合には、前述した送光側反射型パターン板1
3及び受光側反射型パターン板20の第2構成例と同様
に第1反射部60に微細な凹凸パターンを形成した構成
としても良い。また、入射する検出光DLに対して高反
射率を有する金属膜又は誘電体多層膜は第2反射部61
に形成される。
In the above description, the case where the reflectance of the first reflector 60 for the detection light DL is higher than the reflectance of the second reflector 61 has been described. The reflectance may be set higher than the reflectance of the one reflecting unit 60. In this case, the light-transmitting-side reflective pattern plate 1 described above is used.
As in the second configuration example of the third and third light-receiving-side reflective pattern plates 20, a configuration in which a fine uneven pattern is formed on the first reflecting portion 60 may be adopted. In addition, a metal film or a dielectric multilayer film having a high reflectance with respect to the incident detection light DL is a second reflection portion 61.
Formed.

【0073】マイクロデバイスの製造工程においては、
まずデバイスパターンが形成されたレチクルRを図示し
ないレチクルステージ上に載置してマスクMの位置を調
整する。次に、投影光学系PLを介して基準部材5に形
成された基準パターンとレチクルRに形成された図示し
ない位置計測用のマークとを同時に観察してレチクルR
に形成されたデバイスパターンの投影像の中心(露光中
心)を求める。そして、ウェハWをウェハホルダ2上に
載置した後、図示しないアライメントセンサを用いてウ
ェハWのXY面内における位置を計測するとともに、以
上説明した方法で定期的な調整が行われた面位置検出装
置10を用いて、ウェハWの表面WSの位置を検出する
(位置検出工程)。
In the manufacturing process of the micro device,
First, the reticle R on which the device pattern is formed is placed on a reticle stage (not shown), and the position of the mask M is adjusted. Next, the reference pattern formed on the reference member 5 and the mark for position measurement (not shown) formed on the reticle R are simultaneously observed via the projection optical system PL, and the reticle R
The center (exposure center) of the projected image of the device pattern formed in step (1) is obtained. After the wafer W is placed on the wafer holder 2, the position of the wafer W in the XY plane is measured using an alignment sensor (not shown), and the surface position is periodically adjusted by the method described above. The position of the surface WS of the wafer W is detected using the apparatus 10 (position detection step).

【0074】アライメントセンサの検出結果及び面位置
検出装置10の検出結果は主制御系30に出力される。
主制御系30は、アライメントセンサの検出結果に基づ
いてステージ駆動系33を介してウェハWをXY面内で
移動させ、ウェハWに設定された区画領域(ショット領
域)の位置合わせを行うとともに、面位置検出装置10
の検出結果に基づいて、ウェハWの表面WSのZ軸方向
の位置及びウェハWの姿勢の少なくとも一方を調整する
(基板調整工程)。そして、照明光ILがレチクルRに
照射している状態で、主制御系30がレチクルステージ
とウェハステージ3を同期移動させることにより投影光
学系PLを介してレチクルRに形成されたデバイスパタ
ーンが順次ウェハWのショット領域に転写される。
The detection result of the alignment sensor and the detection result of the surface position detecting device 10 are output to the main control system 30.
The main control system 30 moves the wafer W in the XY plane via the stage drive system 33 based on the detection result of the alignment sensor, and performs alignment of the partitioned area (shot area) set on the wafer W, Surface position detecting device 10
Based on the detection result, at least one of the position of the surface WS of the wafer W in the Z-axis direction and the attitude of the wafer W is adjusted (substrate adjustment step). Then, while the illumination light IL is irradiating the reticle R, the main control system 30 synchronously moves the reticle stage and the wafer stage 3 so that the device patterns formed on the reticle R via the projection optical system PL are sequentially changed. The image is transferred to the shot area of the wafer W.

【0075】以上、本発明の一実施形態について説明し
たが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範
囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態
ではステップ・アンド・スキャン方式の露光装置を例に
挙げて説明したが、ステップ・アンド・リピート方式の
露光装置にも適用可能である。また、本実施形態の露光
装置の照明光学系の光源は、超高圧水銀ランプから射出
されるg線(436nm)及びi線(365nm)、K
rFエキシマレーザ(248nm)、ArFエキシマレ
ーザ(193nm)、F2レーザ(157nm)から射
出されるレーザ光を用いていたが、これに限らずX線や
電子線などの荷電粒子線を用いることができる。例え
ば、電子線を用いる場合には電子銃として、熱電子放射
型のランタンヘキサボライト(LaB6)、タンタル
(Ta)を用いることができる。
As described above, one embodiment of the present invention has been described. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be freely modified within the scope of the present invention. For example, in the above embodiment, the step-and-scan type exposure apparatus has been described as an example, but the present invention is also applicable to a step-and-repeat type exposure apparatus. The light source of the illumination optical system of the exposure apparatus of the present embodiment includes g-line (436 nm), i-line (365 nm), and K
Laser light emitted from an rF excimer laser (248 nm), an ArF excimer laser (193 nm), or an F 2 laser (157 nm) has been used. it can. For example, when using an electron beam, thermionic emission type lanthanum hexaborite (LaB 6 ) or tantalum (Ta) can be used as the electron gun.

【0076】また、上記実施形態では、面位置検出装置
10からウェハWの表面WSに照射される像SL1〜S
L5の長手方向がY軸に平行な方向に設定されていた
が、長手方向がX軸方向及びY軸方向に対してほぼ45
度の角度をなす像を照射するようにすることが好まし
い。通常、ウェハWに形成されるパターンは互いに直角
をなす縦横の直線を主な構成要素としているため、X軸
方向に長手方向を有するパターンとY軸方向に長手方向
を有するパターンとがウェハW上に多数形成されること
になる。ここで、照射される像の長手方向が、このよう
な縦横の直線方向と一致しないように照射することで、
パターンによる明暗や、反射率の不均一さを平均化して
表面位置の検出精度を向上させることができる。尚、X
軸となす角は45度であることが望ましいが、パターン
の縦と横の線を横断してスリットの像が結像されればよ
いので、90度以外の角度、例えば30度や60度であ
ってもよい。
Further, in the above embodiment, the images SL1 to SL irradiated on the surface WS of the wafer W from the surface position detecting device 10 are used.
Although the longitudinal direction of L5 is set in a direction parallel to the Y axis, the longitudinal direction is substantially 45 degrees with respect to the X axis direction and the Y axis direction.
It is preferable to irradiate an image forming a degree angle. Usually, since the pattern formed on the wafer W is mainly composed of vertical and horizontal straight lines perpendicular to each other, a pattern having a longitudinal direction in the X-axis direction and a pattern having a longitudinal direction in the Y-axis direction are formed on the wafer W. Are formed in large numbers. Here, by irradiating so that the longitudinal direction of the image to be irradiated does not coincide with such a vertical and horizontal linear direction,
Brightness and darkness due to the pattern and non-uniformity of the reflectance can be averaged to improve the detection accuracy of the surface position. Note that X
It is desirable that the angle between the axis and the axis is 45 degrees. However, since it is sufficient that the image of the slit is formed across the vertical and horizontal lines of the pattern, an angle other than 90 degrees, for example, 30 degrees or 60 degrees. There may be.

【0077】次に本発明の一実施形態による露光装置を
リソグラフィ工程で使用したマイクロデバイスの製造方
法の実施形態について説明する。図12は、マイクロデ
バイス(ICやLSI等の半導体チップ、液晶パネル、
CCD、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等)の製造例
のフローチャートを示す図である。図12に示すよう
に、まず、ステップS10(設計ステップ)において、
マイクロデバイスの機能・性能設計(例えば、半導体デ
バイスの回路設計等)を行い、その機能を実現するため
のパターン設計を行う。引き続き、ステップS11(マ
スク製作ステップ)において、設計した回路パターンを
形成したマスク(レチクル)を製作する。一方、ステッ
プS12(ウェハ製造ステップ)において、シリコン等
の材料を用いてウェハを製造する。
Next, an embodiment of a method for manufacturing a micro device using an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention in a lithography process will be described. FIG. 12 shows a micro device (a semiconductor chip such as an IC or an LSI, a liquid crystal panel,
FIG. 6 is a diagram showing a flowchart of a manufacturing example of a CCD, a thin-film magnetic head, a micromachine, and the like). As shown in FIG. 12, first, in step S10 (design step),
The function / performance design of the micro device (for example, circuit design of a semiconductor device) is performed, and the pattern design for realizing the function is performed. Subsequently, in step S11 (mask manufacturing step), a mask (reticle) on which the designed circuit pattern is formed is manufactured. On the other hand, in step S12 (wafer manufacturing step), a wafer is manufactured using a material such as silicon.

【0078】次に、ステップS13(ウェハ処理ステッ
プ)において、ステップS10〜ステップS12で用意
したマスクとウェハを使用して、後述するように、リソ
グラフィ技術等によってウェハ上に実際の回路等を形成
する。次いで、ステップS14(デバイス組立ステッ
プ)において、ステップS13で処理されたウェハを用
いてデバイス組立を行う。このステップS14には、ダ
イシング工程、ボンティング工程、及びパッケージング
工程(チップ封入)等の工程が必要に応じて含まれる。
最後に、ステップS15(検査ステップ)において、ス
テップS14で作製されたマイクロデバイスの動作確認
テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を
経た後にマイクロデバイスが完成し、これが出荷され
る。
Next, in step S13 (wafer processing step), using the mask and the wafer prepared in steps S10 to S12, an actual circuit or the like is formed on the wafer by a lithography technique or the like as described later. . Next, in step S14 (device assembly step), device assembly is performed using the wafer processed in step S13. Step S14 includes, as necessary, steps such as a dicing step, a bonding step, and a packaging step (chip encapsulation).
Finally, in step S15 (inspection step), inspections such as an operation confirmation test and a durability test of the microdevice manufactured in step S14 are performed. After these steps, the microdevice is completed and shipped.

【0079】図13は、半導体デバイスの場合におけ
る、図12のステップS13の詳細なフローの一例を示
す図である。図13において、ステップS21(酸化ス
テップ)においてはウェハの表面を酸化させる。ステッ
プS22(CVDステップ)においてはウェハ表面に絶
縁膜を形成する。ステップS23(電極形成ステップ)
においてはウェハ上に電極を蒸着によって形成する。ス
テップS24(イオン打込みステップ)においてはウェ
ハにイオンを打ち込む。以上のステップS21〜ステッ
プS24のそれぞれは、ウェハ処理の各段階の前処理工
程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて
選択されて実行される。
FIG. 13 is a diagram showing an example of a detailed flow of step S13 in FIG. 12 in the case of a semiconductor device. In FIG. 13, in step S21 (oxidation step), the surface of the wafer is oxidized. In step S22 (CVD step), an insulating film is formed on the wafer surface. Step S23 (electrode forming step)
In, electrodes are formed on a wafer by vapor deposition. In step S24 (ion implantation step), ions are implanted into the wafer. Each of the above-described steps S21 to S24 constitutes a pre-processing step in each stage of wafer processing, and is selected and executed according to a necessary process in each stage.

【0080】ウェハプロセスの各段階において、上述の
前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程
が実行される。この後処理工程では、まず、ステップS
25(レジスト形成ステップ)において、ウェハに感光
剤を塗布する。引き続き、ステップS26(露光ステッ
プ:転写工程)において、上で説明したリソグラフィシ
ステム(露光装置)及び露光方法によってマスクの回路
パターンをウェハに転写する。次に、ステップS27
(現像ステップ:現像工程)においては露光されたウェ
ハを現像し、ステップS28(エッチングステップ)に
おいて、レジストが残存している部分以外の部分の露出
部材をエッチングにより取り去る。そして、ステップS
29(レジスト除去ステップ)において、エッチングが
済んで不要となったレジストを取り除く。これらの前処
理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、ウ
ェハ上に多重に回路パターンが形成される。
In each stage of the wafer process, when the above-mentioned pre-processing step is completed, the post-processing step is executed as follows. In this post-processing step, first, step S
In 25 (resist forming step), a photosensitive agent is applied to the wafer. Subsequently, in step S26 (exposure step: transfer step), the circuit pattern of the mask is transferred to the wafer by the lithography system (exposure apparatus) and the exposure method described above. Next, step S27
In the (development step: development step), the exposed wafer is developed, and in step S28 (etching step), the exposed members other than the part where the resist remains are removed by etching. And step S
In 29 (resist removing step), unnecessary resist after etching is removed. By repeating these pre-processing and post-processing steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer.

【0081】以上説明した本実施形態のマイクロデバイ
ス製造方法を用いれば、露光工程(ステップS26)に
おいて上記の露光装置及び上で説明した露光方法が用い
られ、真空紫外域の照明光により解像力の向上が可能と
なり、しかも露光量制御を高精度に行うことができるの
で、結果的に最小線幅が0.1μm程度の高集積度のデ
バイスを歩留まり良く生産することができる。
If the microdevice manufacturing method of the present embodiment described above is used, the above-described exposure apparatus and the above-described exposure method are used in the exposure step (step S26), and the resolution is improved by the illumination light in the vacuum ultraviolet region. In addition, since the exposure amount can be controlled with high precision, a highly integrated device having a minimum line width of about 0.1 μm can be produced with a high yield.

【0082】また、半導体素子等のマイクロデバイスだ
けではなく、光露光装置、EUV露光装置、X線露光装
置、及び電子線露光装置等で使用されるレチクル又はマ
スクを製造するために、マザーレチクルからガラス基板
やシリコンウェハ等ヘ回路パターンを転写する露光装置
にも本発明を適用できる。ここで、DUV(深紫外)や
VUV(真空紫外)光等を用いる露光装置では、一般的
に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては石
英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、蛍石、フ
ッ化マグネシウム、又は水晶等が用いられる。また、プ
ロキシミティ方式のX線露光装置や電子線露光装置等で
は、透過型マスク(ステンシルマスク、メンブレンマス
ク)が用いられ、マスク基板としてはシリコンウェハ等
が用いられる。なお、このような露光装置は、WO99
/34255号、WO99/50712号、WO99/
66370号、特開平11−194479号、特開2000−12453
号、特開2000−29202号等に開示されている。
In addition to a micro device such as a semiconductor device, a reticle or a mask used in an optical exposure apparatus, an EUV exposure apparatus, an X-ray exposure apparatus, an electron beam exposure apparatus, or the like is manufactured by using a mother reticle. The present invention is also applicable to an exposure apparatus that transfers a circuit pattern to a glass substrate, a silicon wafer, or the like. Here, in an exposure apparatus using DUV (deep ultraviolet) or VUV (vacuum ultraviolet) light, a transmission reticle is generally used, and as a reticle substrate, quartz glass, fluorine-doped quartz glass, fluorite, Magnesium fluoride, quartz, or the like is used. In a proximity type X-ray exposure apparatus, electron beam exposure apparatus, or the like, a transmission mask (stencil mask, membrane mask) is used, and a silicon wafer or the like is used as a mask substrate. Such an exposure apparatus is described in WO99
No./34255, WO99 / 50712, WO99 /
66370, JP-A-11-194479, JP-A-2000-12453
And JP-A-2000-29202.

【0083】[0083]

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、光源からの光を所定形状のパターンとして被検面に
照射するときに、反射型パターン板を用いて光源からの
光を反射させているので、光源からの光を透過させるこ
とにより被検面に所定のパターンを照射する従来と比較
して光量損失を抑えることができる。また、光源から反
射型パターン板に入射した光の内、反射領域で反射され
た光が被検面に導かれ、反射防止領域に入射した光は被
検面に殆ど導かれないので、高コントラストのパターン
を被検面に照射することができるため検出精度の向上を
図る上で好適であるという効果がある。また、本発明で
は被検面に照射されたパターンを光電変換素子に再結像
させるときに、反射型パターン板を用いて再結像させて
いるので、被検面からの光を透過させることにより光電
変換素子に再結像させる従来と比較して光量損失を抑え
ることができる。また、被検面から反射型パターン板に
入射した光の内、反射領域で反射された光が被検面に導
かれ、反射防止領域に入射した光は被検面に殆ど導かれ
ないので、光電顕微鏡の原理により被検面の面位置を検
出する際に、高い信号雑音比の光信号に基づいた検出を
行うことができるため、検出精度の向上を図る上で好適
であるという効果がある。今後、被検面の検出精度を向
上させるために、被検面への照射光の入射角を更に大き
くすることが考えられる。上述の反射型パターン板を光
源から被検面に至る光路中及び被検面から光電変換素子
に至る光路中に設けることで、光源から射出され被検面
に至る光及び被検面から光電変換素子に至る光の双方に
ついて光量の損失を抑えることができるため、被検面へ
の照射光の入射角が更に大となっても高い精度で被検面
の位置を検出することができるという効果がある。ま
た、本発明によれば、反射型パターン板の形状が時間的
に変化せず一定であるので、被検面に照射されるパター
ンの形状精度又は光電変換素子に再結像されるパターン
の形状精度を高めることができ、その結果として被検面
の検出精度の向上に資することができるという効果があ
る。また、本発明によれば、反射率差が8%以上となる
第1反射部及び第2反射部を含む基準パターンが形成さ
れた基準部材が、検出光の光路及び被検面からの反射光
の光路のうちの少なくとも一方に配置されている。よっ
て、83度以上の入射角をもって被検面に照射される検
出光に対して基準部材を走査したときに受光される反射
光の光量変化から検出光の照射位置を測定するときに、
第1反射部及び第2反射部の反射率差が8%以上に設定
されており、検出光が第1反射部に照射されたときに得
られる光量と第2反射部に照射されたときに得られる光
量との差が十分得られるので、検出光の照射位置を高い
精度で検出することができるという効果がある。被検面
に対する検出光の入射角は面位置検出装置の検出精度を
向上させるために、今後益々大きくなると予想される。
面位置検出装置の検出精度が向上すると、必然的に被検
面に対する検出光の照射位置も正確に測定しなければな
らない。しかしながら、従来の基準パターンが形成され
た基準部材を用いて測定を行うと、十分な光量差が得ら
れず、高い精度で検出光の照射位置を測定することはで
きない。よって、本発明による位置検出装置を用いれ
ば、83度の入射角をもって入射する検出光に対して反
射率差が8%以上の第1反射部及び第2反射部を含む基
準パターン基準部材に設けたので、検出光の照射位置の
検出精度を向上させることができるという効果がある。
また、本発明によれば、高精度に基板の面位置を検出す
ることができる面位置検出装置を備えており、この面位
置検出装置の高精度の面位置検出結果に基づいて正確に
基板の位置合わせを行うことができるため、基板に微細
なパターンを形成する上で極めて好適であるという効果
がある。また、本発明によれば、高精度に基板の面位置
を検出することができる面位置検出装置を備えており、
この面位置検出装置の高精度の面位置検出結果に基づい
て正確に基板の位置合わせを行って高い解像度をもって
マスクに形成されたパターンの像を基板に転写すること
ができるため、基板に微細なパターンを形成する上で極
めて好適であるという効果がある。
As described above, according to the present invention, when the light from the light source is applied to the surface to be inspected as a pattern having a predetermined shape, the light from the light source is reflected by using the reflective pattern plate. Since the light from the light source is transmitted, the loss of the light amount can be suppressed as compared with the related art in which a predetermined pattern is applied to the surface to be inspected. In addition, of the light incident on the reflective pattern plate from the light source, the light reflected on the reflection area is guided to the surface to be inspected, and the light incident on the anti-reflection area is hardly guided on the surface to be inspected. Since the pattern can be irradiated on the surface to be inspected, there is an effect that it is suitable for improving the detection accuracy. Further, in the present invention, when the pattern irradiated on the surface to be inspected is re-imaged on the photoelectric conversion element, the image is re-imaged using the reflective pattern plate, so that light from the surface to be inspected is transmitted. Accordingly, the loss of light amount can be suppressed as compared with the related art in which re-imaging is performed on the photoelectric conversion element. Also, of the light incident on the reflective pattern plate from the test surface, the light reflected on the reflection region is guided to the test surface, and the light incident on the anti-reflection region is hardly guided on the test surface, When detecting the surface position of the surface to be inspected by the principle of the photoelectric microscope, the detection can be performed based on the optical signal having a high signal-to-noise ratio, which is advantageous in improving the detection accuracy. . In the future, in order to improve the detection accuracy of the test surface, it is conceivable to further increase the incident angle of the irradiation light on the test surface. By providing the above-mentioned reflective pattern plate in the optical path from the light source to the test surface and in the optical path from the test surface to the photoelectric conversion element, light emitted from the light source to the test surface and photoelectric conversion from the test surface Since the loss of light quantity for both light reaching the element can be suppressed, the position of the test surface can be detected with high accuracy even if the incident angle of the irradiation light on the test surface is further increased. There is. Further, according to the present invention, since the shape of the reflective pattern plate does not change with time and is constant, the shape accuracy of the pattern irradiated on the surface to be inspected or the shape of the pattern re-imaged on the photoelectric conversion element The accuracy can be improved, and as a result, there is an effect that the detection accuracy of the surface to be inspected can be improved. Further, according to the present invention, the reference member on which the reference pattern including the first reflection portion and the second reflection portion having the reflectance difference of 8% or more is formed is the optical path of the detection light and the reflected light from the test surface. Are arranged in at least one of the optical paths. Therefore, when measuring the irradiation position of the detection light from the change in the amount of reflected light received when scanning the reference member with respect to the detection light irradiated on the test surface with an incident angle of 83 degrees or more,
The reflectance difference between the first reflector and the second reflector is set to 8% or more, and the amount of light obtained when the detection light is applied to the first reflector and the amount of light obtained when the detection light is applied to the second reflector. Since a sufficient difference from the obtained light amount can be obtained, the irradiation position of the detection light can be detected with high accuracy. The angle of incidence of the detection light on the surface to be inspected is expected to increase in the future in order to improve the detection accuracy of the surface position detecting device.
When the detection accuracy of the surface position detecting device is improved, the irradiation position of the detection light on the surface to be detected must be accurately measured. However, if measurement is performed using a reference member on which a conventional reference pattern is formed, a sufficient light amount difference cannot be obtained, and the irradiation position of the detection light cannot be measured with high accuracy. Therefore, if the position detecting device according to the present invention is used, the position detecting device is provided on the reference pattern reference member including the first reflecting portion and the second reflecting portion having a reflectance difference of 8% or more with respect to detection light incident at an incident angle of 83 degrees. Therefore, there is an effect that the detection accuracy of the irradiation position of the detection light can be improved.
Further, according to the present invention, there is provided a surface position detection device capable of detecting the surface position of the substrate with high accuracy, and the surface position of the substrate is accurately determined based on the high-precision surface position detection result of the surface position detection device. Since alignment can be performed, there is an effect that it is extremely suitable for forming a fine pattern on a substrate. According to the present invention, there is provided a surface position detection device capable of detecting the surface position of the substrate with high accuracy,
Since the position of the substrate can be accurately adjusted based on the highly accurate surface position detection result of the surface position detection device and the image of the pattern formed on the mask can be transferred to the substrate with high resolution, a fine There is an effect that it is extremely suitable for forming a pattern.

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

【図1】 本発明の実施形態による面位置検出装置を備
える本発明の一実施形態による露光装置の構成を示す側
面図である。
FIG. 1 is a side view showing a configuration of an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention including a surface position detecting device according to an embodiment of the present invention.

【図2】 送光側反射型パターン板13に形成されたパ
ターンの像がウェハWの表面WS全体に亘って結像する
様子を示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view showing a state in which an image of a pattern formed on a light-transmitting-side reflective pattern plate 13 is formed over the entire surface WS of a wafer W.

【図3】 受光光学系10bの物体側開口数を小さく設
計する理由を説明するための図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining the reason why the object-side numerical aperture of the light receiving optical system 10b is designed to be small.

【図4】 送光側反射型パターン板13及び受光側反射
型パターン板20の第1構成例を示す図であり、(a)
はパターン形成面の正面図であり、(b)は(a)中の
A−A線の断面矢視図である。
FIG. 4 is a diagram showing a first configuration example of a light-transmitting-side reflective pattern plate 13 and a light-receiving-side reflective pattern plate 20, and FIG.
FIG. 2 is a front view of a pattern forming surface, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.

【図5】 送光側反射型パターン板13及び受光側反射
型パターン板20の第2構成例を示す図であり、(a)
はパターン形成面の正面図であり、(b)は(a)中の
B−B線の断面矢視図である。
FIGS. 5A and 5B are diagrams showing a second configuration example of the light-transmitting-side reflective pattern plate 13 and the light-receiving-side reflective pattern plate 20; FIG.
FIG. 2 is a front view of a pattern forming surface, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.

【図6】 送光側反射型パターン板13及び受光側反射
型パターン板20の第3構成例を示す図であり、(a)
はパターン形成面の正面図であり、(b)は(a)中の
C−C線の断面矢視図である。
FIGS. 6A and 6B are diagrams showing a third configuration example of the light-transmitting-side reflective pattern plate 13 and the light-receiving-side reflective pattern plate 20, and FIG.
FIG. 2 is a front view of a pattern formation surface, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line CC in FIG.

【図7】 マルチレベルバイナリオプティクスの構造を
説明するための断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a structure of multilevel binary optics.

【図8】 送光側反射型パターン板13及び受光側反射
型パターン板20の第4構成例を示す図であり、(a)
はパターン形成面の正面図であり、(b)は(a)中の
D−D線の断面矢視図、(c)は(a)中のE−E線の
断面矢視図である。
8A and 8B are diagrams illustrating a fourth configuration example of the light-transmitting-side reflective pattern plate 13 and the light-receiving-side reflective pattern plate 20, and FIG.
5A is a front view of a pattern forming surface, FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line DD in FIG. 5A, and FIG. 5C is a cross-sectional view taken along line EE in FIG.

【図9】 送光側反射型パターン板13及び受光側反射
型パターン板20の第5構成例を示す図であり、(a)
は反射領域及び反射防止領域の構成例を示す正面図であ
り、(b)は(a)中のF−F線の断面矢視図、(c)
は(a)中のG−G線の断面矢視図である。
9A and 9B are diagrams showing a fifth configuration example of the light-transmitting-side reflective pattern plate 13 and the light-receiving-side reflective pattern plate 20, and FIG.
FIG. 3 is a front view showing a configuration example of a reflection area and an anti-reflection area, FIG.
FIG. 3 is a sectional view taken along line GG in FIG.

【図10】 送光側反射型パターン板13及び受光側反
射型パターン板20の第6構成例を示す図であり、
(a)はパターン形成面の正面図であり、(b)は送光
側反射型パターン板13の(a)中のH−H線の断面矢
視図であり、(c)は受光側反射型パターン板20の
(a)中のH−H線の断面矢視図である。
FIG. 10 is a diagram showing a sixth configuration example of the light-transmitting-side reflective pattern plate 13 and the light-receiving-side reflective pattern plate 20,
(A) is a front view of a pattern forming surface, (b) is a cross-sectional view taken along line HH in (a) of the light-transmitting-side reflective pattern plate 13, and (c) is light-receiving-side reflection. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line HH in FIG.

【図11】 検出光DLの照射位置を検出する様子を示
す上面図である。
FIG. 11 is a top view showing a state of detecting an irradiation position of the detection light DL.

【図12】 マイクロデバイスの製造工程の一例を示す
フローチャートである。
FIG. 12 is a flowchart illustrating an example of a micro device manufacturing process.

【図13】 半導体デバイスの場合における、図12の
ステップS13の詳細なフローの一例を示す図である。
13 is a diagram showing an example of a detailed flow of step S13 in FIG. 12 in the case of a semiconductor device.

【図14】 従来の面位置検出装置の要部構成及び面位
置検出装置に関連した露光装置の要部構成を示す側面図
である。
FIG. 14 is a side view showing a main part configuration of a conventional surface position detection device and a main part configuration of an exposure apparatus related to the surface position detection device.

【図15】 図14に示した面位置検出装置の光学系が
両側テレセントリックであることを示す光路図である。
FIG. 15 is an optical path diagram showing that the optical system of the surface position detecting device shown in FIG. 14 is telecentric on both sides.

【図16】 シャインプルーフの条件についての説明図
である。
FIG. 16 is an explanatory diagram of Scheimpflug conditions.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3 ウェハステージ(基板ステージ、調
整装置) 4a〜4c 支持点(調整装置) 5 基準部材 11 光源 10 面位置検出装置 10a 照射光学系 10b 受光光学系 13 送光側反射型パターン板(反射型パ
ターン板) 20 受光側反射型パターン板(反射型パ
ターン板) 23 光電変換素子 30 主制御系(調整装置) 33 ステージ駆動系(調整装置) 40a〜40e 反射領域 41 反射防止領域 44a〜44e 反射防止領域 50a〜50e 反射防止領域 52 反射領域 53 反射防止領域 54a〜54e 反射領域 55 反射防止領域 60 第1反射部 61 第2反射部 DL 検出光 IL 照明光 PL 投影光学系 R レチクル(マスク) W ウェハ(基板) WS ウェハの表面(被検面)
3 Wafer Stage (Substrate Stage, Adjustment Device) 4a-4c Support Point (Adjustment Device) 5 Reference Member 11 Light Source 10 Surface Position Detector 10a Irradiation Optical System 10b Light Reception Optical System 13 Transmitting-side Reflective Pattern Plate (Reflective Pattern Plate) 20) light-receiving-side reflective pattern plate (reflective pattern plate) 23 photoelectric conversion element 30 main control system (adjustment device) 33 stage drive system (adjustment device) 40a to 40e reflection area 41 anti-reflection area 44a to 44e anti-reflection area 50a To 50e Anti-reflection area 52 Reflection area 53 Anti-reflection area 54a to 54e Reflection area 55 Anti-reflection area 60 First reflection section 61 Second reflection section DL Detection light IL Illumination light PL Projection optical system R Reticle (mask) W Wafer (substrate) ) WS wafer surface (test surface)

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G02B 7/11 M Fターム(参考) 2F065 AA37 AA49 BB13 CC20 DD04 DD09 FF01 GG04 HH03 HH12 LL04 LL12 LL59 MM03 PP12 2H051 AA00 AA10 5F046 DA05 DA14 DB05 Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat II (Reference) G02B 7/11 MF term (Reference) 2F065 AA37 AA49 BB13 CC20 DD04 DD09 FF01 GG04 HH03 HH12 LL04 LL12 LL59 MM03 PP12 2H051 AA00 AA10 5046 DA05 DA14 DB05

Claims (22)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光源からの光を被検面に対して斜め方向
から照射し、該被検面からの光を光電変換素子へ導いて
前記被検面の位置を検出する面位置検出装置において、 前記光源から前記被検面へ至る光路中と前記被検面から
前記光電変換素子へ至る光路中との少なくとも一方の光
路中であって、且つ前記被検面と光学的に共役な位置又
は該位置の近傍に配置される反射型パターン板を備え、 前記反射型パターン板は、反射領域と、該反射領域の周
囲に形成される反射防止領域とを備えることを特徴とす
る面位置検出装置。
1. A surface position detecting device for irradiating light from a light source onto a surface to be measured in an oblique direction, guiding light from the surface to be measured to a photoelectric conversion element, and detecting the position of the surface to be measured. A position in the optical path from the light source to the test surface and in at least one of an optical path from the test surface to the photoelectric conversion element, and a position optically conjugate to the test surface or A reflection type pattern plate disposed in the vicinity of the position, wherein the reflection type pattern plate includes a reflection region and an antireflection region formed around the reflection region. .
【請求項2】 前記反射型パターン板の反射領域の形状
は一定であることを特徴とする請求項1記載の面位置検
出装置。
2. The surface position detecting device according to claim 1, wherein the shape of the reflection area of the reflection type pattern plate is constant.
【請求項3】 前記反射型パターン板は、前記光源から
の光を前記被検面に対して斜め方向から検出光として照
射する照射光学系内に設けられることを特徴とする請求
項1又は請求項2記載の面位置検出装置。
3. The illuminating optical system according to claim 1, wherein the reflective pattern plate is provided in an irradiating optical system that irradiates light from the light source to the surface to be measured as detection light from an oblique direction. Item 3. A surface position detecting device according to Item 2.
【請求項4】 前記反射型パターン板は、前記被検面か
らの光を受光して前記光電変換素子に結像させる受光光
学系内に設けられることを特徴とする請求項1から請求
項3の何れか一項に記載の面位置検出装置。
4. The light-receiving optical system according to claim 1, wherein the reflection-type pattern plate is provided in a light-receiving optical system that receives light from the test surface and forms an image on the photoelectric conversion element. The surface position detecting device according to any one of the above.
【請求項5】 前記反射型パターン板の前記反射領域
は、前記光源からの入射光を正反射させて前記被検面へ
導くように位置決めされるか、前記被検面からの入射光
を正反射させて前記光電変換素子へ導くように位置決め
されることを特徴とする請求項1から請求項4の何れか
一項に記載の面位置検出装置。
5. The reflection area of the reflection type pattern plate is positioned so as to regularly reflect incident light from the light source and to guide the incident light to the surface to be inspected, or to directly reflect incident light from the surface to be inspected. The surface position detection device according to any one of claims 1 to 4, wherein the surface position detection device is positioned so as to be reflected and guided to the photoelectric conversion element.
【請求項6】 前記反射防止領域は、前記反射領域の周
囲にのみ形成されることを特徴とする請求項1から請求
項5の何れか一項に記載の面位置検出装置。
6. The surface position detecting device according to claim 1, wherein the anti-reflection area is formed only around the reflection area.
【請求項7】 前記反射防止領域は、前記反射型パター
ン板の表面に形成された凹凸形状の構造を有し、前記入
射光を回折又は散乱させることを特徴とする請求項5又
は請求項6記載の面位置検出装置。
7. The reflection preventing area has an uneven structure formed on the surface of the reflection type pattern plate, and diffracts or scatters the incident light. The surface position detecting device as described in the above.
【請求項8】 前記凹凸形状は、複数の平面による階段
形状で近似されるマルチレベルバイナリオプティクスか
らなることを特徴とする請求項7記載の面位置検出装
置。
8. The surface position detecting device according to claim 7, wherein the uneven shape is formed of multi-level binary optics approximated by a step shape formed by a plurality of planes.
【請求項9】 前記反射防止領域は、前記反射領域の周
囲に形成された凹部を有し、 前記凹部は、前記凹部に入射した後に前記正反射の方向
へ進行する光を遮光することを特徴とする請求項5又は
請求項6記載の面位置検出装置。
9. The anti-reflection region has a concave portion formed around the reflective region, and the concave portion blocks light traveling in the regular reflection direction after entering the concave portion. The surface position detection device according to claim 5 or 6, wherein
【請求項10】 前記反射型パターン板の前記反射領域
は第1の反射部を備え、前記反射防止領域は前記第1の
反射部とは異なる方向へ入射光を反射させる第2の反射
部を備えることを特徴とする請求項1から請求項4の何
れか一項に記載の面位置検出装置。
10. The reflection region of the reflection pattern plate includes a first reflection portion, and the antireflection region includes a second reflection portion that reflects incident light in a direction different from that of the first reflection portion. The surface position detecting device according to claim 1, wherein the surface position detecting device is provided.
【請求項11】 前記反射領域には、前記入射光に対し
て高反射率を有する反射膜が形成されていることを特徴
とする請求項1から請求項10の何れか一項に記載の面
位置検出装置。
11. The surface according to claim 1, wherein a reflection film having a high reflectance with respect to the incident light is formed in the reflection area. Position detection device.
【請求項12】 前記反射型パターン板の表面と前記被
検面とは、前記照射光学系及び前記受光光学系の少なく
とも一方に関してシャインプルーフの条件を満足するよ
うに位置決めされることを特徴とする請求項1から請求
項11の何れか一項に記載の面位置検出装置。
12. The surface of the reflection type pattern plate and the surface to be measured are positioned so as to satisfy a Scheimpflug condition with respect to at least one of the irradiation optical system and the light receiving optical system. The surface position detecting device according to claim 1.
【請求項13】 検出光を被検面に対して斜め方向から
照射し、該被検面からの反射光を受光して前記被検面の
位置を検出する面位置検出装置において、 前記被検面に対して83度以上の入射角をもって入射す
る前記検出光又は前記反射光に対して反射率差が8%以
上となる第1反射部と第2反射部とを含む基準パターン
が形成された基準部材を備え、 前記基準部材は前記検出光の光路及び前記反射光の光路
のうちの少なくとも一方に配置されることを特徴とする
面位置検出装置。
13. A surface position detecting device which irradiates a detection light obliquely to a test surface, receives reflected light from the test surface, and detects a position of the test surface. A reference pattern including a first reflecting portion and a second reflecting portion having a reflectance difference of 8% or more with respect to the detection light or the reflected light incident on the surface at an incident angle of 83 degrees or more was formed. A surface position detecting device, comprising: a reference member, wherein the reference member is disposed on at least one of an optical path of the detection light and an optical path of the reflected light.
【請求項14】 前記第1及び第2反射部のうちの少な
くとも一方は、金属膜又は誘電体多層膜によって形成さ
れていることを特徴とする請求項13記載の面位置検出
装置。
14. The surface position detecting device according to claim 13, wherein at least one of the first and second reflecting portions is formed of a metal film or a dielectric multilayer film.
【請求項15】 前記第2反射部は、前記基準部材の表
面に形成された凹凸形状の構造を有し、前記入射光を回
折又は散乱させることにより反射率を低減することを特
徴とする請求項13記載の面位置検出装置。
15. The apparatus according to claim 15, wherein the second reflecting portion has an uneven structure formed on a surface of the reference member, and reduces a reflectance by diffracting or scattering the incident light. Item 14. A surface position detecting device according to item 13.
【請求項16】 前記第2反射部は、前記第1反射部の
周囲に形成された凹部を有し、前記凹部に入射した後に
前記基準部材に関して正反射となる方向へ進行する光を
遮光することにより反射率を低減することを特徴とする
請求項13記載の面位置検出装置。
16. The second reflecting portion has a concave portion formed around the first reflecting portion, and blocks light traveling in a direction that is regularly reflected with respect to the reference member after being incident on the concave portion. 14. The surface position detecting device according to claim 13, wherein the reflectance is reduced by doing so.
【請求項17】 前記第1及び第2反射部は、入射光を
互いに異なる方向へ反射させるように形成されることを
特徴とする請求項13又は請求項14記載の面位置検出
装置。
17. The surface position detecting device according to claim 13, wherein the first and second reflecting portions are formed so as to reflect incident light in different directions.
【請求項18】 前記第1反射部には、入射光に対して
高反射率を有する金属膜又は誘電体多層膜が形成されて
いることを特徴とする請求項15から請求項17の何れ
か一項に記載の面位置検出装置。
18. The method according to claim 15, wherein a metal film or a dielectric multilayer film having a high reflectance with respect to incident light is formed on the first reflecting portion. A surface position detection device according to claim 1.
【請求項19】 マスクに形成されたパターンを基板に
転写する露光装置において、 前記基板を保持する基板ステージと、 前記基板の表面の位置を前記被検面の位置として検出す
る請求項1から請求項18の何れか一項に記載の面位置
検出装置と、 前記面位置検出装置の検出結果に基づいて、前記基板ス
テージ上の前記基板の位置及び姿勢のうちの少なくとも
一方を調整する調整装置とを備えることを特徴とする露
光装置。
19. An exposure apparatus for transferring a pattern formed on a mask onto a substrate, wherein a substrate stage for holding the substrate and a position of a surface of the substrate are detected as positions of the surface to be detected. Item 18. A surface position detection device according to any one of Items 18, and an adjustment device that adjusts at least one of a position and a posture of the substrate on the substrate stage based on a detection result of the surface position detection device. An exposure apparatus comprising:
【請求項20】 マスクに形成されたパターンの投影光
学系を介した像を基板に転写する露光装置において、 照射光学系を介して検出光を前記基板の表面に対して斜
め方向から照射し、前記基板の表面からの光を受光光学
系で受光して当該基板の表面の位置を検出する面位置検
出装置を備え、 前記投影光学系の開口数NA、前記面位置検出装置が備
える前記照射光学系を介した検出光の前記基板の表面へ
の入射角θ、及び前記面位置検出装置が備える前記受光
光学系の開口数NA1は、それぞれ以下の条件を満たす
ことを特徴とする露光装置。 NA≧0.75 θ≧83度 NA1≦0.1
20. An exposure apparatus for transferring an image of a pattern formed on a mask through a projection optical system to a substrate, comprising: irradiating a detection light from an oblique direction to a surface of the substrate via an irradiation optical system; A surface position detection device that receives light from the surface of the substrate with a light receiving optical system and detects a position of the surface of the substrate; a numerical aperture NA of the projection optical system; and the irradiation optics included in the surface position detection device. An exposure apparatus, wherein an incident angle θ of detection light to a surface of the substrate via a system and a numerical aperture NA1 of the light receiving optical system provided in the surface position detection device satisfy the following conditions. NA ≧ 0.75 θ ≧ 83 degrees NA1 ≦ 0.1
【請求項21】 前記面位置検出装置として、前記基板
の表面の位置を前記被検面の位置として検出する請求項
1から請求項18の何れか一項に記載の面位置検出装置
を備えることを特徴とする請求項20記載の露光装置。
21. The surface position detecting device according to claim 1, wherein the surface position detecting device detects a position of a surface of the substrate as a position of the test surface. The exposure apparatus according to claim 20, wherein:
【請求項22】 請求項19から請求項21の何れか一
項に記載の露光装置が備える面位置検出装置を用いて基
板の位置を検出する位置検出工程と、 前記位置検出工程の検出結果に基づいて、前記基板の位
置及び姿勢のうちの少なくとも一方を調整する基板調整
工程と、 照明光をマスクに照射して当該マスクに形成されたパタ
ーンの像を前記基板に転写する転写工程と、 前記転写工程にて転写された前記基板を現像する現像工
程とを有することを特徴とするマイクロデバイスの製造
方法。
22. A position detecting step of detecting a position of a substrate using the surface position detecting device provided in the exposure apparatus according to claim 19; and a detection result of the position detecting step. A substrate adjusting step of adjusting at least one of a position and a posture of the substrate, based on the position, a transferring step of irradiating the mask with illumination light and transferring an image of a pattern formed on the mask to the substrate, And a developing step of developing the substrate transferred in the transfer step.
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