JP2002334827A - Surface position detector, exposure system and manufacturing method for micro-device - Google Patents

Surface position detector, exposure system and manufacturing method for micro-device

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JP2002334827A
JP2002334827A JP2001139211A JP2001139211A JP2002334827A JP 2002334827 A JP2002334827 A JP 2002334827A JP 2001139211 A JP2001139211 A JP 2001139211A JP 2001139211 A JP2001139211 A JP 2001139211A JP 2002334827 A JP2002334827 A JP 2002334827A
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detection
optical system
wafer
image
light
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Toru Kawaguchi
透 川口
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface-place detector in which constitution is simplified while deterioration of detection accuracy can be prevented and which can detect a surface place with high accuracy extending, over the whole surface of the detection region of a wide range. SOLUTION: An incident end 18a of an optical fiber 18 is arranged in the pupil space of a photoreceptive optical system 10b, which has the optical fiber 18 in which luminous flux emitted from an outgoing end 18b, in response to the angle of incidence of luminous flux projected to an incident end 18a is divided, so as to have a fixed relation and in which the quantity of the positional displacement of a surface WS of a wafer W to the imaging surface of a projection optical system PL is converted into variation amount of the angle of luminous flux.

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、これらを総称する場合は、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, an image of a pattern formed on a mask or a reticle (hereinafter, collectively referred to as a mask) is formed by a photolithography process. An exposure apparatus is used which transfers a wafer or a glass plate to which a photosensitive agent such as a resist is applied (hereinafter, these are collectively referred to as a substrate). 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 according to the transferred pattern is formed on the substrate. Thereafter, 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
形成す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を検出する面位置検
出装置を備える。図20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21は図20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21に示した部材の内、図2
0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20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 that detects the position of the substrate in the optical axis direction of the projection optical system. FIG. 20 is a side view showing a main configuration of a conventional surface position detecting device and a main configuration of an exposure apparatus related to the surface position detecting device. FIG. 21 is an optical system of the surface position detecting device shown in FIG. FIG. 4 is an optical path diagram showing that is bilateral telecentric. Incidentally, of the members shown in FIG.
The same members as those shown in FIG. In FIG. 20, 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。
[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).

【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系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を有しており、
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 for irradiating the detection light DL from an oblique direction with respect to the wafer W, and light obtained by irradiating the wafer W with the detection light DL 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 detection system 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 includes 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 the condenser lens 112 and enters the 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1
15、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ψをもって斜め方向から
検出光DLとしてウェハWの表面に照射される。検出光
DLの入射角は80度程度に設定される。ここで、図2
1に示したように、集光レンズ114と対物レンズ11
6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113aの
格子パターン形成面が図20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22に示し
たように、長手方向がY軸方向に設定された等間隔の格
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 a lattice pattern forming surface on which transmission portions and light-shielding portions are alternately provided is on the wafer W side. The light transmitted through the light-transmitting side pattern plate 113a is condensed by the condenser lens 114 and the reflection plate 1
15 and the objective lens 116, the surface of the wafer W is irradiated as detection light DL from an oblique direction at an incident angle に 対 し て with respect to the optical axis AX of the projection optical system PL. The incident angle of the detection light DL is set to about 80 degrees. Here, FIG.
As shown in FIG. 1, the condenser lens 114 and the objective lens 11
6 is a so-called double-sided telecentric optical system, and the magnification of the conjugate point on the wafer W is the same as that of the grating pattern forming surface of the light transmitting side pattern plate 113a. Therefore, since the grid pattern forming surface of the light transmitting side pattern plate 113a has a grid pattern at regular intervals with the longitudinal direction perpendicular to the paper surface in FIG. 20, the image formed on the surface of the wafer W is: As shown in FIG. 22, the pattern becomes a grid pattern at regular intervals with the longitudinal direction set in the Y-axis direction.

【0008】図22は、ウェハWの表面上に形成される
検出光DLの像を示す斜視図である。図22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100の検出領域を示しており、その形状は矩形形状
である。この検出領域DAはウェハW上の照明光ILの
照射領域に設定される。照射光学系110a内に設けら
れる対物光学系116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内に送光側パタ
ーン板113aの格子パターンの像SL1〜SL5が結
像する。図22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SL
1,SL2,SL4,SL5がそれぞれ結像している。
FIG. 22 is a perspective view showing an image of the detection light DL formed on the surface of the wafer W. In FIG.
The circle with the 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 100, and its shape is a rectangular shape. This detection area DA is set as an irradiation area of the illumination light IL on the wafer W. When the detection light DL is irradiated on the front surface WS of the wafer W via the objective optical system 116 provided in the irradiation optical system 110a, the images SL1 to SL5 of the lattice pattern of the light transmitting side pattern plate 113a are detected in the detection area DA. Form an image. In the example shown in FIG. 22, the image SL3 is formed substantially at the center of the detection area DA, and the images SL are formed at the four corners of the detection area DA.
1, SL2, SL4 and SL5 are imaged, respectively.

【0009】図20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20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20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
を通過し、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21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からなる光学系は
各々両側テレセントリック光学系である。
Returning to FIG. 20, 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,
20 oscillates at a predetermined period T around an axis perpendicular to the paper surface of FIG. 20, and deflects the light passing through the objective lens 117 in the paper surface of FIG. 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. 21, 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.

【0010】また、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120a、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23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
23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。
Further, the light transmitting side pattern plate 113a and the surface of the wafer W, the wafer W
The light receiving side pattern plate 120a, the light receiving side pattern plate 120a, and the photoelectric conversion element 123 are set so as to satisfy the Scheimpflug condition. Here, the conditions for Scheimpflug will be described. FIG. 23 is an explanatory diagram of Scheimpflug conditions. Now, consider the non-parallel A-plane and B-plane shown in FIG. Regarding an optical system that forms an image of a pattern on the surface A on the surface B, that the surface A and the surface B satisfy the Scheimpflug condition means that in the meridional section of the optical system,
If the intersection between the extension of the plane A and the object-side principal plane of the optical system is H, and the intersection of the extension of the plane B and the image-side principal plane of the optical system is H ', the light from the intersection H This means that the distance L to the axis is equal to the distance L 'from the intersection H' to the optical axis.

【0011】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 an arbitrary 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.

【0012】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20
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-described configuration performs 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, and the detection unit 131 is based on the principle of a so-called photoelectric microscope.
These input AC signals are synchronously detected and a detection output signal is output to main control system 130. This detection output signal is
This is called a so-called S-curve signal, and becomes zero level when the surface of the wafer W is located on the imaging plane of the projection optical system PL.

【0013】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
合致させる。
When the surface of the wafer W is displaced from the imaging 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 so that the surface of the wafer W matches the image plane of the projection optical system PL.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の面位
置検出装置110は上述したように、ウェハWの表面で
反射された光を受光側パターン板120aに形成された
格子パターンに対して振動させて光変調信号を生成させ
るための振動ミラー118又はポリゴンミラー等の走査
装置を受光光学系110b内に設ける必要がある。これ
らの走査装置は受光光学系110bの光軸を折り曲げる
ため、受光光学系110b内に設けられた各光学部材の
配置が制限される不具合がある。上記の走査装置を投射
光学系110a内に設けた構成とすることもできるが、
この構成とした場合も同様の問題が生ずる。
As described above, the conventional surface position detecting apparatus 110 vibrates the light reflected on the surface of the wafer W with respect to the lattice pattern formed on the light receiving side pattern plate 120a. It is necessary to provide a scanning device such as a vibration mirror 118 or a polygon mirror for generating a light modulation signal in the light receiving optical system 110b. Since these scanning devices bend the optical axis of the light receiving optical system 110b, there is a problem that the arrangement of each optical member provided in the light receiving optical system 110b is restricted. Although the above-described scanning device may be configured to be provided in the projection optical system 110a,
A similar problem occurs in this configuration.

【0015】また、上記光変調信号を得るために振動ミ
ラー118を振動させ、又はポリゴンミラーを回転させ
るための駆動装置が必要であるが、振動ミラー118等
と駆動装置とを離間して配置して遠隔で振動ミラー11
8等を駆動させることは装置構成上困難である。よっ
て、通常は振動ミラー118が配置される位置の近傍に
駆動装置が配置されるが、この駆動装置は不要な発熱源
となり、光路周辺の大気等のゆらぎを引き起こしてウェ
ハWの表面の位置の検出精度を悪化させる虞がある。駆
動装置の発熱の影響を防止するために排気装置を設ける
ことも考えられるが、かかる構成にすると面位置検出装
置110の大型化及び複雑化を招き、更には排気装置が
不要な震動源となる虞がある。
Further, a driving device for vibrating the vibration mirror 118 or rotating the polygon mirror is required to obtain the above-mentioned light modulation signal, but the vibration mirror 118 and the like are separated from the driving device. And remotely oscillating mirror 11
It is difficult to drive 8 and the like due to the device configuration. Therefore, although a driving device is usually arranged near the position where the oscillating mirror 118 is arranged, this driving device becomes an unnecessary heat source and causes fluctuations of the atmosphere or the like around the optical path to cause a fluctuation in the position of the surface of the wafer W. There is a possibility that the detection accuracy is deteriorated. It is conceivable to provide an exhaust device in order to prevent the influence of heat generation of the driving device. However, such a configuration causes an increase in size and complexity of the surface position detecting device 110, and furthermore, the exhaust device becomes an unnecessary vibration source. There is a fear.

【0016】更に、従来の面位置検出装置110で上記
光変調信号を得るためには、受光側パターン板120a
に形成されている格子パターンの幅とウェハWの表面で
反射された光(図23中の像SL1〜SL5の反射光)
の振り幅とが特定の関係を満たす必要がある。具体的に
は、振り幅を格子パターンの幅の半分としなければなら
ない。像SL1〜SL5が照射される検出点にウェハW
の表面の荒れ等が生じていると反射光量の変化により面
位置の検出誤差が悪化することがある。よって、かかる
検出誤差を防止するためには、像SL1〜SL5の照射
面積を拡大させてウェハWの表面の荒れに等に起因する
反射光量の変化を平均化させて緩和する必要がある。し
かしながら、格子パターンの幅はウェハWの表面で反射
された光の振り幅との関係で決定され、且つ格子パター
ンの間隔も振り幅よりも大きく設定しなければならな
い。従って、受光側パターン板120aに形成すること
ができる格子パターンの幅方向の大きさが制限されるた
め、像SL1〜Sl5の照射面積を拡大するためには、
像SL1〜SL5の長手方向の長さを伸ばすことしかで
きず、ウェハWの表面内において検出点を等方的に拡大
することができないという問題がある。
Further, in order to obtain the above-mentioned light modulation signal by the conventional surface position detecting device 110, the light receiving side pattern plate 120a
Of the lattice pattern formed on the wafer W and the light reflected on the surface of the wafer W (reflected light of the images SL1 to SL5 in FIG. 23)
Must satisfy a specific relationship with the swing width. Specifically, the swing width must be half the width of the grid pattern. The wafer W is placed at the detection point where the images SL1 to SL5 are irradiated.
When the surface is roughened, the detection error of the surface position may be deteriorated due to a change in the amount of reflected light. Therefore, in order to prevent such a detection error, it is necessary to increase the irradiation area of the images SL1 to SL5 and average and mitigate the change in the amount of reflected light due to the roughness of the surface of the wafer W or the like. However, the width of the grating pattern is determined by the relationship with the swing width of the light reflected on the surface of the wafer W, and the interval between the grating patterns must be set to be larger than the swing width. Therefore, the size in the width direction of the lattice pattern that can be formed on the light receiving side pattern plate 120a is limited. In order to enlarge the irradiation area of the images SL1 to S15,
There is a problem that the length of the images SL1 to SL5 in the longitudinal direction can only be increased, and the detection points cannot be isotropically enlarged in the surface of the wafer W.

【0017】また更に、面位置検出装置100の検出領
域DA全体を拡大させる場合には照射光学系110a及
び受光光学系110bに対する検出領域DAの画角(像
高)が大きくなるため、照射光学系110a及び受光光
学系110bに残存する収差の影響により、検出領域D
Aの中央部における像SL3の結像特性と同等の結像特
性を検出領域DAの周辺部で得ることができないという
不具合がある。特に、検出光DLはウェハWの表面WS
に対して斜め方向から照射されているため、ウェハWに
対する検出光DLの入射面に対して垂直な方向における
検出領域DAを拡大させようとすると、拡大させる分だ
け対物レンズ116,117等を大きくしなければなら
ず、収差の問題が顕著になる。
Further, when enlarging the entire detection area DA of the surface position detecting device 100, the angle of view (image height) of the detection area DA with respect to the irradiation optical system 110a and the light receiving optical system 110b becomes large. 110a and the light receiving optical system 110b, the detection area D
There is a disadvantage that an imaging characteristic equivalent to the imaging characteristic of the image SL3 at the center of A cannot be obtained at the periphery of the detection area DA. In particular, the detection light DL is applied to the surface WS of the wafer W.
When the detection area DA is to be enlarged in a direction perpendicular to the incident surface of the detection light DL with respect to the wafer W, the objective lenses 116, 117, etc. are enlarged by an amount corresponding to the enlargement. And the problem of aberration becomes significant.

【0018】検出領域DA内における像SL1〜SL5
の結像特性の悪化はウェハWの表面の検出精度の悪化を
引き起こすため、検出領域DAの中央部における検出精
度と周辺部における検出精度との間に差異が生ずること
がある。この検出結果に基づいて、ウェハWの表面を投
影光学系PLの結像面に合わせ込もうとすると、検出領
域DAの中心部は投影光学系PLの結像面に合致してい
るが、その周辺部が投影光学系PLの結像面に対してデ
フォーカスした状態で位置合わせされるという不具合が
生ずる。
The images SL1 to SL5 in the detection area DA
Deteriorates the imaging accuracy of the surface of the wafer W, so that a difference may occur between the detection accuracy in the central part of the detection area DA and the detection accuracy in the peripheral part. When the surface of the wafer W is adjusted to the image plane of the projection optical system PL based on the detection result, the center of the detection area DA matches the image plane of the projection optical system PL. A problem arises in that the peripheral portion is positioned while being defocused with respect to the imaging plane of the projection optical system PL.

【0019】以上の不具合及び問題点を回避するため
に、種々の収差補正機構等を設けようとすると、装置構
成が複雑化するとともに面位置検出装置100の組み立
て工程も複雑化する。更に、装置構成及び製造工程が複
雑になった分、面位置検出装置100の組み立て精度の
低下も懸念される。当然ながら、組み立て精度の低下は
検出精度の悪化を引き起こすという問題がある。
If various aberration correction mechanisms are provided to avoid the above-mentioned problems and problems, the structure of the apparatus becomes complicated and the assembly process of the surface position detecting apparatus 100 becomes complicated. Further, as the device configuration and the manufacturing process become complicated, there is a concern that the assembling accuracy of the surface position detecting device 100 may be reduced. As a matter of course, there is a problem that a decrease in assembly accuracy causes a decrease in detection accuracy.

【0020】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、被検面の面位置を検出するために従来必要であ
った走査装置及び駆動装置を排除することにより構成の
簡素化を図るとともに、駆動装置を排除することで駆動
装置から発せられる熱に起因する検出精度の悪化を防止
することができ、且つ、広範囲の検出領域全面に亘って
良好な結像特性を確保することにより、広範囲の検出領
域全面に亘って高い精度で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主たる目的とする。
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 simplifies the configuration by eliminating a scanning device and a driving device conventionally required for detecting a surface position of a surface to be inspected. In addition, by eliminating the driving device, it is possible to prevent the detection accuracy from deteriorating due to the heat generated from the driving device, and by ensuring good imaging characteristics over the entire detection region over a wide range, A main object of the present invention is to provide a surface position detecting device capable of detecting a surface position with high accuracy over the entire detection area in a wide range.
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.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の面位置検出装置は、検出光(DL)を被検
面(WS)に対して斜め方向から照射する照射光学系
(10a)と、前記被検面(WS)を介した前記検出光
(DL)を受光する受光光学系(10b)と、前記受光
光学系(10b)で受光された光束を光電的に検出する
検出器(20、63a、63c、63d、77)と、該
検出器(20、63a、63c、63d、77)の検出
結果に基づいて前記被検面(WS)の面位置を検出する
検出系(31)とを有する面位置検出装置(10)にお
いて、前記受光光学系(10b)の瞳空間に配置され
て、入射光束を分割する分割手段(18、40、50、
61a、61c、61d、75a、75c、75d)を
備え、前記分割手段(18、40、50、61a、61
c、61d、75a、75c、75d)は、前記入射光
束の前記分割手段(18、40、50、61a、61
c、61d、75a、75c、75d)への入射角度に
応じて前記分割された光束が所定の関係となるように、
前記入射光束を分割することを特徴としている。この発
明では、分割手段に入射する光束の入射角度に応じて所
定の関係となるように入射する光束を分割する分割手段
を受光光学系の瞳空間に配置している。ここで、瞳空間
とは、光学系の物体面若しくは像面のフーリエ変換面が
属する空間、又は、物体面若しくは像面での位置情報が
角度情報に変換されている位置が属する空間をいう。よ
って、検出光を被検面に対して斜め方向から照射して被
検面を介した光束を受光光学系で受光すると、被検面の
位置に関する情報が受光光学系の瞳空間において角度情
報に変換される。この光束が分割手段に入射すると、そ
の入射角度に応じて所定の関係となるように分割され
る。従って、分割された光束の関係を検出すれば、分割
手段に入射する光束の角度情報が求められ、この角度情
報は被検面の位置に関する情報を変換したものであるの
で、角度情報から被検面の位置に関する情報を求めるこ
とができる。このように、本発明によれば、受光光学系
の瞳空間に分割手段を備えるだけで被検面の位置に関す
る情報を求めることができ、従来の面位置装置が必要で
あった走査装置及び駆動装置が不要となるので装置構成
を極めて簡素化することができるとともに、低コスト化
することもできる。また、装置構成が簡素であるため面
位置検出装置の製造工程も簡素化することができ、その
結果として面位置検出装置の組み立て精度の低下を招く
ことはない。更に、従来は発熱源としての駆動装置を備
えていたため、光路周辺の大気等のゆらぎを引き起こし
て被検面の位置の検出精度を悪化させる虞があったが、
本発明ではこの駆動装置が不要であるため検出精度の悪
化を引き起こすこともなく、発熱の影響を防止するため
の排気装置も必要としないので、振動による検出精度の
悪化が生じない。また、本発明の面位置検出装置は、前
記分割手段(18、40、50、61a、61c、61
d、75a、75c、75d)が、前記入射光束を少な
くとも2方位へ分割することを特徴としている。また、
本発明の面位置検出装置は、前記分割手段が、光ファイ
バ(18、61a、61c、61d、75a、75c、
75d)であり、円筒形状の透過性ロッド(41)であ
り、又は入射端に半透過性部材(43c)が形成された
四角柱形状の透過性ロッド(43)であることが好適で
ある。これらの発明によれば、分割手段を種々の光学部
材で実現することができるため様々な装置構成とするこ
とができる。特に光ファイバを用いた場合には光ファイ
バが可撓性を有しているため検出器等の配置の自由度を
高くすることができ、面位置検出装置の外形を小型化す
る上で極めて好適である。また、本発明の面位置検出装
置は、前記被検面(WS)上の前記照射される領域内の
複数の検出点のそれぞれに応じた複数の前記分割手段
(61a、61c、61d、75a、75c、75d)
を備えることを特徴としている。また、本発明の面位置
検出装置は、前記受光光学系(10b)は、後側焦点位
置がほぼ前記分割手段(18、40、50、61a、6
1c、61d、75a、75c、75d)の入射端の位
置に設定され、前記被検面(WS)からの光束を集束す
る第1の集束光学系(17、73)と、前記分割手段
(18、40、50、61a、61c、61d、75
a、75c、75d)で分割された光束を所定の関係で
前記検出器(20、63a、63c、63d、77)の
検出面に集束させる第2の集束光学系(19、62a、
62c、62d、76、85)とを有することを特徴と
している。また、本発明の面位置検出装置は、前記第1
の集束光学系(17、73)及び前記第2の集束光学系
(19、62a、62c、62d、76、85)のうち
の少なくとも一方は、前記被検面(WS)上の前記照射
される領域内の複数の検出点のそれぞれに応じた複数の
集束光学系(73a〜73e)を有することを特徴とし
ている。この発明によれば被検面上の複数の検出点各々
に応じた複数の集束光学系を設け、各検出点からの反射
光を対応する集束光学系で受光するようにしたので、収
差による影響を低減することができる。その結果、収差
の影響による検出精度の悪化を招かずに、検出光が照射
される検出領域を拡大することができる。また、本発明
の面位置検出装置は、前記照射光学系(10a)が、所
定パターンの像を前記被検面(WS)に投影することを
特徴としている。また、本発明の面位置検出装置は、前
記照射光学系(10a)が、前記所定パターンの像が一
時に1つのみ前記被検面(WS)に照射され、且つ前記
被検面(WS)に照射される前記パターンの像を時間毎
に切り替える切替手段(80)を備えることが好まし
い。また、本発明の面位置検出装置は、前記分割手段
(18、40、50、61a、61c、61d、75
a、75c、75d)の少なくとも1つの入射端は、前
記入射光束に対して所定の角度をもって配置されている
ことが好適である。また、本発明の面位置検出装置は、
前記検出器(20、63a、63c、63d、77)
が、ポジションセンサ又はイメージセンサであることを
特徴としている。検出器として上記センサを用いる場合
には、前記検出系(31)が、前記検出器(20、63
a、63c、63d、77)の検出結果に基づいて前記
分割手段(18、40、50、61a、61c、61
d、75a、75c、75d)で分割された光束の前記
検出面上における相対位置を求めて前記被検面(WS)
の面位置を検出するか、又は、前記検出器(20、63
a、63c、63d、77)の検出結果をフーリエ変換
して空間周波数を得ることにより、前記分割手段(1
8、40、50、61a、61c、61d、75a、7
5c、75d)で分割された光束の前記検出面上におけ
る相対位置を求めて前記被検面(WS)の面位置を検出
することを特徴としている。また、本発明の面位置検出
装置は、前記検出器(20、63a、63c、63d、
77)が、検出面を順次走査して前記検出結果を得るセ
ンサであることを特徴としている。検出器としてこのセ
ンサを用いる場合には、前記検出系(31)が、時間的
に変化する前記検出器(20、63a、63c、63
d、77)の検出結果に基づいて前記分割手段(18、
40、50、61a、61c、61d、75a、75
c、75d)で分割された光束の前記検出面上における
相対位置を求めて前記被検面(WS)の面位置を検出す
るか、又は、時間的に変化する前記検出器(20、63
a、63c、63d、77)の検出結果をフーリエ変換
して時間周波数を得ることにより、前記分割手段(1
8、40、50、61a、61c、61d、75a、7
5c、75d)で分割された光束の前記検出面上におけ
る相対位置を求めて前記被検面(WS)の面位置を検出
することを特徴としている。上記課題を解決するため
に、本発明の露光装置は、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の位置として
検出する上記記載の面位置検出装置(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〜4
c、30、32)とを備えることを特徴としている。上
記課題を解決するために、本発明の露光装置は、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)の表面(WS)の面位置を検出する面位置検出工
程と、前記面位置検出工程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基板(W)調整工程
と、照明光をマスク(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(S26)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(S27)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 of the present invention provides an irradiation optical system for irradiating a detection surface (WS) with a detection light (DL) from an oblique direction. 10a), a light receiving optical system (10b) for receiving the detection light (DL) through the surface to be detected (WS), and a detection for photoelectrically detecting a light beam received by the light receiving optical system (10b). (20, 63a, 63c, 63d, 77) and a detection system (WS) for detecting the surface position of the surface to be detected (WS) based on the detection results of the detectors (20, 63a, 63c, 63d, 77). 31), the dividing means (18, 40, 50, 50) arranged in the pupil space of the light receiving optical system (10b) to divide the incident light beam.
61a, 61c, 61d, 75a, 75c, 75d) and the dividing means (18, 40, 50, 61a, 61).
c, 61d, 75a, 75c, 75d) are the dividing means (18, 40, 50, 61a, 61) of the incident light beam.
c, 61d, 75a, 75c, 75d) such that the split light flux has a predetermined relationship according to the incident angle to
It is characterized in that the incident light beam is split. In the present invention, the splitting means for splitting the light flux incident on the splitting means so as to have a predetermined relationship according to the incident angle of the light flux incident on the splitting means is arranged in the pupil space of the light receiving optical system. Here, the pupil space refers to a space to which a Fourier transform plane of an object plane or an image plane of the optical system belongs, or a space to which a position where position information on the object plane or the image plane is converted into angle information belongs. Therefore, when the detection light is applied to the surface to be measured from an oblique direction and the light beam passing through the surface to be detected is received by the light receiving optical system, the information on the position of the surface to be measured is converted into angle information in the pupil space of the light receiving optical system. Is converted. When this light beam enters the splitting means, it is split into a predetermined relationship according to the angle of incidence. Therefore, if the relationship between the split light beams is detected, angle information of the light beam incident on the splitting means is obtained. Since this angle information is obtained by converting information relating to the position of the surface to be measured, the angle information can be obtained from the angle information. Information about the position of the surface can be determined. As described above, according to the present invention, it is possible to obtain information on the position of the surface to be detected only by providing the dividing means in the pupil space of the light receiving optical system. Since no device is required, the configuration of the device can be extremely simplified, and the cost can be reduced. In addition, since the device configuration is simple, the manufacturing process of the surface position detection device can be simplified, and as a result, the assembly accuracy of the surface position detection device does not decrease. Further, conventionally, since a driving device was provided as a heat source, there was a possibility that the accuracy of detecting the position of the surface to be detected might be deteriorated by causing fluctuations of the atmosphere and the like around the optical path.
In the present invention, since the drive device is not required, the detection accuracy is not deteriorated, and the exhaust device for preventing the influence of heat generation is not required, so that the detection accuracy is not deteriorated due to the vibration. In addition, the surface position detecting device of the present invention may be configured such that the dividing means (18, 40, 50, 61a, 61c, 61)
d, 75a, 75c, 75d) split the incident light beam into at least two directions. Also,
In the surface position detecting device according to the present invention, the dividing means may be an optical fiber (18, 61a, 61c, 61d, 75a, 75c,
75d), and is preferably a cylindrical transmissive rod (41) or a quadrangular prism-shaped transmissive rod (43) having a semi-transmissive member (43c) formed at the incident end. According to these inventions, since the dividing means can be realized by various optical members, various device configurations can be obtained. In particular, when an optical fiber is used, the flexibility of the optical fiber makes it possible to increase the degree of freedom of the arrangement of the detector and the like, which is extremely suitable for miniaturizing the outer shape of the surface position detecting device. It is. In addition, the surface position detecting device of the present invention includes a plurality of dividing means (61a, 61c, 61d, 75a, 75a, 61a, 61c, 61d, and 75a) corresponding to each of a plurality of detection points in the irradiated area on the test surface (WS). 75c, 75d)
It is characterized by having. Further, in the surface position detecting device according to the present invention, the light receiving optical system (10b) is arranged such that a rear focal position is substantially equal to the splitting means (18, 40, 50, 61a, 6).
1c, 61d, 75a, 75c, 75d), a first focusing optical system (17, 73) for focusing a light beam from the surface to be measured (WS), and the splitting means (18). , 40, 50, 61a, 61c, 61d, 75
a, 75c, and 75d), and a second focusing optical system (19, 62a, 75b) that focuses the light beams split on the detection surfaces of the detectors (20, 63a, 63c, 63d, 77) in a predetermined relationship.
62c, 62d, 76, 85). Further, the surface position detecting device of the present invention may be configured such that the first
At least one of the focusing optical system (17, 73) and the second focusing optical system (19, 62a, 62c, 62d, 76, 85) is irradiated with the light on the surface to be measured (WS). It is characterized by having a plurality of focusing optical systems (73a to 73e) corresponding to each of a plurality of detection points in the area. According to the present invention, a plurality of focusing optical systems corresponding to each of a plurality of detection points on the surface to be detected are provided, and reflected light from each detection point is received by the corresponding focusing optical system. Can be reduced. As a result, the detection area irradiated with the detection light can be enlarged without causing the detection accuracy to deteriorate due to the influence of the aberration. Further, the surface position detecting device of the present invention is characterized in that the irradiation optical system (10a) projects an image of a predetermined pattern on the surface to be measured (WS). Further, in the surface position detecting device of the present invention, the irradiation optical system (10a) irradiates the test surface (WS) with one image of the predetermined pattern at a time, and the test surface (WS) It is preferable to include a switching unit (80) for switching the image of the pattern irradiated on the surface every time. Further, the surface position detecting device of the present invention is arranged such that the dividing means (18, 40, 50, 61a, 61c, 61d, 75
Preferably, at least one of the incident ends a, 75c, 75d) is arranged at a predetermined angle with respect to the incident light beam. Further, the surface position detection device of the present invention,
The detector (20, 63a, 63c, 63d, 77)
Is a position sensor or an image sensor. When the above-mentioned sensor is used as a detector, the detection system (31) includes the detector (20, 63).
a, 63c, 63d, 77) based on the detection results of the dividing means (18, 40, 50, 61a, 61c, 61).
d, 75a, 75c, 75d) to determine a relative position on the detection surface of the light beam divided by the detection surface (WS).
Or the detector (20, 63)
a, 63c, 63d, and 77) by performing a Fourier transform on the detection results to obtain a spatial frequency.
8, 40, 50, 61a, 61c, 61d, 75a, 7
5c, 75d), the relative position of the light beam split on the detection surface is obtained to detect the surface position of the test surface (WS). Further, the surface position detecting device of the present invention includes the detector (20, 63a, 63c, 63d,
77) is a sensor that sequentially scans the detection surface to obtain the detection result. When this sensor is used as a detector, the detection system (31) is configured so that the detector (20, 63a, 63c, 63
d, 77) based on the detection result.
40, 50, 61a, 61c, 61d, 75a, 75
c, 75d) to determine the relative position of the light flux on the detection surface to detect the surface position of the surface to be detected (WS), or to detect the time-varying detector (20, 63)
a, 63c, 63d, 77) by performing a Fourier transform on the detection results to obtain a time frequency.
8, 40, 50, 61a, 61c, 61d, 75a, 7
5c, 75d), the relative position of the light beam split on the detection surface is obtained to detect the surface position of the test surface (WS). In order to solve the above-mentioned problems, an exposure apparatus according to the present invention includes an exposure apparatus for transferring a pattern formed on a mask (R) to a substrate (W), wherein the substrate stage (3) holding the substrate (W) includes: A surface position detection device (10) for detecting a position of a surface (WS) of the substrate (W) as a position of the surface to be detected, and a detection result of the surface position detection device (10), An adjusting device (3, 4a-4) for adjusting at least one of a position and a posture of the substrate (W) on the substrate stage (3);
c, 30, 32). In order to solve the above problems, an exposure apparatus according to the present invention includes a surface position detection step of detecting a surface position of a surface (WS) of a substrate (W) using a surface position detection device (10) provided in the exposure device. A substrate (W) adjusting step of adjusting at least one of a position and a posture of the substrate (W) on the substrate stage (3) based on a detection result of the surface position detecting step; (R) to irradiate the mask (R)
A transfer step (S26) of transferring the image of the pattern formed on the substrate (W) to the substrate (W), and a developing step (S27) of developing the substrate (W) transferred in the transfer step. And

【0022】[0022]

【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、
本発明の第1実施形態による面位置検出装置を備える本
発明の第1実施形態による露光装置の構成を示す正面図
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.
FIG. 1 is a front view illustrating a configuration of an exposure apparatus according to a first embodiment of the present invention including a surface position detecting device according to the first embodiment of the present invention. In the present embodiment, a case where an image of a pattern formed on a reticle R as a mask is transferred to a wafer W as a substrate by a step-and-scan method will be described as an example. In the following description, the XYZ rectangular coordinate system shown in FIG.
The positional relationship between the members will be described with reference to a 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.

【0023】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、波長の調整、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), an illumination optical system equipped with a light source such as an F 2 laser (wavelength: 157 nm). The illumination light IL to irradiate the light is emitted.
The light sources provided in the illumination optical system 1 include g-line (436 nm) and i-line (365 nm) emitted from an ultra-high pressure mercury lamp, a metal vapor laser light source, and a YAG laser harmonic generator. A pulsed light source can also be used.

【0024】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 micro device pattern 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).

【0025】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、X軸方向に一定の速
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。
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 provided on 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 arbitrarily set the position of the wafer W in the XY plane, and can move the wafer W at a constant speed in the X-axis direction. . The position of wafer stage 3 in the XY plane is measured by a laser interferometer (not shown).

【0026】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32に制御
信号を出力して、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4
a〜4c、主制御系30、及びステージ駆動系32は、
本発明にいう調整装置に相当する。また、投影光学系P
L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。この投影レンズ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。
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 which will be described later. Along with controlling the reticle stage, it outputs a control signal to the stage drive system 32 to control the position of the wafer stage 3 in the XY plane. Incidentally, the wafer stage 3 and the support points 4
a to 4c, the main control system 30, and the stage drive system 32
This corresponds to the adjusting device according to the present invention. Further, the projection optical system P
L 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. 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.

【0027】〔第1実施形態による面位置検出装置〕次
に、本発明の第1実施形態による露光装置が備える本発
明の第1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。第1実施形態による面位置検出装置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
られる光を受光して、検出器としての光電変換素子20
に結像させる受光光学系10bと、光電変換素子20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手段としての検出系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。上記光電変換素子20は、例
えば検出面20a内における光の照射位置を検出するポ
ジションセンサ又は検出面20aに結像する光学像を画
像信号に変換するイメージセンサである。光電変換素子
20としてイメージセンサを用いる場合には、CCD
(Charge Coupled Device)等の撮像素子を用いること
が好ましい。
[Surface Position Detecting Apparatus According to First Embodiment] Next, the surface position detecting apparatus according to the first embodiment of the present invention provided in the exposure apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described in detail. The surface position detection device 10 according to the first embodiment includes:
An irradiation optical system 10a that irradiates the wafer W with the detection light DL from an oblique direction, and a light-receiving element that receives light obtained by irradiating the wafer W with the detection light DL and receives the light.
And a detection system 31 as detection means for detecting 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 20. In the present embodiment, the surface WS of the wafer W corresponds to the test surface according to the present invention. The photoelectric conversion element 20 is, for example, a position sensor that detects a light irradiation position in the detection surface 20a or an image sensor that converts an optical image formed on the detection surface 20a into an image signal. When an image sensor is used as the photoelectric conversion element 20, a CCD
(Charge Coupled Device) or the like is preferably used.

【0028】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屈折させること
で偏向させるとともに、所定のパターンが形成されたパ
ターン板13aを射出面に有する偏向プリズム13、偏
向プリズム13及びパターン板13aを介した光を集光
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。本実施形態
では、上記パターン板13aには、上記所定のパターン
として矩形形状の微小なピンホールが1つ形成されてい
るとする。尚、照射光学系10aからウェハWに照射さ
れる検出光DLのウェハWに対する入射角ψは80度程
度に設定される。
The irradiation optical system 10a includes a light source 11 for supplying white light having a wide wavelength range such as a halogen lamp, 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 deflection prism 13 having a pattern plate 13a on which a predetermined pattern is formed on an exit surface, a condenser lens 14 for condensing light passing through the deflection prism 13 and the pattern plate 13a, and a condenser lens, while being deflected by refraction. A reflection plate 15 for reflecting and deflecting the light condensed by the light source 14;
It has an objective lens 16 for irradiating as L. In the present embodiment, it is assumed that one small rectangular pinhole is formed in the pattern plate 13a as the predetermined pattern. The incident angle ψ of the detection light DL radiated from the irradiation optical system 10a to the wafer W with respect to the wafer W is set to about 80 degrees.

【0029】集光レンズ14と対物レンズ16とで構成
される光学系は、所謂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、パターン板13a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、パターン板13a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。更に、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、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とパターン板13a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、
パターン板13a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。尚、ウェハW
の表面に照射される像は、本発明にいう所定パターンの
像に相当する。
The optical system composed of the condenser lens 14 and the objective lens 16 is a so-called double-sided telecentric optical system. With the surface WS of the wafer W coincident with the imaging plane of the projection optical system PL, the pattern forming surface of the pattern plate 13a is arranged at a position optically conjugate with the surface WS of the wafer W or at or near the position. Therefore, the pattern formation surface of the pattern plate 13a and the conjugate point on the wafer W have the same magnification over the entire surface. Further, the surface WS of the wafer W is
In the optical system constituted by the condenser lens 14 and the objective lens 16, the surface WS of the wafer W and the pattern forming surface of the pattern plate 13a satisfy the Scheimpflug condition. Is set to Therefore,
The image of the pattern formed on the pattern plate 13a is
Is accurately formed over the entire surface WS. Incidentally, the wafer W
The image irradiated on the surface of the image corresponds to the image of the predetermined pattern in the present invention.

【0030】一方、受光光学系10bは、ウェハWから
の反射光を集束する第1の集束光学系としての対物レン
ズ17、入射端18aが受光光学系10bの瞳空間に配
置された分割手段としての光ファイバ18、及び光ファ
イバ18の射出端18bから射出された光束を光電変換
素子20の検出面20bに集束させる第2の集束光学系
としての集光レンズ19を有する。上記対物レンズ17
の前側焦点位置は、ウェハWの表面WSが投影光学系P
Lの結像面と合致している場合に、検出光Dlとしてウ
ェハW上に照射される像の中心位置に設定される。
On the other hand, the light receiving optical system 10b is an objective lens 17 as a first converging optical system for converging the reflected light from the wafer W, and a dividing means in which the incident end 18a is arranged in a pupil space of the light receiving optical system 10b. And a condenser lens 19 as a second focusing optical system for focusing a light beam emitted from the emission end 18b of the optical fiber 18 on the detection surface 20b of the photoelectric conversion element 20. The objective lens 17
Is located at the front side of the projection optical system P
When the position coincides with the image plane of L, the detection light Dl is set at the center position of the image irradiated on the wafer W.

【0031】また、光ファイバ18は可撓性を有し、そ
の入射端18aは前述したように受光光学系10bの瞳
空間に配置されるが、更に対物レンズ17の後側焦点位
置又はその近傍の位置に配置されることが好ましい。こ
こで、瞳空間とは、一般的に光学系の物体面若しくは像
面のフーリエ変換面が属する空間、又は、物体面若しく
は像面での位置情報が角度情報に変換されている位置が
属する空間をいう。更に、光ファイバ18の入射端18
aは受光光学系10bの光軸AX1に対して垂直となる
ように配置されている。このように、光ファイバ18の
入射端18aは、対物レンズ17の物体側焦点が含まれ
る物体面のフーリエ変換面に相当する位置に配置され
る。尚、光ファイバ18は、1本の光ファイバのみを用
いても良く、複数の光ファイバを束にしたものを用いて
も良い。
The optical fiber 18 has flexibility, and its incident end 18a is disposed in the pupil space of the light receiving optical system 10b as described above. It is preferable to be arranged at the position. Here, the pupil space generally refers to a space to which a Fourier transform plane of an object plane or an image plane of the optical system belongs, or a space to which a position at which position information on the object plane or the image plane is converted into angle information belongs. Say. Further, the incident end 18 of the optical fiber 18
a is disposed so as to be perpendicular to the optical axis AX1 of the light receiving optical system 10b. Thus, the incident end 18a of the optical fiber 18 is arranged at a position corresponding to the Fourier transform plane of the object plane including the object-side focal point of the objective lens 17. Note that the optical fiber 18 may use only one optical fiber or a bundle of a plurality of optical fibers.

【0032】また、上記集光レンズ19は、その後側焦
点位置が光電変換素子20の検出面20aの面内又はそ
の近傍の位置に配置されている。更に、本実施形態では
光ファイバ18の射出端18b及び光電変換素子20の
検出面20aが受光光学系10bの光軸AX2に対して
垂直に配置されているとする。ここで、光ファイバ18
の射出端18bは集光レンズ19の前側焦点位置又はそ
の近傍の位置に配置されていることが好ましい。
The focal point of the condenser lens 19 is disposed at a position on the rear side within or near the detection surface 20 a of the photoelectric conversion element 20. Further, in the present embodiment, it is assumed that the emission end 18b of the optical fiber 18 and the detection surface 20a of the photoelectric conversion element 20 are arranged perpendicular to the optical axis AX2 of the light receiving optical system 10b. Here, the optical fiber 18
It is preferable that the exit end 18b is disposed at the front focal position of the condenser lens 19 or at a position in the vicinity thereof.

【0033】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場合には、ウェハWの表面WSで反
射された光が対物レンズ17によってほぼ平行光束に変
換されて入射端18aから垂直に光ファイバ18内に入
射して光ファイバ18内を伝播する。このとき光ファイ
バ18の射出端18bからは、光軸AX2に対してほぼ
平行な光束が射出される。光ファイバ18の射出端18
bから射出された光束は集光レンズ19を介して光電変
換素子20の検出面20aの一点に集束する。
When the surface WS of the wafer W matches the image plane of the projection optical system PL, the light reflected by the surface WS of the wafer W is converted by the objective lens 17 into a substantially parallel light beam, and The light enters the optical fiber 18 from the vertical direction 18 a and propagates through the optical fiber 18. At this time, a light beam substantially parallel to the optical axis AX2 is emitted from the emission end 18b of the optical fiber 18. Exit end 18 of optical fiber 18
The light beam emitted from b is converged at a point on the detection surface 20 a of the photoelectric conversion element 20 via the condenser lens 19.

【0034】一方、ウェハWの表面WSが投影光学系P
Lの結像面に合致していないときの受光光学系10b内
における反射光の光路は図2及び図3に示したようにな
る。図2は、ウェハWが投影光学系PLの結像面からず
れている場合における受光光学系10b内の反射光の光
路を示す図であり、図3はその斜視図である。尚、図2
中の、W1は表面が投影光学系PLの結像面に合致して
いる状態のウェハを示しており、この状態のときに得ら
れるウェハWの表面の反射光の受光光学系10b内にお
ける光路を破線で示している。また、図3では、光ファ
イバ18を簡略化して図示するとともに、光軸AX2を
光軸AX1と同軸に配置して図示している。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場合
には、図3に示した位置にパターン板13aに形成され
たパターンの像SL0が照射される。尚、受光光学系1
0bの光軸AX1は、像SL0が照射される位置を通過
するように設定されている。しかしながら、投影光学系
PLの結像面に対してウェハWの表面WSがずれている
と、像SL0の照射位置からずれた位置にパターン板1
3aに形成されたパターンの像SLが照射される。この
ように、ウェハWの表面WSが投影光学系PLの結像面
からずれていると、ウェハWの表面WSの反射光は光軸
AX1からずれた光路を通過して対物レンズ17に入射
する。
On the other hand, the surface WS of the wafer W is
The optical path of the reflected light in the light receiving optical system 10b when it does not match the image plane of L is as shown in FIGS. FIG. 2 is a diagram showing an optical path of reflected light in the light receiving optical system 10b when the wafer W is displaced from the image forming plane of the projection optical system PL, and FIG. 3 is a perspective view thereof. FIG.
In the figure, W1 indicates a wafer whose surface coincides with the image forming plane of the projection optical system PL, and the optical path in the light receiving optical system 10b of the reflected light of the surface of the wafer W obtained in this state. Is indicated by a broken line. In FIG. 3, the optical fiber 18 is shown in a simplified manner, and the optical axis AX2 is arranged coaxially with the optical axis AX1. When the surface WS of the wafer W matches the imaging plane of the projection optical system PL, the position shown in FIG. 3 is irradiated with the image SL0 of the pattern formed on the pattern plate 13a. The light receiving optical system 1
The optical axis AX1 of 0b is set to pass through the position where the image SL0 is irradiated. However, if the surface WS of the wafer W is shifted with respect to the image forming plane of the projection optical system PL, the pattern plate 1 is shifted to a position shifted from the irradiation position of the image SL0.
An image SL of the pattern formed on 3a is irradiated. As described above, when the surface WS of the wafer W is displaced from the imaging plane of the projection optical system PL, the reflected light from the surface WS of the wafer W passes through the optical path deviated from the optical axis AX1 and enters the objective lens 17. .

【0035】反射光は光軸AX1からずれた光路を介し
て対物レンズ17に入射するため、対物レンズ17を介
した光束は光軸AX1に対してある角度をもった光束と
なる。前述したように、光ファイバ18の入射端18a
は光軸AX1に対して垂直となるように配置されている
ため、レンズ17を介した光束はウェハWの位置ずれ量
に応じた入射角で光ファイバ18に入射する。光束が光
ファイバ18の入射端18aにある角度をもって入射す
ると、光ファイバ18の射出端18bからは、光軸AX
2に関して軸対称に所定の角度をもって分割された光束
が射出される。よって、光ファイバ18の射出端18b
からは、ほぼ円錐形状に光束が射出される。この光束が
集光レンズ19により集光されると、光電変換素子20
の検出面20aに円形形状の像Im1が形成される。こ
の像Im1の直径は、投影光学系PLの結像面からのウ
ェハWの表面WSの位置のずれ量に応じて変化する。
Since the reflected light enters the objective lens 17 via an optical path deviated from the optical axis AX1, the light flux passing through the objective lens 17 becomes a light beam having a certain angle with respect to the optical axis AX1. As described above, the incident end 18a of the optical fiber 18
Is arranged so as to be perpendicular to the optical axis AX1, the light beam passing through the lens 17 is incident on the optical fiber 18 at an incident angle corresponding to the amount of displacement of the wafer W. When the light beam enters the incident end 18a of the optical fiber 18 at a certain angle, the optical axis AX is output from the exit end 18b of the optical fiber 18.
A light beam split at a predetermined angle symmetrically with respect to 2 is emitted. Therefore, the emission end 18b of the optical fiber 18
Emits a light beam in a substantially conical shape. When this light beam is condensed by the condensing lens 19, the photoelectric conversion element 20
A circular image Im1 is formed on the detection surface 20a. The diameter of the image Im1 changes according to the amount of displacement of the position of the surface WS of the wafer W from the image forming plane of the projection optical system PL.

【0036】次に、ウェハWの位置ずれ量と光電変換素
子20の検出面20aに形成される像Im1の直径との
関係を定量的に説明する。図4は、ウェハWの位置ずれ
量と光電変換素子20の検出面20aに形成される像I
m1の直径との関係を定量的に説明するための図であ
る。尚、図4においても図3と同様に光ファイバ18を
簡略化して図示するとともに、光軸AX2を光軸AX1
と同軸に配置して図示している。いま、ウェハWの表面
WSが投影光学系PLの結像面からΔZだけ下方向(−
Z軸方向)にずれているとする。この状態にあるウェハ
Wの表面WSに検出光DLが入射したときに、受光光学
系10bの光軸AX1に対して反射光の光路がΔdだけ
ずれるとすると、光軸AX1からの反射光の光路のずれ
量Δdは以下の(1)式で表される。 Δd=2・ΔZ・sinψ ……(1)
Next, the relationship between the amount of displacement of the wafer W and the diameter of the image Im1 formed on the detection surface 20a of the photoelectric conversion element 20 will be quantitatively described. FIG. 4 shows the amount of positional deviation of the wafer W and the image I formed on the detection surface 20 a of the photoelectric conversion element 20.
It is a figure for quantitatively explaining the relationship with m1 diameter. In FIG. 4, the optical fiber 18 is simplified and shown as in FIG. 3, and the optical axis AX2 is changed to the optical axis AX1.
And are arranged coaxially. Now, the surface WS of the wafer W is shifted downward by ΔZ from the imaging plane of the projection optical system PL (−
(Z-axis direction). If the optical path of the reflected light is shifted by Δd with respect to the optical axis AX1 of the light receiving optical system 10b when the detection light DL enters the surface WS of the wafer W in this state, the optical path of the reflected light from the optical axis AX1 Is expressed by the following equation (1). Δd = 2 · ΔZ · sinψ (1)

【0037】また、光軸AX1に対して反射光の光路が
Δdだけずれて対物レンズ17に入射したときに、光フ
ァイバ18の入射端18aにおける入射角の変化量をΔ
αとすると、この入射角度の変化量Δαは以下の(2)
式で表される。 Δα=tan-1(Δd/f1) ……(2) ここで、f1は、対物レンズ17の像焦点距離である。
また、光ファイバ18の入射端18aに入射する光束の
入射角の変化量がΔαであるときに、光ファイバ18の
射出端18bから射出される光束の射出角の変化量がΔ
θであるとする。光ファイバ18は入射端18aにおけ
る光束の入射角の変化量Δαと射出端18bにおける光
束の射出角の変化量Δθとが所定の関係(例えば1対1
の関係)となるように入射端18aから入射した光束を
分割して射出端18bから射出する。ここでは、説明の
簡単化のために、光ファイバ18が入射する光束の入射
角を保存する光ファイバであるとして説明する、このと
きは、入射角の変化量Δαと射出角の変化量Δθとの間
に、Δθ=Δαの関係が成り立つ。
When the optical path of the reflected light is shifted from the optical axis AX1 by Δd and enters the objective lens 17, the change in the incident angle at the incident end 18a of the optical fiber 18 is represented by Δ
Assuming α, the change amount Δα of the incident angle is as follows (2)
It is expressed by an equation. Δα = tan −1 (Δd / f1) (2) where f1 is the image focal length of the objective lens 17.
When the change amount of the incident angle of the light beam incident on the incident end 18a of the optical fiber 18 is Δα, the change amount of the output angle of the light beam emitted from the output end 18b of the optical fiber 18 is Δα.
θ. The optical fiber 18 has a predetermined relationship (for example, one-to-one) with the change amount Δα of the incident angle of the light beam at the incident end 18a and the change amount Δθ of the exit angle of the light beam at the output end 18b.
The light beam incident from the incident end 18a is divided and emitted from the exit end 18b so as to satisfy the following relationship. Here, for the sake of simplicity, the description will be made assuming that the optical fiber 18 is an optical fiber that preserves the incident angle of the incident light beam. In this case, the change amount Δα of the incident angle and the change amount , The relationship of Δθ = Δα holds.

【0038】光ファイバ18の射出端18bからは頂角
が2・Δαであるほぼ円錐形状の形状に光束が分割され
て射出される。集光レンズ19は、例えば、以下の
(3)〜(5)式で示される射影特性の何れかの特性を
有し、光ファイバ18の射出端18bから分割されて射
出される光束を、所定の関係をもって光電変換素子20
の検出面20bに集束させる。 Y=f2・Δθ ……(3) Y=f2・sin(Δθ) ……(4) Y=f2・cos(Δθ) ……(5) ここで、f2は、集光レンズ19の像焦点距離であり、
Yは光電変換素子20の検出面20aに集束される像I
m1の画角(像高)(本実施形態では光軸AX2からの
距離に相当)である。
From the exit end 18b of the optical fiber 18, the light beam is split and emitted into a substantially conical shape having an apex angle of 2 · Δα. The condenser lens 19 has, for example, one of the projection characteristics shown by the following equations (3) to (5), and converts the light beam split and emitted from the emission end 18b of the optical fiber 18 into a predetermined light. Photoelectric conversion element 20
Is focused on the detection surface 20b. Y = f2 · Δθ (3) Y = f2 · sin (Δθ) (4) Y = f2 · cos (Δθ) (5) where f2 is the image focal length of the condenser lens 19. And
Y is an image I focused on the detection surface 20 a of the photoelectric conversion element 20.
m1 is the angle of view (image height) (corresponding to the distance from the optical axis AX2 in this embodiment).

【0039】上述したように光電変換素子20の検出面
には円形形状の像Im1が形成されるため、この像Im
1の直径をφとすると、像Im1の直径φと像Im1の
光軸AX2からの距離Yとの間に、φ=2・Yの関係が
成り立つ。このように、ウェハWの位置ずれ量ΔZと光
電変換素子20の検出面20aに形成される像Im1の
直径φとの関係が定量的に求まる。従って、光電変換素
子20の検出面20aに形成される像Im1の直径φが
分かればウェハWの位置ずれ量を求めることができる。
As described above, since the circular image Im1 is formed on the detection surface of the photoelectric conversion element 20, this image Im1 is formed.
Assuming that the diameter of 1 is φ, the relationship φ = 2 · Y holds between the diameter φ of the image Im1 and the distance Y of the image Im1 from the optical axis AX2. In this way, the relationship between the displacement amount ΔZ of the wafer W and the diameter φ of the image Im1 formed on the detection surface 20a of the photoelectric conversion element 20 can be quantitatively determined. Therefore, if the diameter φ of the image Im1 formed on the detection surface 20a of the photoelectric conversion element 20 is known, the amount of displacement of the wafer W can be obtained.

【0040】尚、図3に示した図では光電変換素子20
の検出面20aが二次元である場合を図示しており、か
かる二次元の検出面20aを有する光電変換素子20を
用いれば検出面20aに形成される像Im1の直径φを
容易に検出することができる。しかしながら、検出面2
0a内に含まれ、且つ光軸AX2に対して直交する直線
と円形形状の像Im1との2点の交点の位置を得ること
ができれば、像Im1の直径φを検出することができ
る。従って、図3に示した二次元の検出面20aを有す
る光電変換素子20以外に、光軸AX2に直交する一次
元の検出面を有する光電変換素子を用いることもでき
る。
Incidentally, in the diagram shown in FIG.
The case where the detection surface 20a is two-dimensional is illustrated, and if the photoelectric conversion element 20 having the two-dimensional detection surface 20a is used, the diameter φ of the image Im1 formed on the detection surface 20a can be easily detected. Can be. However, detection surface 2
If the position of the intersection of two points included in 0a and orthogonal to the optical axis AX2 and the circular image Im1 can be obtained, the diameter φ of the image Im1 can be detected. Therefore, in addition to the photoelectric conversion element 20 having the two-dimensional detection surface 20a shown in FIG. 3, a photoelectric conversion element having a one-dimensional detection surface orthogonal to the optical axis AX2 can be used.

【0041】更に、検出面20a内に含まれ、且つ光軸
AX2に対し直交する直線と円形形状の像Im1との2
つの交点の内の1つの交点の検出面20a内における位
置を検出するだけで、像Im1の直径φを検出すること
もできる。この場合には、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ときに光電変換素子2
0の検出面20aに形成される像(この像は点像であ
る)の検出面20a内における位置を原点として予め求
めておく。像Im1の直径φは、検出面20a内におけ
る原点の位置と検出面20a内における上記1つの交点
の位置との距離を2倍すれば求められる。
Further, the image Im1 having a circular shape and a straight line included in the detection surface 20a and orthogonal to the optical axis AX2.
The diameter φ of the image Im1 can also be detected simply by detecting the position of one of the intersections on the detection surface 20a. In this case, when the surface WS of the wafer W matches the imaging plane of the projection optical system PL, the photoelectric conversion element 2
The position of the image formed on the zero detection surface 20a (this image is a point image) within the detection surface 20a is determined in advance as the origin. The diameter φ of the image Im1 can be obtained by doubling the distance between the position of the origin on the detection surface 20a and the position of the one intersection on the detection surface 20a.

【0042】光電変換素子20の検出結果は検出系31
に出力される。検出系31は光電変換素子20の検出結
果に基づいて光電変換素子20の検出面20aに形成さ
れる像の直径φを検出し、前述した関係式から投影光学
系PLの結像面に対するウェハWの表面WSのずれ量Δ
Zを算出する。つまり、検出系31は光ファイバ18で
分割された光束の検出面20a上における相対位置を求
めることによりウェハWの表面WSの面位置を検出す
る。算出されたずれ量ΔZは検出系31から主制御系3
0へ出力される。主制御系30は、検出系31から出力
されるずれ量ΔZに応じてステージ駆動系32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4
a〜4c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。
The detection result of the photoelectric conversion element 20 is transmitted to the detection system 31.
Is output to The detection system 31 detects the diameter φ of the image formed on the detection surface 20a of the photoelectric conversion element 20 based on the detection result of the photoelectric conversion element 20, and obtains the wafer W with respect to the image forming plane of the projection optical system PL from the above-described relational expression. Amount of deviation WS of surface WS
Calculate Z. That is, the detection system 31 detects the relative position of the light beam split by the optical fiber 18 on the detection surface 20a to detect the surface position of the surface WS of the wafer W. The calculated shift amount ΔZ is transmitted from the detection system 31 to the main control system 3.
Output to 0. The main control system 30 outputs a control signal to the stage drive system 32 in accordance with the shift amount ΔZ output from the detection system 31, and the three support points 4 of the wafer stage 3
a to 4c are driven to align the surface WS of the wafer W with the image plane of the projection optical system PL.

【0043】以上、説明した本発明の第1実施形態によ
る面位置検出装置によれば、入射端18aに入射する光
束の入射角度に応じて射出端18bから射出される光束
が所定の関係となるように分割する光ファイバ18を用
い、且つ、投影光学系PLの結像面に対するウェハWの
表面WSの位置ずれ量が光束の角度の変化量に変換され
る受光光学系10bの瞳空間に光ファイバ18の入射端
18aを配置している。よって、射出端18bから分割
されて射出される光束の関係から光ファイバ18の入射
端18aに入射する光束の入射角度を求めることがで
き、更にこの入射角度から投影光学系PLの結像面に対
するウェハWの表面のずれ量を求めることができる。
According to the surface position detecting device according to the first embodiment of the present invention described above, the light beams emitted from the exit end 18b have a predetermined relationship according to the incident angle of the light beams incident on the incident end 18a. The optical fiber 18 is divided as described above, and the position shift amount of the surface WS of the wafer W with respect to the image forming plane of the projection optical system PL is converted into a change amount of the angle of the light beam. The incident end 18a of the fiber 18 is arranged. Therefore, the angle of incidence of the light beam incident on the incident end 18a of the optical fiber 18 can be obtained from the relationship between the light beams split and emitted from the emission end 18b, and the incident angle with respect to the image plane of the projection optical system PL can be determined from the incident angle. The shift amount of the surface of the wafer W can be obtained.

【0044】図20に示したように、従来は投影光学系
の結像面に対するウェハの表面のずれ量を検出するため
に、ウェハWの表面で反射された光を受光側パターン板
120aに形成された格子パターンに対して振動させて
光変調信号を生成させるための振動ミラー118又はポ
リゴンミラー等の走査装置及びこの走査装置を駆動する
駆動装置を受光光学系110b内に設ける必要があっ
た。しかしながらが、本実施形態では従来必要であった
走査装置及び駆動装置が不要であり、しかも受光光学系
10aは対物レンズ17、光ファイバ18、及び集光レ
ンズ19のみから構成されているので、装置構成を極め
て簡素化することができるとともに、低コスト化するこ
ともできる。また、装置構成が簡素であるため面位置検
出装置10の製造工程も簡素化することができ、その結
果として面位置検出装置10の組み立て精度の低下を招
くことはない。
As shown in FIG. 20, the light reflected on the surface of the wafer W is conventionally formed on the light receiving side pattern plate 120a in order to detect the amount of deviation of the surface of the wafer from the image forming plane of the projection optical system. It is necessary to provide a scanning device such as a vibrating mirror 118 or a polygon mirror for generating an optical modulation signal by vibrating the generated grating pattern and a driving device for driving the scanning device in the light receiving optical system 110b. However, in the present embodiment, a scanning device and a driving device, which are conventionally required, are not required, and the light receiving optical system 10a includes only the objective lens 17, the optical fiber 18, and the condensing lens 19. The configuration can be extremely simplified and the cost can be reduced. In addition, since the device configuration is simple, the manufacturing process of the surface position detection device 10 can be simplified, and as a result, the assembly accuracy of the surface position detection device 10 does not decrease.

【0045】更に、従来は発熱源としての駆動装置を備
えていたため、光路周辺の大気等のゆらぎを引き起こし
てウェハWの表面の位置の検出精度を悪化させる虞があ
ったが、本実施形態ではこの駆動装置が不要となったた
め検出精度の悪化を引き起こすこともなく、発熱の影響
を防止するための排気装置も必要としないので、振動に
よる検出精度の悪化が生じない。また更に、本実施形態
では可撓性を有する光ファイバ18を用いているため、
集光レンズ19及び光電変換素子20の配置の自由度が
高く、面位置検出装置10の小型化を図る上で極めて好
適である。
Further, conventionally, since a driving device as a heat source is provided, there is a possibility that fluctuations of the atmosphere around the optical path may be caused to deteriorate the detection accuracy of the position of the surface of the wafer W. Since the drive device is not required, the detection accuracy does not deteriorate, and an exhaust device for preventing the influence of heat generation is not required, so that the detection accuracy does not deteriorate due to vibration. Furthermore, in this embodiment, since the optical fiber 18 having flexibility is used,
The degree of freedom in the arrangement of the condenser lens 19 and the photoelectric conversion element 20 is high, which is extremely suitable for reducing the size of the surface position detection device 10.

【0046】〔第2実施形態による面位置検出装置〕次
に本発明の第2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。図5は、本発明の第2実施形態による
面位置検出装置を備える本発明の第2実施形態による露
光装置の構成を示す正面図である。尚、図5において
は、図1に示した本発明の第1実施形態による面位置検
出装置及び露光装置が備える部材と同一の部材には同一
の符号を付してある。図5に示した本発明の第2実施形
態による面位置検出装置が図1に示した本発明の第1実
施形態による面位置検出装置と異なる点は、受光光学系
10b内に設けられた光ファイバ18に代えて透過性ロ
ッド40を設けるとともに、受光光学系10bの光軸A
X2が光軸1と同軸となるように集光レンズ19及び光
電変換素子20を配置した点である。
[Surface Position Detecting Device According to Second Embodiment] Next, a surface position detecting device according to a second embodiment of the present invention will be described in detail. FIG. 5 is a front view showing a configuration of an exposure apparatus according to a second embodiment of the present invention including the surface position detecting device according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 5, the same members as those of the surface position detecting device and the exposure device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. The surface position detecting device according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 5 differs from the surface position detecting device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 in that the light provided in the light receiving optical system 10b is different. A transmission rod 40 is provided in place of the fiber 18, and an optical axis A of the light receiving optical system 10b is provided.
The point is that the condenser lens 19 and the photoelectric conversion element 20 are arranged so that X2 is coaxial with the optical axis 1.

【0047】上記透過性ロッド40は、検出光DLの波
長領域に亘って高い透過率を有する石英等の硝材により
形成される。この透過性ロッド40は第1実施形態によ
る面位置検出装置が備える光ファイバ18と異なり高い
剛性を有するため、受光光学系10bの光軸AX2が光
軸1と同軸となるように配置している。透過性ロッド4
0の入射端40aは受光光学系10bの瞳空間に配置さ
れ、且つ対物レンズ17の後側焦点位置又はその近傍の
位置に配置される。また、透過性ロッド40の入射端4
0aは光軸AX1に対して直交するよう配置され、射出
面40bは光軸AX2に対して直交するように配置され
る。尚、透過性ロッド40の射出面40bは集光レンズ
19の前側焦点位置又はその近傍の位置に配置されてい
ることが好ましい。
The transparent rod 40 is made of a glass material such as quartz having a high transmittance over the wavelength range of the detection light DL. Since the transmissive rod 40 has high rigidity unlike the optical fiber 18 included in the surface position detecting device according to the first embodiment, it is disposed so that the optical axis AX2 of the light receiving optical system 10b is coaxial with the optical axis 1. . Permeable rod 4
The zero incident end 40a is arranged in the pupil space of the light receiving optical system 10b, and is arranged at the rear focal position of the objective lens 17 or at a position near the rear focal position. Also, the incident end 4 of the transmissive rod 40
0a is arranged so as to be orthogonal to the optical axis AX1, and the emission surface 40b is arranged so as to be orthogonal to the optical axis AX2. Note that the exit surface 40b of the transmissive rod 40 is preferably disposed at the front focal position of the condenser lens 19 or at a position in the vicinity thereof.

【0048】図6は、透過性ロッド40の形状例を示す
斜視図である。図6(a)は断面形状が円形の円筒形状
の透過性ロッド41の斜視図であり、図6(b)は断面
形状が矩形の四角柱形状の透過性ロッド42の斜視図で
ある。図6(a)に示した透過性ロッド41を図5中の
透過性ロッド40として用いた場合には、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とき
に、対物レンズ17を介した光束は透過性ロッド41の
入射端41aに対して垂直に入射し、射出面41bから
射出される光束は光軸AX2に平行な光束である。従っ
て、集光レンズ19で集光されて光電変換素子20の検
出面20aに形成される像は点像となる。
FIG. 6 is a perspective view showing an example of the shape of the transmission rod 40. FIG. 6A is a perspective view of a cylindrical transmissive rod 41 having a circular cross-sectional shape, and FIG. 6B is a perspective view of a rectangular rod-shaped transmissive rod 42 having a rectangular cross-sectional shape. When the transmitting rod 41 shown in FIG. 6A is used as the transmitting rod 40 in FIG. 5, when the surface WS of the wafer W matches the imaging plane of the projection optical system PL, The light beam passing through the objective lens 17 is perpendicularly incident on the incident end 41a of the transmissive rod 41, and the light beam emitted from the exit surface 41b is a light beam parallel to the optical axis AX2. Therefore, the image converged by the condenser lens 19 and formed on the detection surface 20a of the photoelectric conversion element 20 becomes a point image.

【0049】一方、入射端41aに対してある角度をも
って光束が入射すると、入射角に応じた角度で分割され
て射出端41bから射出される。このとき、透過性ロッ
ド41の断面は円形形状であるため、射出される光束は
第1実施形態の光ファイバ18の射出端18bから射出
される光束と同様に円錐形状となる。よって、光電変換
素子20の検出面20aには円形形状の像が形成され
る。従って、検出面20bに形成される円形形状の像の
直径を検出すれば、投影光学系PLの結像面に対するウ
ェハWの表面WSのずれ量を求めることができる。
On the other hand, when the light beam enters the incident end 41a at a certain angle, it is split at an angle corresponding to the incident angle and emitted from the exit end 41b. At this time, since the cross section of the transmissive rod 41 is circular, the emitted light beam has a conical shape similarly to the light beam emitted from the emission end 18b of the optical fiber 18 of the first embodiment. Therefore, a circular image is formed on the detection surface 20a of the photoelectric conversion element 20. Therefore, if the diameter of the circular image formed on the detection surface 20b is detected, the amount of deviation of the surface WS of the wafer W from the imaging surface of the projection optical system PL can be obtained.

【0050】図6(b)に示した透過性ロッド42を図
5中の透過性ロッド40として用いた場合には、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
ときに、対物レンズ17を介した光束は透過性ロッド4
2の入射端42aに対して垂直に入射し、射出面42b
から射出される光束は光軸AX2に平行な光束である。
従って、集光レンズ19で集光されて光電変換素子20
の検出面20aに形成される像は点像となる。このよう
に、透過性ロッド40の入射端に光束が垂直に入射する
場合には、透過性ロッド40の断面形状に拘わらず、光
電変換素子20の検出面20bに形成される像は点像と
なる。
When the transmitting rod 42 shown in FIG. 6B is used as the transmitting rod 40 in FIG. 5, the surface WS of the wafer W matches the image forming plane of the projection optical system PL. Sometimes, the light beam passing through the objective lens 17 is
2 is perpendicularly incident on the incident end 42a of the
Is a light beam parallel to the optical axis AX2.
Therefore, the light is condensed by the condenser lens 19 and
The image formed on the detection surface 20a is a point image. As described above, when the light beam is vertically incident on the incident end of the transmissive rod 40, the image formed on the detection surface 20b of the photoelectric conversion element 20 is a point image regardless of the cross-sectional shape of the transmissive rod 40. Become.

【0051】入射端42aに対してある角度をもって光
束が入射すると、入射した光束は透過性ロッド42の上
面42c及び下面42dで反射される。従って、射出端
42bからは、入射端42aへの入射角に応じた角度で
光束が1方位へ射出される。射出端42bから射出され
た光束は集光レンズ19で集光されて、点像又は短い線
状の像が光電変換素子20の検出面20aに形成され
る。この透過性ロッド42を用いる場合には、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と
きに光電変換素子20の検出面20aに形成される像
(この像は点像である)の検出面20a内における位置
を原点として予め求めておき、この原点と形成される点
像又は短い線状の像との検出面20a内における距離を
検出すれば、投影光学系PLの結像面に対するウェハW
の表面WSのずれ量を求めることができる。
When a light beam enters the incident end 42a at a certain angle, the incident light beam is reflected by the upper surface 42c and the lower surface 42d of the transmissive rod 42. Therefore, the light beam is emitted from the emission end 42b in one direction at an angle corresponding to the angle of incidence on the incidence end 42a. The light beam emitted from the emission end 42b is condensed by the condenser lens 19, and a point image or a short linear image is formed on the detection surface 20a of the photoelectric conversion element 20. When this permeable rod 42 is used, the wafer W
The position of the image formed on the detection surface 20a of the photoelectric conversion element 20 (this image is a point image) within the detection surface 20a when the surface WS of the projection optical system PL coincides with the imaging surface of the projection optical system PL is defined as the origin. If the distance between the origin and the formed point image or short linear image in the detection surface 20a is detected, the wafer W with respect to the image formation surface of the projection optical system PL is obtained.
Of the surface WS can be obtained.

【0052】図6(c)は、入射端にハーフプリズム4
3cを備えた断面形状が矩形の四角柱形状の透過性ロッ
ド43の斜視図である。図6(c)において、透過性ロ
ッド43の入射端43aには半透過性部材としてのハー
フプリズム43cが設けられている。このハーフプリズ
ム43cは分割面DVが入射端43aに対して垂直とな
るように配置されているため、入射端43aに対して垂
直に入射する光束はハーフプリズム43cにより何ら影
響を受けない。しかしながら、入射端43aに対してあ
る角度をもって光束が入射すると、その光束の一部が分
割面DVで反射され、残りの光束は分割面DVを透過す
るため、入射端43aに入射した光束が分割される。
FIG. 6C shows a half prism 4 at the incident end.
It is a perspective view of the transparent rod 43 provided with 3c and having a rectangular prism shape in cross section. In FIG. 6C, a half prism 43c as a semi-transmissive member is provided at the incident end 43a of the transmissive rod 43. Since the half prism 43c is arranged such that the division surface DV is perpendicular to the incident end 43a, the light beam incident perpendicular to the incident end 43a is not affected by the half prism 43c at all. However, when a light beam enters the incident end 43a at a certain angle, a part of the light beam is reflected by the division surface DV, and the remaining light beam passes through the division surface DV. Is done.

【0053】図6(c)に示した透過性ロッド43を図
5中の透過性ロッド40として用いた場合には、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
ときに、対物レンズ17を介した光束は透過性ロッド4
3の入射端43aに対して垂直に入射するため、図7に
おいて実線で示すように、光束は透過性ロッド43内で
反射されずに射出面43bに至る。よって、射出面42
bから射出される光束は光軸AX2に平行な光束であ
る。図7は、透過性ロッド43内を伝播する光束の光路
を示す図である。従って、集光レンズ19で集光されて
光電変換素子20の検出面20aに形成される像は点像
となる。
When the transmitting rod 43 shown in FIG. 6C is used as the transmitting rod 40 in FIG. 5, the surface WS of the wafer W matches the image forming plane of the projection optical system PL. Sometimes, the light beam passing through the objective lens 17 is
7, the light beam is not reflected in the transmission rod 43 and reaches the exit surface 43b as shown by a solid line in FIG. Therefore, the emission surface 42
The light beam emitted from b is a light beam parallel to the optical axis AX2. FIG. 7 is a diagram illustrating an optical path of a light beam propagating in the transmissive rod 43. Therefore, the image converged by the condenser lens 19 and formed on the detection surface 20a of the photoelectric conversion element 20 becomes a point image.

【0054】一方、入射端43aに対してある角度をも
って光束が入射すると、図7中の破線で示したように、
入射した光束の一部がハーフプリズム43cの分割面D
Vで反射され、残りが分割面DVを透過することによっ
て分割される。分割された光束は透過性ロッド43の上
面43d及び下面43eで反射されて各々異なる光路を
介して透過性ロッド43内を伝播する。従って、射出端
43bからは、入射端43aの入射角に応じた角度で2
方位へ光束が射出される。射出端43bから射出された
光束は集光レンズ19で集光されて、2つの点像又は2
つの短い線状の像が光電変換素子20の検出面20aに
形成される。光電変換素子20の検出面20aに形成さ
れる2つの点像の距離又は2つの短い線状の像の距離を
検出すれば、投影光学系PLの結像面に対するウェハW
の表面WSのずれ量を求めることができる。
On the other hand, when a light beam enters the incident end 43a at a certain angle, as shown by a broken line in FIG.
Part of the incident light beam is divided by the split surface D of the half prism 43c.
The light is reflected by V, and the remainder is split by passing through the split surface DV. The split light flux is reflected by the upper surface 43d and the lower surface 43e of the transmissive rod 43, and propagates through the transmissive rod 43 via different optical paths. Therefore, from the exit end 43b, an angle corresponding to the incident angle of the incident end 43a is 2 °.
A light beam is emitted in the direction. The light beam emitted from the emission end 43b is condensed by the condensing lens 19 and becomes two point images or 2 points.
Two short linear images are formed on the detection surface 20 a of the photoelectric conversion element 20. If the distance between two point images or the distance between two short linear images formed on the detection surface 20a of the photoelectric conversion element 20 is detected, the wafer W with respect to the imaging surface of the projection optical system PL is detected.
Of the surface WS can be obtained.

【0055】図6(b)に示した透過性ロッド42を透
過性ロッド40として用いた場合には、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ときに光
電変換素子20の検出面20aに形成される像(この像
は点像である)の検出面20a内における位置を原点と
して予め求めておき、この原点と形成される1つの点像
又は1つの短い線状の像との検出面20a内における距
離を検出することによりウェハWの表面WSのずれ量を
求めていた。この方法を用いると、振動等の外乱により
原点の位置が変動することがあるため、検出誤差が生ず
る虞がある。しかしながら、図6(c)に示した透過性
ロッド43を透過性ロッド40として用いた場合には、
光電変換素子20の検出面20aに形成される2つの点
像の距離又は2つの短い線状の像の距離を検出して、投
影光学系PLの結像面に対するウェハWの表面WSのず
れ量を求めているため、振動等の外乱により検出面20
aが位置ずれしたとしても検出誤差は殆ど生じない。
When the transmitting rod 42 shown in FIG. 6B is used as the transmitting rod 40, photoelectric conversion is performed when the surface WS of the wafer W matches the imaging plane of the projection optical system PL. The position of the image formed on the detection surface 20a of the element 20 (this image is a point image) within the detection surface 20a is determined in advance as an origin, and one point image or one short line formed with the origin is formed. The shift amount of the surface WS of the wafer W has been obtained by detecting the distance between the shape image and the detection surface 20a. If this method is used, the position of the origin may fluctuate due to disturbance such as vibration, and thus a detection error may occur. However, when the permeable rod 43 shown in FIG. 6C is used as the permeable rod 40,
The distance between two point images or the distance between two short linear images formed on the detection surface 20a of the photoelectric conversion element 20 is detected, and the shift amount of the surface WS of the wafer W with respect to the imaging plane of the projection optical system PL is detected. Of the detection surface 20 due to disturbance such as vibration.
Even if a is displaced, a detection error hardly occurs.

【0056】以上、説明した本発明の第2実施形態によ
る面位置検出装置によれば、第1実施形態による面位置
検出装置と同様に、装置構成を極めて簡素化することが
できるとともに、低コスト化することもできる。また、
装置構成が簡素であるため面位置検出装置10の製造工
程も簡素化することができ、その結果として面位置検出
装置10の組み立て精度の低下を招くことはない。更
に、光路周辺の大気等のゆらぎによる検出精度の悪化を
引き起こすこともなく、発熱の影響を防止するための排
気装置も必要としないので、振動による検出精度の悪化
が生じない。
As described above, according to the surface position detecting device according to the second embodiment of the present invention, similarly to the surface position detecting device according to the first embodiment, the configuration of the device can be extremely simplified, and the cost can be reduced. It can also be converted. Also,
Since the device configuration is simple, the manufacturing process of the surface position detection device 10 can also be simplified, and as a result, the assembly accuracy of the surface position detection device 10 does not decrease. Further, the detection accuracy is not deteriorated due to the fluctuation of the atmosphere or the like around the optical path, and an exhaust device for preventing the influence of heat generation is not required, so that the detection accuracy is not deteriorated due to the vibration.

【0057】〔第3実施形態による面位置検出装置〕図
8は、本発明の第3実施形態による面位置検出装置を備
える本発明の第3実施形態による露光装置の構成を示す
正面図である。尚、図8においては、図5に示した本発
明の第2実施形態による面位置検出装置及び露光装置が
備える部材と同一の部材には同一の符号を付してある。
図8に示した本発明の第3実施形態による面位置検出装
置が図5に示した本発明の第2実施形態による面位置検
出装置と異なる点は、受光光学系10b内に設けられた
透過性ロッド40に代えてハーフプリズム50を設けた
点である。
[Surface Position Detecting Apparatus According to Third Embodiment] FIG. 8 is a front view showing the structure of an exposure apparatus according to a third embodiment of the present invention including a surface position detecting apparatus according to the third embodiment of the present invention. . In FIG. 8, the same members as those of the surface position detecting device and the exposure device according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals.
The surface position detecting device according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. 8 differs from the surface position detecting device according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. A half prism 50 is provided in place of the sex rod 40.

【0058】このハーフプリズム50の入射端は、受光
光学系10bの瞳空間に配置され、且つ対物レンズ17
の後側焦点位置又はその近傍の位置に配置される。ま
た、ハーフプリズム50の少なくとも入射端は光軸AX
1に対して直交するよう配置される。このハーフプリズ
ム50は入射端に入射する光束の入射角度に応じて光束
を2方位に分割するために設けられる。図6(c)及び
図7に示した透過性ロッド43の入射端43aにもハー
フプリズム43cが設けられていたが、入射端に入射す
る光束の入射角度に応じて光束を2方位に分割するため
だけであれば、ハーフプリズム50のみで良い。尚、ハ
ーフプリズム50の分割面はハーフプリズム43cの分
割面DVと同様に入射端に対して直交して形成されてい
る。よって、光束が入射端に対して垂直に入射する場合
は、分割されずにハーフプリズム50を透過するので、
集光レンズ19で集光されて光電変換素子20の検出面
20aに形成される像は点像となる。
The entrance end of the half prism 50 is disposed in the pupil space of the light receiving optical system 10b, and the objective lens 17
Is located at or near the rear focal position. Further, at least the incident end of the half prism 50 has the optical axis AX.
1 are arranged orthogonal to each other. The half prism 50 is provided to split the light beam into two directions according to the incident angle of the light beam incident on the incident end. Although the half prism 43c is also provided at the incident end 43a of the transmissive rod 43 shown in FIGS. 6C and 7, the light beam is split into two directions according to the incident angle of the light beam incident on the incident end. For this purpose, only the half prism 50 is sufficient. The split surface of the half prism 50 is formed orthogonal to the incident end similarly to the split surface DV of the half prism 43c. Therefore, when the light beam is incident perpendicular to the incident end, the light beam passes through the half prism 50 without being divided,
The image condensed by the condenser lens 19 and formed on the detection surface 20a of the photoelectric conversion element 20 is a point image.

【0059】投影光学系PLの結像面に対するウェハW
の表面WSの位置ずれにより、光束がハーフプリズム5
0の入射端に対してある角度をもって入射すると、入射
した光束の一部がハーフプリズム50の分割面で反射さ
れ、残りが分割面を透過することによって分割され、入
射端における入射角に応じた角度で2方位へ光束が射出
される。射出された光束は集光レンズ19で集光され
て、2つの点像が光電変換素子20の検出面20aに形
成される。光電変換素子20の検出面20aに形成され
る2つの点像の距離を検出すれば、投影光学系PLの結
像面に対するウェハWの表面WSのずれ量を求めること
ができる。本実施形態によれば、第1実施形態及び第2
実施形態と同様の効果が得られる。
The wafer W with respect to the image plane of the projection optical system PL
Of the half prism 5 due to the displacement of the surface WS
When the light is incident on the incidence end at 0 at a certain angle, a part of the incident light beam is reflected by the split surface of the half prism 50, and the rest is split by transmitting through the split surface, and is divided according to the incident angle at the incident end. Light beams are emitted in two directions at angles. The emitted light flux is condensed by the condenser lens 19, and two point images are formed on the detection surface 20 a of the photoelectric conversion element 20. If the distance between the two point images formed on the detection surface 20a of the photoelectric conversion element 20 is detected, the shift amount of the surface WS of the wafer W with respect to the imaging plane of the projection optical system PL can be obtained. According to the present embodiment, the first embodiment and the second embodiment
The same effects as in the embodiment can be obtained.

【0060】〔第1実施形態〜第3実施形態による面位
置検出装置の変形例〕次に、本発明の第1実施形態〜第
3実施形態による面位置検出装置の変形例について説明
する。図9は、第1実施形態〜第3実施形態による面位
置検出装置の変形例を説明するための図である。以上説
明した本発明の第1実施形態〜第3実施形態による面位
置検出装置は何れもウェハWの表面WSが投影光学系P
Lの結像面に合致している場合に、分割手段としての光
ファイバ18(図1参照)、透過性ロッド40(図5参
照)、及びハーフプリズム50(図8参照)からは光軸
AX2に平行な光束が射出され、光電変換素子20の検
出面には点像が形成される。一方、投影光学系PLの結
像面に対してウェハWの表面WSの位置がずれている場
合には、例えば第1実施形態の場合を例に挙げると、光
電変換素子20の検出面20aに形成される像Im1の
直径φが投影光学系PLの結像面に対するウェハWの表
面WSのずれ量に応じて変化する。
[Modifications of Surface Position Detecting Apparatus According to First to Third Embodiments] Next, modifications of the surface position detecting apparatuses according to the first to third embodiments of the present invention will be described. FIG. 9 is a diagram for explaining a modification of the surface position detecting device according to the first to third embodiments. In any of the surface position detecting devices according to the first to third embodiments of the present invention described above, the surface WS of the wafer W is
When the optical axis AX2 coincides with the image plane of L, the optical fiber 18 (see FIG. 1), the transmitting rod 40 (see FIG. 5) and the half prism 50 (see FIG. Are emitted, and a point image is formed on the detection surface of the photoelectric conversion element 20. On the other hand, when the position of the surface WS of the wafer W is displaced with respect to the imaging plane of the projection optical system PL, for example, in the case of the first embodiment, the detection surface 20a of the photoelectric conversion element 20 The diameter φ of the formed image Im1 changes according to the amount of deviation of the surface WS of the wafer W from the image plane of the projection optical system PL.

【0061】よって、ウェハWの表面Wの位置と像Im
1の直径φとの関係は図9(a)に示した関係となる。
尚、図9(a)において、ウェハWの表面の位置が0と
なる位置は、ウェハWの表面が投影光学系PLの結像面
と合致する位置である。図9(a)に示すように、ウェ
ハWの表面WSの位置が投影光学系PLの結像面と合致
している場合には、検出面20aには1つの点像のみが
形成されるため像Im1の直径が最小となる。そして、
投影光学系PLの結像面に対するウェハWの表面WSの
位置のずれ量が大きくなるに従い検出面20aに形成さ
れる像Im1の直径が大きくなる。
Therefore, the position of the surface W of the wafer W and the image Im
The relationship between 1 and the diameter φ is as shown in FIG.
In FIG. 9A, the position where the position of the surface of the wafer W becomes 0 is a position where the surface of the wafer W coincides with the imaging plane of the projection optical system PL. As shown in FIG. 9A, when the position of the surface WS of the wafer W matches the imaging plane of the projection optical system PL, only one point image is formed on the detection surface 20a. The diameter of the image Im1 is minimized. And
The diameter of the image Im1 formed on the detection surface 20a increases as the amount of deviation of the position of the surface WS of the wafer W from the imaging plane of the projection optical system PL increases.

【0062】ウェハWの表面WSの位置が投影光学系P
Lの結像面に対してΔZだけ上方向(+Z軸方向)にず
れている場合に光ファイバ18の入射端に入射する光束
の入射角の大きさと、投影光学系PLの結像面に対して
ΔZだけ下方向(−Z軸方向)にずれている場合に光フ
ァイバ18の入射端に入射する光束の入射角の大きさと
は同じになる。従って、上記の双方の場合においては光
電検出器20の検出面20aに形成される像Im1の直
径φが同一となるため、像Im1の直径φの検出結果か
らは投影光学系PLに対するウェハWの表面WSのずれ
量を求めることができるが、ウェハWSが投影光学系P
Lの検出面に対して上方向へずれているのか又は下方向
へずれているのかを判定することはできない。
The position of the surface WS of the wafer W is determined by the projection optical system P
When it is shifted upward (+ Z-axis direction) by ΔZ with respect to the image plane of L, the magnitude of the incident angle of the light beam incident on the incident end of the optical fiber 18 and the image plane of the projection optical system PL When the light beam is shifted downward by ΔZ (−Z-axis direction), the incident angle of the light beam incident on the incident end of the optical fiber 18 becomes the same. Accordingly, in both cases, the diameter φ of the image Im1 formed on the detection surface 20a of the photoelectric detector 20 is the same. Although the amount of displacement of the surface WS can be determined, the wafer WS
It is impossible to determine whether the detection plane L is shifted upward or downward.

【0063】そこで、光軸AX1に対して光ファイバ1
8の入射端18aが垂直となるように配置するのではな
く、図9(b)に示すように光ファイバ18の入射端1
8bが光軸AX1に対して角度δをなすように配置す
る。この角度δは、面位置検出装置10の検出範囲(ど
の程度のずれ量まで検出するかを設定した範囲)に基づ
いて適宜設定される。光ファイバ18の入射端18aを
図9(b)に示したように配置した場合には、ウェハW
の表面WSが投影光学系PLの結像面に合致して光軸A
X1に平行な光束が入射した場合であっても、この光束
の光ファイバ18の入射端18aに対する入射角はδで
あるため、図9(c)に示すように、光電変換素子20
の検出面20aにはある直径Φ1を有する円形形状の像
が形成される。また、検出面20aに形成される像の直
径は、投影光学系PLの結像面からのずれ量のみなら
ず、ウェハWのずれ方向に応じて1対1に変化するた
め、検出面20aに形成された像の直径から投影光学系
PLに対するウェハWの表面Wの位置を一義的に求める
ことができる。以上第1実施形態を例に挙げて説明した
事項は、第2実施形態及び第3実施形態にも適用するこ
とが可能である。
Therefore, the optical fiber 1 is moved with respect to the optical axis AX1.
Instead of being arranged so that the incident end 18a of the optical fiber 8 is vertical, as shown in FIG.
8b is arranged so as to form an angle δ with the optical axis AX1. The angle δ is appropriately set based on the detection range of the surface position detection device 10 (the range in which the amount of shift is detected). When the incident end 18a of the optical fiber 18 is arranged as shown in FIG.
Surface WS coincides with the image plane of projection optical system PL and optical axis A
Even when a light beam parallel to X1 is incident, the incident angle of this light beam with respect to the incident end 18a of the optical fiber 18 is δ, and therefore, as shown in FIG.
A circular image having a certain diameter Φ1 is formed on the detection surface 20a. Further, since the diameter of the image formed on the detection surface 20a changes not only by the amount of displacement of the projection optical system PL from the image formation surface but also by the direction of displacement of the wafer W, the diameter of the image changes on the detection surface 20a. The position of the surface W of the wafer W with respect to the projection optical system PL can be uniquely obtained from the diameter of the formed image. The matters described by taking the first embodiment as an example can be applied to the second embodiment and the third embodiment.

【0064】〔第4実施形態による面位置検出装置〕次
に、本発明の第4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。図10は、本発明の第4実施形態に
よる面位置検出装置を備える本発明の第4実施形態によ
る露光装置の構成を示す正面図である。尚、図10にお
いては、図1に示した本発明の第1実施形態による面位
置検出装置及び露光装置が備える部材と同一の部材には
同一の符号を付してある。図1を用いて説明した本発明
の第1実施形態による面位置検出装置は、照射光学系1
0a内に矩形形状の微小なピンホールが形成されたパタ
ーン板13aを配置して、ウェハWの表面WSの一点に
矩形形状の像SL,SL0を検出光DLとして照射して
いたが(図3参照)、本実施形態による面位置検出装置
は、ウェハWの表面WSに複数の像を検出光DLとして
照射することにより検出点を複数に設定した点がまず相
違する。
[Surface Position Detecting Device According to Fourth Embodiment] Next, a surface position detecting device according to a fourth embodiment of the present invention will be described in detail. FIG. 10 is a front view showing a configuration of an exposure apparatus according to a fourth embodiment of the present invention including the surface position detecting device according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 10, the same members as those of the surface position detecting device and the exposure device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. The surface position detecting device according to the first embodiment of the present invention described with reference to FIG.
A rectangular pattern SL, SL0 is irradiated as a detection light DL at one point on the surface WS of the wafer W by arranging a pattern plate 13a in which minute rectangular pinholes are formed within 0a (FIG. 3). The surface position detecting apparatus according to the present embodiment is different from the surface position detecting apparatus according to the present embodiment in that a plurality of images are irradiated on the surface WS of the wafer W as detection light DL to set a plurality of detection points.

【0065】ウェハWの表面WSの複数の像を検出光D
Lとして照射するために、本実施形態の面位置検出装置
は、第1実施形態で設けられていたパターン板13aに
代えて格子状に配列された矩形形状の透過部を形成した
パターン板13bを照射光学系10a内に設けている。
尚、本実施形態では、パターン板13bに形成されたパ
ターン(透光部)が5つであり、このパターンの像が図
22に示した検出領域DA内に像SL1〜SL5として
結像するものとする。
A plurality of images of the surface WS of the wafer W are detected by the detection light D
In order to irradiate the light as L, the surface position detection device of the present embodiment uses a pattern plate 13b in which rectangular transmission parts arranged in a grid are formed instead of the pattern plate 13a provided in the first embodiment. It is provided in the irradiation optical system 10a.
In the present embodiment, there are five patterns (light-transmitting portions) formed on the pattern plate 13b, and images of these patterns are formed as images SL1 to SL5 in the detection area DA shown in FIG. And

【0066】また、第1実施形態では、ウェハWの表面
WSに設定された1つの検出点(矩形形状の像SL0が
照射される点)に対して受光光学系10b内に光ファイ
バ18、集光レンズ19、及び光電変換素子20を設け
ていたが、本実施形態では複数の検出点各々に対して分
割手段としての光ファイバ、集光レンズ、及び光電変換
素子を備えた点が相違する。図10中に示した光ファイ
バ61a、集光レンズ62a、及び光電変換素子63a
は、像SL4が照射される検出点に対して設けられ、フ
ァイバ61c、集光レンズ62c、及び光電変換素子6
3cは、像SL3が照射される検出点に対して設けら
れ、ファイバ61d、集光レンズ62d、及び光電変換
素子63dは、像SL1が照射される検出点に対して設
けられている。尚、像SL2及び像SL5が照射される
検出点に対して設けられている光ファイバ、集光レン
ズ、及び光電変換素子は図示を省略している。
Further, in the first embodiment, the optical fiber 18 and the converging point are set in the light receiving optical system 10b with respect to one detection point (point irradiated with the rectangular image SL0) set on the surface WS of the wafer W. Although the optical lens 19 and the photoelectric conversion element 20 are provided, the present embodiment is different in that an optical fiber, a condenser lens, and a photoelectric conversion element as a dividing unit are provided for each of a plurality of detection points. The optical fiber 61a, the condenser lens 62a, and the photoelectric conversion element 63a shown in FIG.
Is provided for a detection point to which the image SL4 is irradiated, and includes a fiber 61c, a condenser lens 62c, and a photoelectric conversion element 6.
3c is provided for a detection point irradiated with the image SL3, and the fiber 61d, the condenser lens 62d, and the photoelectric conversion element 63d are provided for a detection point irradiated with the image SL1. In addition, the optical fiber, the condenser lens, and the photoelectric conversion element provided for the detection point irradiated with the image SL2 and the image SL5 are not shown.

【0067】光ファイバ61a,61c,61dは、第
1実施形態において説明した光ファイバ18と同様の機
能を有し、光ファイバ18と同様の目的で設けられる。
また、集光レンズ62a,62c,62dも第1実施形
態において説明した集光レンズ19と同様の目的で設け
られ、光電検出器63a,63c,63dも第1実施形
態の光電検出器20と同様の目的で設けられる。また、
図10の受光光学系10b内には光軸AX1を折り曲げ
るための固定ミラー60が設けられる。この固定ミラー
60は面位置検出装置10の構成上、光軸AX1を折り
曲げる必要がないときは省略することができる。
The optical fibers 61a, 61c and 61d have the same function as the optical fiber 18 described in the first embodiment, and are provided for the same purpose as the optical fiber 18.
The condenser lenses 62a, 62c, and 62d are also provided for the same purpose as the condenser lens 19 described in the first embodiment, and the photoelectric detectors 63a, 63c, and 63d are similar to the photoelectric detector 20 of the first embodiment. It is provided for the purpose of. Also,
A fixed mirror 60 for bending the optical axis AX1 is provided in the light receiving optical system 10b of FIG. The fixed mirror 60 can be omitted when the optical axis AX1 does not need to be bent due to the configuration of the surface position detecting device 10.

【0068】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場合、像SL3が照射される検出点
は受光光学系10bの光軸AX1上に設定されるため、
光ファイバ61cの入射端は固定ミラー60により折り
曲げられた光軸AX1に対して垂直に配置される。一
方、像SL1,SL2,SL4,SL5が照射される検
出点は受光光学系10bの光軸AX1上に配置されない
ため、ウェハWの表面WSが投影光学系PLの結像面に
合致していても、これらの検出点からの反射光は光軸A
X1外の光路を介して対物レンズ17に入射し、受光光
学系10b内の瞳空間において光軸AX1に対してある
角度をなす。この角度はウェハWの表面内における検出
点の位置ずれに応じたものである。ウェハWの表面WS
が投影光学系PLの結像面に合致した状態で生ずる瞳空
間内における角度に起因する検出誤差を排除するため、
光ファイバ61c以外の光ファイバ61a,61d等は
光軸AX1に対してある角をもつ光束の進行方向に対し
て垂直となるようにその入射端が配置される。
When the surface WS of the wafer W coincides with the image plane of the projection optical system PL, the detection point at which the image SL3 is irradiated is set on the optical axis AX1 of the light receiving optical system 10b.
The incident end of the optical fiber 61c is disposed perpendicular to the optical axis AX1 bent by the fixed mirror 60. On the other hand, since the detection points irradiated with the images SL1, SL2, SL4, and SL5 are not arranged on the optical axis AX1 of the light receiving optical system 10b, the surface WS of the wafer W matches the image plane of the projection optical system PL. Also, the reflected light from these detection points
The light enters the objective lens 17 via an optical path outside X1, and forms an angle with the optical axis AX1 in the pupil space in the light receiving optical system 10b. This angle corresponds to the displacement of the detection point on the surface of the wafer W. Surface WS of wafer W
In order to eliminate a detection error caused by an angle in the pupil space that occurs in a state where is coincident with the imaging plane of the projection optical system PL,
The incident ends of the optical fibers 61a, 61d and the like other than the optical fiber 61c are arranged so as to be perpendicular to the traveling direction of the light beam having a certain angle with respect to the optical axis AX1.

【0069】ウェハWの表面WSが投影光学系PLに合
致していない場合には、検出点各々のずれ量に応じた直
径を有する円形形状の像が光電変換素子63a,63
c,63等の検出面に形成される。光電変換素子63
a,63c,63等の検出結果は検出系31に出力さ
れ、検出された各円形形状像の直径に基づいて検出点各
々における投影光学系PLの結像面からのずれ量、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)が算出される。算出されたずれ量は主制御系30に
出力される。主制御系30は、検出系31から出力され
る各検出点のずれ量に応じてステージ駆動系32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〜4cを駆動させてウェハWの表面WSのZ軸方向
の位置又は姿勢の少なくとも一方を制御してウェハWの
表面WSを投影光学系PLの結像面に合わせ込ませる。
If the surface WS of the wafer W does not match the projection optical system PL, a circular image having a diameter corresponding to the amount of displacement of each detection point is converted into a photoelectric conversion element 63a, 63.
C, 63, etc. are formed on the detection surface. Photoelectric conversion element 63
The detection results of a, 63c, 63, etc. are output to the detection system 31, and based on the detected diameter of each circular image, the amount of deviation from the imaging plane of the projection optical system PL at each detection point, and thus the wafer W The posture of the surface WS (such as the inclination with respect to the optical axis AX) is calculated. The calculated shift amount is output to the main control system 30. The main control system 30 outputs a control signal to the stage drive system 32 according to the shift amount of each detection point output from the detection system 31 to drive the three support points 4 a to 4 c of the wafer stage 3. By controlling at least one of the position or posture of the surface WS of the wafer W in the Z-axis direction, the surface WS of the wafer W is adjusted to the image plane of the projection optical system PL.

【0070】以上、説明した本発明の第4実施形態によ
る面位置検出装置によれば、第1実施形態による面位置
検出装置と同様に、装置構成を簡素化することができる
とともに、ウェハWの表面WSに複数の検出点を設定し
て一度に複数の検出点におけるずれ量を求めることがで
きる。また、第1実施形態〜第3実施形態と同様に、装
置構成が簡素であるため面位置検出装置10の製造工程
も簡素化することができ、その結果として面位置検出装
置10の組み立て精度の低下を招くことはない。更に、
光路周辺の大気等のゆらぎによる検出精度の悪化を引き
起こすこともなく、発熱の影響を防止するための排気装
置も必要としないので、振動による検出精度の悪化が生
じない。
According to the surface position detecting device according to the fourth embodiment of the present invention described above, the structure of the device can be simplified and the wafer W can be formed in the same manner as the surface position detecting device according to the first embodiment. By setting a plurality of detection points on the front surface WS, it is possible to obtain the shift amounts at the plurality of detection points at once. Further, as in the first to third embodiments, the device configuration is simple, so that the manufacturing process of the surface position detecting device 10 can be simplified, and as a result, the assembling accuracy of the surface position detecting device 10 can be reduced. There is no drop. Furthermore,
The detection accuracy does not deteriorate due to the fluctuation of the atmosphere around the optical path, and the exhaust device for preventing the influence of heat generation is not required. Therefore, the detection accuracy does not deteriorate due to the vibration.

【0071】また、本実施形態では、ウェハWの表面W
Sの位置を検出するために、従来のように、受光側パタ
ーン板120a(図20参照)に形成されている格子パ
ターンに対してウェハWの表面で反射された光を振動さ
せて光変調信号を得る必要がない。よって、照射光学系
10a内に設けられるパターン板13bに形成するパタ
ーン形状の自由度が高いため、各検出点に照射する像S
L1〜SL5の形状を従来よりは自由に設定することが
できる。その結果としてウェハWの表面内における検出
点を等方的に拡大することができるため、ウェハWの表
面の荒れに等に起因する面位置の検出誤差の悪化を防止
することができる。
In this embodiment, the surface W of the wafer W is
In order to detect the position of S, the light reflected on the surface of the wafer W is vibrated with respect to the lattice pattern formed on the light receiving side pattern plate 120a (see FIG. 20) as in the related art, and the light modulation signal You don't need to get Therefore, since the degree of freedom of the pattern shape formed on the pattern plate 13b provided in the irradiation optical system 10a is high, the image S irradiated on each detection point is high.
The shapes of L1 to SL5 can be set more freely than before. As a result, the number of detection points in the surface of the wafer W can be isotropically increased, so that it is possible to prevent the detection error of the surface position from being deteriorated due to the roughness of the surface of the wafer W.

【0072】〔第5実施形態による面位置検出装置〕図
11は、本発明の第5実施形態による面位置検出装置を
備える本発明の第5実施形態による露光装置の構成を示
す正面図である。尚、図11においては、図10に示し
た本発明の第4実施形態による面位置検出装置及び露光
装置が備える部材と同一の部材には同一の符号を付して
ある。図10を用いて説明した本発明の第4実施形態に
よる面位置検出装置は、パターン板13bに形成された
パターンの像を集光レンズ14及び対物レンズ16を用
いてウェハW上の各検出点に照射していたが、本実施形
態では集光レンズ14に代えてレンズアレイ70を備
え、更に対物レンズ16に代えてレンズアレイ72を備
える点がまず相違する。
[Surface Position Detecting Apparatus According to Fifth Embodiment] FIG. 11 is a front view showing the configuration of an exposure apparatus according to a fifth embodiment of the present invention including a surface position detecting apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. . In FIG. 11, the same members as those of the surface position detecting device and the exposure device according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals. The surface position detecting device according to the fourth embodiment of the present invention described with reference to FIG. 10 uses the condensing lens 14 and the objective lens 16 to convert the image of the pattern formed on the pattern This embodiment is different from the first embodiment in that a lens array 70 is provided instead of the condenser lens 14 and a lens array 72 is provided instead of the objective lens 16.

【0073】レンズアレイ70、72にはウェハWの表
面WSに設定される各検出点のそれぞれに応じたレンズ
が形成されている。つまり、レンズアレイ70は、パタ
ーン板13bと反射板15との間であって、パターン板
13bに形成されたパターンの像各々が各レンズを通過
するようにレンズが形成されて配置されている。同様
に、レンズアレイ72は、反射板15とウェハWの表面
WSとの間であって、パターン板13bに形成されたパ
ターンの像各々が各レンズを通過するようにレンズが形
成されて配置されている。尚、反射板15とレンズアレ
イ72との間には、パターン板13bとウェハWの表面
WSとの間におけるパターン板13bの各パターンの像
の光路長を補正するための光路長補正部材71が設けら
れている。この光路長補正部材71は、例えばガラス等
により形成されており、各像の光路長の差に応じてその
厚みが設定されている。
Lenses corresponding to the respective detection points set on the surface WS of the wafer W are formed on the lens arrays 70 and 72. That is, the lens array 70 is located between the pattern plate 13b and the reflection plate 15, and is formed with lenses so that each image of the pattern formed on the pattern plate 13b passes through each lens. Similarly, the lens array 72 is provided with lenses formed between the reflector 15 and the surface WS of the wafer W such that each image of the pattern formed on the pattern plate 13b passes through each lens. ing. Note that an optical path length correction member 71 for correcting the optical path length of each pattern image of the pattern plate 13b between the pattern plate 13b and the surface WS of the wafer W is provided between the reflection plate 15 and the lens array 72. Is provided. The optical path length correction member 71 is made of, for example, glass or the like, and the thickness thereof is set according to the difference in the optical path length of each image.

【0074】また、図10に示した第4実施形態による
面位置検出装置は、ウェハWの表面WSからの反射光を
対物レンズ17で受光するようにしていたが、本実施形
態では、対物レンズ17に代えてレンズアレイ73を設
けている点が相違する。レンズアレイ73にはウェハW
の表面WSに設定される各検出点のそれぞれに対応した
レンズ(複数の集束光学系)が形成されている。また、
レンズアレイ73に形成されている各レンズの光軸は光
軸AX1に平行に設定され、且つウェハWの表面WSに
設定された各検出点SL1〜SL5のほぼ中心を通るよ
うに設定されている。
Further, in the surface position detecting device according to the fourth embodiment shown in FIG. 10, the reflected light from the surface WS of the wafer W is received by the objective lens 17, but in this embodiment, the objective lens is The difference is that a lens array 73 is provided instead of 17. The lens array 73 has a wafer W
(A plurality of focusing optical systems) corresponding to each of the detection points set on the surface WS. Also,
The optical axis of each lens formed in the lens array 73 is set to be parallel to the optical axis AX1, and is set so as to pass substantially the center of each of the detection points SL1 to SL5 set on the surface WS of the wafer W. .

【0075】図12は、レンズアレイ72を介してウェ
ハWの表面上に像を照射し、ウェハWの表面からの反射
をレンズアレイ73で受光する様子を示す図である。図
12に示した例では、レンズアレイ72には5つのレン
ズ72a〜72eが格子状に形成されており、レンズア
レイ73にも同様に5つのレンズ73a〜73eが格子
状に形成されている。また、図12から分かるように、
レンズアレイ72に形成されるレンズ72a〜72e及
びレンズアレイ73に形成されるレンズ73a〜73e
は、ウェハWの各検出点(図12においては、像SL1
〜像SL5が照射される位置の中心)に対応するように
配置されている。尚、図12において、レンズアレイ7
2のレンズ72a〜72e以外の斜線を付した部分及び
レンズアレイ73のレンズ73a〜73e以外の斜線を
付した部分は、検出点が図示のように設定されている場
合に、検出光DLの照射又は反射光の受光のために使用
されない部分である。尚、これらの部分にもレンズが形
成されていても良い。
FIG. 12 is a view showing a state in which an image is radiated onto the surface of the wafer W via the lens array 72, and the reflection from the surface of the wafer W is received by the lens array 73. In the example shown in FIG. 12, five lenses 72a to 72e are formed in a lattice shape in the lens array 72, and five lenses 73a to 73e are similarly formed in a lattice shape in the lens array 73. Also, as can be seen from FIG.
Lenses 72a to 72e formed in lens array 72 and lenses 73a to 73e formed in lens array 73
Are the detection points of the wafer W (in FIG. 12, the image SL1
(The center of the position where the image SL5 is irradiated). In FIG. 12, the lens array 7
The hatched portions other than the second lenses 72a to 72e and the hatched portions other than the lenses 73a to 73e of the lens array 73 are irradiated with the detection light DL when the detection points are set as illustrated. Or, it is a portion not used for receiving reflected light. Incidentally, a lens may be formed in these portions.

【0076】図11に戻り、本実施形態では、図10中
の光ファイバ61a,61c,61dに代えて光ファイ
バ75a,75c,75dを備え、集光レンズ62a,
62c,62dに代えてレンズアレイ76を備え、更に
光電変換素子63a,63c,63dに代えて光電変換
素子77を備えている点が異なる。光ファイバ75aは
像SL1が照射される検出点に、光ファイバ75cは像
SL3が照射される検出点に、光ファイバ75dは像S
L4が照射される検出点に対応してそれぞれ設けられ
る。尚、図11では像SL2及び像SL5が照射される
検出点に対して設けられている光ファイバは図示を省略
している。
Returning to FIG. 11, in the present embodiment, optical fibers 75a, 75c, and 75d are provided instead of the optical fibers 61a, 61c, and 61d in FIG.
The difference is that a lens array 76 is provided instead of 62c and 62d, and a photoelectric conversion element 77 is provided instead of the photoelectric conversion elements 63a, 63c and 63d. The optical fiber 75a is at the detection point where the image SL1 is irradiated, the optical fiber 75c is at the detection point where the image SL3 is irradiated, and the optical fiber 75d is the image S.
L4 is provided corresponding to each of the detection points to be irradiated. In FIG. 11, the optical fibers provided for the detection points irradiated with the images SL2 and SL5 are not shown.

【0077】上記光ファイバ75a,75c,75d等
の基本的な機能は図10に示した光ファイバ61a,6
1c,61d等と同様である。しかしながら、本実施形
態ではウェハWの表面WSに設定された各検出点からの
反射光をレンズアレイ73に形成された各レンズで受光
するようにしており、また図10に示した第4実施形態
とは異なりウェハ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、各検出点からの反射光
が瞳空間において光軸AX1と平行となるため、各光フ
ァイバ75a,75c,75d等の入射端はレンズアレ
イ73に形成された対応するレンズの光軸に対して直交
するように配置される。尚、レンズアレイ73と光ファ
イバ75a,75c,75d等の入射面との間には、ウ
ェハWの表面WSに設定された各検出点と光ファイバ7
5a,75c,75d等の入射面との間における反射光
の光路長を補正するための光路長補正部材74が設けら
れている。この光路長補正部材74は、例えばガラス等
により形成されており、各反射光の光路長の差に応じて
その厚みが設定されている。
The basic functions of the optical fibers 75a, 75c and 75d are the same as those of the optical fibers 61a and 61 shown in FIG.
This is the same as 1c, 61d and the like. However, in this embodiment, the reflected light from each detection point set on the surface WS of the wafer W is received by each lens formed in the lens array 73, and the fourth embodiment shown in FIG. Unlike the above, when the surface WS of the wafer W coincides with the image plane of the projection optical system PL, the reflected light from each detection point is parallel to the optical axis AX1 in the pupil space, so that each optical fiber 75a, The incident ends of 75c, 75d, etc. are arranged so as to be orthogonal to the optical axes of the corresponding lenses formed in the lens array 73. In addition, between the lens array 73 and the incident surface of the optical fibers 75a, 75c, 75d, etc., each detection point set on the surface WS of the wafer W and the optical fiber 7
An optical path length correction member 74 for correcting the optical path length of the reflected light between the incident surfaces such as 5a, 75c, and 75d is provided. The optical path length correction member 74 is made of, for example, glass or the like, and its thickness is set according to the difference in the optical path length of each reflected light.

【0078】レンズアレイ76にはレンズアレイ73と
同様に、ウェハWの表面WSに設定される各検出点のそ
れぞれに対応したレンズ(複数の集束光学系)が形成さ
れている。また、レンズアレイ76に形成されている各
レンズはその光軸が互いに平衡となるように設定されて
いる。上記光ファイバ75a,75c,75d等の射出
端はレンズアレイ76に形成されている各レンズの光軸
と直交するように配置さる。光電変換素子77は、光電
変換素子20と同様に検出面77aにおける光の照射位
置を検出するポジションセンサ又は検出面77aに結像
する光学像を画像信号に変換するイメージセンサである
が、その検出面77aがウェハWの表面WSに設定され
る各検出点のそれぞれに対応した複数の検出領域に分割
されている点が異なる。つまり、前述の光電変換素子2
0aは検出面20aに入射した光の検出面20a内にお
ける位置を検出するが、光電変換素子77は検出面77
aに入射する光の各検出領域内における位置を検出する
点が相違する。光電変換素子77の検出面77a内に設
けられた各検出領域は、レンズアレイ76に形成された
各レンズの後側焦点位置に配置される。
As in the lens array 73, lenses (a plurality of focusing optical systems) corresponding to the respective detection points set on the surface WS of the wafer W are formed in the lens array 76. Further, each lens formed in the lens array 76 is set so that its optical axis is balanced with each other. The emission ends of the optical fibers 75a, 75c, 75d and the like are arranged so as to be orthogonal to the optical axes of the lenses formed in the lens array 76. The photoelectric conversion element 77 is a position sensor that detects a light irradiation position on the detection surface 77a or an image sensor that converts an optical image formed on the detection surface 77a into an image signal, similarly to the photoelectric conversion element 20. The difference is that the surface 77a is divided into a plurality of detection regions corresponding to the respective detection points set on the front surface WS of the wafer W. That is, the aforementioned photoelectric conversion element 2
0a detects the position of the light incident on the detection surface 20a within the detection surface 20a.
The difference is that the position of the light incident on a in each detection area is detected. Each detection area provided in the detection surface 77 a of the photoelectric conversion element 77 is disposed at a rear focal position of each lens formed in the lens array 76.

【0079】パターン板13bに形成されたパターンの
像は互いに異なるレンズを介してレンズアレイ70を通
過し、更に互いに異なるレンズを介してレンズアレイ7
2を通過してウェハW上の各検出点SL1〜SL5に照
射される。また、各検出点からの反射光は各検出点SL
1〜SL5に対応して設けられたレンズを介してレンズ
アレイ73を通過し、更に各検出点SL1〜SL5に対
応して設けられた光ファイバ75a,75c,75d等
を通過する。その後、光ファイバ75a,75c,75
d等の射出端から射出された光は、各検出点SL1〜S
L5に対応して設けられたレンズを介してレンズアレイ
76を通過することにより集束され、光電変換素子77
の検出面77aに設けられた各検出領域に像が形成され
る。各検出領域に形成される像は投影光学系PLに対す
るウェハWの表面WSの一致ずれ量に応じて直径が変化
する円形形状の像である。光電変換素子77は、各検出
領域に形成される像の直径を検出して検出結果を検出系
31に出力する。検出系31は光電変換素子77から出
力される検出結果に基づいて、各検出点におけるずれ量
を算出する。尚、図11に示した例ではマイクロレンズ
アレイ73,76を共に備えた例について説明したが、
これらの内の一方を図1に示した対物レンズ17又は集
光レンズ19とした構成であっても良い。
The image of the pattern formed on the pattern plate 13b passes through the lens array 70 via different lenses, and further passes through the lens array 7 via different lenses.
Then, the light is irradiated to each of the detection points SL1 to SL5 on the wafer W after passing through the wafer W. Also, the reflected light from each detection point is converted to each detection point SL
The light passes through the lens array 73 via lenses provided corresponding to 1 to SL5, and further passes through optical fibers 75a, 75c, 75d provided for the respective detection points SL1 to SL5. Thereafter, the optical fibers 75a, 75c, 75
The light emitted from the emission end such as d is detected at each of the detection points SL1 to SL
The light is focused by passing through a lens array 76 via a lens provided corresponding to L5, and the photoelectric conversion element 77
An image is formed in each detection area provided on the detection surface 77a. The image formed in each detection area is a circular image whose diameter changes in accordance with the amount of misalignment of the surface WS of the wafer W with respect to the projection optical system PL. The photoelectric conversion element 77 detects the diameter of an image formed in each detection area and outputs a detection result to the detection system 31. The detection system 31 calculates a shift amount at each detection point based on the detection result output from the photoelectric conversion element 77. In the example shown in FIG. 11, an example in which both the micro lens arrays 73 and 76 are provided has been described.
One of these may be configured as the objective lens 17 or the condenser lens 19 shown in FIG.

【0080】以上説明した本発明の第5実施形態によれ
ば、照射光学系10a内に複数のレンズが形成されたレ
ンズアレイ70,72を設けて、ウェハW上の各検出点
に照射される像SL1〜SL5各々がレンズアレイ7
0,72の異なるレンズを通過するように配置したの
で、集光レンズ114及び対物レンズ116(図20参
照)を用いてウェハW上に像を照射する従来の面位置検
出装置に比べて検出領域DAの中央部における像SL3
の結像特性と周辺部における像の結像特性とをほぼ同一
にすることができる。更に、本実施形態では受光光学系
10b内に複数のレンズが形成されたレンズアレイ73
を設けて各検出点からの反射光がレンズアレイ73の異
なるレンズを通過するように配置したので、収差による
影響を少なくすることができる。その結果、検出領域D
A全面に亘って良好な結像特性を確保しつつ検出領域D
Aを拡大することができるため、広範囲の検出領域DA
全面に亘って高い精度で面位置を検出することができ
る。
According to the fifth embodiment of the present invention described above, the irradiation optical system 10a is provided with the lens arrays 70 and 72 in which a plurality of lenses are formed, and each of the detection points on the wafer W is irradiated. Each of the images SL1 to SL5 is a lens array 7
0 and 72 different lenses, so that the detection area is smaller than that of a conventional surface position detection apparatus that irradiates an image on the wafer W using the condenser lens 114 and the objective lens 116 (see FIG. 20). Image SL3 at central part of DA
And the imaging characteristics of the image in the peripheral portion can be made substantially the same. Further, in the present embodiment, a lens array 73 in which a plurality of lenses are formed in the light receiving optical system 10b.
Is provided so that the reflected light from each detection point passes through a different lens of the lens array 73, so that the influence of aberration can be reduced. As a result, the detection area D
A Detecting area D while ensuring good imaging characteristics over the entire surface
A can be enlarged, so that a wide detection area DA
The surface position can be detected with high accuracy over the entire surface.

【0081】また、本実施形態によれば、照射光学系1
0a及び受光光学系10bの残存収差を補正する種々の
収差補正機構等を備える必要がないため、装置構成が簡
略化されるとともに、面位置検出装置10の組み立て工
程も簡単化される。その結果として面位置検出装置10
の組み立て精度の低下を低下させ、検出精度の悪化を招
くことはない。更に、第4実施形態と同様に、パターン
板13bに形成するパターン形状の自由度が高いため、
各検出点に照射する像SL1〜SL5の形状を従来より
は自由に設定することができる。その結果としてウェハ
Wの表面内における検出点を等方的に拡大することがで
きるため、ウェハWの表面の荒れに等に起因する面位置
の検出誤差の悪化を防止することができる。
According to the present embodiment, the irradiation optical system 1
Since it is not necessary to provide various aberration correction mechanisms for correcting the residual aberration of the light receiving optical system 10a and the light receiving optical system 10b, the apparatus configuration is simplified, and the assembly process of the surface position detection apparatus 10 is also simplified. As a result, the surface position detecting device 10
Of the assembling accuracy is not reduced, and the detection accuracy is not deteriorated. Further, similarly to the fourth embodiment, since the degree of freedom of the pattern shape formed on the pattern plate 13b is high,
The shapes of the images SL1 to SL5 irradiated to each detection point can be set more freely than before. As a result, the number of detection points in the surface of the wafer W can be isotropically increased, so that it is possible to prevent the detection error of the surface position from being deteriorated due to the roughness of the surface of the wafer W.

【0082】〔第4、第5実施形態による面位置検出装
置の変形例〕次に、本発明の第4実施形態及び第5実施
形態による面位置検出装置の変形例について説明する。
前述した第4実施形態においては、固定ミラー60によ
り折り曲げられた光軸AX1に対して垂直となるように
光ファイバ61cの入射端を配置するとともに、光ファ
イバ61c以外の光ファイバ61a,61d等について
は受光光学系10bの瞳空間において光軸AX1に対し
てある角をもつ光束の進行方向に対して垂直となるよう
にその入射端を配置している。また、前述した第5実施
形態においてはレンズアレイ73に形成されている各レ
ンズの光軸に垂直となるように光ファイバ75a,75
c,75d等の入射端を配置している。
[Modifications of Surface Position Detecting Device According to Fourth and Fifth Embodiments] Next, modifications of the surface position detecting devices according to the fourth and fifth embodiments of the present invention will be described.
In the above-described fourth embodiment, the incident end of the optical fiber 61c is arranged so as to be perpendicular to the optical axis AX1 bent by the fixed mirror 60, and the optical fibers 61a, 61d and the like other than the optical fiber 61c are arranged. Is arranged such that its entrance end is perpendicular to the traveling direction of a light beam having an angle with respect to the optical axis AX1 in the pupil space of the light receiving optical system 10b. In the above-described fifth embodiment, the optical fibers 75a and 75a are perpendicular to the optical axis of each lens formed on the lens array 73.
c, 75d and other incident ends are arranged.

【0083】以上の配置の場合には、図9を用いて示し
たように、投影光学系PLの結像面に対して上方向(+
Z軸方向)又は下方向(−Z軸方向)に同じ量だけずれ
ているときの投影光学系PLの結像面に対するずれ量を
検出することはできるが、何れの方向にずれているのか
を検出することはできない。この不具合を解決するため
に、光ファイバ61a,61c,61d等の少なくとも
1つの光ファイバの入射端又は光ファイバ75a,75
c,75d等の少なくとも1つの光ファイバの入射端を
図9(b)に示したように光軸又は光束の進行方向に対
してある角をなすように配置すればよい。
In the above arrangement, as shown with reference to FIG. 9, an upward (+)
It is possible to detect the amount of displacement of the projection optical system PL with respect to the imaging plane when it is displaced by the same amount in the Z-axis direction) or in the downward direction (-Z-axis direction). It cannot be detected. In order to solve this problem, the incident end of at least one optical fiber such as the optical fibers 61a, 61c, 61d or the optical fibers 75a, 75d.
The incident ends of at least one optical fiber such as c and 75d may be arranged so as to form a certain angle with respect to the optical axis or the traveling direction of the light beam as shown in FIG.

【0084】〔第6実施形態による面位置検出装置〕図
13は、本発明の第6実施形態による面位置検出装置を
備える本発明の第6実施形態による露光装置の構成を示
す正面図である。尚、図13においては、図1に示した
本発明の第1実施形態による面位置検出装置及び露光装
置が備える部材と同一の部材には同一の符号を付してあ
る。図13に示した本発明の第6実施形態による面位置
検出装置が図1に示した本発明の第1実施形態による面
位置検出装置と異なる点は、パターン板13aに代えて
パターン板13cを備えるとともに、パターン板13と
集光レンズ14との間に切替手段としての回転パターン
板80を備えた点が相違する。
[Surface Position Detecting Apparatus According to Sixth Embodiment] FIG. 13 is a front view showing the structure of an exposure apparatus according to a sixth embodiment of the present invention including a surface position detecting apparatus according to the sixth embodiment of the present invention. . In FIG. 13, the same members as those of the surface position detecting device and the exposure device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. The surface position detecting device according to the sixth embodiment of the present invention shown in FIG. 13 is different from the surface position detecting device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 in that a pattern plate 13c is used instead of the pattern plate 13a. The difference is that a rotating pattern plate 80 as switching means is provided between the pattern plate 13 and the condenser lens 14.

【0085】パターン板13cには、パターン形成面内
であってX軸に沿う方向に3つの矩形形状のパターン
(透光部)が形成されている。よって、ウェハW上に設
定された3つの検出点にこのパターンの像が検出光DL
として照射される。回転パターン板80は、回転軸81
の周りで回転自在に構成される。図14は、回転パター
ン板80の上面図である。図14に示したように、回転
パターン板80には遮光部82と、回転パターン板80
の回転角度に応じて中心からの距離が異なるように形成
された開口部83〜85とが形成されている。各開口部
83〜85は、パターン板13cに形成されているパタ
ーンの像が通過する位置に形成される。よって、回転パ
ターン板80は回転角度に応じてパターン板13cに形
成されているパターンの像の何れか1つのみを透過させ
る。
On the pattern plate 13c, three rectangular patterns (light transmitting portions) are formed in the direction along the X axis within the pattern forming surface. Therefore, images of this pattern are detected at three detection points set on the wafer W by the detection light DL.
Irradiated as The rotating pattern plate 80 includes a rotating shaft 81.
It is configured to be rotatable around. FIG. 14 is a top view of the rotating pattern plate 80. As shown in FIG. 14, a light shielding portion 82 is provided on the rotating pattern plate 80, and the rotating pattern plate 80
The openings 83 to 85 are formed so that the distance from the center varies depending on the rotation angle of. Each of the openings 83 to 85 is formed at a position where an image of a pattern formed on the pattern plate 13c passes. Therefore, the rotating pattern plate 80 transmits only one of the image of the pattern formed on the pattern plate 13c according to the rotation angle.

【0086】本実施形態では、ウェハWの表面WSの位
置を検出している間には一時に1つのパターンの像のみ
がウェハWの表面WS上に照射され、回転パターン板8
0の回転角度に応じて異なる検出点にパターンの像が照
射される。受光光学系10bには異なる検出点からの反
射光が時系列的に入射することになる。対物レンズ17
の光軸AX1は検出点の何れかを通るように設定されて
いるため、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あっても他の検出点からの反射
光は受光光学系10bの瞳空間で光軸AX1に対してあ
る角度をなすことになる。従って、光電変換装置20の
検出面に形成される像は、図15に示すように時系列的
に変化する。
In the present embodiment, while detecting the position of the surface WS of the wafer W, only one pattern image is irradiated onto the surface WS of the wafer W at a time, and the rotating pattern plate 8
The image of the pattern is irradiated on different detection points according to the rotation angle of 0. Light reflected from different detection points enters the light receiving optical system 10b in a time-series manner. Objective lens 17
Is set so as to pass through any of the detection points. Therefore, even when the surface WS of the wafer W matches the imaging plane of the projection optical system PL, the optical axis AX1 is not The reflected light forms an angle with the optical axis AX1 in the pupil space of the light receiving optical system 10b. Therefore, the image formed on the detection surface of the photoelectric conversion device 20 changes in time series as shown in FIG.

【0087】図15は、本発明の第6実施形態による面
位置検出装置が備える光電変換素子20の検出面20a
に形成される像の時系列的な変化を示す図である。い
ま、ウェハWの表面WS内において、3つの検出点がX
軸方向に等間隔をもって配列され、且つ対物レンズ17
の光軸AX1が真ん中の検出点を通過するように設定さ
れているとする。ウェハWの表面が投影光学系PLの結
像面に合致している場合には、真ん中の検出点からの反
射光は光ファイバ18の入射端18aに対して垂直に入
射するが、他の検出点からの反射光は同じ大きさの入射
角をもって光ファイバ18の入射端18aに入射する。
よって、光電変換素子20の検出面20aに形成される
像は、時系列的に図15(a)に示すように変化する。
尚、図15において、像Im11は真ん中の検出点から
の反射光によるものであり、像Im10及び像Im12
は他の検出点それぞれにおける反射光によるものであ
る。
FIG. 15 shows a detection surface 20a of the photoelectric conversion element 20 provided in the surface position detection device according to the sixth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a time-series change of an image formed in FIG. Now, in the surface WS of the wafer W, three detection points are X
The objective lens 17 is arranged at equal intervals in the axial direction.
It is assumed that the optical axis AX1 is set to pass through the center detection point. When the surface of the wafer W is coincident with the image plane of the projection optical system PL, the reflected light from the center detection point is perpendicularly incident on the incident end 18a of the optical fiber 18, but other detections are performed. Light reflected from the point enters the incident end 18a of the optical fiber 18 with the same incident angle.
Therefore, the image formed on the detection surface 20a of the photoelectric conversion element 20 changes in a time series as shown in FIG.
In FIG. 15, the image Im11 is due to the reflected light from the center detection point, and the images Im10 and Im12
Is due to the reflected light at each of the other detection points.

【0088】図15(a)に示すように、ウェハWの表
面WSが投影光学系PLの検出面に合致している場合に
は、像Im11は点像となるが、他の検出点からの反射
光による像Im10の直径と像Im12の直径とは同一
となる。一方、ウェハWの表面WSが投影光学系の検出
面からずれている場合に光電変換素子20の検出面20
aに形成される像は、時系列的に図15(b)又は図1
5(c)に示すように変化する。図15(b)は、ウェ
ハWの表面が投影光学系PLの基準面から上方向(+Z
軸方向)にずれている場合に検出面20bに時系列的に
形成される像を示し、図15(c)は、ウェハWの表面
が投影光学系PLの基準面から下方向(−Z軸方向)に
ずれている場合に検出面20bに時系列的に形成される
像を示している。尚、図15(b)及び図15(c)に
おいては、ウェハWの表面WSが投影光学系の検出面に
合致している場合に形成される像を比較のため破線で図
示している。
As shown in FIG. 15A, when the surface WS of the wafer W coincides with the detection surface of the projection optical system PL, the image Im11 becomes a point image. The diameter of the image Im10 and the diameter of the image Im12 due to the reflected light are the same. On the other hand, when the surface WS of the wafer W is displaced from the detection surface of the projection optical system, the detection surface 20
The image formed on a in FIG. 15 (b) or FIG.
It changes as shown in FIG. FIG. 15B shows that the surface of the wafer W is upward (+ Z) from the reference plane of the projection optical system PL.
FIG. 15C shows an image formed in time series on the detection surface 20b when the wafer W is shifted in the (axial direction), and FIG. 15C shows that the surface of the wafer W is downward (−Z axis) from the reference surface of the projection optical system PL. 2 shows an image formed in time series on the detection surface 20b when the image is shifted in the direction (i.e., direction). In FIGS. 15B and 15C, an image formed when the surface WS of the wafer W matches the detection surface of the projection optical system is shown by a broken line for comparison.

【0089】図15(b)及び図15(c)に示すよう
に、投影光学系PLの結像面に対するウェハWの表面W
Sの位置ずれがあると、真ん中の検出点からの反射光に
よる像Im11は点像ではなく、ある直径の円形形状の
像となる。また、真ん中の検出点以外の検出点からの反
射光による像Im10及びIm12もウェハWの位置ず
れ量に応じて直径が変化するが、ウェハWが上方向にず
れているか又は下方向にずれているかによって、その変
化の方向(直径が大きくなるか又は小さくなるか)が異
なる。ウェハWが上方向にずれている場合には、像Im
10の直径が小さくなるとともに像Im12の直径が大
きくなるが、ウェハWが下方向にずれている場合には逆
となる。従って、真ん中の検出点以外の検出点からの反
射光による像Im10,Im12の直径の大小関係を検
出することにより、ウェハWSが投影光学系PLの検出
面に対して上方向へずれているのか又は下方向へずれて
いるのかを判定することができる。
As shown in FIGS. 15B and 15C, the surface W of the wafer W with respect to the image forming plane of the projection optical system PL
If there is a displacement of S, the image Im11 due to the reflected light from the center detection point is not a point image but a circular image having a certain diameter. Further, the diameters of the images Im10 and Im12 due to the reflected light from the detection points other than the center detection point also change according to the positional shift amount of the wafer W, but the wafer W is shifted upward or shifted downward. The direction of the change (whether the diameter becomes larger or smaller) differs depending on whether or not the change is made. If the wafer W is shifted upward, the image Im
Although the diameter of the image Im12 increases as the diameter of the image 10 decreases, the reverse is true when the wafer W is shifted downward. Therefore, by detecting the magnitude relationship between the diameters of the images Im10 and Im12 due to the reflected light from the detection points other than the center detection point, is the wafer WS shifted upward with respect to the detection surface of the projection optical system PL? Alternatively, it can be determined whether the position is shifted downward.

【0090】尚、以上説明した第6実施形態では、照射
光学系10a内に設けた回転パターン板80を回転させ
てウェハW上の検出点の何れか1つのみにパターンの像
を照射し、且つ時間的に像が照射される検出点を切り替
えるようにしていた。しかしながら、回転パターン板8
0を回転させるための回転装置(図示省略)を設ける必
要があるため、この回転装置が不要な震動源や熱源とな
り検出精度を悪化させる虞が考えられる。この検出精度
の悪化を防止するために、回転パターン板80に代えて
液晶パネルを設け、パターン板13cに形成されたパタ
ーンの像の何れか1つのみを一時に透過させ、且つ透過
させるパターンの像を時系列的に可変とさせる駆動を行
うことが好ましい。上記回転パターン板80及び液晶パ
ネルの配置位置は、パターン板13aと集光レンズ14
との間に限られることはなく、光源11とウェハWの表
面WSとの間の光路の配置可能な位置であればよい。ま
た、回転パターン板80又は液晶パネルを配置せずに、
光源11としてパターン板13cに形成されたパターン
各々に対応させて複数の発光ダイオードを設け、この発
光ダイオードをスイッチングすることにより、検出点の
何れか1つのみにパターンの像を照射し、且つ時間的に
像が照射される検出点を切り替えるようにしても良い。
尚、上記実施形態では説明の簡単化のために、ウェハW
上に3つの検出点を設定した場合を例に挙げて説明した
が、第4実施形態及び第5実施形態と同様に5つの検出
点を設定した場合にも適用することができる。尚、この
場合において、回転パターン板80を用いるときには、
一時に1つのパターンの像のみがウェハWの表面WS上
に照射され、回転パターン板80の回転角度に応じて異
なる検出点にパターンの像が照射されるようにするため
に、回転パターン板80に形成する開口部を検出点の位
置に応じて適宜変更する必要がある。
In the sixth embodiment described above, only one of the detection points on the wafer W is irradiated with the pattern image by rotating the rotating pattern plate 80 provided in the irradiation optical system 10a. In addition, the detection point to which the image is radiated is temporally switched. However, the rotating pattern plate 8
Since it is necessary to provide a rotating device (not shown) for rotating 0, the rotating device may become an unnecessary vibration source or heat source, and the detection accuracy may be deteriorated. In order to prevent this deterioration in detection accuracy, a liquid crystal panel is provided in place of the rotating pattern plate 80, and only one of the images of the pattern formed on the pattern plate 13c is transmitted at a time, and It is preferable to perform driving for changing an image in time series. The positions of the rotating pattern plate 80 and the liquid crystal panel are determined by the pattern plate 13 a and the condenser lens 14.
The position is not limited to this, and may be any position as long as the optical path between the light source 11 and the surface WS of the wafer W can be arranged. Also, without disposing the rotating pattern plate 80 or the liquid crystal panel,
A plurality of light emitting diodes are provided as the light source 11 corresponding to each of the patterns formed on the pattern plate 13c, and by switching these light emitting diodes, only one of the detection points is irradiated with an image of the pattern, and time is reduced. Alternatively, the detection point to which the image is irradiated may be switched.
In the above embodiment, the wafer W
Although the case where three detection points are set has been described above as an example, the present invention can be applied to a case where five detection points are set in the same manner as in the fourth embodiment and the fifth embodiment. In this case, when the rotating pattern plate 80 is used,
In order to irradiate only one pattern image at a time on the surface WS of the wafer W and irradiate the pattern image to different detection points according to the rotation angle of the rotating pattern plate 80, the rotating pattern plate 80 It is necessary to appropriately change the opening to be formed in accordance with the position of the detection point.

【0091】以上、説明した本発明の第6実施形態によ
る面位置検出装置によれば、本発明の第1実施形態によ
る面位置検出装置の照射光学系10aの構成に僅かな変
更を加えるだけで受光光学系10bの構成を複雑化する
ことなく、ウェハWの表面WSに複数の検出点を設定し
て一度に複数の検出点におけるずれ量を求めることがで
きる。また、第1実施形態と同様に、装置構成が簡素で
あるため面位置検出装置10の製造工程も簡素化するこ
とができ、面位置検出装置10の組み立て精度の低下を
招くことはなく検出精度の悪化も生じない。
According to the above-described surface position detecting device according to the sixth embodiment of the present invention, the configuration of the irradiation optical system 10a of the surface position detecting device according to the first embodiment of the present invention is changed only by a slight change. Without complicating the configuration of the light receiving optical system 10b, a plurality of detection points can be set on the surface WS of the wafer W, and the shift amounts at the plurality of detection points can be obtained at one time. Further, similarly to the first embodiment, the device configuration is simple, so that the manufacturing process of the surface position detection device 10 can be simplified, and the detection accuracy can be reduced without lowering the assembly accuracy of the surface position detection device 10. No deterioration occurs.

【0092】〔他の実施形態による面位置検出装置〕以
上、本発明の第1実施形態〜第6実施形態による面位置
検出装置及び第1実施形態〜第5実施形態による面位置
検出装置の変形例について説明したが、上記実施形態を
組み合わせることもできる。例えば、第4実施形態で用
いている光ファイバ61a,61c,61d等(図10
参照)、第5実施形態で用いている光ファイバ75a,
75c,75d等(図11参照)及び第6実施形態で用
いている光ファイバ18(図13参照)に代えて、第2
実施形態で用いていた透過性ロッド40(図5参照)又
は第3実施形態で用いていたハーフプリズム50(図8
参照)を備える構成であっても良い。
[Surface Position Detecting Device According to Another Embodiment] The surface position detecting device according to the first to sixth embodiments of the present invention and the modification of the surface position detecting device according to the first to fifth embodiments of the present invention. Although an example has been described, the above embodiments may be combined. For example, the optical fibers 61a, 61c, 61d used in the fourth embodiment (FIG. 10)
Optical fiber 75a used in the fifth embodiment,
75c and 75d (see FIG. 11) and the optical fiber 18 (see FIG. 13) used in the sixth embodiment,
The transmissive rod 40 used in the embodiment (see FIG. 5) or the half prism 50 used in the third embodiment (see FIG. 8)
Reference).

【0093】また、上記第1実施形態〜第3実施形態及
び第6実施形態では、光ファイバ18(図1及び図13
参照)、透過性ロッド40(図50参照)、又はハーフ
プリズム50(図8参照)の射出端から射出された光束
を所定の関係で光電変換素子20の検出面20aに集束
させるために集光レンズ19を用い、第4実施形態では
図10に示したように、各光ファイバ61a,61c,
61d等から射出された光束を所定の関係で光電変換素
子63a,63c,63d等にそれぞれ集束させるため
に集光レンズ62a,62c,62d等を用いていた
が、集束レンズ19又は集光レンズ62a,62c,6
2dに代えてプリズム系を用いても良い。このプリズム
系としては図16に示すバイプリズム85を用いること
ができる。図16は、第2の集束光学系としてバイプリ
ズムを用いた構成例を示す図である。図16に示したバ
イプリズム85は、同一の頂角を有するプリズム85
a,85bの底面同士を張り合わせた形状である。
In the first to third and sixth embodiments, the optical fiber 18 (see FIGS. 1 and 13) is used.
), The light beam emitted from the exit end of the transmissive rod 40 (see FIG. 50) or the exit end of the half prism 50 (see FIG. 8) for focusing on the detection surface 20a of the photoelectric conversion element 20 in a predetermined relationship. In the fourth embodiment, as shown in FIG. 10, each of the optical fibers 61a, 61c,
The condensing lenses 62a, 62c, 62d, etc. are used to converge the light beams emitted from the light emitting devices 61d, etc. on the photoelectric conversion elements 63a, 63c, 63d, etc. in a predetermined relationship. , 62c, 6
A prism system may be used instead of 2d. As this prism system, a biprism 85 shown in FIG. 16 can be used. FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration example using a biprism as the second focusing optical system. Biprism 85 shown in FIG. 16 is a prism 85 having the same apex angle.
a, 85b are attached to each other.

【0094】また、以上説明した各実施形態では、光電
変換素子20、光電変換素子63a,63c,63d
等、又は光電変換素子77の検出面に形成された像Im
1の直径Φを検出し、この検出結果に基づいて投影光学
系PLの結像面に対するウェハWの位置ずれ量を求めて
いた。しかしながら、光電変換素子20等の検出結果か
ら像Im1の直径Φを直接求めるのではなく、光電変換
素子20等の検出結果をフーリエ変換して像Im1の空
間周波数を得ることにより像Im1の直径Φを求めるよ
うにしても良い。
In each of the embodiments described above, the photoelectric conversion element 20, the photoelectric conversion elements 63a, 63c, 63d
Or an image Im formed on the detection surface of the photoelectric conversion element 77
1 is detected, and the amount of displacement of the wafer W with respect to the imaging plane of the projection optical system PL is determined based on the detection result. However, instead of directly obtaining the diameter Φ of the image Im1 from the detection result of the photoelectric conversion element 20 or the like, the diameter Φ of the image Im1 is obtained by performing Fourier transform on the detection result of the photoelectric conversion element 20 or the like and obtaining the spatial frequency of the image Im1. May be requested.

【0095】図17は、光電変換素子20の検出結果を
フーリエ変換して検出面20aに形成される像Im1の
直径Φを求める処理を説明するための図である。図17
(a)に示したように、検出面20aに円形形状の像I
m1が形成されている場合を考える。いま、図17
(a)中のA−A線に沿った検出結果を示す信号強度が
図17(b)に示したように3つのピーク値を有してい
たとする。尚、図17(b)において、位置P1,P2
に現れる信号強度のピーク値が像Im1によるものであ
り、位置P3に現れる信号強度のピーク値は迷光等の像
Im1以外の光によるものであるとする。
FIG. 17 is a diagram for explaining a process of obtaining the diameter Φ of the image Im1 formed on the detection surface 20a by performing Fourier transform on the detection result of the photoelectric conversion element 20. FIG.
As shown in (a), a circular image I is formed on the detection surface 20a.
Consider the case where m1 is formed. Now, FIG.
It is assumed that the signal intensity indicating the detection result along the line AA in (a) has three peak values as shown in FIG. In FIG. 17B, the positions P1, P2
Is assumed to be due to the image Im1, and the peak value of the signal intensity appearing at the position P3 is due to light other than the image Im1, such as stray light.

【0096】前述した実施形態のように光電変換素子2
0等の検出結果から像Im1の直径Φを直接求める場合
には、検出面20aに入射する光束の像の検出面10a
内における相対位置から求めている。よって、像Im1
以外に検出面20aに入射する光があると、例えば位置
P3と位置P2との距離が像Im1の直径Φであると誤
検出される虞がある。ここで、図17(b)に示した光
電変換素子20の検出結果をフーリエ変換したときに図
17(c)に示す空間周波数特性が得られたとする。図
17(c)において、空間周波数ν1は位置P1と位置
P2との距離に係る空間周波数であり、空間周波数ν2
は位置P2と位置P3との距離に係る空間周波数であ
り、空間周波数ν3は位置P1と位置P3との距離に係
る空間周波数である。
The photoelectric conversion element 2 as in the above-described embodiment
When the diameter Φ of the image Im1 is directly obtained from the detection result such as 0, the detection surface 10a of the image of the light beam incident on the detection surface 20a
From the relative position within Therefore, the image Im1
If there is any other light incident on the detection surface 20a, there is a possibility that, for example, the distance between the position P3 and the position P2 is erroneously detected as the diameter Φ of the image Im1. Here, it is assumed that the spatial frequency characteristic shown in FIG. 17C is obtained when the detection result of the photoelectric conversion element 20 shown in FIG. 17B is Fourier-transformed. In FIG. 17C, the spatial frequency ν1 is the spatial frequency related to the distance between the position P1 and the position P2, and the spatial frequency ν2
Is the spatial frequency related to the distance between the position P2 and the position P3, and the spatial frequency ν3 is the spatial frequency related to the distance between the position P1 and the position P3.

【0097】通常、迷光等の光強度は像Im1の光強度
よりも低いため、図17(b)中の位置P3に現れる光
強度のピーク値に起因して生ずる空間周波数ν2,ν3
のフーリエ成分の振幅は、位置P1と位置P2とに現れ
る光強度のピーク値に起因して生ずる空間周波数ν1の
フーリエ成分の振幅よりも小さくなる。よって、光電変
換素子20の検出結果をフーリエ変換して得られるフー
リエ成分の振幅を比較すれば、誤検出を防止することが
できる。
Normally, since the light intensity of stray light or the like is lower than the light intensity of the image Im1, the spatial frequencies ν2 and ν3 generated due to the peak value of the light intensity appearing at the position P3 in FIG.
Is smaller than the amplitude of the Fourier component of the spatial frequency ν1 caused by the peak values of the light intensity appearing at the positions P1 and P2. Therefore, erroneous detection can be prevented by comparing the amplitudes of Fourier components obtained by Fourier transforming the detection result of the photoelectric conversion element 20.

【0098】また、光電変換素子20、光電変換素子6
3a,63c,63d等、又は光電変換素子77とし
て、検出面を順次走査して検出結果を得るセンサを用い
ることもできる。検出面を走査する方法としては、例え
ば検出面の前にスリットが形成された走査部材を配置
し、この走査部材を検出面に対して相対的に移動させて
走査する。例えば走査部材に形成されたスリットを図1
7(a)に示したA−A線に沿って走査する。このよう
なセンサを用いた場合には、時間的に変化する検出結果
がセンサから出力される。よって、検出系31はセンサ
から出力される時間的に変化する検出結果とセンサの検
出面内の位置とを対応づけることにより、検出結果の信
号強度が高くなる時間の差から検出面に形成される像I
m1の直径Φを検出することができ、この検出結果に基
づいて投影光学系PLの結像面に対するウェハWの表面
WSのずれ量を求めることができる。
The photoelectric conversion element 20, the photoelectric conversion element 6
As 3a, 63c, 63d, or the like, or the photoelectric conversion element 77, a sensor that sequentially scans a detection surface and obtains a detection result can be used. As a method for scanning the detection surface, for example, a scanning member having a slit formed in front of the detection surface is arranged, and the scanning member is moved relatively to the detection surface for scanning. For example, the slit formed in the scanning member is shown in FIG.
Scanning is performed along the line AA shown in FIG. When such a sensor is used, a detection result that changes over time is output from the sensor. Therefore, the detection system 31 is formed on the detection surface from the difference in time when the signal intensity of the detection result becomes high by associating the detection result output from the sensor that changes with time and the position in the detection surface of the sensor. Image I
The diameter φ of m1 can be detected, and the amount of deviation of the surface WS of the wafer W from the imaging plane of the projection optical system PL can be determined based on the detection result.

【0099】上述した検出面を順次走査して検出結果を
得るセンサを用いる場合には、更にセンサから出力され
る時間的に変化する検出結果を検出系31がフーリエ変
換して周波数特性を求め、フーリエ変換して得られるフ
ーリエ成分の振幅を比較して像Im1の直径Φを検出す
るようにすれば、像Im1以外の光が検出面20aに入
射したときでも誤検出を防止することができる。
In the case of using a sensor for sequentially detecting the above-described detection surface to obtain a detection result, the detection system 31 further performs Fourier transform on the detection result output from the sensor and changes over time to obtain a frequency characteristic. If the diameter Φ of the image Im1 is detected by comparing the amplitudes of the Fourier components obtained by Fourier transform, erroneous detection can be prevented even when light other than the image Im1 enters the detection surface 20a.

【0100】以上説明した実施形態の面位置検出装置を
備える露光装置を用いてレチクルRに形成されたパター
ンをウェハWに転写するときには、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を介してウェハステージ3上に形成された基
準部材(図示省略)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(面位
置検出工程)。
When the pattern formed on the reticle R is transferred to the wafer W using the exposure apparatus having the surface position detecting device of the embodiment described above, first, the reticle R on which the device pattern is formed is placed on a reticle stage (not shown). To adjust the position of the mask M. Next, a reference pattern formed on a reference member (not shown) formed on the wafer stage 3 and a mark (not shown) for position measurement formed on the reticle R are simultaneously observed through the projection optical system PL. The center (center of exposure) of the projected image of the device pattern formed on the reticle R is determined. 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 detecting device 10 described above is used.
Is used to detect the position of the surface WS of the wafer W (surface position detecting step).

【0101】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32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
ーンを順次ウェハWのショット領域に転写する(転写工
程)。
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 32 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 detection 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 to sequentially device patterns formed on the reticle R via the projection optical system PL. Transfer to the shot area of the wafer W (transfer step).

【0102】以上、本発明の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)、Kr
F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(T
a)を用いることができる。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, 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 according to the present embodiment includes g-line (436 nm), i-line (365 nm), and Kr emitted from an extra-high pressure mercury lamp.
Laser light emitted from an F 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 an electron beam is used, thermionic emission type lanthanum hexaborite (LaB 6 ), tantalum (T
a) can be used.

【0103】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 illuminated 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.

【0104】次に本発明の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18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、C
CD、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18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S
12(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 of manufacturing a micro device using an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention in a lithography process will be described. FIG. 18 shows a micro device (a semiconductor chip such as an IC or an LSI, a liquid crystal panel,
FIG. 9 is a diagram showing a flowchart of a manufacturing example of a CD, a thin-film magnetic head, a micromachine, and the like). As shown in FIG.
First, in step S10 (design step), a function / performance design of the micro device (for example, a circuit design of a semiconductor device) is performed, and a 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, step S
At 12 (wafer manufacturing step), a wafer is manufactured using a material such as silicon.

【0105】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 lithography 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.

【0106】図19は、半導体デバイスの場合におけ
る、図18のステップS13の詳細なフローの一例を示
す図である。図19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. 19 is a diagram showing an example of a detailed flow of step S13 in FIG. 18 in the case of a semiconductor device. In FIG. 19, 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.

【0107】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.

【0108】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 accuracy, a highly integrated device having a minimum line width of about 0.1 μm can be produced with a high yield.

【0109】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 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.

【0110】[0110]

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、受光光学系の瞳空間に分割手段を備えるだけで被検
面の位置に関する情報を求めることができ、従来の面位
置装置が必要であった走査装置及び駆動装置が不要とな
るので装置構成を極めて簡素化することができるととも
に、低コスト化することもできるという効果がある。ま
た、装置構成が簡素であるため面位置検出装置の製造工
程も簡素化することができ、その結果として面位置検出
装置の組み立て精度の低下を招くことはないという効果
がある。更に、従来は発熱源としての駆動装置を備えて
いたため、光路周辺の大気等のゆらぎを引き起こして被
検面の位置の検出精度を悪化させる虞があったが、本発
明ではこの駆動装置が不要であるため検出精度の悪化を
引き起こすこともなく、発熱の影響を防止するための排
気装置も必要としないので、振動による検出精度の悪化
が生じないという効果がある。また、本発明によれば、
分割手段を種々の光学部材で実現することができるため
様々な装置構成とすることができる。特に光ファイバを
用いた場合には光ファイバが可撓性を有しているため検
出器等の配置の自由度を高くすることができ、面位置検
出装置の外形を小型化する上で極めて好適であるという
効果がある。更にまた、本発明によれば被検面上の複数
の検出点各々に応じた複数の集束光学系を設け、各検出
点からの反射光を対応する集束光学系で受光するように
したので、収差による影響を低減することができる。そ
の結果、収差の影響による検出精度の悪化を招かずに、
検出光が照射される検出領域を拡大することができると
いう効果がある。
As described above, according to the present invention, information relating to the position of the surface to be inspected can be obtained only by providing the pupil space of the light receiving optical system with the dividing means. Since the scanning device and the driving device which have been required become unnecessary, the configuration of the device can be extremely simplified, and the cost can be reduced. Further, since the device configuration is simple, the manufacturing process of the surface position detecting device can be simplified, and as a result, there is an effect that the assembly accuracy of the surface position detecting device is not reduced. Further, conventionally, a driving device as a heat source is provided, which may cause fluctuations of the atmosphere around the optical path, thereby deteriorating the detection accuracy of the position of the surface to be detected. However, this driving device is unnecessary in the present invention. Therefore, the detection accuracy does not deteriorate, and an exhaust device for preventing the influence of heat generation is not required. Therefore, there is an effect that the detection accuracy does not deteriorate due to vibration. According to the present invention,
Since the dividing means can be realized by various optical members, various device configurations can be adopted. Especially when an optical fiber is used, since the optical fiber has flexibility, the degree of freedom of arrangement of the detector and the like can be increased, which is extremely suitable for miniaturizing the outer shape of the surface position detecting device. There is an effect that is. Furthermore, according to the present invention, a plurality of focusing optical systems are provided in accordance with each of the plurality of detection points on the surface to be detected, and reflected light from each detection point is received by the corresponding focusing optical system. The influence of aberration can be reduced. As a result, without deteriorating the detection accuracy due to the influence of aberration,
There is an effect that the detection region irradiated with the detection light can be enlarged.

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

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

【図2】 ウェハWが投影光学系PLの結像面からずれ
ている場合における受光光学系10b内の反射光の光路
を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating an optical path of reflected light in a light receiving optical system when a wafer is displaced from an imaging plane of a projection optical system.

【図3】 ウェハWが投影光学系PLの結像面からずれ
ている場合における受光光学系10b内の反射光の光路
を示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing an optical path of reflected light in the light receiving optical system 10b when the wafer W is displaced from an imaging plane of the projection optical system PL.

【図4】 ウェハWの位置ずれ量と光電変換素子20の
検出面20aに形成される像Im1の直径との関係を定
量的に説明するための図である。
FIG. 4 is a diagram for quantitatively explaining a relationship between a positional shift amount of a wafer W and a diameter of an image Im1 formed on a detection surface 20a of the photoelectric conversion element 20.

【図5】 本発明の第2実施形態による面位置検出装置
を備える本発明の第2実施形態による露光装置の構成を
示す正面図である。
FIG. 5 is a front view showing a configuration of an exposure apparatus according to a second embodiment of the present invention including a surface position detecting device according to the second embodiment of the present invention.

【図6】 透過性ロッド40の形状例を示す斜視図であ
る。
FIG. 6 is a perspective view showing an example of the shape of the permeable rod 40.

【図7】 透過性ロッド43内を伝播する光束の光路を
示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing an optical path of a light beam propagating in a transmissive rod 43.

【図8】 本発明の第3実施形態による面位置検出装置
を備える本発明の第3実施形態による露光装置の構成を
示す正面図である。
FIG. 8 is a front view illustrating a configuration of an exposure apparatus according to a third embodiment of the present invention including a surface position detecting device according to the third embodiment of the present invention.

【図9】 第1実施形態〜第3実施形態による面位置検
出装置の変形例を説明するための図である。
FIG. 9 is a diagram for explaining a modification of the surface position detecting device according to the first to third embodiments.

【図10】 本発明の第4実施形態による面位置検出装
置を備える本発明の第4実施形態による露光装置の構成
を示す正面図である。
FIG. 10 is a front view showing a configuration of an exposure apparatus according to a fourth embodiment of the present invention including a surface position detecting device according to the fourth embodiment of the present invention.

【図11】 本発明の第5実施形態による面位置検出装
置を備える本発明の第5実施形態による露光装置の構成
を示す正面図である。
FIG. 11 is a front view illustrating a configuration of an exposure apparatus according to a fifth embodiment of the present invention including a surface position detecting device according to the fifth embodiment of the present invention.

【図12】 レンズアレイ72を介してウェハWの表面
上に像を照射し、ウェハWの表面からの反射をレンズア
レイ73で受光する様子を示す図である。
FIG. 12 is a diagram illustrating a state in which an image is irradiated onto the surface of a wafer W via a lens array 72, and reflection from the surface of the wafer W is received by a lens array 73.

【図13】 本発明の第6実施形態による面位置検出装
置を備える本発明の第6実施形態による露光装置の構成
を示す正面図である。
FIG. 13 is a front view showing a configuration of an exposure apparatus according to a sixth embodiment of the present invention including a surface position detecting device according to the sixth embodiment of the present invention.

【図14】 回転パターン板80の上面図である。14 is a top view of the rotating pattern plate 80. FIG.

【図15】 本発明の第6実施形態による面位置検出装
置が備える光電変換素子20の検出面20aに形成され
る像の時系列的な変化を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing a time-series change of an image formed on a detection surface 20a of a photoelectric conversion element 20 provided in a surface position detection device according to a sixth embodiment of the present invention.

【図16】 第2の集束光学系としてバイプリズムを用
いた構成例を示す図である。
FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration example using a biprism as a second focusing optical system.

【図17】 光電変換素子20の検出結果をフーリエ変
換して検出面20aに形成される像Im1の直径Φを求
める処理を説明するための図である。
FIG. 17 is a diagram for describing a process of obtaining a diameter Φ of an image Im1 formed on a detection surface 20a by performing a Fourier transform on a detection result of the photoelectric conversion element 20.

【図18】 マイクロデバイスを製造する際の製造工程
の一例を示すフローチャートを示す図である。
FIG. 18 is a flowchart illustrating an example of a manufacturing process when manufacturing a micro device.

【図19】 半導体デバイスの場合における、図18の
ステップS13の詳細なフローの一例を示す図である。
FIG. 19 is a diagram showing an example of a detailed flow of step S13 in FIG. 18 in the case of a semiconductor device.

【図20】 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. 20 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21】 図20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。
21 is an optical path diagram showing that the optical system of the surface position detecting device shown in FIG. 20 is telecentric on both sides.

【図22】 ウェハWの表面上に形成される検出光DL
の像を示す斜視図である。
FIG. 22 shows detection light DL formed on the surface of wafer W
FIG. 3 is a perspective view showing an image of FIG.

【図23】 シャインプルーフの条件についての説明図
である。
FIG. 23 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) 10 面位置検出装置 10a 照射光学系 10b 受光光学系 17 対物光学系(第1の集束光
学系) 18 光ファイバ(分割手段) 19 集光レンズ(第2の集束光
学系) 20 光電変換素子(検出器) 30 主制御系(調整装置) 31 検出系 32 ステージ駆動系(調整装
置) 40 透過性ロッド(分割手段) 41 透過性ロッド 43 透過性ロット 43c ハーフプリズム(半透過性
部材) 50 ハーフプリズム(分割手
段) 61a,61c,61d 光ファイバ(分割手段) 62a,62c,62d 集光レンズ(第2の集束光
学系) 63a,63c,63d 光電変換素子(検出器) 73 レンズアレイ(第1の集束
光学系) 73a〜73e レンズ(集束光学系) 75a,75c,75d 光ファイバ(分割手段) 76 レンズアレイ(第2の集束
光学系) 77 光電変換素子(検出器) 80 回転パターン板(切替手
段) 85 バイプリズム(第2の集束
光学系) DL 検出光 R レチクル(マスク) W ウェハ(基板) WS ウェハの表面(被検面)
Reference Signs List 3 Wafer stage (substrate stage, adjusting device) 4a-4c Support point (adjusting device) 10 Surface position detecting device 10a Irradiation optical system 10b Light receiving optical system 17 Objective optical system (first focusing optical system) 18 Optical fiber (division means) 19) Condensing lens (second focusing optical system) 20 Photoelectric conversion element (detector) 30 Main control system (adjustment device) 31 Detection system 32 Stage drive system (adjustment device) 40 Transmitting rod (dividing means) 41 Transmission Flexible rod 43 Transmissive lot 43c Half prism (semi-transmissive member) 50 Half prism (dividing means) 61a, 61c, 61d Optical fiber (dividing means) 62a, 62c, 62d Condensing lens (second focusing optical system) 63a , 63c, 63d Photoelectric conversion element (detector) 73 Lens array (first focusing optical system) 73a to 73e Lens (focusing optical system) 75a, 75c, 75d Optical fiber (dividing means) 76 Lens array (second focusing optical system) 77 Photoelectric conversion element (detector) 80 Rotating pattern plate (switching means) 85 Biprism (second focusing optical system) DL Detection light R Reticle (mask) W Wafer (substrate) WS Wafer surface (test surface)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F065 AA01 AA31 BB01 CC19 DD02 DD14 FF04 GG05 GG24 HH12 JJ26 LL01 LL02 LL04 LL12 LL13 LL59 MM03 PP12 5F046 BA03 CC01 CC05 DA14 DB05 DB11 DC12  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2F065 AA01 AA31 BB01 CC19 DD02 DD14 FF04 GG05 GG24 HH12 JJ26 LL01 LL02 LL04 LL12 LL13 LL59 MM03 PP12 5F046 BA03 CC01 CC05 DA14 DB05 DB11 DC12

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 検出光を被検面に対して斜め方向から照
射する照射光学系と、前記被検面を介した前記検出光を
受光する受光光学系と、前記受光光学系で受光された光
束を光電的に検出する検出器と、該検出器の検出結果に
基づいて前記被検面の面位置を検出する検出手段とを有
する面位置検出装置において、 前記受光光学系の瞳空間に配置されて、入射光束を分割
する分割手段を備え、 前記分割手段は、前記入射光束の前記分割手段への入射
角度に応じて前記分割された光束が所定の関係となるよ
うに、前記入射光束を分割することを特徴とする面位置
検出装置。
1. An irradiation optical system for irradiating a detection light from a diagonal direction to a test surface, a light receiving optical system for receiving the detection light through the test surface, and a light receiving optical system receiving the detection light. In a surface position detecting device having a detector that photoelectrically detects a light beam and a detecting unit that detects a surface position of the surface to be detected based on a detection result of the detector, the detector is disposed in a pupil space of the light receiving optical system. And a splitting means for splitting the incident light flux, wherein the splitting means splits the incident light flux so that the split light flux has a predetermined relationship in accordance with an incident angle of the incident light flux to the splitting means. A surface position detection device characterized by dividing.
【請求項2】 前記分割手段は、前記入射光束を少なく
とも2方位へ分割することを特徴とする請求項1記載の
面位置検出装置。
2. A surface position detecting device according to claim 1, wherein said dividing means divides the incident light beam into at least two directions.
【請求項3】 前記分割手段は、光ファイバであること
を特徴とする請求項2記載の面位置検出装置。
3. The surface position detecting device according to claim 2, wherein said dividing means is an optical fiber.
【請求項4】 前記分割手段は、円筒形状の透過性ロッ
ドであることを特徴とする請求項2記載の面位置検出装
置。
4. A surface position detecting device according to claim 2, wherein said dividing means is a cylindrical transparent rod.
【請求項5】 前記分割手段は、入射端に半透過性部材
が形成された四角柱形状の透過性ロッドであることを特
徴とする請求項2記載の面位置検出装置。
5. The surface position detecting device according to claim 2, wherein said dividing means is a quadrangular prism-shaped transmitting rod having a semi-transmitting member formed at an incident end.
【請求項6】 前記被検面上の前記照射される領域内の
複数の検出点のそれぞれに応じた複数の前記分割手段を
備え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 apparatus according to claim 1, further comprising a plurality of dividing units corresponding to a plurality of detection points in the irradiated area on the surface to be inspected. Item 8. The surface position detecting device according to Item 1.
【請求項7】 前記受光光学系は、後側焦点位置がほぼ
前記分割手段の入射端の位置に設定され、前記被検面か
らの光束を集束する第1の集束光学系と、 前記分割手段で分割された光束を所定の関係で前記検出
器の検出面に集束させる第2の集束光学系とを有するこ
とを特徴とする請求項1から請求項6の何れか一項に記
載の面位置検出装置。
7. A first focusing optical system, wherein the light receiving optical system has a rear focal point set substantially at the position of the incident end of the splitting means, and focuses a light beam from the surface to be detected; and the splitting means. 7. A surface position according to claim 1, further comprising: a second focusing optical system that focuses the light beam divided by the above on a detection surface of the detector in a predetermined relationship. Detection device.
【請求項8】 前記第1の集束光学系及び前記第2の集
束光学系のうちの少なくとも一方は、前記被検面上の前
記照射される領域内の複数の検出点のそれぞれに応じた
複数の集束光学系を有することを特徴とする請求項7記
載の面位置検出装置。
8. At least one of the first focusing optical system and the second focusing optical system has a plurality of detection points corresponding to a plurality of detection points in the irradiated area on the surface to be inspected. 8. The surface position detecting device according to claim 7, further comprising a focusing optical system.
【請求項9】 前記照射光学系は、所定パターンの像を
前記被検面に投影することを特徴とする請求項1から請
求項8の何れか一項に記載の面位置検出装置。
9. The surface position detecting device according to claim 1, wherein the irradiation optical system projects an image of a predetermined pattern on the surface to be inspected.
【請求項10】 前記照射光学系は、前記所定パターン
の像が一時に1つのみ前記被検面に照射され、且つ前記
被検面に照射される前記パターンの像を時間毎に切り替
える切替手段を備えることを特徴とする請求項9記載の
面位置検出装置。
10. A switching means for irradiating only one image of the predetermined pattern at a time on the surface to be inspected at a time and switching the image of the pattern on the surface to be inspected at a time. The surface position detecting device according to claim 9, further comprising:
【請求項11】 前記分割手段の少なくとも1つの入射
端は、前記入射光束に対して所定の角度をもって配置さ
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 apparatus according to claim 1, wherein at least one incident end of the splitting unit is disposed at a predetermined angle with respect to the incident light beam. Surface position detection device.
【請求項12】 前記検出器は、ポジションセンサ又は
イメージセンサであ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 position detecting device according to claim 1, wherein the detector is a position sensor or an image sensor.
【請求項13】 前記検出器は、検出面を順次走査して
前記検出結果を得るセンサであ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。
13. The surface position detection device according to claim 1, wherein the detector is a sensor that sequentially scans a detection surface and obtains the detection result.
【請求項14】 前記検出手段は、前記検出器の検出結
果に基づいて前記分割手段で分割された光束の前記検出
面上における相対位置を求めて前記被検面の面位置を検
出することを特徴とする請求項1から請求項12の何れ
か一項に記載の面位置検出装置。
14. The method according to claim 1, wherein the detecting unit determines a relative position of the light beam split by the splitting unit on the detection surface based on a detection result of the detector to detect a surface position of the test surface. The surface position detecting device according to any one of claims 1 to 12, wherein
【請求項15】 前記検出手段は、前記検出器の検出結
果をフーリエ変換して空間周波数を得ることにより、前
記分割手段で分割された光束の前記検出面上における相
対位置を求めて前記被検面の面位置を検出することを特
徴とする請求項1から請求項12の何れか一項に記載の
面位置検出装置。
15. The detecting means obtains a spatial frequency by performing a Fourier transform on a detection result of the detector to obtain a relative position on the detection surface of the light beam split by the splitting means, and The surface position detecting device according to claim 1, wherein a surface position of the surface is detected.
【請求項16】 前記検出手段は、時間的に変化する前
記検出器の検出結果に基づいて前記分割手段で分割され
た光束の前記検出面上における相対位置を求めて前記被
検面の面位置を検出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 detection means obtains a relative position on the detection surface of the light beam split by the splitting means based on a detection result of the detector which changes with time, and determines a surface position of the test surface. 14. The surface position detecting device according to claim 13, wherein the surface position is detected.
【請求項17】 前記検出手段は、時間的に変化する前
記検出器の検出結果をフーリエ変換して時間周波数を得
ることにより、前記分割手段で分割された光束の前記検
出面上における相対位置を求めて前記被検面の面位置を
検出することを特徴とする請求項13記載の面位置検出
装置。
17. The detecting means obtains a time frequency by performing a Fourier transform on a detection result of the detector which changes with time, thereby obtaining a relative position on the detection surface of the light beam split by the splitting means. 14. The surface position detecting device according to claim 13, wherein the surface position of the surface to be detected is detected.
【請求項18】 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17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。
18. An exposure apparatus for transferring a pattern formed on a mask onto a substrate, wherein the substrate stage for holding the substrate and a position of a surface of the substrate are detected as a position of the surface to be detected. Item 18. A surface position detecting device according to any one of Items 17, and an adjusting 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 detecting device. An exposure apparatus comprising:
【請求項19】 請求項18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表面の面位置を検出する面
位置検出工程と、 前記面位置検出工程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。
19. A surface position detecting step of detecting a surface position of a surface of a substrate using a surface position detecting device provided in the exposure apparatus according to claim 18, and the substrate is detected based on a detection result of the surface position detecting step. A substrate adjustment step of adjusting at least one of a position and a posture of the substrate on a stage; a transfer step of irradiating an illumination light on the mask to transfer 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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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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