JP2009031169A - Position detection apparatus, exposure apparatus, and manufacturing method for device - Google Patents

Position detection apparatus, exposure apparatus, and manufacturing method for device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the influence due to the pattern or the reflectivity of a surface to be inspected, without having to drive an optical member, and to detect the positional information of the normal direction of the surface to be inspected. <P>SOLUTION: This position detection apparatus includes a transmitted light optical system 30A for forming images B1-B9 of pin holes A1-A9 on the lower surface of a reticle R; a received light optical system 30B for receiving reflected light from the lower surface and forming images C1-C9 of the pin holes; a photoelectric sensor 44 for detecting the images C1-C9 through pinholes D1-D9; a stage for scanning the reticle R; and an RAF control system 52A for determining the positions of the Z direction of a series of measuring points of the lower surface of the reticle R, based on a detected signal of the photoelectric sensor 44 obtained by the scan of the reticle R. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明は、被検面の位置情報を検出する位置検出装置、この位置検出装置を備えた露光装置、及びこの露光装置を用いて半導体素子又は液晶表示素子等のマイクロデバイス(電子デバイス)を製造するためのデバイスの製造方法に関する。   The present invention relates to a position detection device for detecting position information of a surface to be measured, an exposure device provided with the position detection device, and a microdevice (electronic device) such as a semiconductor element or a liquid crystal display device using the exposure device. The present invention relates to a device manufacturing method.

半導体素子等を製造するためのリソグラフィ工程においては、レチクル(マスク)に形成されたパターンを表面にレジスト(感光剤)が塗布されたウエハ(又はガラスプレート等)上に投影光学系を介して転写する露光装置が使用されている。露光装置としては、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影型露光装置(いわゆるステッパ)、又はレチクル及びウエハを同期走査するステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影露光装置(いわゆるスキャニングステッパ)等が一般的に使用されている。   In a lithography process for manufacturing a semiconductor element or the like, a pattern formed on a reticle (mask) is transferred onto a wafer (or glass plate or the like) coated with a resist (photosensitive agent) on the surface via a projection optical system. An exposure apparatus is used. As an exposure apparatus, a step-and-repeat reduction projection exposure apparatus (so-called stepper) or a step-and-scan scanning projection exposure apparatus (so-called scanning stepper) that synchronously scans a reticle and a wafer is generally used. Has been used.

半導体素子の高集積化及びパターンの微細化に伴い、露光装置には高解像力(高解像度)が要求されている。また、露光装置では、デフォーカスによる像ボケ等を防止するために、ウエハ面を投影光学系の像面(パターンの最良結像面)の焦点深度(DOF)の範囲内に位置させて露光を行う必要がある。しかし、解像度を高めるために露光波長を短くして開口数(NA)を大きくすると、焦点深度が狭くなる。そこで、走査型投影露光装置においては、ウエハ面を投影光学系の像面の焦点深度の範囲内に位置させるために、ウエハ面を計測するオートフォーカスセンサの計測値に基づいてウエハステージの高さ制御を行うことにより、走査露光時にウエハ面上の被露光領域内の傾きやうねり等によるフォーカス誤差を補正している。   With high integration of semiconductor elements and miniaturization of patterns, high resolution (high resolution) is required for exposure apparatuses. Further, in the exposure apparatus, exposure is performed by positioning the wafer surface within the range of the depth of focus (DOF) of the image plane of the projection optical system (the best imaging plane of the pattern) in order to prevent image blur due to defocus. There is a need to do. However, if the exposure wavelength is shortened and the numerical aperture (NA) is increased in order to increase the resolution, the depth of focus becomes narrower. Therefore, in a scanning projection exposure apparatus, in order to position the wafer surface within the range of the focal depth of the image plane of the projection optical system, the height of the wafer stage is based on the measurement value of the autofocus sensor that measures the wafer surface. By performing the control, the focus error due to the tilt or undulation in the exposed area on the wafer surface during the scanning exposure is corrected.

しかしながら、近年、解像度が一層高まるとともに焦点深度も更に狭くなっており、ウエハ面の傾きやうねり等によるフォーカス誤差に加えてレチクルの撓み等によるフォーカス誤差が問題となってきた。即ち、投影光学系の像面の形状は、レチクル下面(パターン面)の撓み等に応じても変化する。そこで、レチクル下面の撓み等によるフォーカス誤差を補正するために、光軸方向に駆動されるレンズを通してレチクル下面に計測光をほぼ垂直に照射することによって、レチクル下面の法線方向の位置(高さ)を計測するレチクル用のオートフォーカスセンサが用いられている(例えば、特許文献1参照)。
特開2007−48823号公報
However, in recent years, the resolution has further increased and the depth of focus has further narrowed, and in addition to the focus error due to the wafer surface tilt and waviness, the focus error due to reticle deflection has become a problem. That is, the shape of the image plane of the projection optical system also changes depending on the deflection of the reticle lower surface (pattern surface). Therefore, in order to correct a focus error due to the deflection of the lower surface of the reticle, the measurement light is irradiated almost perpendicularly to the lower surface of the reticle through a lens driven in the optical axis direction. ) Is used (for example, see Patent Document 1).
JP 2007-48823 A

上記の従来のレチクル用のオートフォーカスセンサは、レンズを光軸方向に駆動する機構を備えているため、光学系の小型化が可能である。しかしながら、計測中にレンズを駆動する必要があるため、計測速度の向上が困難であるとともに、計測精度を向上させるためには、レンズ駆動時の振動対策を施す必要があった。
また、レチクル下面(被検面)にはデバイス用のパターンが形成されているため、計測光の強度が、レチクル下面の高さの他に、形成されているパターンの反射率によっても変化し、これによって計測値が変動する。そこで、オートフォーカスセンサとしては、被検面のパターン又は反射率の影響を低減できる機構を備えることが好ましい。
Since the above conventional autofocus sensor for a reticle includes a mechanism for driving the lens in the optical axis direction, the optical system can be miniaturized. However, since it is necessary to drive the lens during measurement, it is difficult to improve the measurement speed, and in order to improve the measurement accuracy, it is necessary to take measures against vibration when driving the lens.
In addition, since the pattern for the device is formed on the lower surface of the reticle (surface to be measured), the intensity of the measurement light varies depending on the reflectance of the formed pattern in addition to the height of the lower surface of the reticle, As a result, the measured value varies. Therefore, it is preferable that the autofocus sensor includes a mechanism that can reduce the influence of the pattern or reflectance of the test surface.

本発明は、このような課題に鑑み、光学部材を駆動する方式を用いることなく、光学系の小型化が可能であるとともに、必要に応じて被検面のパターン又は反射率の影響を低減させて、被検面の法線方向の位置情報を検出できる位置検出技術、この位置検出技術を用いる露光技術、及びこの露光技術を用いるデバイスの製造方法を提供することを目的とする。   In view of such problems, the present invention can reduce the size of the optical system without using a method of driving the optical member, and reduce the influence of the pattern or reflectance of the test surface as necessary. An object of the present invention is to provide a position detection technique capable of detecting position information in the normal direction of the surface to be measured, an exposure technique using this position detection technique, and a device manufacturing method using this exposure technique.

本発明による位置検出装置は、被検面(Ra)の法線方向の位置情報を検出する位置検出装置であって、その被検面上に複数の開口(A1〜A9)の第1の像を所定の基準面(RFMa)に対して異なるデフォーカス量で形成する送光系(30A)と、その被検面からの反射光を受光してその複数の開口の第2の像を形成する第1受光系(30B)と、その複数の開口の第2の像をそれぞれその基準面との共役面に対して所定の位置関係の開口(D1〜D9)を通して検出する第1受光センサ(44)と、その被検面とその複数の開口の第1の像とをその基準面に沿って相対走査する相対走査機構(RST)と、その相対走査機構によってその被検面とその複数の開口の第1の像とを相対走査したときに得られるその第1受光センサの検出情報に基づいて、その被検面の法線方向の位置情報を求める演算部(52A)と、を備えるものである。   A position detection apparatus according to the present invention is a position detection apparatus that detects position information in a normal direction of a test surface (Ra), and a first image of a plurality of openings (A1 to A9) on the test surface. A light transmission system (30A) that forms a light beam with a different defocus amount with respect to a predetermined reference surface (RFMa), and receives reflected light from the test surface to form a second image of the plurality of openings. The first light receiving system (30B) and the first light receiving sensor (44) for detecting the second images of the plurality of openings through the openings (D1 to D9) having a predetermined positional relationship with respect to the conjugate plane with the reference plane, respectively. ), A relative scanning mechanism (RST) that relatively scans the test surface and the first image of the plurality of apertures along the reference plane, and the test surface and the plurality of apertures by the relative scanning mechanism. The detection information of the first light receiving sensor obtained when the first image is relatively scanned. Based on the arithmetic unit for obtaining position information of the normal direction of the test surface and (52A), those with a.

本発明によれば、例えば被検面にほぼ垂直に照射された光の反射光によって第1受光系によって形成される複数の開口の第2の像の光軸方向の位置は、第2の像によって異なるとともに、被検面の法線方向の位置によって変化する。従って、その複数の開口の第1の像がその被検面上の一つの計測点を順次通過したときに第1受光センサから得られる光量情報を求めることによって、光学部材を駆動することなく、小型化可能な光学系を用いて、その被検面の法線方向の位置情報を検出できる。   According to the present invention, for example, the position in the optical axis direction of the second image of the plurality of apertures formed by the first light receiving system by the reflected light of the light irradiated substantially perpendicularly to the test surface is the second image. And varies depending on the position in the normal direction of the test surface. Therefore, by obtaining the light amount information obtained from the first light receiving sensor when the first image of the plurality of openings sequentially passes through one measurement point on the test surface, without driving the optical member, The position information in the normal direction of the test surface can be detected by using an optical system that can be miniaturized.

また、その複数の開口の第1の像と被検面とを相対走査することによって、近接する複数の計測点で位置情報が得られるため、例えばそれらの位置情報に所定の統計処理を施すことによって、その被検面のパターン又は反射率の影響を低減できる。   Further, by performing relative scanning between the first image of the plurality of openings and the test surface, position information can be obtained at a plurality of adjacent measurement points. For example, predetermined statistical processing is performed on the position information. Thus, the influence of the pattern or reflectance of the test surface can be reduced.

[第1の実施形態]
以下、本発明の好ましい第1の実施形態につき図1〜図9を参照して説明する。本例は、レチクル用のオートフォーカスセンサを備えた投影露光装置に本発明を適用したものである。
図1は、本実施形態のスキャニングステッパよりなる走査露光型の投影露光装置(露光装置)の概略構成を示す図である。図1において、本実施形態の投影露光装置は、露光光源(不図示)と、露光光源からの露光光でレチクルR(マスク)を照明する照明光学系ILと、下面に転写用の回路パターンが形成(描画)されたレチクルRを保持して移動するレチクルステージRSTと、レチクルRのパターンの像をレジスト(感光材料)が塗布されたウエハW(感光性基板)上に投影する投影光学系PLと、ウエハWを保持して移動するウエハステージWSTとを備えている。さらに、その投影露光装置は、レチクルRの下面の複数の位置で法線方向(ここでは投影光学系PLの光軸方向に平行)の位置を検出するためのレチクル用のオートフォーカスセンサ(以下、RAFセンサという。)2と、ウエハW表面の複数の計測点で投影光学系PLの光軸方向の位置(フォーカス位置)を検出するためのウエハ用のオートフォーカスセンサ(以下、AFセンサという。)(60a,60b)と、RAFセンサ2及びAFセンサ(60a,60b)の計測結果に基づいて投影光学系PLの像面にウエハWの表面を合焦させる合焦機構(像位置の補正機構)、及び装置全体の動作を統括制御するコンピュータよりなる主制御系50等とを備えている。なお、以下では、投影光学系PLの光軸AXに平行にZ軸を取り、Z軸に垂直な平面内において図1の紙面に垂直な方向にX軸を、図1の紙面に平行な方向にY軸をそれぞれ設定している。Y軸に平行な方向(Y方向)が、走査露光時のレチクルR及びウエハWの走査方向SDである。
[First Embodiment]
A preferred first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. In this example, the present invention is applied to a projection exposure apparatus having an autofocus sensor for a reticle.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a scanning exposure type projection exposure apparatus (exposure apparatus) including a scanning stepper according to the present embodiment. In FIG. 1, the projection exposure apparatus of this embodiment includes an exposure light source (not shown), an illumination optical system IL that illuminates a reticle R (mask) with exposure light from the exposure light source, and a circuit pattern for transfer on the lower surface. A reticle stage RST that holds and moves the formed (drawn) reticle R, and a projection optical system PL that projects an image of the pattern of the reticle R onto a wafer W (photosensitive substrate) coated with a resist (photosensitive material). And a wafer stage WST that holds and moves the wafer W. Further, the projection exposure apparatus includes a reticle autofocus sensor (hereinafter, referred to as a reticle autofocus sensor) for detecting positions in the normal direction (here, parallel to the optical axis direction of the projection optical system PL) at a plurality of positions on the lower surface of the reticle R. 2) and a wafer autofocus sensor (hereinafter referred to as an AF sensor) for detecting the position (focus position) of the projection optical system PL in the optical axis direction at a plurality of measurement points on the surface of the wafer W. (60a, 60b) and a focusing mechanism (image position correcting mechanism) that focuses the surface of the wafer W on the image plane of the projection optical system PL based on the measurement results of the RAF sensor 2 and the AF sensor (60a, 60b). And a main control system 50 composed of a computer that controls the overall operation of the apparatus. In the following, the Z-axis is taken in parallel to the optical axis AX of the projection optical system PL, the X-axis is perpendicular to the plane of FIG. 1 in the plane perpendicular to the Z-axis, and the direction is parallel to the plane of FIG. Y axis is set for each. A direction (Y direction) parallel to the Y axis is the scanning direction SD of the reticle R and the wafer W during scanning exposure.

図1において、照明光学系ILは、光量調整用光学系、オプティカル・インテグレータを含む照度均一化光学系、レチクルブラインド、及びリレーレンズ系等を含む光学系4と、コンデンサレンズ6と、光路折り曲げ用のミラー8とを有する。露光光源(不図示)としては、KrF若しくはArFのエキシマレーザ、F2 レーザ、又は水銀ランプ(g線、i線等)等を用いることができる。 In FIG. 1, an illumination optical system IL includes a light quantity adjusting optical system, an illuminance uniformizing optical system including an optical integrator, an optical system 4 including a reticle blind, a relay lens system, and the like, a condenser lens 6, and an optical path bending unit. Mirror 8. As an exposure light source (not shown), a KrF or ArF excimer laser, an F 2 laser, a mercury lamp (g-line, i-line, etc.) or the like can be used.

また、レチクルRを保持するレチクルステージRSTは、レチクルベースRBS上のXY平面にほぼ平行なガイド面上に空気軸受を介して移動可能に載置され、リニアモータ等の駆動機構(不図示)によって、Y方向(走査方向SD)に定速駆動されるとともに、X方向にも所定幅で移動可能である。レチクルステージRST上にレチクルRに対してY方向に近接するように、下面に基準マーク等が形成されてレチクルRよりもY方向の幅が狭いレチクルマーク板RFMが保持され、レチクルR及びレチクルマーク板RFMの底面側のレチクルステージRSTに露光光及びRAFセンサ2からの計測光を通過させるための開口10a及び10bが形成されている。レチクルベースRBSの光軸AXを含む領域に露光光を通過させる開口11aが形成され、光軸AXに対してY方向に離れた領域に開口11bが形成され、開口11bを通してレチクルR及びレチクルマーク板RFMの下面にRAFセンサ2からの計測光が照射される(詳細後述)。   A reticle stage RST for holding the reticle R is mounted on a guide surface substantially parallel to the XY plane on the reticle base RBS so as to be movable via an air bearing, and is driven by a drive mechanism (not shown) such as a linear motor. , Driven at a constant speed in the Y direction (scanning direction SD), and movable in the X direction with a predetermined width. On the reticle stage RST, a reference mark or the like is formed on the lower surface so as to be close to the reticle R in the Y direction, and the reticle mark plate RFM having a narrower width in the Y direction than the reticle R is held. The reticle R and the reticle mark Openings 10a and 10b for allowing exposure light and measurement light from the RAF sensor 2 to pass are formed in the reticle stage RST on the bottom side of the plate RFM. An opening 11a for allowing exposure light to pass is formed in a region including the optical axis AX of the reticle base RBS, an opening 11b is formed in a region away from the optical axis AX in the Y direction, and the reticle R and the reticle mark plate are formed through the opening 11b. The lower surface of the RFM is irradiated with measurement light from the RAF sensor 2 (details will be described later).

また、レチクルステージRST上に固定された移動鏡12に対向するように、移動鏡12に計測用のレーザビームを照射するレーザ干渉計13が配置されている。レチクルステージRSTの平面図を含む図2(B)に示すように、図1の移動鏡12はY軸の2軸の移動鏡(例えばコーナリフレクタ)12YA,12YB及びX軸の1つの細長い移動鏡12Xを含み、レーザ干渉計13は、Y軸の2軸のレーザ干渉計13YA,13YB及びX軸のレーザ干渉計13Xを含んで構成されている。   Further, a laser interferometer 13 that irradiates the movable mirror 12 with a measurement laser beam is disposed so as to face the movable mirror 12 fixed on the reticle stage RST. As shown in FIG. 2B including a plan view of the reticle stage RST, the movable mirror 12 in FIG. 1 is a Y-axis biaxial movable mirror (for example, a corner reflector) 12YA, 12YB and an X-axis elongated movable mirror. The laser interferometer 13 includes a Y-axis two-axis laser interferometers 13YA and 13YB and an X-axis laser interferometer 13X.

図1において、レーザ干渉計13は、例えば投影光学系PLの側面に設けた参照鏡(不図示)を基準として、少なくともレチクルステージRSTのY方向、X方向の位置RY,RXを0.5〜0.1nm程度の分解能で計測し、Z軸周りの回転角も計測する。計測値は主制御系50内のステージ制御部に供給され、ステージ制御部はその計測値に基づいて駆動機構(不図示)を介してレチクルステージRSTの2次元的な位置及び速度を制御する。レチクルステージRSTのY方向、X方向の位置RY,RXの情報は、後述のようにRAFセンサ2の検出信号を処理するRAF制御系52にも供給される。   In FIG. 1, the laser interferometer 13 uses, for example, a reference mirror (not shown) provided on the side surface of the projection optical system PL as a reference, and at least positions Y, X of the reticle stage RST, RY, RX in the range of 0.5-. It measures with a resolution of about 0.1 nm, and also measures the rotation angle around the Z axis. The measurement value is supplied to a stage control unit in the main control system 50, and the stage control unit controls the two-dimensional position and speed of the reticle stage RST via a drive mechanism (not shown) based on the measurement value. Information on positions RY and RX in the Y direction and X direction of reticle stage RST is also supplied to RAF control system 52 that processes detection signals of RAF sensor 2 as described later.

投影光学系PLは、両側テレセントリックで投影倍率が1/4又は1/5等の縮小倍率の屈折系又は反射屈折系であり、レチクルRの下面のX方向に細長い照明領域内のパターンの像をウエハW上の一つのショット領域上の露光領域に投影する。投影光学系PLの瞳面又はその近傍には、開口数NAを制御するための可変開口絞り(不図示)が設置されている。また、投影光学系PLの鏡筒の一部である分割鏡筒55A,55B内にZ方向に伸縮可能な3箇所の駆動素子(ピエゾ素子等)57A,57B及びレンズ枠56A,56Bを介してレンズエレメント58A,58Bが支持されている。駆動素子57A,57Bの駆動量は、主制御系50の制御のもとで駆動系54によって制御される。駆動素子57A,57Bを介してレンズエレメント58A,58Bの位置及び/又は光軸AXに対する傾斜角を制御することで、投影光学系PLの像面湾曲、フォーカス位置等の結像特性を制御することができる。駆動素子57A,57B及び駆動系54を含んで、投影光学系PLの結像特性制御機構が構成されている。なお、結像特性制御機構によって駆動される投影光学系PL内のレンズエレメント(又は光学部材)の個数及び位置は、制御対象の結像特性の種類に応じて設定される。   The projection optical system PL is a refracting system or a catadioptric system that is telecentric on both sides and has a reduction magnification such as 1/4 or 1/5, and displays an image of a pattern in an illumination area that is elongated in the X direction on the lower surface of the reticle R. Projection is performed on an exposure area on one shot area on the wafer W. A variable aperture stop (not shown) for controlling the numerical aperture NA is installed on or near the pupil plane of the projection optical system PL. In addition, through split lens barrels 55A and 55B, which are part of the barrels of the projection optical system PL, via three drive elements (piezo elements, etc.) 57A and 57B and lens frames 56A and 56B that can be expanded and contracted in the Z direction. Lens elements 58A and 58B are supported. The drive amounts of the drive elements 57A and 57B are controlled by the drive system 54 under the control of the main control system 50. By controlling the position of the lens elements 58A and 58B and / or the tilt angle with respect to the optical axis AX via the drive elements 57A and 57B, the imaging characteristics such as the field curvature and the focus position of the projection optical system PL are controlled. Can do. An imaging characteristic control mechanism of the projection optical system PL is configured including the drive elements 57A and 57B and the drive system 54. Note that the number and position of lens elements (or optical members) in the projection optical system PL driven by the imaging characteristic control mechanism are set according to the type of imaging characteristics to be controlled.

一方、ウエハWはウエハホルダWHを介してウエハステージWST上に吸着保持されている。ウエハステージWSTは、ウエハホルダWHが固定されたウエハテーブル21と、XYステージ23と、XYステージ23に対してウエハテーブル21のZ方向の位置及びX軸、Y軸の周りの傾斜角を制御するための3箇所のZ駆動部22A,22B,22Cとを備えている。XYステージ23は、ウエハベースWBS上のXY平面にほぼ平行なガイド面上に空気軸受を介して移動可能に載置され、リニアモータ等の駆動機構(不図示)によって、Y方向に定速駆動されるとともに、X方向、Y方向にステップ移動するように駆動される。   On the other hand, wafer W is sucked and held on wafer stage WST via wafer holder WH. The wafer stage WST controls the wafer table 21 to which the wafer holder WH is fixed, the XY stage 23, and the position of the wafer table 21 in the Z direction with respect to the XY stage 23 and the tilt angles around the X and Y axes. The three Z drive units 22A, 22B, and 22C are provided. The XY stage 23 is mounted on a guide surface substantially parallel to the XY plane on the wafer base WBS so as to be movable via an air bearing, and is driven at a constant speed in the Y direction by a drive mechanism (not shown) such as a linear motor. At the same time, it is driven to move stepwise in the X and Y directions.

ウエハテーブル21の直交する反射面(移動鏡でもよい)に対向するように、その反射面に計測用のレーザビームを照射するレーザ干渉計24(実際には例えば少なくともY方向に1軸、X方向に2軸のレーザ干渉計より構成されている)が配置されている。レーザ干渉計24は、例えば投影光学系PLの側面に設けた参照鏡(不図示)を基準として、少なくともウエハテーブル21(ウエハW)のX方向、Y方向の位置を0.5〜0.1nm程度の分解能で計測し、Z軸周りの回転角も計測する。計測値は主制御系50内のステージ制御部に供給され、ステージ制御部はその計測値に基づいて駆動機構(不図示)を介してウエハステージWSTの2次元的な位置及び速度を制御する。   Laser interferometer 24 (actually, for example, at least one axis in the Y direction and the X direction) irradiates a measurement laser beam on the reflecting surface so as to face the orthogonal reflecting surface (or a movable mirror) of the wafer table 21. Are constructed of two-axis laser interferometers). The laser interferometer 24 uses, for example, a reference mirror (not shown) provided on the side surface of the projection optical system PL as a reference, and at least the position of the wafer table 21 (wafer W) in the X direction and Y direction is 0.5 to 0.1 nm. It measures with a resolution of about, and also measures the rotation angle around the Z axis. The measurement value is supplied to a stage control unit in the main control system 50, and the stage control unit controls the two-dimensional position and speed of wafer stage WST via a drive mechanism (not shown) based on the measurement value.

また、投影光学系PLの側面にはウエハW上のアライメントマークの位置を検出するアライメントセンサALGが設置され、ウエハテーブル21のウエハWの近傍には、スリット及び基準マークが形成された基準マーク板25aと、そのスリットを通過した露光光を集光するレンズ系25bと、集光された光束を受光する光電センサ25cとを含む空間像計測系25が設置されている。空間像計測系25によって、レチクルRのアライメントマークの像の位置の計測も可能である。アライメントセンサALG及び空間像計測系25の検出信号は、主制御系50内のアライメント制御部に供給され、その検出信号に基づいてアライメント制御部はレチクルRとウエハWとのアライメントを行う。   An alignment sensor ALG for detecting the position of the alignment mark on the wafer W is installed on the side surface of the projection optical system PL, and a reference mark plate in which slits and reference marks are formed in the vicinity of the wafer W on the wafer table 21. An aerial image measurement system 25 is installed that includes 25a, a lens system 25b that collects the exposure light that has passed through the slit, and a photoelectric sensor 25c that receives the collected light flux. The aerial image measurement system 25 can also measure the position of the alignment mark image on the reticle R. Detection signals from the alignment sensor ALG and the aerial image measurement system 25 are supplied to an alignment control unit in the main control system 50, and the alignment control unit aligns the reticle R and the wafer W based on the detection signals.

また、AFセンサ(60a,60b)は、ウエハW表面の複数の計測点に斜めにスリット像を投射する投光部60aと、その表面からの反射光を受光してスリット像を再形成し、それらの横ずれ量(ひいては計測点のフォーカス位置)に対応する検出信号を出力する受光部60bとから構成された、斜入射方式で多点のオートフォーカスセンサである。受光部60bの検出信号は主制御系50内のウエハ側フォーカス演算部に供給され、ウエハ側フォーカス演算部は、その検出信号を処理してウエハW表面のフォーカス位置及び傾斜角を求める。   In addition, the AF sensor (60a, 60b) projects a slit image obliquely to a plurality of measurement points on the surface of the wafer W and receives reflected light from the surface to re-form the slit image. This is an oblique incidence type multi-point autofocus sensor composed of a light receiving unit 60b that outputs a detection signal corresponding to the lateral shift amount (and hence the focus position of the measurement point). The detection signal of the light receiving unit 60b is supplied to the wafer side focus calculation unit in the main control system 50, and the wafer side focus calculation unit processes the detection signal to obtain the focus position and tilt angle of the wafer W surface.

また、主制御系50内のレチクル側フォーカス演算部には、後述のように、RAF制御系52からRAFセンサ2を介して計測されるレチクルRの下面のY方向に沿った複数の計測点におけるZ方向の位置情報も供給される。この位置情報に基づいて、レチクル側フォーカス演算部は、投影光学系PLによるレチクルRのパターンの縮小像の像面のZ方向の位置、及びX軸、Y軸の周りの傾斜角(又は像面湾曲の状態)を求める。そして、走査露光時に、主制御系50内のフォーカス駆動部は、レチクル側フォーカス演算部によって算出される投影光学系PLの像面に、ウエハ側フォーカス演算部によって求められるウエハW表面が合焦されるように、オートフォーカス方式でZ駆動部22A〜22Cを駆動するとともに、必要に応じて結像特性制御機構(駆動系54)を介して投影光学系PLの像面湾曲又はフォーカス位置を制御する。即ち、Z駆動部22A〜22C及び結像特性制御機構(駆動系54)が合焦機構(像位置の補正機構)を構成している。これによって、レチクルRの下面(パターン形成面)に微小な撓みが生じているような場合でも、投影光学系PLの像面にウエハW表面を合焦させて、レチクルRのパターンを高解像度でウエハWの各ショット領域に転写することができる。   Further, as will be described later, the reticle side focus calculation unit in the main control system 50 includes a plurality of measurement points along the Y direction on the lower surface of the reticle R measured from the RAF control system 52 via the RAF sensor 2. Position information in the Z direction is also supplied. Based on this position information, the reticle-side focus calculation unit calculates the position in the Z direction of the image plane of the reduced image of the pattern on the reticle R by the projection optical system PL, and the tilt angle (or image plane around the X axis and Y axis). (Bending state). At the time of scanning exposure, the focus drive unit in the main control system 50 focuses the surface of the wafer W obtained by the wafer side focus calculation unit on the image plane of the projection optical system PL calculated by the reticle side focus calculation unit. As described above, the Z drive units 22A to 22C are driven by the autofocus method, and the curvature of field or the focus position of the projection optical system PL is controlled via the imaging characteristic control mechanism (drive system 54) as necessary. . That is, the Z driving units 22A to 22C and the imaging characteristic control mechanism (driving system 54) constitute a focusing mechanism (image position correcting mechanism). As a result, even when a slight deflection occurs on the lower surface (pattern forming surface) of the reticle R, the surface of the wafer W is focused on the image surface of the projection optical system PL, and the pattern of the reticle R can be obtained with high resolution. It can be transferred to each shot area of the wafer W.

そして、走査露光時には、照明光学系ILからの露光光の照明領域に対して、レチクルステージRSTを介してレチクルRをY方向に移動するのに同期して、ウエハステージWSTを介してウエハW上の一つのショット領域を投影倍率を速度比としてY方向に移動する動作と、露光光の照射を停止して、ウエハステージWSTを介してウエハWをX方向、Y方向にステップ移動する動作とが繰り返される。このようなステップ・アンド・スキャン動作によって、ウエハW上の各ショット領域にレチクルRのパターンの像が露光される。   At the time of scanning exposure, on the wafer W via the wafer stage WST in synchronization with the movement of the reticle R in the Y direction via the reticle stage RST with respect to the illumination area of the exposure light from the illumination optical system IL. The movement of one shot area in the Y direction with the projection magnification as the speed ratio and the operation of stopping the exposure light irradiation and moving the wafer W stepwise in the X and Y directions via the wafer stage WST Repeated. By such a step-and-scan operation, an image of the pattern of the reticle R is exposed to each shot area on the wafer W.

次に、本実施形態において、投影光学系PLのフォーカス誤差の要因となるレチクルRの下面のZ位置(撓み等)を計測するためのRAFセンサ(レチクル用のオートフォーカスセンサ)2及びこの検出信号を処理するRAF制御系52について詳細に説明する。RAFセンサ2及びRAF制御系52(演算部)からレチクルRの下面(被検面)の法線方向の位置であるZ位置を検出する検出装置が構成されている。なお、RAFセンサ2及びRAF制御系52によるレチクルRのZ位置の計測は、例えば図1のレチクルステージRST上でレチクルの交換を行った後に実行される。この後の同一のレチクルを用いる露光工程では、最初に計測されて記憶されているレチクルの走査方向の位置に応じたZ位置に基づいてオートフォーカス制御が行われる。   Next, in the present embodiment, an RAF sensor (reticle autofocus sensor) 2 for measuring the Z position (deflection etc.) of the lower surface of the reticle R, which causes a focus error of the projection optical system PL, and this detection signal The RAF control system 52 for processing will be described in detail. A detection device that detects the Z position, which is the position in the normal direction of the lower surface (test surface) of the reticle R, is configured from the RAF sensor 2 and the RAF control system 52 (calculation unit). Note that the measurement of the Z position of the reticle R by the RAF sensor 2 and the RAF control system 52 is performed, for example, after exchanging the reticle on the reticle stage RST of FIG. In the subsequent exposure process using the same reticle, autofocus control is performed based on the Z position corresponding to the position in the scanning direction of the reticle that is measured and stored first.

図2(A)は図1の投影光学系PLの上端部の側面とレチクルベースRBSとの間に配置されたRAFセンサ2A及びRAF制御系52Aを示し、図2(B)は図2(A)のレチクルステージRSTを示す平面図である。図1のRAFセンサ2は、実際には図2(B)に示すように、レチクルRのパターン形成面(下面)においてY軸に平行な3つの計測ライン49A,49B,49Cに沿って設定された多数の計測点で、順次それぞれその下面の法線方向の位置であるZ位置を検出する3つの互いに同一構成のRAFセンサ2A,2B,2Cから構成されている。計測ライン49A,49B,49CはレチクルRの下面のパターン領域の−X方向の端部、中央部、及び+X方向の端部に設定されている。   2A shows the RAF sensor 2A and the RAF control system 52A disposed between the side surface of the upper end portion of the projection optical system PL of FIG. 1 and the reticle base RBS, and FIG. 2B shows the RAF sensor 2A in FIG. 2 is a plan view showing a reticle stage RST of FIG. The RAF sensor 2 in FIG. 1 is actually set along three measurement lines 49A, 49B, and 49C parallel to the Y axis on the pattern forming surface (lower surface) of the reticle R, as shown in FIG. In addition, the RAF sensors 2A, 2B, and 2C having the same configuration are used to sequentially detect the Z position, which is the position in the normal direction of the lower surface, at a large number of measurement points. The measurement lines 49A, 49B, and 49C are set at the end portion in the −X direction, the center portion, and the end portion in the + X direction of the pattern region on the lower surface of the reticle R.

同様に、図1のRAF制御系52は、図2(B)のRAFセンサ2A〜2Cに対応する同一構成の3つのRAF制御系52A,52B,52C(52B,52Cは不図示)から構成されている。なお、RAFセンサ2A〜2Cの個数は任意である。以下では、代表的にそれらの内の−X方向の端部のRAFセンサ2A及びその検出信号を処理するRAF制御系52Aについて説明する。   Similarly, the RAF control system 52 in FIG. 1 includes three RAF control systems 52A, 52B, and 52C (52B and 52C are not shown) having the same configuration corresponding to the RAF sensors 2A to 2C in FIG. 2B. ing. The number of RAF sensors 2A to 2C is arbitrary. Below, the RAF sensor 2A at the end portion in the −X direction and the RAF control system 52A for processing the detection signal thereof will be described.

図2(A)において、投影光学系PLはフランジ部PLFを介して不図示のコラムに支持されている。RAFセンサ2Aは、計測用の照明光L1をレチクルRの下面Raにほぼ垂直に照射して、複数のピンホールの像をレチクルマーク板RFMの下面の基準面RFMa(図3参照)に対して異なるデフォーカス量で投影する送光光学系30Aと、下面Raからの反射光L2を受光して複数のピンホールの像を形成する受光光学系30Bと、これらのピンホールの像を形成する光を所定の開口を介して受光する光電センサ44とを有する。さらに、RAFセンサ2Aは、受光光学系30Bから分岐された反射光L4によって複数のピンホールの像が形成される下地モニタ光学系30Cと、これらのピンホールの像を形成する光を所定の開口を介して受光する光電センサ48とを備えている。本実施形態において、レチクルマーク板RFMの基準面RFMaは、投影光学系PLの光軸AXにほぼ垂直(XY平面にほぼ平行)で、高い平面度の平面、もしくは基準となるレチクルとの平面度差分が管理されている平面であり、レチクルRの下面のZ位置を計測する際の所定の基準面として使用される。なお、例えばレチクルRの代わりにレチクルステージRST上に載置される平面度の高いガラス基板の下面をその所定の基準面として使用することも可能である。前記基準となるレチクルとは、実際に投影露光し、レチクル面精度の投影像に対する影響が判明し、RAF機構にて補正すべき値が明確にわかっているレチクルのことである。さらに、RAF制御系52Aは、送光光学系30Aからの照明光L1のオン/オフを制御するとともに、光電センサ44,48からの検出信号を処理する。   In FIG. 2A, the projection optical system PL is supported by a column (not shown) via a flange portion PLF. The RAF sensor 2A irradiates measurement illumination light L1 substantially perpendicularly to the lower surface Ra of the reticle R, and images a plurality of pinholes with respect to the reference surface RFMa (see FIG. 3) on the lower surface of the reticle mark plate RFM. Light transmitting optical system 30A for projecting with different defocus amounts, light receiving optical system 30B for receiving reflected light L2 from the lower surface Ra and forming a plurality of pinhole images, and light for forming these pinhole images And a photoelectric sensor 44 that receives light through a predetermined opening. Further, the RAF sensor 2A has a base monitor optical system 30C in which a plurality of pinhole images are formed by the reflected light L4 branched from the light receiving optical system 30B, and light that forms these pinhole images at a predetermined aperture. And a photoelectric sensor 48 for receiving light via the. In the present embodiment, the reference surface RFMa of the reticle mark plate RFM is substantially perpendicular to the optical axis AX of the projection optical system PL (substantially parallel to the XY plane) and has a high flatness or a flatness with the reference reticle. This is a plane in which the difference is managed, and is used as a predetermined reference plane when measuring the Z position of the lower surface of the reticle R. For example, instead of the reticle R, a lower surface of a glass substrate having a high flatness placed on the reticle stage RST can be used as the predetermined reference surface. The reference reticle is a reticle for which projection exposure is actually performed, the influence of the reticle surface accuracy on the projected image is found, and the value to be corrected by the RAF mechanism is clearly known. Further, the RAF control system 52A controls on / off of the illumination light L1 from the light transmission optical system 30A and processes detection signals from the photoelectric sensors 44 and 48.

また、送光光学系30Aは、発光ダイオード又はハロゲンランプ及び波長選択フィルタ等よりなる光源装置等の光源(不図示)と、その光源からの照明光L1を導く光ファイバ束31と、光ファイバ束31の射出端31a(図3参照)からの照明光L1を一定の照明NAをもつ照明光へ変換するコンデンサレンズ32と、その照明光束によって照明される多数のピンホールが形成されるとともに、光軸に対して傾斜して配置された第1多点ピンホール板33と、第1多点ピンホール板33を通過した照明光L1をそれぞれ反射及び集光するミラー34及びレンズ35と、レンズ35からの照明光L1を分岐するビームスプリッタ36と、分岐された照明光L1をそれぞれ反射して下面Raに集光するミラー37及び対物レンズ38とを備えている。また、対物レンズ38の瞳側焦点位置には、開口絞り51が設置されている。開口絞りにより、下面Raにおける開口数NAが決定される。送光系のNAに対し、コンデンサレンズにて形成される照明NAiは、十分大きいことが望ましい。本実施形態では、照明系のNAiを送光系のNAよりも大きいインコヒーレント照明(照明σ≧1)に設定している。照明σが大きいと、光量を確保する点で有利である。しかし、照明σが小さくても、計測自体は照明σが大きいときと同様に可能である。   The light transmission optical system 30A includes a light source (not shown) such as a light source device including a light emitting diode or a halogen lamp and a wavelength selection filter, an optical fiber bundle 31 that guides illumination light L1 from the light source, and an optical fiber bundle. The condenser lens 32 that converts the illumination light L1 from the exit end 31a (see FIG. 3) 31 into illumination light having a constant illumination NA, and a large number of pinholes illuminated by the illumination light beam are formed. A first multi-point pinhole plate 33 arranged to be inclined with respect to the axis, a mirror 34 and a lens 35 that respectively reflect and collect the illumination light L1 that has passed through the first multi-point pinhole plate 33, and a lens 35 A beam splitter 36 for branching the illumination light L1 from the light source, and a mirror 37 and an objective lens 38 for reflecting the branched illumination light L1 and condensing them on the lower surface Ra. That. An aperture stop 51 is installed at the pupil-side focal position of the objective lens 38. The numerical aperture NA on the lower surface Ra is determined by the aperture stop. It is desirable that the illumination NAi formed by the condenser lens is sufficiently larger than the NA of the light transmission system. In this embodiment, the NAi of the illumination system is set to incoherent illumination (illumination σ ≧ 1) larger than the NA of the light transmission system. When the illumination σ is large, it is advantageous in securing a light amount. However, even if the illumination σ is small, the measurement itself can be performed in the same manner as when the illumination σ is large.

また、受光光学系30Bは、レチクルRの下面Raからの照明光L1による反射光L2を集光及び反射する対物レンズ38及びミラー37と、ミラー37からの反射光L2を分岐するビームスプリッタ36と、ビームスプリッタ36で送光光学系30Aとは異なる方向に分岐された反射光L2をそれぞれ反射及び集光するミラー39及びレンズ40と、レンズ40からの反射光L2を反射光L3及びL4に分岐するビームスプリッタ41と、分岐された反射光L3の光路上に光軸に垂直に配置されて、多数のピンホールが形成された第2多点ピンホール板42と、第2多点ピンホール板42の多数のピンホールの縮小像を形成するレンズ43A及び43Bよりなるリレーレンズ系とを備えている。ビームスプリッタ36、ミラー47、対物レンズ38、及び開口絞り51は、送光光学系30Aと受光光学系30Bとで兼用されている。   The light receiving optical system 30B includes an objective lens 38 and a mirror 37 that collect and reflect the reflected light L2 from the illumination light L1 from the lower surface Ra of the reticle R, and a beam splitter 36 that branches the reflected light L2 from the mirror 37. The mirror 39 and the lens 40 that respectively reflect and collect the reflected light L2 branched by the beam splitter 36 in a direction different from that of the light transmitting optical system 30A, and the reflected light L2 from the lens 40 is branched into reflected light L3 and L4. A beam splitter 41, a second multi-point pinhole plate 42 that is arranged perpendicular to the optical axis on the optical path of the branched reflected light L3 and has a large number of pinholes, and a second multi-point pinhole plate And a relay lens system composed of lenses 43A and 43B that form reduced images of 42 pinholes. The beam splitter 36, the mirror 47, the objective lens 38, and the aperture stop 51 are shared by the light transmitting optical system 30A and the light receiving optical system 30B.

また、下地モニタ光学系30Cは、受光光学系30Bのビームスプリッタ41から分岐された反射光L4の光路上に光軸に対して傾斜して配置されて、多数のピンホールが形成された第3多点ピンホール板45と、第3多点ピンホール板45の多数のピンホールの縮小像を形成するレンズ47A及び47Bよりなるリレーレンズ系とを備えている。
この場合、対物レンズ38、ビームスプリッタ36、ミラー39の一部は、レチクルベースRBSに設けられた開口11b内に収納され、照明光L1及び反射光L2は、対物レンズ38とレチクルRの下面Raとの間で開口11bを通過する。
Further, the base monitor optical system 30C is arranged on the optical path of the reflected light L4 branched from the beam splitter 41 of the light receiving optical system 30B so as to be inclined with respect to the optical axis, and a third pinhole is formed. A multi-point pinhole plate 45 and a relay lens system including lenses 47A and 47B that form reduced images of a large number of pinholes on the third multipoint pinhole plate 45 are provided.
In this case, the objective lens 38, the beam splitter 36, and a part of the mirror 39 are housed in the opening 11b provided in the reticle base RBS, and the illumination light L1 and the reflected light L2 are the lower surface Ra of the objective lens 38 and the reticle R. Passes through the opening 11b.

また、図2(B)に示すように、3つのRAFセンサ2A〜2Cの対物レンズ38は、それぞれレチクルRの下面の計測ライン49A〜49Cに沿って配置されている。本実施形態では、図2(A)に示すように、レチクルRの下面Raに照明光L1をほぼ垂直に照射できるため、RAFセンサ2Aを小型化できる。従って、投影光学系PLの上部側面とレチクルベースRBSとの間に、3つのRAFセンサ2A〜2Cをコンパクトに配置することができる。   2B, the objective lenses 38 of the three RAF sensors 2A to 2C are arranged along measurement lines 49A to 49C on the lower surface of the reticle R, respectively. In the present embodiment, as shown in FIG. 2A, the illumination light L1 can be irradiated almost vertically on the lower surface Ra of the reticle R, so that the RAF sensor 2A can be downsized. Therefore, the three RAF sensors 2A to 2C can be compactly arranged between the upper side surface of the projection optical system PL and the reticle base RBS.

次に、図2(A)のRAFセンサ2Aを簡略化した図3を参照して、RAFセンサ2Aの構成につき説明する。なお、図3においては、分かり易くするために、図2(A)のミラー34,37,39,46、及び開口絞り51が省略され、かつビームスプリッタ36及び41に対する送光光学系30A、受光光学系30B、及び下地モニタ光学系30Cの配置が図2(A)の配置とは異なっている。   Next, the configuration of the RAF sensor 2A will be described with reference to FIG. 3 in which the RAF sensor 2A of FIG. In FIG. 3, for the sake of clarity, the mirrors 34, 37, 39, and 46 and the aperture stop 51 in FIG. 2A are omitted, and the light transmission optical system 30A and the light reception for the beam splitters 36 and 41 are omitted. The arrangement of the optical system 30B and the base monitor optical system 30C is different from the arrangement shown in FIG.

図3において、送光光学系30Aの光軸AX1はZ軸に平行である。そして、第1多点ピンホール板33の表面は、光軸AX1に垂直な平面、従ってレチクルマーク板の基準面RFMaにほぼ平行な平面に対してX軸に平行な軸の周りに所定角度傾斜しており、第1多点ピンホール板33の表面にY方向(レチクルRの走査方向SD)のピッチがPY1となるように多数のピンホールA1,A2,…,A9が形成されている。第1多点ピンホール板33は、例えばガラス基板の表面の遮光膜(例えばクロム等の金属膜)中に、エッチング等によって、図3の紙面に平行な直線に沿って多数のピンホールを形成したものである。なお、図3では、分かり易くするために、ピンホールA1〜A9は9個であるが、ピンホールA1〜A9の個数は、実際には例えば256点又は512点等である。   In FIG. 3, the optical axis AX1 of the light transmission optical system 30A is parallel to the Z axis. The surface of the first multipoint pinhole plate 33 is inclined at a predetermined angle around an axis parallel to the X axis with respect to a plane perpendicular to the optical axis AX1, and thus a plane substantially parallel to the reference plane RFMa of the reticle mark plate. A number of pinholes A1, A2,..., A9 are formed on the surface of the first multipoint pinhole plate 33 so that the pitch in the Y direction (scanning direction SD of the reticle R) is PY1. The first multipoint pinhole plate 33 forms a large number of pinholes along a straight line parallel to the paper surface of FIG. 3 by etching or the like in a light shielding film (for example, a metal film such as chromium) on the surface of a glass substrate, for example. It is a thing. In FIG. 3, for the sake of clarity, the number of pinholes A1 to A9 is nine, but the number of pinholes A1 to A9 is actually, for example, 256 points or 512 points.

また、送光光学系30Aのレンズ35及び対物レンズ38から、照明光L1によって、第1多点ピンホール板33のピンホールA1〜A9の像B1〜B9をレチクルRの下面Ra近傍に例えば1/2以下程度に縮小して、Y方向にスポット間隔(ピッチ)ΔYで形成する縮小結像光学系が構成されている。この際に、第1多点ピンホール板33が光軸AX1に対して傾斜したアオリ配置であるため、像B1〜B9は、図2(A)でレチクルステージRSTを駆動してレチクルマーク板RFMを対物レンズ38の上部に移動した場合の基準面RFMaに対して、Y方向にほぼ線形にデフォーカス量が異なっている。なお、中央の像B5は基準面RFMaに対してデフォーカス量が0に設定されている。   Further, the images B1 to B9 of the pinholes A1 to A9 of the first multipoint pinhole plate 33 are, for example, 1 near the lower surface Ra of the reticle R by the illumination light L1 from the lens 35 and the objective lens 38 of the light transmission optical system 30A. A reduction imaging optical system that is reduced to about / 2 or less and is formed with a spot interval (pitch) ΔY in the Y direction is configured. At this time, since the first multipoint pinhole plate 33 is tilted with respect to the optical axis AX1, the images B1 to B9 are driven by the reticle stage RST in FIG. The defocus amount is almost linearly different in the Y direction with respect to the reference surface RFMa when the lens is moved to the upper part of the objective lens 38. Note that the defocus amount of the center image B5 is set to 0 with respect to the reference plane RFMa.

なお、例えば像B1及びB9で示すように、レチクルRの下面Raからの反射光L2によるピンホールA1,A9の像B1’,B9’のZ方向の位置は、下面Raに関して像B1,B9と対称な位置になる。本実施形態の受光光学系30Bでは、下面Raからの反射光L2を受光するため、受光光学系30Bから見たピンホールA1〜A9の像の位置は、下面Raに関して像B1〜B9と対称な位置になる。そして、受光光学系30Bの対物レンズ38とレンズ40とから、反射光L2を用いて、レチクルRの下面Ra近傍のピンホールの像B1〜B9(実際には像B1’〜B9’)を、送光光学系30Aの縮小倍率の逆数で拡大して、ピンホールA1〜A9の像C1〜C9を形成する拡大結像光学系が構成されている。図3のようにレチクルRの下面Raが基準面RFMaにほぼ平行である場合には、像C1〜C9の光軸AX2に沿った結像位置(ベストフォーカス位置)は、ほぼ光軸AX2に垂直な平面に対してX軸に平行な軸の周りに傾斜した直線上に配置されている。   For example, as shown by images B1 and B9, the positions in the Z direction of the images B1 ′ and B9 ′ of the pinholes A1 and A9 by the reflected light L2 from the lower surface Ra of the reticle R are the same as the images B1 and B9 with respect to the lower surface Ra. It becomes a symmetrical position. In the light receiving optical system 30B of the present embodiment, since the reflected light L2 from the lower surface Ra is received, the positions of the images of the pinholes A1 to A9 viewed from the light receiving optical system 30B are symmetrical with the images B1 to B9 with respect to the lower surface Ra. Become position. Then, by using the reflected light L2 from the objective lens 38 and the lens 40 of the light receiving optical system 30B, pinhole images B1 to B9 (actually images B1 ′ to B9 ′) near the lower surface Ra of the reticle R are obtained. An enlargement image forming optical system that forms images C1 to C9 of the pinholes A1 to A9 by enlarging with the reciprocal of the reduction magnification of the light transmission optical system 30A is configured. When the lower surface Ra of the reticle R is substantially parallel to the reference surface RFMa as shown in FIG. 3, the image formation position (best focus position) along the optical axis AX2 of the images C1 to C9 is substantially perpendicular to the optical axis AX2. It is arranged on a straight line inclined around an axis parallel to the X axis with respect to a simple plane.

また、像C1〜C9の中央の像C5の位置に、光軸AX2に垂直に配置された第2多点ピンホール板42の表面が配置され、第2多点ピンホール板42の表面には、光軸AX2に垂直な方向(図3のZ方向)に、像C1〜C9のピッチと同じピッチで、かつそれぞれ像C1〜C9を通り光軸AX2に平行な直線上に位置するように、ピンホールD1〜D9が形成されている。本実施形態では、ピンホールD1〜D9は、基準面RFMaの受光光学系30Bによって形成される像(共役像)と同じ面上に配置されている。第2多点ピンホール板42は、第1多点ピンホール板33と同様に、ガラス基板の表面の遮光膜中に、多数のピンホールを形成したものであるが、ピンホールD1〜D9の大きさは、例えば後述の光電センサ44からの検出信号が十分に得られるように設定してもよい。   In addition, the surface of the second multipoint pinhole plate 42 disposed perpendicular to the optical axis AX2 is disposed at the position of the center image C5 of the images C1 to C9. In the direction perpendicular to the optical axis AX2 (the Z direction in FIG. 3), the pitch is the same as the pitch of the images C1 to C9 and is positioned on a straight line passing through the images C1 to C9 and parallel to the optical axis AX2. Pin holes D1 to D9 are formed. In the present embodiment, the pinholes D1 to D9 are arranged on the same surface as the image (conjugate image) formed by the light receiving optical system 30B of the reference surface RFMa. Similar to the first multipoint pinhole plate 33, the second multipoint pinhole plate 42 is formed by forming a large number of pinholes in the light shielding film on the surface of the glass substrate. The magnitude may be set so that, for example, a detection signal from a photoelectric sensor 44 described later can be sufficiently obtained.

また、像C1〜C9を形成する光束中でピンホール(開口)D1〜D9を通過した反射光L3が、レンズ43A,43Bよりなるリレーレンズ系を介して、光電センサ44の受光面上にピンホールの像E1〜E9を形成する。これらの像E1〜E9に対応して、光電センサ44には、シリコンフォトダイオードよりなる受光素子F1〜F9が設けられている。従って、光電センサ44は、フォトダイオード列である。光電センサ44の受光素子Fi(i=1〜9)からは、RAF制御系52Aによって例えば図1のレチクルステージRSTの速度等に応じて設定される一連のタイミングで検出信号FiSが読み取られ、読み取られた検出信号FiSは、レチクルステージRST(レチクルR)のY座標、X座標に対応させてRAF制御系52A内のメモリに格納される。なお、検出信号FiSは、同じ光量に対して同じレベルとなるように予め校正されている。   The reflected light L3 that has passed through the pinholes (openings) D1 to D9 in the light beams forming the images C1 to C9 is pinned on the light receiving surface of the photoelectric sensor 44 via the relay lens system including the lenses 43A and 43B. Hole images E1 to E9 are formed. Corresponding to these images E1 to E9, the photoelectric sensor 44 is provided with light receiving elements F1 to F9 made of silicon photodiodes. Therefore, the photoelectric sensor 44 is a photodiode array. The detection signal FiS is read from the light receiving element Fi (i = 1 to 9) of the photoelectric sensor 44 at a series of timings set according to the speed of the reticle stage RST in FIG. The detected signal FiS is stored in the memory in the RAF control system 52A in correspondence with the Y coordinate and X coordinate of the reticle stage RST (reticle R). The detection signal FiS is calibrated in advance so as to have the same level with respect to the same light quantity.

光電センサ44の受光素子F1〜F9の検出信号FiSのレベルは、受光光学系30Bによって形成される像C1〜C9のピンホールD1〜D9に対するデフォーカス量が小さいほど大きくなる。図3の配置では、第2多点ピンホール板42が光軸AX2に垂直であるため、検出信号F1S〜F9Sは、送光光学系30Aから投影されるピンホールの像B1〜B9の下面Raに関する鏡像B1’〜B9’が基準面RFMa上にあるとき、即ち、下面Ra上の各点が像B1〜B9を結ぶ直線と基準面RFMaとを等角度で分割する2点鎖線の直線K1上にあるときに最大レベルとなる。なお、実際には、像B1〜B9のうちの2点を含む範囲程度で下面Raがほぼ直線K1上に位置することはあっても、像B1〜B9の全範囲で下面Raがほぼ直線K1上に位置するほど、下面Raが傾斜することはない。図3の状態(レチクルRの静止状態)で得られる検出信号F1S〜F9Sは、中央の像C5に対応する検出信号F5Sが最も大きく、その前後の信号が次第に小さくなる山型の分布となる。光電センサ44の検出信号FiSによって、像C1〜C9のデフォーカス量、ひいてはピンホールの像B1〜B9に対するレチクルRの下面RaのZ位置が求められる。これによって下面RaのY軸に沿った一連の計測点のZ位置を求めることが可能となる。   The level of the detection signal FiS of the light receiving elements F1 to F9 of the photoelectric sensor 44 increases as the defocus amount with respect to the pinholes D1 to D9 of the images C1 to C9 formed by the light receiving optical system 30B decreases. In the arrangement of FIG. 3, since the second multipoint pinhole plate 42 is perpendicular to the optical axis AX2, the detection signals F1S to F9S are the lower surfaces Ra of the pinhole images B1 to B9 projected from the light transmission optical system 30A. Are on the reference plane RFMa, that is, on the two-dot chain line K1 that divides the straight line connecting the images B1 to B9 and the reference plane RFMa at equal angles with each other on the lower surface Ra. It becomes the maximum level when it is in. Actually, the lower surface Ra is substantially on the straight line K1 in the range including two points of the images B1 to B9, but the lower surface Ra is substantially the straight line K1 in the entire range of the images B1 to B9. The lower the surface Ra is, the more the position is higher. The detection signals F1S to F9S obtained in the state shown in FIG. 3 (the stationary state of the reticle R) have a peak-shaped distribution in which the detection signal F5S corresponding to the central image C5 is the largest and the signals before and after the signal gradually decrease. Based on the detection signal FiS of the photoelectric sensor 44, the defocus amounts of the images C1 to C9, and hence the Z position of the lower surface Ra of the reticle R with respect to the pinhole images B1 to B9 are obtained. This makes it possible to obtain the Z position of a series of measurement points along the Y axis of the lower surface Ra.

なお、図3において、第2多点ピンホール板42を像C1〜C9を結ぶ直線に対して対称な2点鎖線の直線K2に沿って傾斜させた場合には、レチクルRの下面Raの各点が像B1〜B9に合致するときに、対応する検出信号F1S〜F9Sが最大レベルとなる。この意味で、第2多点ピンホール板42は、必ずしも基準面RFMaとの共役面上に配置する必要はなく、基準面RFMaとの共役面に対して所定角度(例えば下面Raが基準面上にあるときの像C1〜C9を結ぶ直線と重ならない角度)傾斜させてもよい。
また、図3において、ビームスプリッタ41で分岐された反射光L4によって、下地モニタ光学系30C内で、受光光学系30Bによって形成されるピンホールの像C1〜C9と同じく、ピンホールA1〜A9の像G1〜G9が形成される。図3の像G1〜G9は、レチクルRの下面RAが基準面RFMaに合致する場合の像とする。この場合、像G1〜G9の光軸AX3に沿った結像位置は、ほぼ光軸AX3に垂直な平面に対してX軸に平行な軸の周りに傾斜した直線上に配置されている。
In FIG. 3, when the second multipoint pinhole plate 42 is inclined along a two-dot chain line straight line K <b> 2 symmetric with respect to the straight line connecting the images C <b> 1 to C <b> 9, each of the lower surfaces Ra of the reticle R When the point matches the images B1 to B9, the corresponding detection signals F1S to F9S are at the maximum level. In this sense, the second multipoint pinhole plate 42 is not necessarily arranged on the conjugate plane with the reference plane RFMa, and has a predetermined angle (for example, the lower surface Ra is on the reference plane with respect to the conjugate plane with the reference plane RFMa). Or an angle that does not overlap with a straight line connecting the images C1 to C9.
In FIG. 3, the reflected light L4 branched by the beam splitter 41 causes the pinholes A1 to A9 to be reflected in the base monitor optical system 30C in the same manner as the pinhole images C1 to C9 formed by the light receiving optical system 30B. Images G1 to G9 are formed. Images G1 to G9 in FIG. 3 are images when the lower surface RA of the reticle R matches the reference surface RFMa. In this case, the image formation positions along the optical axis AX3 of the images G1 to G9 are arranged on a straight line inclined about an axis parallel to the X axis with respect to a plane substantially perpendicular to the optical axis AX3.

また、下面Raが基準面RFMaに合致している場合の像G1〜G9の位置に接するように、光軸AX3に対して傾斜して第3多点ピンホール板45の表面が配置され、この表面には、像G1〜G9と同じ位置にピンホールH1〜H9が形成されている。言い換えると、第3多点ピンホール板45は、第1多点ピンホール板33と、送光光学系30A、レチクルRの下面Ra(ミラー面)、受光光学系30B、及びビームスプリッタ41に関して共役になるように傾斜したアオリ配置で、かつピンホールA1〜A9と共役な位置にピンホールH1〜H9が形成されている。第3多点ピンホール板45は、第2多点ピンホール板42と同様に形成されている。   Further, the surface of the third multipoint pinhole plate 45 is disposed so as to be inclined with respect to the optical axis AX3 so as to contact the positions of the images G1 to G9 when the lower surface Ra matches the reference surface RFMa. Pinholes H1 to H9 are formed on the surface at the same positions as the images G1 to G9. In other words, the third multipoint pinhole plate 45 is conjugated with the first multipoint pinhole plate 33 with respect to the light transmitting optical system 30A, the lower surface Ra (mirror surface) of the reticle R, the light receiving optical system 30B, and the beam splitter 41. Pinholes H1 to H9 are formed at positions that are tilted so as to be conjugated with each other and are conjugated with the pinholes A1 to A9. The third multipoint pinhole plate 45 is formed in the same manner as the second multipoint pinhole plate 42.

像G1〜G9を形成する光束中でピンホールH1〜H9を通過した反射光L4が、レンズ47A,47Bよりなるリレーレンズ系を介して、光電センサ48の受光面上にピンホールの像I1〜I9を形成する。これらの像I1〜I9に対応して、光電センサ48には、光電センサ44と同様にシリコンフォトダイオードよりなる受光素子J1〜J9が設けられている。第1多点ピンホール板33のピンホールA1〜A9の個数が512個である場合には、第2多点ピンホール板42のピンホールD1〜D9、光電センサ44の受光素子Fi、第3多点ピンホール板45のピンホールH1〜H9、及び光電センサ48の受光素子Ji(i=1〜9)の個数もそれぞれ512個である。光電センサ47の受光素子Jiからは、RAF制御系52Aによって光電センサ44と同じタイミングで検出信号JiSが読み取られ、読み取られた検出信号JiSは、レチクルステージRST(レチクルR)のY座標、X座標に対応させてRAF制御系52A内のメモリに格納される。検出信号JiSも、同じ光量に対して同じレベルとなるように予め校正されている。   The reflected light L4 that has passed through the pinholes H1 to H9 in the light beams forming the images G1 to G9 passes through the relay lens system including the lenses 47A and 47B, and the pinhole images I1 to I1 on the light receiving surface of the photoelectric sensor 48. I9 is formed. Corresponding to these images I <b> 1 to I <b> 9, the photoelectric sensor 48 is provided with light receiving elements J <b> 1 to J <b> 9 made of silicon photodiodes similarly to the photoelectric sensor 44. When the number of pinholes A1 to A9 of the first multipoint pinhole plate 33 is 512, the pinholes D1 to D9 of the second multipoint pinhole plate 42, the light receiving element Fi of the photoelectric sensor 44, the third The number of pinholes H1 to H9 of the multipoint pinhole plate 45 and the number of light receiving elements Ji (i = 1 to 9) of the photoelectric sensor 48 are also 512. The detection signal JiS is read from the light receiving element Ji of the photoelectric sensor 47 by the RAF control system 52A at the same timing as the photoelectric sensor 44, and the read detection signal JiS is the Y coordinate and X coordinate of the reticle stage RST (reticle R). Are stored in the memory in the RAF control system 52A. The detection signal JiS is also calibrated in advance so as to have the same level with respect to the same amount of light.

下面Raが基準面RFMaに合致する状態で、下地モニタ光学系30C内の像G1〜G9は、第3多点ピンホール板45のピンホールH1〜H9に合致しているため、検出信号JiSはレチクルRの下面Raに形成されたパターンの反射率に応じたレベルとなる。従って、下地モニタ光学系30Cを介して検出される検出信号JiSを用いることで、後述のように受光光学系30Bを介して検出される検出信号FiSから下面Raに形成されたパターン(下地パターン)の影響を除くことができる。   In a state where the lower surface Ra matches the reference surface RFMa, the images G1 to G9 in the base monitor optical system 30C match the pinholes H1 to H9 of the third multipoint pinhole plate 45, so the detection signal JiS is The level is in accordance with the reflectance of the pattern formed on the lower surface Ra of the reticle R. Therefore, by using the detection signal JiS detected through the base monitor optical system 30C, a pattern (base pattern) formed on the lower surface Ra from the detection signal FiS detected through the light receiving optical system 30B as described later. Can be removed.

次に、光電センサ44からの検出信号FiSを用いてレチクルRの下面RaのZ位置を求める際のRAF制御系52Aにおける信号処理につき説明する。
この際に、図4(A)に誇張して示すように、レチクルRが撓んでいるものとして、図2(A)のレチクルステージRSTを介して、レチクルRを図3のピンホールの像B1〜B9に対して、Y方向に速度Vで走査するものとする。この際に図3の光電センサ44の受光素子Fiから出力される検出信号FiS(i=1〜9)を図6(A)、(B)、(C)、(D)、(E)、(F)、(G)、(H)、(I)の縦軸に示す。図6(A)〜(I)の横軸は時点t1〜t9までの時間tである。以下では、代表的に図4(A)の下面RaのZ位置が異なる3つの計測点RP1,RP2,RP3に関する信号処理につき説明するが、実際には計測点は、下面RaにおいてY方向に像B1〜B9のスポット間隔ΔY(図3参照)の1/M(Mは整数)に設定される。
Next, signal processing in the RAF control system 52A when obtaining the Z position of the lower surface Ra of the reticle R using the detection signal FiS from the photoelectric sensor 44 will be described.
At this time, as exaggeratedly shown in FIG. 4A, it is assumed that the reticle R is bent, and the reticle R is moved through the reticle stage RST in FIG. 2A to the pinhole image B1 in FIG. Suppose that B9 is scanned at a speed V in the Y direction. At this time, the detection signals FiS (i = 1 to 9) output from the light receiving element Fi of the photoelectric sensor 44 in FIG. 3 are converted into the signals (A), (B), (C), (D), (E) The vertical axis of (F), (G), (H), (I) is shown. 6A to 6I, the horizontal axis represents time t from time t1 to time t9. In the following, signal processing related to three measurement points RP1, RP2, and RP3 having different Z positions on the lower surface Ra in FIG. 4A will be described. However, in actuality, the measurement points are imaged in the Y direction on the lower surface Ra. It is set to 1 / M (M is an integer) of the spot interval ΔY (see FIG. 3) of B1 to B9.

なお、図3の配置では、実際には下面Raの各点が図3の直線K1上にあるときに検出信号FiSが最大になるが、以下では説明を簡単にするために、下面Raの各点がそれぞれ像B1〜B9に合致するときに検出信号F1S〜F9Sが最大レベルになるものとして説明する。
先ず、図4(A)(時点t1とする)の状態では、像B1が下面Ra上に形成され、他の像B2〜B9に対して下面Raが次第に大きくZ方向に離れているため、検出信号FiSは、図6(A)の検出信号F1Sが最大となり、図6(B)〜(I)の検出信号F2S〜F9Sは次第に減少する。即ち、図4(A)の状態では、像B1が下面Raに合焦しているため、対応する図3のピンホールの像C1は第2多点ピンホール板42のピンホールD1の位置に形成されて、対応する受光素子F1の検出信号F1Sが最大になる。
In the arrangement of FIG. 3, the detection signal FiS is maximized when each point of the lower surface Ra is actually on the straight line K1 of FIG. 3, but each of the lower surface Ra will be described below for the sake of simplicity. Description will be made assuming that the detection signals F1S to F9S are at the maximum level when the points coincide with the images B1 to B9, respectively.
First, in the state of FIG. 4A (referred to as time t1), the image B1 is formed on the lower surface Ra, and the lower surface Ra is gradually separated from the other images B2 to B9 in the Z direction. As for the signal FiS, the detection signal F1S of FIG. 6 (A) becomes maximum, and the detection signals F2S to F9S of FIGS. 6 (B) to (I) gradually decrease. That is, in the state of FIG. 4A, the image B1 is focused on the lower surface Ra, so that the corresponding pinhole image C1 of FIG. 3 is at the position of the pinhole D1 of the second multipoint pinhole plate 42. As a result, the detection signal F1S of the corresponding light receiving element F1 is maximized.

次に、レチクルRがY方向に移動して、図4(B)(時点t2)で示すように計測点RP1が像B1の位置に達すると、図6(A)の検出信号F1Sは計測点RP1の像B1に対するZ位置のずれ量に対応して僅かにレベルが低下する。その後、図4(C)(時点t3)に示すように計測点RP1及びRP2がそれぞれ像B3及びB1の位置に達すると、検出信号F3S(図6(C))及び検出信号F1Sはそれぞれ計測点RP1及びRP2のZ位置のずれ量に対応した信号となる。計測点RP1は像B3に合致しているため、検出信号F3Sのレベルは最大である。なお、図4(B)と図4(C)との間で計測点RP1が像B2の位置に達した時点で、図6(B)の検出信号F2Sは計測点RP1のZ位置のずれ量に対応した信号となる(以下同様)。   Next, when the reticle R moves in the Y direction and the measurement point RP1 reaches the position of the image B1 as shown in FIG. 4B (time t2), the detection signal F1S in FIG. The level slightly decreases in accordance with the amount of shift of the Z position with respect to the image B1 of RP1. Thereafter, as shown in FIG. 4C (time t3), when the measurement points RP1 and RP2 reach the positions of the images B3 and B1, respectively, the detection signal F3S (FIG. 6C) and the detection signal F1S are respectively measured points. The signal corresponds to the shift amount of the Z position of RP1 and RP2. Since the measurement point RP1 matches the image B3, the level of the detection signal F3S is maximum. When the measurement point RP1 reaches the position of the image B2 between FIG. 4B and FIG. 4C, the detection signal F2S of FIG. 6B is the amount of deviation of the Z position of the measurement point RP1. (Same below).

下面Ra上の一つの計測点が図3の像B1〜B9のスポット間隔ΔYを移動するのに要する時間が、図6(B)に示すZ位置データの取り込み時間間隔Δtである。時間間隔Δtは、レチクルステージRSTのY方向の速度V及びスポット間隔ΔYを用いて以下のようになる。
Δt=ΔY/V …(1)
また、図6(A)の一連の実際の計測点に対応するサンプリングポイントSPの間隔である信号取り込みサンプリング間隔Δtsは、任意の整数Mを用いて以下のようになる。なお、図6(A)では、整数Mは2であるが、整数Mは実際には16、256等の信号処理が容易な値に設定されることが好ましい。
The time required for one measurement point on the lower surface Ra to move the spot interval ΔY of the images B1 to B9 in FIG. 3 is the Z position data capturing time interval Δt shown in FIG. 6B. The time interval Δt is as follows using the velocity V in the Y direction of the reticle stage RST and the spot interval ΔY.
Δt = ΔY / V (1)
Further, the signal capture sampling interval Δts, which is the interval between the sampling points SP corresponding to the series of actual measurement points in FIG. 6A, is as follows using an arbitrary integer M. In FIG. 6A, the integer M is 2, but it is preferable that the integer M is actually set to a value such as 16, 256 that allows easy signal processing.

Δts=Δt/M …(2)
その後、図4(D)(時点t4)に示すように計測点RP1,RP2,RP3がそれぞれ像B5,B3,B1の位置に達すると、検出信号F5S(図6(E))、検出信号F3S、及び検出信号F1Sはそれぞれ計測点RP1,RP2及びRP1のZ位置のずれ量に対応した信号となる。続いて、図4(E)(時点t5)に示すように計測点RP1,RP2,RP3がそれぞれ像B7,B5,B3の位置に達すると、検出信号F7S(図6(G))、検出信号F5S、及び検出信号F3Sはそれぞれ計測点RP1,RP2及びRP3のZ位置のずれ量に対応した信号となる。計測点RP2は像B5に合致しているため、検出信号F5Sのレベルは最大となっている。
Δts = Δt / M (2)
Thereafter, as shown in FIG. 4D (time t4), when the measurement points RP1, RP2, RP3 reach the positions of the images B5, B3, B1, respectively, the detection signal F5S (FIG. 6E), the detection signal F3S. , And the detection signal F1S are signals corresponding to the shift amounts of the Z positions of the measurement points RP1, RP2, and RP1, respectively. Subsequently, as shown in FIG. 4E (time t5), when the measurement points RP1, RP2, RP3 reach the positions of the images B7, B5, B3, respectively, the detection signal F7S (FIG. 6G), the detection signal F5S and the detection signal F3S are signals corresponding to the deviation amounts of the Z positions of the measurement points RP1, RP2, and RP3, respectively. Since the measurement point RP2 matches the image B5, the level of the detection signal F5S is maximum.

その後、図5(A)(時点t6)に示すように計測点RP1,RP2,RP3がそれぞれ像B9,B7,B5の位置に達すると、検出信号F9S(図6(I))、検出信号F7S、及び検出信号F5Sはそれぞれ計測点RP1,RP2及びRP3のZ位置のずれ量に対応した信号となる。続いて、図5(B)(時点t7)に示すように計測点RP2,RP3がそれぞれ像B9,B7の位置に達すると、検出信号F9S,F7Sはそれぞれ計測点RP2,RP3のZ位置のずれ量に対応した信号となる。計測点RP3は像B7に合致しているため、検出信号F7Sのレベルは時点t7で最大となっている。   Thereafter, when the measurement points RP1, RP2, and RP3 reach the positions of the images B9, B7, and B5 as shown in FIG. 5A (time t6), the detection signal F9S (FIG. 6I) and the detection signal F7S are detected. , And the detection signal F5S are signals corresponding to the shift amounts of the Z positions of the measurement points RP1, RP2, and RP3, respectively. Subsequently, when the measurement points RP2 and RP3 reach the positions of the images B9 and B7, respectively, as shown in FIG. 5B (time t7), the detection signals F9S and F7S are shifted from the Z positions of the measurement points RP2 and RP3, respectively. The signal corresponds to the quantity. Since the measurement point RP3 coincides with the image B7, the level of the detection signal F7S is maximum at the time point t7.

その後、図5(C)(時点t8)に示すように計測点RP3が像B9の位置に達すると、検出信号F9Sは計測点RP3のZ位置のずれ量に対応した信号となり、図5(D)(時点t9)のように計測点RP3が像9を通過した時点では、計測点RP1〜RP3に関するZ位置計測は終了している。
上述の説明をまとめると、図6(A)〜(I)に示すように、下面Raの計測点RP1,RP2及びRP3に関する検出信号FiS(i=1〜9)は、それぞれ点線の直線62A,62B,62Cに沿って式(1)の取り込み時間間隔Δtだけ次第にずれた時点の信号の集合となる。このように下面Raの各計測点に関する検出信号FiSの集合を、以下では共焦点波形と呼ぶ。これは、各計測点を実質的に図3の送光光学系30Aによって形成されるピンホールA1〜A9の像B1〜B9の位置(Y方向の位置)に設置した状態で得られる信号と言う意味である。この意味で、送光光学系30A及び受光光学系30Bをそれぞれ共焦点光学系と呼ぶことができる。
After that, as shown in FIG. 5C (time t8), when the measurement point RP3 reaches the position of the image B9, the detection signal F9S becomes a signal corresponding to the shift amount of the Z position of the measurement point RP3. ) When the measurement point RP3 passes the image 9 as in (time t9), the Z position measurement for the measurement points RP1 to RP3 is completed.
To summarize the above description, as shown in FIGS. 6A to 6I, the detection signals FiS (i = 1 to 9) related to the measurement points RP1, RP2, and RP3 on the lower surface Ra are respectively represented by dotted straight lines 62A, 62A, A set of signals at the time of gradually shifting by the capture time interval Δt of Expression (1) along 62B and 62C. A set of detection signals FiS relating to each measurement point on the lower surface Ra in this way is hereinafter referred to as a confocal waveform. This is a signal obtained in a state in which each measurement point is substantially installed at the positions (positions in the Y direction) of the images B1 to B9 of the pinholes A1 to A9 formed by the light transmission optical system 30A of FIG. Meaning. In this sense, the light transmitting optical system 30A and the light receiving optical system 30B can be referred to as confocal optical systems, respectively.

図4(A)の下面Raの中央の計測点RP2に関する共焦点波形、即ち図6(A)〜(I)の点線62Bに沿って得られる検出信号F1S〜F9Sを並べて得られる信号は、図7(A)の中央の受光素子F5の信号レベルが高い実線の波形63Aとなる。図7(A)の横軸は図3の光電センサ44の受光素子Fi(i=1〜9)を表し、縦軸は受光素子Fiの検出信号FiS(光量)を表している。同様に、図4(A)の下面Raの左右の計測点RP1,RP3に関する共焦点波形、即ち図6(A)〜(I)の点線62A,62Cに沿って得られる検出信号F1S〜F9Sを並べて得られる信号は、図7(A)のそれぞれ左右の受光素子F3及びF7の信号レベルが高い点線の波形63B,63Cとなる。   The confocal waveform related to the measurement point RP2 at the center of the lower surface Ra in FIG. 4A, that is, the signal obtained by arranging the detection signals F1S to F9S obtained along the dotted line 62B in FIGS. The signal level of the light receiving element F5 at the center of FIG. The horizontal axis in FIG. 7A represents the light receiving element Fi (i = 1 to 9) of the photoelectric sensor 44 in FIG. 3, and the vertical axis represents the detection signal FiS (light quantity) of the light receiving element Fi. Similarly, the detection signals F1S to F9S obtained along the confocal waveforms relating to the left and right measurement points RP1 and RP3 on the lower surface Ra of FIG. 4A, that is, the dotted lines 62A and 62C of FIGS. The signals obtained side by side are dotted line waveforms 63B and 63C in which the signal levels of the left and right light receiving elements F3 and F7 in FIG. 7A are high.

また、図4(A)の計測点RP1,RP2,RP3のZ位置はそれぞれピンホールの像B3,B4,B7のZ位置に等しいことから、一例として、図7(A)の共焦点波形のピーク位置を示す検出信号FiSに対応するピンホールの像B1〜B9のZ位置を特定することで、計測点RP1,RP2,RP3のZ位置を求めることができる。この場合には、予め図3のピンホールの像B1〜B9のZ方向の結像位置の情報、例えば基準面RFMaに対するZ方向の位置ずれΔZi(i=1〜9)の情報がRAF制御系52A内の記憶部に記憶されている。そして、RAF制御系52Aでは、下面Raの一連の各計測点毎に図7(A)の共焦点波形(波形63A〜63C等)のピーク位置を求め、このピーク位置に対応するピンホールの像B1〜B9のZ方向の位置ずれ量ΔZiを求めることで、その計測点のZ位置(ここでは基準面RFMaに対するZ方向の位置ずれ量)を求めることができる。図3の配置では、そのピーク位置に対応する像B1〜B9の位置ずれ量ΔZiの1/2が、対応する計測点のZ位置となる。なお、図3の第2多点ピンホール板42が直線K2に沿って傾斜している場合には、そのピーク位置に対する像B1〜B9の位置ずれ量ΔZiそのものが、対応する計測点のZ位置となる。   In addition, since the Z positions of the measurement points RP1, RP2, and RP3 in FIG. 4A are equal to the Z positions of the pinhole images B3, B4, and B7, respectively, the confocal waveform of FIG. By specifying the Z positions of the pinhole images B1 to B9 corresponding to the detection signal FiS indicating the peak position, the Z positions of the measurement points RP1, RP2, and RP3 can be obtained. In this case, information on the image forming positions in the Z direction of the pinhole images B1 to B9 in FIG. 3, for example, information on the positional deviation ΔZi (i = 1 to 9) in the Z direction with respect to the reference plane RFMa is previously stored in the RAF control system. It is stored in the storage unit in 52A. In the RAF control system 52A, the peak position of the confocal waveform (waveforms 63A to 63C, etc.) in FIG. 7A is obtained for each series of measurement points on the lower surface Ra, and a pinhole image corresponding to this peak position is obtained. By obtaining the positional deviation amount ΔZi of B1 to B9 in the Z direction, the Z position of the measurement point (here, the positional deviation amount in the Z direction with respect to the reference plane RFMa) can be obtained. In the arrangement of FIG. 3, ½ of the positional deviation amount ΔZi of the images B1 to B9 corresponding to the peak position is the Z position of the corresponding measurement point. When the second multipoint pinhole plate 42 in FIG. 3 is inclined along the straight line K2, the positional deviation amount ΔZi of the images B1 to B9 relative to the peak position itself is the Z position of the corresponding measurement point. It becomes.

なお、例えば図7(A)の共焦点波形のピークが隣接する受光素子の中間にあるような場合には、隣接する受光素子に対応する像B1〜B9のZ方向の位置ずれ量の補間によって、より正確に当該計測点のZ位置を求めることができる。
このように共焦点波形を用いる場合には、図7(B)に示すように、レチクルRの下面Raの反射率が低い部分で、信号レベルが高い波形63Aに対して信号レベルが低い波形64Dが得られても、正確に例えばそのピーク位置等を特定することができる。従って、被検面の反射率が全体として次第に変動するような場合でも、被検面の一連の計測点におけるZ位置を正確に求めることができる。
For example, in the case where the peak of the confocal waveform in FIG. 7A is in the middle of the adjacent light receiving elements, interpolation of the positional deviation amounts in the Z direction of the images B1 to B9 corresponding to the adjacent light receiving elements is performed. Thus, the Z position of the measurement point can be obtained more accurately.
When the confocal waveform is used in this way, as shown in FIG. 7B, the waveform 64D having a low signal level relative to the waveform 63A having a high signal level in the portion where the reflectance of the lower surface Ra of the reticle R is low. Even if is obtained, for example, the peak position and the like can be accurately specified. Therefore, even when the reflectance of the test surface gradually changes as a whole, the Z position at a series of measurement points on the test surface can be accurately obtained.

さらに、図2(C)において、レチクルRの下面の3本の計測ライン49A〜49Cに沿った一連の計測点でそれぞれRAFセンサ2A〜2Cを介してZ位置を計測することによって、レチクルRの下面のYZ平面内及びXZ平面内の湾曲の状態も計測できる。この計測結果からレチクルRのパターンの像面湾曲を求めることができる。
また、本実施形態では、図3の下地モニタ光学系30Cによって光電センサ48から得られる検出信号JiSについても、光電センサ44から得られる検出信号FiSと同様の処理を行うことによって、図8(B)に示すように、レチクルRの下面の各計測点毎に受光素子Ji(i=1〜9)の検出信号JiSを配列した共焦点波形が得られる。なお、この際に、光電センサ44から得られる検出信号FiSの共焦点波形を図8(A)として、図8(A)の共焦点波形はレチクルRの下面Raに形成されている下地パターンによる反射率の変動によって、ピーク位置が本来の位置からずれているものとする。
Further, in FIG. 2C, by measuring the Z position via the RAF sensors 2A to 2C at a series of measurement points along the three measurement lines 49A to 49C on the lower surface of the reticle R, the reticle R The state of curvature in the YZ plane and the XZ plane on the lower surface can also be measured. From this measurement result, the curvature of field of the pattern of the reticle R can be obtained.
Further, in the present embodiment, the detection signal JiS obtained from the photoelectric sensor 48 by the base monitor optical system 30C in FIG. 3 is also processed in the same manner as the detection signal FiS obtained from the photoelectric sensor 44, so that FIG. ), A confocal waveform in which the detection signals JiS of the light receiving elements Ji (i = 1 to 9) are arranged at each measurement point on the lower surface of the reticle R is obtained. At this time, the confocal waveform of the detection signal FiS obtained from the photoelectric sensor 44 is shown in FIG. 8A, and the confocal waveform in FIG. 8A is based on the base pattern formed on the lower surface Ra of the reticle R. It is assumed that the peak position is deviated from the original position due to the change in reflectance.

この場合、図8(B)の下地モニタ光学系30Cを介して得られる共焦点波形は、その下地パターンの反射率に対応したものである。そこで、一例として、RAF制御系52Aおいて、図8(A)の検出信号FiSの共焦点波形を図8(B)の検出信号JiSの共焦点波形で除算して、図8(C)の規格化された検出信号FiSNの共焦点波形を求めることによって、下地パターンに影響されることなく、正確に共焦点波形のピーク位置、ひいては当該計測点のZ位置を求めることができる。なお、図8(A)の検出信号FiSの共焦点波形から図8(B)の検出信号JiSの共焦点波形を減算するような他の演算も可能である。   In this case, the confocal waveform obtained via the base monitor optical system 30C in FIG. 8B corresponds to the reflectance of the base pattern. Therefore, as an example, in the RAF control system 52A, the confocal waveform of the detection signal FiS in FIG. 8A is divided by the confocal waveform of the detection signal JiS in FIG. By obtaining the confocal waveform of the standardized detection signal FiSN, the peak position of the confocal waveform and thus the Z position of the measurement point can be obtained accurately without being affected by the background pattern. Note that other calculations such as subtracting the confocal waveform of the detection signal JiS in FIG. 8B from the confocal waveform of the detection signal FiS in FIG. 8A are also possible.

また、さらに下地パターンの影響を軽減するために、図9(B)の計測領域64で示すように、レチクルRの下面Raの計測点をY方向(走査方向SD)の他にX方向(走査方向に直交する方向NSD)にもずらして、Z位置の計測を行うようにしてもよい。
図9(A)は、図2(A)を+Y方向に見た要部の図、図9(B)は図9(A)のレチクルRの下面に設定される多数の計測領域64の分布の一例を示す平面図、図9(C)は図9(B)の一つの計測領域64を示す拡大図である。
Further, in order to further reduce the influence of the base pattern, the measurement point on the lower surface Ra of the reticle R is set in the X direction (scanning direction) in addition to the Y direction (scanning direction SD) as shown by the measurement region 64 in FIG. The Z position may be measured by shifting also in the direction NSD orthogonal to the direction.
9A is a view of the main part when FIG. 2A is viewed in the + Y direction, and FIG. 9B is a distribution of a large number of measurement regions 64 set on the lower surface of the reticle R of FIG. 9A. FIG. 9C is an enlarged view showing one measurement region 64 of FIG. 9B.

図9(B)に示すように、計測領域64は、3つのRAFセンサ2A〜2Cによる計測ライン49A〜49Cに沿ってY方向の幅ΔMYに設定されるとともに、X方向の幅ΔMXに設定されている。この場合、幅ΔMYは、例えば512個以上のZ位置の計測点の幅程度であり、幅ΔMXは例えば64μm程度である。図2(A)のレチクルステージRST(相対移動する機構)はX方向にも幅ΔMXを超える所定範囲内で微動できるため、その計測領域64はレチクルステージRSTを例えば1μm程度のステップ量でX方向に移動させてからレチクルステージRSTを介してレチクルRの下面の全面をRAFセンサ2A〜2Cに対して走査するという計測動作を例えば64回繰り返すことによって設定することができる。レチクルステージRSTの走査は極めて高速に行うことができるため、64回の走査も極めて短時間に行うことができる。   As shown in FIG. 9B, the measurement region 64 is set to a width ΔMY in the Y direction along the measurement lines 49A to 49C by the three RAF sensors 2A to 2C, and is set to a width ΔMX in the X direction. ing. In this case, the width ΔMY is, for example, about the width of 512 or more measurement points at the Z position, and the width ΔMX is, for example, about 64 μm. The reticle stage RST (relatively moving mechanism) in FIG. 2A can finely move in the X direction within a predetermined range exceeding the width ΔMX, so that the measurement region 64 moves the reticle stage RST in the X direction with a step amount of about 1 μm, for example. The measurement operation of scanning the entire lower surface of the reticle R with respect to the RAF sensors 2A to 2C via the reticle stage RST after the movement to the position can be set, for example, by repeating 64 times. Since the reticle stage RST can be scanned at a very high speed, 64 scans can also be performed in a very short time.

図6(C)に示すように、計測領域64には、Y方向に沿って配列されたn本(nは例えば64)の計測ライン66−1,66−2,…,66−nに沿って図4のサンプリング間隔Δtsに対応する間隔で例えば512点以上の計測点65が設定され、各計測点65において、図8(A)及び図8(B)の共焦点波形が求められる。そこで、各計測領域64において、例えば512×64点程度の計測点65で得られる共焦点波形に所定の統計処理(例えば、図8(A)の共焦点波形の図8(B)の共焦点波形による除算及び平均化等)を施すことによって、レチクルRの下面の下地パターンの影響を低減できる。   As shown in FIG. 6C, in the measurement region 64, along n measurement lines 66-1, 66-2,..., 66-n arranged in the Y direction (n is 64, for example). For example, 512 or more measurement points 65 are set at intervals corresponding to the sampling interval Δts in FIG. 4, and the confocal waveforms in FIGS. 8A and 8B are obtained at each measurement point 65. Therefore, in each measurement region 64, for example, a predetermined statistical process (for example, the confocal of FIG. 8B of the confocal waveform of FIG. By performing division and averaging by the waveform, etc., the influence of the underlying pattern on the lower surface of the reticle R can be reduced.

本実施形態の作用効果は以下の通りである。
(1)本実施形態の図3のRAFセンサ2Aを含むレチクルRのZ位置の検出装置は、レチクルRの下面Ra上にピンホールA1〜A9の像B1〜B9を基準面RFMaに対して異なるデフォーカス量で形成する送光光学系30Aと、下面Raからの反射光を受光してピンホールA1〜A9の像C1〜C9を形成する受光光学系30Bと、像C1〜C9をそれぞれピンホールD1〜D9を通して検出する光電センサ44と、下面Raと像B1〜B9とを基準面RFMaに沿って相対走査するレチクルステージRSTと、その相対走査によって得られる光電センサ44の検出信号FiSに基づいて、下面RaのZ位置(法線方向の位置)を求めるRAF制御系52Aとを備えている。
The effect of this embodiment is as follows.
(1) In the detection apparatus for the Z position of the reticle R including the RAF sensor 2A of FIG. 3 according to the present embodiment, the images B1 to B9 of the pinholes A1 to A9 on the lower surface Ra of the reticle R are different from the reference plane RFMa. A light transmitting optical system 30A formed with a defocus amount, a light receiving optical system 30B that receives reflected light from the lower surface Ra and forms images C1 to C9 of the pinholes A1 to A9, and images C1 to C9 are respectively pinholes. Based on the photoelectric sensor 44 that detects through D1 to D9, the reticle stage RST that relatively scans the lower surface Ra and the images B1 to B9 along the reference plane RFMa, and the detection signal FiS of the photoelectric sensor 44 obtained by the relative scanning. And an RAF control system 52A for obtaining the Z position (position in the normal direction) of the lower surface Ra.

従って、光学部材を駆動する方式を用いることなく下面RaのZ位置を求めることが可能であり、光学部材が振動しないため、高精度に計測を行うことができる。また、下面Raに照明光をほぼ垂直に入射させることができるため、光学系の小型化が可能である。さらに、例えば相対走査方向に計測点をずらして計測を行うことによって、必要に応じて下面Raのパターン又は反射率の影響を低減させることができる。   Therefore, it is possible to obtain the Z position of the lower surface Ra without using a method of driving the optical member, and the optical member does not vibrate, so that measurement can be performed with high accuracy. In addition, since the illumination light can be incident on the lower surface Ra substantially perpendicularly, the optical system can be reduced in size. Furthermore, for example, by performing measurement while shifting the measurement point in the relative scanning direction, the influence of the pattern of the lower surface Ra or the reflectance can be reduced as necessary.

(2)また、レチクルステージRSTは、下面RaとピンホールA1〜A9の像B1〜B9とを像B1〜B9の配列方向に相対走査している。従って、各計測点毎に容易に図7(A)に示す共焦点波形を得ることができ、例えば下面Raの反射率が次第に変動しても高精度にZ位置の計測を行うことができる。
(3)また、レチクルステージRSTは、下面RaとピンホールA1〜A9の像B1〜B9とを像B1〜B9の配列方向に交差する方向(直交する方向を含む)に相対移動する機構を備えている。従って、レチクルRをその配列方向に交差する方向にシフトさせてZ位置の計測を繰り返し、近接する計測点の計測結果を統計処理することによって、下地パターンの影響を低減できる。
(2) The reticle stage RST relatively scans the lower surface Ra and the images B1 to B9 of the pinholes A1 to A9 in the arrangement direction of the images B1 to B9. Therefore, the confocal waveform shown in FIG. 7A can be easily obtained for each measurement point. For example, even if the reflectance of the lower surface Ra gradually changes, the Z position can be measured with high accuracy.
(3) The reticle stage RST also includes a mechanism for relatively moving the lower surface Ra and the images B1 to B9 of the pinholes A1 to A9 in a direction (including an orthogonal direction) intersecting the arrangement direction of the images B1 to B9. ing. Therefore, by shifting the reticle R in the direction intersecting the arrangement direction, repeating the measurement of the Z position, and statistically processing the measurement results of the adjacent measurement points, the influence of the base pattern can be reduced.

(4)また、図3の送光光学系30Aは、ピンホールA1〜A9が形成された第1多点ピンホール板33と、ピンホールA1〜A9の像の位置が基準面RFMaに対して傾斜するように、ピンホールA1〜A9の像B1〜B9を下面Ra上に形成するレンズ35及び対物レンズ38よりなる結像光学系とを備える。従って、簡単な構成で、基準面RFMaに対してデフォーカス量が異なる像B1〜B9を下面Raに形成(投影)できる。   (4) Further, in the light transmission optical system 30A of FIG. 3, the positions of the first multipoint pinhole plate 33 in which the pinholes A1 to A9 are formed and the image of the pinholes A1 to A9 are relative to the reference plane RFMa. An imaging optical system including a lens 35 and an objective lens 38 that form the images B1 to B9 of the pinholes A1 to A9 on the lower surface Ra so as to be inclined. Accordingly, the images B1 to B9 having different defocus amounts with respect to the reference surface RFMa can be formed (projected) on the lower surface Ra with a simple configuration.

(5)また、その結像光学系は縮小光学系であるため、第1多点ピンホール板33の作製が容易であるとともに、レチクルRに近い部分の光学系をコンパクトにまとめることができる。
(6)また、受光光学系30B内で下面Raからの反射光の一部を分離して、ピンホールA1〜A9の像G1〜G9を形成する下地モニタ光学系30Cと、像G1〜G9を像B1〜B9とほぼ共役な位置に配置されたピンホールH1〜H9を通して検出する光電センサ48とを備え、RAF制御系52Aは、光電センサ44の検出信号を光電センサ48の検出信号を用いて補正している。従って、下面Raに下地パターンが形成されていても、その反射率の変動の影響を低減できる。
(5) Since the imaging optical system is a reduction optical system, the first multipoint pinhole plate 33 can be easily manufactured, and the optical system near the reticle R can be compactly assembled.
(6) A base monitor optical system 30C that separates part of the reflected light from the lower surface Ra in the light receiving optical system 30B to form the images G1 to G9 of the pinholes A1 to A9, and the images G1 to G9. And the photoelectric sensor 48 that detects through the pinholes H1 to H9 arranged at positions almost conjugate to the images B1 to B9, and the RAF control system 52A uses the detection signal of the photoelectric sensor 48 as the detection signal of the photoelectric sensor 44. It is corrected. Therefore, even if the base pattern is formed on the lower surface Ra, the influence of the fluctuation of the reflectance can be reduced.

なお、本実施形態では、レチクルステージRSTによって計測点をX方向、Y方向に移動させて、Z位置の計測を繰り返すことができる。そのため、その作用のみで、十分に下地の影響を排除できる場合には、下地モニタ光学系30C及び光電センサ48は省略することが可能である。
(7)また、上記の実施形態の投影露光装置(露光装置)は、露光光により照明されたレチクルRのパターンを投影光学系PLを介してウエハW上に露光する投影露光装置において、RAFセンサ2A及びRAF制御系52Aからなる検出装置を備え、その検出装置はレチクルRの下面の投影光学系PLの光軸方向の位置情報を検出している。従って、この位置情報を用いて、レチクルRに撓み等が生じていても、レチクルRのパターンの像に対してウエハWの露光面を高精度に合焦できるため、レチクルRのパターンを高解像度でウエハW上に転写できる。
In the present embodiment, measurement of the Z position can be repeated by moving the measurement point in the X direction and the Y direction by the reticle stage RST. Therefore, the base monitor optical system 30C and the photoelectric sensor 48 can be omitted when the influence of the base can be sufficiently eliminated only by the action.
(7) In the projection exposure apparatus (exposure apparatus) of the above-described embodiment, the RAF sensor is used in the projection exposure apparatus that exposes the pattern of the reticle R illuminated by the exposure light onto the wafer W via the projection optical system PL. 2A and a RAF control system 52A. The detection device detects position information in the optical axis direction of the projection optical system PL on the lower surface of the reticle R. Therefore, using this position information, even if the reticle R is bent or the like, the exposure surface of the wafer W can be focused with high accuracy on the image of the reticle R pattern. Can be transferred onto the wafer W.

(8)また、その投影露光装置は、その検出装置の検出情報に基づいて、レチクルRのパターンの像とウエハWとの投影光学系PLの光軸方向の位置関係を補正するZ駆動部22A〜22C及び結像特性制御機構(補正機構)を備えている。従って、容易に、かつ高精度に合焦を行うことができる。
[第2の実施形態]
以下、本発明の第2の実施形態につき図10〜図13を参照して説明する。本例も、レチクル用のオートフォーカスセンサ(RAFセンサ)に本発明を適用したものであり、図10及び図12において図3及び図6に対応する部分には同一又は類似の符号を付してその詳細な説明を省略又は簡略化する。
(8) The projection exposure apparatus corrects the positional relationship in the optical axis direction of the projection optical system PL between the pattern image of the reticle R and the wafer W based on the detection information of the detection apparatus. To 22C and an imaging characteristic control mechanism (correction mechanism). Therefore, focusing can be performed easily and with high accuracy.
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this example as well, the present invention is applied to an autofocus sensor (RAF sensor) for a reticle. In FIGS. 10 and 12, the same or similar reference numerals are given to the portions corresponding to FIGS. The detailed description is omitted or simplified.

図10は、本実施形態のRAFセンサ2AS及びRAF制御系52ASを示し、この図10において、RAFセンサ2ASは、光軸AX1に対して傾斜して配置された多点スリット板71にY方向にピッチPY1で形成された多数のスリット(開口)a1〜a9の像b1〜b9を、基準面RFMaに対して異なるデフォーカス量でレチクルRの下面RaにY方向(走査方向SD)の間隔ΔYで形成する送光光学系30ASと、下面Raからの反射光L2を受光して、スリットa1〜a9の像c1〜c9を形成する受光光学系30BSと、像c1〜c9を基準面RFMaとの共役面上に配置された受光面72b上の所定の開口(本実施形態では受光素子の受光面自体)を通して検出する光電センサ72とを備えている。   FIG. 10 shows the RAF sensor 2AS and the RAF control system 52AS of the present embodiment. In FIG. 10, the RAF sensor 2AS is arranged in the Y direction on a multi-point slit plate 71 that is arranged inclined with respect to the optical axis AX1. Images b1 to b9 of a large number of slits (apertures) a1 to a9 formed at a pitch PY1 are formed on the lower surface Ra of the reticle R with a different defocus amount with respect to the reference surface RFMa at an interval ΔY in the Y direction (scanning direction SD). The light transmitting optical system 30AS to be formed, the light receiving optical system 30BS that receives the reflected light L2 from the lower surface Ra, and forms the images c1 to c9 of the slits a1 to a9, and the images c1 to c9 are conjugate with the reference surface RFMa. And a photoelectric sensor 72 for detecting through a predetermined opening (in this embodiment, the light receiving surface of the light receiving element itself) on the light receiving surface 72b disposed on the surface.

さらにRAFセンサ2ASは、受光光学系30BSから分岐した反射光L4によってスリットa1〜a9の像g1〜g9を形成する下地モニタ光学系30CSと、多点スリット板71と共役な状態で光軸AX3に対して傾斜して配置された受光面73bを有し、像g1〜g9を所定の開口(本実施形態では受光素子の受光面自体)を通して検出する光電センサ73とを備えている。また、図10においても、レチクルRは図2(A)のレチクルステージRSTと同じステージ(不図示)によって像b1〜b9に対してY方向に走査されるとともに、X方向に相対移動可能である。また、RAF制御系52ASは、そのステージのY座標、X座標RY,RXと、光電センサ72,73の検出信号とを用いてレチクルRの下面RaのY方向に沿った一連の計測点におけるZ位置を計測する。   Further, the RAF sensor 2AS is coupled to the optical axis AX3 in a conjugate state with the base monitor optical system 30CS that forms the images g1 to g9 of the slits a1 to a9 by the reflected light L4 branched from the light receiving optical system 30BS, and the multipoint slit plate 71. The photoelectric sensor 73 includes a light receiving surface 73b that is inclined with respect to the image sensor and detects the images g1 to g9 through a predetermined opening (in this embodiment, the light receiving surface of the light receiving element itself). Also in FIG. 10, the reticle R is scanned in the Y direction with respect to the images b <b> 1 to b <b> 9 by the same stage (not shown) as the reticle stage RST in FIG. 2A, and is relatively movable in the X direction. . Further, the RAF control system 52AS uses Z coordinates of the stage, X coordinates RY, RX, and detection signals of the photoelectric sensors 72, 73, and Z at a series of measurement points along the Y direction of the lower surface Ra of the reticle R. Measure the position.

即ち、多点スリット板71には図10の紙面に垂直な方向(X方向)に細長い多数のスリットa1〜a9が形成されている。スリットa1〜a9の個数は、実際には256又は512等である。また、光電センサ72及び73はそれぞれ像c1〜c9,g1〜g9の配列方向に沿って多数の画素(受光素子)が配列されたTDI(Time-Delay Integration)方式の光電センサである。   That is, the multipoint slit plate 71 is formed with a number of slits a1 to a9 that are elongated in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 10 (X direction). The number of slits a1 to a9 is actually 256 or 512. The photoelectric sensors 72 and 73 are TDI (Time-Delay Integration) type photoelectric sensors in which a large number of pixels (light receiving elements) are arranged along the arrangement direction of the images c1 to c9 and g1 to g9.

図11は、図10中の受光光学系30BS用の光電センサ72と像c1等との関係を示す要部の拡大図であり、図11に示すように、光電センサ72の受光部72aに、長さTDHの画素f1,f2,…がピッチTDPで配列され、その画素f1,f2,…上に図10のスリットの像c1,c2,…がピッチSIPで投影される。像c1,c2,…のベストフォーカス状態での高さはSIH、幅はSIWである。本実施形態では、光電センサ72の画素fi(i=1,2,…)の大きさは、ほぼベストフォーカス状態での像cj(j=1,2,…)の大きさに等しく設定されている。従って、本実施形態では、画素fiの受光面自体を像cjを検出する際の開口として使用する。   FIG. 11 is an enlarged view of a main part showing the relationship between the photoelectric sensor 72 for the light receiving optical system 30BS in FIG. 10 and the image c1, etc. As shown in FIG. .. Are arranged at a pitch TDP, and slit images c1, c2,... In FIG. 10 are projected at a pitch SIP. The height of the images c1, c2,... In the best focus state is SIH, and the width is SIW. In the present embodiment, the size of the pixel fi (i = 1, 2,...) Of the photoelectric sensor 72 is set substantially equal to the size of the image cj (j = 1, 2,...) In the best focus state. Yes. Therefore, in the present embodiment, the light receiving surface itself of the pixel fi is used as an opening when detecting the image cj.

一方、画素fiの配列のピッチTDPは、像cjのピッチSIPに対して整数分の一に設定されている。従って、整数mを用いて次式が成立する。整数mは例えば4である。
TDP=SIP/m …(3)
一例として整数mを4として、図11において、スリットの像c1,c2,c3,…,ckがそれぞれ光電センサ72の画素f1,f5,f9,…,f(4k−3)上に投影されるものとすると、光電センサ72の画素f(4k−3)(k=1,2,…)以外の画素fus(例えば画素f2〜f4等)の検出信号は、レチクルRのZ位置検出用としては使用されない。この場合、像c1,c2,…の個数を256個とすると、光電センサ72の画素f1,f2,…の個数は1024であり、このようなTDIセンサは容易に入手することができる。
On the other hand, the pitch TDP of the array of the pixels fi is set to an integer of the pitch SIP of the image cj. Therefore, the following equation is established using the integer m. The integer m is 4, for example.
TDP = SIP / m (3)
As an example, assuming that the integer m is 4, in FIG. 11, slit images c1, c2, c3,..., Ck are respectively projected onto the pixels f1, f5, f9,. Assuming that the detection signals of the pixels fus (for example, the pixels f2 to f4) other than the pixel f (4k-3) (k = 1, 2,...) Of the photoelectric sensor 72 are used for detecting the Z position of the reticle R. Not used. In this case, if the number of images c1, c2,... Is 256, the number of pixels f1, f2,... Of the photoelectric sensor 72 is 1024, and such a TDI sensor can be easily obtained.

また、図13(A)は、実際に図11の像c1,c2,…を光電センサ72上に形成したときの全部の画素fiの検出信号fiS(光量)の一例を示し、この図13(A)に示すように、実際の像c1等のデフォーカス量に応じて、3個おきの画素f1,f5,f9,…の間の画素(例えばf2,f4,f6等)においても僅かな検出信号(光量)が検出される。   FIG. 13A shows an example of the detection signals fiS (light quantity) of all the pixels fi when the images c1, c2,... Of FIG. As shown in A), slight detection is performed even in pixels (for example, f2, f4, f6, etc.) between every third pixel f1, f5, f9,... According to the defocus amount of the actual image c1, etc. A signal (light quantity) is detected.

そこで、図7(A)に対応する共焦点波形を得る際には、図13(B)に示すように、3個おきの画素f(4k−3)の検出信号のみを用いることで、高精度にレチクルRのZ位置を計測できる。
同様に、図10の下地モニタ光学系30CS用の光電センサ73も受光部73aに、図11に示すように画素f1,f2,…をピッチTDPで配列して構成されており、スリットの像g1,g2,…はピッチSIPで形成される。従って、光電センサ73においても、画素fiの受光面自体を像gjを検出する際の開口として使用するとともに、画素f(4k−3)(k=1,2,…)以外の画素の検出信号は、レチクルRのZ位置検出用としては使用しない。これによって、レチクルRの下面Raの下地パターンの影響を高精度に低減できる。この他のRAFセンサ2ASの構成は、図3のRAFセンサ2Aと同様である。
Therefore, when obtaining the confocal waveform corresponding to FIG. 7A, as shown in FIG. 13B, only the detection signal of every third pixel f (4k−3) is used. The Z position of the reticle R can be accurately measured.
Similarly, the photoelectric sensor 73 for the base monitor optical system 30CS in FIG. 10 is also configured by arranging pixels f1, f2,... At a pitch TDP as shown in FIG. , G2,... Are formed with a pitch SIP. Therefore, in the photoelectric sensor 73, the light receiving surface of the pixel fi itself is used as an opening for detecting the image gj, and detection signals for pixels other than the pixel f (4k-3) (k = 1, 2,...) Are used. Is not used for detecting the Z position of the reticle R. Thereby, the influence of the base pattern on the lower surface Ra of the reticle R can be reduced with high accuracy. The other RAF sensor 2AS has the same configuration as the RAF sensor 2A shown in FIG.

式(3)の整数mが4の場合、図10のRAF制御系52ASは、図6(A)〜(I)に対応する図12(A)〜(I)に示すように、図10の光電センサ72中の3個おきの画素f(4k−3)の検出信号f(4k−3)S(k=1,2,3,…)のみを用いてレチクルRの下面RaのZ位置を計測する。この場合、図10のスリットの像b1〜b9に対して、図4(A)〜(E)及び図5(A)〜(D)に示すように撓んだレチクルRの下面Raの計測点RP1,RP2,RP3がY方向に移動するものとする。そして、RAF制御系52ASでは、図12の点線62A,62B,62Cに沿って時間間隔Δtでずれた検出信号f(4k−3)Sを求めることによって、計測点RP1〜RP3に対して図7(A)と同様の共焦点波形を求めることができる。一例として、この共焦点波形のピーク位置に対応する図10のスリットの像b1〜b9の基準面RFMaに対する既知のデフォーカス量から、当該計測点のZ位置を求めることができる。   When the integer m in the expression (3) is 4, the RAF control system 52AS in FIG. 10 is configured as shown in FIGS. 12 (A) to (I) corresponding to FIGS. The Z position of the lower surface Ra of the reticle R is determined using only the detection signal f (4k-3) S (k = 1, 2, 3,...) Of every third pixel f (4k-3) in the photoelectric sensor 72. measure. In this case, the measurement points on the lower surface Ra of the reticle R bent as shown in FIGS. 4 (A) to 4 (E) and FIGS. 5 (A) to (D) with respect to the slit images b1 to b9 in FIG. Assume that RP1, RP2, and RP3 move in the Y direction. The RAF control system 52AS obtains the detection signal f (4k−3) S shifted by the time interval Δt along the dotted lines 62A, 62B, and 62C in FIG. A confocal waveform similar to (A) can be obtained. As an example, the Z position of the measurement point can be obtained from the known defocus amount with respect to the reference plane RFMa of the slit images b1 to b9 in FIG. 10 corresponding to the peak position of the confocal waveform.

さらに、図10の光電センサ73中の3個おきの画素の検出信号のみを用いて図12と同様にして共焦点波形を求めることによって、レチクルRの下地パターンの影響を低減できる。
本実施形態によれば、光電センサ72は、スリットa1〜a9の像c1〜c9に沿って配列された複数の画素fi(光電変換素子)を備え、その画素fiの受光面が光電センサ72用の開口を兼用しているため、第1の実施形態の効果に加えて更に、RAFセンサ2ASをコンパクトにまとめることができる。
Further, by obtaining the confocal waveform in the same manner as in FIG. 12 using only the detection signals of every third pixel in the photoelectric sensor 73 of FIG. 10, the influence of the base pattern of the reticle R can be reduced.
According to the present embodiment, the photoelectric sensor 72 includes a plurality of pixels fi (photoelectric conversion elements) arranged along the images c1 to c9 of the slits a1 to a9, and the light receiving surface of the pixel fi is for the photoelectric sensor 72. In addition to the effects of the first embodiment, the RAF sensor 2AS can be further compactly combined.

なお、本実施形態の光学系に対し、光学系の光軸出しや、各パターン板の倒れ調整を行う機構等に関しては、適宜、光学部品や、メカ機構を追加し、光学系を構成することが望ましい。これによって、RAFセンサ2A,2AS等の組立調整を容易に行うことができる。また、本実施形態の光源としては、LEDやハロゲンランプとしたが、レーザ光源やその他の光源であっても、前述する、光ファイバ束31の射出端31a(図3参照)からの照明光L1の代わりとなる構成が可能であれば使用可能である。   Regarding the optical system of the present embodiment, regarding the optical axis alignment of the optical system and the mechanism for adjusting the tilt of each pattern plate, etc., an optical part and a mechanical mechanism are appropriately added to constitute the optical system. Is desirable. As a result, assembly adjustment of the RAF sensors 2A, 2AS and the like can be easily performed. In addition, although the LED and the halogen lamp are used as the light source in the present embodiment, the illumination light L1 from the exit end 31a (see FIG. 3) of the optical fiber bundle 31 described above may be used even with a laser light source or other light sources. It is possible to use an alternative configuration if possible.

また、この実施の形態においては、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置を例に挙げて説明しているが、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置にも本発明を適用することができる。
また、本実施形態のデバイス製造方法は、上記の実施形態の投影露光装置(露光装置)を用いてレチクルRのパターン(所定のパターン)をウエハW(感光性基板)上に露光する露光工程と、その露光工程により露光されたウエハWを現像する現像工程とを含むものである。本実施形態の露光装置によって、レチクルRのパターンを高い解像度でウエハWの各ショット領域に転写できるため、マイクロデバイス(半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等)を高精度に製造することができる。
In this embodiment, a step-and-scan projection exposure apparatus is described as an example. However, the present invention can also be applied to a step-and-repeat projection exposure apparatus. .
Further, the device manufacturing method of the present embodiment includes an exposure step of exposing the pattern (predetermined pattern) of the reticle R onto the wafer W (photosensitive substrate) using the projection exposure apparatus (exposure apparatus) of the above embodiment. And a developing process for developing the wafer W exposed by the exposure process. The exposure apparatus of this embodiment can transfer the pattern of the reticle R to each shot area of the wafer W with high resolution, so that micro devices (semiconductor elements, image sensors, liquid crystal display elements, thin film magnetic heads, etc.) can be manufactured with high accuracy. can do.

以下、上述の実施の形態にかかる投影露光装置を用いて感光性基板としてのウエハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図14のフローチャートを参照して説明する。
先ず、図14のステップ301において、1ロットのウエハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ302において、そのウエハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ303において、上述の実施の形態にかかる投影露光装置を用いて、レチクルのパターンの像が投影光学系を介して、その1ロットのウエハの各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ304において、その1ロットのウエハのフォトレジストの現像が行われた後、ステップ305において、その1ロットのウエハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチング等を行うことによって、レチクル上のパターンに対応する回路パターンが、各ウエハ上の各ショット領域に形成される。
FIG. 14 shows an example of a technique for obtaining a semiconductor device as a micro device by forming a predetermined circuit pattern on a wafer or the like as a photosensitive substrate using the projection exposure apparatus according to the above-described embodiment. This will be described with reference to a flowchart.
First, in step 301 of FIG. 14, a metal film is deposited on one lot of wafers. In the next step 302, a photoresist is applied on the metal film on the wafer. Thereafter, in step 303, using the projection exposure apparatus according to the above-described embodiment, the image of the reticle pattern is sequentially exposed and transferred onto each shot area of the wafer of one lot via the projection optical system. Thereafter, in step 304, the photoresist of the lot of wafers is developed, and in step 305, the resist pattern is used as a mask on the lot of wafers to form a pattern on the reticle. Corresponding circuit patterns are formed in each shot area on each wafer.

その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。
また、上述の実施の形態にかかる投影露光装置では、例えば図15のフローチャートに示すように、プレート(ガラス基板)上に所定のパターン(回路パターン、電極パターン等)を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。
Thereafter, a device pattern such as a semiconductor element is manufactured by forming a circuit pattern of an upper layer.
Further, in the projection exposure apparatus according to the above-described embodiment, for example, as shown in the flowchart of FIG. 15, a micro device is formed by forming a predetermined pattern (circuit pattern, electrode pattern, etc.) on a plate (glass substrate). The liquid crystal display element as can also be obtained.

即ち、図15のパターン形成工程401では、上述の実施の形態にかかる投影露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板(レジストが塗布されたガラス基板等)に転写露光する、所謂光リソグラフィ工程が実行されて、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。
次に、カラーフィルタ形成工程402では、R(赤)、G(緑)、B(青)に対応した3つのドットの組をマトリックス状に多数配列するか、またはR、G、Bの3本のストライプのフィルタの組を複数水平走査線方向に配列することで、カラーフィルタを形成する。そして、次のセル組立工程403では、例えばパターン形成工程401にて得られた所定パターンを有する基板と、カラーフィルタ形成工程402にて得られたカラーフィルタとの間に液晶を注入して液晶パネル(液晶セル)を組み立てる。
That is, in the pattern forming process 401 in FIG. 15, a so-called photolithography process in which the mask pattern is transferred and exposed to a photosensitive substrate (such as a glass substrate coated with a resist) using the projection exposure apparatus according to the above-described embodiment. Is performed, and a predetermined pattern including a large number of electrodes and the like is formed on the photosensitive substrate.
Next, in the color filter forming step 402, a large number of sets of three dots corresponding to R (red), G (green), and B (blue) are arranged in a matrix, or three of R, G, and B are arranged. A color filter is formed by arranging a plurality of stripe filter sets in the horizontal scanning line direction. In the next cell assembly step 403, for example, liquid crystal is injected between the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern formation step 401 and the color filter obtained in the color filter formation step 402, and the liquid crystal panel. Assemble (liquid crystal cell).

その後、モジュール組み立て工程404にて、組み立てられた液晶パネル(液晶セル)の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。
また、本発明は、半導体デバイス、液晶表示素子の製造プロセスへの適用に限定されることなく、例えば、プラズマディスプレイ等の製造プロセスや、撮像素子(CCD等)、マイクロマシーン、MEMS(Microelectromechanical Systems:微小電気機械システム)、薄膜磁気ヘッド、及びDNAチップ等の各種デバイスの製造プロセスにも広く適用できる。このように本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。
Thereafter, in a module assembling step 404, components such as an electric circuit and a backlight for performing a display operation of the assembled liquid crystal panel (liquid crystal cell) are attached to complete a liquid crystal display element.
In addition, the present invention is not limited to the application to the manufacturing process of a semiconductor device and a liquid crystal display element. For example, the manufacturing process of a plasma display or the like, an imaging element (CCD or the like), a micromachine, MEMS (Microelectromechanical Systems: It can be widely applied to manufacturing processes of various devices such as micro electromechanical systems), thin film magnetic heads, and DNA chips. As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various configurations can be taken without departing from the gist of the present invention.

第1の実施形態の投影露光装置の概略構成を示す一部を切り欠いた図である。1 is a partially cutaway view showing a schematic configuration of a projection exposure apparatus of a first embodiment. (A)は図1のRAFセンサ2中のRAFセンサ2A及びRAF制御系52Aを示す一部を切り欠いた図、(B)は図2(A)のレチクルステージRSTを示す平面図である。2A is a partially cutaway view showing the RAF sensor 2A and the RAF control system 52A in the RAF sensor 2 of FIG. 1, and FIG. 2B is a plan view showing the reticle stage RST of FIG. 図2(A)のRAFセンサ2Aを簡略化して示す図である。It is a figure which simplifies and shows the RAF sensor 2A of FIG. (A)〜(E)は、それぞれピンホールの像B1〜B9に対してレチクルRを走査する際の像B1〜B9とレチクルRとの位置関係の変化を示す図である。(A)-(E) are the figures which show the change of the positional relationship of the images B1-B9 and the reticle R at the time of scanning the reticle R with respect to the image B1-B9 of a pinhole, respectively. (A)〜(D)は、それぞれ図4(E)の状態に続いてレチクルRを走査する際の、像B1〜B9とレチクルRとの位置関係の変化を示す図である。(A)-(D) are the figures which show the change of the positional relationship of the images B1-B9 and the reticle R at the time of scanning the reticle R following the state of FIG.4 (E), respectively. (A)〜(I)はそれぞれ図4(A)〜(E)及び図5(A)〜(D)の状態に対応して得られる検出信号F1S〜F9Sの一例を示す図である。(A)-(I) is a figure which shows an example of the detection signals F1S-F9S obtained corresponding to the state of FIG. 4 (A)-(E) and FIG. 5 (A)-(D), respectively. (A)は図6(A)〜(I)の検出信号から得られる共焦点波形の一例を示す図、(B)はレチクルの下面の反射率が異なる場合の2つの共焦点波形を示す図である。(A) is a figure which shows an example of the confocal waveform obtained from the detection signal of FIG. 6 (A)-(I), (B) is a figure which shows two confocal waveforms in case the reflectance of the lower surface of a reticle differs. It is. (A)は図3の検出信号FiSから得られる共焦点波形の一例を示す図、(B)は図3の検出信号JiSから得られる共焦点波形の一例を示す図、(C)は図8(A)の共焦点波形を図8(B)の共焦点波形で補正して得られる共焦点波形を示す図である。(A) is a diagram showing an example of the confocal waveform obtained from the detection signal FiS in FIG. 3, (B) is a diagram showing an example of the confocal waveform obtained from the detection signal JiS in FIG. 3, (C) is FIG. It is a figure which shows the confocal waveform obtained by correct | amending the confocal waveform of (A) with the confocal waveform of FIG. 8 (B). (A)は図2(A)のレチクルRを示す要部の側面図、(B)は図9(A)のレチクルRの下面に設定される多数の計測領域の分布の一例を示す平面図、(C)は図9(B)中の一つの計測領域を示す拡大図である。2A is a side view of the main part showing the reticle R in FIG. 2A, and FIG. 3B is a plan view showing an example of the distribution of a large number of measurement regions set on the lower surface of the reticle R in FIG. (C) is an enlarged view showing one measurement region in FIG. 9 (B). 第2の実施形態のRAFセンサ2ASを示す図である。It is a figure which shows RAF sensor 2AS of 2nd Embodiment. 図10中の光電センサ72と像c1等との関係を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the relationship between the photoelectric sensor 72 in FIG. 10, image c1, etc. FIG. 第2の実施形態において、図4(A)〜(E)及び図5(A)〜(D)の状態に対応して得られる検出信号の一例を示す図である。In 2nd Embodiment, it is a figure which shows an example of the detection signal obtained corresponding to the state of FIG. 4 (A)-(E) and FIG. 5 (A)-(D). (A)は図11の光電センサ72の全部の画素の検出信号の一例を示す図、(B)は光電センサ72の画素f(4k−3)の検出信号を示す図である。(A) is a figure which shows an example of the detection signal of all the pixels of the photoelectric sensor 72 of FIG. 11, (B) is a figure which shows the detection signal of the pixel f (4k-3) of the photoelectric sensor 72. 半導体デバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the manufacturing process of a semiconductor device. 液晶表示素子の製造工程の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the manufacturing process of a liquid crystal display element.

符号の説明Explanation of symbols

R…レチクル、PL…投影光学系、W…ウエハ、RST…レチクルステージ、A1〜A9,D1〜D9…ピンホール、B1〜B9…ピンホールの像、2A〜2C,2AS…RAFセンサ、30A…送光光学系、30B…受光光学系、30C…下地モニタ光学系、33…第1多点ピンホール板、42…第2多点ピンホール板、44,48…光電センサ、45…第3多点ピンホール板、52A,52AS…RAF制御系、a1〜a9…スリット、b1〜b9…スリットの像、71…多点スリット板、72,73…TDI方式の光電センサ   R ... reticle, PL ... projection optical system, W ... wafer, RST ... reticle stage, A1-A9, D1-D9 ... pinhole, B1-B9 ... pinhole image, 2A-2C, 2AS ... RAF sensor, 30A ... Light transmitting optical system, 30B: Light receiving optical system, 30C: Base monitor optical system, 33: First multipoint pinhole plate, 42: Second multipoint pinhole plate, 44, 48 ... Photoelectric sensor, 45 ... Third multi Point pinhole plate, 52A, 52AS ... RAF control system, a1-a9 ... slit, b1-b9 ... slit image, 71 ... multi-point slit plate, 72, 73 ... TDI photoelectric sensor

Claims (10)

被検面の法線方向の位置情報を検出する位置検出装置であって、
前記被検面上に複数の開口の第1の像を所定の基準面に対して異なるデフォーカス量で形成する送光系と、
前記被検面からの反射光を受光して前記複数の開口の第2の像を形成する第1受光系と、
前記複数の開口の第2の像をそれぞれ前記基準面との共役面に対して所定の位置関係の開口を通して検出する第1受光センサと、
前記被検面と前記複数の開口の第1の像とを前記基準面に沿って相対走査する相対走査機構と、
前記相対走査機構によって前記被検面と前記複数の開口の第1の像とを相対走査したときに得られる前記第1受光センサの検出情報に基づいて、前記被検面の法線方向の位置情報を求める演算部と、
を備えることを特徴とする位置検出装置。
A position detection device that detects position information in a normal direction of a test surface,
A light transmission system for forming a first image of a plurality of openings on the surface to be measured with a different defocus amount with respect to a predetermined reference surface;
A first light receiving system that receives reflected light from the test surface and forms a second image of the plurality of openings;
A first light-receiving sensor that detects a second image of each of the plurality of openings through an opening having a predetermined positional relationship with respect to a conjugate plane with the reference plane;
A relative scanning mechanism that relatively scans the test surface and the first images of the plurality of openings along the reference surface;
A position in the normal direction of the test surface based on detection information of the first light receiving sensor obtained when the test surface and the first images of the plurality of openings are relatively scanned by the relative scanning mechanism. An arithmetic unit for obtaining information;
A position detection device comprising:
前記相対走査機構は、前記被検面と前記複数の開口の第1の像とを前記複数の開口の第1の像の配列方向に相対走査することを特徴とする請求項1に記載の位置検出装置。   2. The position according to claim 1, wherein the relative scanning mechanism relatively scans the test surface and the first images of the plurality of openings in an arrangement direction of the first images of the plurality of openings. Detection device. 前記相対走査機構は、前記被検面と前記複数の開口の第1の像とを、前記複数の開口の第1の像の配列方向に交差する方向に相対移動する機構を備えることを特徴とする請求項2に記載の位置検出装置。   The relative scanning mechanism includes a mechanism that relatively moves the test surface and the first images of the plurality of openings in a direction intersecting an arrangement direction of the first images of the plurality of openings. The position detection device according to claim 2. 前記送光系は、
前記複数の開口が形成された開口部材と、
前記複数の開口の第1の像の位置が前記基準面に対して傾斜するように、前記複数の開口の第1の像を前記被検面上に形成する結像光学系とを備えることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の位置検出装置。
The light transmission system is
An opening member in which the plurality of openings are formed;
An imaging optical system that forms the first images of the plurality of apertures on the test surface so that the positions of the first images of the plurality of apertures are inclined with respect to the reference plane. The position detection device according to any one of claims 1 to 3, wherein the position detection device is characterized.
前記結像光学系は、縮小光学系であることを特徴とする請求項4に記載の位置検出装置。   The position detection apparatus according to claim 4, wherein the imaging optical system is a reduction optical system. 前記第1受光系内で前記被検面からの反射光の一部を分離して、前記複数の開口の第3の像を形成する第2受光系と、
前記複数の開口の第3の像をそれぞれ前記第1の像とほぼ共役な位置に配置された開口を通して検出する第2受光センサとを備え、
前記演算部は、前記第1受光センサの検出情報を前記第2受光センサの検出情報を用いて補正することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の位置検出装置。
A second light receiving system for separating a part of reflected light from the test surface in the first light receiving system to form a third image of the plurality of openings;
A second light receiving sensor that detects a third image of each of the plurality of apertures through an aperture disposed at a position substantially conjugate with the first image,
6. The position detecting device according to claim 1, wherein the calculation unit corrects detection information of the first light receiving sensor using detection information of the second light receiving sensor. 7. .
前記第1受光センサは前記複数の開口の第2の像に沿って配列された複数の光電変換素子を備え、
前記複数の光電変換素子の受光面が前記第1受光センサ用の開口を兼用することを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の位置検出装置。
The first light receiving sensor includes a plurality of photoelectric conversion elements arranged along a second image of the plurality of openings,
7. The position detection device according to claim 1, wherein light receiving surfaces of the plurality of photoelectric conversion elements also serve as openings for the first light receiving sensor.
照明光により照明されたマスクのパターンを投影光学系を介して感光性基板上に露光する露光装置において、
請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の位置検出装置を備え、
前記位置検出装置は、前記マスクの前記投影光学系の光軸方向の位置情報を検出することを特徴とする露光装置。
In an exposure apparatus that exposes a mask pattern illuminated by illumination light onto a photosensitive substrate via a projection optical system,
A position detection device according to any one of claims 1 to 7, comprising:
The exposure apparatus is characterized in that the position detection device detects position information of the mask in the optical axis direction of the projection optical system.
前記位置検出装置の検出情報に基づいて、前記マスクのパターンの像と前記感光性基板との前記投影光学系の光軸方向の位置関係を補正する補正機構を備えることを特徴とする請求項8に記載の露光装置。   9. A correction mechanism for correcting a positional relationship in an optical axis direction of the projection optical system between the image of the mask pattern and the photosensitive substrate based on detection information of the position detection device. The exposure apparatus described in 1. 請求項8または請求項9に記載の露光装置を用いて所定のパターンを感光性基板上に露光する露光工程と、
前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像工程と、
を含むことを特徴とするデバイスの製造方法。
An exposure step of exposing a predetermined pattern on a photosensitive substrate using the exposure apparatus according to claim 8 or 9,
A developing step of developing the photosensitive substrate exposed by the exposing step;
A device manufacturing method comprising:
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