JP4788229B2 - Position detection apparatus, alignment apparatus, exposure apparatus, and microdevice manufacturing method - Google Patents

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この発明は、半導体素子や液晶表示素子等を製造するためのリソグラフィ工程で用いられる位置検出装置、該位置検出装置を備えたアライメント装置、該位置検出装置を備えた露光装置及び該露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法に関するものである。   The present invention uses a position detection apparatus used in a lithography process for manufacturing a semiconductor element, a liquid crystal display element, and the like, an alignment apparatus including the position detection apparatus, an exposure apparatus including the position detection apparatus, and the exposure apparatus. The present invention relates to a method for manufacturing a microdevice.

半導体素子等を製造するリソグラフィ工程においては、レチクル(またはマスク)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(また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。例えば、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)、レチクル及びウエハを同期走査させるステップアンドスキャン方式の走査型投影露光装置(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 (or 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. For example, a step-and-repeat reduction projection exposure apparatus (so-called stepper), a step-and-scan scanning projection exposure apparatus (scanning stepper) that synchronously scans a reticle and a wafer, and the like are generally used.

半導体素子の高集積化、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、投影露光装置では、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、ウェハ面を計測するフォーカスセンサとウェハステージ制御により、走査露光時にウェ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. In the projection 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 defocusing. 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 depth of focus of the image plane of the projection optical system, a focus sensor for measuring the wafer surface and wafer stage control are used to control the wafer surface during scanning exposure. The focus error due to the inclination or undulation in the exposed area 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)の撓み等に応じて変化する。ここで、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、レチクル下面の位置を計測する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)。   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 changes according to the deflection of the reticle lower surface (pattern surface). Here, a focus sensor that measures the position of the lower surface of the reticle is used in order to correct a focus error caused by bending of the lower surface of the reticle (see, for example, Patent Document 1).

特開平7−86154号公報JP-A-7-86154

しかしながら、レチクルと投影光学系との間には、レチクルを保持し移動可能に構成されているレチクルステージが配置されているため、レチクル下面を計測するフォーカスセンサとしてウエハ面の計測に用いられている斜入射型のフォーカスセンサを用いた場合、十分に大きな入射角をとることができず、計測誤差が発生しやすいという問題があった。また、斜入射型のフォーカスセンサを用いた場合、レチクル下面に形成されるペリクル膜により計測誤差が発生するという問題があった。また、従来のレチクル下面を計測するフォーカスセンサは、それを設置することができるスペースに制約があるにもかかわらず、コンパクトかつ容易に設置可能でないという問題があった。また、レチクル下面の広い領域内における位置(複数位置)を計測することができないという問題があった。   However, since a reticle stage configured to hold and move the reticle is disposed between the reticle and the projection optical system, it is used for measuring the wafer surface as a focus sensor for measuring the lower surface of the reticle. When a grazing incidence type focus sensor is used, there is a problem that a sufficiently large incident angle cannot be obtained and a measurement error tends to occur. Further, when an oblique incidence type focus sensor is used, there is a problem that a measurement error occurs due to the pellicle film formed on the lower surface of the reticle. In addition, the conventional focus sensor for measuring the lower surface of the reticle has a problem that it cannot be installed easily and compactly even though the space where the reticle can be installed is limited. In addition, there is a problem that the position (plural positions) in a wide area on the lower surface of the reticle cannot be measured.

この発明の課題は、コンパクトでシンプルな構成を有し、被検面上の複数位置を検出することができる位置検出装置、該位置検出装置を備えたアライメント装置、該位置検出装置を備えた露光装置及び該露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a position detection device having a compact and simple configuration and capable of detecting a plurality of positions on a test surface, an alignment device including the position detection device, and an exposure including the position detection device. An apparatus and a method of manufacturing a micro device using the exposure apparatus are provided.

この発明の位置検出装置は、被検面に光を照射し、前記被検面により反射された光に基づいて前記被検面の位置を検出する位置検出装置であって、前記被検面と光学的に共役な第1共役位置を形成する第1光学系と、前記被検面および前記第1共役位置と光学的に共役な第2共役位置を形成する共焦点光学系と、前記第1共役位置に配置された基準部材と、
前記第2共役位置に配置されたピンホールを含み、前記共焦点光学系および前記ピンホールを介した光を受光する受光部と、前記受光部の受光情報に基づいて前記被検面の位置を算出する処理部と、を備え、前記受光部は、前記被検面により反射された第1の光と、前記基準部材により反射された第2の光とをそれぞれ受光し、前記処理部は、前記第1の光の受光情報と前記第2の光の受光情報とに基づいて、前記被検面の位置を算出することを特徴とする。
また、この発明の位置検出装置は、被検面に光を照射し、前記被検面により反射された光に基づいて前記被検面の位置を検出する位置検出装置であって、前記被検面と光学的に共役な第1共役位置を形成する第1光学系と、前記被検面および前記第1共役位置と光学的に共役な第2共役位置を形成する第2光学系と、前記被検面、前記第1共役位置および前記第2共役位置と光学的に共役な第3共役位置を形成する共焦点光学系と、前記第1共役位置に配置された基準部材と、前記第3共役位置に配置されたピンホールを含み、前記第2光学系、前記共焦点光学系および前記ピンホールを介した光を受光する受光部と、前記受光部の受光情報に基づいて前記被検面の位置を算出する処理部と、を備え、前記受光部は、前記被検面により反射された第1の光と、前記基準部材により反射された第2の光とをそれぞれ受光し、前記処理部は、前記第1の光の受光情報と前記第2の光の受光情報とに基づいて、前記被検面の位置を算出することを特徴とする。
The position detection device of the present invention is a position detection device that irradiates a test surface with light and detects the position of the test surface based on the light reflected by the test surface. A first optical system that forms a first conjugate position that is optically conjugate; a confocal optical system that forms a second conjugate position that is optically conjugate with the test surface and the first conjugate position; and A reference member arranged at a conjugate position;
A light receiving unit that includes a pinhole disposed at the second conjugate position and that receives light via the confocal optical system and the pinhole; and a position of the test surface based on light reception information of the light receiving unit. A processing unit for calculating, wherein the light receiving unit receives first light reflected by the test surface and second light reflected by the reference member, and the processing unit includes: The position of the test surface is calculated based on the light reception information of the first light and the light reception information of the second light .
The position detection apparatus of the present invention is a position detection apparatus that irradiates a test surface with light and detects the position of the test surface based on light reflected by the test surface. A first optical system that forms a first conjugate position that is optically conjugate with a surface; a second optical system that forms a second conjugate position that is optically conjugate with the test surface and the first conjugate position; A test surface, a confocal optical system that forms a third conjugate position optically conjugate with the first conjugate position and the second conjugate position, a reference member disposed at the first conjugate position, and the third A light receiving unit that includes a pinhole disposed at a conjugate position, and that receives light via the second optical system, the confocal optical system, and the pinhole; A processing unit that calculates the position of the light receiving unit, and The first light and the second light reflected by the reference member are respectively received, and the processing unit is based on the light reception information of the first light and the light reception information of the second light. The position of the test surface is calculated.

この発明の位置検出装置によれば、計測光を被検面内の異なる位置に導くリレー光学系を備えているため、被検面の複数位置を検出することができ、被検面の広い領域内における位置をより短時間で正確に検出することができる。また、共焦点光学系を備えているため、コンパクトかつシンプルな構成を有する装置を提供することができる。従って、マスクの位置を検出するために位置検出装置を露光装置に搭載する場合、容易に設置することができ、かつマスクの位置を高精度に検出することができる。   According to the position detection apparatus of the present invention, since the relay optical system that guides the measurement light to different positions in the test surface is provided, a plurality of positions on the test surface can be detected, and a wide area of the test surface is obtained. The position inside can be detected accurately in a shorter time. Further, since the confocal optical system is provided, an apparatus having a compact and simple configuration can be provided. Therefore, when the position detection device is mounted on the exposure apparatus to detect the position of the mask, it can be easily installed and the position of the mask can be detected with high accuracy.

また、この発明のアライメント装置は、第一面上に設けられた第1マークと第二面上に設けられた第2マークを検出することにより前記第一面及び前記第二面のアライメントを行うアライメント装置であって、前記第一面の位置を検出するこの発明の位置検出装置を備えることを特徴とする。
The alignment apparatus of the present invention performs alignment of the first surface and the second surface by detecting a first mark provided on the first surface and a second mark provided on the second surface. a alignment apparatus, characterized by comprising a position detecting device of the present invention for detecting the position of said first surface.

この発明のアライメント装置によれば、この発明の位置検出装置により第一面の位置を正確に検出することができるため、第一面及び第二面のアライメントをより正確に行うことができる。   According to the alignment apparatus of the present invention, since the position of the first surface can be accurately detected by the position detection apparatus of the present invention, the first surface and the second surface can be more accurately aligned.

また、この発明の露光装置は、マスクのパターンを感光性基板上に露光する露光装置において、前記マスクの表面の位置を検出するこの発明の位置検出装置を備えることを特徴とする。
The exposure apparatus of the present invention, in an exposure apparatus for exposing a pattern of a mask onto a photosensitive substrate, characterized in that it comprises a position detecting device of the present invention for detecting the position of the surface of the mask.

この発明の露光装置によれば、マスクの位置を高精度に検出することができる位置検出装置を備えているため、マスクの撓み等による感光性基板上への結像誤差を正確に検出することができる。従って、感光性基板上へ高解像で露光することができる。   According to the exposure apparatus of the present invention, since the position detection device that can detect the position of the mask with high accuracy is provided, it is possible to accurately detect an imaging error on the photosensitive substrate due to the deflection of the mask or the like. Can do. Therefore, the photosensitive substrate can be exposed with high resolution.

また、この発明のマイクロデバイスの製造方法は、この発明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。
The microdevice manufacturing method of the present invention includes an exposure step of exposing a predetermined pattern on a photosensitive substrate using the exposure apparatus of the present invention , and a development of developing the photosensitive substrate exposed by the exposure step. And a process.

この発明のマイクロデバイスの製造方法によれば、感光性基板上へ高解像で露光することができる露光装置を用いて露光を行なうため、良好なマイクロデバイスを得ることができる。   According to the microdevice manufacturing method of the present invention, since exposure is performed using an exposure apparatus that can expose a photosensitive substrate with high resolution, a good microdevice can be obtained.

この発明の位置検出装置によれば、計測光を被検面内の異なる位置に導くリレー光学系を備えているため、被検面の複数位置を検出することができ、被検面の広い領域内における位置をより短時間で正確に検出することができる。また、共焦点光学系を備えているため、コンパクトかつシンプルな構成を有する装置を提供することができる。従って、マスクの位置を検出するために位置検出装置を露光装置に搭載する場合、容易に設置することができ、かつマスクの位置を高精度に検出することができる。   According to the position detection apparatus of the present invention, since the relay optical system that guides the measurement light to different positions in the test surface is provided, a plurality of positions on the test surface can be detected, and a wide area of the test surface is obtained. The position inside can be detected accurately in a shorter time. Further, since the confocal optical system is provided, an apparatus having a compact and simple configuration can be provided. Therefore, when the position detection device is mounted on the exposure apparatus to detect the position of the mask, it can be easily installed and the position of the mask can be detected with high accuracy.

この発明のアライメント装置によれば、この発明の位置検出装置により第一面の位置を正確に検出することができるため、第一面及び第二面のアライメントをより正確に行うことができる。   According to the alignment apparatus of the present invention, since the position of the first surface can be accurately detected by the position detection apparatus of the present invention, the first surface and the second surface can be more accurately aligned.

この発明の露光装置によれば、マスクの位置を高精度に検出することができる位置検出装置を備えているため、マスクの撓み等による感光性基板上への結像誤差を正確に検出することができる。従って、感光性基板上へ高解像で露光することができる。   According to the exposure apparatus of the present invention, since the position detection device that can detect the position of the mask with high accuracy is provided, it is possible to accurately detect an imaging error on the photosensitive substrate due to the deflection of the mask or the like. Can do. Therefore, the photosensitive substrate can be exposed with high resolution.

この発明のマイクロデバイスの製造方法によれば、感光性基板上へ高解像で露光することができる露光装置を用いて露光を行なうため、良好なマイクロデバイスを得ることができる。   According to the microdevice manufacturing method of the present invention, since exposure is performed using an exposure apparatus that can expose a photosensitive substrate with high resolution, a good microdevice can be obtained.

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態にかかる投影露光装置について説明する。図1は、この実施の形態にかかる投影露光装置の概略構成を示す図である。この実施の形態にかかる投影露光装置は、マスクとしてのレチクル(被検面)Rの複数位置を検出するための位置検出装置2を備えている。なお、この実施の形態においては、投影光学系PLの光軸に対して平行にZ軸が、Z軸に垂直な平面内において図1の紙面に平行な方向にX軸が、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Y軸がそれぞれ設定されている。   A projection exposure apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a projection exposure apparatus according to this embodiment. The projection exposure apparatus according to this embodiment includes a position detection device 2 for detecting a plurality of positions of a reticle (test surface) R as a mask. In this embodiment, the Z axis is parallel to the optical axis of the projection optical system PL, and the X axis is perpendicular to the Z axis in a direction parallel to the plane of FIG. 1 in a plane perpendicular to the Z axis. The Y axis is set in a direction perpendicular to the paper surface of FIG.

図1に示すように、この投影露光装置は、光源を含む光学系4、コンデンサレンズ6及びミラー8を有する照明光学系ILを備えている。また、この投影露光装置は、レチクルRをXY平面において略平行に支持するレチクルステージRST、レチクルステージRSTをXY平面において略平行に支持するレチクルベースRBSを備えている。レチクルRの下面には、感光性基板としてのウエハW上に転写すべきパターンが形成されている。図2は、レチクルステージRST及びその周辺部の構成を示す上面図である。レチクルステージRSTは、投影光学系PLの光軸に対して垂直なXY平面内において二次元的に移動可能に構成されている。また、レチクルステージRST上には、レチクルレーザ干渉計(図示せず)からのレーザビームを反射する移動鏡(図示せず)が固定されており、レチクルステージRSTのXY平面内の位置はレチクルレーザ干渉計によって検出及び制御されている。   As shown in FIG. 1, the projection exposure apparatus includes an illumination optical system IL having an optical system 4 including a light source, a condenser lens 6 and a mirror 8. The projection exposure apparatus also includes a reticle stage RST that supports the reticle R substantially parallel to the XY plane, and a reticle base RBS that supports the reticle stage RST substantially parallel to the XY plane. On the lower surface of the reticle R, a pattern to be transferred onto a wafer W as a photosensitive substrate is formed. FIG. 2 is a top view showing the configuration of reticle stage RST and its peripheral part. Reticle stage RST is configured to be movable two-dimensionally in an XY plane perpendicular to the optical axis of projection optical system PL. Further, a movable mirror (not shown) that reflects a laser beam from a reticle laser interferometer (not shown) is fixed on the reticle stage RST, and the position of the reticle stage RST in the XY plane is the reticle laser. Detected and controlled by an interferometer.

また、レチクルステージRSTの+X方向の端部近傍には、レチクル位置基準マークが形成されたレチクルフィデューシャルマーク板(以下、レチクルマーク板という。)RFMが、レチクルRと並ぶように配置されている。また、レチクルステージRSTには、レチクルRの下方に照明光学系ILを介した露光光を通過させる開口10a(図1中鎖線で示す)が、レチクルマーク板RFMの下方に露光光を通過させる開口10b(図1中鎖線で示す)が、それぞれ形成されている。また、レチクルベースRBSの投影光学系PLのほぼ真上の部分に露光光の通路となる開口11a(図1中鎖線で示す)が、後述する位置検出装置2から射出される計測光を通過させる開口11b(図1中鎖線で示す)が形成されている。   In addition, a reticle fiducial mark plate (hereinafter referred to as a reticle mark plate) RFM on which a reticle position reference mark is formed is arranged in line with the reticle R in the vicinity of the + X direction end of the reticle stage RST. Yes. The reticle stage RST has an opening 10a (indicated by a chain line in FIG. 1) for allowing exposure light to pass through the illumination optical system IL below the reticle R, and an opening for allowing the exposure light to pass below the reticle mark plate RFM. 10b (shown by a chain line in FIG. 1) is formed. In addition, an opening 11a (indicated by a chain line in FIG. 1) serving as a passage for exposure light passes almost directly above the projection optical system PL of the reticle base RBS to allow measurement light emitted from the position detection device 2 described later to pass therethrough. An opening 11b (shown by a chain line in FIG. 1) is formed.

露光時には、レチクルステージRSTをX方向に移動することにより開口11a上にレチクルRの照明領域を配置する。照明光学系ILから射出した露光光は、レチクルRの照明領域及び開口11aを通過する。開口11aを通過した露光光は、両側テレセントリックな投影光学系PLを介して、感光材料としてのフォトレジストが塗布されたウエハW上の露光領域に到達し、ウエハW上にはレチクルRのパターンの像が形成される。なお、投影光学系PLの瞳面またはその近傍には、投影光学系PLの開口数を制御するための可変開口絞り(図示せず)が設置されている。   At the time of exposure, the illumination area of the reticle R is arranged on the opening 11a by moving the reticle stage RST in the X direction. The exposure light emitted from the illumination optical system IL passes through the illumination area of the reticle R and the opening 11a. The exposure light that has passed through the opening 11a reaches the exposure area on the wafer W coated with the photoresist as the photosensitive material via the both-side telecentric projection optical system PL, and the pattern of the reticle R is formed on the wafer W. An image is formed. Note that a variable aperture stop (not shown) for controlling the numerical aperture of the projection optical system PL is installed on or near the pupil plane of the projection optical system PL.

ウエハWはウエハホルダWHを介してウエハテーブルWT上に載置されており、ウエハテーブルWTはウエハステージWST上に載置されている。ウエハステージWSTはZステージ12及びXYステージ13により構成されている。Zステージ12は、XYステージ13上に搭載されており、投影光学系PLの光軸方向(Z方向)、X軸回りの回転方向及びY軸回りの回転方向へ移動可能に構成されている。XYステージ13は、定盤WBS上に搭載されており、投影光学系PLの光軸に対して垂直なXY平面内において二次元的に移動可能に構成されている。また、ウエハテーブルWT上には、ウエハレーザ干渉計(図示せず)からのレーザビームを反射する移動鏡(図示せず)が固定されており、ウエハテーブルWTのXY平面内の位置はウエハレーザ干渉計によって検出及び制御されている。   Wafer W is placed on wafer table WT via wafer holder WH, and wafer table WT is placed on wafer stage WST. Wafer stage WST includes a Z stage 12 and an XY stage 13. The Z stage 12 is mounted on the XY stage 13, and is configured to be movable in the optical axis direction (Z direction) of the projection optical system PL, the rotation direction around the X axis, and the rotation direction around the Y axis. The XY stage 13 is mounted on the surface plate WBS, and is configured to be two-dimensionally movable in an XY plane perpendicular to the optical axis of the projection optical system PL. A movable mirror (not shown) that reflects a laser beam from a wafer laser interferometer (not shown) is fixed on the wafer table WT, and the position of the wafer table WT in the XY plane is the wafer laser interferometer. Detected and controlled by

この投影露光装置は、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の撓み等を計測するために、レチクルRの複数位置を検出することができる位置検出装置2を備えている。位置検出装置2は、図1に示すように、レチクルベースRBSと投影光学系PLとの間に配置されている。図3は、位置検出装置2の構成を示す図である。図3に示すように、位置検出装置2は、共焦点顕微鏡14を備えている。   The projection exposure apparatus includes a position detection device 2 that can detect a plurality of positions of the reticle R in order to measure the deflection of the reticle R that causes a focus error of the projection optical system PL. As shown in FIG. 1, the position detection device 2 is disposed between the reticle base RBS and the projection optical system PL. FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the position detection device 2. As shown in FIG. 3, the position detection device 2 includes a confocal microscope 14.

図4は、共焦点顕微鏡14の構成を示す図である。図4に示すように、レーザダイオード(LD)等の光源ユニット16から射出された計測光(レーザ光)は、ハーフミラー18、焦点調整用レンズ20を通過して、ガルバノミラー22により反射される。ガルバノミラー22は、図中矢印a方向に回動可能に構成されている。ガルバノミラー22により反射された計測光は、レンズ24、コリメータレンズ26を通過する。焦点調整用レンズ20、ガルバノミラー22、レンズ24、コリメータレンズ26は共焦点光学系を構成しており、コリメータレンズ26は共焦点光学系の光軸方向と平行な方向(図中矢印方向b)に移動可能に構成されている。コリメータレンズ26を通過した計測光は、共焦点光学系の焦点位置Fに集光する。   FIG. 4 is a diagram illustrating the configuration of the confocal microscope 14. As shown in FIG. 4, measurement light (laser light) emitted from a light source unit 16 such as a laser diode (LD) passes through a half mirror 18 and a focus adjustment lens 20 and is reflected by a galvanometer mirror 22. . The galvanometer mirror 22 is configured to be rotatable in the direction of arrow a in the figure. The measurement light reflected by the galvanometer mirror 22 passes through the lens 24 and the collimator lens 26. The focus adjustment lens 20, galvanometer mirror 22, lens 24, and collimator lens 26 constitute a confocal optical system, and the collimator lens 26 is parallel to the optical axis direction of the confocal optical system (arrow direction b in the figure). It is configured to be movable. The measurement light that has passed through the collimator lens 26 is condensed at the focal position F of the confocal optical system.

図5は、ガルバノミラー22を回動させた場合における計測光の進行方向が変化する様子を示す図である。図5に示すように、ガルバノミラー22を回動させた場合、計測光の進行方向は、共焦点光学系の光軸方向と垂直な方向(図中矢印方向c)に変化する。具体的には、ガルバノミラー22をガルバノミラー22の中心を軸として時計回りに回動させた場合、計測光の進行方向は、共焦点光学系の光軸と比較して上向きに変化する。また、ガルバノミラー22をガルバノミラー22の中心を軸として半時計回りに回動させた場合、計測光の進行方向は、共焦点光学系の光軸と比較して下向きに変化する。   FIG. 5 is a diagram illustrating how the traveling direction of the measurement light changes when the galvano mirror 22 is rotated. As shown in FIG. 5, when the galvano mirror 22 is rotated, the traveling direction of the measurement light changes in a direction perpendicular to the optical axis direction of the confocal optical system (arrow direction c in the figure). Specifically, when the galvanometer mirror 22 is rotated clockwise around the center of the galvanometer mirror 22, the traveling direction of the measurement light changes upward as compared with the optical axis of the confocal optical system. Further, when the galvano mirror 22 is rotated counterclockwise about the center of the galvano mirror 22, the traveling direction of the measurement light changes downward as compared with the optical axis of the confocal optical system.

図6は、コリメータレンズ26を光軸方向に移動させた場合における共焦点光学系の焦点位置が変化する様子を示す図である。図6に示すように、コリメータレンズ26を光軸方向に移動させた場合、共焦点光学系の焦点位置Fは、共焦点光学系の光軸方向と平行な方向(図中矢印方向d)に変化する。具体的には、コリメータレンズ26を図中右側(レンズ24側)方向に移動させた場合、共焦点光学系の焦点位置Fは、図中右側に移動する。また、コリメータレンズ26を図中左側方向に移動させた場合、共焦点光学系の焦点位置Fは、図中左側に移動する。この実施の形態にかかる共焦点顕微鏡14においては、コリメータレンズ26を用いて共焦点光学系の焦点位置Fを移動させることにより、被検物体の位置を計測することが出来る。共焦点光学系の焦点位置F近傍に被検面を置いた場合を想定すると、コリメータレンズ26を用いて焦点位置Fを移動させることにより、被検物体位置がコリメータレンズ26の焦点位置となった場合に受光センサ46の受光光量が最大となる。よって、コリメータレンズ26の位置情報から受光光量が最大となる焦点位置Fを特定でき、ひいては被検物体の位置を計測することが出来る。   FIG. 6 is a diagram showing how the focal position of the confocal optical system changes when the collimator lens 26 is moved in the optical axis direction. As shown in FIG. 6, when the collimator lens 26 is moved in the optical axis direction, the focal position F of the confocal optical system is in a direction parallel to the optical axis direction of the confocal optical system (arrow direction d in the figure). Change. Specifically, when the collimator lens 26 is moved in the right side (lens 24 side) direction in the figure, the focal position F of the confocal optical system moves to the right side in the figure. Further, when the collimator lens 26 is moved in the left direction in the figure, the focal position F of the confocal optical system moves to the left side in the figure. In the confocal microscope 14 according to this embodiment, the position of the test object can be measured by moving the focal position F of the confocal optical system using the collimator lens 26. Assuming that the test surface is placed near the focus position F of the confocal optical system, the test object position becomes the focus position of the collimator lens 26 by moving the focus position F using the collimator lens 26. In this case, the amount of light received by the light receiving sensor 46 is maximized. Therefore, the focal position F where the amount of received light is maximum can be specified from the position information of the collimator lens 26, and as a result, the position of the test object can be measured.

共焦点顕微鏡14を構成するコリメータレンズ26を通過した計測光は、図3に示すように、ビームエキスパンダ(中間リレー光学系)28a、平行平面板30,32、ビームエキスパンダ(中間リレー光学系)28bを通過する。ビームエキスパンダ28a,28bは、共焦点光学系(コリメータレンズ26)からの計測光を所定の拡大倍率のもとで拡大する。この実施の形態においては、共焦点顕微鏡14の射出位置のレーザビームスポット約2μm径に対し、視野絞り34位置では例えば20倍に拡大するように構成されている。   As shown in FIG. 3, the measurement light that has passed through the collimator lens 26 constituting the confocal microscope 14 includes a beam expander (intermediate relay optical system) 28a, parallel plane plates 30, 32, and a beam expander (intermediate relay optical system). ) Pass 28b. The beam expanders 28a and 28b expand measurement light from the confocal optical system (collimator lens 26) under a predetermined magnification. In this embodiment, the diameter of the laser beam spot at the exit position of the confocal microscope 14 is enlarged by, for example, 20 times at the position of the field stop 34 with respect to the diameter of the laser beam spot.

計測光を拡大させることにより、後述する視野絞り34面(被検面であるレチクルR下面と光学的に共役面)や複雑に構成されている後段のレンズ周りの空気揺らぎによる誤差等の影響を受けることなく、光学的な安定性を得ることができ、視野絞り34を基準面としてレチクルRの位置を高精度に検出することができる。   By enlarging the measurement light, the influence of errors caused by air fluctuation around the later-described field stop 34 surface (optically conjugate surface with the reticle R lower surface, which is the test surface) and a complicatedly configured rear lens, can be reduced. Optical stability can be obtained without receiving, and the position of the reticle R can be detected with high accuracy using the field stop 34 as a reference plane.

平行平面板30,32は、ビームエキスパンダ28a,28bの光軸に対してチルト可能に構成されている。平行平面板30,32をチルトさせることにより、位置検出装置2を構成する光学系の光軸を調整することができる。   The plane parallel plates 30 and 32 are configured to be tiltable with respect to the optical axes of the beam expanders 28a and 28b. By tilting the plane parallel plates 30 and 32, the optical axis of the optical system constituting the position detection device 2 can be adjusted.

ビームエキスパンダ28bを通過し、拡大された計測光は、視野絞り(基準部材)34上に到達する。視野絞り34は、共焦点光学系の焦点位置Fと光学的に共役な位置に配置されている。図7は、視野絞り34の構成を示す図である。図7に示すように、視野絞り34は、短手方向(X方向)に沿って並設された複数(この実施の形態においては3つ)のスリット34a〜34cからなる基準パターンを有している。   The enlarged measurement light that passes through the beam expander 28 b reaches the field stop (reference member) 34. The field stop 34 is disposed at a position optically conjugate with the focal position F of the confocal optical system. FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the field stop 34. As shown in FIG. 7, the field stop 34 has a reference pattern including a plurality (three in this embodiment) of slits 34 a to 34 c arranged in parallel along the short direction (X direction). Yes.

ここで、共焦点顕微鏡14を構成するガルバノミラー22を、視野絞り34面(ひいてはレチクルR下面)内の異なる位置へ計測光を選択的に導くための選択手段として機能させることができる。即ち、上述したように、ガルバノミラー22を回動させることにより計測光の進行方向を変化させることができるため、ガルバノミラー22を回動させることにより視野絞り34のスリット34a〜34cのいずれか1つを通過するように計測光の進行方向を選択することができる。この実施の形態においては、共焦点顕微鏡14をY軸回りに一定角度回転させて配置することにより、図7に示すL1〜L3のように計測光の視野絞り34に対する入射位置をスリット34a〜34cの長手方向に対して斜め方向に変化させている。計測光は、スリット34a〜34cのいずれか1つに入射する。   Here, the galvanometer mirror 22 constituting the confocal microscope 14 can be made to function as a selection means for selectively guiding the measurement light to different positions within the surface of the field stop 34 (and thus the lower surface of the reticle R). That is, as described above, since the traveling direction of the measurement light can be changed by rotating the galvanometer mirror 22, any one of the slits 34 a to 34 c of the field stop 34 is rotated by rotating the galvanometer mirror 22. The traveling direction of the measurement light can be selected so as to pass through the two. In this embodiment, the confocal microscope 14 is arranged by rotating it around the Y axis by a certain angle, so that the incident position of the measurement light with respect to the field stop 34 is slits 34a to 34c as indicated by L1 to L3 shown in FIG. It is changed in an oblique direction with respect to the longitudinal direction. The measurement light is incident on any one of the slits 34a to 34c.

なお、レチクルステージRSTを走査方向と直交する方向(X方向)に移動させることにより、レチクルR内の異なる位置へ計測光を選択的に導くこともできる。   Note that the measurement light can be selectively guided to different positions in the reticle R by moving the reticle stage RST in a direction (X direction) orthogonal to the scanning direction.

また、共焦点顕微鏡14を構成するガルバノミラー22を、計測光を走査させる走査手段として機能させることができる。計測光がスリット34aに入射するように選択手段としてのガルバノミラー22の位置が設定されている場合、該位置を中心として所定角度±θの範囲内で走査手段としてのガルバノミラー22を回動させると、計測光はL1の範囲内を走査する。また、計測光がスリット34bに入射するように選択手段としてのガルバノミラー22の位置が設定されている場合、該位置を中心として所定角度±θの範囲内で走査手段としてのガルバノミラー22を回動させると、計測光はL2の範囲内を走査する。また、計測光がスリット34cに入射するように選択手段としてのガルバノミラー22の位置が設定されている場合、該位置を中心として所定角度±θの範囲内で走査手段としてのガルバノミラー22を回動させると、計測光はL3の範囲内を走査する。このように、スリット34a〜34cの長手方向に対して所定の角度を有する方向に走査させた場合、スリット34a〜34cの短手方向と平行な方向に走査させた場合と比較して、後述する受光センサ46による計測点をより多く得ることができる。なお、レチクルステージRSTを走査方向と直交する方向(X方向)に移動させることにより計測光を走査させることもできる。   Moreover, the galvanometer mirror 22 which comprises the confocal microscope 14 can be functioned as a scanning means to scan measurement light. When the position of the galvano mirror 22 as the selection unit is set so that the measurement light is incident on the slit 34a, the galvano mirror 22 as the scanning unit is rotated within the range of a predetermined angle ± θ around the position. Then, the measurement light scans within the range of L1. Further, when the position of the galvano mirror 22 as the selection unit is set so that the measurement light is incident on the slit 34b, the galvano mirror 22 as the scanning unit is rotated within a range of a predetermined angle ± θ around the position. When moved, the measurement light scans within the range of L2. When the position of the galvano mirror 22 as the selection unit is set so that the measurement light is incident on the slit 34c, the galvano mirror 22 as the scanning unit is rotated within a range of a predetermined angle ± θ around the position. When moved, the measurement light scans within the range of L3. As described above, when scanning is performed in a direction having a predetermined angle with respect to the longitudinal direction of the slits 34a to 34c, it will be described later as compared with a case where scanning is performed in a direction parallel to the lateral direction of the slits 34a to 34c. More measurement points by the light receiving sensor 46 can be obtained. The measurement light can also be scanned by moving the reticle stage RST in a direction (X direction) orthogonal to the scanning direction.

計測光がスリット34bに入射するように選択手段としてのガルバノミラー22の位置が設定され、該位置を中心として所定角度±θの範囲内で走査手段としてのガルバノミラー22を回動させる場合について説明する。図3に示すように、計測光I2が視野絞り34のスリット34bを通過した場合には、計測光I2は、リレー光学系(検出用光学系)36bを介し、ミラー38bに入射する。ミラー38bにより反射された計測光I2は、リレー光学系(検出用光学系)40bを介して、レチクルR下面の計測点42bに到達する。リレー光学系(検出用光学系)36b、40bにより、視野絞り位置の計測光(ビームスポット)はレチクル下面へと所定の縮小倍率のもとで縮小される。この実施の形態においては、視野絞り位置からレチクル下面への倍率は例えば1/15倍に縮小するように構成されている。レチクルR上には、約2.7μmのビームスポットが形成される。   The case where the position of the galvanometer mirror 22 as the selection means is set so that the measurement light is incident on the slit 34b and the galvanometer mirror 22 as the scanning means is rotated within the range of a predetermined angle ± θ with the position as the center will be described. To do. As shown in FIG. 3, when the measurement light I2 passes through the slit 34b of the field stop 34, the measurement light I2 enters the mirror 38b via the relay optical system (detection optical system) 36b. The measurement light I2 reflected by the mirror 38b reaches the measurement point 42b on the lower surface of the reticle R via the relay optical system (detection optical system) 40b. By the relay optical systems (detection optical systems) 36b and 40b, the measurement light (beam spot) at the field stop position is reduced to the lower surface of the reticle under a predetermined reduction magnification. In this embodiment, the magnification from the field stop position to the reticle lower surface is reduced to 1/15 times, for example. On the reticle R, a beam spot of about 2.7 μm is formed.

リレー光学系40bを構成するレンズの一部(図示せず)は、リレー光学系40の光軸方向及び光軸方向と直交する方向に移動可能に構成されている。リレー光学系40bを構成するレンズの一部を光軸方向に移動させることにより、位置検出装置2を構成する光学系の球面収差を補正することができる。また、リレー光学系40bを構成するレンズの一部を光軸方向と直交する方向に移動させることにより、位置検出装置2を構成する光学系のコマ収差を補正することができる。位置検出装置2を構成する光学系の収差による影響については後述する。   A part of the lens (not shown) constituting the relay optical system 40b is configured to be movable in the optical axis direction of the relay optical system 40 and in a direction orthogonal to the optical axis direction. By moving a part of the lens constituting the relay optical system 40b in the optical axis direction, the spherical aberration of the optical system constituting the position detection device 2 can be corrected. Further, the coma aberration of the optical system constituting the position detection device 2 can be corrected by moving a part of the lens constituting the relay optical system 40b in a direction orthogonal to the optical axis direction. The influence of the aberration of the optical system constituting the position detection device 2 will be described later.

計測点42bにより反射された計測光は、再びリレー光学系40b、ミラー38b、リレー光学系36b、スリット34b、ビームエキスパンダ28b、平行平面板32,30、ビームエキスパンダ28aを介して、共焦点顕微鏡14に到達する。一方、計測光I2を走査することにより視野絞り34のスリット34bを通過せず、視野絞り34により反射された計測光I2は、ビームエキスパンダ28b、平行平面板32,30、ビームエキスパンダ28aを介して、共焦点顕微鏡14に到達する。   The measurement light reflected by the measurement point 42b is confocal again via the relay optical system 40b, the mirror 38b, the relay optical system 36b, the slit 34b, the beam expander 28b, the parallel plane plates 32 and 30, and the beam expander 28a. The microscope 14 is reached. On the other hand, the measurement light I2 that does not pass through the slit 34b of the field stop 34 by scanning the measurement light I2 and is reflected by the field stop 34 passes through the beam expander 28b, the parallel flat plates 32 and 30, and the beam expander 28a. Via the confocal microscope 14.

計測光がスリット34aに入射するように選択手段としてのガルバノミラー22の位置が設定され、該位置を中心として所定角度±θの範囲内で走査手段としてのガルバノミラー22を回動させる場合について説明する。図3に示すように、計測光I1が視野絞り34のスリット34aを通過した場合には、計測光I1は、視野分割ミラー(視野分割部材)48a、50aにより順次反射される。視野分割ミラー48a,50aはリレー光学系36bの光軸方向にチルト可能に構成されている。視野分割ミラー48a,50aを一体的にチルトさせることにより、計測光I1の進行方向をリレー光学系36bの光軸方向に一致させるための補正を行う。   The case where the position of the galvano mirror 22 as the selection unit is set so that the measurement light enters the slit 34a and the galvano mirror 22 as the scanning unit is rotated within the range of a predetermined angle ± θ with the position as the center will be described. To do. As shown in FIG. 3, when the measurement light I1 passes through the slit 34a of the field stop 34, the measurement light I1 is sequentially reflected by the field division mirrors (field division members) 48a and 50a. The field dividing mirrors 48a and 50a are configured to be tiltable in the optical axis direction of the relay optical system 36b. By tilting the field division mirrors 48a and 50a integrally, correction is performed to make the traveling direction of the measuring light I1 coincide with the optical axis direction of the relay optical system 36b.

視野分割ミラー50aにより反射された計測光I1は、リレー光学系36aを介し、ミラー38aにより反射され、さらにリレー光学系40aを介して、レチクルR下面の計測点42bとは異なる42aに到達する。リレー光学系36a及び40aを介することにより所定の縮小倍率のもとで縮小される。ビームエキスパンダ28a、28bにより拡大された計測光I1を縮小することによりレチクルR面の計測精度を向上させる。なお、リレー光学系40aは、リレー光学系40bと同一の構成である。計測点42aにより反射された計測光は、再びリレー光学系40a、ミラー38a、リレー光学系36a、視野分割ミラー50a,48a、スリット34a、ビームエキスパンダ28b、平行平面板32,30、ビームエキスパンダ28aを介して、共焦点顕微鏡14に到達する。一方、計測光I1を走査することにより視野絞り34のスリット34aを通過せず、視野絞り34により反射された計測光I1は、ビームエキスパンダ28b、平行平面板32,30、ビームエキスパンダ28aを介して、共焦点顕微鏡14に到達する。   The measurement light I1 reflected by the field dividing mirror 50a is reflected by the mirror 38a via the relay optical system 36a, and further reaches 42a different from the measurement point 42b on the lower surface of the reticle R via the relay optical system 40a. By using the relay optical systems 36a and 40a, the image is reduced under a predetermined reduction magnification. The measurement accuracy of the reticle R surface is improved by reducing the measurement light I1 enlarged by the beam expanders 28a and 28b. The relay optical system 40a has the same configuration as the relay optical system 40b. The measurement light reflected by the measurement point 42a is again transmitted to the relay optical system 40a, the mirror 38a, the relay optical system 36a, the field dividing mirrors 50a and 48a, the slit 34a, the beam expander 28b, the parallel plane plates 32 and 30, and the beam expander. The confocal microscope 14 is reached via 28a. On the other hand, the measurement light I1 reflected by the field stop 34 without passing through the slit 34a of the field stop 34 by scanning the measurement light I1 passes through the beam expander 28b, the parallel plane plates 32 and 30, and the beam expander 28a. Via the confocal microscope 14.

計測光がスリット34cに入射するように選択手段としてのガルバノミラー22の位置が設定され、該位置を中心として所定角度±θの範囲内で走査手段としてのガルバノミラー22を回動させる場合について説明する。図3に示すように、計測光I3が視野絞り34のスリット34cを通過した場合には、計測光I3は、視野分割ミラー48c、50cにより順次反射される。なお、視野分割ミラー48c,50cは、視野分割ミラー48a,50aと同一の形状及び機能を有している。視野分割ミラー50cにより反射された計測光I3は、リレー光学系36cを介し、ミラー38cにより反射され、さらにリレー光学系40cを介して、レチクルR下面の計測点42a及び42bとは異なる42cに到達する。計測光I3はリレー光学系36c及び40cを介することにより所定の縮小倍率のもとで縮小される。なお、リレー光学系40cは、リレー光学系40bと同一の構成である。計測点42cにより反射された計測光は、再びリレー光学系40c、ミラー38c、リレー光学系36c、視野分割ミラー50c,48c、スリット34c、ビームエキスパンダ28b、平行平面板32,30、ビームエキスパンダ28aを介して、共焦点顕微鏡14に到達する。一方、計測光I3を走査することにより視野絞り34のスリット34cを通過せず、視野絞り34により反射された計測光I3は、ビームエキスパンダ28b、平行平面板32,30、ビームエキスパンダ28aを介して、共焦点顕微鏡14に到達する。   The case where the position of the galvanometer mirror 22 as the selection means is set so that the measurement light is incident on the slit 34c and the galvanometer mirror 22 as the scanning means is rotated within the range of a predetermined angle ± θ with the position as the center will be described. To do. As shown in FIG. 3, when the measurement light I3 passes through the slit 34c of the field stop 34, the measurement light I3 is sequentially reflected by the field division mirrors 48c and 50c. The field division mirrors 48c and 50c have the same shape and function as the field division mirrors 48a and 50a. The measurement light I3 reflected by the field dividing mirror 50c is reflected by the mirror 38c via the relay optical system 36c, and further reaches 42c different from the measurement points 42a and 42b on the lower surface of the reticle R via the relay optical system 40c. To do. The measurement light I3 is reduced under a predetermined reduction magnification through the relay optical systems 36c and 40c. The relay optical system 40c has the same configuration as the relay optical system 40b. The measurement light reflected by the measurement point 42c is again transmitted to the relay optical system 40c, the mirror 38c, the relay optical system 36c, the field dividing mirrors 50c and 48c, the slit 34c, the beam expander 28b, the parallel plane plates 32 and 30, and the beam expander. The confocal microscope 14 is reached via 28a. On the other hand, the measurement light I3 reflected by the field stop 34 without passing through the slit 34c of the field stop 34 by scanning the measurement light I3 passes through the beam expander 28b, the parallel plane plates 32 and 30, and the beam expander 28a. Via the confocal microscope 14.

共焦点顕微鏡14に到達した計測光I1〜I3は、図4に示すように、コリメータレンズ26、レンズ24、ガルバノミラー22、焦点調整用レンズ20を介して、ハーフミラー18により反射され、ピンホール44を通過して、受光センサ46に入射する。コリメータレンズを光軸方向に駆動させた際の位置情報(つまり、共焦点光学系の焦点位置Fの位置情報)と、受光センサ46により受光された計測光の光量情報は制御装置(検出手段)56に対して出力される。制御装置56は、前記2つの情報に基づいてレチクルRの位置を検出する。即ち、図8に示すように、計測光がスリット34bに入射するように選択手段としてのガルバノミラー22の位置が設定され、該位置を中心として所定角度±θの範囲内で走査手段としてのガルバノミラー22を回動させることにより計測光I2がL2の範囲内を図中矢印方向に走査する場合を例に挙げて説明する。   As shown in FIG. 4, the measurement lights I1 to I3 that have reached the confocal microscope 14 are reflected by the half mirror 18 through the collimator lens 26, the lens 24, the galvanometer mirror 22, and the focus adjustment lens 20, and are pinholes. The light passes through 44 and enters the light receiving sensor 46. Position information when the collimator lens is driven in the optical axis direction (that is, position information of the focal position F of the confocal optical system) and light quantity information of the measurement light received by the light receiving sensor 46 are the control device (detecting means). 56 is output. The control device 56 detects the position of the reticle R based on the two pieces of information. That is, as shown in FIG. 8, the position of the galvano mirror 22 as the selection means is set so that the measurement light is incident on the slit 34b, and the galvano as the scanning means is within a range of a predetermined angle ± θ around the position. An example will be described in which the measurement light I2 scans the range of L2 in the direction of the arrow in the figure by rotating the mirror 22.

受光センサ46からの出力信号と共焦点光学系の焦点位置情報とを制御装置56にて処理した位置計測結果が、図8に示す矢印方向に計測光を走査させることにより計測される7つの計測点r1〜r7において、得られたとする。計測光の走査を開始して、まず受光センサ46により計測される計測点r1、r2における計測結果は、スリット34bを通過していないため、スリット34により反射された計測光の計測結果を示す。計測光の走査を続行し、次に受光センサ46により計測される計測点r3〜r5における計測結果は、スリット34bを通過しているため、レチクルR(計測点42b)により反射された計測光の計測結果を示す。計測光の走査を続行し、次に受光センサ46により計測される計測点r6,r7における計測結果は、スリット34bを通過していないため、スリット34により反射された計測光の計測結果を示す。   Seven measurements in which the position measurement result obtained by processing the output signal from the light receiving sensor 46 and the focal position information of the confocal optical system by the control device 56 is measured by scanning the measurement light in the arrow direction shown in FIG. It is assumed that it is obtained at points r1 to r7. Since the scanning of the measurement light is started, the measurement results at the measurement points r1 and r2 measured by the light receiving sensor 46 first do not pass through the slit 34b, and thus the measurement result of the measurement light reflected by the slit 34 is shown. The scanning of the measurement light is continued, and the measurement result at the measurement points r3 to r5 measured by the light receiving sensor 46 next passes through the slit 34b, so that the measurement light reflected by the reticle R (measurement point 42b) is reflected. Measurement results are shown. The scanning of the measurement light is continued, and the measurement results at the measurement points r6 and r7 measured by the light receiving sensor 46 next do not pass through the slit 34b. Therefore, the measurement results of the measurement light reflected by the slit 34 are shown.

制御装置56は、r1〜r7の個々の計測結果から、次のような差分処理を行い被検面(レチクルR)のフォーカス位置を算出する。図9は、制御装置56により算出されたフォーカス位置(縦軸)及びその際の計測光の位置(横軸)を示すグラフである。図9に示すように、図9の実線G1,G3はスリット34により反射された場合におけるフォーカス位置であり、図9の実線G2はレチクルR(計測点42b)により反射された場合におけるフォーカス位置である。基準面となるスリット34の位置は予め規定されているため、スリット34により反射された場合におけるフォーカス位置と、レチクルR(計測点42b)により反射された場合におけるフォーカス位置との差Dに基づいて、計測点42bにおけるレチクルRの位置を算出することができる。   The control device 56 calculates the focus position of the test surface (reticle R) by performing the following difference processing from the individual measurement results of r1 to r7. FIG. 9 is a graph showing the focus position (vertical axis) calculated by the control device 56 and the position of the measurement light (horizontal axis) at that time. As shown in FIG. 9, solid lines G1 and G3 in FIG. 9 are focus positions when reflected by the slit 34, and solid lines G2 in FIG. 9 are focus positions when reflected by the reticle R (measurement point 42b). is there. Since the position of the slit 34 serving as the reference surface is defined in advance, based on the difference D between the focus position when reflected by the slit 34 and the focus position when reflected by the reticle R (measurement point 42b). The position of the reticle R at the measurement point 42b can be calculated.

なお、計測光がスリット34a,34cに入射するように選択手段としてのガルバノミラー22の位置が設定され、該位置を中心として所定角度±θの範囲内で走査手段としてのガルバノミラー22を回動させることにより計測光I1,I3がL1,L3の範囲内を走査する場合においても、スリット34により反射された場合におけるのフォーカス位置と、レチクルR(計測点42a,42c)により反射された場合におけるフォーカス位置との差に基づいて、計測点42a,42cにおけるレチクルRの位置を算出することができる。   The position of the galvanometer mirror 22 as the selection means is set so that the measurement light is incident on the slits 34a and 34c, and the galvanometer mirror 22 as the scanning means is rotated within the range of a predetermined angle ± θ around the position. Thus, even when the measurement lights I1 and I3 scan within the range of L1 and L3, the focus position when reflected by the slit 34 and the case where the measurement light I1 and I3 are reflected by the reticle R (measurement points 42a and 42c) Based on the difference from the focus position, the position of the reticle R at the measurement points 42a and 42c can be calculated.

図10は、計測点42a〜42cとレチクルR面との位置関係を示す図である。図10に示すように、計測点42a〜42cは、レチクルRのY方向に所定間隔をもって1列に並んでいる。よって、レチクルステージRSTをX方向に走査させることによりレチクルR面上の計測点42a〜42cをX方向に移動させながら、X方向に変化する計測点42a〜42cの位置を連続的に又は所定間隔毎に計測することにより、レチクルR全面の位置を計測することができる。   FIG. 10 is a diagram illustrating a positional relationship between the measurement points 42a to 42c and the reticle R surface. As shown in FIG. 10, the measurement points 42 a to 42 c are arranged in a line at a predetermined interval in the Y direction of the reticle R. Accordingly, the measurement points 42a to 42c on the reticle R surface are moved in the X direction by scanning the reticle stage RST in the X direction, and the positions of the measurement points 42a to 42c changing in the X direction are continuously or at predetermined intervals. By measuring every time, the position of the entire surface of the reticle R can be measured.

この位置検出装置2においては、被検面であるレチクルR下面には露光用のパターンが形成されている。また、レチクルはガラス基板でありその下面は完全にフラットではない。計測光のビームスポット内にレチクルRのパターンエッジや微細パターンが入ると、光学系の収差との相互作用で受光センサ46による計測誤差が生じることがある。図11に示すように、共焦点顕微鏡(図4)のピンホール44に入射する光は円錐状の集光光となり、受光角は開口数(NA)にて規定される。ピンホール44から十分離れた円錐光束断面の円形領域R(以後瞳面Rと呼ぶ)を考察する。図12に示すように、送光レーザ光は通常ガウスビームであるため、瞳面Rでの光束強度分布はガウス分布として中心対象に均一に広がる。しかし、レチクルRのパターンエッジや微細パターンの影響により計測光に回折が発生し、光束強度分布は変形する。図13は、計測光が図中矢印方向に回折した場合におけるNA内の計測光の光束強度分布が変形した状態を示す図である。相対的に矢印方向(紙面左右方向)の成分が回折により矢印と垂直な成分(紙面上下方向)に比較して減少している。   In the position detection device 2, an exposure pattern is formed on the lower surface of the reticle R, which is the test surface. Further, the reticle is a glass substrate and its lower surface is not completely flat. If the pattern edge or fine pattern of the reticle R enters the beam spot of the measurement light, a measurement error by the light receiving sensor 46 may occur due to the interaction with the aberration of the optical system. As shown in FIG. 11, the light incident on the pinhole 44 of the confocal microscope (FIG. 4) becomes a conical condensed light, and the light receiving angle is defined by the numerical aperture (NA). Consider a circular region R (hereinafter referred to as pupil plane R) with a conical light beam cross-section sufficiently away from the pinhole 44. As shown in FIG. 12, since the transmitted laser beam is usually a Gaussian beam, the light intensity distribution on the pupil plane R spreads uniformly over the central object as a Gaussian distribution. However, the measurement light is diffracted by the influence of the pattern edge of the reticle R and the fine pattern, and the luminous intensity distribution is deformed. FIG. 13 is a diagram illustrating a state in which the luminous intensity distribution of the measurement light in the NA is deformed when the measurement light is diffracted in the arrow direction in the drawing. The component in the arrow direction (left and right direction on the paper surface) is relatively reduced by diffraction compared to the component perpendicular to the arrow (up and down direction on the paper surface).

図14は、位置検出装置2を構成する光学系に非点収差が残存している場合における、位置検出装置2の計測誤差の発生要因を説明するための図である。瞳面Rの領域を図14に示すように分割したとき、領域Aはフォーカス位置をプラス方向にずらす領域、領域Bはフォーカス位置をマイナス方向にずらす領域となる。図15は、位置検出装置2を構成する光学系に球面収差が残存している場合における、位置検出装置2の計測誤差の発生要因を説明するための図である。瞳面Rの領域を図15に示すように分割したとき、領域Aはフォーカス位置をプラス方向にずらす領域、領域Bはフォーカス位置をマイナス方向にずらす領域となる。図16は、位置検出装置2を構成する光学系にコマ収差が残存している場合における、位置検出装置2の計測誤差の発生要因を説明するための図である。瞳面Rの領域を図16に示すように分割したとき、領域Aはフォーカス位置をプラス方向にずらす領域、領域Bはフォーカス位置をマイナス方向にずらす領域となる。   FIG. 14 is a diagram for explaining the cause of the measurement error of the position detection device 2 when astigmatism remains in the optical system constituting the position detection device 2. When the region of the pupil plane R is divided as shown in FIG. 14, the region A is a region in which the focus position is shifted in the plus direction, and the region B is a region in which the focus position is shifted in the minus direction. FIG. 15 is a diagram for explaining the cause of the measurement error of the position detection device 2 when spherical aberration remains in the optical system constituting the position detection device 2. When the region of the pupil plane R is divided as shown in FIG. 15, the region A is a region in which the focus position is shifted in the plus direction, and the region B is a region in which the focus position is shifted in the minus direction. FIG. 16 is a diagram for explaining the cause of the measurement error of the position detection device 2 when coma remains in the optical system constituting the position detection device 2. When the region of the pupil plane R is divided as shown in FIG. 16, the region A is a region where the focus position is shifted in the plus direction, and the region B is a region where the focus position is shifted in the minus direction.

計測光が図12に示すような均一な光束強度分布を有している場合には光学系の各収差の影響を受けることはないが、計測光が図13に示すような光束強度分布を有している場合には光学系の各収差の影響を受ける。即ち、図14及び図15の鎖線で示す領域内を光束が通過するため、領域Bのフォーカス位置をマイナス方向にずらす影響を領域Aのフォーカス位置をプラス方向にずらす影響より多く受け、位置検出装置2による計測誤差が生じる。また、図16においても、レチクルRのパターンの影響や物体面チルトが発生することにより光束強度分布がシフトし、図16の鎖線で示す領域内を光束が通過した場合、領域Bのフォーカス位置をマイナス方向にずらす影響を領域Aのフォーカス位置をプラス方向にずらす影響より多く受け、位置検出装置2による計測誤差が生じる。   When the measurement light has a uniform light flux intensity distribution as shown in FIG. 12, it is not affected by each aberration of the optical system, but the measurement light has a light flux intensity distribution as shown in FIG. In this case, it is affected by each aberration of the optical system. That is, since the light beam passes through the region indicated by the chain line in FIGS. 14 and 15, the position detection device is more affected by shifting the focus position of the region B in the minus direction than by shifting the focus position of the region A in the plus direction. 2 causes a measurement error. Also in FIG. 16, when the light beam intensity distribution shifts due to the influence of the pattern of the reticle R and the object plane tilt, and the light beam passes through the region indicated by the chain line in FIG. The influence of shifting in the minus direction is more than the influence of shifting the focus position of the region A in the plus direction, and a measurement error by the position detection device 2 occurs.

したがって、上述のリレー光学系40a〜40cを構成するレンズの一部(図示せず)を光軸方向にシフト移動させることにより、球面収差を補正する必要がある。また、リレー光学系40a〜40cを構成するレンズの一部を光軸方向と直交する方向にシフト移動させることにより、コマ収差を補正する必要がある。また、非点収差については、ビームエキスパンダ28bとリレー光学系36a〜36cとの間の光路中のいずれかに平行平面板(図示せず)を設置し、この平行平面板を位置検出装置2を構成する光学系の光軸に対して傾斜移動させることにより補正を行う。なお、位置検出装置2を構成する個々の光学系の各収差は、干渉計等を用いて計測することができる。   Therefore, it is necessary to correct spherical aberration by shifting a part (not shown) of lenses constituting the relay optical systems 40a to 40c described above in the optical axis direction. Further, it is necessary to correct the coma aberration by shifting a part of the lenses constituting the relay optical systems 40a to 40c in a direction orthogonal to the optical axis direction. As for astigmatism, a parallel plane plate (not shown) is installed in any one of the optical paths between the beam expander 28b and the relay optical systems 36a to 36c, and this parallel plane plate is used as the position detection device 2. Correction is performed by tilting the optical system of the optical system. In addition, each aberration of each optical system which comprises the position detection apparatus 2 can be measured using an interferometer etc.

また、この位置検出装置2においては、ガルバノミラー22を回動させることにより計測光自体を走査させているため、計測光を走査させることによるスキャン非点収差が発生する。このスキャン非点収差についても、上述の平行平面板を傾斜移動させることにより補正を行う。また、計測光を走査させることにより計測光のチルト成分がのるスキャンチルト残渣、レチクルRにパターンエッジがあり、かつ計測光の結像点が異なることによりスキャン湾曲が発生する。これらスキャンチルト残渣及びスキャン湾曲の影響による位置検出装置2の計測誤差(オフセット量)は、位置検出装置2を用いて、予め基準面としてその位置が規定されているレチクルマーク板RFM(図1及び図2参照)の位置検出を行うことにより計測することができる。即ち、位置検出装置2によるレチクルマーク板RFMの検出結果による位置及びレチクルマーク板RFMの規定位置とのずれ量(オフセット量)を算出する。この算出されたオフセット量を加味することにより、スキャンチルト残渣及びスキャン輪曲の補正を行うことができる。   Further, in this position detection device 2, since the measurement light itself is scanned by rotating the galvanometer mirror 22, scan astigmatism is caused by scanning the measurement light. This scan astigmatism is also corrected by tilting the parallel plane plate described above. Further, a scan curve is generated due to a scan tilt residue in which a tilt component of the measurement light is applied by scanning the measurement light, a pattern edge on the reticle R, and an imaging point of the measurement light being different. The measurement error (offset amount) of the position detection device 2 due to the influence of the scan tilt residue and the scan curvature is obtained by using the position detection device 2 and a reticle mark plate RFM (FIG. 1 and FIG. 1) whose position is defined in advance as a reference plane. It can be measured by performing position detection (see FIG. 2). That is, the amount of deviation (offset amount) between the position based on the detection result of reticle mark plate RFM by position detection device 2 and the specified position of reticle mark plate RFM is calculated. By taking this calculated offset amount into account, it is possible to correct the scan tilt residue and the scan curve.

また、上述したようなレチクルR上に形成されているパターンエッジや微細パターン、位置検出装置2を構成する光学系の収差、計測光の回折等またはこれらの相互作用を要因とする受光センサ46の計測誤差を回避するために、制御装置56は、平均化処理を行う。例えば図17に示すように、レチクルR上のパターンがX方向及びY方向のラインアンドスペースを有している場合、受光センサ46は、図中矢印方向に計測光を走査させることにより計測される各計測点における計測結果を、制御装置56に対して出力する。例えば図17に示すように、受光センサ46が7つの計測点r11〜r17における計測結果を制御装置56に対して出力したとする。   Further, the pattern edge and fine pattern formed on the reticle R as described above, the aberration of the optical system constituting the position detection device 2, the diffraction of the measurement light, and the like, or the interaction thereof, are factors. In order to avoid measurement errors, the control device 56 performs an averaging process. For example, as shown in FIG. 17, when the pattern on the reticle R has line and space in the X direction and the Y direction, the light receiving sensor 46 is measured by scanning the measurement light in the arrow direction in the figure. The measurement result at each measurement point is output to the control device 56. For example, as shown in FIG. 17, it is assumed that the light receiving sensor 46 outputs the measurement results at the seven measurement points r11 to r17 to the control device 56.

制御装置(算出手段)56は、7つの計測点r11〜r17におけるレチクルRの位置の検出結果の平均値を算出する。制御装置(比較手段)56は、計測点r11におけるレチクルRの位置の検出結果と、算出された平均値とを比較する。制御装置(判別手段)56は、比較結果に基づいて、計測点r11におけるレチクルRの位置の検出結果の正誤を判別する。即ち、計測点r11におけるレチクルRの位置の検出結果が平均値からかけ離れた値である場合、具体的には所定の閾値を超えている場合、計測点r11におけるレチクルRの位置は、計測誤差により正確に検出されなかったものと判別する。また、計測点r11におけるレチクルRの位置の検出結果が平均値と近似している場合、具体的には所定の閾値を超えていない場合、計測点r11におけるレチクルRの位置は、正確に検出されたものと判別する。他の計測点r12〜r17におけるレチクルRの位置の検出結果も、計測点r11の場合と同様に、平均値と比較し、計測誤差の有無の判別を行う。   The control device (calculation means) 56 calculates the average value of the detection results of the position of the reticle R at the seven measurement points r11 to r17. The control device (comparison means) 56 compares the detection result of the position of the reticle R at the measurement point r11 with the calculated average value. The control device (discriminating means) 56 discriminates whether the detection result of the position of the reticle R at the measurement point r11 is correct based on the comparison result. That is, when the detection result of the position of the reticle R at the measurement point r11 is a value far from the average value, specifically, when a predetermined threshold value is exceeded, the position of the reticle R at the measurement point r11 is caused by a measurement error. It is determined that it was not detected correctly. When the detection result of the position of the reticle R at the measurement point r11 is close to the average value, specifically, when the predetermined threshold value is not exceeded, the position of the reticle R at the measurement point r11 is accurately detected. It is determined that Similarly to the measurement point r11, the detection result of the position of the reticle R at the other measurement points r12 to r17 is also compared with the average value to determine whether there is a measurement error.

また、この実施の形態にかかる投影露光装置には、図1に示すように、照射系60a及び受光系60bからなる斜入射方式の多点焦点位置検出系(60a,60b)が設けられている。照射系60aは、ウエハW面に複数のスリット像を光軸AXに対して斜めに投影し、受光系60bは、再結像された複数のスリット像の横ずれ量に対応する検出信号を制御装置56に対して出力する。露光時においては、制御装置56は、多点焦点位置検出系(60a,60b)の検出結果に基づいて、ウエハW面が投影光学系PLの像面に合焦されるように、Zステージ12のZ方向の位置及び傾斜角を制御する。   Further, as shown in FIG. 1, the projection exposure apparatus according to this embodiment is provided with an oblique incidence type multi-point focal position detection system (60a, 60b) comprising an irradiation system 60a and a light receiving system 60b. . The irradiation system 60a projects a plurality of slit images on the wafer W surface obliquely with respect to the optical axis AX, and the light receiving system 60b controls a detection signal corresponding to the lateral shift amount of the re-imaged slit images. 56. At the time of exposure, the control device 56 controls the Z stage 12 so that the wafer W surface is focused on the image plane of the projection optical system PL based on the detection result of the multipoint focal position detection system (60a, 60b). The position and inclination angle in the Z direction are controlled.

この投影露光装置においては、露光に先立って、レチクル(第一面)Rとウエハ(第二面)Wとを光学的に位置合わせ(アライメント)する必要がある。ウエハW上には、ウエハマーク(アライメントマーク)が形成されている。ウエハマークの位置を検出し、ひいてはウエハWの位置を検出するために、ウエハマークを照明するための照明光学系とウエハマークにより反射された光束を集光して結像させるための結像光学系とを有する、オフアクシス方式のアライメント装置ALGが用いられる。   In this projection exposure apparatus, it is necessary to optically align (align) the reticle (first surface) R and the wafer (second surface) W prior to exposure. A wafer mark (alignment mark) is formed on the wafer W. In order to detect the position of the wafer mark and thus detect the position of the wafer W, an illumination optical system for illuminating the wafer mark and imaging optics for condensing the light beam reflected by the wafer mark to form an image An off-axis alignment device ALG having a system is used.

この実施の形態にかかるアライメント装置ALGは、波長帯域幅の広い照明光を射出するための光源(図示せず)を備えている。光源から射出された照明光は、ウエハマーク(第2マーク)を照明するための照明光学系(図示せず)を介し、ウエハW上に形成されたウエハマークを照明する。ウエハマークにより反射された反射光は、ウエハマークにより反射された反射光に基づいてマーク像を形成するための結像光学系(図示せず)を介して、CCD(図示せず)に入射する。CCDの撮像面には、照明光学系中に配置されている指標マーク(第1マーク)の像と、ウエハマーク像とが形成され、CCDからの出力信号は制御装置56に対して出力される。制御装置56は、アライメント装置ALGからの出力信号に基づいて、XYステージ13を移動させることによりアライメントを行う。   The alignment apparatus ALG according to this embodiment includes a light source (not shown) for emitting illumination light having a wide wavelength bandwidth. The illumination light emitted from the light source illuminates the wafer mark formed on the wafer W through an illumination optical system (not shown) for illuminating the wafer mark (second mark). The reflected light reflected by the wafer mark enters a CCD (not shown) via an imaging optical system (not shown) for forming a mark image based on the reflected light reflected by the wafer mark. . An image of an index mark (first mark) arranged in the illumination optical system and a wafer mark image are formed on the imaging surface of the CCD, and an output signal from the CCD is output to the control device 56. . The control device 56 performs alignment by moving the XY stage 13 based on the output signal from the alignment device ALG.

この実施の形態にかかるアライメント装置ALGによれば、位置検出装置2により位置検出されたレチクルRと、多点焦点位置検出系(60a,60b)により位置検出されたウエハWとのアライメントを行うため、アライメントをより正確に行うことができる。   According to the alignment apparatus ALG according to this embodiment, alignment is performed between the reticle R whose position has been detected by the position detection apparatus 2 and the wafer W whose position has been detected by the multipoint focal position detection system (60a, 60b). , Alignment can be performed more accurately.

この実施の形態にかかる位置検出装置によれば、計測光をレチクル内の異なる位置に導くリレー光学系を備えているため、レチクル面の複数位置を検出することができ、レチクル面の広い領域内における位置をより短時間で正確に検出することができる。また、共焦点光学系を備えているため、コンパクトかつシンプルな構成を有する装置を提供することができる。従って、投影露光装置に容易に設置することができ、かつレチクルの位置を高精度に検出することができる。   According to the position detection device according to this embodiment, since the relay optical system that guides the measurement light to different positions in the reticle is provided, a plurality of positions on the reticle surface can be detected, and a large area of the reticle surface can be detected. The position at can be accurately detected in a shorter time. Further, since the confocal optical system is provided, an apparatus having a compact and simple configuration can be provided. Therefore, it can be easily installed in the projection exposure apparatus, and the position of the reticle can be detected with high accuracy.

また、この実施の形態にかかる投影露光装置によれば、レチクルの位置を高精度に検出することができる位置検出装置を備えているため、レチクルの撓み等によるウエハ上への結像誤差を正確に検出することができる。従って、ウエハ上へ高解像で露光することができる。   In addition, the projection exposure apparatus according to this embodiment includes a position detection device that can detect the position of the reticle with high accuracy, so that an imaging error on the wafer due to the bending of the reticle or the like can be accurately detected. Can be detected. Therefore, the wafer can be exposed with high resolution.

なお、この実施の形態にかかる位置検出装置においては、基準部材としての視野絞り34を基準面として被検面であるレチクルRの位置を検出しているが、レチクルマーク板RFMを基準面としてレチクルRの位置を検出するようにしてもよい。即ち、予め、位置検出装置2によりレチクルマーク板RFMの位置を検出する。具体的には、レチクルマーク板RFMが位置検出装置2の計測点42a〜42cに位置するように、レチクルステージRSTをX方向に移動させる。そして、位置検出装置2によりレチクルマーク板RFMの計測点42a〜42cに対応する位置を検出する。制御装置56は、検出結果を図示しない記憶部等に記憶させ、この検出結果、即ちレチクルマーク板RFMの位置を基準としてレチクルRの位置を検出する。この場合には、視野絞り34を設置する必要がなく、位置検出装置2の構成をよりシンプルにすることができる。   In the position detection apparatus according to this embodiment, the position of the reticle R, which is the test surface, is detected using the field stop 34 as a reference member as a reference surface. However, the reticle mark plate RFM is used as the reference surface. The position of R may be detected. That is, the position of the reticle mark plate RFM is detected in advance by the position detection device 2. Specifically, reticle stage RST is moved in the X direction so that reticle mark plate RFM is positioned at measurement points 42 a to 42 c of position detection device 2. Then, the position detection device 2 detects positions corresponding to the measurement points 42a to 42c of the reticle mark plate RFM. The control device 56 stores the detection result in a storage unit (not shown) or the like, and detects the position of the reticle R based on the detection result, that is, the position of the reticle mark plate RFM. In this case, it is not necessary to install the field stop 34, and the configuration of the position detection device 2 can be simplified.

また、この実施の形態にかかる位置検出装置においては、基準部材としての視野絞りを共焦点光学系の焦点位置と光学的に共役な位置に配置しているが、共焦点光学系の焦点位置に配置してもよい。   In the position detection apparatus according to this embodiment, the field stop as the reference member is disposed at a position optically conjugate with the focal position of the confocal optical system. You may arrange.

また、この実施形態にかかる位置検出装置においては、図4に示す共焦点顕微鏡14を用いて位置検出を行っているが、図18に示すような共焦点顕微鏡114を用いて位置検出を行ってもよい。図18に示すように、共焦点顕微鏡114は、共焦点顕微鏡14を構成する焦点調整用レンズ20が26に含まれ一体化され、ガルバノミラー22を取り除いた構成を有している。共焦点顕微鏡114を用いる場合には、コリメータレンズ26を光軸と直交する方向にシフト移動させることにより計測光の進行方向を変更する。即ち、コリメータレンズ26が、レチクルR面内の異なる位置へ計測光を選択的に導くための選択手段、計測光を走査する走査手段として機能する。また、位置検出は、共焦点顕微鏡14と同様に、コリメータレンズ26を光軸方向に駆動させた際の位置情報(つまり、共焦点光学系の焦点位置Fの位置情報)と、受光センサ46により受光された計測光の光量情報を制御装置(検出手段)56にて信号処理することにより実行される。   Further, in the position detection apparatus according to this embodiment, the position detection is performed using the confocal microscope 14 shown in FIG. 4, but the position detection is performed using the confocal microscope 114 as shown in FIG. Also good. As shown in FIG. 18, the confocal microscope 114 has a configuration in which a focus adjustment lens 20 constituting the confocal microscope 14 is included in and integrated with the galvanometer mirror 22. When the confocal microscope 114 is used, the traveling direction of the measurement light is changed by shifting the collimator lens 26 in a direction orthogonal to the optical axis. That is, the collimator lens 26 functions as a selection unit for selectively guiding the measurement light to different positions in the reticle R plane and a scanning unit for scanning the measurement light. Similarly to the confocal microscope 14, position detection is performed by position information when the collimator lens 26 is driven in the optical axis direction (that is, position information of the focal position F of the confocal optical system) and the light receiving sensor 46. It is executed by processing the light quantity information of the received measurement light by the control device (detection means) 56.

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適用することができる。   In this embodiment, a step-and-scan projection exposure apparatus is described as an example, but the present invention can also be applied to a step-and-repeat projection exposure apparatus.

上述の実施の形態にかかる投影露光装置では、照明光学装置によってレチクル(マスク)を照明し(照明工程)、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板(ウエハ)に転写する(転写工程)ことにより、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)を製造することができる。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19のフローチャートを参照して説明する。   In the projection exposure apparatus according to the above-described embodiment, the reticle (mask) is illuminated by the illumination optical apparatus (illumination process), and the transfer pattern formed on the mask using the projection optical system is transferred to the photosensitive substrate (wafer). A micro device (a semiconductor element, an image sensor, a liquid crystal display element, a thin film magnetic head, etc.) can be manufactured by transferring (transfer process) to the substrate. FIG. 19 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.

先ず、図19のステップS301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S302において、そのlロット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S303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、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その1ロットのウエハ上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S304において、その1ロットのウエハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップS305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を行うことによって、マスク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。   First, in step S301 in FIG. 19, a metal film is deposited on one lot of wafers. In the next step S302, a photoresist is applied on the metal film on the wafer of the l lot. Thereafter, in step S303, using the projection exposure apparatus according to the above-described embodiment, the pattern image on the mask is sequentially exposed and transferred to each shot area on the wafer of one lot via the projection optical system. The Thereafter, in step S304, the photoresist on the one lot of wafers is developed, and in step S305, the resist pattern is etched on the one lot of wafers to form a pattern on the mask. 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。上述の半導体デバイス製造方法によれば、上述の実施の形態にかかる投影露光装置を用いて露光を行っているため、良好な半導体デバイスを得ることができる。なお、ステップS301〜ステップS305では、ウエハ上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチングの各工程を行っているが、これらの工程に先立って、ウエハ上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない。   Thereafter, a device pattern such as a semiconductor element is manufactured by forming a circuit pattern of an upper layer. According to the semiconductor device manufacturing method described above, since the exposure is performed using the projection exposure apparatus according to the above-described embodiment, a good semiconductor device can be obtained. In steps S301 to S305, a metal is vapor-deposited on the wafer, a resist is applied on the metal film, and exposure, development, and etching processes are performed. Prior to these processes, on the wafer. It is needless to say that after forming a silicon oxide film, a resist may be applied on the silicon oxide film, and steps such as exposure, development, and etching may be performed.

また、上述の実施の形態にかかる投影露光装置では、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。以下、図20のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図20において、パターン形成工程S401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る。この光リソグラフィ工程によって、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。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルタ形成工程S402へ移行する。   In the projection exposure apparatus according to the above-described embodiment, a liquid crystal display element as a micro device can be obtained by forming a predetermined pattern (circuit pattern, electrode pattern, etc.) on a plate (glass substrate). . Hereinafter, an example of the technique at this time will be described with reference to the flowchart of FIG. In FIG. 20, in the pattern forming step S401, a so-called photolithography step is performed 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. Executed. By this photolithography process, a predetermined pattern including a large number of electrodes and the like is formed on the photosensitive substrate. Thereafter, the exposed substrate undergoes steps such as a developing step, an etching step, and a resist stripping step, whereby a predetermined pattern is formed on the substrate, and the process proceeds to the next color filter forming step S402.

次に、カラーフィルタ形成工程S402では、R(Red)、G(Green)、B(Blue)に対応した3つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、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されたりしたカラーフィルタを形成する。そして、カラーフィルタ形成工程S402の後に、セル組み立て工程S403が実行される。セル組み立て工程S403では、パターン形成工程S401にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルタ形成工程S402にて得られたカラーフィルタ等を用いて液晶パネル(液晶セル)を組み立てる。セル組み立て工程S403では、例えば、パターン形成工程S401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S402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)を製造する。   Next, in the color filter forming step S402, a large number of groups of three dots corresponding to R (Red), G (Green), and B (Blue) are arranged in a matrix or three of R, G, and B A color filter is formed by arranging a plurality of stripe filter sets in the horizontal scanning line direction. Then, after the color filter formation step S402, a cell assembly step S403 is executed. In the cell assembly step S403, a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is assembled using the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern formation step S401, the color filter obtained in the color filter formation step S402, and the like. In the cell assembly step S403, for example, liquid crystal is injected between the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern formation step S401 and the color filter obtained in the color filter formation step S402, and a liquid crystal panel (liquid crystal cell ).

その後、モジュール組み立て工程S404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。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、上述の実施の形態にかかる投影露光装置を用いて露光を行っているため、良好なマイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることができる。   Thereafter, in a module assembly step S404, 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. According to the above-described method for manufacturing a liquid crystal display element, since the exposure is performed using the projection exposure apparatus according to the above-described embodiment, a liquid crystal display element as a good micro device can be obtained.

実施の形態にかかる投影露光装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the projection exposure apparatus concerning Embodiment. 実施の形態にかかるレチクルステージ及びその周辺部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the reticle stage concerning embodiment, and its periphery part. 実施の形態にかかる位置検出装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the position detection apparatus concerning embodiment. 実施の形態にかかる共焦点顕微鏡の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the confocal microscope concerning embodiment. ガルバノミラーを回動させたときの計測光の進行方向の変化を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the change of the advancing direction of measurement light when rotating a galvanometer mirror. コリメータレンズを移動させたときのコリメータレンズの焦点位置の変化を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the change of the focus position of a collimator lens when a collimator lens is moved. 実施の形態にかかる視野絞りの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the field stop concerning an embodiment. 計測光を走査させた場合の受光センサによる計測点の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the measurement point by the light receiving sensor at the time of scanning measurement light. フォーカス位置とそのときの計測光の位置とを示すグラフである。It is a graph which shows a focus position and the position of the measurement light at that time. 位置検出装置による複数の計測点とレチクル面との位置関係を示す図である。It is a figure which shows the positional relationship of the several measurement point and reticle surface by a position detection apparatus. 共焦点光学系の開口数(NA)における計測光の円形領域(瞳)Rを示す図である。It is a figure which shows the circular area | region (pupil) R of the measurement light in the numerical aperture (NA) of a confocal optical system. 計測光の光束強度分布について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the light beam intensity distribution of measurement light. 計測光の光束強度分布の変形について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the deformation | transformation of the light beam intensity distribution of measurement light. 位置検出装置を構成する光学系に非点収差が残存している場合におけるフォーカス位置をずらす領域を示す図である。It is a figure which shows the area | region which shifts a focus position in case the astigmatism remains in the optical system which comprises a position detection apparatus. 位置検出装置を構成する光学系に球面収差が残存している場合におけるフォーカス位置をずらす領域を示す図である。It is a figure which shows the area | region which shifts a focus position in case the spherical aberration remains in the optical system which comprises a position detection apparatus. 位置検出装置を構成する光学系にコマ収差が残存している場合におけるフォーカス位置をずらす領域を示す図である。It is a figure which shows the area | region which shifts a focus position in case the coma aberration remains in the optical system which comprises a position detection apparatus. レチクル上のパターンの例と、受光センサによる複数の計測点の例とを示す図である。It is a figure which shows the example of the pattern on a reticle, and the example of the some measurement point by a light receiving sensor. 他の共焦点顕微鏡の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of another confocal microscope. この発明の実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての半導体デバイスの製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the semiconductor device as a microdevice concerning embodiment of this invention. この発明の実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての液晶表示素子の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the liquid crystal display element as a microdevice concerning embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…定盤、2…位置検出装置、12…Zステージ、13…XYステージ、14…共焦点顕微鏡、16…光源ユニット、18…ハーフミラー、20…焦点調整用レンズ、22…ガルバノミラー、26…コリメータレンズ、28a,28b…ビームエキスパンダ、30,32…平行平面板、34…視野絞り、36a〜36c,42a〜42c…リレー光学系、44…ピンホール、46…受光センサ、48a,48c,50a,50c…視野分割ミラー、56…制御装置、60a,60b…多点焦点位置検出系、ALG…アライメント装置、IL…照明光学系、R…レチクル、RST…レチクルステージ、PL…投影光学系、W…ウエハ、WST…ウエハステージ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Surface plate, 2 ... Position detection apparatus, 12 ... Z stage, 13 ... XY stage, 14 ... Confocal microscope, 16 ... Light source unit, 18 ... Half mirror, 20 ... Focus adjustment lens, 22 ... Galvano mirror, 26 ... collimator lens, 28a, 28b ... beam expander, 30, 32 ... plane parallel plate, 34 ... field stop, 36a-36c, 42a-42c ... relay optical system, 44 ... pinhole, 46 ... light receiving sensor, 48a, 48c , 50a, 50c ... Field division mirror, 56 ... Control device, 60a, 60b ... Multi-point focus position detection system, ALG ... Alignment device, IL ... Illumination optical system, R ... Reticle, RST ... Reticle stage, PL ... Projection optical system , W ... wafer, WST ... wafer stage.

Claims (13)

被検面に光を照射し、前記被検面により反射された光に基づいて前記被検面の位置を検出する位置検出装置であって、A position detection device that irradiates a test surface with light and detects the position of the test surface based on light reflected by the test surface,
前記被検面と光学的に共役な第1共役位置を形成する第1光学系と、A first optical system that forms a first conjugate position optically conjugate with the test surface;
前記被検面および前記第1共役位置と光学的に共役な第2共役位置を形成する共焦点光学系と、A confocal optical system that forms a second conjugate position optically conjugate with the test surface and the first conjugate position;
前記第1共役位置に配置された基準部材と、A reference member disposed at the first conjugate position;
前記第2共役位置に配置されたピンホールを含み、前記共焦点光学系および前記ピンホールを介した光を受光する受光部と、A light receiving unit that includes a pinhole disposed at the second conjugate position, and that receives light via the confocal optical system and the pinhole;
前記受光部の受光情報に基づいて前記被検面の位置を算出する処理部と、を備え、A processing unit that calculates the position of the test surface based on light reception information of the light receiving unit,
前記受光部は、前記被検面により反射された第1の光と、前記基準部材により反射された第2の光とをそれぞれ受光し、The light receiving unit receives the first light reflected by the test surface and the second light reflected by the reference member, respectively.
前記処理部は、前記第1の光の受光情報と前記第2の光の受光情報とに基づいて、前記被検面の位置を算出することを特徴とする位置検出装置。The position detection device, wherein the processing unit calculates a position of the test surface based on light reception information of the first light and light reception information of the second light.
被検面に光を照射し、前記被検面により反射された光に基づいて前記被検面の位置を検出する位置検出装置であって、A position detection device that irradiates a test surface with light and detects the position of the test surface based on light reflected by the test surface,
前記被検面と光学的に共役な第1共役位置を形成する第1光学系と、A first optical system that forms a first conjugate position optically conjugate with the test surface;
前記被検面および前記第1共役位置と光学的に共役な第2共役位置を形成する第2光学系と、A second optical system that forms a second conjugate position optically conjugate with the test surface and the first conjugate position;
前記被検面、前記第1共役位置および前記第2共役位置と光学的に共役な第3共役位置を形成する共焦点光学系と、A confocal optical system that forms a third conjugate position optically conjugate with the test surface, the first conjugate position, and the second conjugate position;
前記第1共役位置に配置された基準部材と、A reference member disposed at the first conjugate position;
前記第3共役位置に配置されたピンホールを含み、前記第2光学系、前記共焦点光学系および前記ピンホールを介した光を受光する受光部と、A light receiving unit that includes a pinhole disposed at the third conjugate position, and that receives light via the second optical system, the confocal optical system, and the pinhole;
前記受光部の受光情報に基づいて前記被検面の位置を算出する処理部と、を備え、A processing unit that calculates the position of the test surface based on light reception information of the light receiving unit,
前記受光部は、前記被検面により反射された第1の光と、前記基準部材により反射された第2の光とをそれぞれ受光し、The light receiving unit receives the first light reflected by the test surface and the second light reflected by the reference member, respectively.
前記処理部は、前記第1の光の受光情報と前記第2の光の受光情報とに基づいて、前記被検面の位置を算出することを特徴とする位置検出装置。The position detection device, wherein the processing unit calculates a position of the test surface based on light reception information of the first light and light reception information of the second light.
前記第1光学系は、前記第1共役位置からの光を前記被検面において縮小し、The first optical system reduces light from the first conjugate position on the surface to be measured;
前記第2光学系は、前記第2共役位置からの光を前記第1共役位置において拡大することを特徴とする請求項2に記載の位置検出装置。The position detection apparatus according to claim 2, wherein the second optical system expands light from the second conjugate position at the first conjugate position.
前記基準部材は、所定の基準パターンを有し、The reference member has a predetermined reference pattern,
前記受光部は、前記被検面により反射され前記基準パターンを通過した前記第1の光と、前記基準部材のうち前記基準パターンと異なる部分により反射された前記第2の光とをそれぞれ受光することを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか一項に記載の位置検出装置。The light receiving unit receives the first light reflected by the test surface and passing through the reference pattern, and the second light reflected by a portion of the reference member different from the reference pattern. The position detection device according to any one of claims 1 to 3, wherein the position detection device is configured as described above.
前記基準パターンは、少なくとも1つのスリットを含む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 reference pattern includes at least one slit. 前記基準パターンは、短手方向に沿って並設された複数のスリットを含み、The reference pattern includes a plurality of slits arranged in parallel along the short direction,
前記受光部は、前記被検面により反射され前記複数のスリットをそれぞれ通過した複数の前記第1の光を受光し、The light receiving unit receives the plurality of first lights reflected by the test surface and respectively passing through the plurality of slits,
前記処理部は、前記複数のスリットのそれぞれに対応する複数の前記第1の光の受光情報に基づいて前記被検面の位置を算出することを特徴とする請求項5に記載の位置検出装置。The position detection device according to claim 5, wherein the processing unit calculates a position of the test surface based on light reception information of the plurality of first lights corresponding to each of the plurality of slits. .
前記被検面に照射する光を前記基準部材上で前記基準パターンに対して走査する走査手段を有し、Scanning means for scanning the reference pattern on the reference member with light applied to the test surface;
前記受光部は、前記走査手段によって走査される光のうち、前記基準パターンを通過して前記被検面により反射された前記第1の光と、前記基準パターンと異なる部分により反射された前記第2の光とをそれぞれ受光することを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の位置検出装置。The light receiving unit includes the first light reflected by the test surface through the reference pattern among the light scanned by the scanning unit, and the first light reflected by a portion different from the reference pattern. The position detecting device according to claim 4, wherein the position detecting device receives each of the two lights.
前記被検面に照射する光を前記基準部材上で前記スリットの長手方向に対して所定の角度を有する方向に走査する走査手段を有し、Scanning means for scanning the light irradiated to the test surface on the reference member in a direction having a predetermined angle with respect to the longitudinal direction of the slit;
前記受光部は、前記走査手段によって走査される光のうち、前記スリットを通過して前記被検面により反射された前記第1の光と、前記スリットと異なる部分により反射された前記第2の光とをそれぞれ受光することを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の位置検出装置。The light receiving unit includes the first light reflected by the test surface through the slit among the light scanned by the scanning unit, and the second light reflected by a portion different from the slit. The position detecting device according to claim 5, wherein the position detecting device receives light respectively.
前記処理部は、The processor is
前記走査手段による走査に基づいて算出された前記被検面の複数の異なる位置の算出結Calculation results of a plurality of different positions of the test surface calculated based on scanning by the scanning means.
果の平均値を算出する平均値算出手段と、An average value calculating means for calculating an average value of the fruit;
前記被検面の複数の異なる位置の算出結果のそれぞれと、前記平均値算出手段により算出された平均値とを比較する比較手段と、Comparison means for comparing each of the calculation results of a plurality of different positions on the test surface with the average value calculated by the average value calculation means,
前記比較手段による比較結果に基づいて、前記被検面の位置の算出結果の正誤を判別すBased on the comparison result by the comparison means, the correctness of the calculation result of the position of the test surface is determined.
る判別手段と、Discriminating means,
を備えることを特徴とする請求項7または請求項8に記載の位置検出装置。The position detection device according to claim 7 or 8, further comprising:
前記被検面に照射する光を前記基準部材上の互いに異なる複数の位置へ選択的に導く選択手段を備え、Comprising a selection means for selectively guiding the light irradiating the test surface to a plurality of different positions on the reference member;
前記受光部は、前記複数の位置のそれぞれに対応して前記第1の光を受光することを特徴とする請求項1乃至請求項9の何れか一項に記載の位置検出装置。10. The position detection device according to claim 1, wherein the light receiving unit receives the first light corresponding to each of the plurality of positions. 11.
第一面上に設けられた第1マークと第二面上に設けられた第2マークを検出することにより前記第一面及び前記第二面のアライメントを行うアライメント装置であって、
前記第一面の位置を検出する請求項1乃至請求項10の何れか一項に記載の位置検出装置を備えることを特徴とするアライメント装置。
An alignment apparatus that performs alignment of the first surface and the second surface by detecting a first mark provided on the first surface and a second mark provided on the second surface,
Alignment apparatus comprising: a position detecting device according to any one of claims 1 to 10 for detecting a position of the first surface.
マスクのパターンを感光性基板上に露光する露光装置において、
前記マスクの表面の位置を検出する請求項1乃至請求項10の何れか一項に記載の位置検出装置を備えることを特徴とする露光装置。
In an exposure apparatus that exposes a mask pattern onto a photosensitive substrate,
Exposure apparatus comprising: a position detecting device according to any one of claims 1 to 10 for detecting the position of the surface of the mask.
請求項12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マイクロ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 12 ;
A developing step of developing the photosensitive substrate exposed by the exposing step;
A method for manufacturing a microdevice, comprising:
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