JPH10261570A - Stage device and aligner with the device - Google Patents

Stage device and aligner with the device

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JPH10261570A
JPH10261570A JP9065789A JP6578997A JPH10261570A JP H10261570 A JPH10261570 A JP H10261570A JP 9065789 A JP9065789 A JP 9065789A JP 6578997 A JP6578997 A JP 6578997A JP H10261570 A JPH10261570 A JP H10261570A
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light beam
stage
movable stage
interferometer
measurement
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Takechika Nishi
健爾 西
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70691Handling of masks or workpieces

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To measure the rotary angle of a movable part without using especially optical beams for measuring a rotary angle in addition to optical beams for measuring the displacement of a movable part in a specific direction that moves along with a positioning target. SOLUTION: Laser beams from an interferometer body 12X are divided into beams LX1 for measurement and beams LX2 for reference by a polarization beam splitter 17X, the beams LX1 for measurement make a round trip for two times between a double path unit 18X and a mirror surface 8x of a sample stand 8 and return to an interferometer body 12X, the beams LX2 for reference make a round trip for two times between a double path unit 22X and a reference mirror 14X and return to the interferometer body 12X, and the displacement of the mirror surface 8x is detected by the interferometer body 12X. By detecting the amount of side shift of the beams LX1 for measurement by a stage rotary angle detection system 15X, the rotary angle of the mirror surface 8x is detected.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体素
子、液晶表示素子、撮像素子(CCD等)、又は薄膜磁
気ヘッド等を製造するためのリソグラフィ工程でマスク
パターンをウエハ等の基板上に転写するための露光装置
のステージに使用して好適なステージ装置、及びこのス
テージ装置を備えた露光装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for transferring a mask pattern onto a substrate such as a wafer in a lithography process for manufacturing, for example, a semiconductor device, a liquid crystal display device, an image pickup device (CCD or the like), a thin film magnetic head or the like. Apparatus suitable for use as a stage of an exposure apparatus for use in an exposure apparatus, and an exposure apparatus having the stage apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、半導体素子等を製造する際
に、マスクとしてのレチクルのパターンをレジストが塗
布されたウエハ(又はガラスプレート等)上に転写する
露光装置が使用されている。露光装置としては、ステッ
パーのような一括露光型と共に、ステップ・アンド・ス
キャン方式のような走査露光型も使用されつつある。更
に、電子線露光装置等も使用されるようになっている。
これらの露光装置では、レチクル及びウエハの位置決
め、又は連続走査を高精度に行うためのステージが備え
られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, when manufacturing a semiconductor device or the like, an exposure apparatus has been used which transfers a reticle pattern as a mask onto a wafer (or a glass plate or the like) coated with a resist. As an exposure apparatus, in addition to a batch exposure type such as a stepper, a scanning exposure type such as a step-and-scan method is being used. Further, an electron beam exposure apparatus and the like have been used.
These exposure apparatuses are provided with a stage for positioning the reticle and the wafer or for performing continuous scanning with high accuracy.

【0003】図9(a)は、従来の一括露光型の投影露
光装置のウエハ側のステージを示す平面図、図9(b)
はその正面図であり、図9(b)に示すように、不図示
のレチクルを透過した露光光は、投影光学系50を介し
てウエハ51上のフォトレジストにそのレチクルのパタ
ーン像を形成する。ウエハ51は不図示のウエハホルダ
に真空吸着され、このウエハホルダが試料台52上に固
定され、試料台52はウエハステージ55上に固定さ
れ、ウエハステージ55は定盤56上にエアベアリング
を介して、投影光学系50の光軸AXに垂直な平面内で
2次元的に移動できるように載置されている。光軸AX
に沿った方向をZ軸、Z軸に垂直な平面の直交座標系を
X軸、Y軸とすると、ウエハステージ55は、試料台5
2(ウエハ51)をZ方向に微動すると共に、X方向及
びY方向に位置決めする。
FIG. 9A is a plan view showing a stage on the wafer side of a conventional batch exposure type projection exposure apparatus, and FIG.
FIG. 9B is a front view of the reticle. As shown in FIG. 9B, the exposure light transmitted through the reticle (not shown) forms a pattern image of the reticle on the photoresist on the wafer 51 via the projection optical system 50. . The wafer 51 is vacuum-sucked to a wafer holder (not shown), the wafer holder is fixed on a sample stage 52, the sample stage 52 is fixed on a wafer stage 55, and the wafer stage 55 is placed on a surface plate 56 via an air bearing. It is mounted so that it can move two-dimensionally in a plane perpendicular to the optical axis AX of the projection optical system 50. Optical axis AX
Assuming that the direction along the axis is the Z axis and the orthogonal coordinate system of a plane perpendicular to the Z axis is the X axis and the Y axis, the wafer stage 55
2 (wafer 51) is finely moved in the Z direction and positioned in the X and Y directions.

【0004】また、図9(a)に示すように、試料台5
2(ウエハ51)の2次元的な位置を計測するため、試
料台52の端部にそれぞれ反射面がX軸及びY軸に垂直
になるように2個の細長い平板状の移動鏡53X及び5
3Yが固定され、移動鏡53XにはX軸の干渉計本体5
4XよりY方向に間隔D1で2軸の計測用のレーザビー
ム57X,58Xが照射されている。そして、反射され
たレーザビームと対応する不図示の参照用ビームとの干
渉光を干渉計本体54X内で光電検出することによっ
て、レーザビーム57X,58Xの照射点での試料台5
2の変位が計測される。この場合、それら2つの変位の
平均値より試料台52のX座標が算出され、それら2つ
の変位の差分を間隔D1で除算することによって、試料
台52のZ軸に平行な軸の周りでの回転角(ヨーイング
量)が算出される。同様に、移動鏡53YにはY軸の干
渉計本体54YよりX方向に間隔D1で2本の計測用の
レーザビーム57Y,58Yが照射され、これらのレー
ザビーム57Y,58Yの照射点での変位の平均値より
試料台52のY座標が算出され、それらの変位の差分を
間隔D1で除算することによってヨーイング量が算出さ
れる。また、レーザビーム57X,58Xの中心線、及
びレーザビーム57Y,58Yの中心線はそれぞれ光軸
AXを通過している。
[0004] Further, as shown in FIG.
In order to measure the two-dimensional position of the wafer 2 (wafer 51), two elongated plate-shaped movable mirrors 53X and 5X are provided at the end of the sample table 52 such that the reflection surface is perpendicular to the X axis and the Y axis, respectively.
3Y is fixed, and the X-axis interferometer body 5 is attached to the movable mirror 53X.
From 4X, two-axis measurement laser beams 57X and 58X are emitted in the Y direction at an interval D1. Then, the interference light between the reflected laser beam and the corresponding reference beam (not shown) is photoelectrically detected in the interferometer main body 54X, so that the sample stage 5 at the irradiation point of the laser beams 57X and 58X is detected.
2 are measured. In this case, the X coordinate of the sample table 52 is calculated from the average value of the two displacements, and the difference between the two displacements is divided by the interval D1 to obtain the X axis of the sample table 52 around the axis parallel to the Z axis. The rotation angle (the amount of yawing) is calculated. Similarly, the movable mirror 53Y is irradiated with two measurement laser beams 57Y and 58Y at an interval D1 in the X direction from the Y-axis interferometer body 54Y, and the displacement at the irradiation point of the laser beams 57Y and 58Y. The Y coordinate of the sample table 52 is calculated from the average value of the above, and the yawing amount is calculated by dividing the difference between those displacements by the interval D1. The center lines of the laser beams 57X and 58X and the center lines of the laser beams 57Y and 58Y respectively pass through the optical axis AX.

【0005】更に、図9(b)に示すように、干渉計本
体54Xから移動鏡53Xに対して、レーザビーム57
XとのZ方向の間隔がD2で計測用のレーザビーム59
Xが照射され、レーザビーム59Xの照射点での変位も
検出されている。そして、レーザビーム57X及び59
Xを介して計測される各変位の差分を間隔D2で除算す
ることによって、試料台52のY軸に平行な軸の周りで
の回転角(Y方向へのローリング量)が算出される。同
様に、Y軸の干渉計本体54YからもZ方向に間隔D2
で2本の計測用のレーザビームが照射され、これらによ
って計測される変位の差分を間隔D2で除算することに
よって、試料台52のX軸に平行な軸の周りでの回転角
(Y方向へのピッチング量)が算出される。即ち、図9
に示す従来の干渉計システムは、X軸に関して少なくと
も3軸のシングルパスの干渉計、及びY軸に関しても少
なくとも3軸のシングルパスの干渉計より構成されてい
ることになる。
Further, as shown in FIG. 9B, a laser beam 57 is transmitted from the interferometer main body 54X to the movable mirror 53X.
The laser beam 59 for measurement has an interval of D2 with X in the Z direction.
X is irradiated, and the displacement at the irradiation point of the laser beam 59X is also detected. Then, the laser beams 57X and 59
By dividing the difference between the displacements measured via X by the interval D2, the rotation angle (the amount of rolling in the Y direction) about the axis parallel to the Y axis of the sample stage 52 is calculated. Similarly, the distance D2 from the Y-axis interferometer main body 54Y in the Z-direction.
Are irradiated with two measurement laser beams, and the difference between the displacements measured by the two is divided by the interval D2, whereby the rotation angle (in the Y direction) about the axis parallel to the X axis of the sample stage 52 is obtained. Is calculated. That is, FIG.
The conventional interferometer system shown in (1) is composed of a single-pass interferometer having at least three axes with respect to the X-axis and a single-pass interferometer having at least three axes with respect to the Y-axis.

【0006】また、従来より図9に示すような干渉計シ
ステムを使用して、移動鏡53X,53Yの曲がり量を
計測することも行われている。例えばY軸の移動鏡53
Yの曲がり計測を行う場合には、ウエハステージ55を
駆動することによって、試料台52を例えば連続的にX
方向に移動させ、ほぼ継続して干渉計本体54Yでレー
ザビーム57Y,58Yを介して計測される変位の差分
ΔYLを位置Xの関数として求めると共に、干渉計本体
54Xでレーザビーム57X,58Xを介して計測され
る変位より試料台52のヨーイング量θZ(θZはZ軸
の周りでの回転量)を位置Xの関数として求める。この
場合、図10(a)のように、移動鏡53Yの曲がりを
誇張して表すと、レーザビーム57Y,58Yを介して
検出される変位の差分ΔYLを間隔D1で除算して得ら
れる傾斜角から、そのヨーイング量θZを差し引いた結
果が、その位置での移動鏡53Yの曲がり角Δθとな
る。そこで、各点での曲がり角Δθに、この曲がり角Δ
θの算出毎のX方向への変位量ΔXLを乗じて得られる
値を積算することによって、図10(b)に示すよう
に、移動鏡53Yの反射面の位置ΔYMがX方向の位置
に応じて決定され、この位置ΔYMの変化が移動鏡53
Yの曲がり量を表す。
Further, conventionally, the amount of bending of the movable mirrors 53X and 53Y has been measured using an interferometer system as shown in FIG. For example, the Y-axis movable mirror 53
When performing the bending measurement of Y, by driving the wafer stage 55, the sample table 52 is continuously moved to X, for example.
In the direction, and the difference ΔYL of the displacement measured by the interferometer main body 54Y via the laser beams 57Y and 58Y almost continuously as a function of the position X, and the interferometer main body 54X via the laser beams 57X and 58X. The yaw amount θZ (θZ is the amount of rotation about the Z axis) of the sample table 52 is obtained as a function of the position X from the displacement measured by the measurement. In this case, if the bending of the movable mirror 53Y is exaggerated as shown in FIG. 10A, the tilt angle obtained by dividing the displacement difference ΔYL detected via the laser beams 57Y and 58Y by the interval D1. The result obtained by subtracting the yawing amount θZ from the above becomes the bending angle Δθ of the movable mirror 53Y at that position. Therefore, the turning angle Δθ at each point is
By integrating the value obtained by multiplying the displacement amount ΔXL in the X direction for each calculation of θ, as shown in FIG. 10B, the position ΔYM of the reflecting surface of the movable mirror 53Y depends on the position in the X direction. The change in the position ΔYM is
Y represents the amount of bending.

【0007】また、図9において、試料台52をX方向
に所定の比較的大きな間隔で移動させながら、各静止点
でそれぞれ移動鏡53Yの曲がり角Δθを算出し、これ
らの曲がり角Δθをスプライン関数等を用いて補間する
ことによって、移動鏡53Yの全範囲での曲がり量を求
める方法も提案されている。
In FIG. 9, while moving the sample stage 52 at a predetermined relatively large interval in the X direction, the bending angles .DELTA..theta. Of the movable mirror 53Y are calculated at each stationary point, and these bending angles .DELTA..theta. A method of obtaining the amount of bending in the entire range of the movable mirror 53Y by interpolating using the method has also been proposed.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上記の如く従来の投影
露光装置においては、ウエハ側のステージの試料台52
(ウエハ51)のX方向、Y方向の位置のみならず、そ
の試料台52のヨーイング量を計測するために、X軸の
干渉計本体54Xから対応する移動鏡53Xに対してY
方向に間隔D1で2軸のシングルパスのレーザビーム5
7X,58Xが照射されている。同様に、例えばX軸の
移動鏡53Xの曲がり量の計測時に、Y軸の干渉計本体
54Yでもヨーイング量を計測できるように、この干渉
計本体54Yから対応する移動鏡53Yに対しても、X
方向に間隔D1で2軸のシングルパスのレーザビーム5
7Y,58Yが照射されている。そのため、それらのレ
ーザビームが移動鏡53X,53Yから外れないように
するためには、移動鏡53X,53Y、及び試料台52
を本来必要な移動ストロークよりもその間隔D1を超え
る長さだけ長くしておく必要があった。
As described above, in the conventional projection exposure apparatus, the sample stage 52 of the stage on the wafer side is used.
In order to measure not only the position of the (wafer 51) in the X and Y directions but also the amount of yawing of the sample table 52, the X-axis interferometer main body 54X moves the corresponding moving mirror 53X with respect to the corresponding moving mirror 53X
Biaxial single-pass laser beam 5 with an interval D1 in the direction
7X and 58X are irradiated. Similarly, when measuring the amount of bending of the X-axis movable mirror 53X, the Y-axis interferometer main body 54Y can also measure the corresponding moving mirror 53Y from the interferometer main body 54Y so that the yaw amount can be measured.
Biaxial single-pass laser beam 5 with an interval D1 in the direction
7Y and 58Y are irradiated. Therefore, in order to prevent those laser beams from deviating from the movable mirrors 53X and 53Y, the movable mirrors 53X and 53Y and the sample table 52 are required.
Needs to be longer than the originally required movement stroke by a length exceeding the interval D1.

【0009】図11は、図9(a)の試料台52を−Y
方向に移動する場合を示し、この図11において、X軸
の移動鏡53XのY方向の長さをY1として、移動鏡5
3Xの−Y方向の端部にレーザビーム57Xが照射され
ている状態から、試料台52を位置52Aで示すよう
に、移動鏡53Xの+Y方向の端部にレーザビーム58
Xが照射される状態まで−Y方向に移動する際の移動量
をY2とする。この移動量Y2はY方向の移動ストロー
クであり、長さY1と移動ストロークY2とはほぼ次の
関係にある。
FIG. 11 shows a sample table 52 shown in FIG.
In FIG. 11, the length of the X-axis movable mirror 53X in the Y direction is set to Y1, and the movable mirror 5X is moved.
From the state where the laser beam 57X is irradiated to the end in the −Y direction of 3X, the laser beam 58 is applied to the end of the movable mirror 53X in the + Y direction as shown by a position 52A.
The amount of movement when moving in the −Y direction until X irradiation is performed is defined as Y2. The movement amount Y2 is a movement stroke in the Y direction, and the length Y1 and the movement stroke Y2 have substantially the following relationship.

【0010】Y1=Y2+D1 (1) 同様に、移動鏡53Yの長さも2軸のレーザビームの間
隔D1分だけ長くする必要がある。このように移動鏡5
3X,53Yが長くなると、試料台52を大きくする必
要があり、結果として図9(b)のウエハステージ55
上の可動部の重量が大きくなって、ステッピング速度等
の制御特性を高められないという不都合があった。更
に、試料台52が大型であると、それを駆動するウエハ
ステージ55、ひいては投影露光装置の設置面積(フッ
トプリント)が大きくなるという不都合があった。これ
に関して、レーザビーム57X,58XのY方向の間隔
D1を短くすれば、(1)式より移動鏡53Xの長さY
1を短くできるが、間隔D1を短くすると、ヨーイング
量の計測精度が低下してしまう。
Y1 = Y2 + D1 (1) Similarly, the length of the movable mirror 53Y needs to be increased by the distance D1 between the biaxial laser beams. Thus, the moving mirror 5
As 3X and 53Y become longer, it is necessary to enlarge the sample stage 52. As a result, the wafer stage 55 shown in FIG.
There is a disadvantage that the weight of the upper movable portion becomes large and control characteristics such as the stepping speed cannot be enhanced. Further, if the sample stage 52 is large, there is a disadvantage that the installation area (footprint) of the wafer stage 55 for driving the sample stage 52 and, consequently, the projection exposure apparatus becomes large. In this regard, if the distance D1 between the laser beams 57X and 58X in the Y direction is reduced, the length Y of the movable mirror 53X can be calculated from the equation (1).
1 can be shortened, but if the interval D1 is shortened, the measurement accuracy of the yawing amount decreases.

【0011】また、従来の投影露光装置では、図9
(b)に示すように、試料台52のピッチング量、又は
ローリング量を計測するために、移動鏡53Xに対して
Z方向に間隔D2で2軸のシングルパスのレーザビーム
を照射していた。しかしながら、この間隔D2は移動鏡
53Xの厚さよりも広くできないと共に、移動鏡53X
はそれ程厚くできないために、ピッチング量、又はロー
リング量の計測精度をあまり高められないという不都合
があった。そのため、従来は試料台52の傾きの計測装
置をウエハステージ55の内部に設けた例もある。
In a conventional projection exposure apparatus, FIG.
As shown in (b), in order to measure the pitching amount or the rolling amount of the sample table 52, the moving mirror 53X was irradiated with a two-axis single-pass laser beam at an interval D2 in the Z direction. However, this distance D2 cannot be wider than the thickness of the moving mirror 53X, and
Cannot be made so thick, so that the measurement accuracy of the pitching amount or the rolling amount cannot be increased much. Therefore, conventionally, there is an example in which a measurement device for measuring the inclination of the sample table 52 is provided inside the wafer stage 55.

【0012】更に、従来の投影露光装置で、図10
(a)に示すように、間隔D1の2軸のレーザビーム5
7Y,58Yを介して得られる計測値の差分より移動鏡
53Yの曲がり量を計測する場合、その移動鏡53Yの
曲がりのピッチ(周期)が例えばその間隔D1に一致す
ると、その曲がり量が正確に評価できなくなるという不
都合があった。即ち、図10(c)に示すように、移動
鏡53Yの曲がりのピッチが間隔D1に一致する場合に
は、レーザビーム57Y,58Yによって計測される変
位は等しくなる。また、図10(d)に示すように、図
10(c)の状態から移動鏡53Yが半ピッチ移動した
としても、レーザビーム57Y,58Yによって計測さ
れる変位は等しくなるため、最終的に位置Xに応じて計
測される移動鏡53Yの反射面の位置ΔYMは、図10
(e)に示すように一定となり、移動鏡53Yの曲がり
量は正確に計測されなくなる。更に、移動鏡53Yの曲
がりのピッチがレーザビームの間隔D1より小さくなる
と、移動鏡53Yの曲がりの位相ずれが発生するので、
実際の曲がり量とは異なる曲がり量が計測されてしま
う。
FIG. 10 shows a conventional projection exposure apparatus.
As shown in (a), a biaxial laser beam 5 with an interval D1
When the bending amount of the movable mirror 53Y is measured from the difference between the measurement values obtained through 7Y and 58Y, if the pitch (period) of the bending of the movable mirror 53Y matches the interval D1, for example, the bending amount is accurately determined. There was an inconvenience that evaluation could not be performed. That is, as shown in FIG. 10C, when the bending pitch of the movable mirror 53Y matches the interval D1, the displacements measured by the laser beams 57Y and 58Y become equal. Further, as shown in FIG. 10D, even if the movable mirror 53Y moves by a half pitch from the state of FIG. 10C, the displacements measured by the laser beams 57Y and 58Y become equal, so that the final position is obtained. The position ΔYM of the reflecting surface of the movable mirror 53Y measured according to X is shown in FIG.
As shown in (e), the bending amount of the movable mirror 53Y is not accurately measured. Further, if the bending pitch of the moving mirror 53Y is smaller than the laser beam interval D1, a phase shift occurs in the bending of the moving mirror 53Y.
A bending amount different from the actual bending amount is measured.

【0013】本発明は斯かる点に鑑み、位置決め対象物
と共に移動する可動部の所定方向への変位を計測するた
めの光ビームの他に、特に回転角を計測するための光ビ
ームを用いることなく、その可動部の回転角を計測でき
るステージ装置を提供することを第1の目的とする。更
に本発明は、位置決め対象物と共に移動する可動部に光
ビームを照射してその可動部の変位を計測できると共
に、その可動部における光ビームの反射部の曲がり量に
或る程度小さいピッチの周期性がある場合でも、その曲
がり量を正確に検出できるステージ装置を提供すること
を第2の目的とする。
In view of the above, the present invention uses a light beam for measuring a rotation angle in addition to a light beam for measuring a displacement in a predetermined direction of a movable portion that moves together with an object to be positioned. It is a first object to provide a stage device capable of measuring the rotation angle of the movable part. Further, the present invention can measure the displacement of the movable portion by irradiating the movable portion with the positioning target with a light beam, and can reduce the bending amount of the reflection portion of the light beam in the movable portion to a period of a certain small pitch. A second object is to provide a stage device that can accurately detect the amount of bending even when there is a possibility.

【0014】更に本発明は、マスク又は基板と共に移動
する可動部の所定方向への変位を計測するための光ビー
ムの他に、特に回転角を計測するための光ビームを用い
ることなく、その可動部のヨーイング量等の回転角を計
測できる露光装置を提供することを第3の目的とする。
Further, the present invention provides a method for measuring a displacement of a movable portion which moves together with a mask or a substrate in a predetermined direction without using a light beam for measuring a rotation angle. A third object is to provide an exposure apparatus capable of measuring a rotation angle such as a yawing amount of a section.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明によるステージ装
置は、位置決め対象物(W)を載置してこの位置決め対
象物と共に移動する可動ステージ(8)と、この可動ス
テージに計測用の光ビーム(LX1)を照射すると共に
この可動ステージから戻される光ビームを受光してこの
可動ステージの所定方向への変位を検出する干渉計(1
2X,17X,18X,21X,22X,14X)と、
を備えたステージ装置であって、可動ステージ(8)か
ら戻される光ビーム(LX1)の横シフト量、又は振れ
角の変化量の少なくとも一方を検出する光ビーム検出系
(15X)と、この光ビーム検出系の検出結果に基づい
て可動ステージ(8)の回転角を算出する演算系(4
3)と、を有するものである。
A stage apparatus according to the present invention comprises a movable stage (8) on which a positioning object (W) is mounted and moves with the positioning object, and a light beam for measurement on the movable stage. (LX1) and receives the light beam returned from the movable stage and detects the displacement of the movable stage in a predetermined direction.
2X, 17X, 18X, 21X, 22X, 14X),
A light beam detection system (15X) for detecting at least one of a lateral shift amount or a change amount of a deflection angle of the light beam (LX1) returned from the movable stage (8), and An operation system (4) that calculates the rotation angle of the movable stage (8) based on the detection result of the beam detection system
3).

【0016】斯かる本発明によれば、1軸の干渉計の変
位検出用の光ビーム(LX1)を可動ステージ(8)に
照射した場合に、可動ステージ(8)が回転(傾斜)し
ていると、反射される光ビームの角度がその回転角に応
じて変化することを利用して、その可動ステージの回転
角を検出する。この際に、その1軸の干渉計がシングル
パス方式の干渉計である場合には、反射される光ビーム
の振れ角(傾斜角)が可動ステージ(8)の回転角に対
応するため、その振れ角よりその回転角を求めることが
できる。
According to the present invention, when the movable stage (8) is irradiated with the light beam (LX1) for detecting displacement of the uniaxial interferometer, the movable stage (8) rotates (inclines). Then, the rotation angle of the movable stage is detected by utilizing the fact that the angle of the reflected light beam changes according to the rotation angle. At this time, when the one-axis interferometer is a single-pass interferometer, the deflection angle (tilt angle) of the reflected light beam corresponds to the rotation angle of the movable stage (8). The rotation angle can be obtained from the deflection angle.

【0017】一方、その1軸の干渉計が計測分解能を高
めるためにダブルパス方式の干渉計である場合には、そ
の光ビーム(LX1)は所定の光学系と可動ステージ
(8)との間を往復するため、可動ステージ(8)が回
転している場合に戻される光ビームはその回転角に応じ
て横シフトするようになる。従って、その横シフト量か
ら可動ステージ(8)の回転角を求めることができる。
何れの場合でも、変位計測用の光ビームを回転角計測用
の光ビームとして兼用できるため、可動ステージ(8)
を小型化し、軽量化できる。
On the other hand, when the one-axis interferometer is a double-pass interferometer in order to increase the measurement resolution, the light beam (LX1) passes between a predetermined optical system and the movable stage (8). Due to the reciprocation, the light beam returned when the movable stage (8) is rotating is shifted laterally according to the rotation angle. Therefore, the rotation angle of the movable stage (8) can be obtained from the lateral shift amount.
In any case, the movable stage (8) can use the light beam for displacement measurement as the light beam for rotation angle measurement.
Can be reduced in size and weight.

【0018】また、可動ステージ(8)をその所定方向
に直交する方向に移動しながら、その光ビーム検出系を
介して可動ステージ(8)の回転角を検出することによ
って、可動ステージ(8)内の反射部の曲がり量が検出
できる。この際に、可動ステージ(8)に照射される光
ビームは、シングルパス方式であれば1本の光ビームで
あり、ダブルパス方式であれば所定の狭い間隔で往復す
る光ビームであるため、その反射部の曲がり量に或る程
度小さい(即ち、ダブルパス方式であれば、往復する光
ビームの間隔よりは大きい)ピッチの周期性がある場合
でも、その曲がり量を正確に検出できる。
The movable stage (8) is detected by detecting the rotation angle of the movable stage (8) via the light beam detection system while moving the movable stage (8) in a direction orthogonal to the predetermined direction. The amount of bending of the reflection portion in the inside can be detected. At this time, the light beam applied to the movable stage (8) is a single light beam in the case of the single-pass system, and is a light beam that reciprocates at a predetermined narrow interval in the case of the double-pass system. Even if there is a pitch periodicity in the amount of bending of the reflecting portion to some extent (that is, in the case of the double-pass method, it is larger than the interval between reciprocating light beams), the amount of bending can be accurately detected.

【0019】この場合、光ビーム検出系(15X)は、
一例として可動ステージ(8)から戻される光ビームの
所定の第1の方向への横シフト量、又は振れ角の変化量
の少なくとも一方を検出する第1の光ビーム検出系(3
0A)と、可動ステージ(8)から戻される光ビームの
その第1の方向に直交する第2の方向への横シフト量、
又は振れ角の変化量の少なくとも一方を検出する第2の
光ビーム検出系(30B)と、からなり、その演算系
(43)は、それら第1及び第2の光ビーム検出系の検
出結果より可動ステージ(8)の2軸の周りの回転角を
算出するものである。これは、1軸の光ビームの2方向
への横シフト量、又は振れ角に基づいて、可動ステージ
(8)の2軸の周りの回転角を検出できることを意味す
る。
In this case, the light beam detection system (15X)
As an example, a first light beam detection system (3) for detecting at least one of a lateral shift amount of a light beam returned from the movable stage (8) in a predetermined first direction and a swing angle change amount.
0A) and the amount of lateral shift of the light beam returned from the movable stage (8) in a second direction orthogonal to the first direction;
Or a second light beam detection system (30B) for detecting at least one of the amounts of change in the deflection angle, and the arithmetic system (43) is based on the detection results of the first and second light beam detection systems. The rotation angle of the movable stage (8) around two axes is calculated. This means that the rotation angle of the movable stage (8) around the two axes can be detected based on the lateral shift amount or the deflection angle of the uniaxial light beam in two directions.

【0020】また、その光ビーム検出系(15X)は、
一例として可動ステージ(8)から戻される光ビームの
横シフト量を検出するものであり、この場合、その演算
系(43)は、その光ビーム検出系で検出される横シフ
ト量、及びその干渉計で計測されるその可動ステージの
変位よりその可動ステージの回転角を算出するようにし
てもよい。例えばその干渉計がダブルパス方式であれ
ば、可動ステージ(8)の回転角をθ(rad)、その
干渉計内でダブルパスの光路を形成する光学部材(18
X)から可動ステージ(8)までの間隔をL1、所定の
オフセットの間隔をL2として、その光ビーム検出系で
検出される横シフト量をΔYとすると、この横シフト量
ΔYはほぼ次式で表される。
The light beam detection system (15X)
As an example, the horizontal shift amount of the light beam returned from the movable stage (8) is detected. In this case, the arithmetic system (43) uses the horizontal shift amount detected by the light beam detection system and the interference thereof. The rotation angle of the movable stage may be calculated from the displacement of the movable stage measured by a meter. For example, if the interferometer is of a double-pass type, the rotation angle of the movable stage (8) is θ (rad), and an optical member (18) that forms a double-pass optical path in the interferometer.
Assuming that the interval from X) to the movable stage (8) is L1, the interval of the predetermined offset is L2, and the lateral shift amount detected by the light beam detection system is ΔY, the lateral shift amount ΔY is substantially expressed by the following equation. expressed.

【0021】ΔY=4(L1+L2)θ (2) この場合、可動ステージ(8)が或る基準位置にあると
きのその光学部材(18X)と可動ステージ(8)との
間隔L0 を予め求めておき、その干渉計で計測される可
動ステージ(8)の変位をΔLとすると、L1=L0
ΔLの関係があるため、(2)式より回転角θが正確に
求められる。
ΔY = 4 (L1 + L2) θ (2) In this case, the distance L 0 between the optical member (18X) and the movable stage (8) when the movable stage (8) is at a certain reference position is obtained in advance. Assuming that the displacement of the movable stage (8) measured by the interferometer is ΔL, L1 = L 0 +
Since there is a relationship of ΔL, the rotation angle θ can be accurately obtained from the equation (2).

【0022】また、その光ビーム検出系で検出される光
ビームの横シフト量、又は振れ角の変化量に基づいて、
その干渉計における参照用光ビーム(LX2)と計測用
光ビーム(LX1)との重なり量が増加するようにその
光ビームの光路を補正する光路補正系(20X,23
X)を設けることが望ましい。これは、検出される光ビ
ームの横シフト量、又は振れ角を相殺するようにその光
ビームの光路を補正することを意味する。
Further, based on the lateral shift amount of the light beam detected by the light beam detection system or the change amount of the deflection angle,
An optical path correction system (20X, 23) that corrects the optical path of the reference light beam (LX2) and the measurement light beam (LX1) in the interferometer so that the overlap amount of the light beam increases.
It is desirable to provide X). This means that the optical path of the light beam is corrected so as to cancel out the detected lateral shift amount or deflection angle of the light beam.

【0023】また、本発明による露光装置は、マスク
(R)又は基板(W)よりなる位置決め対象物を載置し
てこの位置決め対象物と共に2次元的に移動する可動ス
テージ(8)と、可動ステージ(8)に所定の第1の方
向(X方向)に沿って計測用の光ビーム(LX1)を照
射すると共にこの可動ステージから戻される光ビームを
受光してこの可動ステージのその第1の方向への変位を
検出する第1の干渉計(12X,17X,18X,21
X,22X,14X)と、可動ステージ(8)にその第
1の方向に直交する第2の方向(Y方向)に沿って計測
用の光ビーム(LY1)を照射すると共にその可動ステ
ージから戻される光ビームを受光してその可動ステージ
のその第2の方向への変位を検出する第2の干渉計(1
2Y,17Y,18Y,21Y,22Y,14Y)と、
を備え、可動ステージ(8)によってそのマスク又はそ
の基板を2次元的に位置決めして、その基板上にそのマ
スクのパターンを転写する露光装置である。
The exposure apparatus according to the present invention further comprises a movable stage (8) on which a positioning object formed of a mask (R) or a substrate (W) is placed and two-dimensionally moves together with the positioning object. The stage (8) is irradiated with a measurement light beam (LX1) along a predetermined first direction (X direction), and receives the light beam returned from the movable stage to receive the first light of the movable stage. Interferometer (12X, 17X, 18X, 21) for detecting displacement in the
X, 22X, 14X) and the movable stage (8) are irradiated with a measurement light beam (LY1) along a second direction (Y direction) orthogonal to the first direction and returned from the movable stage. A second interferometer (1) that receives a light beam to be received and detects displacement of the movable stage in the second direction.
2Y, 17Y, 18Y, 21Y, 22Y, 14Y),
And an exposure apparatus that two-dimensionally positions the mask or the substrate by the movable stage (8) and transfers the pattern of the mask onto the substrate.

【0024】そして、この露光装置は、可動ステージ
(8)からその第1の干渉計に戻される光ビームの2次
元的な横シフト量、又は2次元的な振れ角の変化量の少
なくとも一方を検出する第1の光ビーム検出系(15
X)と、可動ステージ(8)からその第2の干渉計に戻
される光ビームの横シフト量、又は振れ角の変化量の少
なくとも一方を検出する第2の光ビーム検出系(15
Y)と、それら第1及び第2の光ビーム検出系の検出結
果に基づいて可動ステージ(8)の3軸の周りの回転角
を算出する演算系(43)と、を有するものである。
The exposure apparatus determines at least one of the two-dimensional lateral shift amount and the two-dimensional change amount of the deflection angle of the light beam returned from the movable stage (8) to the first interferometer. The first light beam detection system (15
X) and a second light beam detection system (15) for detecting at least one of a lateral shift amount of the light beam returned from the movable stage (8) to the second interferometer or a change amount of the deflection angle.
Y), and an arithmetic system (43) for calculating a rotation angle of the movable stage (8) around three axes based on the detection results of the first and second light beam detection systems.

【0025】本発明の露光装置によれば、変位(座標)
計測用の干渉計から可動ステージ(8)に照射される光
ビームが、可動ステージ(8)の回転角計測用にも使用
される。また、1軸の光ビームを使用すると、可動ステ
ージ(8)の2軸の周りの回転角が計測できるため、2
方向の変位を計測するための2軸の光ビームを使用する
場合には、各光ビームでそれぞれ2軸の周りの回転角が
計測でき、且つそれらの内の1軸の回転角が共通である
ため、結果として可動ステージ(8)のヨーイング、ピ
ッチング、及びローリングよりなる3軸の周りの回転角
が計測できる。しかも、変位計測用の光ビーム以外の光
ビームは使用されないため、可動ステージ(8)が小型
軽量化されて、可動ステージ(8)の移動速度や応答速
度等の制御性が向上すると共に、露光装置の設置面積
(フットプリント)を小さくできる。
According to the exposure apparatus of the present invention, displacement (coordinate)
The light beam emitted from the measurement interferometer to the movable stage (8) is also used for measuring the rotation angle of the movable stage (8). Further, when a single-axis light beam is used, the rotation angle of the movable stage (8) around two axes can be measured.
When a two-axis light beam for measuring the displacement in the direction is used, the rotation angle around each of the two axes can be measured with each light beam, and the rotation angle of one axis among them is common. Therefore, as a result, the rotation angle of the movable stage (8) around three axes including yawing, pitching, and rolling can be measured. In addition, since no light beam other than the displacement measurement light beam is used, the size and weight of the movable stage (8) can be reduced, the controllability of the movable stage (8) such as the moving speed and response speed can be improved, and the exposure can be improved. The installation area (footprint) of the device can be reduced.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
につき図1〜図6を参照して説明する。本発明によるス
テージ装置は、電子線露光装置、ステッパーのような一
括露光型の投影露光装置、又はステップ・アンド・スキ
ャン方式のような走査露光型の投影露光装置等の何れに
も使用できるが、以下ではステップ・アンド・スキャン
方式の投影露光装置に適用した例につき説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. The stage apparatus according to the present invention can be used for any one of an electron beam exposure apparatus, a batch exposure type projection exposure apparatus such as a stepper, and a scanning exposure type projection exposure apparatus such as a step-and-scan method. Hereinafter, an example in which the present invention is applied to a step-and-scan type projection exposure apparatus will be described.

【0027】図1は本例のステップ・アンド・スキャン
方式の投影露光装置を示し、この図1において露光時に
は、光源、フライアイレンズ、視野絞り、コンデンサレ
ンズ等を含む照明光学系1からの水銀ランプのi線、又
はエキシマレーザ光等の露光光ILが、レチクルRのパ
ターン面(下面)のスリット状の照明領域を照明する。
露光光ILのもとで、レチクルRの照明領域内のパター
ンの像が投影光学系PLを介して所定の投影倍率β(β
は1/4,1/5等)で、フォトレジストが塗布された
ウエハW上のスリット状の露光領域内に投影露光され
る。以下、投影光学系PLの光軸AXに平行にZ軸を取
り、その光軸AXに垂直な平面内で図1の紙面に平行に
X軸を、図1の紙面に垂直にY軸を取って説明する。
FIG. 1 shows a step-and-scan type projection exposure apparatus according to this embodiment. In FIG. 1, mercury from an illumination optical system 1 including a light source, a fly-eye lens, a field stop, a condenser lens and the like is exposed. Exposure light IL such as i-line of a lamp or excimer laser light illuminates a slit-shaped illumination area on the pattern surface (lower surface) of reticle R.
Under the exposure light IL, an image of the pattern in the illumination area of the reticle R is projected at a predetermined projection magnification β (β
Are 1/4, 1/5, etc.), and are projected and exposed in a slit-shaped exposure area on a wafer W coated with a photoresist. Hereinafter, the Z axis is taken parallel to the optical axis AX of the projection optical system PL, the X axis is taken parallel to the plane of FIG. 1 in a plane perpendicular to the optical axis AX, and the Y axis is taken perpendicular to the plane of FIG. Will be explained.

【0028】先ず、レチクルRはレチクルステージ2上
に真空吸着によって保持され、レチクルステージ2はレ
チクルベース3上でエアベアリングを介して浮上した状
態で、リニアモータによってY方向(走査方向)に連続
移動すると共に、X方向、Y方向、及び回転方向にレチ
クルRの位置の微調整を行う。レチクルステージ2の側
面に配置された移動鏡(実際には直交する2枚の移動鏡
よりなる)4に外部のレーザ干渉計5から計測用のレー
ザビームが照射され、レーザ干渉計5より照射される参
照用のレーザビームと移動鏡4から反射されるレーザビ
ームとの干渉光を、レーザ干渉計5内の光電検出器で受
光することによって、レチクルステージ2(レチクル
R)の2次元的な位置が計測されている。この計測結果
がレチクルステージ制御系6に供給され、レチクルステ
ージ制御系6は、装置全体の動作を統轄制御する主制御
系7の制御のもとで、レチクルステージ2の位置や移動
速度を制御する。
First, the reticle R is held on the reticle stage 2 by vacuum suction. The reticle stage 2 is continuously moved in the Y direction (scanning direction) by a linear motor while floating on the reticle base 3 via an air bearing. At the same time, the position of the reticle R is finely adjusted in the X direction, the Y direction, and the rotation direction. A laser beam for measurement is emitted from an external laser interferometer 5 to a movable mirror (actually composed of two orthogonally movable mirrors) 4 arranged on the side surface of the reticle stage 2, and is emitted from the laser interferometer 5. The interference light between the reference laser beam and the laser beam reflected from the movable mirror 4 is received by a photoelectric detector in the laser interferometer 5 so that the two-dimensional position of the reticle stage 2 (reticle R) is detected. Is measured. The measurement result is supplied to the reticle stage control system 6, and the reticle stage control system 6 controls the position and the moving speed of the reticle stage 2 under the control of the main control system 7, which controls the overall operation of the apparatus. .

【0029】一方、ウエハWは、ウエハホルダを兼用す
る試料台8上に真空吸着によって保持され、試料台8は
Zチルトステージ9上に固定され、Zチルトステージ9
はXYθステージ10上に載置され、XYθステージ1
0は、定盤11上にエアベアリングを介して浮上した状
態で、リニアモータによってX方向、Y方向(走査方
向)、及び回転方向に試料台8(ウエハW)の移動及び
位置決めを行う。Zチルトステージ9、XYθステージ
10、及び定盤11よりウエハステージが構成されてい
る。Zチルトステージ9はウエハWのZ方向の位置(フ
ォーカス位置)の制御及び傾斜角の制御(レベリング)
を行う。そのため、投影光学系PLの側面に光学式で斜
入射方式の多点のオートフォーカスセンサ44が配置さ
れ、オートフォーカスセンサ44によって、ウエハWの
表面の露光領域内及びこれに対して走査方向に先行する
先読み領域内の複数の検出点でのフォーカス位置が検出
され、検出結果が合焦制御系45に供給されている。合
焦制御系45は、主制御系7の制御のもとで、供給され
たフォーカス位置の情報からウエハWの露光領域内の表
面を投影光学系PLの像面に合焦させるための、Zチル
トステージ9のフォーカス位置及び傾斜角の制御量をウ
エハWの位置に対応して算出し、この制御量に基づいて
オートフォーカス方式、及びオートレベリング方式でZ
チルトステージ9の動作を制御する。この合焦のための
機構、及び動作の一例は特開平6−283403号公報
に詳細に開示されている。
On the other hand, the wafer W is held by vacuum suction on a sample table 8 which also serves as a wafer holder, and the sample table 8 is fixed on a Z tilt stage 9 and a Z tilt stage 9
Is placed on the XYθ stage 10 and the XYθ stage 1
Reference numeral 0 denotes a state in which the sample table 8 (wafer W) is moved and positioned in the X direction, the Y direction (scanning direction), and the rotation direction by a linear motor while floating above the surface plate 11 via an air bearing. The Z tilt stage 9, the XYθ stage 10, and the surface plate 11 constitute a wafer stage. The Z tilt stage 9 controls the position (focus position) of the wafer W in the Z direction and controls the tilt angle (leveling).
I do. Therefore, an optical oblique incidence type multipoint autofocus sensor 44 is arranged on the side surface of the projection optical system PL, and the autofocus sensor 44 precedes the exposure area on the surface of the wafer W and the scanning direction with respect to the exposure area. The focus positions at a plurality of detection points in the pre-reading area to be detected are detected, and the detection results are supplied to the focus control system 45. Under the control of the main control system 7, the focus control system 45 uses the supplied focus position information to focus the surface in the exposure area of the wafer W on the image plane of the projection optical system PL. The control amounts of the focus position and the tilt angle of the tilt stage 9 are calculated in accordance with the position of the wafer W, and based on the control amounts, Z is determined by the auto-focus method and the auto-leveling method.
The operation of the tilt stage 9 is controlled. An example of the mechanism and the operation for focusing is disclosed in detail in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-283403.

【0030】また、本例のウエハホルダを兼用する試料
台8は、低膨張率の石英、又はガラスセラミックス等か
ら形成され、試料台8の−X方向及び+Y方向の側面は
鏡面加工されて、それぞれX軸用のミラー面8x及びY
軸用のミラー面8yとなっている(図2参照)。ミラー
面8x及び8yはそれぞれX軸及びY軸にほぼ垂直な反
射面であり、互いに直交している。ミラー面8x及び8
yはそれぞれ干渉計用の移動鏡として作用し、本例の試
料台8は、2軸の移動鏡を兼用しているとみなすことが
できる。更に、投影光学系PLの−X方向の側面下部に
ミラー面8xと実質的に平行な反射面を有するX軸の参
照鏡14Xが固定され、その+Y方向の側面下部にミラ
ー面8yと実質的に平行な反射面を有するY軸の参照鏡
14Y(図2参照)が固定されている。
The sample stage 8 also serving as a wafer holder of this embodiment is made of quartz or glass ceramic having a low expansion coefficient, and the side surfaces of the sample stage 8 in the -X direction and + Y direction are mirror-finished. Mirror surface 8x and Y for X axis
The mirror surface 8y is for the shaft (see FIG. 2). The mirror surfaces 8x and 8y are reflecting surfaces substantially perpendicular to the X axis and the Y axis, respectively, and are orthogonal to each other. Mirror surfaces 8x and 8
Each of y acts as a moving mirror for an interferometer, and the sample stage 8 of this example can be regarded as also serving as a biaxial moving mirror. Further, an X-axis reference mirror 14X having a reflecting surface substantially parallel to the mirror surface 8x is fixed to the lower side of the projection optical system PL in the −X direction, and the mirror surface 8y is substantially lower to the lower side in the + Y direction. Is fixed to the Y-axis reference mirror 14Y (see FIG. 2) having a reflecting surface parallel to.

【0031】そして、図1において、X軸の干渉計本体
12Xから射出されたレーザビームが分岐合成光学系1
3XによってそれぞれX軸に平行な計測用のレーザビー
ム(以下、「計測用ビーム」と呼ぶ)LX1、及び参照
用のレーザビーム(以下、「参照ビーム」と呼ぶ)LX
2に分岐され、計測用ビームLX1は試料台8のX軸の
ミラー面8xに入射し、参照用ビームLX2はX軸の参
照鏡14Xに入射する。また、計測用ビームLX1は分
岐合成光学系13Xとミラー面8xとの間を2往復して
干渉計本体12Xに戻り、参照用ビームLX2も分岐合
成光学系13Xと参照鏡14Xとの間を2往復して干渉
計本体12Xに戻る(詳細後述)。即ち、干渉計本体1
2X、分岐合成光学系13X、及び参照鏡14XよりX
軸のダブルパス方式のレーザ干渉計が構成され、干渉計
本体12Xでは、戻って来る計測用ビームLX1及び参
照用ビームLX2の干渉光を光電変換して得た検出信号
を補間及び積算処理することによって、参照鏡14Xを
基準としてミラー面8xのX方向への変位を求め、得ら
れた変位をウエハステージ制御系43に供給する。ウエ
ハステージ制御系43では、その変位に所定のオフセッ
トを加算して試料台8のX座標を求める。
In FIG. 1, the laser beam emitted from the X-axis interferometer body 12X is split into
The measurement laser beam (hereinafter, referred to as “measurement beam”) LX1 and the reference laser beam (hereinafter, referred to as “reference beam”) LX which are respectively parallel to the X axis by 3X
The measurement beam LX1 is incident on the X-axis mirror surface 8x of the sample stage 8, and the reference beam LX2 is incident on the X-axis reference mirror 14X. The measurement beam LX1 reciprocates two times between the branching and combining optical system 13X and the mirror surface 8x and returns to the interferometer body 12X. The reference beam LX2 also travels between the branching and combining optical system 13X and the reference mirror 14X. It reciprocates and returns to the interferometer main body 12X (details will be described later). That is, the interferometer body 1
X from the 2X, the branching / combining optical system 13X, and the reference mirror 14X
An axial double-pass laser interferometer is configured, and the interferometer body 12X interpolates and integrates a detection signal obtained by photoelectrically converting interference light of the returning measurement beam LX1 and reference beam LX2. Then, the displacement of the mirror surface 8x in the X direction is obtained with reference to the reference mirror 14X, and the obtained displacement is supplied to the wafer stage control system 43. The wafer stage control system 43 obtains the X coordinate of the sample table 8 by adding a predetermined offset to the displacement.

【0032】この場合、計測用ビームLX1及び参照用
ビームLX2としては、一例として波長633nmのH
e−Neレーザビームをそれぞれ所定の周波数Δf及び
−Δfで周波数変調した光束が使用され、且つ両ビーム
は一例としてそれぞれ直線偏光で偏光方向が直交してい
る。この方式にて両光束の分割、合成を行うことで、ヘ
テロダイン干渉方式で変位計測がなされる。また、本例
はダブルパス方式であるため、計測用ビームLX1の波
長をλとすると、電気的な補間を行わないときには試料
台8の変位を分解能λ/4で検出できる。これはシング
ルパス方式での分解能(λ/2)の1/2の分解能であ
る。更に、本例では電気的な補間処理を加えて最終的な
分解能を例えばλ/40(≒10nm)〜λ/400
(≒1nm)程度にしている。
In this case, the measurement beam LX1 and the reference beam LX2 are, for example, H of 633 nm.
Light beams obtained by frequency-modulating the e-Ne laser beam at predetermined frequencies Δf and −Δf, respectively, are used, and both beams are linearly polarized, for example, and their polarization directions are orthogonal to each other. By splitting and synthesizing both light beams by this method, displacement measurement is performed by the heterodyne interference method. In addition, since the present example is a double-pass method, if the wavelength of the measurement beam LX1 is λ, the displacement of the sample table 8 can be detected with a resolution λ / 4 when electrical interpolation is not performed. This is 分解 能 of the resolution (λ / 2) in the single-pass system. Further, in this example, an electric interpolation process is added to make the final resolution, for example, from λ / 40 (≒ 10 nm) to λ / 400.
(≒ 1 nm).

【0033】また、本例では、X軸のダブルパス方式の
レーザ干渉計と共に、Y軸のダブルパス方式のレーザ干
渉計も設けられている。図2は、図1の投影露光装置の
ウエハ側のステージのレーザ干渉計システムを示す。但
し、図2では分かり易くするため、一部の光学部材を省
略し、且つ例えばプリズム型のビームスプリッタを平板
状のビームスプリッタで表している。この図2におい
て、Y軸の干渉計本体12Yから射出されたレーザビー
ムが、分岐合成光学系13YによってそれぞれY軸に平
行な計測用ビームLY1、及び参照ビームLY2に分岐
され、計測用ビームLY1は試料台8のY軸のミラー面
8yに入射し、参照用ビームLY2はY軸の参照鏡14
Yに入射する。また、計測用ビームLY1は分岐合成光
学系13Yとミラー面8yとの間を2往復して干渉計本
体12Yに戻り、参照用ビームLY2も分岐合成光学系
13Yと参照鏡14Yとの間を2往復して干渉計本体1
2Yに戻る。干渉計本体12Yでは、戻って来る計測用
ビームLY1及び参照用ビームLY2の干渉光を光電変
換して得た検出信号を補間及び積算処理することによっ
て、参照鏡14Yを基準としてミラー面8yのY方向へ
の変位を求め、得られた変位を図1のウエハステージ制
御系43に供給する。ウエハステージ制御系43では、
その変位に所定のオフセットを加算して試料台8のY座
標を求める。
In this example, a Y-axis double-pass laser interferometer is provided in addition to the X-axis double-pass laser interferometer. FIG. 2 shows a laser interferometer system of a stage on the wafer side of the projection exposure apparatus of FIG. However, in FIG. 2, for the sake of simplicity, some optical members are omitted, and, for example, a prism type beam splitter is represented by a flat beam splitter. In FIG. 2, a laser beam emitted from the Y-axis interferometer main body 12Y is branched into a measurement beam LY1 and a reference beam LY2 parallel to the Y-axis by a branching and combining optical system 13Y, and the measurement beam LY1 is The reference beam LY2 is incident on the Y-axis mirror surface 8y of the sample stage 8, and the Y-axis reference mirror 14
It is incident on Y. Further, the measurement beam LY1 reciprocates two times between the branching and combining optical system 13Y and the mirror surface 8y and returns to the interferometer main body 12Y, and the reference beam LY2 also travels between the branching and combining optical system 13Y and the reference mirror 14Y. Reciprocating interferometer body 1
Return to 2Y. The interferometer body 12Y interpolates and integrates a detection signal obtained by photoelectrically converting the interference light of the returning measurement beam LY1 and reference beam LY2, thereby obtaining the Y of the mirror surface 8y with respect to the reference mirror 14Y. The displacement in the direction is obtained, and the obtained displacement is supplied to the wafer stage control system 43 in FIG. In the wafer stage control system 43,
A Y-coordinate of the sample table 8 is obtained by adding a predetermined offset to the displacement.

【0034】また、図2に示すように、X軸の計測用ビ
ームLX1の光軸(2往復する際の中心線)はX軸に平
行で投影光学系PLの光軸AXを通る直線上にあり、Y
軸の計測用ビームLY1の光軸もY軸に平行で光軸AX
を通る直線上にある。従って、本例では投影光学系PL
の光軸AXの位置、即ち実質的にスリット状の露光領域
の中心(露光中心)の位置がアッベ誤差の無い状態で高
精度に計測できる。
As shown in FIG. 2, the optical axis of the measurement beam LX1 on the X-axis (the center line for two reciprocations) is on a straight line parallel to the X-axis and passing through the optical axis AX of the projection optical system PL. Yes, Y
The optical axis of the axis measurement beam LY1 is also parallel to the Y axis and the optical axis AX
On a straight line passing through. Therefore, in this example, the projection optical system PL
Of the optical axis AX, that is, the position of the center (exposure center) of the substantially slit-shaped exposure region can be measured with high accuracy without Abbe error.

【0035】図1に戻り、ウエハステージ制御系43
は、主制御系7の制御のもとで、干渉計本体12X,1
2Yを介して計測される試料台8のX座標、Y座標に基
づいてXYθステージ10の移動速度や位置決め動作を
制御する。露光時には、先ずXYθステージ10をステ
ッピング駆動することによって、ウエハW上の次に露光
されるショット領域を走査開始位置に設定する。その
後、レチクルステージ2を介してレチクルRを+Y方向
(又は−Y方向)に速度VR で走査するのと同期して、
XYθステージ10を介してウエハWを−Y方向(又は
+Y方向)に速度V W(=β・VR )(ここでβとは投影
光学系PLの投影倍率)で走査することによって、当該
ショット領域にレチクルRのパターン像が走査露光され
る。
Returning to FIG. 1, the wafer stage control system 43
Under the control of the main control system 7, the interferometer main body 12X, 1
Based on the X and Y coordinates of the sample stage 8 measured via 2Y
The movement speed and positioning operation of the XYθ stage 10.
Control. During exposure, the XYθ stage 10 is
The next exposure on the wafer W is performed by the
Is set as the scanning start position. That
Then, reticle R is moved through reticle stage 2 in the + Y direction.
(Or -Y direction)RIn sync with scanning with
The wafer W is moved through the XYθ stage 10 in the −Y direction (or
+ Y direction) W(= Β · VR) (Where β is the projection
By scanning at the projection magnification of the optical system PL),
The pattern image of the reticle R is scanned and exposed in the shot area.
You.

【0036】また、不図示であるが、本例の投影露光装
置にはレチクルRの位置、及びウエハWの位置を計測す
るためのアライメントセンサが備えられ、このアライメ
ントセンサの計測結果に基づいて、レチクルRとウエハ
W上の各ショット領域との位置合わせが行われる。さ
て、上述のように本例では、X方向及びY方向について
それぞれ1軸のダブルパス方式のレーザ干渉計を用い
て、試料台8(ウエハW)のX座標及びY座標が計測さ
れ、この計測結果に基づいて試料台8の位置決め、及び
走査露光が行われている。しかしながら、例えばその走
査露光時に、試料台8でZ軸に平行な軸の周りの回転
(ヨーイング)があると、レチクルRとウエハWとの間
で重ね合わせ誤差が生じることになる。また、本例では
計測用ビームLX1,LY1の高さと、ウエハWの表面
との間にZ方向の間隔があるため、試料台8にX軸に平
行な軸の周りの回転(走査方向へのピッチング)、又は
Y軸に平行な軸の周りの回転(走査方向へのローリン
グ)があると、アッベ誤差によってウエハWの実際の位
置と、干渉計本体12X,12Yを介して計測される座
標との間に位置ずれが生ずる。そこで、本例では常時、
試料台8のヨーイング量、ピッチング量、及びローリン
グ量を計測するようにしている。
Although not shown, the projection exposure apparatus of this embodiment is provided with an alignment sensor for measuring the position of the reticle R and the position of the wafer W. Based on the measurement result of the alignment sensor, The alignment between the reticle R and each shot area on the wafer W is performed. As described above, in this example, the X coordinate and the Y coordinate of the sample table 8 (wafer W) are measured using a single-axis double-pass laser interferometer in each of the X direction and the Y direction. The positioning of the sample table 8 and the scanning exposure are performed based on the above. However, for example, when the sample stage 8 rotates (yaws) about an axis parallel to the Z axis during the scanning exposure, an overlay error occurs between the reticle R and the wafer W. In this example, since there is a space in the Z direction between the height of the measurement beams LX1 and LY1 and the surface of the wafer W, the sample table 8 is rotated around an axis parallel to the X axis (in the scanning direction). Pitching) or rotation around an axis parallel to the Y axis (rolling in the scanning direction) causes the actual position of the wafer W due to Abbe error and the coordinates measured via the interferometer bodies 12X and 12Y. Is generated. Therefore, in this example,
The yawing amount, the pitching amount, and the rolling amount of the sample table 8 are measured.

【0037】以下では、試料台8のX軸、Y軸、及びZ
軸に平行な軸の周りの回転角を計測するための機構につ
き詳細に説明する。本例では、変位計測用のダブルパス
方式のレーザ干渉計の計測用ビームLX1,LY1を用
いて回転角の計測も行うため、そのレーザ干渉計の構成
を含めて図2〜図6を参照して詳細に説明する。図2に
おいて、X軸の干渉計本体12Xから射出されたレーザ
ビームは、分岐合成光学系13Xにおいて偏光ビームス
プリッタ17Xに入射し、偏光ビームスプリッタ17X
で反射されるS偏光の参照用ビームLX2と、その偏光
ビームスプリッタ17Xを透過してX軸に平行に進むP
偏光の計測用ビームLX1とに分岐される。後者の計測
用ビームLX1はダブルパスユニット18Xに入射す
る。
In the following, the X axis, the Y axis, and the Z
A mechanism for measuring a rotation angle about an axis parallel to the axis will be described in detail. In this example, since the rotation angle is also measured using the measurement beams LX1 and LY1 of the double-pass type laser interferometer for displacement measurement, the configuration of the laser interferometer is also referred to with reference to FIGS. This will be described in detail. In FIG. 2, a laser beam emitted from the X-axis interferometer main body 12X is incident on a polarization beam splitter 17X in a splitting / combining optical system 13X, and the polarization beam splitter 17X.
The reference beam LX2 of the S-polarized light reflected by the P beam and the P beam transmitted through the polarization beam splitter 17X and traveling parallel to the X axis
It is split into a polarization measurement beam LX1. The latter measurement beam LX1 enters the double pass unit 18X.

【0038】図3(a)は図2の分岐合成光学系13X
を+Y方向に見た正面図、図3(b)は図3(a)のダ
ブルパスユニット18Xの平面図であり、図3(b)に
示すように、ダブルパスユニット18Xは、偏光ビーム
スプリッタ26、この射出面に被着された1/4波長板
27、及び偏光ビームスプリッタ26の側面に被着され
たコーナキューブ28より構成されている。ダブルパス
ユニット18Xに入射した計測用ビームLX1は、一度
偏光ビームスプリッタ26及び1/4波長板27を透過
して、円偏光状態で試料台8のミラー面8xで反射され
る。反射された計測用ビームLX1は、1/4波長板2
7を経てS偏光となり偏光ビームスプリッタ26で反射
された後、コーナキューブ28で反射されて再び偏光ビ
ームスプリッタ26で反射され、1/4波長板27を経
て円偏光状態で再びミラー面8xで反射される。反射さ
れた計測用ビームLX1は、1/4波長板27を介して
P偏光となって偏光ビームスプリッタ26を透過して反
射率の小さいビームスプリッタ19Xに入射する。
FIG. 3A shows the branching / combining optical system 13X shown in FIG.
FIG. 3B is a plan view of the double-pass unit 18X of FIG. 3A. As shown in FIG. 3B, the double-pass unit 18X includes a polarization beam splitter 26, It comprises a quarter-wave plate 27 attached to the exit surface, and a corner cube 28 attached to the side of the polarizing beam splitter 26. The measurement beam LX1 that has entered the double-pass unit 18X once passes through the polarizing beam splitter 26 and the quarter-wave plate 27, and is reflected on the mirror surface 8x of the sample stage 8 in a circularly polarized state. The reflected measurement beam LX1 is a 波長 wavelength plate 2
7, the light is converted into S-polarized light, reflected by the polarizing beam splitter 26, reflected by the corner cube 28, reflected again by the polarizing beam splitter 26, and reflected again by the mirror surface 8x in a circularly polarized state through the quarter-wave plate 27. Is done. The reflected measurement beam LX1 becomes P-polarized light via the quarter-wave plate 27, passes through the polarization beam splitter 26, and enters the beam splitter 19X having a small reflectance.

【0039】図3(a)に示すように、ビームスプリッ
タ19Xで反射された計測用ビームLX1はステージ回
転角検出系15Xに入射し、ビームスプリッタ19Xを
透過した計測用ビームLX1は、傾斜角可変の平行平板
ガラス20Xを経た後、偏光ビームスプリッタ17Xを
透過して干渉計本体12Xに戻る。平行平板ガラス20
Xは、駆動装置23Xによって直交する2軸の周りに所
望の角度だけ傾斜できるように構成され、駆動装置23
Xの動作は図1のウエハステージ制御系43によって制
御されている。平行平板ガラス20Xの傾斜角は、計測
用ビームLX1と参照用ビームLX2との重なり量が最
大になるように制御される。
As shown in FIG. 3A, the measurement beam LX1 reflected by the beam splitter 19X is incident on the stage rotation angle detection system 15X, and the measurement beam LX1 transmitted through the beam splitter 19X is changed in tilt angle. After passing through the parallel plate glass 20X, the light passes through the polarizing beam splitter 17X and returns to the interferometer body 12X. Parallel flat glass 20
X is configured so that it can be tilted by a desired angle around two orthogonal axes by a driving device 23X.
The operation of X is controlled by the wafer stage control system 43 of FIG. The inclination angle of the parallel plate glass 20X is controlled so that the amount of overlap between the measurement beam LX1 and the reference beam LX2 is maximized.

【0040】図2に戻り、偏光ビームスプリッタ17X
で反射された参照用ビームLX2は、ミラー(実際には
反射プリズム)21XでX軸に平行な方向に反射された
後、不図示の偏光方向を90°回転するための1/2波
長板を介してP偏光となってダブルパスユニット22X
に入射する。このダブルパスユニット22Xは、図3
(b)のダブルパスユニット18Xと同じ構成であり、
参照用ビームLX2はダブルパスユニット22Xと参照
鏡14Xとの間を2往復した後、ダブルパスユニット2
2Xを通過する。分かり易くするため、図2では省略さ
れているが、実際には図3(a)に示すように、ダブル
パスユニット22Xの−X方向側の射出面には反射率の
小さいビームスプリッタ24Xが配置され、ビームスプ
リッタ24Xで反射された参照用ビームLX2は参照回
転角検出系16Xに入射し、ビームスプリッタ24Xを
透過した参照用ビームLX2は、不図示の1/2波長板
を経てS偏光となってミラー21Xで反射された後、偏
光ビームスプリッタ17Xで反射されて干渉計本体12
Xに戻る。
Returning to FIG. 2, the polarization beam splitter 17X
Is reflected by a mirror (actually a reflecting prism) 21X in a direction parallel to the X-axis, and then passes through a half-wave plate for rotating a polarization direction (not shown) by 90 °. Becomes P-polarized light through the double-pass unit 22X
Incident on. This double-pass unit 22X is configured as shown in FIG.
It has the same configuration as the double-pass unit 18X of (b),
After the reference beam LX2 makes two reciprocations between the double-pass unit 22X and the reference mirror 14X, the double-pass unit 2X
Pass through 2X. Although not shown in FIG. 2 for simplicity, in practice, as shown in FIG. 3A, a beam splitter 24X having a small reflectance is arranged on the exit surface on the −X direction side of the double pass unit 22X. The reference beam LX2 reflected by the beam splitter 24X is incident on the reference rotation angle detection system 16X, and the reference beam LX2 transmitted through the beam splitter 24X is converted into S-polarized light via a half-wave plate (not shown). After being reflected by the mirror 21X, it is reflected by the polarization beam splitter 17X,
Return to X.

【0041】この場合、図2において、試料台8が例え
ばZ軸に平行な軸(例えば光軸AX)の周りに角度(ヨ
ーイング量)θZだけ回転すると、ミラー面8xで最初
に反射される計測用ビームLX1は、Y方向に傾斜して
反射される。ところが、この傾斜角(振れ角)はダブル
パスユニット18Xとの間を2往復することによって横
シフト量に変換される。
In this case, in FIG. 2, when the sample stage 8 is rotated by an angle (yaw amount) θZ around, for example, an axis parallel to the Z axis (for example, the optical axis AX), the measurement first reflected on the mirror surface 8x The use beam LX1 is reflected while being inclined in the Y direction. However, the tilt angle (shake angle) is converted into a lateral shift amount by making two reciprocations with the double pass unit 18X.

【0042】図4は、ダブルパスユニット18Xにおい
て、ミラー面8xの回転角が計測用ビームLX1の横シ
フトを生ずることの説明図であり、この図4において、
計測用ビームLX1の光軸とダブルパスユニット18X
内の偏光ビームスプリッタ26の反射面との交点から、
ミラー面8xまでの距離をL1、コーナキューブ28の
頂点までの距離をL2とする。距離L1は試料台8のX
座標の関数であるため、以下では距離L1をL1(X)
とする。また、ミラー面8xが回転していない状態で
は、計測用ビームLX1は実線の光路に沿ってダブルパ
スユニット18Xとミラー面8xとの間を2往復するも
のとして、ミラー面8xがZ軸に平行な軸の周りに角度
θ(rad)だけ回転すると、1回目に反射される計測
用ビームLX1の方向は、点線の光路Q3で示すように
角度θだけ傾斜する。ところが、コーナキューブ28で
は、入射光束と射出光束とが平行であるため、このよう
に傾斜した計測用ビームLX1は、ダブルパスユニット
18Xからミラー面8xに反射される際に同じ角度だけ
傾斜している。従って、ミラー面8xから2回目に反射
される計測用ビームLX1の方向は、点線の光路P3で
示すように入射時と平行であり、且つミラー面8xが回
転していない場合と比べてY方向にΔYだけ横シフトし
ている。計測用ビームLX1は、ダブルパスユニット1
8Xとミラー面8xとの間を2往復するため、横シフト
量ΔYは近似的に次のようになる。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing that the rotation angle of the mirror surface 8x causes a lateral shift of the measurement beam LX1 in the double pass unit 18X.
Optical axis of measurement beam LX1 and double pass unit 18X
From the intersection with the reflection surface of the polarizing beam splitter 26 in
The distance to the mirror surface 8x is L1, and the distance to the vertex of the corner cube 28 is L2. The distance L1 is the X of the sample table 8.
In the following, the distance L1 is represented by L1 (X)
And When the mirror surface 8x is not rotating, the measurement beam LX1 is assumed to make two reciprocations between the double pass unit 18X and the mirror surface 8x along the optical path of the solid line, and the mirror surface 8x is parallel to the Z axis. When rotated around the axis by an angle θ (rad), the direction of the measurement beam LX1 reflected for the first time is inclined by the angle θ as shown by the dotted optical path Q3. However, in the corner cube 28, since the incident light beam and the outgoing light beam are parallel, the measuring beam LX1 thus inclined is inclined by the same angle when reflected from the double pass unit 18X to the mirror surface 8x. . Therefore, the direction of the measurement beam LX1 reflected from the mirror surface 8x for the second time is parallel to that at the time of incidence as shown by the dotted optical path P3, and is in the Y direction as compared with the case where the mirror surface 8x is not rotating. Are shifted laterally by ΔY. The measurement beam LX1 is a double-pass unit 1
Since there are two reciprocations between 8X and the mirror surface 8x, the lateral shift amount ΔY is approximately as follows.

【0043】 ΔY=4(L1(X)+L2)θ (3) 同様に、ミラー面8xがY軸に平行な軸の周りに角度
(Y方向へのローリング量)θだけ回転している際に
も、ダブルパスユニット18Xとミラー面8xとの間を
2往復して戻される計測用ビームLX1は、Z方向に
(3)式と同じ量だけ横シフトする。
ΔY = 4 (L1 (X) + L2) θ (3) Similarly, when the mirror surface 8x is rotated by an angle θ (the amount of rolling in the Y direction) about an axis parallel to the Y axis. Also, the measurement beam LX1 returned two times back and forth between the double-pass unit 18X and the mirror surface 8x is laterally shifted in the Z direction by the same amount as in the expression (3).

【0044】図2に戻り、ミラー面8xにヨーイング量
θZが発生して、ミラー面8xで反射される計測用ビー
ムLX1が光路Q3で示すようにY方向に傾斜すると、
上述のように、ダブルパスユニット18Xを通過した
後、ビームスプリッタ19Xで反射されてステージ回転
角検出系15Xに入射する計測用ビームLX1の位置
は、光路P3で示すようにY方向に横シフトする。同様
に、ミラー面8xにローリング量θYが発生して、ミラ
ー面8xで反射される計測用ビームLX1が光路Q2で
示すようにZ方向に傾斜すると、ダブルパスユニット1
8Xを通過してビームスプリッタ19Xで反射されてス
テージ回転角検出系15Xに入射する計測用ビームLX
1の位置は、光路P2で示すようにX方向に横シフトす
る。
Returning to FIG. 2, when a yawing amount θZ is generated on the mirror surface 8x and the measuring beam LX1 reflected on the mirror surface 8x is inclined in the Y direction as shown by the optical path Q3,
As described above, after passing through the double pass unit 18X, the position of the measurement beam LX1 reflected by the beam splitter 19X and incident on the stage rotation angle detection system 15X shifts in the Y direction as indicated by the optical path P3. Similarly, when a rolling amount θY is generated on the mirror surface 8x and the measurement beam LX1 reflected on the mirror surface 8x is inclined in the Z direction as shown by the optical path Q2, the double-pass unit 1
Measurement beam LX that passes through 8X, is reflected by beam splitter 19X, and enters stage rotation angle detection system 15X
The position of 1 is shifted laterally in the X direction as indicated by the optical path P2.

【0045】但し、レーザ光源の揺らぎ等に起因して、
干渉計本体12Xから射出されるレーザビーム自体の横
シフト及び傾きが発生しても、ステージ回転角検出系1
5Xに入射する計測用ビームLX1の位置が横シフトす
る。そこで、レーザビーム自体の横シフト及び傾きに起
因する横シフトの補正を行うために、ステージ回転角検
出系15Xでは、入射する計測用ビームLX1の初期位
置に対するX方向への横シフト量ΔX1、及びY方向へ
の横シフト量ΔY1の他に、その計測用ビームLX1の
初期の傾斜角(振れ角)に対するX方向への傾斜角Δφ
X1(rad、以下同様)、及びY方向への傾斜角Δφ
Y1を計測し、計測結果を図1のウエハステージ制御系
43に供給する。ステージ回転角検出系15Xの構成に
ついては後述する。
However, due to the fluctuation of the laser light source,
Even if a horizontal shift and a tilt of the laser beam itself emitted from the interferometer body 12X occur, the stage rotation angle detection system 1
The position of the measurement beam LX1 incident on 5X is shifted laterally. Therefore, in order to correct the lateral shift caused by the lateral shift and the inclination of the laser beam itself, the stage rotation angle detection system 15X uses the lateral shift amount ΔX1 in the X direction with respect to the initial position of the incident measurement beam LX1; In addition to the lateral shift amount ΔY1 in the Y direction, the inclination angle Δφ in the X direction with respect to the initial inclination angle (deflection angle) of the measurement beam LX1.
X1 (rad, the same applies hereinafter), and the inclination angle Δφ in the Y direction
Y1 is measured, and the measurement result is supplied to the wafer stage control system 43 in FIG. The configuration of the stage rotation angle detection system 15X will be described later.

【0046】更に、図2において、ステージ回転角検出
系15Xによって計測される計測用ビームLX1の見か
け上の横シフト量ΔX1,ΔY1から、レーザビーム自
体の角度変化や横ずれに起因する横シフト量を分離する
ために、図3(a)に示すように、参照回転角検出系1
6Xにおいて参照用ビームLX2の2次元的な横シフト
量ΔX2,ΔY2、及び2次元的な傾斜角ΔφX2,Δ
φY2を計測し、計測結果を図1のウエハステージ制御
系43に供給する。ウエハステージ制御系43では、一
例として次のように、レーザビームの傾斜の影響を除去
した後の参照用ビームLX2の正確な横シフト量Δ
R ,ΔYR を求める。即ち、干渉計本体12X内のレ
ーザビームの射出点から参照回転角検出系16X内での
横シフト量の検出面までの距離をL0 とすると、ほぼ次
のようになる。
Further, in FIG. 2, from the apparent lateral shift amounts .DELTA.X1 and .DELTA.Y1 of the measuring beam LX1 measured by the stage rotation angle detecting system 15X, the lateral shift amount caused by the angle change or lateral displacement of the laser beam itself is obtained. In order to separate the reference rotation angle detection system 1 as shown in FIG.
6X, the two-dimensional lateral shift amounts ΔX2, ΔY2 of the reference beam LX2 and the two-dimensional inclination angles ΔφX2, Δ
φY2 is measured, and the measurement result is supplied to the wafer stage control system 43 in FIG. In the wafer stage control system 43, as an example, as described below, the accurate lateral shift amount Δ of the reference beam LX2 after removing the influence of the inclination of the laser beam.
X R and ΔY R are obtained. That is, when the distance to the detection surface of the lateral shift amount in interferometer laser beam reference rotation angle within the detection system 16X from the injection point in the 12X and L 0, becomes similar to the following.

【0047】 ΔXR =ΔX2−L0・ΔφX2 (4A) ΔYR =ΔY2−L0・ΔφY2 (4B) 次に、ウエハステージ制御系43は、計測用ビームLX
1の見かけ上の横シフト量ΔX1,ΔY1から、参照用
ビームLX2の正確な横シフト量ΔXR ,ΔY R 、及び
計測用ビームLX1の傾きに起因する横シフト量を差し
引いて、ミラー面8xの回転角のみに起因する横シフト
量ΔXM ,ΔYM を求める。この際に、干渉計本体12
X内のレーザビームの射出点からステージ回転角検出系
15X内での横シフト量の検出面までの距離を、試料台
8のX座標の関数L(X)で表すと、計測用ビームLX
1の傾斜角ΔφX1,ΔφY1に起因するX方向、Y方
向への横シフト量はそれぞれほぼL(X)・ΔφX1、
及びL(X)・ΔφY1となる。従って、ウエハステー
ジ制御系43は、計測用ビームLX1のミラー面8xの
回転角のみに起因する横シフト量ΔXM ,ΔYM をそれ
ぞれ次式より算出する。
ΔXR= ΔX2-L0・ ΔφX2 (4A) ΔYR= ΔY2-L0.DELTA..phi.Y2 (4B) Next, the wafer stage control system 43 outputs the measurement beam LX.
From the apparent lateral shift amounts ΔX1 and ΔY1 of No. 1 for reference
Accurate lateral shift amount ΔX of beam LX2R, ΔY R,as well as
The amount of lateral shift caused by the inclination of measurement beam LX1 is
Pull, lateral shift caused only by the rotation angle of mirror surface 8x
Quantity ΔXM, ΔYMAsk for. At this time, the interferometer body 12
Stage rotation angle detection system from laser beam emission point in X
The distance to the detection plane of the lateral shift amount within 15X is
When expressed as a function L (X) of the X coordinate of 8, the measurement beam LX
X direction, Y direction caused by the inclination angles ΔφX1, ΔφY1 of 1
The lateral shift amount in the direction is approximately L (X) · ΔφX1,
And L (X) · ΔφY1. Therefore, the wafer stay
The control system 43 controls the mirror surface 8x of the measurement beam LX1.
Lateral shift amount ΔX caused only by rotation angleM, ΔYMIt
Each is calculated by the following equation.

【0048】 ΔXM =ΔX1−ΔXR −L(X)・ΔφX1 (5A) ΔYM =ΔY1−ΔYR −L(X)・ΔφY1 (5B) なお、ステージ回転角検出系15Xで検出される計測用
ビームLX1の傾斜角ΔφX1,ΔφY1は、それぞれ
原理上は参照回転角検出系16Xで検出される参照用ビ
ームLX2の傾斜角ΔφX2,ΔφY2と等しいため、
(5A)式、(5B)式における傾斜角ΔφX1,Δφ
Y1を傾斜角ΔφX2,ΔφY2で置き換えてもよい。
この場合には、ステージ回転角検出系15Xには、計測
用ビームLX1の振れ角を検出する機能を持たせる必要
がない。また、両方に参照回転角検出系を設け、その検
出結果の差を求めることでミラー面8xと8yとの直交
度変化を調べることができる。
The measurement detected by ΔX M = ΔX1-ΔX R -L (X) · ΔφX1 (5A) ΔY M = ΔY1-ΔY R -L (X) · ΔφY1 (5B) In addition, the stage rotation angle detecting system 15X Since the inclination angles ΔφX1 and ΔφY1 of the reference beam LX1 are in principle equal to the inclination angles ΔφX2 and ΔφY2 of the reference beam LX2 detected by the reference rotation angle detection system 16X, respectively.
The inclination angles ΔφX1 and Δφ in the equations (5A) and (5B)
Y1 may be replaced with the inclination angles ΔφX2, ΔφY2.
In this case, the stage rotation angle detection system 15X does not need to have a function of detecting the deflection angle of the measurement beam LX1. In addition, a reference rotation angle detection system is provided for both, and the difference between the detection results is obtained, so that the change in orthogonality between the mirror surfaces 8x and 8y can be examined.

【0049】また、図4に示すように、計測用ビームL
X1の光軸からコーナキューブ28の頂点までの距離L
2は予め求めて記憶され、その光軸と偏光ビームスプリ
ッタ26の反射面との交点からミラー面8xまでの距離
L1は、干渉計本体12Xで計測される試料台8のX座
標、及び所定のオフセットの和として求めることができ
る。これらより、ウエハステージ制御系43は、(3)
式の横シフト量ΔYに(5A)式の横シフト量ΔXM
代入することによって、ローリング量θYを算出すると
共に、(3)式の横シフト量ΔYに(5B)式の横シフ
ト量ΔYM を代入することによって、ヨーイング量θZ
を算出する。
Also, as shown in FIG.
Distance L from the optical axis of X1 to the vertex of corner cube 28
2 is obtained and stored in advance, and the distance L1 from the intersection of the optical axis and the reflection surface of the polarization beam splitter 26 to the mirror surface 8x is determined by the X coordinate of the sample table 8 measured by the interferometer body 12X and the predetermined value. It can be obtained as the sum of the offsets. From these, the wafer stage control system 43 satisfies (3)
The rolling amount θY is calculated by substituting the lateral shift amount ΔX M of the expression (5A) into the lateral shift amount ΔY of the expression, and the lateral shift amount ΔY of the expression (5B) is substituted for the lateral shift amount ΔY of the expression (3). By substituting M , the yawing amount θZ
Is calculated.

【0050】また、図2に示すように、Y軸の分岐合成
光学系13Yにおいても、X軸の分岐合成光学系13X
と対称に、干渉計本体12Yから射出されたレーザビー
ムが偏光ビームスプリッタ17YでY軸に平行に進む計
測用ビームLY1と、参照用ビームLY2とに分岐さ
れ、計測用ビームLY1は、ダブルパスユニット18Y
と試料台8のY軸のミラー面8yとの間を2往復した
後、ビームスプリッタ19Y、傾斜角可変の平行平板ガ
ラス20Y及び偏光ビームスプリッタ17Yを経て干渉
計本体12Yに戻る。また、ビームスプリッタ19Yで
反射された計測用ビームLY1がY軸のステージ回転角
検出系15Yに入射し、ここで横シフト量、及び傾斜角
(振れ角)が検出される。一方、参照用ビームLY2
は、ミラー21Yで反射されて、ダブルパスユニット2
2YとY軸の参照鏡14Yとの間を2往復した後、ミラ
ー21Y及び偏光ビームスプリッタ17Yを経て干渉計
本体12Yに戻る。この場合にも、不図示であるが、ダ
ブルパスユニット22Yとミラー21Yとの間にビーム
スプリッタが配置され、このビームスプリッタで反射さ
れた参照用ビームLY2が図3(a)の参照回転角検出
系16Xと同じ構成のY軸の参照回転角検出系に入射
し、ここでも横シフト量及び傾斜角が検出される。
As shown in FIG. 2, the Y-axis branching and combining optical system 13Y also has an X-axis branching and combining optical system 13X.
Symmetrically, the laser beam emitted from the interferometer body 12Y is branched by the polarization beam splitter 17Y into a measurement beam LY1 and a reference beam LY2 which travel in parallel with the Y axis, and the measurement beam LY1 is divided into a double-pass unit 18Y.
After two reciprocations between the sample table 8 and the Y-axis mirror surface 8y, the beam returns to the interferometer body 12Y via the beam splitter 19Y, the parallel flat glass 20Y having a variable inclination angle, and the polarization beam splitter 17Y. The measurement beam LY1 reflected by the beam splitter 19Y is incident on the Y-axis stage rotation angle detection system 15Y, where the lateral shift amount and the tilt angle (shake angle) are detected. On the other hand, the reference beam LY2
Is reflected by the mirror 21Y to form the double-pass unit 2
After two reciprocations between 2Y and the Y-axis reference mirror 14Y, the light returns to the interferometer main body 12Y via the mirror 21Y and the polarization beam splitter 17Y. In this case as well, although not shown, a beam splitter is disposed between the double-pass unit 22Y and the mirror 21Y, and the reference beam LY2 reflected by the beam splitter is used as a reference rotation angle detection system in FIG. The incident light enters the Y-axis reference rotation angle detection system having the same configuration as that of 16X, and the lateral shift amount and the inclination angle are also detected here.

【0051】このとき、図2において、試料台8がY方
向へのピッチングを起こして、X軸に平行な軸の周りに
角度(ピッチング量)θXだけ回転すると、ミラー面8
yで1回目に反射される計測用ビームLY1は、点線の
光路Q5で示すようにZ方向に傾斜する。そして、ダブ
ルパスユニット18Yを経てステージ回転角検出系15
Yに入射する計測用ビームLY1の位置は、光路P5で
示すようにY方向に横シフトする。この場合にも、レー
ザビーム自体の横シフト及び傾斜の影響を除いた計測用
ビームLY1の横シフト量は、(3)式と同様に、ミラ
ー面8yのY座標、及びピッチング量θXを用いて表さ
れるため、ウエハステージ制御系43はその横シフト量
からピッチング量θXを算出する。
At this time, in FIG. 2, when the sample table 8 is pitched in the Y direction and rotated by an angle (pitching amount) θX about an axis parallel to the X axis, the mirror surface 8 is rotated.
The measurement beam LY1 reflected for the first time at y is inclined in the Z direction as shown by the dotted optical path Q5. Then, the stage rotation angle detection system 15 passes through the double pass unit 18Y.
The position of the measurement beam LY1 incident on Y shifts laterally in the Y direction as indicated by the optical path P5. Also in this case, the lateral shift amount of the measurement beam LY1 excluding the influence of the lateral shift and the tilt of the laser beam itself is calculated using the Y coordinate of the mirror surface 8y and the pitching amount θX, as in the equation (3). Therefore, the wafer stage control system 43 calculates the pitching amount θX from the lateral shift amount.

【0052】また、試料台8がZ軸に平行な軸の周りに
角度(ヨーイング量)θZだけ回転した場合には、Y軸
のステージ回転角検出系15Yでも計測用ビームLY1
がX方向に横シフトを起こすため、Y軸のステージ回転
角検出系15Yで検出される計測用ビームLY1のX方
向への横シフト量に基づいて、ウエハステージ制御系4
3はそのヨーイング量θZを計算する。通常は、X軸の
ステージ回転角検出系15Xでの計測用ビームLX1の
横シフト量に基づいて計算されるヨーイング量θZが使
用されるが、例えば試料台8をY方向に移動することに
よって、X軸のミラー面8xの曲がり量を計測するよう
な場合には、Y軸のステージ回転角検出系15Yでの計
測用ビームLY1の横シフト量に基づいて計算されるヨ
ーイング量θZが使用される。
When the sample stage 8 is rotated by an angle (yaw amount) θZ about an axis parallel to the Z-axis, the measurement beam LY1 is also used by the Y-axis stage rotation angle detection system 15Y.
Causes a lateral shift in the X direction, the wafer stage control system 4 based on the lateral shift amount of the measurement beam LY1 in the X direction detected by the Y-axis stage rotation angle detection system 15Y.
3 calculates the yawing amount θZ. Normally, the yawing amount θZ calculated based on the lateral shift amount of the measurement beam LX1 in the X-axis stage rotation angle detection system 15X is used. For example, by moving the sample table 8 in the Y direction, In the case of measuring the amount of bending of the X-axis mirror surface 8x, the yawing amount θZ calculated based on the amount of lateral shift of the measurement beam LY1 in the Y-axis stage rotation angle detection system 15Y is used. .

【0053】なお、X軸の干渉計本体12X、及びY軸
の干渉計本体12Yで、共通のレーザ光源からのレーザ
ビームを使用するようにしてもよい。この場合には、2
つの干渉計本体12X,12Yから射出されるレーザビ
ーム自体の横シフト量、及び傾斜角は共通であるため、
例えばY軸の分岐合成光学系13Yに参照用ビームLY
2の横シフト量、及び傾斜角を検出するための参照回転
角検出系を設ける必要はなく、光学系の構成が簡素化さ
れる。
The X-axis interferometer body 12X and the Y-axis interferometer body 12Y may use a laser beam from a common laser light source. In this case, 2
Since the lateral shift amounts and the inclination angles of the laser beams themselves emitted from the two interferometer bodies 12X and 12Y are common,
For example, the reference beam LY is applied to the Y-axis branching and combining optical system 13Y.
It is not necessary to provide a reference rotation angle detection system for detecting the lateral shift amount and the inclination angle of 2, and the configuration of the optical system is simplified.

【0054】上述のように、本例ではステージ回転角検
出系15X,15Y及び参照回転角検出系16Xにおい
て、入射する光ビームの2次元的な横シフト量及び傾斜
角が検出されている。光ビームの横シフト量を検出する
ための簡便な方法としては、例えば受光面が4個に分割
された4分割受光素子、又は入射する光束の光量分布の
2次元的な重心位置を検出できる光電検出器、又はCC
Dよりなる撮像素子等を用いる方法がある。同様に、光
ビームの傾斜角を検出するためには、レンズ系の光学的
フーリエ変換面(瞳面)において、そのような4分割受
光素子、光電検出器、又はCCDよりなる撮像素子等を
用いて光ビームの横シフト量を計測すればよい。但し、
本例ではより高精度に光ビームの横シフト量、及び傾斜
角を検出するため、以下のように2光束レーザ干渉方式
を用いる。代表的に、X軸のステージ回転角検出系15
Xの構成につき図5を参照して説明する。
As described above, in this embodiment, the two-dimensional lateral shift amount and the inclination angle of the incident light beam are detected by the stage rotation angle detection systems 15X and 15Y and the reference rotation angle detection system 16X. As a simple method for detecting the lateral shift amount of the light beam, for example, a four-division light receiving element in which the light receiving surface is divided into four, or a photoelectric element capable of detecting the two-dimensional center of gravity of the light quantity distribution of the incident light beam is used. Detector or CC
There is a method using an image pickup device made of D or the like. Similarly, in order to detect the tilt angle of the light beam, such a four-division light receiving element, a photoelectric detector, or an imaging element such as a CCD is used on the optical Fourier transform plane (pupil plane) of the lens system. Then, the lateral shift amount of the light beam may be measured. However,
In this example, in order to detect the lateral shift amount and the tilt angle of the light beam with higher accuracy, the two-beam laser interference method is used as follows. Typically, the X-axis stage rotation angle detection system 15
The configuration of X will be described with reference to FIG.

【0055】図5は、ステージ回転角検出系15Xの構
成を示し、この図5において、入射した直線偏光の計測
用ビームLX1は、ハーフミラー29Aによって2分割
されて、一方の光束は第1の横シフト傾斜角検出系30
Aに入射し、他方の光束は、第2の横シフト傾斜角検出
系30Bに入射する。後者の横シフト傾斜角検出系30
Bは、前者の横シフト傾斜角検出系30Aを90°回転
したものである。横シフト傾斜角検出系30A内におい
て、入射した光束は、1/4波長板31Aにより円偏光
となり、ハーフミラー29Bにより2つの光束に分割さ
れる。
FIG. 5 shows the configuration of the stage rotation angle detection system 15X. In FIG. 5, the incident linearly polarized measurement beam LX1 is split into two by the half mirror 29A, and one of the light beams is the first beam. Lateral shift tilt angle detection system 30
A, and the other light beam enters the second lateral shift tilt angle detection system 30B. The latter lateral shift inclination angle detection system 30
B is obtained by rotating the former lateral shift inclination angle detection system 30A by 90 °. In the horizontal shift tilt angle detection system 30A, the incident light beam becomes circularly polarized light by the 波長 wavelength plate 31A, and is split into two light beams by the half mirror 29B.

【0056】ハーフミラー29Bを透過した光束(これ
も「計測用ビームLX1」と呼ぶ)は、複屈折プリズム
40によってほぼ対称に広がるようにP偏光の第1光束
b1、及びS偏光の第2光束b2に分割される。第1光
束b1、及び第2光束b2は、1/4波長板31Bにて
円偏光に戻された後、第1リレーレンズ41Aを経て互
いに平行な光束となる。そして、第1光束b1は、音響
光学素子33Bに入射して所定の周波数Fで周波数変調
され、第2光束b2、及び周波数変調された第1光束b
1は、第2リレーレンズ41Bを介して所定ピッチの回
折格子35B上に、所定の交差角で集光される。周波数
変調によって、回折格子35B上にはピッチ方向に流れ
る干渉縞が形成される。本例では、回折格子35Bのピ
ッチはその干渉縞のピッチの2倍になるように設定して
ある。なお、ビート周波数を下げるために、第1光束b
1及び第2光束b2を互いに駆動周波数が所定量だけ異
なる音響光学素子で周波数変調してもよい。
The light beam transmitted through the half mirror 29B (also referred to as the “measurement beam LX1”) is spread by the birefringent prism 40 almost symmetrically so that the first light beam b1 of P polarization and the second light beam of S polarization are spread. b2. The first light beam b1 and the second light beam b2 are returned to circularly polarized light by the 1 / wavelength plate 31B, and then become light beams parallel to each other via the first relay lens 41A. Then, the first light beam b1 is incident on the acousto-optic element 33B and is frequency-modulated at a predetermined frequency F, the second light beam b2, and the frequency-modulated first light beam b
1 is condensed via a second relay lens 41B onto a diffraction grating 35B having a predetermined pitch at a predetermined intersection angle. Due to the frequency modulation, interference fringes flowing in the pitch direction are formed on the diffraction grating 35B. In this example, the pitch of the diffraction grating 35B is set to be twice the pitch of the interference fringes. Note that, in order to lower the beat frequency, the first light flux b
The first and second luminous fluxes b2 may be frequency-modulated by acousto-optic devices whose driving frequencies are different from each other by a predetermined amount.

【0057】この結果、回折格子35Bによる第1光束
b1の+1次回折光、及び第2光束b2の−1次回折光
が、平行に干渉光b3として回折格子35Bから射出さ
れる。干渉光b3は、周波数Fで強度が変化するビート
光であり、回折格子35Bからはそれ以外の0次光等も
射出される。これらの回折光は、集光レンズ36Bを経
て瞳フィルタ37Bに入射し、±1次回折光よりなる干
渉光b3のみが瞳フィルタ37Bの開口を通過して光電
検出器38Bで受光され、光電検出器38Bで干渉光b
3を光電変換して得られる周波数Fのビート信号が信号
処理系39に供給される。信号処理系39内には音響光
学素子33Bの駆動回路も組み込まれており、信号処理
系39は、例えばその駆動回路の周波数Fの駆動信号
と、光電検出器38Bから供給される周波数Fのビート
信号との位相差REF1(rad)を求める。
As a result, the + 1st-order diffracted light of the first light beam b1 and the -1st-order diffracted light of the second light beam b2 by the diffraction grating 35B are emitted from the diffraction grating 35B in parallel as interference light b3. The interference light b3 is beat light whose intensity changes at the frequency F, and other zero-order light and the like are also emitted from the diffraction grating 35B. These diffracted lights enter the pupil filter 37B via the condenser lens 36B, and only the interference light b3 composed of the ± 1st-order diffracted light passes through the aperture of the pupil filter 37B and is received by the photoelectric detector 38B. Interference light b at 38B
A beat signal of frequency F obtained by photoelectrically converting 3 is supplied to a signal processing system 39. The signal processing system 39 also incorporates a drive circuit for the acousto-optic device 33B. The signal processing system 39 includes, for example, a drive signal having a frequency F of the drive circuit and a beat signal having a frequency F supplied from the photoelectric detector 38B. A phase difference REF1 (rad) from the signal is obtained.

【0058】この場合、複屈折プリズム40内の計測用
ビームLX1の入射位置と、回折格子35B上の2光束
b1,b2の集光位置とは、リレーレンズ41A,41
Bに関して共役である。従って、図6(a)に示すよう
に、複屈折プリズム40内の計測用ビームLX1の入射
位置が実線の位置から点線で示す位置まで横ずれする
と、回折格子35B上での2光束b1,b2の集光位置
は位置B1からB2に横ずれして、上述の位相差REF
1が変化する。この場合、回折格子35BのピッチをP
1とすると、所定の係数k1を用いて計測用ビームLX
1の横シフト量(これをΔX1とする)は、次のように
表すことができる。そこで、信号処理系39は、次式よ
り求めた横シフト量ΔX1をウエハステージ制御系43
に供給する。
In this case, the incident position of the measurement beam LX1 in the birefringent prism 40 and the condensing positions of the two light beams b1 and b2 on the diffraction grating 35B are determined by the relay lenses 41A and 41.
Conjugate with respect to B. Accordingly, as shown in FIG. 6A, when the incident position of the measurement beam LX1 in the birefringent prism 40 is shifted from the position indicated by the solid line to the position indicated by the dotted line, the two light beams b1 and b2 on the diffraction grating 35B are shifted. The focusing position is shifted laterally from the position B1 to the position B2, and the above-described phase difference REF is obtained.
1 changes. In this case, the pitch of the diffraction grating 35B is P
If it is set to 1, the measurement beam LX is calculated using a predetermined coefficient k1.
The lateral shift amount of 1 (this is referred to as ΔX1) can be expressed as follows. Therefore, the signal processing system 39 converts the lateral shift amount ΔX1 obtained from the following equation into the wafer stage control system 43.
To supply.

【0059】 ΔX1=k1・P1・REF1/(2π) (6) また、図5において、ハーフミラー29Bにて反射され
た光束(これも「計測用ビームLX1」と呼ぶ)は、ハ
ーフミラー29C及びミラー32により所定の間隔を持
って平行に進む第1光束a1、及び第2光束a2に分割
される。そして、第1光束a1はfθレンズ34に入射
し、第2光束a2は音響光学素子33Aによって周波数
Fの周波数変調を受けた後にfθレンズ34に入射し、
fθレンズ34を通過した2光束a1,a2は、所定ピ
ッチの回折格子35A上に、所定の交差角で集光され
る。周波数変調によって、回折格子35A上にはピッチ
方向に流れる干渉縞が形成され、回折格子35Aのピッ
チはその干渉縞のピッチの2倍になるように設定してあ
る。
ΔX1 = k1 · P1 · REF1 / (2π) (6) In FIG. 5, the light beam reflected by the half mirror 29B (also referred to as the “measurement beam LX1”) is transmitted to the half mirror 29C and The light is split into a first light flux a1 and a second light flux a2 that travel in parallel at a predetermined interval by the mirror 32. Then, the first light beam a1 is incident on the fθ lens 34, and the second light beam a2 is incident on the fθ lens 34 after being subjected to frequency modulation of the frequency F by the acousto-optic element 33A,
The two light beams a1 and a2 that have passed through the fθ lens 34 are condensed on a diffraction grating 35A having a predetermined pitch at a predetermined intersection angle. Due to the frequency modulation, interference fringes flowing in the pitch direction are formed on the diffraction grating 35A, and the pitch of the diffraction grating 35A is set to be twice the pitch of the interference fringes.

【0060】この結果、回折格子35Aによる第1光束
a1の+1次回折光、及び第2光束a2の−1次回折光
が、平行に干渉光a3として回折格子35Aから射出さ
れる。干渉光a3は周波数Fで強度が変化するビート光
であり、回折格子35Aから射出される種々の回折光
は、集光レンズ36Aを経て瞳フィルタ37Aに入射
し、±1次回折光よりなる干渉光a3のみが瞳フィルタ
37Aの開口を通過して光電検出器38Aで受光され、
光電検出器38Aで干渉光a3を光電変換して得られる
周波数Fのビート信号が信号処理系39に供給される。
信号処理系39内には音響光学素子33Aの駆動回路も
組み込まれており、信号処理系39は、一例としてその
駆動回路の周波数Fの駆動信号と、光電検出器38Aか
ら供給される周波数Fのビート信号との位相差REF2
(rad)を求める。
As a result, the + 1st-order diffracted light of the first light beam a1 and the -1st-order diffracted light of the second light beam a2 by the diffraction grating 35A are emitted from the diffraction grating 35A in parallel as interference light a3. The interference light a3 is beat light whose intensity changes at the frequency F. Various diffracted lights emitted from the diffraction grating 35A are incident on the pupil filter 37A via the condenser lens 36A, and are formed as ± 1st-order diffracted light. Only a3 passes through the aperture of the pupil filter 37A and is received by the photoelectric detector 38A.
A beat signal of a frequency F obtained by photoelectrically converting the interference light a3 by the photoelectric detector 38A is supplied to the signal processing system 39.
The signal processing system 39 also incorporates a drive circuit for the acousto-optical element 33A. The signal processing system 39 includes, as an example, a drive signal having a frequency F of the drive circuit and a drive signal having a frequency F supplied from the photoelectric detector 38A. Phase difference REF2 with beat signal
(Rad).

【0061】この場合、計測用ビームLX1の入射位置
であるハーフミラー29Cの分割面に対して、fθレン
ズ34によって回折格子35Aの配置面はほぼ光学的フ
ーリエ変換面(瞳面)となっており、ハーフミラー29
Cに入射する計測用ビームLX1の傾斜角が、回折格子
35Aでは横シフト量に変換される。従って、図6
(b)に示すように、ハーフミラー29Cに対する計測
用ビームLX1の傾斜角が実線の光路から点線で示す光
路に変化すると、回折格子35A上での2光束a1,a
2の集光位置は位置A1からA2に横ずれして、上述の
位相差REF2が変化する。回折格子35Aのピッチを
P2とすると、所定の係数k2を用いて計測用ビームL
X1の傾斜角(これをΔφX1とする)は、次のように
表すことができる。そこで、信号処理系39は、次式よ
り求めた傾斜角ΔφX1をウエハステージ制御系43に
供給する。
In this case, the arrangement plane of the diffraction grating 35A is substantially an optical Fourier transform plane (pupil plane) by the fθ lens 34 with respect to the division plane of the half mirror 29C which is the incident position of the measurement beam LX1. , Half mirror 29
The inclination angle of the measurement beam LX1 incident on C is converted into a lateral shift amount in the diffraction grating 35A. Therefore, FIG.
As shown in (b), when the inclination angle of the measurement beam LX1 with respect to the half mirror 29C changes from the optical path indicated by the solid line to the optical path indicated by the dotted line, the two light beams a1, a on the diffraction grating 35A
The focus position of No. 2 is shifted laterally from the position A1 to A2, and the above-mentioned phase difference REF2 changes. Assuming that the pitch of the diffraction grating 35A is P2, the measurement beam L is determined using a predetermined coefficient k2.
The tilt angle of X1 (this is ΔφX1) can be expressed as follows. Therefore, the signal processing system 39 supplies the tilt angle ΔφX1 obtained by the following equation to the wafer stage control system 43.

【0062】 ΔφX1=k2・P2・REF2/(2π) (7) また、ステージ回転角検出系15X内で、ハーフミラー
29Aで分割された他方の光束は第2の横シフト傾斜角
検出系30Bに入射し、ここでは横シフト傾斜角検出系
30Aで検出される横シフト量及び傾斜角に直交する方
向への計測用ビームLX1の横シフト量ΔY1、及び傾
斜角ΔφY1が検出され、検出結果がウエハステージ制
御系43に供給される。同様にして、図2のY軸のステ
ージ回転角検出系15Y、及び図3(a)の参照回転角
検出系16Xにおいても、2光束干渉方式でそれぞれ入
射する計測用ビーム、又は参照用ビームの横シフト量、
及び傾斜角(振れ角)が検出される。
ΔφX1 = k2 · P2 · REF2 / (2π) (7) In the stage rotation angle detection system 15X, the other light beam split by the half mirror 29A is sent to the second horizontal shift inclination angle detection system 30B. Here, the lateral shift amount detected by the lateral shift inclination angle detection system 30A, the lateral shift amount ΔY1 of the measurement beam LX1 in the direction orthogonal to the inclination angle, and the inclination angle ΔφY1 are detected. It is supplied to the stage control system 43. Similarly, in the Y-axis stage rotation angle detection system 15Y in FIG. 2 and the reference rotation angle detection system 16X in FIG. Lateral shift amount,
And a tilt angle (shake angle) are detected.

【0063】上述のように本例では、図2の干渉計本体
12X,12Yから試料台8に照射される変位計測用の
計測用ビームLX1,LX2を利用して、試料台8のヨ
ーイング量θZ,ピッチング量θX、及びローリング量
θYが常時計測されている。この場合ウエハステージ制
御系43では、走査露光時にそのヨーイング量θZを相
殺するように、図1のウエハステージのXYθステージ
10を介して試料台8を回転する。これによって、レチ
クルRとウエハWとの間に高い重ね合わせ精度が得られ
る。
As described above, in the present embodiment, the yawing amount θZ of the sample table 8 is utilized by using the measurement beams LX1 and LX2 for measuring the displacement applied to the sample table 8 from the interferometer bodies 12X and 12Y of FIG. , Pitching amount θX, and rolling amount θY are constantly measured. In this case, the wafer stage control system 43 rotates the sample stage 8 via the XYθ stage 10 of the wafer stage in FIG. 1 so as to cancel the yawing amount θZ during the scanning exposure. Thereby, high overlay accuracy between the reticle R and the wafer W can be obtained.

【0064】また、試料台8のピッチング量θX及びロ
ーリング量θYが発生すると、図2において、ウエハW
の表面と計測用ビームLX1,LY1とのZ方向の間隔
をδZとして、X方向にδZ・θY、Y方向にδZ・θ
Xのアッベ誤差が発生する。そこで、ウエハステージ制
御系43は、それらのアッベ誤差を相殺するようにXY
θステージ10を介してウエハWのX方向、Y方向の位
置を補正する。これによって、ウエハWの高精度な位置
決めが行われる。この場合、例えば図2に示すように、
本例では1軸の計測用ビームLX1,LY1を利用して
試料台8の傾斜角が計測されているため、試料台8のミ
ラー面8xのX方向の幅、及びミラー面8yのY方向の
幅の全部がほぼ移動ストロークとなっている。
When the pitching amount θX and the rolling amount θY of the sample table 8 are generated, the wafer W
The distance in the Z direction between the surface of the laser beam and the measurement beams LX1 and LY1 in the Z direction is δZ, and δZ · θY in the X direction and δZ · θ in the Y direction.
Abbe error of X occurs. Therefore, the wafer stage control system 43 controls the XY to cancel those Abbe errors.
The position of the wafer W in the X and Y directions is corrected via the θ stage 10. Thus, highly accurate positioning of the wafer W is performed. In this case, for example, as shown in FIG.
In this example, since the tilt angle of the sample table 8 is measured using the uniaxial measurement beams LX1 and LY1, the width of the mirror surface 8x of the sample table 8 in the X direction and the width of the mirror surface 8y in the Y direction are measured. The entire width is almost a movement stroke.

【0065】なお、本例ではダブルパス方式であるた
め、計測用ビームLX1,LY1はそれぞれ対応するミ
ラー面との間を2往復しているが、この際の往復する計
測用ビームの光路の間隔は、従来例のように2軸のシン
グルパスのレーザビームの間隔に比べればかなり狭く、
計測用ビームLX1,LY1の広がりは無視できる程度
である。従って、従来例と同等の移動ストロークを得れ
ばよいのであれば、移動鏡、即ち本例では試料台8のミ
ラー面8x,8yを小さくでき、ひいては試料台8を小
型、軽量化できる。従って、試料台8の移動速度等の制
御性を高めることができると共に、投影露光装置の設置
面積(フットプリント)を小さくできる。
In this example, since the double-pass system is used, the measurement beams LX1 and LY1 make two round trips to the corresponding mirror surfaces, respectively. It is considerably narrower than the distance between two-axis single-pass laser beams as in the conventional example.
The spread of the measurement beams LX1 and LY1 is negligible. Therefore, if it is sufficient to obtain a moving stroke equivalent to that of the conventional example, the moving mirror, that is, the mirror surfaces 8x and 8y of the sample stage 8 in this example can be reduced, and the sample stage 8 can be reduced in size and weight. Therefore, the controllability such as the moving speed of the sample table 8 can be improved, and the footprint of the projection exposure apparatus can be reduced.

【0066】また、従来は例えば移動鏡のZ方向の幅が
狭く、Z方向に2軸の計測用ビームを照射して試料台の
ピッチング量、及びローリング量を計測する余地がない
ときには、図1のZチルトステージ9に相当するステー
ジ内に傾斜角計測機構(デジタルマイクロメータ等)を
設けて、間接的に試料台の傾斜角を計測し、この傾斜角
に基づいてウエハWの位置を補正するようなことも行わ
れていた。この方式では、ステージの機構が複雑化する
と共に、傾斜角の計測結果の処理が煩雑であった。これ
に対して、本例では試料台8の傾斜角が直接計測されて
いるため、ステージ機構を簡素化した上で、高精度にウ
エハWの位置制御を行うことができる。また、移動鏡と
してのミラー面8x,8yの厚さが薄い場合でも、高精
度にピッチング量やローリング量を計測できる。
Conventionally, for example, when the width of the movable mirror in the Z direction is narrow and there is no room for measuring the pitching amount and the rolling amount of the sample table by irradiating a biaxial measurement beam in the Z direction, FIG. A tilt angle measuring mechanism (such as a digital micrometer) is provided in a stage corresponding to the Z tilt stage 9 to indirectly measure the tilt angle of the sample table and correct the position of the wafer W based on the tilt angle. Something like that was being done. In this method, the mechanism of the stage becomes complicated, and the processing of the measurement result of the inclination angle is complicated. On the other hand, in this example, since the tilt angle of the sample table 8 is directly measured, the position of the wafer W can be controlled with high accuracy while simplifying the stage mechanism. Further, even when the thickness of the mirror surfaces 8x and 8y as the movable mirror is small, the pitching amount and the rolling amount can be measured with high accuracy.

【0067】更に、このような動作と並行に、図1のオ
ートフォーカスセンサ44を介して検出されるウエハW
のフォーカス位置の情報に基づいて、Zチルトステージ
9を駆動することによって、オートフォーカス方式、及
びオートレベリング方式でウエハWの表面が投影光学系
PLの像面に合焦されている。この際に、Zチルトステ
ージ9の動作は、オートフォーカスセンサ44の計測結
果のみに基づいて行うことができるため、より高精度、
且つより高い追従速度で合焦を行うことができる。
Further, in parallel with such an operation, the wafer W detected through the auto focus sensor 44 of FIG.
By driving the Z-tilt stage 9 based on the information on the focus position, the surface of the wafer W is focused on the image plane of the projection optical system PL by the auto-focus method and the auto-leveling method. At this time, since the operation of the Z tilt stage 9 can be performed based only on the measurement result of the auto focus sensor 44, higher accuracy,
In addition, focusing can be performed at a higher tracking speed.

【0068】次に、本例の投影露光装置で移動鏡、即ち
試料台8のミラー面8x,8yの曲がり量を計測する場
合の動作の一例につき図2を参照して説明する。例え
ば、X軸の移動鏡としてのミラー面8xの曲がり量を計
測する場合には、図1のXYθステージ10を駆動する
ことによって、X軸の干渉計本体12Xで計測される試
料台8のX座標を一定値に維持した状態で、且つY軸の
ステージ回転角検出系15Yによって計測される試料台
8のヨーイング量θZを例えば0にした状態で、試料台
8をY方向に所定間隔で移動させていく。そして、Y方
向の各計測点でX軸のステージ回転角検出系15Xを介
して試料台8のヨーイング量、即ちこの場合にはミラー
面8xの傾斜角θi(i=1,2,…)を計測し、この傾
斜角θi にY方向への移動の間隔δYを乗ずることによ
って、各計測点から次の計測点に対するミラー面8xの
変位量δY・θi を算出し、この変位量δY・θi を積
算することによって、ミラー面8xの反射面の曲がり量
が求められる。
Next, an example of the operation of the projection exposure apparatus of this embodiment when measuring the amount of bending of the movable mirror, ie, the mirror surfaces 8x and 8y of the sample table 8, will be described with reference to FIG. For example, when measuring the amount of bending of the mirror surface 8x as an X-axis movable mirror, by driving the XYθ stage 10 of FIG. 1, the X-axis of the sample table 8 measured by the X-axis interferometer body 12X is measured. The sample table 8 is moved at predetermined intervals in the Y direction while the coordinates are maintained at a constant value and the yawing amount θZ of the sample table 8 measured by the Y-axis stage rotation angle detection system 15Y is set to, for example, 0. Let me do it. At each measurement point in the Y direction, the yawing amount of the sample table 8 via the X-axis stage rotation angle detection system 15X, that is, in this case, the inclination angle θ i (i = 1, 2,...) Of the mirror surface 8x It was measured, by multiplying the interval [delta] Y of the movement in the Y direction to the inclination angle theta i, to calculate the amount of displacement [delta] Y · theta i of the mirror surface 8x for the next measurement point from the measurement points, the amount of displacement [delta] Y The amount of bending of the reflection surface of the mirror surface 8x is obtained by integrating θ i .

【0069】同様に、Y軸のミラー面8yの曲がり量を
計測する場合には、X軸のステージ回転角検出系15X
で計測されるミラー面8xのヨーイング量θZを0にし
た状態で、試料台8をX方向に移動させ、各計測点でY
軸のステージ回転角検出系15Yを介してミラー面8y
の傾斜角を計測すればよい。この場合、本例の計測用ビ
ームLX1,LY1はダブルパス方式であるが、その2
回の往復の光路の間隔は、通常の移動鏡の曲がりのピッ
チに比べればかなり狭いため、そのミラー面8xの曲が
りの周期性に依らずに高精度にその曲がり量を計測でき
る。
Similarly, when measuring the amount of bending of the Y-axis mirror surface 8y, the X-axis stage rotation angle detection system 15X
In the state where the yawing amount θZ of the mirror surface 8x measured in the step is set to 0, the sample stage 8 is moved in the X direction, and Y is measured at each measurement point.
Mirror surface 8y via shaft stage rotation angle detection system 15Y
May be measured. In this case, the measurement beams LX1 and LY1 of this example are of the double-pass type,
Since the interval between the optical paths of the reciprocating movements is considerably narrower than the bending pitch of the ordinary movable mirror, the amount of the bending can be measured with high accuracy regardless of the periodicity of the bending of the mirror surface 8x.

【0070】次に、本発明の実施の形態の他の例につき
図7及び図8を参照して説明する。図2の実施の形態が
ダブルパス方式のレーザ干渉計を使用しているのに対し
て、本例はシングルパス方式のレーザ干渉計を使用する
ものであり、図7において、図2に対応する部分には同
一符号を付してその詳細説明を省略する。図7は、本例
の投影露光装置のウエハ側のステージのレーザ干渉計シ
ステムを示し、この図7において、X軸の干渉計本体4
2Xから射出されたレーザビームは、偏光ビームスプリ
ッタ17XによってX軸の計測用ビームLX1、及び参
照用ビームLX2に分かれ、計測用ビームLX1は、ビ
ームスプリッタ19Xを介して試料台8のミラー面8x
に照射される。そして、ミラー面8xで反射された計測
用ビームLX1は、ビームスプリッタ19X及び偏光ビ
ームスプリッタ17Xを介して干渉計本体42Xに戻
り、ビームスプリッタ19Xで反射された計測用ビーム
LX1がステージ回転角検出系15Xに入射している。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. While the embodiment of FIG. 2 uses a double-pass laser interferometer, the present embodiment uses a single-pass laser interferometer. In FIG. 7, a portion corresponding to FIG. Are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. FIG. 7 shows a laser interferometer system of a stage on the wafer side of the projection exposure apparatus of this embodiment. In FIG.
The laser beam emitted from 2X is split into an X-axis measurement beam LX1 and a reference beam LX2 by a polarization beam splitter 17X, and the measurement beam LX1 is passed through a beam splitter 19X to a mirror surface 8x of the sample table 8.
Is irradiated. Then, the measurement beam LX1 reflected by the mirror surface 8x returns to the interferometer main body 42X via the beam splitter 19X and the polarization beam splitter 17X, and the measurement beam LX1 reflected by the beam splitter 19X is converted to a stage rotation angle detection system. It is incident on 15X.

【0071】また、参照用ビームLX2は、ミラー21
Xで反射され、投影光学系PLの側面の参照鏡14Xで
反射された後、再びミラー21X及び偏光ビームスプリ
ッタ17Xを介して干渉計本体42Xに戻り、干渉計本
体42Xでは戻された計測用ビームLX1及び参照用ビ
ームLX2の干渉光を光電変換して、参照鏡14Xを基
準としたミラー面8xのX方向への変位を計測する。な
お、不図示であるが、参照鏡14Xとミラー21Xとの
間にも、図3(a)のようなビームスプリッタ24Xが
配置され、ビームスプリッタ24Xで反射された参照用
ビームLX2が参照回転角検出系16Xに入射してい
る。
The reference beam LX2 is transmitted to the mirror 21
After being reflected by X and being reflected by the reference mirror 14X on the side of the projection optical system PL, the beam returns to the interferometer main body 42X again via the mirror 21X and the polarization beam splitter 17X, and is returned by the interferometer main body 42X. The interference light of the LX1 and the reference beam LX2 is photoelectrically converted, and the displacement of the mirror surface 8x in the X direction with respect to the reference mirror 14X is measured. Although not shown, a beam splitter 24X as shown in FIG. 3A is also arranged between the reference mirror 14X and the mirror 21X, and the reference beam LX2 reflected by the beam splitter 24X is rotated by the reference rotation angle. It is incident on the detection system 16X.

【0072】図7において、Y軸のレーザ干渉計もX軸
のレーザ干渉計と対称に、干渉計本体42Y、偏光ビー
ムスプリッタ17Y、ビームスプリッタ19Y、ミラー
21Y、及び参照鏡14Yより構成され、干渉計本体4
2Yに戻される計測用ビームLY1及び参照用ビームL
Y2に基づいて、参照鏡14Yを基準とした試料台8の
ミラー面8yのY方向への変位が計測されている。ま
た、ビームスプリッタ19Yで反射された計測用ビーム
LY1がステージ回転角検出系15Yで受光されてい
る。
In FIG. 7, the Y-axis laser interferometer is also symmetrical to the X-axis laser interferometer, and includes an interferometer main body 42Y, a polarization beam splitter 17Y, a beam splitter 19Y, a mirror 21Y, and a reference mirror 14Y. Total body 4
Measurement beam LY1 and reference beam L returned to 2Y
Based on Y2, the displacement of the mirror surface 8y of the sample table 8 in the Y direction with respect to the reference mirror 14Y is measured. The measurement beam LY1 reflected by the beam splitter 19Y is received by the stage rotation angle detection system 15Y.

【0073】本例において、試料台8にZ軸に平行な軸
の周りで角度(ヨーイング量)θZの回転が発生する
と、ミラー面8xに入射する計測用ビームLX1は点線
の光路Q3で示すようにY方向に傾斜して反射され、ス
テージ回転角検出系15Xに入射する計測用ビームLX
1も同じ角度でY方向に傾斜する。また、試料台8にY
軸に平行な軸の周りで角度(ローリング量)θYの回転
が発生すると、ミラー面8xに入射する計測用ビームL
X1は点線の光路Q2で示すようにZ方向に傾斜して反
射され、ステージ回転角検出系15Xに入射する計測用
ビームLX1も同じ角度でX方向に傾斜する。同様に、
試料台8にX軸に平行な軸の周りで角度(ピッチング
量)θXの回転が発生すると、ミラー面8yに入射する
計測用ビームLY1は点線の光路Q5で示すようにZ方
向に傾斜して反射され、ステージ回転角検出系15Yに
入射する計測用ビームLY1も同じ角度でY方向に傾斜
する。そこで、本例のステージ回転角検出系15X,1
5Yではそれぞれ入射する計測用ビームLX1,LY1
のX方向、Y方向への傾斜角(振れ角)を検出する。
In this example, when the sample stage 8 rotates by an angle (yaw amount) θZ about an axis parallel to the Z-axis, the measurement beam LX1 incident on the mirror surface 8x is represented by a dotted optical path Q3. Measurement beam LX that is reflected while being inclined in the Y direction and enters the stage rotation angle detection system 15X
1 also inclines in the Y direction at the same angle. In addition, Y
When rotation of an angle (rolling amount) θY occurs around an axis parallel to the axis, the measurement beam L incident on the mirror surface 8x
X1 is reflected while being inclined in the Z direction as indicated by a dotted optical path Q2, and the measurement beam LX1 incident on the stage rotation angle detection system 15X is also inclined in the X direction at the same angle. Similarly,
When rotation of the sample table 8 by an angle (pitching amount) θX occurs around an axis parallel to the X axis, the measurement beam LY1 incident on the mirror surface 8y is inclined in the Z direction as shown by the dotted optical path Q5. The measurement beam LY1 reflected and incident on the stage rotation angle detection system 15Y is also inclined in the Y direction at the same angle. Therefore, the stage rotation angle detection system 15X, 1
In 5Y, the measuring beams LX1 and LY1 that are incident respectively.
Are detected in the X and Y directions.

【0074】更に、この例では干渉計本体42X,42
Yで共通のレーザ光源が使用されているものとして、そ
のレーザ光源によるレーザビームの傾斜角変動を計測す
るために、ミラー21Xと参照鏡14Xとの間に配置さ
れている図3(a)に示す参照回転角検出系16Xによ
って、参照用ビームLX2のX方向、Y方向への傾斜角
を検出する。そして、ステージ回転角検出系15X,1
5Yで計測される計測用ビームのX方向、Y方向への傾
斜角からその参照回転角検出系16Xで計測される参照
用ビームLX2のX方向、Y方向への傾斜角を差し引く
ことによって、シングルパスのレーザ干渉計の計測用ビ
ームLX1,LY1を用いて、試料台8のヨーイング量
θZ、ローリング量θY、及びピッチング量θXを正確
に検出できる。
Further, in this example, the interferometer bodies 42X, 42
Assuming that a common laser light source is used for Y, FIG. 3 (a) disposed between the mirror 21X and the reference mirror 14X in order to measure the change in the tilt angle of the laser beam by the laser light source. The reference rotation angle detection system 16X detects the inclination angles of the reference beam LX2 in the X and Y directions. Then, the stage rotation angle detection system 15X, 1
By subtracting the inclination angle of the reference beam LX2 measured by the reference rotation angle detection system 16X in the X direction and Y direction from the inclination angle of the measurement beam measured in 5Y in the X direction and Y direction, a single angle is obtained. The yawing amount θZ, the rolling amount θY, and the pitching amount θX of the sample table 8 can be accurately detected by using the measurement beams LX1 and LY1 of the laser interferometer of the path.

【0075】このようなシングルパス方式では、ミラー
面8x,8yの幅がほぼそのまま試料台8の移動ストロ
ークとなる。即ち、図8に示すように、試料台8のミラ
ー面8xのY方向の幅をY3として、ミラー面8xの−
Y方向の端部に計測用ビームLX1が照射されている状
態から、2点鎖線で示すようにミラー面8xの+Y方向
の端部に計測用ビームLX1が照射される位置8Aまで
試料台8を移動したときの移動量をY2とすると、この
移動量Y2がY方向への移動ストロークである。そし
て、シングルパス方式では計測用ビームLX1のY方向
への幅は無視できる程度であるため、移動ストロークY
2はほぼミラー面8xの幅Y3に等しくなる。従って、
従来例と同じ移動ストロークでよければ、試料台8の3
軸の周りの回転角の検出機能を持たせた上で、試料台8
を従来例に比べて大幅に小型、軽量化できる。
In such a single-pass system, the width of the mirror surfaces 8x and 8y becomes the moving stroke of the sample stage 8 almost as it is. That is, as shown in FIG. 8, the width of the mirror surface 8x of the sample stage 8 in the Y direction is Y3, and
From the state in which the measurement beam LX1 is irradiated to the end in the Y direction, the sample table 8 is moved from the state where the measurement beam LX1 is irradiated to the end in the + Y direction of the mirror surface 8x as shown by the two-dot chain line. Assuming that the moving amount at the time of moving is Y2, the moving amount Y2 is a moving stroke in the Y direction. Since the width of the measurement beam LX1 in the Y direction is negligible in the single-pass method, the movement stroke Y
2 is substantially equal to the width Y3 of the mirror surface 8x. Therefore,
If the same movement stroke as that of the conventional example is sufficient, the sample table 8
With the function of detecting the rotation angle around the axis, the sample table 8
Can be significantly reduced in size and weight as compared with the conventional example.

【0076】なお、上述の実施の形態は、ウエハ側のス
テージに本発明を適用したものであるが、図1のレチク
ルRが載置されているレチクルステージ2の傾きを検出
するために本発明を適用してもよい。例えば、本発明を
適用して、レチクルステージ2のヨーイング量を変位計
測用のレーザビームを利用して検出することによって、
レチクルステージ2を小型、軽量化することができる。
In the above-described embodiment, the present invention is applied to the stage on the wafer side. However, in order to detect the inclination of the reticle stage 2 on which the reticle R shown in FIG. May be applied. For example, by applying the present invention and detecting the yaw amount of the reticle stage 2 using a laser beam for displacement measurement,
The reticle stage 2 can be reduced in size and weight.

【0077】また、本発明は、例えば電子線露光装置等
でウエハ等の位置決めを行うステージ等にも適用するこ
とができる。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。
The present invention can also be applied to a stage for positioning a wafer or the like in an electron beam exposure apparatus or the like. As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can take various configurations without departing from the gist of the present invention.

【0078】[0078]

【発明の効果】本発明のステージ装置によれば、可動ス
テージから戻される変位検出用の光ビームの横シフト
量、又は振れ角からその可動ステージの回転角を算出し
ているため、特に回転角を計測するための専用の光ビー
ムを用いることなく、その可動ステージ(可動部)の回
転角を計測できる利点がある。従って、その可動ステー
ジを小型、軽量化できるため、その可動ステージの制御
性が向上し、その可動ステージを備えた装置の設置面積
(フットプリント)を小さくできる。
According to the stage apparatus of the present invention, the rotation angle of the movable stage is calculated from the lateral shift amount or the deflection angle of the displacement detection light beam returned from the movable stage. There is an advantage that the rotation angle of the movable stage (movable part) can be measured without using a dedicated light beam for measuring the rotation angle. Therefore, since the movable stage can be reduced in size and weight, the controllability of the movable stage can be improved, and the installation area (footprint) of the device including the movable stage can be reduced.

【0079】また、その変位検出用の光ビームを用い
て、その可動ステージにおける反射部の傾斜角を検出す
ることによって、その反射部の曲がり量に或る程度小さ
いピッチの周期性がある場合でも、その曲がり量を正確
に検出できる利点がある。また、光ビーム検出系は、可
動ステージから戻される光ビームの所定の第1の方向へ
の横シフト量、又は振れ角の変化量の少なくとも一方を
検出する第1の光ビーム検出系と、その可動ステージか
ら戻される光ビームのその第1の方向に直交する第2の
方向への横シフト量、又は振れ角の変化量の少なくとも
一方を検出する第2の光ビーム検出系と、からなり、演
算系は、その第1及び第2の光ビーム検出系の検出結果
よりその可動ステージの2軸の周りの回転角を算出する
場合には、変位検出用の1軸の光ビームを用いて2軸の
周りの回転角を検出できる利点がある。
Further, by detecting the inclination angle of the reflecting portion of the movable stage by using the light beam for detecting the displacement, even if the bending amount of the reflecting portion has a periodicity of a somewhat small pitch. This has the advantage that the amount of bending can be accurately detected. The light beam detection system includes a first light beam detection system that detects at least one of a lateral shift amount of the light beam returned from the movable stage in a predetermined first direction and a change amount of a swing angle, and A second light beam detection system for detecting at least one of a lateral shift amount of a light beam returned from the movable stage in a second direction orthogonal to the first direction, or a change amount of a deflection angle, When calculating the rotation angle of the movable stage around the two axes from the detection results of the first and second light beam detection systems, the arithmetic system uses the one-axis light beam for displacement detection to calculate the rotation angle. There is the advantage that the angle of rotation about the axis can be detected.

【0080】また、光ビーム検出系は、可動ステージか
ら戻される光ビームの横シフト量を検出し、演算系は、
その光ビーム検出系で検出される横シフト量、及びその
干渉計で計測されるその可動ステージの変位よりその可
動ステージの回転角を算出する場合には、例えばダブル
パス方式の干渉計を用いた場合に容易にその可動ステー
ジの回転角を算出できる。
The light beam detection system detects the lateral shift amount of the light beam returned from the movable stage, and the operation system
When calculating the rotation angle of the movable stage from the amount of lateral shift detected by the light beam detection system and the displacement of the movable stage measured by the interferometer, for example, when a double-pass interferometer is used The rotation angle of the movable stage can be easily calculated.

【0081】また、光ビーム検出系で検出される光ビー
ムの横シフト量、又は振れ角の変化量に基づいて、干渉
計における参照用光ビームと計測用光ビームとの重なり
量が増加するようにその光ビームの光路を補正する光路
補正系を設けた場合には、変位計測を常に高いSN比で
行うことができ、計測精度が向上する。また、本発明の
露光装置によれば、変位計測用の2軸の光ビームを利用
することによって、特に回転角を計測するための光ビー
ムを用いることなく、マスク又は基板を載置する可動ス
テージ(可動部)の3軸の周りの回転角、即ちヨーイン
グ、ローリング、及びピッチングの角度を計測できる。
従って、移動ストロークが従来例と同じでよいときに
は、回転角の計測機能を備えた上で、従来例に比べて可
動ステージが小型化、且つ軽量化でき、結果として露光
装置のフットプリントを小さくできる。
Further, the amount of overlap between the reference light beam and the measurement light beam in the interferometer is increased based on the lateral shift amount or the change amount of the deflection angle of the light beam detected by the light beam detection system. When an optical path correction system for correcting the optical path of the light beam is provided, displacement measurement can always be performed at a high SN ratio, and measurement accuracy is improved. Further, according to the exposure apparatus of the present invention, by using a biaxial light beam for displacement measurement, a movable stage on which a mask or a substrate is placed without particularly using a light beam for measuring a rotation angle. The rotation angles of the (movable part) around three axes, that is, the angles of yawing, rolling, and pitching can be measured.
Therefore, when the moving stroke can be the same as that of the conventional example, the movable stage can be reduced in size and weight as compared with the conventional example in addition to the function of measuring the rotation angle, and as a result, the footprint of the exposure apparatus can be reduced. .

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

【図1】本発明の実施の形態の一例で使用される投影露
光装置を示す概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a projection exposure apparatus used in an example of an embodiment of the present invention.

【図2】図1の投影露光装置のウエハ側のステージのレ
ーザ干渉計システムを示す一部を簡略化した斜視図であ
る。
FIG. 2 is a partially simplified perspective view showing a laser interferometer system of a stage on a wafer side of the projection exposure apparatus of FIG. 1;

【図3】(a)は図2の分岐合成光学系13X、及びこ
の周辺の部材の構成を示す正面図、(b)は図3(a)
のダブルパスユニット18X等を示す平面図である。
FIG. 3A is a front view showing the configuration of a branching / combining optical system 13X of FIG. 2 and members around it, and FIG. 3B is a front view of FIG.
FIG. 5 is a plan view showing a double pass unit 18X and the like.

【図4】ダブルパス干渉方式によってミラー面8xの傾
斜が計測用ビームLX1の横シフトを生ずることの説明
図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing that the inclination of the mirror surface 8x causes a lateral shift of the measurement beam LX1 by the double-pass interference method.

【図5】図2におけるステージ回転角検出系15Xを示
す構成図である。
FIG. 5 is a configuration diagram showing a stage rotation angle detection system 15X in FIG. 2;

【図6】(a)は、図5の計測用ビームLX1の横シフ
トによって回折格子35B上で2光束の集光点が移動す
る様子を示す図、(b)は図5の計測用ビームLX1の
傾斜によって回折格子35A上で2光束の集光点が移動
する様子を示す図である。
6A is a diagram illustrating a state in which a focal point of two light beams moves on a diffraction grating 35B due to a lateral shift of the measurement beam LX1 in FIG. 5, and FIG. 6B is a diagram illustrating the measurement beam LX1 in FIG. FIG. 8 is a diagram showing a state in which the focal points of two light beams move on the diffraction grating 35A due to the inclination of.

【図7】本発明の実施の形態の他の例におけるウエハ側
のステージのレーザ干渉計システムを示す一部を簡略化
した斜視図である。
FIG. 7 is a partially simplified perspective view showing a laser interferometer system of a stage on a wafer side according to another example of the embodiment of the present invention.

【図8】図7におけるY方向の移動ストロークの説明図
である。
8 is an explanatory diagram of a movement stroke in the Y direction in FIG. 7;

【図9】(a)は従来の投影露光装置のウエハ側のステ
ージを示す平面図、(b)はその正面図である。
FIG. 9A is a plan view showing a stage on a wafer side of a conventional projection exposure apparatus, and FIG. 9B is a front view thereof.

【図10】従来のレーザ干渉計用の移動鏡の曲がり量の
計測方法、及びその課題の説明に供する図である。
FIG. 10 is a diagram for explaining a conventional method for measuring the amount of bending of a movable mirror for a laser interferometer, and its problems.

【図11】図9の従来例におけるY方向の移動ストロー
クの説明図である。
11 is an explanatory diagram of a movement stroke in the Y direction in the conventional example of FIG. 9;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

R レチクル PL 投影光学系 W ウエハ 2 レチクルステージ 7 主制御系 8 試料台 8x,8y ミラー面 9 Zチルトステージ 10 XYθステージ 11 定盤 12X,12Y 干渉計本体 13X,13Y 分岐合成光学系 14X,14Y 参照鏡 15X,15Y ステージ回転角検出系 16X 参照回転角検出系 18X,18Y,22X,22Y ダブルパスユニット 20X,20Y 平行平板ガラス LX1,LY1 計測用ビーム LX2,LY2 参照用ビーム 30A,30B 横シフト傾斜角検出系 43 ウエハステージ制御系 R Reticle PL Projection optical system W Wafer 2 Reticle stage 7 Main control system 8 Sample stage 8x, 8y Mirror surface 9 Z tilt stage 10 XYθ stage 11 Surface plate 12X, 12Y Interferometer main body 13X, 13Y Branch combining optical system 14X, 14Y See Mirror 15X, 15Y Stage rotation angle detection system 16X Reference rotation angle detection system 18X, 18Y, 22X, 22Y Double pass unit 20X, 20Y Parallel flat glass LX1, LY1 Measurement beam LX2, LY2 Reference beam 30A, 30B Lateral shift tilt angle detection System 43 Wafer stage control system

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 位置決め対象物を載置して該位置決め対
象物と共に移動する可動ステージと、 該可動ステージに計測用の光ビームを照射すると共に該
可動ステージから戻される光ビームを受光して該可動ス
テージの所定方向への変位を検出する干渉計と、を備え
たステージ装置であって、 前記可動ステージから戻される光ビームの横シフト量、
又は振れ角の変化量の少なくとも一方を検出する光ビー
ム検出系と、 該光ビーム検出系の検出結果に基づいて前記可動ステー
ジの回転角を算出する演算系と、を有することを特徴と
するステージ装置。
A movable stage on which a positioning target is placed and moved together with the positioning target; and a light beam for measurement is irradiated on the movable stage, and a light beam returned from the movable stage is received to receive the light beam. An interferometer for detecting displacement of the movable stage in a predetermined direction, comprising: a lateral shift amount of a light beam returned from the movable stage;
A stage comprising: a light beam detection system that detects at least one of a change amount of a shake angle; and a calculation system that calculates a rotation angle of the movable stage based on a detection result of the light beam detection system. apparatus.
【請求項2】 請求項1記載のステージ装置であって、 前記光ビーム検出系は、前記可動ステージから戻される
光ビームの所定の第1の方向への横シフト量、又は振れ
角の変化量の少なくとも一方を検出する第1の光ビーム
検出系と、 前記可動ステージから戻される光ビームの前記第1の方
向に直交する第2の方向への横シフト量、又は振れ角の
変化量の少なくとも一方を検出する第2の光ビーム検出
系と、からなり、 前記演算系は、前記第1及び第2の光ビーム検出系の検
出結果より前記可動ステージの2軸の周りの回転角を算
出することを特徴とするステージ装置。
2. The stage apparatus according to claim 1, wherein the light beam detection system includes a lateral shift amount in a predetermined first direction of a light beam returned from the movable stage, or a change amount of a deflection angle. A first light beam detection system that detects at least one of: a shift amount of a light beam returned from the movable stage in a second direction orthogonal to the first direction; And a second light beam detection system for detecting one of the movable stages. The calculation system calculates a rotation angle of the movable stage around two axes from the detection results of the first and second light beam detection systems. A stage device characterized by the above-mentioned.
【請求項3】 請求項1、又は2記載のステージ装置で
あって、 前記光ビーム検出系は、前記可動ステージから戻される
光ビームの横シフト量を検出し、 前記演算系は、前記光ビーム検出系で検出される横シフ
ト量、及び前記干渉計で計測される前記可動ステージの
変位より前記可動ステージの回転角を算出することを特
徴とするステージ装置。
3. The stage device according to claim 1, wherein the light beam detection system detects a lateral shift amount of the light beam returned from the movable stage, and the arithmetic system includes the light beam. A stage apparatus for calculating a rotation angle of the movable stage from a lateral shift amount detected by a detection system and a displacement of the movable stage measured by the interferometer.
【請求項4】 請求項1、2、又は3記載のステージ装
置であって、 前記光ビーム検出系で検出される光ビームの横シフト
量、又は振れ角の変化量に基づいて、前記干渉計におけ
る参照用光ビームと計測用光ビームとの重なり量が増加
するように前記光ビームの光路を補正する光路補正系を
設けたことを特徴とするステージ装置。
4. The interferometer according to claim 1, 2 or 3, wherein the interferometer is based on a lateral shift amount or a change amount of a deflection angle of the light beam detected by the light beam detection system. A stage device provided with an optical path correction system that corrects the optical path of the light beam so as to increase the amount of overlap between the reference light beam and the measurement light beam.
【請求項5】 マスク又は基板よりなる位置決め対象物
を載置して該位置決め対象物と共に2次元的に移動する
可動ステージと、 該可動ステージに所定の第1の方向に沿って計測用の光
ビームを照射すると共に前記可動ステージから戻される
光ビームを受光して該可動ステージの前記第1方向への
変位を検出する第1の干渉計と、 前記可動ステージに前記第1の方向に直交する第2の方
向に沿って計測用の光ビームを照射すると共に前記可動
ステージから戻される光ビームを受光して前記可動ステ
ージの前記第2の方向への変位を検出する第2の干渉計
と、を備え、 前記可動ステージによって前記マスク又は前記基板を2
次元的に位置決めして、前記基板上に前記マスクのパタ
ーンを転写する露光装置であって、 前記可動ステージから前記第1の干渉計に戻される光ビ
ームの2次元的な横シフト量、又は2次元的な振れ角の
変化量の少なくとも一方を検出する第1の光ビーム検出
系と、 前記可動ステージから前記第2の干渉計に戻される光ビ
ームの横シフト量、又は振れ角の変化量の少なくとも一
方を検出する第2の光ビーム検出系と、 前記第1及び第2の光ビーム検出系の検出結果に基づい
て前記可動ステージの3軸の周りの回転角を算出する演
算系と、を有することを特徴とする露光装置。
5. A movable stage on which a positioning object formed of a mask or a substrate is placed and which moves two-dimensionally with the positioning object, and a light for measurement is provided on the movable stage along a predetermined first direction. A first interferometer that irradiates a beam and receives a light beam returned from the movable stage to detect a displacement of the movable stage in the first direction; and a first interferometer orthogonal to the movable stage in the first direction. A second interferometer that irradiates a light beam for measurement along a second direction and receives a light beam returned from the movable stage to detect displacement of the movable stage in the second direction; And the mask or the substrate is moved by the movable stage to 2
An exposure apparatus for transferring a pattern of the mask onto the substrate by two-dimensionally positioning the two-dimensional lateral shift amount of a light beam returned from the movable stage to the first interferometer. A first light beam detection system that detects at least one of a change amount of a dimensional shake angle, and a lateral shift amount of a light beam returned from the movable stage to the second interferometer, or a change amount of a shake angle. A second light beam detection system that detects at least one of the first and second light beam detection systems; and a calculation system that calculates a rotation angle of the movable stage around three axes based on detection results of the first and second light beam detection systems. An exposure apparatus comprising:
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002530880A (en) * 1998-11-20 2002-09-17 ライカ マイクロシステムス リトグラフィー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング Substrate support device
JP2008012648A (en) * 2006-07-10 2008-01-24 Dainippon Printing Co Ltd Processing device
JP2011181190A (en) * 2010-02-26 2011-09-15 Hitachi High-Technologies Corp Sample stage and charged particle beam device
JP2012054500A (en) * 2010-09-03 2012-03-15 Nikon Corp Exposure device, exposure method and device manufacturing method
CN103454862A (en) * 2012-06-05 2013-12-18 上海微电子装备有限公司 Workpiece table position error compensation method for photoetching equipment
JP2014096456A (en) * 2012-11-08 2014-05-22 Canon Inc Stage device and method for adjusting the same, exposure system, and method for manufacturing device
CN107036528A (en) * 2011-03-30 2017-08-11 迈普尔平版印刷Ip有限公司 Interferometer module

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002530880A (en) * 1998-11-20 2002-09-17 ライカ マイクロシステムス リトグラフィー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング Substrate support device
JP2008012648A (en) * 2006-07-10 2008-01-24 Dainippon Printing Co Ltd Processing device
JP2011181190A (en) * 2010-02-26 2011-09-15 Hitachi High-Technologies Corp Sample stage and charged particle beam device
JP2012054500A (en) * 2010-09-03 2012-03-15 Nikon Corp Exposure device, exposure method and device manufacturing method
CN107036528A (en) * 2011-03-30 2017-08-11 迈普尔平版印刷Ip有限公司 Interferometer module
CN103454862A (en) * 2012-06-05 2013-12-18 上海微电子装备有限公司 Workpiece table position error compensation method for photoetching equipment
JP2014096456A (en) * 2012-11-08 2014-05-22 Canon Inc Stage device and method for adjusting the same, exposure system, and method for manufacturing device
US9217937B2 (en) 2012-11-08 2015-12-22 Canon Kabushiki Kaisha Interferometric measurement of rotation of stage apparatus and adjustment method thereof, exposure apparatus and method of manufacturing device

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