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JP2013187514A - Surface position detection method and device, and exposure method and device - Google Patents

Surface position detection method and device, and exposure method and device Download PDF

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JP2013187514A
JP2013187514A JP2012053888A JP2012053888A JP2013187514A JP 2013187514 A JP2013187514 A JP 2013187514A JP 2012053888 A JP2012053888 A JP 2012053888A JP 2012053888 A JP2012053888 A JP 2012053888A JP 2013187514 A JP2013187514 A JP 2013187514A
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JP2012053888A
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Yasuhiro Hidaka
康弘 日高
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Nikon Corp
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To detect in high accuracy a surface position at many measurement positions of a surface to be measured without complicating too much an optical system.SOLUTION: An AF sensor 12 for detecting surface position information of a wafer surface Wa comprises: a light-transmitting optical system 14A for obliquely projecting a slender slit image onto the wafer surface Wa along a plane of incidence; a light-receiving optical system 14B for receiving reflected light of the wafer surface Wa and reforming a slit image; a deflection prism 32 formed with a slender light-receiving slit 33a along a longer direction of the reformed slit image; a vibration mirror 26AD for changing a defocus amount of the slit image; and a light-receiving element array 36 for detecting light passing the light-receiving slit 33a.

Description

本発明は、被検面の面位置情報を検出する面位置検出技術、この面位置検出技術を用いる露光技術、及びこの露光技術を用いるデバイス製造技術に関する。   The present invention relates to a surface position detection technique for detecting surface position information of a surface to be measured, an exposure technique using this surface position detection technique, and a device manufacturing technique using this exposure technique.

従来、半導体素子(集積回路等)又は液晶表示素子等の電子デバイス(マイクロデバイス)を製造するためのリソグラフィー工程中で、レチクルのパターンを投影光学系を介してレジストが塗布されたウエハ(又はガラスプレート等)の表面に転写するために、ステッパー又はスキャニングステッパー(スキャナー)などの露光装置が用いられている。かかる露光装置においては、従来より、オートフォーカスセンサ(以下、AFセンサという)によってウエハの表面の面位置(法線方向の位置又は投影光学系の光軸方向の位置)を検出し、この検出結果に基づいて露光中にオートフォーカス方式でウエハの表面を投影光学系の像面に合焦させている。   Conventionally, in a lithography process for manufacturing an electronic device (microdevice) such as a semiconductor element (an integrated circuit or the like) or a liquid crystal display element, a wafer (or glass) on which a resist pattern is applied to a reticle pattern via a projection optical system An exposure apparatus such as a stepper or a scanning stepper (scanner) is used to transfer the image onto the surface of a plate or the like. Conventionally, in such an exposure apparatus, the surface position (the position in the normal direction or the position in the optical axis direction of the projection optical system) of the surface of the wafer is detected by an autofocus sensor (hereinafter referred to as an AF sensor), and the detection result Based on the above, the surface of the wafer is focused on the image plane of the projection optical system by autofocusing during exposure.

従来のAFセンサとしては、ウエハの表面等の被検面に対して送光光学系によって斜め方向からスリット像を投影し、受光光学系によってその表面からの反射光を受光してそのスリット像を再結像する斜入射型の検出装置が知られている。この場合、被検面の面位置が変化すると、再結像されるスリット像の位置が横ずれすることから、被検面の面位置が検出できる。さらに、従来の斜入射型の検出装置では、送光光学系又は受光光学系内に設けられた振動ミラーの駆動信号に同期して検出信号を同期検波することで、外乱光の影響を低減させていた(例えば、特許文献1参照)。   As a conventional AF sensor, a slit image is projected from an oblique direction onto a surface to be measured such as the surface of a wafer by a light transmission optical system, and reflected light from the surface is received by a light receiving optical system, and the slit image is obtained. An oblique incidence type detection device that re-images is known. In this case, when the surface position of the test surface changes, the position of the slit image to be re-imaged shifts laterally, so that the surface position of the test surface can be detected. Furthermore, in the conventional oblique incidence type detection device, the detection signal is synchronously detected in synchronization with the drive signal of the vibrating mirror provided in the light transmitting optical system or the light receiving optical system, thereby reducing the influence of disturbance light. (For example, refer to Patent Document 1).

特開2007−48818号公報JP 2007-48818 A

従来のAFセンサは被検面の複数の計測位置に対してそれぞれスリット像を斜めに投影しているため、被検面の複数の計測位置の配列ピッチを小さくすることが困難であり、計測位置を増加させようとすると、光学系が複雑化して、光学系の調整も複雑化する。最近は、ウエハの表面等の被検面でより小さいピッチで配列されたより多くの計測位置で面位置を計測することが求められている。   Since the conventional AF sensor projects the slit image obliquely to the plurality of measurement positions on the test surface, it is difficult to reduce the arrangement pitch of the plurality of measurement positions on the test surface. If it is going to increase, an optical system will become complicated and adjustment of an optical system will also become complicated. Recently, it has been required to measure the surface position at more measurement positions arranged at a smaller pitch on the surface to be measured such as the surface of a wafer.

本発明の態様は、このような事情に鑑み、光学系をあまり複雑化させることなく、被検面の多くの計測位置で面位置を高精度に検出できるようにすることを目的とする。   In view of such circumstances, it is an object of an aspect of the present invention to detect a surface position with high accuracy at many measurement positions on a surface to be measured without complicating an optical system.

本発明の第1の態様によれば、被検面の面位置情報を検出する面位置検出装置が提供される。この面位置検出装置は、その被検面に斜め方向から入射面に沿った方向に細長いスリット状パターンの像を投射する送光光学系と、その被検面で反射された光を受光してそのスリット状パターンの像を再形成する受光光学系と、そのスリット状パターンの像が再形成される面を有し、この面にそのスリット状パターンの像の長手方向に沿って細長いスリット状開口が形成された光学部材と、そのスリット状開口が形成された面でそのスリット状パターンの像のデフォーカス量を周期的に変化させるデフォーカス系と、そのスリット状開口を通過した光を検出する光電検出器と、その光電検出器の検出信号に基づいてその被検面の面位置情報を求める信号処理部と、を備えるものである。   According to the first aspect of the present invention, a surface position detection device for detecting surface position information of a surface to be detected is provided. This surface position detecting device receives a light transmission optical system that projects an image of a slit-like pattern in a direction along the incident surface from an oblique direction to the test surface, and light reflected by the test surface. A light receiving optical system for re-forming the slit-shaped image and a surface on which the slit-shaped image is re-formed, and an elongated slit-shaped opening on the surface along the longitudinal direction of the slit-shaped image A defocus system that periodically changes the defocus amount of the image of the slit pattern on the surface on which the slit opening is formed, and detects light that has passed through the slit opening. A photoelectric detector and a signal processing unit that obtains surface position information of the surface to be detected based on a detection signal of the photoelectric detector.

また、第2の態様によれば、露光光でパターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置において、そのパターンが形成された面及びその基板の表面の少なくとも一方の面位置を検出するために、第1の態様の面位置検出装置を備える露光装置が提供される。
また、第3の態様によれば、被検面の面位置情報を検出する面位置検出方法が提供される。この面位置検出方法は、その被検面に斜め方向から入射面に沿った方向に送光光学系を介して細長いスリット状パターンの像を投射し、その被検面で反射された光を受光光学系を介して受光してそのスリット状パターンの像を再形成し、そのスリット状パターンの像が再形成される面に、そのスリット状パターンの像の長手方向に沿って配置された細長いスリット状開口を介して、その受光光学系からの光を検出し、そのスリット状開口が形成された面でそのスリット状パターンの像のデフォーカス量を周期的に変化させ、その受光光学系からの光の検出信号に基づいてその被検面の面位置情報を求める、ものである。
According to the second aspect, in the exposure apparatus that exposes the substrate with the exposure light via the pattern and the projection optical system, the position of at least one of the surface on which the pattern is formed and the surface of the substrate is detected. Therefore, an exposure apparatus including the surface position detection apparatus according to the first aspect is provided.
Moreover, according to the 3rd aspect, the surface position detection method which detects the surface position information of a to-be-tested surface is provided. This surface position detection method projects an image of an elongated slit pattern from the oblique direction to the direction along the incident surface on the surface to be measured, and receives the light reflected by the surface to be measured. An elongated slit arranged along the longitudinal direction of the image of the slit pattern on the surface where the image of the slit pattern is re-formed by receiving light through an optical system The light from the light receiving optical system is detected via the aperture, and the defocus amount of the image of the slit pattern is periodically changed on the surface where the slit aperture is formed. Surface position information of the test surface is obtained based on the light detection signal.

また、第4の態様によれば、露光光でパターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光方法において、そのパターンが形成された面及びその基板の表面の少なくとも一方の面位置を検出するために、第3の態様の面位置検出方法を用いる露光方法が提供される。
また、第5の態様によれば、第2の態様の露光装置又は第4の態様の露光方法を用いて、マスクのパターンを基板に転写することと、そのパターンが転写されたその基板をそのパターンに基づいて加工することと、を含むデバイス製造方法が提供される。
According to the fourth aspect, in the exposure method of exposing the substrate with the exposure light through the pattern and the projection optical system, the position of at least one of the surface on which the pattern is formed and the surface of the substrate is detected. Therefore, an exposure method using the surface position detection method of the third aspect is provided.
Further, according to the fifth aspect, the mask pattern is transferred to the substrate using the exposure apparatus according to the second aspect or the exposure method according to the fourth aspect, and the substrate on which the pattern is transferred is transferred to the substrate. Processing based on the pattern is provided.

本発明の態様によれば、被検面に細長いスリット状パターンの像が投射されているため、そのスリット状パターンの像を再形成し、この再形成された像の光量をスリット状開口を介して受光するときに、その再形成された像の長手方向に対応する方向に配列する受光素子の数を増加するだけで、被検面の面位置の計測位置を容易に増加できる。このため、光学系をあまり複雑化させることなく、被検面の多くの計測位置で面位置を高精度に検出することが可能となる。   According to the aspect of the present invention, since the image of the elongated slit pattern is projected on the test surface, the image of the slit pattern is re-formed, and the amount of light of the re-formed image is passed through the slit-shaped opening. When the light is received, the measurement position of the surface position of the test surface can be easily increased only by increasing the number of light receiving elements arranged in the direction corresponding to the longitudinal direction of the regenerated image. Therefore, the surface position can be detected with high accuracy at many measurement positions on the surface to be measured without complicating the optical system so much.

第1の実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the exposure apparatus which concerns on 1st Embodiment. (A)は図1中のAFセンサの検出領域を示す平面図、(B)は図1中の送光スリット部19の複数のスリットを示す拡大図、(C)は図1中の受光スリット部に形成されるスリット像を示す拡大図である。1A is a plan view showing a detection area of the AF sensor in FIG. 1, FIG. 1B is an enlarged view showing a plurality of slits of the light transmission slit portion 19 in FIG. 1, and FIG. 1C is a light receiving slit in FIG. It is an enlarged view which shows the slit image formed in a part. (A)はAFセンサにおいて振動ミラーによって変化する検出光の光路を示す図、(B)、(C)、(D)はそれぞれ受光スリット部に形成される互いにデフォーカス状態の異なるスリット像を示す図、(E)は受光素子アレイの一つの受光素子から得られる検出信号の一例を示す図である。(A) is a figure which shows the optical path of the detection light which changes with an oscillating mirror in an AF sensor, (B), (C), (D) shows the slit image from which a defocused state mutually differs formed in a light-receiving slit part, respectively. FIG. 5E is a diagram showing an example of a detection signal obtained from one light receiving element of the light receiving element array. (A)はAFセンサにおける検出光の上限及び下限の光路を示す図、(B)はウエハ表面にある反射率の異なる2つの領域を示す平面図である。(A) is a figure which shows the optical path of the upper limit and lower limit of the detection light in an AF sensor, (B) is a top view which shows two area | regions with a different reflectance in the wafer surface. (A)、(B)、(C)、(D)は、それぞれウエハ表面の反射率が異なる2つの領域を含む部分に投影されるスリット像のデフォーカス量が変化する状態を示す図である。(A), (B), (C), and (D) are diagrams showing a state in which the defocus amount of the slit image projected on a portion including two regions having different reflectances on the wafer surface changes. . ウエハ表面のフォーカス位置(面位置)の検出動作の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the detection operation | movement of the focus position (surface position) of a wafer surface. 第2の実施形態に係る露光装置を示す図である。It is a figure which shows the exposure apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 電子デバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the manufacturing process of an electronic device.

[第1の実施形態]
以下、本発明の好ましい第1の実施形態につき図1〜図6を参照して説明する。
図1は、本実施形態に係る露光装置EXの概略構成を示す。露光装置EXは、スキャニングステッパー(スキャナー)よりなる走査型の投影露光装置(走査型露光装置)である。露光装置EXは投影光学系PLを備えており、以下においては、投影光学系PLの光軸AXと平行にZ軸を取り、これに直交する面(本実施形態ではほぼ水平面である)内でレチクルとウエハとが相対走査される方向(図1の紙面に垂直な方向)にY軸を、Z軸及びY軸に直交する方向(図1の紙面に平行な方向)にX軸を取り、X軸、Y軸、及びZ軸の回りの回転(傾斜)方向をそれぞれθx、θy、及びθz方向として説明を行う。
[First Embodiment]
A preferred first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
FIG. 1 shows a schematic configuration of an exposure apparatus EX according to the present embodiment. The exposure apparatus EX is a scanning projection exposure apparatus (scanning exposure apparatus) that includes a scanning stepper (scanner). The exposure apparatus EX includes a projection optical system PL. In the following description, the exposure apparatus EX takes a Z-axis parallel to the optical axis AX of the projection optical system PL, and is within a plane orthogonal to the Z-axis (this embodiment is substantially a horizontal plane). The Y axis is taken in the direction in which the reticle and wafer are relatively scanned (direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1), and the X axis is taken in the direction perpendicular to the Z axis and Y axis (direction parallel to the paper surface of FIG. 1). The description will be made assuming that the rotation (inclination) directions around the X, Y, and Z axes are the θx, θy, and θz directions, respectively.

図1において、露光装置EXは、照明系ILS、照明系ILSからの露光用の照明光(露光光)ILで照明されるレチクルR(マスク)を保持して移動するレチクルステージRST、レチクルRのパターンの像をウエハW(基板)の表面(以下、ウエハ面という)Waに投影する投影光学系PL、ウエハWを保持して移動するウエハステージWST、装置全体の動作を統括的に制御するコンピュータよりなる主制御装置40、及びその他の制御系等を備えている。さらに、露光装置EXは、ウエハ面Wa(被検面)の複数の計測領域における投影光学系PLの光軸方向(本実施形態ではZ方向)の位置(Z位置、フォーカス位置、又は面位置)を検出するオートフォーカスセンサ(以下、AFセンサという)12(面位置検出装置)を備えている。AFセンサ12は、被検面に斜めに検出用の光束を投射する光学式で斜入射方式の検出装置である(詳細後述)。   In FIG. 1, an exposure apparatus EX includes an illumination system ILS, a reticle stage RST that moves while holding a reticle R (mask) illuminated by illumination light (exposure light) IL for exposure from the illumination system ILS, and a reticle R. A projection optical system PL for projecting a pattern image onto a surface (hereinafter referred to as a wafer surface) Wa of a wafer W (substrate), a wafer stage WST that holds and moves the wafer W, and a computer that comprehensively controls the operation of the entire apparatus. A main control device 40 and other control systems are provided. Further, the exposure apparatus EX has positions (Z position, focus position, or surface position) in the optical axis direction (Z direction in the present embodiment) of the projection optical system PL in a plurality of measurement regions on the wafer surface Wa (surface to be measured). Is provided with an autofocus sensor (hereinafter referred to as an AF sensor) 12 (surface position detection device). The AF sensor 12 is an optical and oblique incidence detection device that projects a detection light beam obliquely onto a surface to be measured (details will be described later).

照明系ILSは光源及び照明光学系を有する。照明光学系は、例えば米国特許出願公開第2003/0025890号明細書などに開示されるように、回折光学素子又は空間光変調器等を含む光量分布設定部、オプティカルインテグレータ(フライアイレンズ、ロッドインテグレータ等)等を含む照度均一化光学系、固定及び可変の視野絞り(レチクルブラインド)、及びコンデンサー光学系等(いずれも不図示)を有する。照明系ILSからの照明光ILは、光路折り曲げ用のミラーMIを介して、レチクルブラインドで規定されたレチクルRのパターン面(下面)のX方向に細長いスリット状の照明領域をほぼ均一な照度で照明する。照明光ILとしては、一例としてArFエキシマレーザ光(波長193nm)が用いられている。なお、照明光としては、KrFエキシマレーザ光(波長248nm)、YAGレーザの高調波、固体レーザ(半導体レーザなど)の高調波、又は水銀ランプの輝線(i線等)なども使用できる。   The illumination system ILS has a light source and an illumination optical system. The illumination optical system includes, for example, a light amount distribution setting unit including a diffractive optical element or a spatial light modulator, an optical integrator (fly-eye lens, rod integrator) as disclosed in US Patent Application Publication No. 2003/0025890. Etc.), a fixed and variable field stop (reticle blind), a condenser optical system, etc. (all not shown). The illumination light IL from the illumination system ILS passes through a slit-like illumination area elongated in the X direction on the pattern surface (lower surface) of the reticle R defined by the reticle blind, with a substantially uniform illuminance, via a mirror MI for bending the optical path. Illuminate. As the illumination light IL, for example, ArF excimer laser light (wavelength 193 nm) is used. As illumination light, KrF excimer laser light (wavelength 248 nm), harmonic of a YAG laser, harmonic of a solid laser (such as a semiconductor laser), or a bright line (such as i-line) of a mercury lamp can be used.

レチクルステージRSTは、レチクルベース(不図示)のXY平面に平行な上面にエアベアリングを介して載置されている。レチクルステージRSTは、その上面において、例えばリニアモータ等を含む駆動系(不図示)によって少なくともX方向、Y方向、θz方向に微少駆動可能であるとともに、走査方向(Y方向)に指定された走査速度で駆動可能である。レチクルステージRSTの位置情報(X方向、Y方向の位置、及びθz方向の回転角を含む)はレーザ干渉計(不図示)によって計測され、この計測値及び主制御装置40からの制御情報に基づいて、ステージ制御系42がその駆動系を制御する。   Reticle stage RST is mounted on an upper surface parallel to the XY plane of a reticle base (not shown) via an air bearing. The reticle stage RST can be finely driven at least in the X, Y, and θz directions on its upper surface by a drive system (not shown) including, for example, a linear motor and the like, and scanning designated in the scanning direction (Y direction). It can be driven at speed. Position information of the reticle stage RST (including the position in the X direction, the Y direction, and the rotation angle in the θz direction) is measured by a laser interferometer (not shown), and based on the measured value and control information from the main controller 40. The stage control system 42 controls the drive system.

投影光学系PLは、照明光ILのもとでレチクルRのパターン領域の照明領域内の回路パターンの像を、ウエハWの一つのショット領域のX方向に細長いスリット状の露光領域(照明領域と共役な領域)に形成する。投影光学系PLは、屈折系又は反射屈折系からなり、例えば両側テレセントリックで所定の投影倍率β(例えば1/4倍、1/5倍などの縮小倍率)を有する。ウエハWは、例えば直径が200mmから450mm程度の円板状の半導体ウエハの表面にフォトレジスト(感光剤)を所定の厚さ(例えば数10〜200nm程度)で塗布したものを含む。   The projection optical system PL converts an image of a circuit pattern in the illumination area of the pattern area of the reticle R under illumination light IL into a slit-like exposure area (illumination area and Formed in a conjugate region). The projection optical system PL is composed of a refractive system or a catadioptric system, and has a predetermined projection magnification β (for example, a reduction magnification of 1/4 times, 1/5 times, etc.), for example, on both sides telecentric. The wafer W includes, for example, one obtained by applying a photoresist (photosensitive agent) with a predetermined thickness (for example, about several tens to 200 nm) on the surface of a disk-shaped semiconductor wafer having a diameter of about 200 mm to 450 mm.

また、露光装置EXが液浸法で露光を行う場合には、投影光学系PLを構成する最も像面側(ウエハW側)の光学素子とウエハWとの間の局所的な領域に、照明光ILを透過する液体を供給するための局所液浸機構(不図示)が設けられる。その局所液浸機構は、例えば米国特許出願公開第2007/242247号明細書等に開示されている。
また、ウエハステージWSTは、ウエハベースWBのXY平面に平行な上面にエアベアリングを介して載置されている。ウエハステージWSTは、ウエハベースWBの上面においてX方向及びY方向に移動可能で、θz方向に微小回転可能なXYステージと、XYステージの上部に固定されたZステージとを有する。そのZステージは、ウエハテーブルWTBを介してウエハWを保持するとともに、ウエハテーブルWTB(及びウエハW)のZ位置、及びθx方向、θy方向の傾斜角を制御する。ウエハテーブルWTBの上面には、ウエハの表面とほぼ同じ高さの面となる、中央にウエハWが設置される開口が形成された平板10が設けられている。露光装置EXが液浸型である場合には、平板10の表面には撥液化処理が施される。
When the exposure apparatus EX performs exposure by the immersion method, illumination is performed on a local region between the optical element on the most image plane side (wafer W side) and the wafer W constituting the projection optical system PL. A local liquid immersion mechanism (not shown) for supplying a liquid that transmits the light IL is provided. The local liquid immersion mechanism is disclosed in, for example, US Patent Application Publication No. 2007/242247.
Wafer stage WST is placed on the upper surface of wafer base WB parallel to the XY plane via an air bearing. Wafer stage WST has an XY stage that can move in the X and Y directions on the upper surface of wafer base WB, and that can be slightly rotated in the θz direction, and a Z stage that is fixed to the upper part of XY stage. The Z stage holds the wafer W via the wafer table WTB and controls the Z position of the wafer table WTB (and the wafer W) and the inclination angles in the θx direction and the θy direction. On the upper surface of wafer table WTB, flat plate 10 having an opening in which wafer W is placed at the center is provided, which is a surface having the same height as the surface of the wafer. When the exposure apparatus EX is a liquid immersion type, the surface of the flat plate 10 is subjected to a liquid repellency treatment.

ウエハベースWBの上面におけるウエハステージWSTの位置情報(少なくともX方向、Y方向の位置、及びθz方向の回転角を含む)はレーザ干渉計(不図示)によって計測され、この計測値及び主制御装置40からの制御情報に基づいて、ステージ制御系42がリニアモータ等の駆動系(不図示)を介してウエハステージWST内のXYステージの動作を制御する。さらに、AFセンサ12で計測されるウエハ面WsのZ位置の情報に基づいて、主制御装置40は、ステージ制御系42を介してウエハステージWSTのZステージを制御する。   Position information of wafer stage WST on the upper surface of wafer base WB (including at least the position in the X direction, the Y direction, and the rotation angle in the θz direction) is measured by a laser interferometer (not shown). Based on the control information from 40, stage control system 42 controls the operation of the XY stage in wafer stage WST via a drive system (not shown) such as a linear motor. Further, based on information on the Z position of wafer surface Ws measured by AF sensor 12, main controller 40 controls Z stage of wafer stage WST via stage control system 42.

また、ウエハステージWSTは、レチクルRのアライメントマークの投影光学系PLによる像の位置を計測する空間像計測系(不図示)を備え、投影光学系PLの近傍には、ウエハWのアライメントマークの位置を計測するウエハアライメント系(不図示)が設けられている。その空間像計測系及びウエハアライメント系の計測結果に基づいてレチクルR及びウエハWのアライメントが行われる。   Wafer stage WST also includes an aerial image measurement system (not shown) for measuring the position of the image of alignment mark of reticle R by projection optical system PL, and in the vicinity of projection optical system PL, an alignment mark of wafer W is aligned. A wafer alignment system (not shown) for measuring the position is provided. The reticle R and the wafer W are aligned based on the measurement results of the aerial image measurement system and the wafer alignment system.

ウエハWの露光時には、照明系ILSからの照明光ILを可動のレチクルブラインドで遮光して、ウエハステージWSTのX方向、Y方向への移動によって、ウエハWの一つのショット領域が投影光学系PLの露光領域の手前に移動(ステップ移動)する。その後、照明光ILのウエハWへの照射を開始して、レチクルRのパターンの一部の投影光学系PLによる像でウエハWの当該ショット領域を露光しつつ、レチクルステージRST及びウエハステージWSTを駆動して、レチクルR及びウエハWをY方向に同期して移動することによって、当該ショット領域にレチクルRのパターンの像が走査露光される。そのステップ移動と走査露光とを繰り返すことによって、ステップ・アンド・スキャン方式でウエハWの全部のショット領域にレチクルRのパターンの像が露光される。   During exposure of wafer W, illumination light IL from illumination system ILS is shielded by a movable reticle blind, and one shot area of wafer W is projected onto projection optical system PL by movement of wafer stage WST in the X and Y directions. (Step movement) before this exposure area. Thereafter, irradiation of the illumination light IL to the wafer W is started, and the reticle stage RST and the wafer stage WST are exposed while exposing the shot area of the wafer W with an image of a part of the pattern of the reticle R by the projection optical system PL. By driving and moving the reticle R and the wafer W in synchronization with the Y direction, the pattern image of the reticle R is scanned and exposed in the shot area. By repeating the step movement and the scanning exposure, the image of the pattern of the reticle R is exposed on the entire shot area of the wafer W by the step-and-scan method.

また、ウエハWの各ショット領域の走査露光時に、AFセンサ12によるウエハWの表面の複数の計測領域(計測点)のZ位置の計測結果に基づいて、主制御装置40はステージ制御系42を介して、オートフォーカス方式でウエハ面Wsが投影光学系PLの像面に合焦されるように、ウエハステージWSTのZステージを駆動する。これによって、レチクルRのパターンの像がウエハWの各ショット領域に高い解像度で露光される。   Further, at the time of scanning exposure of each shot area of the wafer W, the main controller 40 controls the stage control system 42 based on the measurement results of the Z position of a plurality of measurement areas (measurement points) on the surface of the wafer W by the AF sensor 12. Then, the Z stage of wafer stage WST is driven so that wafer surface Ws is focused on the image plane of projection optical system PL by the autofocus method. As a result, the pattern image of the reticle R is exposed to each shot area of the wafer W with high resolution.

次に、本実施形態のAFセンサ12の構成及び動作につき詳細に説明する。AFセンサ12は、検出用の光束Lを射出する光源系16、光束Lが照射される複数の送光スリット19aが形成された偏向プリズム18、複数のスリット像をウエハ面Wa(被検面)に斜め方向から投射する送光光学系14A、ウエハ面Waで反射された光束Lを受光する受光光学系14B、及び複数の受光スリット33aが形成された偏向プリズム32を有する。さらに、AFセンサ12は、送光光学系14A内に配置されて、光束Lを反射させて光束Lのθy方向の角度を周期的に変化させるガルバノミラー等の振動ミラー26AD、振動ミラー26ADを駆動するミラー制御系44、偏向プリズム32を介した光束Lを検出する検出系14C、及び検出系14Cの検出信号からウエハ面Waの複数の計測領域でのZ位置(面位置)の情報を求める信号処理系46を有する。   Next, the configuration and operation of the AF sensor 12 of this embodiment will be described in detail. The AF sensor 12 includes a light source system 16 for emitting a detection light beam L, a deflection prism 18 formed with a plurality of light-sending slits 19a irradiated with the light beam L, and a plurality of slit images on a wafer surface Wa (test surface). A light-transmitting optical system 14A that projects from an oblique direction, a light-receiving optical system 14B that receives a light beam L reflected by the wafer surface Wa, and a deflection prism 32 in which a plurality of light-receiving slits 33a are formed. Further, the AF sensor 12 is disposed in the light transmission optical system 14A, and drives a vibrating mirror 26AD such as a galvanometer mirror that reflects the light beam L and periodically changes the angle of the light beam L in the θy direction, and the vibrating mirror 26AD. A signal for obtaining information on Z positions (surface positions) in a plurality of measurement areas of the wafer surface Wa from a mirror control system 44, a detection system 14C for detecting the light beam L via the deflecting prism 32, and detection signals of the detection system 14C. A processing system 46 is included.

まず、光源系16は、波長幅の広い可視光及び/又は近赤外光よりなる非偏光の光束Lを射出する例えば発光ダイオード又はハロゲンランプ等よりなる光源17A、及び光束Lをほぼ平行光束にするコンデンサーレンズ17Bを有する。光束Lとしては、ウエハWに塗布されたレジストに対する感光性が低く、かつ可干渉性の低い光が好ましい。コンデンサーレンズ17Bによってほぼ平行光束に変換された光束Lは偏向プリズム18に入射し、偏向プリズム18によって屈折されることにより主光線がほぼ−Z方向に進行するように偏向される。偏向プリズム18の射出面には、遮光膜中に複数の細長い送光スリット19a(ラインパターン)を周期的に配列した構成の送光スリット部19が設けられている。   First, the light source system 16 emits a non-polarized light beam L made of visible light and / or near infrared light having a wide wavelength range, for example, a light source 17A made of a light emitting diode or a halogen lamp, and the light beam L into a substantially parallel light beam. A condenser lens 17B. The light beam L is preferably light with low photosensitivity to the resist applied to the wafer W and low coherence. The light beam L converted into a substantially parallel light beam by the condenser lens 17B is incident on the deflecting prism 18 and is refracted by the deflecting prism 18 so that the principal ray is deflected so as to travel substantially in the −Z direction. On the exit surface of the deflecting prism 18, a light transmission slit portion 19 having a configuration in which a plurality of elongated light transmission slits 19 a (line patterns) are periodically arranged in a light shielding film is provided.

図2(B)に示すように、送光スリット部19の複数の細長い送光スリット19aの長手方向に平行なX1方向は、ウエハ面WaのX方向に対応する方向である。図2(B)において、X1方向に直交する方向をY1方向(ウエハ面WaのY方向に平行な方向)とすると、送光スリット19aのY1方向の線幅d1は例えば10〜20μm、送光スリット19aのY1方向の配列のピッチ(周期)p1は線幅d1の数倍程度である。一例として、送光スリット19aの本数は数10本〜数100本程度である。   As shown in FIG. 2B, the X1 direction parallel to the longitudinal direction of the plurality of elongated light transmitting slits 19a of the light transmitting slit portion 19 is a direction corresponding to the X direction of the wafer surface Wa. In FIG. 2B, if the direction orthogonal to the X1 direction is the Y1 direction (a direction parallel to the Y direction of the wafer surface Wa), the line width d1 of the light transmission slit 19a in the Y1 direction is, for example, 10 to 20 μm. The pitch (period) p1 of the arrangement of the slits 19a in the Y1 direction is about several times the line width d1. As an example, the number of the light transmission slits 19a is about several tens to several hundreds.

なお、光源17Aの光束は、それぞれ例えば可撓性を持つ光ガイド(不図示)によって投影光学系PLの側面に近い位置まで伝送してもよい。
図1において、偏向プリズム18の複数の送光スリット19aを通過した光束Lは、送光光学系14Aの第1対物レンズ20Aに入射する。第1対物レンズ20Aで集光された光束Lは、振動ミラー26ADにより90°よりも所定角度(例えば数°〜10°程度)小さい角度程度だけ+X方向に光路が折り曲げられた後、第2対物レンズ20B、及び光路を−Z方向にシフトさせるプリズム28Aを介して、ウエハ面WaのX方向に細長い投射領域29内に斜めに投射される。光束Lによって投射領域29内に、複数の細長い送光スリット19aの像がY方向に一定のピッチで形成される。
Note that the light flux of the light source 17A may be transmitted to a position close to the side surface of the projection optical system PL by, for example, a flexible light guide (not shown).
In FIG. 1, a light beam L that has passed through a plurality of light transmission slits 19a of the deflecting prism 18 enters a first objective lens 20A of a light transmission optical system 14A. The light beam L condensed by the first objective lens 20A is bent in the + X direction by a predetermined angle (for example, several degrees to 10 degrees) smaller than 90 degrees by the vibrating mirror 26AD, and then the second objective. Through the lens 20B and the prism 28A that shifts the optical path in the −Z direction, the light is projected obliquely into a projection area 29 that is elongated in the X direction on the wafer surface Wa. Images of a plurality of elongated light transmission slits 19a are formed in the projection area 29 by the light beam L at a constant pitch in the Y direction.

第1対物レンズ20A、第2対物レンズ20B、及びプリズム28Aから送光光学系14Aが構成されている。送光光学系14Aは、偏向プリズム18の射出面(送光スリット部19の形成面)と投影光学系PLの像面(合焦時のウエハ面Wa)とを光学的に共役にする結像光学系である。また、ウエハ面Waに斜めに投射される光束Lの主光線の入射面と、投影光学系PLの像面(合焦時のウエハ面Wa)とが交差する直線はX軸に平行(X方向)であり、送光スリット19aの像の長手方向もX方向である。   The first objective lens 20A, the second objective lens 20B, and the prism 28A constitute a light transmission optical system 14A. The light transmission optical system 14A is an image that optically conjugates the exit surface of the deflecting prism 18 (formation surface of the light transmission slit portion 19) and the image surface of the projection optical system PL (wafer surface Wa when focused). It is an optical system. Further, a straight line intersecting the incident surface of the principal ray of the light beam L projected obliquely on the wafer surface Wa and the image plane of the projection optical system PL (wafer surface Wa when focused) is parallel to the X axis (X direction). ), And the longitudinal direction of the image of the light transmission slit 19a is also the X direction.

振動ミラー26ADは、送光光学系14Aの射出瞳と共役な面(瞳面)の近傍に配置されている。振動ミラー26ADは、点線の下側の光路P1及び上側の光路P2の間で、すなわち光束Lのウエハ面Waに対する入射面内で反射光を振動させる。また、ウエハ面Waが投影光学系PLの像面に合致している状態で、送光スリット部19の形成面とウエハ面Waとは、送光光学系14Aに関してシャインプルーフの条件を満たすように配置されており、複数の送光スリット19aの像は、投射領域29の全面に渡って正確に結像する。また、送光光学系14Aはいわゆる両側テレセントリック光学系であり、一例として開口数は0.01〜0.1程度で、投影倍率はほぼ等倍〜数倍であり、任意の2つの送光スリット19aのピッチp1と、対応するウエハ面Waの2つの像のY方向のピッチとは、ウエハ面Waの全面に渡って互いに同じ倍率である。   The oscillating mirror 26AD is disposed in the vicinity of a plane (pupil plane) conjugate with the exit pupil of the light transmission optical system 14A. The oscillating mirror 26AD oscillates the reflected light between the lower optical path P1 and the upper optical path P2 of the dotted line, that is, within the incident surface of the light beam L with respect to the wafer surface Wa. Further, in a state where the wafer surface Wa is coincident with the image plane of the projection optical system PL, the formation surface of the light transmission slit portion 19 and the wafer surface Wa satisfy the Scheinproof condition with respect to the light transmission optical system 14A. The images of the plurality of light transmission slits 19 a are accurately formed over the entire projection area 29. The light transmission optical system 14A is a so-called double-sided telecentric optical system. As an example, the numerical aperture is about 0.01 to 0.1, the projection magnification is approximately equal to several times, and two arbitrary light transmission slits. The pitch p1 of 19a and the pitch in the Y direction of the two images of the corresponding wafer surface Wa are the same magnification over the entire surface of the wafer surface Wa.

図2(A)に示すように、投射領域29内には、送光光学系14Aから投射された光束Lによって、J本(Jは例えば数10〜数100の整数)の送光スリット19aのX方向に細長い像(以下、スリット像という)37j(j=1〜J)が、Y方向にピッチpで形成される。ピッチpは送光スリット19aのピッチp1と同じ程度か又はその数倍程度である。細長いスリット像37j(ラインパターンの像)のX方向の長さは、例えば被検面のX方向の最大の幅よりもわずかに短い程度である。従って、ウエハWの直径が300mm程度である場合、送光スリットの像37jのX方向の長さはほぼ300mm程度である。振動ミラー26ADの振動によって、各スリット像37jの位置は全体としてX方向に周期的に変化するとともに、デフォーカス量が変化するが、Y方向の平均的な位置は変化しない。   As shown in FIG. 2A, in the projection area 29, there are J light transmission slits 19a (J is an integer of several tens to several hundreds) by the light beam L projected from the light transmission optical system 14A. An elongated image (hereinafter referred to as a slit image) 37j (j = 1 to J) in the X direction is formed at a pitch p in the Y direction. The pitch p is about the same as the pitch p1 of the light transmission slit 19a or several times the pitch p1. The length of the elongated slit image 37j (line pattern image) in the X direction is, for example, slightly shorter than the maximum width of the test surface in the X direction. Therefore, when the diameter of the wafer W is about 300 mm, the length in the X direction of the image 37j of the light transmission slit is about 300 mm. Due to the vibration of the oscillating mirror 26AD, the position of each slit image 37j as a whole periodically changes in the X direction and the defocus amount changes, but the average position in the Y direction does not change.

また、本実施形態では、複数のスリット像37jが投影されている投射領域29は、X方向に互いに同じ幅のI個(Iは数10〜300程度の整数)の計測領域MAi(i=1〜I)に分かれている。i番目の計測領域MAiの中心をウエハ面WaにおけるZ位置のi番目の計測点とみなすことができる。後述のように、計測領域MAiの個数Iは検出系14C内の受光素子アレイ36の受光素子の個数と同じであり、計測領域MAiのX方向の配列のピッチは、受光素子アレイ36の受光素子の配列のピッチに応じて容易に例えば1mm程度までも小さくできる。さらに、受光素子アレイ36の受光素子の数を増加させるだけで、計測領域MAi(計測点)の数を容易に増加させることができる。   In the present embodiment, the projection area 29 on which the plurality of slit images 37j are projected has I measurement areas MAi (i = 1) having the same width in the X direction (I is an integer of several tens to 300). To I). The center of the i-th measurement area MAi can be regarded as the i-th measurement point at the Z position on the wafer surface Wa. As will be described later, the number I of the measurement areas MAi is the same as the number of the light receiving elements in the light receiving element array 36 in the detection system 14C, and the pitch of the array in the X direction of the measurement areas MAi is the light receiving elements in the light receiving element array 36. For example, it can be easily reduced to about 1 mm in accordance with the pitch of the arrangement. Furthermore, the number of measurement areas MAi (measurement points) can be easily increased only by increasing the number of light receiving elements in the light receiving element array 36.

図1において、ウエハ面Waに投射された光束Lは、ウエハ面Waで反射されて、光路を+Z方向にシフトさせるプリズム28Bを介して第1対物レンズ30Aに入射する。そして、第1対物レンズ30Aを通過した光束Lは、ミラー26Bを介して光路がほぼ+Z方向に折り曲げられて第2対物レンズ30Bに入射する。第2対物レンズ30Bから射出された光束Lは、偏向プリズム32の入射面に形成された受光スリット部33に、ウエハ面Waの投射領域29内の複数の細長いスリット像37jの像を形成する。   In FIG. 1, a light beam L projected onto the wafer surface Wa is reflected by the wafer surface Wa and enters the first objective lens 30A via a prism 28B that shifts the optical path in the + Z direction. Then, the light beam L that has passed through the first objective lens 30A is incident on the second objective lens 30B with its optical path bent substantially in the + Z direction via the mirror 26B. The light beam L emitted from the second objective lens 30B forms images of a plurality of elongated slit images 37j in the projection area 29 on the wafer surface Wa in the light receiving slit portion 33 formed on the incident surface of the deflecting prism 32.

図2(C)に示すように、受光スリット部33は、遮光膜中に複数のスリット像37jの像(以下、スリット像という)38j(j=1〜J)とほぼ同じ配列で、合焦時のスリット像38jとほぼ同じ形状の細長い開口パターンよりなる複数の受光スリット33aをY2方向(ウエハ面のY方向に平行な方向)に平行に設けた構成である。スリット像38jは、複数の送光スリット19aの送光光学系14A及び受光光学系14Bによる像19aPでもある。振動ミラー26ADの振動によって、複数のスリット像38jは全体としてX2方向(ウエハ面のX方向に対応する方向)に周期的に移動するとともに、周期的にデフォーカス量が変化する。   As shown in FIG. 2 (C), the light receiving slit portion 33 is in the same arrangement as the images of a plurality of slit images 37j (hereinafter referred to as slit images) 38j (j = 1 to J) in the light shielding film. In this configuration, a plurality of light receiving slits 33a each having an elongated opening pattern having substantially the same shape as the slit image 38j at the time are provided in parallel to the Y2 direction (direction parallel to the Y direction of the wafer surface). The slit image 38j is also an image 19aP obtained by the light transmission optical system 14A and the light reception optical system 14B of the plurality of light transmission slits 19a. Due to the vibration of the vibration mirror 26AD, the plurality of slit images 38j as a whole periodically move in the X2 direction (direction corresponding to the X direction of the wafer surface), and the defocus amount changes periodically.

プリズム28B、第1対物レンズ30A、ミラー26B、及び第2対物レンズ30Bより受光光学系14Bが構成されている。受光光学系14Bに関して、投影光学系PLの像面(合焦時のウエハ面Wa)と偏向プリズム32の入射面(受光スリット部33の形成面)とは光学的に共役である。また、ウエハ面Waが投影光学系PLの像面に合焦している状態で、ウエハ面Waと偏向プリズム32の入射面とは、受光光学系14Bに関して、シャインプルーフの条件を満たすように配置されている。従って、偏向プリズム32の入射面の全面に渡って、ウエハ面Waの投射領域29内に結像したスリット像37jの像38jが正確に再結像する。また、受光光学系14Bは両側テレセントリック光学系であり、一例として開口数は0.01〜0.1程度で、投影倍率はほぼ等倍〜数分の1であり、ウエハ面Waの2点の間隔と偏向プリズム32の入射面上の対応する2つの共役点の間隔とは、全面で同じ倍率である。   The light receiving optical system 14B is constituted by the prism 28B, the first objective lens 30A, the mirror 26B, and the second objective lens 30B. Regarding the light receiving optical system 14B, the image plane of the projection optical system PL (wafer surface Wa when focused) and the incident surface of the deflecting prism 32 (formation surface of the light receiving slit portion 33) are optically conjugate. In addition, the wafer surface Wa and the incident surface of the deflecting prism 32 are arranged so as to satisfy the Scheinproof condition with respect to the light receiving optical system 14B in a state where the wafer surface Wa is focused on the image plane of the projection optical system PL. Has been. Therefore, the image 38j of the slit image 37j formed in the projection area 29 of the wafer surface Wa is accurately re-imaged over the entire incident surface of the deflecting prism 32. The light receiving optical system 14B is a double-sided telecentric optical system. As an example, the numerical aperture is about 0.01 to 0.1, the projection magnification is approximately equal to a fraction, and two points on the wafer surface Wa. The interval and the interval between two corresponding conjugate points on the incident surface of the deflecting prism 32 are the same magnification over the entire surface.

この場合、図3(A)に示すように、ウエハ面Waが像面に合焦している状態で、送光光学系14Aから実線の光路に沿ってウエハ面WaのX方向の中央の点B0に照射された光束Lを想定する。この光束Lは、ウエハ面Waで反射されてから受光光学系14Bにより集光され、受光スリット部33の中央の点C0にスリット像を合焦状態で形成する。このとき、図3(C)に示すように、受光スリット部33の各受光スリット33aとほぼ同じ位置にほぼ同じ大きさのスリット像38jが形成され、各受光スリット33aを通過する光量は最大になる。この状態から、ウエハ面WaがZ方向(面位置の計測方向)に変位して、+Z方向の位置A1に移動すると、上記の点B0で反射される光束と同じ光路を通る光束は、点線で示すようにウエハ面Waで点B0から+X方向にδXだけ離れた点B1に集光される光束となる。この光束は実際には位置A1にあるウエハ面Waで反射された後、受光光学系14Bで集光されて受光スリット部33から+Z方向にδZ2だけ離れた点C1でスリット像を形成する。このため、図3(B)に示すように、受光スリット部33の各受光スリット33a上にはデフォーカスしたスリット像38jが形成され、各受光スリット33aを通過する光量は減少する。   In this case, as shown in FIG. 3A, in the state where the wafer surface Wa is focused on the image surface, the center point in the X direction of the wafer surface Wa along the solid line optical path from the light transmission optical system 14A. Assume a light beam L irradiated to B0. The light beam L is reflected by the wafer surface Wa and then collected by the light receiving optical system 14B, and forms a slit image in a focused state at a central point C0 of the light receiving slit portion 33. At this time, as shown in FIG. 3C, slit images 38j having substantially the same size are formed at substantially the same positions as the light receiving slits 33a of the light receiving slit portion 33, and the amount of light passing through the light receiving slits 33a is maximized. Become. From this state, when the wafer surface Wa is displaced in the Z direction (surface position measurement direction) and moved to the position A1 in the + Z direction, the light beam passing through the same optical path as the light beam reflected at the point B0 is a dotted line. As shown, the light beam is focused on a point B1 that is separated from the point B0 by δX in the + X direction on the wafer surface Wa. This light beam is actually reflected by the wafer surface Wa at the position A1, and then condensed by the light receiving optical system 14B to form a slit image at a point C1 separated from the light receiving slit portion 33 by δZ2 in the + Z direction. Therefore, as shown in FIG. 3B, a defocused slit image 38j is formed on each light receiving slit 33a of the light receiving slit portion 33, and the amount of light passing through each light receiving slit 33a is reduced.

一方、ウエハ面Waが−Z方向の位置A2に移動すると、上記の点B0で反射される光束と同じ光路を通る光束は、点線で示すようにウエハ面Waで点B0から−X方向にδXだけ離れた点B2に集光される光束となる。この光束は実際には位置A2にあるウエハ面Waで反射された後、受光光学系14Bで集光されて受光スリット部33から−Z方向にδZ2だけ離れた点C2でスリット像を形成する。このため、図3(D)に示すように、受光スリット部33の各受光スリット33a上にはデフォーカスしたスリット像38jが形成され、各受光スリット33aを通過する光量は減少する。従って、ウエハ面WaのZ位置が変化すると、受光スリット部33の各受光スリット33aを通過する光量を光電変換して得られる検出信号S1は、図3(E)に示すように、ウエハ面Waがベストフォーカス位置BFにあるときに最大になり、ウエハ面Waが位置BFから離れるほど小さくなる。このために検出信号S1からウエハ面WaのZ位置(位置BFに対する変位δZ)を検出できる。ただし、単に検出信号S1を用いると、Z位置が位置BFに対して+Z方向又は−Z方向のどちらに変位しているのかが分からないため、本実施形態では後述のように検出信号S1を振動ミラー26ADの駆動信号で同期整流する。   On the other hand, when the wafer surface Wa moves to the position A2 in the −Z direction, the light beam passing through the same optical path as the light beam reflected at the point B0 is δX from the point B0 to the −X direction on the wafer surface Wa as indicated by the dotted line. It becomes a light beam condensed at a point B2 that is far away. This light beam is actually reflected by the wafer surface Wa at the position A2, and then condensed by the light receiving optical system 14B to form a slit image at a point C2 away from the light receiving slit portion 33 by δZ2 in the −Z direction. Therefore, as shown in FIG. 3D, a defocused slit image 38j is formed on each light receiving slit 33a of the light receiving slit portion 33, and the amount of light passing through each light receiving slit 33a is reduced. Therefore, when the Z position of the wafer surface Wa changes, the detection signal S1 obtained by photoelectrically converting the amount of light passing through each of the light receiving slits 33a of the light receiving slit portion 33 is, as shown in FIG. 3E, the wafer surface Wa. Is at the best focus position BF, and decreases as the wafer surface Wa moves away from the position BF. For this reason, the Z position (displacement δZ with respect to the position BF) of the wafer surface Wa can be detected from the detection signal S1. However, if the detection signal S1 is simply used, it is not known whether the Z position is displaced in the + Z direction or the −Z direction with respect to the position BF. Therefore, in this embodiment, the detection signal S1 is vibrated as described later. Synchronous rectification is performed by the drive signal of the mirror 26AD.

また、図3(A)において、一例として、送光光学系14Aからウエハ面Waに入射する光束Lの入射角φを86°として、ウエハ面WaのZ方向への変位(位置A1又はA2までの間隔)を1μmとすると、点B0から点B1又はB2までの距離δXは次のようにほぼ14.3μmとなる。
δX=1×tan86°=14.3(μm) …(1)
また、受光光学系14Bが例えば等倍であるとすると、受光スリット部33におけるスリット像38jのデフォーカス量(間隔δZ2)はほぼ式(1)の距離δXに等しくなり、そのデフォーカス量はほぼ14.3倍に拡大される。このウエハ面Waのデフォーカス量に対する受光スリット部33におけるデフォーカス量の倍率は受光光学系14Bの共焦点効果ともいうことができる。言い換えると、受光光学系14Bの開口数が仮に0.02であるとしても、共焦点効果によって開口数は実質的に0.28(=0.02×14)相当になり、面位置の検出に際して高い検出精度が得られる。
In FIG. 3A, as an example, the incident angle φ of the light beam L incident on the wafer surface Wa from the light transmission optical system 14A is set to 86 °, and the wafer surface Wa is displaced in the Z direction (to the position A1 or A2). Is 1 μm, the distance δX from the point B0 to the point B1 or B2 is approximately 14.3 μm as follows.
δX = 1 × tan 86 ° = 14.3 (μm) (1)
Further, if the light receiving optical system 14B is, for example, equal magnification, the defocus amount (interval δZ2) of the slit image 38j in the light receiving slit portion 33 is substantially equal to the distance δX of Expression (1), and the defocus amount is approximately 14.3x magnification. The magnification of the defocus amount in the light receiving slit portion 33 with respect to the defocus amount of the wafer surface Wa can also be referred to as a confocal effect of the light receiving optical system 14B. In other words, even if the numerical aperture of the light receiving optical system 14B is 0.02, the numerical aperture is substantially equivalent to 0.28 (= 0.02 × 14) due to the confocal effect, and the surface position is detected. High detection accuracy can be obtained.

図1において、偏向プリズム32の入射面の複数の受光スリット33aを通過した光束Lは、リレー光学系34により、受光素子アレイ36に形成された複数の例えばフォトダイオードよりなる受光素子PEi(i=1〜I)の受光面にリレーされる。複数の受光素子PEiの検出信号S1は信号処理系46に供給される。受光素子アレイ36としては、例えばCCD又はCMOS型の1次元のラインセンサも使用できる。なお、受光素子アレイ36の代わりに複数列のそれぞれ複数の受光素子のアレイを有する受光素子アレイ、又は2次元の撮像素子を使用することも可能である。   In FIG. 1, a light beam L that has passed through a plurality of light receiving slits 33a on the incident surface of the deflecting prism 32 is received by a relay optical system 34, and a plurality of light receiving elements PEi (i = i = a photodiode formed by a light receiving element array 36, for example). 1 to I) are relayed to the light receiving surface. The detection signals S1 of the plurality of light receiving elements PEi are supplied to the signal processing system 46. As the light receiving element array 36, for example, a CCD or CMOS type one-dimensional line sensor can also be used. Instead of the light receiving element array 36, a light receiving element array having a plurality of light receiving element arrays in a plurality of columns or a two-dimensional image pickup element may be used.

図2(C)には、受光スリット部33の複数の受光スリット38jの配置面から、リレー光学系34を介して見た受光素子アレイ36の複数の受光素子PEi(i=1〜I)を示す。受光素子PEiの個数Iは、図2(A)のウエハ面Waの投射領域29内に設定される計測領域MAiの個数と同じであり、i番目の受光素子PEiによって、投射領域29内のi番目の計測領域MAiで反射された光束のうち、受光スリット部33の複数の受光スリット38jの対応する領域(計測領域MAiと共役な領域)を通過した光束が受光される。   In FIG. 2C, the plurality of light receiving elements PEi (i = 1 to I) of the light receiving element array 36 viewed from the arrangement surface of the plurality of light receiving slits 38j of the light receiving slit portion 33 through the relay optical system 34 are shown. Show. The number I of light receiving elements PEi is the same as the number of measurement areas MAi set in the projection area 29 of the wafer surface Wa in FIG. 2A, and the i-th light receiving element PEi causes i in the projection area 29 to be i. Of the light beam reflected by the first measurement region MAi, the light beam that has passed through the corresponding region (region conjugate with the measurement region MAi) of the plurality of light receiving slits 38j of the light receiving slit portion 33 is received.

信号処理系46は、各受光素子PEiから出力される検出信号S1を、ミラー制御系44から供給される振動ミラー26ADの駆動信号を用いて個別に同期整流することによって、ウエハ面Waのi番目の計測領域MAiのZ位置のベストフォーカス位置BFからの変位δZiとして求める。この場合の同期整流とは、一例として駆動信号の半周期毎にその検出信号をサンプリングして、サンプリングされた2つの信号の差分を求めることである。図3(E)に示したように、検出信号S1は位置BFで最大値になる信号であり、その同期整流によって変位δZiを高精度に求めることができる。ウエハ面Waにはそれまでの工程の処理等によって凹凸(段差)があるため、変位δZiは通常は互いにわずかに異なっている。求められたウエハ面Waの全部の計測領域MAiのZ位置(変位δZi)の情報は主制御装置40に供給される。リレー光学系34及び受光素子アレイ36から検出系14Cが構成されている。AFセンサ12のうち、ミラー制御系44及び信号処理系46を除く光学系の部分は、投影光学系PLを保持するフレーム(不図示)に支持されている。   The signal processing system 46 performs synchronous rectification of the detection signal S1 output from each light receiving element PEi individually using the drive signal of the oscillating mirror 26AD supplied from the mirror control system 44, so that the i th of the wafer surface Wa is obtained. The displacement δZi of the Z position of the measurement area MAi from the best focus position BF is obtained. Synchronous rectification in this case is, for example, sampling the detection signal every half cycle of the drive signal and obtaining the difference between the two sampled signals. As shown in FIG. 3E, the detection signal S1 is a signal that becomes a maximum value at the position BF, and the displacement δZi can be obtained with high accuracy by the synchronous rectification. Since there are irregularities (steps) on the wafer surface Wa due to the processing of the previous processes, the displacements δZi are usually slightly different from each other. Information on the obtained Z position (displacement δZi) of all measurement areas MAi on the wafer surface Wa is supplied to the main controller 40. The relay optical system 34 and the light receiving element array 36 constitute a detection system 14C. Of the AF sensor 12, the part of the optical system excluding the mirror control system 44 and the signal processing system 46 is supported by a frame (not shown) that holds the projection optical system PL.

ここで、振動ミラー26ADで光束Lをθy方向に振動することで、受光スリット部33に形成されるスリット像のデフォーカス量が変化すること、及びAFセンサ12によって、ウエハ面Waの前のレイヤ等に形成されている回路パターン(下地パターン)、又はウエハ面Waの互いに反射率が異なり隣接している複数の部分からの反射光の影響を軽減できることにつき説明する。ここで、図4(A)に示すように、一例として、ウエハ面Waが像面に合焦しており、振動ミラー26ADが振動範囲の中央(中立位置)にあるときに、送光光学系14Aから実線の光路に沿ってウエハ面WaのX方向の中央の点B0に照射される光束Lを想定する。この光束Lは、ウエハ面Waで反射されてから、受光スリット部33の中央の点C0にスリット像を形成する。   Here, when the light beam L is vibrated in the θy direction by the vibration mirror 26AD, the defocus amount of the slit image formed in the light receiving slit portion 33 changes, and the AF sensor 12 causes the layer in front of the wafer surface Wa to be changed. A description will be given of the fact that the influence of reflected light from a plurality of adjacent circuit patterns (underlying patterns) or wafer surfaces Wa having different reflectances and adjacent to each other can be reduced. Here, as shown in FIG. 4A, as an example, when the wafer surface Wa is focused on the image plane and the vibrating mirror 26AD is at the center (neutral position) of the vibration range, the light transmission optical system Assume a light beam L irradiated to a center point B0 in the X direction of the wafer surface Wa along a solid optical path from 14A. The light beam L is reflected by the wafer surface Wa and then forms a slit image at a center point C0 of the light receiving slit portion 33.

この状態から、振動ミラー26ADが時計回りの下限位置まで回転して、ウエハ面Waの点B0に入射していた光束Lの光路が点線の光路P1に移動すると、光路P1に沿った光束Lはウエハ面Waで反射した後に点B0から+Z方向に離れた点B01にスリット像を形成する。従って、ウエハ面Waには全部のスリット像がデフォーカスした状態で投影されるため、ウエハ面Waからの反射光によって受光スリット部33に形成されるスリット像もデフォーカスしている。この場合、点B01を通る光束は、受光スリット部33において点C0からX方向に対応する方向に離れた位置に入射する。そして、ウエハ面Waの点B0に入射した光束L11は、ウエハ面Waから離れた点B11にスリット像を形成した後、受光光学系14Bの光軸に沿って点C0から+Z方向にデフォーカスした位置C11にスリット像を形成するため、受光スリットを通過する光量は減少する。   From this state, when the oscillating mirror 26AD rotates to the clockwise lower limit position and the optical path of the light beam L incident on the point B0 of the wafer surface Wa moves to the dotted optical path P1, the light beam L along the optical path P1 is A slit image is formed at a point B01 that is separated from the point B0 in the + Z direction after being reflected by the wafer surface Wa. Accordingly, since all the slit images are projected on the wafer surface Wa in a defocused state, the slit images formed on the light receiving slit portion 33 by the reflected light from the wafer surface Wa are also defocused. In this case, the light beam passing through the point B01 is incident on the light receiving slit portion 33 at a position away from the point C0 in the direction corresponding to the X direction. The light beam L11 incident on the point B0 on the wafer surface Wa forms a slit image at a point B11 away from the wafer surface Wa, and then defocuses in the + Z direction from the point C0 along the optical axis of the light receiving optical system 14B. Since a slit image is formed at the position C11, the amount of light passing through the light receiving slit decreases.

これに対して、振動ミラー26ADが反時計回りの上限位置まで回転して、ウエハ面Waの点B0に入射していた光束Lの光路が点線の光路P2に移動すると、光路P2に沿った光束Lは点B0の上方の点B01にスリット像を形成した後、ウエハ面Waで反射される。従って、この状態でも、ウエハ面Waには全部のスリット像がデフォーカスした状態で投影されて、ウエハ面Waからの反射光によって受光スリット部33に形成されるスリット像もデフォーカスしている。そして、点B0から−X方向で+Z方向に離れた点B12でスリット像を形成した光束L12が、ウエハ面Waの点B0で反射された後、受光光学系14Bの光軸に沿って点C0から−Z方向にデフォーカスした位置C12にスリット像を形成するため、受光スリットを通過する光量は減少する。   On the other hand, when the vibrating mirror 26AD rotates to the counterclockwise upper limit position and the optical path of the light beam L incident on the point B0 on the wafer surface Wa moves to the dotted optical path P2, the light beam along the optical path P2 L forms a slit image at a point B01 above the point B0 and is then reflected by the wafer surface Wa. Therefore, even in this state, the entire slit image is projected on the wafer surface Wa in a defocused state, and the slit image formed in the light receiving slit portion 33 by the reflected light from the wafer surface Wa is also defocused. A light beam L12 that forms a slit image at a point B12 that is distant from the point B0 in the -X direction in the + Z direction is reflected at the point B0 on the wafer surface Wa, and then is pointed along the optical axis of the light receiving optical system 14B. Since the slit image is formed at the position C12 defocused in the −Z direction, the amount of light passing through the light receiving slit is reduced.

このように、振動ミラー26ADの振動によって、受光スリット部33の中央に形成されるスリット像のデフォーカス量が周期的に変化し、同様に受光スリット部33の他の部分に形成されるスリット像もデフォーカス量が周期的に変化する。さらに、図4(A)の場合には、点B0があるウエハ面Waはベストフォーカス位置にあるが、ウエハ面Waがベストフォーカス位置からδZだけずれた位置にある状態で、振動ミラー26ADで光束Lを振動させると、受光スリット部33に形成されるスリット像のデフォーカス量は、変位δZに対応するデフォーカス量を中心として周期的に変化する。このため、受光素子アレイ36から出力される検出信号を振動ミラー26ADの駆動信号で同期整流することで、ウエハ面Waのベストフォーカス位置からの変位δZを求めることができる。   As described above, the vibration of the oscillating mirror 26AD periodically changes the defocus amount of the slit image formed at the center of the light receiving slit portion 33, and similarly, the slit image formed at the other portion of the light receiving slit portion 33. However, the defocus amount changes periodically. Further, in the case of FIG. 4A, the wafer surface Wa where the point B0 is located is at the best focus position, but the light beam is emitted by the vibrating mirror 26AD in a state where the wafer surface Wa is shifted by δZ from the best focus position. When L is vibrated, the defocus amount of the slit image formed in the light receiving slit portion 33 periodically changes around the defocus amount corresponding to the displacement δZ. Therefore, the displacement δZ of the wafer surface Wa from the best focus position can be obtained by synchronously rectifying the detection signal output from the light receiving element array 36 with the drive signal of the oscillating mirror 26AD.

また、図4(B)に示すように、ウエハ面Waのスリット像37jの投射領域29において、例えばi番目の計測領域MAiが、反射率の高い部分(高反射率部)48Aと反射率が低い部分(低反射率部)48Bとの境界部に設定されているものとする。このとき、振動ミラー26ADを振動させることで、ウエハ面Waに投射される複数のスリット像37jは全体としてX方向に移動するとともに、そのウエハ面Waにおけるデフォーカス量は周期的に変化する。   As shown in FIG. 4B, in the projection area 29 of the slit image 37j on the wafer surface Wa, for example, the i-th measurement area MAi has a high reflectivity portion (high reflectivity portion) 48A and a reflectivity. It is assumed that it is set at the boundary with the low part (low reflectance part) 48B. At this time, by vibrating the oscillating mirror 26AD, the plurality of slit images 37j projected on the wafer surface Wa move in the X direction as a whole, and the defocus amount on the wafer surface Wa periodically changes.

すなわち、振動ミラー26ADによってウエハ面Waでスリット像37jが−X方向に移動しているときに、図5(A)に示すようにスリット像37jがX方向の移動範囲内の中央にある状態で、スリット像37jが合焦状態で鮮明に形成される場合を想定する。この場合、振動ミラー26ADによってスリット像37jがさらに−X方向に移動すると、図5(B)に示すように、スリット像37jのデフォーカス量が最大になる。その後、振動ミラー26ADによってスリット像37jが+X方向への移動を開始し、図5(C)に示すようにスリット像37jがX方向の移動範囲内の中央に戻ったときに、スリット像37jが再び合焦状態で鮮明に形成される。そして、振動ミラー26ADによってスリット像37jがさらに+X方向に移動すると、図5(D)に示すように、スリット像37jのデフォーカス量が最大になる。以下、図5(A)〜図5(D)の動作が周期的に繰り返される。   That is, when the slit image 37j is moved in the −X direction on the wafer surface Wa by the oscillating mirror 26AD, the slit image 37j is in the center of the moving range in the X direction as shown in FIG. Assume that the slit image 37j is clearly formed in a focused state. In this case, when the slit image 37j is further moved in the −X direction by the oscillating mirror 26AD, the defocus amount of the slit image 37j is maximized as shown in FIG. Thereafter, the slit image 37j starts to move in the + X direction by the oscillating mirror 26AD, and when the slit image 37j returns to the center in the movement range in the X direction as shown in FIG. It is clearly formed in the focused state again. When the slit image 37j is further moved in the + X direction by the oscillating mirror 26AD, the defocus amount of the slit image 37j is maximized as shown in FIG. Hereinafter, the operations of FIGS. 5A to 5D are periodically repeated.

この場合、図5(A)の状態で、高反射率部48Aと低反射率部48Bとの境界部にある計測領域MAiで反射された光束が受光素子アレイ36のi番目の受光素子で受光されるものとする。このとき、図5(B)又は図5(D)に示すように、ウエハ面Waでスリット像37jの位置がX方向に移動しても、そのi番目の受光素子に入射する光束は、高反射率部48Aと低反射率部48Bとの境界部にある計測領域MAiで反射された光束のうちで、対応する受光スリット33aを通過した光束である。従って、そのi番目の受光素子からの検出信号は、振動ミラー26ADの振動(スリット像37jのデフォーカス量)に応じて周期的に変化するが、計測領域MAiにおける高反射率部48Aと低反射率部48Bとの面積比は変化しない。このため、ウエハ面Waに高反射率部48Aと低反射率部48Bとが隣接して形成されている状態で、スリット像37jのデフォーカス量を変化させるためにスリット像37jをX方向に移動させても、そのi番目の受光素子からの検出信号はそのデフォーカス量に応じて正確に変化して、高反射率部48A及び低反射率部48Bの存在によって計測領域MAiのZ位置の計測精度が低下することはない。   In this case, in the state of FIG. 5A, the light beam reflected by the measurement area MAi at the boundary between the high reflectance part 48A and the low reflectance part 48B is received by the i-th light receiving element of the light receiving element array 36. Shall be. At this time, as shown in FIG. 5B or FIG. 5D, even if the position of the slit image 37j moves in the X direction on the wafer surface Wa, the light beam incident on the i-th light receiving element is high. Among the light beams reflected by the measurement area MAi at the boundary between the reflectivity part 48A and the low reflectivity part 48B, the light beam has passed through the corresponding light receiving slit 33a. Therefore, the detection signal from the i-th light receiving element periodically changes according to the vibration of the oscillating mirror 26AD (the defocus amount of the slit image 37j), but the high reflectivity portion 48A and the low reflection in the measurement region MAi. The area ratio with the rate part 48B does not change. Therefore, the slit image 37j is moved in the X direction in order to change the defocus amount of the slit image 37j in a state where the high reflectance portion 48A and the low reflectance portion 48B are formed adjacent to each other on the wafer surface Wa. Even if the detection signal is detected, the detection signal from the i-th light receiving element accurately changes in accordance with the defocus amount, and the Z position of the measurement region MAi is measured by the presence of the high reflectivity portion 48A and the low reflectivity portion 48B. The accuracy is not reduced.

これに対して、従来技術のようにウエハ面Waにスリット像を投射して、そのスリット像を振動させる場合には、そのスリット像の移動によって、スリット像が投射される領域内で高反射率部及び低反射率部の面積比が変化すると、スリット像のデフォーカス以外の要因(その面積比の変化又は下地パターンの影響)によってもその検出信号が変化して、Z位置の計測精度が低下する恐れがある。本実施形態のAFセンサ12によれば、ウエハ面Waの下地パターン、並びにウエハ面Waに高反射率部及び低反射率部が混在することによる影響が軽減される。   On the other hand, when a slit image is projected onto the wafer surface Wa and the slit image is vibrated as in the conventional technique, the slit image is moved so as to have a high reflectance in the area where the slit image is projected. If the area ratio of the part and the low reflectance part changes, the detection signal also changes due to factors other than the defocus of the slit image (change in the area ratio or the influence of the ground pattern), and the measurement accuracy of the Z position decreases. There is a fear. According to the AF sensor 12 of the present embodiment, the influence of the base pattern on the wafer surface Wa and the presence of the high reflectance portion and the low reflectance portion on the wafer surface Wa are reduced.

以下、本実施形態の露光装置EXにおいて、主制御装置40の制御のもとでAFセンサ12を用いてウエハWの表面のZ位置を計測し、この計測結果を用いてウエハWを露光する動作の一例につき、図6のフローチャートを参照して説明する。この動作は主制御装置40によって制御される。
まず、図6のステップ102において、ウエハステージWSTを駆動して、AFセンサ12の投射領域29にウエハ面Waを移動する。次のステップ104において、光源17Aの発光を開始させ、ミラー制御系44によって振動ミラー26ADの振動を開始させる。次のステップ106において、図1に示すように、光源17Aから射出された光束Lが偏向プリズム18の送光スリット部19を照明する。送光スリット部19の複数の細長い送光スリット19aを通過した光束Lが、送光光学系14A及び振動ミラー26ADを介してウエハ面Wa(被検面)の投射領域29に斜めに複数の細長いスリット像37j(ラインパターンの像)を投射する。
Hereinafter, in the exposure apparatus EX of the present embodiment, the Z position on the surface of the wafer W is measured using the AF sensor 12 under the control of the main controller 40, and the wafer W is exposed using this measurement result. An example will be described with reference to the flowchart of FIG. This operation is controlled by the main controller 40.
First, in step 102 in FIG. 6, wafer stage WST is driven to move wafer surface Wa to projection area 29 of AF sensor 12. In the next step 104, light emission of the light source 17A is started, and the vibration of the vibrating mirror 26AD is started by the mirror control system 44. In the next step 106, as shown in FIG. 1, the light beam L emitted from the light source 17A illuminates the light transmission slit portion 19 of the deflecting prism 18. The light beam L that has passed through the plurality of elongated light-sending slits 19a of the light-sending slit unit 19 obliquely enters the projection area 29 of the wafer surface Wa (surface to be measured) via the light-sending optical system 14A and the vibrating mirror 26AD. A slit image 37j (line pattern image) is projected.

次のステップ108において、ウエハ面Waで反射された光束Lは、受光光学系14Bを介して受光され、偏向プリズム32の受光スリット部33に複数の送光スリット19aの像を形成する。次のステップ110において、複数の受光スリット33aを通過した光束を受光素子アレイ36で検出し、信号処理系46は、受光素子アレイ36の複数の受光素子から出力される検出信号を信号処理系46の駆動信号に同期してサンプリングする。次のステップ112において、信号処理系46は、サンプリングされた複数の検出信号を用いて、ウエハ面Waの複数の計測領域MAiにおけるZ位置を求め、求めたZ位置を内部の記憶装置に記憶する。これによって、ウエハ面Waの第1列の複数の計測領域MAi(計測点)のZ位置が計測されたことになる。   In the next step 108, the light beam L reflected by the wafer surface Wa is received through the light receiving optical system 14B and forms an image of a plurality of light transmitting slits 19a in the light receiving slit portion 33 of the deflecting prism 32. In the next step 110, the light beam that has passed through the plurality of light receiving slits 33 a is detected by the light receiving element array 36, and the signal processing system 46 receives detection signals output from the plurality of light receiving elements in the light receiving element array 36. Sampling is performed in synchronization with the drive signal. In the next step 112, the signal processing system 46 obtains Z positions in a plurality of measurement areas MAi on the wafer surface Wa using a plurality of sampled detection signals, and stores the obtained Z positions in an internal storage device. . As a result, the Z positions of the plurality of measurement areas MAi (measurement points) in the first row of the wafer surface Wa are measured.

次のステップ114において、Z位置の計測を継続する場合には、ステップ116に移行して、ウエハステージWSTを駆動して、図2(A)に示すようにAFセンサ12の投射領域29に対してウエハWをY方向に移動して、ウエハ面Waの次の計測対象領域を投射領域29に移動する。その後、動作はステップ106に戻り、その計測対象領域の複数の計測領域MAiのZ位置が計測されて記憶される。これによって、ウエハ面Waの第2列の複数の計測領域MAiのZ位置が計測されたことになる。以下、ウエハWをY方向に移動しながらAFセンサ12によって、ウエハ面WaのY方向に次第に配列される第3列、第4列、…の複数の計測領域MAiのZ位置が計測される。そして、ウエハ面Waの全面でZ位置の計測が終わったときに、ステップ114で計測終了と判定され、動作はステップ118に移行して、光源17Aの発光を停止させ、振動ミラー26ADの振動を停止させることで、Z位置の計測動作を終了する。この際にステップ112で記憶されたウエハ面Wa全面の複数列の複数の計測領域(計測点)でのZ位置の計測結果が主制御装置40に供給される。   In the next step 114, when the measurement of the Z position is continued, the process proceeds to step 116, the wafer stage WST is driven, and the projection area 29 of the AF sensor 12 is applied to the AF sensor 12 as shown in FIG. The wafer W is moved in the Y direction, and the next measurement target area on the wafer surface Wa is moved to the projection area 29. Thereafter, the operation returns to step 106, and the Z positions of the plurality of measurement areas MAi in the measurement target area are measured and stored. As a result, the Z positions of the plurality of measurement areas MAi in the second row of the wafer surface Wa are measured. Thereafter, the Z position of a plurality of measurement areas MAi in the third row, the fourth row,... That are gradually arranged in the Y direction on the wafer surface Wa is measured by the AF sensor 12 while moving the wafer W in the Y direction. Then, when the measurement of the Z position is completed over the entire wafer surface Wa, it is determined in step 114 that the measurement is completed, the operation proceeds to step 118, the light emission of the light source 17A is stopped, and the vibration of the vibration mirror 26AD is reduced. By stopping, the measurement operation of the Z position is completed. At this time, Z position measurement results in a plurality of measurement areas (measurement points) in a plurality of rows on the entire wafer surface Wa stored in step 112 are supplied to the main controller 40.

その後、ステップ120で、ウエハステージWSTを駆動して、ウエハWの露光対象のショット領域を投影光学系PLの露光領域の手前に移動する(ステップ移動)。次のステップ122で、ステップ112で記憶されたZ位置の計測結果に基づいてオートフォーカス方式でウエハ面Waを投影光学系PLの像面に合焦させながら、ウエハ面Waの当該ショット領域にレチクルRのパターンの像が走査露光される。このステップ120、122の動作がウエハWの全部のショット領域に関して実行された後、ステップ124でこのウエハWに関する露光が終了し、その次のウエハに対するZ位置の計測及び露光が行われる。   Thereafter, in step 120, wafer stage WST is driven to move the shot area to be exposed on wafer W to the front of the exposure area of projection optical system PL (step movement). In the next step 122, the reticle is applied to the shot area on the wafer surface Wa while focusing the wafer surface Wa on the image plane of the projection optical system PL by the autofocus method based on the measurement result of the Z position stored in step 112. An R pattern image is scanned and exposed. After the operations in steps 120 and 122 are performed for all shot regions of the wafer W, the exposure for the wafer W is completed in step 124, and the measurement and exposure of the Z position for the next wafer are performed.

このように本実施形態では、AFセンサ12のZ位置の計測領域(計測点)をX方向に微細なピッチで多く配置できるとともに、ウエハ面Waの下地パターン等の影響が少ないため、ウエハ面WaのZ位置の分布を細かいピッチで高精度に計測できる。従って、ウエハ面Waをより高精度に投影光学系PLの像面に合焦させることができ、レチクルRのパターンの像をより高精度にウエハに露光できる。   As described above, in the present embodiment, a large number of measurement areas (measurement points) at the Z position of the AF sensor 12 can be arranged at a fine pitch in the X direction, and the influence of the ground pattern on the wafer surface Wa is small. The Z position distribution can be measured with high precision at a fine pitch. Therefore, the wafer surface Wa can be focused on the image plane of the projection optical system PL with higher accuracy, and the pattern image of the reticle R can be exposed onto the wafer with higher accuracy.

本実施形態の効果等は以下の通りである。
本実施形態の露光装置EXが備えるAFセンサ12(面位置検出装置)は、ウエハ面Wa(被検面)の法線方向の位置(投影光学系PLの光軸方向の位置)であるZ位置(面位置)を検出する装置である。AFセンサ12は、ウエハ面Waに斜め方向から入射面に沿った方向に細長いスリット像37jを投射する送光光学系14A、ウエハ面Waで反射された光を受光してそのスリット像の像38jを再形成する受光光学系14B、及びスリット像38jが再形成される面を有し、この面にスリット像38jの長手方向に沿って細長い開口よりなる受光スリット33aが形成された偏向プリズム32を有する。さらに、AFセンサ12は、受光スリット33aが形成された面でスリット像38jのデフォーカス量を周期的に変化させる振動ミラー26AD、受光スリット33aを通過した光を検出する受光素子アレイ36、及び受光素子アレイ36の検出信号に基づいてウエハ面Waの面位置情報を求める信号処理系46を備えている。
The effects and the like of this embodiment are as follows.
The AF sensor 12 (surface position detection device) provided in the exposure apparatus EX of the present embodiment is a Z position that is a position in the normal direction of the wafer surface Wa (surface to be measured) (a position in the optical axis direction of the projection optical system PL). This is a device for detecting (surface position). The AF sensor 12 receives a light reflected by the wafer surface Wa and projects an image 38j of the slit image on the wafer surface Wa. And a deflecting prism 32 having a surface on which a slit image 38j is re-formed, and a light-receiving slit 33a formed of an elongated opening along the longitudinal direction of the slit image 38j. Have. The AF sensor 12 further includes a vibrating mirror 26AD that periodically changes the defocus amount of the slit image 38j on the surface on which the light receiving slit 33a is formed, a light receiving element array 36 that detects light that has passed through the light receiving slit 33a, and a light receiving element. A signal processing system 46 for obtaining surface position information of the wafer surface Wa based on the detection signal of the element array 36 is provided.

また、AFセンサ12を用いてウエハ面WaのZ位置(面位置)を検出する方法は、ウエハ面Waに斜め方向から入射面に沿った方向に送光光学系14Aを介して細長いスリット像37jを投射し(ステップ106)、ウエハ面Waで反射された光を受光光学系14Bを介して受光してスリット像38jを再形成し(ステップ108の一部)、スリット像38jが再形成される面に、スリット像38jの長手方向に沿って配置された細長い受光スリット33aを介して、受光光学系14Bからの光を検出し(ステップ108の一部)、受光スリット33aが形成された面でスリット像38jのデフォーカス量を周期的に変化させ(ステップ110)、受光光学系14Bからの光の検出信号に基づいてウエハ面WaのZ位置を求めている(ステップ112)。   In addition, the method of detecting the Z position (surface position) of the wafer surface Wa using the AF sensor 12 is a method in which an elongated slit image 37j is passed through the light transmission optical system 14A from the oblique direction to the wafer surface Wa along the incident surface. (Step 106), the light reflected by the wafer surface Wa is received through the light receiving optical system 14B to re-form the slit image 38j (part of step 108), and the slit image 38j is re-formed. On the surface, light from the light receiving optical system 14B is detected through a long and narrow light receiving slit 33a disposed along the longitudinal direction of the slit image 38j (part of step 108), and the surface on which the light receiving slit 33a is formed. The defocus amount of the slit image 38j is periodically changed (step 110), and the Z position of the wafer surface Wa is obtained based on the light detection signal from the light receiving optical system 14B (step 110). Flop 112).

本実施形態によれば、ウエハ面Waに細長いスリット像37jが投射されているため、そのスリット像37jの像(スリット像)38jを再形成し、この再形成されたスリット像38jの光量を受光スリット33aを介して受光するときに、スリット像38jの長手方向に対応する方向に配列する受光素子PEiの数を増加するだけで、ウエハ面Waの面位置の計測領域(計測位置)の個数を容易に増加できる。さらに、ウエハ面Waの面位置が変化すると、受光スリット33aが形成された面に形成されるスリット像38jのデフォーカス量が変化して、その受光スリット33aを通過する光量が変化することから、その面位置の情報を検出できる。このため、AFセンサ12の光学系をあまり複雑化させることなく、ウエハ面Waの多くの計測位置で面位置を高精度に検出することが可能となる。   According to the present embodiment, since the elongated slit image 37j is projected on the wafer surface Wa, the image (slit image) 38j of the slit image 37j is re-formed, and the light quantity of the re-formed slit image 38j is received. When light is received through the slit 33a, the number of measurement areas (measurement positions) of the surface position of the wafer surface Wa can be reduced by simply increasing the number of light receiving elements PEi arranged in the direction corresponding to the longitudinal direction of the slit image 38j. Can easily increase. Further, when the surface position of the wafer surface Wa changes, the defocus amount of the slit image 38j formed on the surface on which the light receiving slit 33a is formed changes, and the amount of light passing through the light receiving slit 33a changes. The surface position information can be detected. Therefore, it is possible to detect the surface position with high accuracy at many measurement positions on the wafer surface Wa without complicating the optical system of the AF sensor 12 so much.

また、振動ミラー26ADでウエハ面Waのスリット像37j及び偏向プリズム32の入射面でのスリット像38jのデフォーカス量を変化させても、受光素子アレイ36のある受光素子PEiに入射する光束は、ウエハ面Waのある計測領域で反射された光束のままである。このため、ウエハ面Waに形成されているパターン又は反射率が異なる部分の影響が低減され、高精度にウエハ面Waの面位置を計測できる。   Even if the defocus amount of the slit image 37j on the wafer surface Wa and the slit image 38j on the incident surface of the deflecting prism 32 is changed by the oscillating mirror 26AD, the light beam incident on the light receiving element PEi in the light receiving element array 36 is The light beam reflected by the measurement area with the wafer surface Wa remains as it is. For this reason, the influence of the pattern formed on the wafer surface Wa or a portion having a different reflectance is reduced, and the surface position of the wafer surface Wa can be measured with high accuracy.

また、振動ミラー26ADで偏向プリズム32の入射面でのスリット像38jのデフォーカス量を変化させているため、デフォーカスさせるための機構が簡単である。なお、振動ミラー26ADは、図1の送光光学系14A内のミラー26Bの位置に設置してもよい。
また、本実施形態では、投射領域29内にX方向に1列の計測領域MAiが設定されているが、投射領域29内にY方向に所定ピッチで複数列の計測領域MAiを設定してもよい。この場合には、受光素子アレイ36の代わりに2次元の撮像素子を使用すればよい。
Further, since the defocus amount of the slit image 38j on the incident surface of the deflecting prism 32 is changed by the oscillating mirror 26AD, the mechanism for defocusing is simple. The vibrating mirror 26AD may be installed at the position of the mirror 26B in the light transmission optical system 14A of FIG.
In the present embodiment, one row of measurement areas MAi is set in the X direction in the projection area 29. However, even if a plurality of rows of measurement areas MAi are set in the projection area 29 at a predetermined pitch in the Y direction. Good. In this case, a two-dimensional image sensor may be used instead of the light receiving element array 36.

また、本実施形態の露光装置EXは、照明光IL(露光光)でレチクルRのパターンを照明し、照明光ILでそのパターン及び投影光学系PLを介してウエハWを露光する露光装置において、AFセンサ12と、AFセンサ12によって検出されるウエハWの表面のZ位置(面位置)の情報に基づいてウエハWのZ位置を制御するウエハステージWSTとを備えている。また、露光装置EXによる露光方法は、ウエハWを露光するときに、AFセンサ12によるZ位置の検出方法を用いて検出されたZ位置を用いて、ウエハWの表面を投影光学系PLの像面に合焦させている。   Further, the exposure apparatus EX of the present embodiment is an exposure apparatus that illuminates the pattern of the reticle R with illumination light IL (exposure light) and exposes the wafer W with the illumination light IL via the pattern and the projection optical system PL. An AF sensor 12 and a wafer stage WST for controlling the Z position of the wafer W based on information on the Z position (surface position) of the surface of the wafer W detected by the AF sensor 12 are provided. Further, the exposure method using the exposure apparatus EX uses the Z position detected by the Z position detection method using the AF sensor 12 when the wafer W is exposed to image the surface of the wafer W on the image of the projection optical system PL. Focus on the surface.

本実施形態の露光装置EX又は露光方法によれば、AFセンサ12によってウエハ面WaのZ位置を多くの計測領域で高精度に計測できるため、この計測値に基づいてウエハWの表面を投影光学系PLの像面に高精度に合焦でき、レチクルRのパターンの像を高精度にウエハWに露光できる。
なお、露光装置EXにおいて、レチクルRのパターン面のZ方向の位置(面位置)を計測する装置としてAFセンサ12と同様のセンサを使用してもよい。
According to the exposure apparatus EX or the exposure method of this embodiment, the Z position of the wafer surface Wa can be measured with high accuracy in many measurement areas by the AF sensor 12, and therefore the surface of the wafer W is projected optically based on this measurement value. The image plane of the system PL can be focused with high accuracy, and the pattern image of the reticle R can be exposed onto the wafer W with high accuracy.
In the exposure apparatus EX, a sensor similar to the AF sensor 12 may be used as a device for measuring the position (surface position) in the Z direction of the pattern surface of the reticle R.

[第2の実施形態]
次に、第2の実施形態につき図7を参照して説明する。なお、図7において図1に対応する部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
図7は、本実施形態に係る露光装置EXを示す。露光装置EXの基本的な構成は図1の実施形態と同じであるが、露光装置EXが備えるAFセンサ12A(オートフォーカスセンサ又は面位置検出装置)の構成が図1のAFセンサ12と異なっている。以下、本実施形態のAFセンサ12Aにつき説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 7, portions corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
FIG. 7 shows an exposure apparatus EX according to this embodiment. Although the basic configuration of the exposure apparatus EX is the same as that of the embodiment of FIG. 1, the configuration of the AF sensor 12A (autofocus sensor or surface position detection apparatus) provided in the exposure apparatus EX is different from the AF sensor 12 of FIG. Yes. Hereinafter, the AF sensor 12A of the present embodiment will be described.

図7において、AFセンサ12Aは、図7の紙面に平行な方向に偏光した第1光束LP及び図7の紙面に垂直な方向に偏光した第2光束LSを交互に射出する光源系16A、第1光束LP及び第2光束LSをそれぞれ非偏光にした第1光束LA及び第2光束LBをウエハ面Wa(被検面)に斜め方向から投射する送光光学系14C、及びウエハ面Waで反射された光束LA,LBを受光する受光光学系14Bを有する。さらに、AFセンサ12Aは、受光光学系14Bで受光された光束が照射される入射面に複数の受光スリット33aが形成された偏向プリズム32、複数の受光スリット33aを通過した光束LA,LBを受光する複数の受光素子を有する受光素子アレイ36を含む検出系14C、及び受光素子アレイ36からの検出信号を処理してウエハ面Waの複数の計測領域のZ位置(面位置)を求める信号処理系46を有する。   In FIG. 7, an AF sensor 12A includes a first light source system 16A that alternately emits a first light beam LP polarized in a direction parallel to the paper surface of FIG. 7 and a second light beam LS polarized in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. The first light beam LA and the second light beam LS in which the first light beam LP and the second light beam LS are unpolarized, respectively, are projected on the wafer surface Wa (test surface) from an oblique direction, and reflected by the wafer surface Wa. A light receiving optical system 14B for receiving the light beams LA and LB. Further, the AF sensor 12A receives the light beams LA and LB that have passed through the deflection prism 32 having a plurality of light receiving slits 33a formed on the incident surface on which the light beam received by the light receiving optical system 14B is irradiated and the light receiving slits 33a. A detection system 14C including a light receiving element array 36 having a plurality of light receiving elements, and a signal processing system for processing detection signals from the light receiving element array 36 to obtain Z positions (surface positions) of a plurality of measurement regions on the wafer surface Wa. 46.

さらに、AFセンサ12Aは、送光光学系14C内に配置されて、第1光束LP及び第2光束LSの相対的な角度を変えるウォラストンプリズムよりなる偏光分離プリズム22(角度変換素子)、及び偏光分離プリズム22の下流に配置されて第1光束LP及び第2光束LSをそれぞれ非偏光の第1光束LA及び第2光束LBに変換する偏光解消素子24を有する。   Further, the AF sensor 12A is disposed in the light transmission optical system 14C, and a polarization separation prism 22 (angle conversion element) made of a Wollaston prism that changes the relative angles of the first light beam LP and the second light beam LS, and A depolarization element 24 is disposed downstream of the polarization separation prism 22 and converts the first light beam LP and the second light beam LS into a non-polarized first light beam LA and a second light beam LB, respectively.

まず、光源系16Aは、それぞれ波長幅の広い可視光及び/又は近赤外光よりなる非偏光の光束L1及びL2を射出する例えば発光ダイオードよりなる第1光源17A1及び第2光源17A2を有する。光束L1,L2としては、ウエハWに塗布されたレジストに対する感光性の低い光が好ましい。光束L1,L2は偏光ビームスプリッタ17Cの互いに直交している2つの入射面に入射する。光束L1のうちほぼ1/2の光量のS偏光の光束が偏光ビームスプリッタ17Cで反射されて例えばフォトダイード等のモニタ用の光電センサ17Dに入射し、光束L2のうちほぼ1/2の光量のP偏光の光束が偏光ビームスプリッタ17Cを透過して光電センサ17Dに入射する。光電センサ17Dは受光した光の検出信号を光源制御系44Aに供給する。光源制御系44Aは、主制御装置40からの制御情報に応じて、第1光源17A1及び第2光源17A2を指示された例えば同じ出力で交互に発光させる。なお、本実施形態では、光電センサ17Dで光源17A1,17A2の出力をモニタしているため、光源17A1,17A2の出力のばらつきは計測誤差にならない。   First, the light source system 16A includes a first light source 17A1 and a second light source 17A2 made of, for example, light emitting diodes that emit unpolarized light beams L1 and L2 made of visible light and / or near infrared light having a wide wavelength range. As the light beams L1 and L2, light with low photosensitivity to the resist applied to the wafer W is preferable. The light beams L1 and L2 are incident on two orthogonal incident surfaces of the polarizing beam splitter 17C. The s-polarized light beam having a light amount of approximately ½ of the light beam L1 is reflected by the polarization beam splitter 17C and is incident on a monitoring photoelectric sensor 17D such as a photo diode, and P having a light amount of approximately ½ of the light beam L2. The polarized light beam passes through the polarization beam splitter 17C and enters the photoelectric sensor 17D. The photoelectric sensor 17D supplies the received light detection signal to the light source control system 44A. The light source control system 44 </ b> A causes the first light source 17 </ b> A <b> 1 and the second light source 17 </ b> A <b> 2 to alternately emit light with the same output instructed, for example, according to control information from the main control device 40. In the present embodiment, since the outputs of the light sources 17A1 and 17A2 are monitored by the photoelectric sensor 17D, variations in the outputs of the light sources 17A1 and 17A2 do not become measurement errors.

一方、光束L1のうちP偏光の第1光束LPが偏光ビームスプリッタ17Cを透過し、光束L2のうち点線で示すS偏光の第2光束LSが偏光ビームスプリッタ17Cで反射される。第1光束LP及び第2光束LSは、ほぼ同じ光路に沿ってコンデンサーレンズ17Bによってほぼ平行光束に変換されて偏向プリズム18に入射する。偏向プリズム18に入射した光束LP,LSは、それぞれ偏向プリズム18により屈折されることにより主光線がほぼ−Z方向に進行するように偏向される。偏向プリズム18の射出面には、遮光膜中に複数の細長い送光スリット19aを周期的に配列した構成の送光スリット部19が設けられている。光源17A1,17A2、偏光ビームスプリッタ17C、コンデンサーレンズ17B、及びモニタ用の光電センサ17Dから光源系16Aが構成されている。   On the other hand, the P-polarized first light beam LP of the light beam L1 passes through the polarizing beam splitter 17C, and the S-polarized second light beam LS indicated by the dotted line of the light beam L2 is reflected by the polarizing beam splitter 17C. The first light beam LP and the second light beam LS are converted into a substantially parallel light beam by the condenser lens 17B along substantially the same optical path, and enter the deflecting prism 18. The light beams LP and LS incident on the deflecting prism 18 are refracted by the deflecting prism 18 so that the principal ray is deflected so as to travel substantially in the −Z direction. On the exit surface of the deflecting prism 18, there is provided a light transmission slit portion 19 having a configuration in which a plurality of elongated light transmission slits 19 a are periodically arranged in a light shielding film. A light source system 16A is composed of the light sources 17A1 and 17A2, the polarizing beam splitter 17C, the condenser lens 17B, and the photoelectric sensor 17D for monitoring.

そして、偏向プリズム18の複数の送光スリット19aを通過した第1光束LP及び第2光束LSは、送光光学系14Cの第1対物レンズ20Aに入射する。第1対物レンズ20Aで集光されたLP及びLSは、偏光分離プリズム22、偏光解消板(デポーラライザ)24を介してそれぞれ非偏光の第1光束LA及び第2光束LBとなる。偏光分離プリズム22は、ウエハ面WaのX方向に対応する方向における光束LP及びLSの相対的な角度を広くする。光束LP,LSは波長帯域が広いため、偏光解消板24としては、例えば厚さが次第に変化する複屈折性の結晶(例えば水晶等)を使用可能である。偏光解消板24を通過した第1光束LA及び第2光束LBは、光路をほぼ+X方向に対して所定角度だけ−Z方向に傾斜した方向に折り曲げるミラー26A、第2対物レンズ20B、及び光路を−Z方向にシフトさせるプリズム28Aを介して、ウエハ面Waを含むX方向に細長い投射領域29内に斜めに投射される。光束LA,LBによって投射領域29内に、複数の送光スリット19aの像がY方向に一定の間隔で形成される。受光光学系14B及び検出系14Cの構成は第1の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。   The first light beam LP and the second light beam LS that have passed through the plurality of light transmission slits 19a of the deflecting prism 18 are incident on the first objective lens 20A of the light transmission optical system 14C. LP and LS condensed by the first objective lens 20A become a non-polarized first light beam LA and second light beam LB via the polarization separation prism 22 and the depolarizer plate (depolarizer) 24, respectively. The polarization separation prism 22 widens the relative angles of the light beams LP and LS in the direction corresponding to the X direction of the wafer surface Wa. Since the light beams LP and LS have a wide wavelength band, for example, a birefringent crystal (for example, quartz) whose thickness gradually changes can be used as the depolarization plate 24. The first light beam LA and the second light beam LB that have passed through the depolarization plate 24 bend the mirror 26A, the second objective lens 20B, and the optical path that bend the optical path in a direction inclined in the −Z direction by a predetermined angle with respect to the + X direction. The light is projected obliquely into a projection area 29 elongated in the X direction including the wafer surface Wa via the prism 28A shifted in the −Z direction. Images of a plurality of light transmission slits 19a are formed in the projection region 29 by the light beams LA and LB at a constant interval in the Y direction. Since the configuration of the light receiving optical system 14B and the detection system 14C is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.

本実施形態において、光源17A1,17A2を交互に点灯することによって、送光スリット19aからの光束LA及びLBがθy方向に角度がずれた状態で交互にウエハ面Waにスリット像を投射する。この動作は第1の実施形態において振動ミラー26ADで光束をθy方向に振動させた場合と同じである。すなわち、交互に点灯される光源17A1,17A2及び偏光分離プリズム22によって偏向プリズム32の入射面に形成されるスリット像のデフォーカス量が周期的に変化している。このため、光源17A1,17A2を交互に点灯するための駆動信号を信号処理系46に供給し、信号処理系46では、その駆動信号を用いて受光素子アレイ36から供給される検出信号を同期整流することによって、第1の実施形態と同様にウエハ面Waの多くの計測領域(計測点)におけるZ位置を、下地パターン等の影響を軽減して高精度に計測できる。   In the present embodiment, the light sources 17A1 and 17A2 are alternately turned on, so that the light beams LA and LB from the light transmission slit 19a are alternately projected onto the wafer surface Wa in a state where the angles are shifted in the θy direction. This operation is the same as that when the light beam is vibrated in the θy direction by the vibrating mirror 26AD in the first embodiment. That is, the defocus amount of the slit image formed on the incident surface of the deflecting prism 32 by the light sources 17A1 and 17A2 and the polarization separation prism 22 that are alternately turned on periodically changes. Therefore, a drive signal for alternately lighting the light sources 17A1 and 17A2 is supplied to the signal processing system 46, and the signal processing system 46 uses the drive signal to synchronously rectify the detection signal supplied from the light receiving element array 36. By doing so, the Z position in many measurement regions (measurement points) on the wafer surface Wa can be measured with high accuracy while reducing the influence of the base pattern and the like, as in the first embodiment.

なお、本実施形態において、偏光分離プリズム22は、図7の受光光学系14Bの射出瞳と共役な面(瞳面)の近傍の位置Q1に配置してもよい。この場合には、偏光解消板24は位置Q1と偏向プリズム32の入射面との間に配置するか、又は偏光解消板24の設置を省略してもよい。
また、本実施形態では、偏光分離プリズム22の下流に偏光解消板24が配置されているため、被検面を非偏光の光束で照明できる。なお、例えば被検面等に特定の偏光特性がない場合には、偏光解消板24を省略してもよい。
In the present embodiment, the polarization separation prism 22 may be disposed at a position Q1 in the vicinity of a plane (pupil plane) conjugate with the exit pupil of the light receiving optical system 14B in FIG. In this case, the depolarizing plate 24 may be disposed between the position Q1 and the incident surface of the deflecting prism 32, or the depolarizing plate 24 may be omitted.
In this embodiment, since the depolarization plate 24 is disposed downstream of the polarization separation prism 22, the surface to be measured can be illuminated with a non-polarized light beam. For example, when there is no specific polarization characteristic on the test surface or the like, the depolarization plate 24 may be omitted.

なお、上記の各実施形態では、光束の光路をZ方向にシフトするプリズム28A,28Bを備えているため、送光光学系14A,14C及び受光光学系14Bの配置が容易である。しかしながら、プリズム28A,28Bは必ずしも設ける必要はない。
また、上記の各実施形態では、送光光学系14A,14C及び受光光学系14Bは単一の結像光学系であるが、送光光学系14A,14C及び/又は受光光学系14Bとして途中で中間結像を行う光学系を使用してもよい。
In each of the above embodiments, since the prisms 28A and 28B that shift the optical path of the light beam in the Z direction are provided, the arrangement of the light transmitting optical systems 14A and 14C and the light receiving optical system 14B is easy. However, the prisms 28A and 28B are not necessarily provided.
In each of the above embodiments, the light transmission optical systems 14A and 14C and the light reception optical system 14B are a single imaging optical system. However, the light transmission optical systems 14A and 14C and / or the light reception optical system 14B are in the middle. An optical system that performs intermediate imaging may be used.

また、上記の実施形態の露光装置又は露光方法を用いて半導体デバイス等の電子デバイスを製造する場合、電子デバイスは、図8に示すように、電子デバイスの機能・性能設計を行うステップ221、この設計ステップに基づいたマスク(レチクル)を製作するステップ222、デバイスの基材である基板(ウエハ)を製造するステップ223、前述した実施形態の露光装置EX(露光方法)によりレチクルのパターンを基板に露光する工程、露光した基板を現像する工程、現像した基板の加熱(キュア)及びエッチング工程などを含む基板処理ステップ224、デバイス組み立てステップ(ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程などの加工プロセスを含む)225、並びに検査ステップ226等を経て製造される。   Further, when an electronic device such as a semiconductor device is manufactured using the exposure apparatus or the exposure method of the above embodiment, the electronic device performs step 221 for performing function / performance design of the electronic device, as shown in FIG. A step 222 for producing a mask (reticle) based on the design step, a step 223 for producing a substrate (wafer) as a base material of the device, and a reticle pattern on the substrate by the exposure apparatus EX (exposure method) of the above-described embodiment. Exposure step, development step of the exposed substrate, substrate processing step 224 including heating (curing) and etching step of the developed substrate, device assembly step (including processing processes such as dicing step, bonding step, packaging step) 225 and the inspection step 226 and the like.

言い換えると、このデバイスの製造方法は、上記の実施形態の露光装置又は露光方法を用いて基板(物体)を露光することと、その露光された基板を処理すること(現像等)と、を含んでいる。この場合、基板の投影光学系PLに対する合焦精度が高いため、電子デバイスを高精度に製造できる。
なお、本発明は、上述の走査露光型の投影露光装置(スキャナ)の他に、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置(ステッパー等)にも適用できる。さらに、本発明は、液浸型露光装置以外の、ドライ露光型の露光装置にも同様に適用することができる。
In other words, the device manufacturing method includes exposing a substrate (object) using the exposure apparatus or exposure method according to the above-described embodiment, and processing the exposed substrate (development or the like). It is out. In this case, since the focusing accuracy of the substrate with respect to the projection optical system PL is high, the electronic device can be manufactured with high accuracy.
The present invention can be applied to a step-and-repeat type projection exposure apparatus (stepper or the like) in addition to the above-described scanning exposure type projection exposure apparatus (scanner). Further, the present invention can be similarly applied to a dry exposure type exposure apparatus other than the immersion type exposure apparatus.

また、上記の実施形態では、AFセンサ12,12Aは、多点の検出系であるが、AFセンサ12,12Aの計測点は1点のみでもよい。
また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置に限らず、液晶表示素子やプラズマディスプレイなどを含むディスプレイの製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられるデバイスパターンをセラミックスウエハ上に転写する露光装置、並びに撮像素子(CCDなど)、有機EL、マイクロマシーン、MEMS(Microelectromechanical Systems)、及びDNAチップなどの製造に用いられる露光装置などにも適用することができる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置及びEUV露光装置などで使用されるマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。
In the above embodiment, the AF sensors 12 and 12A are multi-point detection systems, but the AF sensors 12 and 12A may have only one measurement point.
The present invention is not limited to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor device, but is used for manufacturing a display including a liquid crystal display element and a plasma display. Applicable to exposure equipment that transfers device patterns used in ceramics onto ceramic wafers, as well as exposure equipment used to manufacture imaging devices (CCD, etc.), organic EL, micromachines, MEMS (Microelectromechanical Systems), and DNA chips. can do. Further, the present invention is applied not only to a micro device such as a semiconductor element but also to an exposure apparatus that transfers a circuit pattern to a glass substrate or a silicon wafer in order to manufacture a mask used in an optical exposure apparatus and an EUV exposure apparatus. Applicable.

このように、本発明は上述の実施形態に限定されず、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。   Thus, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various configurations can be taken without departing from the gist of the present invention.

EX…露光装置、R…レチクル、W…ウエハ、WST…ウエハステージ、12,12A…AFセンサ(オートフォーカスセンサ)、14A,14C…送光光学系、14B…受光光学系、14C…検出系、16,16A…光源系、19…送光スリット部、26AD…振動ミラー、33…受光スリット部、36…受光素子アレイ、40…主制御装置、46…信号処理系   EX ... exposure apparatus, R ... reticle, W ... wafer, WST ... wafer stage, 12, 12A ... AF sensor (autofocus sensor), 14A, 14C ... light transmission optical system, 14B ... light reception optical system, 14C ... detection system, DESCRIPTION OF SYMBOLS 16,16A ... Light source system, 19 ... Light transmission slit part, 26AD ... Vibration mirror, 33 ... Light receiving slit part, 36 ... Light receiving element array, 40 ... Main controller, 46 ... Signal processing system

Claims (19)

被検面の面位置情報を検出する装置において、
前記被検面に斜め方向から入射面に沿った方向に細長いスリット状パターンの像を投射する送光光学系と、
前記被検面で反射された光を受光して前記スリット状パターンの像を再形成する受光光学系と、
前記スリット状パターンの像が再形成される面を有し、この面に前記スリット状パターンの像の長手方向に沿って細長いスリット状開口が形成された光学部材と、
前記スリット状開口が形成された面で前記スリット状パターンの像のデフォーカス量を周期的に変化させるデフォーカス系と、
前記スリット状開口を通過した光を検出する光電検出器と、
前記光電検出器の検出信号に基づいて前記被検面の面位置情報を求める信号処理部と、
を備えることを特徴とする面位置検出装置。
In the device for detecting surface position information of the surface to be tested,
A light transmission optical system for projecting an image of a slit-like pattern in a direction along the incident surface from an oblique direction to the test surface;
A light receiving optical system that receives light reflected by the test surface and re-forms the image of the slit pattern;
An optical member having a surface on which an image of the slit-shaped pattern is re-formed, and an elongated slit-shaped opening formed along the longitudinal direction of the image of the slit-shaped pattern on the surface;
A defocus system that periodically changes the defocus amount of the image of the slit pattern on the surface on which the slit opening is formed;
A photoelectric detector for detecting light that has passed through the slit-shaped opening;
A signal processing unit for obtaining surface position information of the test surface based on a detection signal of the photoelectric detector;
A surface position detecting device comprising:
前記デフォーカス系は、前記スリット状開口が形成された面で前記スリット状パターンの像の位置を前記スリット状開口の長手方向に振動させる振動系であることを特徴とする請求項1に記載の面位置検出装置。   2. The defocusing system according to claim 1, wherein the defocusing system is a vibration system that vibrates a position of an image of the slit-shaped pattern in a longitudinal direction of the slit-shaped opening on a surface on which the slit-shaped opening is formed. Surface position detection device. 前記振動系は、前記送光光学系若しくは前記受光光学系の射出瞳と共役な面、又はこの面の近傍に配置されて、前記スリット状パターンの像を形成する光の角度を前記スリット状パターンの像の長手方向に対応する方向に振動させる振動ミラーを含むことを特徴とする請求項2に記載の面位置検出装置。   The vibration system is disposed on a surface conjugate with an exit pupil of the light transmitting optical system or the light receiving optical system, or in the vicinity of the surface, and determines an angle of light forming the image of the slit pattern. The surface position detecting device according to claim 2, further comprising a vibrating mirror that vibrates in a direction corresponding to a longitudinal direction of the image. 前記振動系は、
前記送光光学系に違いに異なる第1光束及び第2光束を供給する光源系と、
前記送光光学系又は前記受光光学系中に配置されて、前記第1光束及び前記第2光束の光路を分離する光束分離素子と、を備えることを特徴とする請求項2に記載の面位置検出装置。
The vibration system is
A light source system that supplies different first and second light beams to the light transmission optical system;
The surface position according to claim 2, further comprising: a light beam separating element that is disposed in the light transmitting optical system or the light receiving optical system and separates an optical path of the first light beam and the second light beam. Detection device.
前記光電検出器は、前記スリット状開口を長手方向に分割した複数の開口部を通過した光を検出する複数の受光素子を有し、
前記信号処理部は、前記複数の受光素子の検出信号をそれぞれ前記スリット状パターンの像のデフォーカス量の周期的な変化に同期して処理して、前記複数の受光素子毎にそれぞれ前記被検面の面位置情報を求めることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の面位置検出装置。
The photoelectric detector has a plurality of light receiving elements for detecting light that has passed through a plurality of openings obtained by dividing the slit-shaped opening in the longitudinal direction,
The signal processing unit processes the detection signals of the plurality of light receiving elements in synchronization with a periodic change in the defocus amount of the image of the slit pattern, and each of the plurality of light receiving elements performs the detection. The surface position detection apparatus according to claim 1, wherein the surface position information of the surface is obtained.
前記送光光学系は、前記被検面に前記スリット状パターンの像を平行に複数本投射し、
前記光学部材には、複数本の前記スリット状パターンの像に対応して複数本の前記スリット状開口が形成されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の面位置検出装置。
The light transmission optical system projects a plurality of parallel images of the slit pattern on the test surface,
6. The surface position according to claim 1, wherein a plurality of slit-shaped openings are formed in the optical member corresponding to the images of the plurality of slit-shaped patterns. Detection device.
前記送光光学系は、前記スリット状パターンの像を前記被検面に斜めに投影する両側テレセントリックの光学系であり、
前記受光光学系は、前記被検面の前記スリット状パターンの像を前記スリット状開口が形成された面に斜めにリレーする両側テレセントリックの光学系であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の面位置検出装置。
The light transmission optical system is a double-sided telecentric optical system that projects an image of the slit-shaped pattern obliquely onto the test surface,
7. The both-side telecentric optical system that relays the image of the slit-shaped pattern of the test surface obliquely to the surface on which the slit-shaped opening is formed. The surface position detection apparatus as described in any one of Claims.
前記被検面を有する被検部材を前記スリット状パターンの像の長手方向に直交する方向に移動する移動装置を備えることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の面位置検出装置。   The surface position according to claim 1, further comprising a moving device that moves a test member having the test surface in a direction orthogonal to a longitudinal direction of the image of the slit pattern. Detection device. 露光光でパターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置において、
前記パターンが形成された面及び前記基板の表面の少なくとも一方の面位置を検出するために、請求項1〜8のいずれか一項に記載の面位置検出装置を備えることを特徴とする露光装置。
In an exposure apparatus that exposes a substrate with exposure light via a pattern and a projection optical system,
An exposure apparatus comprising the surface position detection device according to any one of claims 1 to 8, in order to detect a surface position of at least one of the surface on which the pattern is formed and the surface of the substrate. .
被検面の面位置情報を検出する方法において、
前記被検面に斜め方向から入射面に沿った方向に送光光学系を介して細長いスリット状パターンの像を投射し、
前記被検面で反射された光を受光光学系を介して受光して前記スリット状パターンの像を再形成し、
前記スリット状パターンの像が再形成される面に、前記スリット状パターンの像の長手方向に沿って配置された細長いスリット状開口を介して、前記受光光学系からの光を検出し、
前記スリット状開口が形成された面で前記スリット状パターンの像のデフォーカス量を周期的に変化させ、
前記受光光学系からの光の検出信号に基づいて前記被検面の面位置情報を求める、
ことを特徴とする面位置検出方法。
In a method for detecting surface position information of a surface to be measured,
Projecting an image of an elongated slit pattern from the oblique direction to the test surface through a light transmission optical system in a direction along the incident surface,
Receiving the light reflected by the test surface through a light receiving optical system to re-form the image of the slit pattern,
The light from the light receiving optical system is detected through an elongated slit-like opening arranged along the longitudinal direction of the image of the slit-like pattern on the surface where the image of the slit-like pattern is re-formed,
Periodically changing the defocus amount of the image of the slit pattern on the surface where the slit opening is formed,
Obtaining surface position information of the test surface based on a detection signal of light from the light receiving optical system;
A surface position detection method characterized by the above.
前記スリット状パターンの像のデフォーカス量を周期的に変化させるために、前記スリット状開口が形成された面で前記スリット状パターンの像の位置を前記スリット状開口の長手方向に振動させることを特徴とする請求項10に記載の面位置検出方法。   In order to periodically change the defocus amount of the image of the slit-shaped pattern, the position of the image of the slit-shaped pattern is vibrated in the longitudinal direction of the slit-shaped opening on the surface on which the slit-shaped opening is formed. The surface position detection method according to claim 10, wherein: 前記スリット状パターンの像の位置を前記スリット状開口の長手方向に振動させるために、
前記送光光学系若しくは前記受光光学系の射出瞳と共役な面、又はこの面の近傍に配置された振動ミラーによって、前記スリット状パターンの像を形成する光の角度を前記スリット状パターンの像の長手方向に対応する方向に振動させることを特徴とする請求項11に記載の面位置検出方法。
In order to vibrate the position of the image of the slit pattern in the longitudinal direction of the slit opening,
The angle of the light that forms the image of the slit-like pattern is determined by the vibration mirror disposed in the vicinity of the exit pupil of the light-transmitting optical system or the light-receiving optical system or in the vicinity of this surface. The surface position detecting method according to claim 11, wherein the surface position is vibrated in a direction corresponding to a longitudinal direction of the surface.
前記スリット状パターンの像の位置を前記スリット状開口の長手方向に振動させるために、
前記送光光学系に違いに異なる第1光束及び第2光束を供給し、
前記送光光学系又は前記受光光学系中に配置された光束分離素子によって、前記第1光束及び前記第2光束の光路を分離することを特徴とする請求項11に記載の面位置検出方法。
In order to vibrate the position of the image of the slit pattern in the longitudinal direction of the slit opening,
Supplying different first and second light fluxes to the light transmission optical system,
12. The surface position detection method according to claim 11, wherein optical paths of the first light beam and the second light beam are separated by a light beam separation element disposed in the light transmission optical system or the light reception optical system.
前記受光光学系からの光の検出信号に基づいて前記被検面の面位置情報を求めるときに、
前記スリット状開口を長手方向に分割した複数の開口部を通過した光の検出信号をそれぞれ前記スリット状パターンの像のデフォーカス量の周期的な変化に同期して処理することを特徴とする請求項10〜13のいずれか一項に記載の面位置検出方法。
When obtaining the surface position information of the test surface based on the detection signal of light from the light receiving optical system,
The detection signal of light passing through a plurality of openings obtained by dividing the slit-shaped opening in the longitudinal direction is processed in synchronization with a periodic change in the defocus amount of the image of the slit-shaped pattern. Item 14. The surface position detection method according to any one of Items 10 to 13.
前記被検面に前記スリット状パターンの像が平行に複数本投射され、
前記受光光学系からの光は、複数本の前記スリット状パターンの像に対応して設けられた複数本の前記スリット状開口を介して受光されることを特徴とする請求項10〜14のいずれか一項に記載の面位置検出方法。
A plurality of images of the slit pattern are projected in parallel on the test surface,
15. The light from the light receiving optical system is received through a plurality of the slit-shaped openings provided corresponding to the images of the plurality of slit-shaped patterns. The surface position detection method according to claim 1.
前記受光光学系からの光の検出信号に基づいて前記被検面の面位置情報を求めるときに、
前記被検面を有する被検部材を前記スリット状パターンの像の長手方向に直交する方向に移動し、前記被検部材の移動方向に沿った複数の計測点で前記被検面の面位置情報を求めることを特徴とする請求項10〜15のいずれか一項に記載の面位置検出方法。
When obtaining the surface position information of the test surface based on the detection signal of light from the light receiving optical system,
The test member having the test surface is moved in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the image of the slit pattern, and surface position information of the test surface at a plurality of measurement points along the movement direction of the test member. The surface position detection method according to any one of claims 10 to 15, wherein:
露光光でパターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光方法において、
前記パターンが形成された面及び前記基板の表面の少なくとも一方の面位置を検出するために、請求項10〜16のいずれか一項に記載の面位置検出方法を用いることを特徴とする露光方法。
In an exposure method of exposing a substrate with exposure light via a pattern and a projection optical system,
An exposure method using the surface position detection method according to any one of claims 10 to 16, in order to detect a surface position of at least one of the surface on which the pattern is formed and the surface of the substrate. .
請求項9に記載の露光装置を用いて、マスクのパターンを基板に転写することと、
前記パターンが転写された前記基板を前記パターンに基づいて加工することと、
を含むデバイス製造方法。
Using the exposure apparatus according to claim 9 to transfer a mask pattern to the substrate;
Processing the substrate on which the pattern is transferred based on the pattern;
A device manufacturing method including:
請求項17に記載の露光方法を用いて、マスクのパターンを基板に転写することと、
前記パターンが転写された前記基板を前記パターンに基づいて加工することと、
を含むデバイス製造方法。
Using the exposure method of claim 17 to transfer a mask pattern to the substrate;
Processing the substrate on which the pattern is transferred based on the pattern;
A device manufacturing method including:
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