JP2007048819A - Surface position detector, aligner and process for fabricating microdevice - Google Patents

Surface position detector, aligner and process for fabricating microdevice Download PDF

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Yasuhiro Hidaka
康弘 日高
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface position detector in which loss in quantity of detected light can be suppressed and detected light can be split. <P>SOLUTION: In the surface position detector 2 comprising a sending light optical system SL for projecting a pattern on a first surface 12a illuminated by detection light supplied from a light source onto a surface W to be inspected from an oblique direction, a receiving light optical system RL for receiving the detection light reflected on the surface to be inspected, and a detector 38 for detecting the detection light through the receiving light optical system and detecting the position of the surface to be inspected on the basis of the output from the detector, the sending light optical system forms a measuring region A extending in one direction on the surface to be inspected. When the optical axis of the sending light optical system is projected onto the surface to be inspected, the axial direction is aligned with the longitudinal direction of the measuring region, and an optical member 11 for expanding luminous flux in a direction corresponding to the longitudinal direction of the measuring region or reducing luminous flux in a direction corresponding to a short direction intersecting the longitudinal direction perpendicularly is provided in the optical path between the light source and the first surface. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

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

マスク上に形成されたパターンを投影光学系を介して基板上に投影露光する投影露光装置においては、投影光学系の焦点深度が比較的浅く、かつ、基板面が平坦でない場合もあるため、基板上の露光領域に対する投影光学系のフォーカス位置の調整を正確に行なう必要がある。   In a projection exposure apparatus that projects and exposes a pattern formed on a mask onto a substrate via a projection optical system, the depth of focus of the projection optical system is relatively shallow and the substrate surface may not be flat. It is necessary to accurately adjust the focus position of the projection optical system with respect to the upper exposure area.

投影光学系の光軸方向における基板位置の検出装置としては、例えば、被検面としての基板に対して斜め方向からスリットの像を投影し、このスリットの像を斜め方向から検出する斜入射型オートフォーカスセンサ（面位置検出装置）が知られている（例えば、特許文献１参照）。   As an apparatus for detecting the position of the substrate in the optical axis direction of the projection optical system, for example, an oblique incidence type that projects an image of a slit from an oblique direction onto a substrate as a test surface and detects the image of the slit from an oblique direction An autofocus sensor (surface position detection device) is known (see, for example, Patent Document 1).

特開２０００−１８２９２９号公報JP 2000-182929 A

ところで、面位置検出装置において、細長形状を有する計測領域の面位置の計測を行なう場合、スリットを含むパターン領域としては、細長い計測領域に対応させたもの、即ち、図３に示すような細長いパターン領域１２ａを用いる必要がある。このパターン領域１２ａに対して検出光による照明が必要な照明領域は、矩形状の領域Ｉｉである。しかし、従来の面位置検出装置では、光源から射出される検出光が円形状に等方的に拡がるため、パターン領域１２ａを照明するために検出光が照明する照明領域は円形状の領域Ｉｒであった。即ち、図３に示すように、検出光により必要でない領域まで照明していたため、検出光の光量の損失が大きかった。   By the way, in the surface position detection apparatus, when measuring the surface position of a measurement region having an elongated shape, the pattern region including the slit corresponds to the elongated measurement region, that is, an elongated pattern as shown in FIG. It is necessary to use the region 12a. The illumination area where the pattern area 12a needs to be illuminated with detection light is a rectangular area Ii. However, in the conventional surface position detection device, the detection light emitted from the light source isotropically expands in a circular shape, so that the illumination region illuminated by the detection light to illuminate the pattern region 12a is a circular region Ir. there were. That is, as shown in FIG. 3, since the unnecessary area was illuminated with the detection light, the loss of the detection light amount was large.

また、細長形状を有する２つ以上の計測領域の面位置の計測を行なう場合、面位置検出装置はそれぞれの計測領域の面位置を計測するための２つ以上の送光系及び受光系を備える必要があるため、コスト高となり、かつ設置スペースを確保することが困難であった。   In addition, when measuring the surface position of two or more measurement regions having an elongated shape, the surface position detection device includes two or more light transmission systems and light reception systems for measuring the surface position of each measurement region. Since it is necessary, the cost is high and it is difficult to secure an installation space.

この発明の課題は、検出光の光量の損失を抑制することができ、かつ検出光を分割することができる面位置検出装置、該面位置検出装置を備えた露光装置及び該露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to use a surface position detection device capable of suppressing loss of the amount of detection light and splitting the detection light, an exposure apparatus provided with the surface position detection device, and the exposure apparatus. It is to provide a method for manufacturing a microdevice.

この発明の面位置検出装置は、光源から供給される検出光により照明された第１面上のパターンを被検面上に斜め方向から投射する送光光学系と、前記被検面で反射された前記検出光を受光する受光光学系と、該受光光学系を介した前記検出光を検出する検出器とを備え、該検出器の出力に基づいて前記被検面の面位置を検出する面位置検出装置において、前記送光光学系は、前記被検面上で一方向に延びた計測領域を形成し、前記送光光学系の光軸を前記被検面上に投影した軸線方向は、前記計測領域の長手方向と一致し、前記光源と前記第１面との間の光路中に配置されて、前記計測領域の長手方向に対応した方向に関して光束を拡大させる、または前記長手方向と直交する短手方向に対応した方向に関して光束を縮小させる光学部材を備えていることを特徴とする。   The surface position detection device of the present invention includes a light transmission optical system that projects a pattern on a first surface illuminated by detection light supplied from a light source onto a test surface from an oblique direction, and is reflected by the test surface. A light-receiving optical system that receives the detection light and a detector that detects the detection light via the light-receiving optical system, and that detects the surface position of the test surface based on the output of the detector In the position detection apparatus, the light transmission optical system forms a measurement region extending in one direction on the test surface, and the axial direction in which the optical axis of the light transmission optical system is projected on the test surface is: It coincides with the longitudinal direction of the measurement region and is arranged in the optical path between the light source and the first surface, and expands the light flux in the direction corresponding to the longitudinal direction of the measurement region, or is orthogonal to the longitudinal direction. An optical member that reduces the luminous flux in a direction corresponding to the short direction. For example, characterized in that is.

この発明の面位置検出装置によれば、計測領域の長手方向に対応した方向に関して光束を拡大させる、または計測領域の短手方向に対応した方向に関して光束を縮小させる光学部材を備えているため、細長形状を有する計測領域に対応した第１面上の細長形状のパターンを検出光により無駄なく照明することができる。即ち、検出光の光量の損失を抑制することができる。また、計測領域の短手方向に対応した方向の光束の開口数のみを大きくすることができるため、この面位置検出装置を投影露光装置に搭載した場合に、光束が投影露光装置を構成する光学系等と干渉することなく、計測領域に第１面のパターンの像を効率良く投影することができる。したがって、被検面の面位置を効率良く検出することができる。   According to the surface position detection device of the present invention, since the optical member that expands the light beam in the direction corresponding to the longitudinal direction of the measurement region or reduces the light beam in the direction corresponding to the short direction of the measurement region is provided, An elongated pattern on the first surface corresponding to a measurement region having an elongated shape can be illuminated with detection light without waste. That is, it is possible to suppress a loss in the amount of detection light. In addition, since only the numerical aperture of the light beam in the direction corresponding to the short direction of the measurement area can be increased, when this surface position detection device is mounted on the projection exposure apparatus, the light beam constitutes the optical component of the projection exposure apparatus. The pattern image of the first surface can be efficiently projected onto the measurement region without interfering with the system or the like. Therefore, the surface position of the test surface can be detected efficiently.

また、この発明の面位置検出装置は、光源から供給される検出光により照明された第１面上のパターンを被検面上に斜め方向から投射する送光光学系と、前記被検面で反射された前記検出光を受光する受光光学系と、該受光光学系を介した前記検出光を検出する検出器とを備え、該検出器の出力に基づいて前記被検面の面位置を検出する面位置検出装置において、前記送光光学系は、前記被検面上で一方向に延びた計測領域を形成し、前記送光光学系の光軸を前記被検面上に投影した軸線方向は、前記計測領域の長手方向と一致し、前記第１面上のパターンの領域は、前記被検面上の前記計測領域に対応した長手方向を有し、かつ該長手方向と該長手方向と直交する短手方向とで異なる開口数の光束により照明されることを特徴とする。   Further, the surface position detection device of the present invention includes a light transmission optical system that projects a pattern on the first surface illuminated by detection light supplied from a light source onto the test surface from an oblique direction, and the test surface. A light-receiving optical system that receives the reflected detection light; and a detector that detects the detection light via the light-receiving optical system, and detects the surface position of the test surface based on the output of the detector In the surface position detecting apparatus, the light transmission optical system forms a measurement region extending in one direction on the test surface, and an axial direction in which the optical axis of the light transmission optical system is projected onto the test surface Coincides with the longitudinal direction of the measurement region, the region of the pattern on the first surface has a longitudinal direction corresponding to the measurement region on the test surface, and the longitudinal direction and the longitudinal direction Illumination is performed with light beams having different numerical apertures in the orthogonal short direction.

この発明の面位置検出装置によれば、細長形状を有する第１面上のパターンをパターンの長手方向と短手方向とで異なる開口数の光束により照明するため、第１面上のパターンを検出光により無駄なく照明することができる。即ち、検出光の光量の損失を抑制することができる。また、この面位置検出装置を投影露光装置に搭載した場合に、光束が投影露光装置を構成する光学系等と干渉することなく、計測領域に第１面のパターンの像を効率良く投影することができる。したがって、被検面の面位置を効率良く検出することができる。   According to the surface position detecting apparatus of the present invention, the pattern on the first surface is detected because the pattern on the first surface having an elongated shape is illuminated with light beams having different numerical apertures in the longitudinal direction and the short direction of the pattern. It can be illuminated with light without waste. That is, it is possible to suppress a loss in the amount of detection light. In addition, when this surface position detection apparatus is mounted on a projection exposure apparatus, the pattern image of the first surface can be efficiently projected onto the measurement region without the light beam interfering with an optical system or the like constituting the projection exposure apparatus. Can do. Therefore, the surface position of the test surface can be detected efficiently.

また、この発明の面位置検出装置は、光源から供給される検出光により第１面上のパターンを被検面上に斜め方向から投射する送光光学系と、前記被検面で反射された前記検出光を受光する受光光学系と、該受光光学系を介した前記検出光を検出する検出器とを備え、該検出器の出力に基づいて前記被検面の面位置を検出する面位置検出装置において、前記送光光学系の瞳またはその近傍に配置されて、前記第１面上のパターンを通過した前記検出光を分割する分割手段を備えることを特徴とする。   Further, the surface position detecting device of the present invention is reflected by the light-transmitting optical system that projects the pattern on the first surface onto the test surface from an oblique direction by the detection light supplied from the light source, and the test surface. A surface position that includes a light receiving optical system that receives the detection light, and a detector that detects the detection light via the light receiving optical system, and detects a surface position of the test surface based on an output of the detector The detection apparatus includes a dividing unit that is arranged at or near the pupil of the light transmission optical system and divides the detection light that has passed through the pattern on the first surface.

この発明の面位置検出装置によれば、第１面上のパターンを通過した検出光を分割する分割手段を備えているため、複数の計測領域の面位置の計測を行なうことができる。したがって、複数の計測領域の面位置の計測を行なうために複数の光源や複数の第１面上のパターン等を備える必要がないため、広い設置スペースを設ける必要がなく、かつコストを削減することができる。   According to the surface position detection apparatus of the present invention, the surface position of a plurality of measurement regions can be measured because the dividing means for dividing the detection light that has passed through the pattern on the first surface is provided. Therefore, since it is not necessary to provide a plurality of light sources, a plurality of patterns on the first surface, etc. in order to measure the surface positions of a plurality of measurement regions, it is not necessary to provide a large installation space and reduce the cost. Can do.

また、この発明の露光装置は、所定のパターンを感光性基板上に露光する露光装置において、前記感光性基板の面位置を検出するためのこの発明の面位置検出装置を備えることを特徴とする。   The exposure apparatus of the present invention is an exposure apparatus that exposes a predetermined pattern on a photosensitive substrate, and includes the surface position detection device of the present invention for detecting the surface position of the photosensitive substrate. .

この発明の露光装置によれば、この発明の面位置検出装置により被検面である感光性基板の面位置を効率良く検出することができるため、感光性基板上に所定のパターンを精度良く露光することができる。   According to the exposure apparatus of the present invention, since the surface position of the photosensitive substrate which is the test surface can be efficiently detected by the surface position detection apparatus of the present invention, a predetermined pattern is accurately exposed on the photosensitive substrate. can do.

また、この発明のマイクロデバイスの製造方法は、この発明の露光装置を用いて所定のパターンを感光性基板上に露光する露光工程と、前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とする。   The microdevice manufacturing method of the present invention includes an exposure step of exposing a predetermined pattern on a photosensitive substrate using the exposure apparatus of the present invention, and a development of developing the photosensitive substrate exposed by the exposure step. And a process.

この発明のマイクロデバイスの製造方法によれば、この発明の露光装置を用いて露光するため、感光性基板上に所定のパターンを精度良く露光することができ、良好なマイクロデバイスを得ることができる。   According to the microdevice manufacturing method of the present invention, since exposure is performed using the exposure apparatus of the present invention, a predetermined pattern can be accurately exposed on the photosensitive substrate, and a good microdevice can be obtained. .

この発明の面位置検出装置によれば、細長形状を有する計測領域に対応した第１面上の細長形状のパターンを検出光により無駄なく照明することができる。即ち、検出光の光量の損失を抑制することができる。また、この面位置検出装置を投影露光装置に搭載した場合に、光束が投影露光装置を構成する光学系等と干渉することなく、計測領域に第１面のパターンの像を効率良く投影することができる。したがって、被検面の面位置を効率良く検出することができる。   According to the surface position detection device of the present invention, it is possible to illuminate the elongated pattern on the first surface corresponding to the measurement region having the elongated shape with the detection light without waste. That is, it is possible to suppress a loss in the amount of detection light. In addition, when this surface position detection apparatus is mounted on a projection exposure apparatus, the pattern image of the first surface can be efficiently projected onto the measurement region without the light beam interfering with an optical system or the like constituting the projection exposure apparatus. Can do. Therefore, the surface position of the test surface can be detected efficiently.

また、この発明の面位置検出装置によれば、第１面上のパターンを通過した検出光を分割する分割手段を備えているため、複数の計測領域の面位置の計測を行なうことができる。したがって、複数の計測領域の面位置の計測を行なうために複数の光源や複数の第１面上のパターン等を備える必要がないため、広い設置スペースを設ける必要がなく、かつコストを削減することができる。   In addition, according to the surface position detection apparatus of the present invention, the surface position of a plurality of measurement regions can be measured because the dividing means for dividing the detection light that has passed through the pattern on the first surface is provided. Therefore, since it is not necessary to provide a plurality of light sources, a plurality of patterns on the first surface, etc. in order to measure the surface positions of a plurality of measurement regions, it is not necessary to provide a large installation space and reduce the cost. Can do.

また、この発明の露光装置によれば、この発明の面位置検出装置により被検面である感光性基板の面位置を効率良く検出することができるため、感光性基板上に所定のパターンを精度良く露光することができる。   Further, according to the exposure apparatus of the present invention, the surface position of the photosensitive substrate which is the test surface can be efficiently detected by the surface position detection apparatus of the present invention, so that a predetermined pattern can be accurately formed on the photosensitive substrate. It can be well exposed.

また、この発明のマイクロデバイスの製造方法によれば、この発明の露光装置を用いて露光するため、感光性基板上に所定のパターンを精度良く露光することができ、良好なマイクロデバイスを得ることができる。   In addition, according to the microdevice manufacturing method of the present invention, since exposure is performed using the exposure apparatus of the present invention, a predetermined pattern can be accurately exposed on the photosensitive substrate, and a good microdevice can be obtained. Can do.

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態にかかる投影露光装置について説明する。図１は、この発明の実施の形態にかかる投影露光装置の概略構成を示す図である。以下の説明においては、図１中に示すＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸がウエハＷに対して平行となるよう設定され、Ｚ軸がウエハＷに対して直交する方向に設定されている。図中のＸＹＺ座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。   A projection exposure apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a projection exposure apparatus according to an embodiment of the present invention. In the following description, the XYZ orthogonal coordinate system shown in FIG. 1 is set, and the positional relationship of each member will be described with reference to this XYZ orthogonal coordinate system. The XYZ orthogonal coordinate system is set so that the X axis and the Y axis are parallel to the wafer W, and the Z axis is set in a direction orthogonal to the wafer W. In the XYZ coordinate system in the figure, the XY plane is actually set to a plane parallel to the horizontal plane, and the Z-axis is set vertically upward.

図１に示すように、光源を含む照明光学系ＩＬから射出された露光光は、折り曲げミラーＭにより反射され、レチクルステージＲＳＴに載置されているレチクルＲを照明する。レチクルステージＲＳＴの位置は、図示しないレチクルステージ干渉計によって計測され且つ位置制御されている。レチクルＲに形成されている露光パターンを通過した露光光は、投影光学系ＰＬを介して、ウエハステージＷＳＴに載置されているウエハＷ上に、レチクルＲのパターン像を投影する。このウエハＷを載置しているウエハステージＷＳＴは、ウエハＷを投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直な平面（ＸＹ平面）内で平行移動、微小回転可能に構成されており、かつ光軸ＡＸに沿ったフォーカシング方向（Ｚ方向）へ移動可能に構成されている。また、ウエハステージＷＳＴの位置は、図示しないウエハステージ干渉計によって計測され且つ位置制御されている。   As shown in FIG. 1, exposure light emitted from an illumination optical system IL including a light source is reflected by a bending mirror M to illuminate a reticle R placed on a reticle stage RST. The position of reticle stage RST is measured and controlled by a reticle stage interferometer (not shown). The exposure light that has passed through the exposure pattern formed on the reticle R projects the pattern image of the reticle R onto the wafer W placed on the wafer stage WST via the projection optical system PL. Wafer stage WST on which this wafer W is mounted is configured to be capable of parallel movement and fine rotation within a plane (XY plane) perpendicular to optical axis AX of projection optical system PL, and optical axis. It is configured to be movable in the focusing direction (Z direction) along AX. Further, the position of wafer stage WST is measured and controlled by a wafer stage interferometer (not shown).

この投影露光装置は、面位置検出装置２を備えている。この面位置検出装置２は、投影光学系ＰＬの焦点深度の幅内にウエハＷの露光領域を収めるために、投影光学系ＰＬの光軸方向（Ｚ方向）におけるウエハＷの計測領域Ａの位置を検出する。   This projection exposure apparatus includes a surface position detection apparatus 2. The surface position detection apparatus 2 is configured so that the position of the measurement region A of the wafer W in the optical axis direction (Z direction) of the projection optical system PL in order to fit the exposure region of the wafer W within the width of the depth of focus of the projection optical system PL. Is detected.

面位置検出装置２を構成する光源（図示せず）から射出した検出光は、コリメートレンズ等（図示せず）を介して、ライトガイドファイバ１０の入射端（図示せず）に入射する。ライトガイドファイバ１０の内部を伝播した検出光は、図１に示すように、ライトガイドファイバ１０の射出端１０ａから射出し、シリンドリカルレンズ１１に入射する。   Detection light emitted from a light source (not shown) constituting the surface position detection device 2 enters an incident end (not shown) of the light guide fiber 10 through a collimator lens or the like (not shown). As shown in FIG. 1, the detection light propagating through the light guide fiber 10 exits from the exit end 10 a of the light guide fiber 10 and enters the cylindrical lens 11.

シリンドリカルレンズ（光学部材）１１は、後述する細長形状を有する計測領域Ａの長手方向に対応した方向に関して検出光の光束を拡大させる。即ち、シリンドリカルレンズ１１は、計測領域Ａの長手方向に対応した方向と、計測領域Ａの短手方向に対応した方向とで異なる焦点距離を有する。   The cylindrical lens (optical member) 11 expands the light beam of the detection light in a direction corresponding to the longitudinal direction of the measurement area A having an elongated shape described later. That is, the cylindrical lens 11 has different focal lengths in a direction corresponding to the longitudinal direction of the measurement area A and a direction corresponding to the short direction of the measurement area A.

シリンドリカルレンズ１１から射出した検出光は、コンデンサレンズ１３を通過して、送光スリットプリズム１２に入射する。図２は、送光スリットプリズム１２の射出面１２ａの構成を示す図である。図２に示すように、射出面（第１面）１２ａには、複数の送光スリットＳ１〜Ｓ１０が配列されている。ここで、射出面１２ａに形成されている複数の送光スリットＳ１〜Ｓ１０は、ウエハ（被検面）Ｗの計測領域Ａ上に投影した場合に、ウエハＷ上でＸ方向（一方向）に延びた計測領域Ａに複数の送光スリットＳ１〜Ｓ１０の像が投影されるように配列されている。また、後述する送光光学系ＳＬの光軸を計測領域Ａ上に投影した軸線方向は、計測領域Ａの長手方向と一致する。   The detection light emitted from the cylindrical lens 11 passes through the condenser lens 13 and enters the light transmission slit prism 12. FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the exit surface 12 a of the light transmission slit prism 12. As shown in FIG. 2, a plurality of light transmission slits S1 to S10 are arranged on the exit surface (first surface) 12a. Here, when the plurality of light transmission slits S1 to S10 formed on the emission surface 12a are projected onto the measurement region A of the wafer (surface to be measured) W, the X direction (one direction) is formed on the wafer W. It arrange | positions so that the image of several light transmission slits S1-S10 may be projected on the measurement area | region A extended. Further, the axial direction in which the optical axis of the light transmission optical system SL described later is projected onto the measurement area A coincides with the longitudinal direction of the measurement area A.

この実施の形態においては、ライトガイドファイバ１０と送光スリットプリズム１２との間の光路中にシリンドリカルレンズ１１が配置されているため、射出面１２ａを照明する照明領域の形状を変形させることができる。図３は、シリンドリカルレンズ１１が介在していない場合における射出面１２ａを照明する照明領域の形状を示す図である。図３に示すように、射出面１２ａ上に形成されている複数の送光スリットＳ１〜Ｓ１０に対して検出光による照明が必要な照明領域は、矩形状の領域Ｉｉである。しかし、ライトガイドファイバ１０の射出端１０ａに形成された二次光源からの光束は円形状に等方的に拡がるため、射出面１２ａ上の送光スリットＳ１〜Ｓ１０を照明する照明領域は円形状の照明領域Ｉｒであった。即ち、図３に示すように、検出光は必要でない領域まで照明するため、検出光の光量の損失が大きかった。   In this embodiment, since the cylindrical lens 11 is disposed in the optical path between the light guide fiber 10 and the light transmission slit prism 12, the shape of the illumination area that illuminates the exit surface 12a can be changed. . FIG. 3 is a diagram showing the shape of the illumination area that illuminates the exit surface 12a when the cylindrical lens 11 is not interposed. As shown in FIG. 3, the illumination area that needs to be illuminated by the detection light with respect to the plurality of light transmission slits S1 to S10 formed on the exit surface 12a is a rectangular area Ii. However, since the light beam from the secondary light source formed at the exit end 10a of the light guide fiber 10 isotropically expands in a circular shape, the illumination area that illuminates the light transmission slits S1 to S10 on the exit surface 12a is circular. Was the illumination area Ir. That is, as shown in FIG. 3, since the detection light illuminates an area that is not necessary, the loss of the detection light amount is large.

図４は、シリンドリカルレンズ１１が介在している場合における射出面１２ａを照明する照明領域の形状を示す図である。図４に示すように、射出面１２ａ上に形成されている複数の送光スリットＳ１〜Ｓ１０に対して検出光による照明が必要な照明領域は、矩形状の領域Ｉｉである。これに対し、ライトガイドファイバ１０の射出端１０ａに形成された二次光源からの光束形状をシリンドリカルレンズ１１により変形させることができるため、送光スリットＳ１〜Ｓ１０を照明する照明領域は、楕円形状の照明領域Ｉｓとなる。即ち、シリンドリカルレンズ１１は、射出面１２ａ上に形成されている送光スリットＳ１〜Ｓ１０を含むパターン領域（第１面上のパターンの領域）の長手方向に関して検出光による照明領域を拡大させる。よって、図３に示す円形状の照明領域で照明した場合と比較して、検出光の光量の損失を抑制することができ、効率良く送光スリットＳ１〜Ｓ１０を照明することができる。   FIG. 4 is a diagram showing the shape of the illumination area that illuminates the exit surface 12a when the cylindrical lens 11 is interposed. As shown in FIG. 4, the illumination area that needs to be illuminated with the detection light with respect to the plurality of light transmission slits S <b> 1 to S <b> 10 formed on the exit surface 12 a is a rectangular area Ii. On the other hand, since the light beam shape from the secondary light source formed at the exit end 10a of the light guide fiber 10 can be deformed by the cylindrical lens 11, the illumination area that illuminates the light transmission slits S1 to S10 has an elliptical shape. The illumination area Is. That is, the cylindrical lens 11 expands the illumination area by the detection light in the longitudinal direction of the pattern area (pattern area on the first surface) including the light transmission slits S1 to S10 formed on the exit surface 12a. Therefore, compared with the case where it illuminates with the circular illumination area | region shown in FIG. 3, the loss of the light quantity of a detection light can be suppressed, and the light transmission slits S1-S10 can be illuminated efficiently.

また、この実施の形態においては、ライトガイドファイバ１０と送光スリットプリズム１２との間の光路中にシリンドリカルレンズ１１が配置されているため、射出面１２ａ上に形成されている送光スリットＳ１〜Ｓ１０を含むパターン領域は、パターン領域の長手方向と短手方向とで異なる開口数（ＮＡ）の光束により照明される。図５は、シリンドリカルレンズ１１が介在していない場合における光束のＮＡについて説明するための図である。図５の実線で示すように、ライトガイドファイバ１０の射出端１０ａに形成された二次光源からの光束は、コンデンサレンズ１３を介して、送光スリットプリズム１２をケーラー照明する。この場合、図５の破線で示すように、射出端１０ａに形成された二次光源の大きさで光束のＮＡが決まる。   In this embodiment, since the cylindrical lens 11 is disposed in the optical path between the light guide fiber 10 and the light transmission slit prism 12, the light transmission slits S1 to S1 formed on the exit surface 12a. The pattern area including S10 is illuminated with light beams having different numerical apertures (NA) in the longitudinal direction and the short direction of the pattern area. FIG. 5 is a diagram for explaining the NA of the light beam when the cylindrical lens 11 is not interposed. As indicated by the solid line in FIG. 5, the light beam from the secondary light source formed at the exit end 10 a of the light guide fiber 10 Koehler illuminates the light transmission slit prism 12 via the condenser lens 13. In this case, as indicated by the broken line in FIG. 5, the NA of the light flux is determined by the size of the secondary light source formed at the exit end 10a.

図６は、シリンドリカルレンズ１１が介在している場合における光束のＮＡについて説明するための図である。図６の実線で示すように、ライトガイドファイバ１０の射出端１０ａに形成された二次光源からの光束は、シリンドリカルレンズ１１を介することによりその断面形状が円形から楕円形状（図４参照）に変形し、コンデンサレンズ１３を介して、送光スリットプリズム１２をケーラー照明する。この場合、図６の破線で示すように、射出面１２ａ上に形成されている送光スリットＳ１〜Ｓ１０を含むパターン領域の短手方向でのＮＡを長手方向でのＮＡより大きくすることができる。   FIG. 6 is a diagram for explaining the NA of the light beam when the cylindrical lens 11 is interposed. As indicated by the solid line in FIG. 6, the light beam from the secondary light source formed at the exit end 10a of the light guide fiber 10 is changed from a circular shape to an elliptical shape (see FIG. 4) through the cylindrical lens 11. The light transmission slit prism 12 is Koehler illuminated via the condenser lens 13. In this case, as shown by a broken line in FIG. 6, the NA in the short direction of the pattern region including the light transmission slits S1 to S10 formed on the exit surface 12a can be made larger than the NA in the longitudinal direction. .

射出面１２ａの複数の送光スリットＳ１〜Ｓ１０を通過した検出光は、送光スリットプリズム１２から射出し、送光光学系ＳＬを構成する電動位置ハービング１６を通過する。電動位置ハービング１６は、平行平面板の形態を有し送光光学系ＳＬの光軸に垂直な相互に直交する２方向に傾斜可能に構成されている。電動位置ハービング１６の送光光学系ＳＬの光軸に対する傾斜角度を変更し、検出光を送光光学系ＳＬの光軸と平行に移動させることにより、電動位置ハービング１６から射出する検出光の射出位置の調整を行うことができる。これにより、検出光がウエハＷ上の計測領域Ａに入射する際の入射位置の調整を行うことができる。   The detection light that has passed through the plurality of light transmission slits S1 to S10 on the emission surface 12a exits from the light transmission slit prism 12 and passes through the electric position herving 16 that constitutes the light transmission optical system SL. The electric position herving 16 has a shape of a plane parallel plate and is configured to be tiltable in two directions perpendicular to the optical axis of the light transmission optical system SL. By changing the inclination angle of the electric position herving 16 with respect to the optical axis of the light transmission optical system SL and moving the detection light in parallel with the optical axis of the light transmission optical system SL, the detection light emitted from the electric position herving 16 is emitted. The position can be adjusted. Thereby, the incident position when the detection light enters the measurement region A on the wafer W can be adjusted.

電動位置ハービング１６を通過した検出光は、第２対物レンズ１７、送光光学系ＳＬの光軸に対して傾斜可能に構成されている電動チルトハービング１８を通過する。なお、電動チルトハービング１８も電動位置ハービング１６と同様に、平行平面板の形態を有し送光光学系ＳＬの光軸に垂直な相互に直交する２方向に傾斜可能に構成されている。電動チルトハービング１８の送光光学系ＳＬの光軸に対する傾斜角度を変更することにより、電動チルトハービング１８から射出する検出光の射出位置の調整を行うことができる。これにより、検出光がウエハＷ上の計測領域Ａに入射する際の入射角度の調整を行なうことができる。   The detection light that has passed through the electric position herving 16 passes through the second objective lens 17 and the electric tilt herving 18 configured to be tiltable with respect to the optical axis of the light transmission optical system SL. Similarly to the electric position herving 16, the electric tilt herving 18 has a parallel plane plate configuration and can be inclined in two directions perpendicular to the optical axis of the light transmission optical system SL. By changing the tilt angle of the electric tilt herving 18 with respect to the optical axis of the light transmitting optical system SL, the emission position of the detection light emitted from the electric tilt herving 18 can be adjusted. Thereby, it is possible to adjust the incident angle when the detection light enters the measurement region A on the wafer W.

この実施の形態においては、面位置検出装置２のウエハＷ上の計測領域Ａが細長形状を有しているため、ウエハＷ面が傾いた場合、計測領域Ａ内の位置によって面位置検出装置２の検出可能な範囲から外れる。即ち、ウエハＷ面の傾斜量により、スリットＳ５，Ｓ６（図２参照）を通過した検出光が到達する細長形状の計測領域Ａ内の中心部については検出可能な範囲にあるが、スリットＳ１やＳ１０を通過した検出光が到達する計測領域Ａの長手方向の両端部については検出可能な範囲から外れる場合がある。したがって、ウエハＷ面の傾斜量に応じて電動チルトハービング１８を電動駆動させることにより、ウエハＷ面が傾斜した場合においても計測領域Ａが検出可能な範囲内に収まるように、検出光が計測領域Ａに入射する入射角度の調整を行なう。   In this embodiment, since the measurement area A on the wafer W of the surface position detection apparatus 2 has an elongated shape, when the wafer W surface is inclined, the surface position detection apparatus 2 depends on the position in the measurement area A. Is outside the detectable range. That is, the central portion in the elongated measurement area A to which the detection light that has passed through the slits S5 and S6 (see FIG. 2) reaches due to the inclination amount of the wafer W surface is within the detectable range, but the slit S1 and In some cases, both ends in the longitudinal direction of the measurement region A to which the detection light that has passed through S10 arrives deviate from the detectable range. Accordingly, by electrically driving the electric tilt herbing 18 according to the tilt amount of the wafer W surface, the detection light is measured so that the measurement region A is within the detectable range even when the wafer W surface is tilted. The incident angle incident on the region A is adjusted.

電動チルトハービング１８を通過した検出光は、駆動可能に構成されている振動ミラー２１により反射される。振動ミラー２１は、送光光学系ＳＬの瞳位置またはその近傍に配置されている。検出光が振動ミラー２１により反射されることにより、送光光学系ＳＬの光軸がウエハＷに近い方向へ折り曲げられる。   The detection light that has passed through the electric tilt herving 18 is reflected by a vibrating mirror 21 that is configured to be drivable. The vibration mirror 21 is disposed at or near the pupil position of the light transmission optical system SL. The detection light is reflected by the vibration mirror 21, whereby the optical axis of the light transmission optical system SL is bent in a direction close to the wafer W.

次に、振動ミラー２１により反射された検出光は、第１対物レンズ２３を通過して、菱形断面を有する四角柱状の菱形プリズム２４に入射する。菱形プリズム２４の入射面を透過した検出光は、互いに平行な一対の反射面で順次反射され、入射面に平行な射出面から射出する。菱形プリズム２４を通過することにより送光光学系ＳＬを通過した検出光は、ウエハＷ上の計測領域Ａに斜め方向から入射する。   Next, the detection light reflected by the oscillating mirror 21 passes through the first objective lens 23 and enters a square prism-shaped rhomboid prism 24 having a rhombic cross section. The detection light transmitted through the entrance surface of the rhomboid prism 24 is sequentially reflected by a pair of reflection surfaces parallel to each other, and exits from an exit surface parallel to the entrance surface. The detection light that has passed through the light transmission optical system SL by passing through the rhombus prism 24 enters the measurement region A on the wafer W from an oblique direction.

計測領域Ａは、送光光学系ＳＬの光軸をウエハＷ面上に投影した軸線方向に沿った長手方向を有している。計測領域Ａ上においては、所定のピッチで複数の計測点が直線的に配列されている。送光スリットプリズム１２の射出面１２ａを通過した検出光が計測領域Ａを照射することにより複数の計測点のそれぞれに送光スリットＳ１〜Ｓ１０の形状を有する光照射領域が形成される。図７は、射出面１２ａの１０個の送光スリットＳ１〜Ｓ１０を通過した検出光が計測領域Ａを照射することにより複数の計測点のそれぞれに形成されるスリット像（スリット形状の光照射領域）Ｔ１〜Ｔ１０を示す図である。   The measurement region A has a longitudinal direction along the axial direction in which the optical axis of the light transmission optical system SL is projected onto the wafer W surface. On the measurement area A, a plurality of measurement points are linearly arranged at a predetermined pitch. When the detection light that has passed through the exit surface 12a of the light transmission slit prism 12 irradiates the measurement region A, a light irradiation region having the shapes of the light transmission slits S1 to S10 is formed at each of the plurality of measurement points. FIG. 7 shows a slit image (slit-shaped light irradiation region) formed at each of a plurality of measurement points when the detection light that has passed through the ten light transmission slits S1 to S10 on the exit surface 12a irradiates the measurement region A. ) It is a figure showing T1-T10.

計測領域Ａにより反射された検出光は、受光光学系ＲＬを構成する菱形プリズム２５に入射する。菱形プリズム２５は、菱形プリズム２４と同様に、菱形断面を有する四角柱状のプリズムである。従って、菱形プリズム２５の入射面を通過した検出光は、互いに平行な一対の反射面で順次反射された後、入射面に平行な射出面を通過し、菱形プリズム２５から射出する。   The detection light reflected by the measurement region A enters the rhomboid prism 25 that constitutes the light receiving optical system RL. The rhomboid prism 25 is a quadrangular prism having a rhombic cross section, similar to the rhombus prism 24. Therefore, the detection light that has passed through the incident surface of the rhomboid prism 25 is sequentially reflected by a pair of reflecting surfaces parallel to each other, and then passes through an exit surface parallel to the incident surface and exits from the rhombus prism 25.

菱形プリズム２５から射出した検出光は、第１対物レンズ２６を通過して、ミラー２７により反射される。ミラー２７により反射された検出光は、受光光学系ＲＬの光軸に対して傾斜可能に構成されている電動チルトハービング３０に入射する。なお、電動チルトハービング３０も電動チルトハービング１８と同様に、平行平板の形態を有し受光光学系ＲＬの光軸に垂直な相互に直交する２方向に傾斜可能に構成されている。電動チルトハービング３０の受光光学系ＲＬの光軸に対する傾斜角度を変更することにより、電動チルトハービング３０から射出する検出光の射出位置の調整を行うことができる。これにより、検出光が後述する受光スリットプリズム３５に入射する際の入射角度の調整を行うことができる。   The detection light emitted from the rhombus prism 25 passes through the first objective lens 26 and is reflected by the mirror 27. The detection light reflected by the mirror 27 is incident on the electric tilt herving 30 configured to be tiltable with respect to the optical axis of the light receiving optical system RL. Similarly to the electric tilt herving 18, the electric tilt herving 30 has a parallel plate shape and can be inclined in two directions perpendicular to the optical axis of the light receiving optical system RL. By changing the inclination angle of the electric tilt herving 30 with respect to the optical axis of the light receiving optical system RL, the emission position of the detection light emitted from the electric tilt herving 30 can be adjusted. Thereby, it is possible to adjust the incident angle when the detection light enters a light receiving slit prism 35 described later.

次に、検出光は、第２対物レンズ３１、受光光学系ＲＬの光軸に対して傾斜可能に構成されている電動位置ハービング３３を通過する。なお、電動位置ハービング３３も電動位置ハービング１６と同様に、平行平面板の形態を有し平行平板の形態を有し受光光学系ＲＬの光軸に垂直な相互に直交する２方向に傾斜可能に構成されている。電動位置ハービング３３の受光光学系ＲＬの光軸に対する傾斜角度を変更することにより、電動位置ハービング３３から射出する検出光の射出位置の調整を行うことができる。これにより、検出光が受光スリットプリズム３５に入射する際の入射位置の調整を行うことができる。   Next, the detection light passes through the second objective lens 31 and the electric position herving 33 configured to be tiltable with respect to the optical axis of the light receiving optical system RL. Similarly to the electric position herving 16, the electric position herving 33 also has a parallel plane plate shape and a parallel plate shape, and can be tilted in two directions perpendicular to the optical axis of the light receiving optical system RL. It is configured. By changing the inclination angle of the electric position herving 33 with respect to the optical axis of the light receiving optical system RL, the emission position of the detection light emitted from the electric position herving 33 can be adjusted. Thereby, the incident position when the detection light enters the light receiving slit prism 35 can be adjusted.

電動位置ハービング３３を通過することにより受光光学系ＲＬを通過した検出光は、受光スリットプリズム３５に入射する。受光スリットプリズム３５の入射面（第２面）３５ａには、図２に示す送光スリットプリズム１２の射出面１２ａに形成されている１０個の送光スリットＳ１〜Ｓ１０に対応する１０個のスリット形状の開口部（受光スリット）が形成されている。   The detection light that has passed through the light receiving optical system RL by passing through the electric position herving 33 enters the light receiving slit prism 35. On the incident surface (second surface) 35a of the light receiving slit prism 35, ten slits corresponding to the ten light transmitting slits S1 to S10 formed on the exit surface 12a of the light transmitting slit prism 12 shown in FIG. A shaped opening (light receiving slit) is formed.

受光スリットプリズム３５の入射面３５ａ上に形成されている１０個の受光スリットを通過した検出光は、リレーレンズ３６を通過して受光センサ（検出器）３８に入射する。図８は、受光センサ３８の受光面を示す図である。図８に示すように、受光センサ３８の受光面には図７に示すスリット像Ｔ１〜Ｔ１０のそれぞれに対応して受光素子ＲＳ１〜ＲＳ１０が配置されており、各受光素子ＲＳ１〜ＲＳ１０は各スリット像Ｔ１〜Ｔ１０が形成された計測領域Ａ上の各計測点により反射されて受光スリットを通過した検出光を受光する。受光センサ３８の１０個の受光素子ＲＳ１〜ＲＳ１０からの検出信号強度は、振動ミラー２１の振動に伴って変化し、図示しない制御部に対して出力される。   The detection light that has passed through the ten light receiving slits formed on the incident surface 35 a of the light receiving slit prism 35 passes through the relay lens 36 and enters the light receiving sensor (detector) 38. FIG. 8 is a diagram showing a light receiving surface of the light receiving sensor 38. As shown in FIG. 8, light receiving elements RS1 to RS10 are arranged on the light receiving surface of the light receiving sensor 38 corresponding to the slit images T1 to T10 shown in FIG. The detection light reflected by each measurement point on the measurement area A where the images T1 to T10 are formed and passed through the light receiving slit is received. The detection signal intensity from the ten light receiving elements RS1 to RS10 of the light receiving sensor 38 changes with the vibration of the vibrating mirror 21 and is output to a control unit (not shown).

制御部は、振動ミラー２１の振動周期と同一の位相の交流信号の位相を基準として各受光スリットを通過した検出光の検出信号強度の同期検波を行っている。制御部は、この同期検波の結果に基づいてウエハステージＷＳＴのＺ方向における補正量を算出し、算出結果に基づいてウエハステージＷＳＴをベストフォーカス位置となるように駆動する。   The control unit performs synchronous detection of the detection signal intensity of the detection light that has passed through each light receiving slit with reference to the phase of the AC signal having the same phase as the vibration cycle of the vibration mirror 21. The control unit calculates a correction amount in the Z direction of wafer stage WST based on the result of this synchronous detection, and drives wafer stage WST to the best focus position based on the calculation result.

ところで、ウエハＷ面上の異なる２つの細長形状を有する計測領域の面位置を計測する場合には、各計測領域の面位置を計測するための２つの面位置検出装置２を備える必要がある。しかしながら、２つの面位置検出装置を搭載する広いスペースを設ける必要があること及びコスト高といった問題が生じる。そこで、分割手段としてのミラーを備え、検出光を分割することにより、１つの光源、１つの送光スリットプリズム及び１つの第２対物レンズ等の光学部材を用いて、２つの細長形状を有する計測領域の面位置を計測することができる。   By the way, when measuring the surface position of two different elongated regions on the surface of the wafer W, it is necessary to provide two surface position detection devices 2 for measuring the surface position of each measurement region. However, there arises a problem that it is necessary to provide a large space for mounting the two surface position detection devices and the cost is high. Therefore, a mirror as a dividing means is provided, and by dividing the detection light, measurement having two elongated shapes using an optical member such as one light source, one light transmission slit prism, and one second objective lens. The surface position of the area can be measured.

図９は、分割手段としてのミラー１４を備えた場合における送光スリットプリズム１２の射出面１２ａからウエハＷまでの構成を示す図である。なお、図９においては、電動位置ハービング１６、電動チルトハービング１８、振動ミラー２１の図示を省略している。図９に示すように、射出面１２ａから射出した検出光は、第２対物レンズ１７を介して、送光光学系ＳＬの瞳位置に到達する。送光光学系ＳＬの瞳面上の検出光の一部は、第１対物レンズ２３を介して、ウエハＷ上の計測領域Ａにスリット像を形成する。計測領域Ａにより反射された検出光は、受光光学系ＲＬ等を介して、受光センサ３８に入射する。   FIG. 9 is a diagram showing a configuration from the exit surface 12a of the light-sending slit prism 12 to the wafer W when the mirror 14 is provided as a dividing unit. In FIG. 9, the electric position herving 16, the electric tilt herving 18, and the vibration mirror 21 are not shown. As shown in FIG. 9, the detection light emitted from the emission surface 12 a reaches the pupil position of the light transmission optical system SL via the second objective lens 17. A part of the detection light on the pupil plane of the light transmission optical system SL forms a slit image in the measurement area A on the wafer W via the first objective lens 23. The detection light reflected by the measurement region A enters the light receiving sensor 38 via the light receiving optical system RL and the like.

一方、送光光学系ＳＬの瞳面上の検出光の他部は、送光光学系ＳＬの瞳位置またはその近傍に配置されているミラー１４により反射され、第１対物レンズ２３´を介して、ウエハＷ上の計測領域Ａ´にスリット像を形成する。このとき形成されるスリット像は、計測領域Ａに形成されるスリット像と同一である。計測領域Ａ´により反射された検出光は、受光光学系ＲＬ等の構成と同一の構成を有する受光光学系等（図示せず）を介して、受光センサ３８の構成と同一の構成を有する受光センサ（図示せず）に入射する。   On the other hand, the other part of the detection light on the pupil plane of the light transmission optical system SL is reflected by the mirror 14 disposed at or near the pupil position of the light transmission optical system SL, and passes through the first objective lens 23 '. Then, a slit image is formed in the measurement area A ′ on the wafer W. The slit image formed at this time is the same as the slit image formed in the measurement region A. The detection light reflected by the measurement region A ′ is received by the light receiving optical system having the same configuration as the light receiving optical system RL and the like (not shown). Incident on a sensor (not shown).

即ち、ミラー１４は、送光スリットＳ１〜Ｓ１０及び第２対物レンズ１７を通過した検出光を波面分割する分割手段として機能する。したがって、２つの細長形状の計測領域Ａ及びＡ´の面位置の計測を行なうために２つの光源、２つの送光スリットプリズム及び２つの第２対物レンズ等の光学部材を備える必要がないため、広い設置スペースを設ける必要がなく、かつコストを削減することができる。また、送光光学系ＳＬの瞳付近で波面分割することにより、それぞれの送光スリットＳ１〜Ｓ１０を通過する検出光の光量を等しく分割することができる。したがって、計測領域Ａ及びＡ´上に同一の光量により同一のスリットの像を形成することができ、計測領域Ａ及びＡ´の面位置を同一の精度で計測することができる。また、各送光スリットＳ１〜Ｓ１０内で光のばらつきなどが発生することなく、各送光スリットＳ１〜Ｓ１０を通過する検出光が計測領域Ａ及びＡ´上でそれぞれ結像したときにそれぞれのスリットの像にムラが発生しない。   That is, the mirror 14 functions as a dividing unit that divides the detection light that has passed through the light transmission slits S <b> 1 to S <b> 10 and the second objective lens 17. Therefore, since it is not necessary to provide optical members such as two light sources, two light-sending slit prisms, and two second objective lenses in order to measure the surface positions of the two elongated measurement areas A and A ′, It is not necessary to provide a wide installation space, and costs can be reduced. Further, by dividing the wavefront in the vicinity of the pupil of the light transmission optical system SL, it is possible to equally divide the amount of detection light passing through each of the light transmission slits S1 to S10. Therefore, the same slit image can be formed on the measurement areas A and A ′ with the same light quantity, and the surface positions of the measurement areas A and A ′ can be measured with the same accuracy. Further, each of the detection lights passing through the light transmission slits S1 to S10 is imaged on the measurement areas A and A ′ without causing variations in light in the light transmission slits S1 to S10. There is no unevenness in the slit image.

また、ハーフミラー等を用いて振幅分割した検出光と比較して、波面分割した検出光は、その輝度を低下させることなく、即ち１本の光線の明るさを低下させることなく、同一の開口数（ＮＡ）でより明るく照明することができる。したがって、効率良く送光スリットＳ１〜Ｓ１０を含むパターン領域を照明することができる。   In addition, compared with detection light that is amplitude-divided using a half mirror or the like, the detection light that is wavefront-divided has the same aperture without reducing its brightness, that is, without reducing the brightness of one light beam. The number (NA) can illuminate brighter. Therefore, the pattern area including the light transmission slits S1 to S10 can be efficiently illuminated.

なお、２つの細長形状を有する計測領域の面位置を計測する場合を例に挙げて説明したが、３つ以上の細長形状を有する計測領域の面位置を計測する場合についても上述の実施の形態を適用することができる。即ち、分割手段としてのミラー等を用いて検出光を３つ以上に分割してもよい。   In addition, although the case where the surface position of the measurement region having two elongated shapes is measured has been described as an example, the above-described embodiment is also applied to the case where the surface position of the measurement region having three or more elongated shapes is measured. Can be applied. That is, the detection light may be divided into three or more using a mirror or the like as a dividing means.

また、ウエハＷ面上の異なる２つ以上の細長形状を有する計測領域の面位置を計測する場合、各計測領域の面位置を計測するための２つ以上の受光光学系及び受光センサ等を備えているため、各受光光学系の精度の違い等により各受光センサに入射する検出光の光量に違いが生じ得る。したがって、各受光センサに入射する検出光の光量を等しくするために、ライトガイドファイバ１０の射出端１０ａと送光スリットプリズム１２との間の光路中または受光スリットプリズム３５と受光センサ３８との間の光路中に、ＮＤフィルタまたは開口絞りを配置するとよい。   In addition, when measuring the surface position of two or more different elongated regions on the wafer W surface, two or more light receiving optical systems and light receiving sensors for measuring the surface position of each measurement region are provided. Therefore, there may be a difference in the amount of detection light incident on each light receiving sensor due to a difference in accuracy of each light receiving optical system. Therefore, in order to equalize the amount of detection light incident on each light receiving sensor, in the optical path between the exit end 10a of the light guide fiber 10 and the light transmitting slit prism 12, or between the light receiving slit prism 35 and the light receiving sensor 38. An ND filter or an aperture stop may be disposed in the optical path.

この実施の形態にかかる面位置検出装置及び投影露光装置によれば、計測領域の長手方向に対応した方向に関して光束を拡大させるシリンドリカルレンズを備えているため、細長形状を有する計測領域に対応した送光スリットプリズムの射出面上の細長形状のパターン領域を検出光により無駄なく照明することができる。即ち、検出光の光量の損失を抑制することができる。   According to the surface position detection apparatus and the projection exposure apparatus according to this embodiment, the cylindrical lens that expands the light beam in the direction corresponding to the longitudinal direction of the measurement area is provided, so that the transmission corresponding to the measurement area having an elongated shape is provided. The elongated pattern area on the exit surface of the optical slit prism can be illuminated with detection light without waste. That is, it is possible to suppress a loss in the amount of detection light.

また、計測領域の短手方向に対応した方向の光束の開口数のみを大きくすることができるため、光束が投影光学系と干渉することなく、計測領域に第１面のパターンの像を効率良く投影することができる。したがって、被検面の面位置を効率良く検出することができ、ウエハ上にレチクルのパターンを精度良く露光することができる。   In addition, since only the numerical aperture of the light beam in the direction corresponding to the short direction of the measurement area can be increased, the pattern image of the first surface can be efficiently displayed in the measurement area without the light beam interfering with the projection optical system. Can be projected. Therefore, the surface position of the test surface can be detected efficiently, and the reticle pattern can be accurately exposed on the wafer.

なお、この実施の形態にかかる面位置検出装置においては、計測領域Ａの長手方向に対応した方向に関して検出光の光束を拡大させるシリンドリカルレンズ１１を備えているが、計測領域Ａの長手方向と直交する短手方向に対応した方向に関して検出光の光束を縮小させるシリンドリカルレンズを備えるようにしてもよい。また、シリンドリカルレンズ１１に代えて、アナモルフィックプリズムまたはトーリックレンズ等を備えるようにしてもよい。   Note that the surface position detection apparatus according to this embodiment includes the cylindrical lens 11 that expands the light beam of the detection light in a direction corresponding to the longitudinal direction of the measurement region A, but is orthogonal to the longitudinal direction of the measurement region A. A cylindrical lens that reduces the luminous flux of the detection light in a direction corresponding to the short direction may be provided. Further, instead of the cylindrical lens 11, an anamorphic prism or a toric lens may be provided.

上述の実施の形態にかかる露光装置では、照明光学系ＩＬによってマスクＭを照明し（照明工程）、投影光学系ＰＬを用いてマスクＭに形成された転写用のパターンを感光性基板（ウエハ）Ｗに露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いて感光性基板としてもウエハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図１０のフローチャートを参照して説明する。   In the exposure apparatus according to the above-described embodiments, the illumination optical system IL illuminates the mask M (illumination process), and the transfer pattern formed on the mask M using the projection optical system PL is a photosensitive substrate (wafer). By exposing to W (exposure process), a microdevice (semiconductor element, imaging element, liquid crystal display element, thin film magnetic head, etc.) can be manufactured. FIG. 10 is a flowchart of an example of a technique for obtaining a semiconductor device as a microdevice by forming a predetermined circuit pattern on a wafer or the like using the exposure apparatus according to the above-described embodiment. Will be described with reference to FIG.

先ず、図１０のステップＳ３０１において、１ロットのウエハ上に金属膜が蒸着される。次のステップＳ３０２において、その１ロットのウエハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、上述の実施の形態にかかる露光装置に備えられている面位置検出装置によりウエハ表面の面位置を検出し、面位置の調整が行われる。次に、ステップＳ３０３において、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いて、レチクル（マスク）上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウエハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップＳ３０４において、その１ロットのウエハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップＳ３０５において、その１ロットのウエハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウエハ上の各ショット領域に形成される。   First, in step S301 in FIG. 10, a metal film is deposited on one lot of wafers. In the next step S302, a photoresist is applied on the metal film on the wafer of one lot. Thereafter, the surface position of the wafer surface is detected by the surface position detection device provided in the exposure apparatus according to the above-described embodiment, and the surface position is adjusted. Next, in step S303, using the exposure apparatus according to the above-described embodiment, the pattern image on the reticle (mask) is sequentially applied to each shot area on the wafer of one lot via the projection optical system. Exposure transferred. Thereafter, in step S304, the photoresist on the one lot of wafers is developed, and in step S305, the resist pattern is etched on the one lot of wafers to form a pattern on the mask. Corresponding circuit patterns are formed in each shot area on each wafer.

その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、面位置検出装置により正確にウエハ等の面位置が調整された露光装置を用いて露光を行なっているため、良好な半導体デバイスを得ることができる。なお、ステップＳ３０１〜ステップＳ３０５では、ウエハ上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチングの各工程を行っているが、これらの工程に先立って、ウエハ上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない。   Thereafter, a device pattern such as a semiconductor element is manufactured by forming a circuit pattern of an upper layer. According to the semiconductor device manufacturing method described above, since the exposure is performed using the exposure apparatus in which the surface position of the wafer or the like is accurately adjusted by the surface position detection apparatus, a good semiconductor device can be obtained. In steps S301 to S305, a metal is vapor-deposited on the wafer, a resist is applied on the metal film, and exposure, development, and etching processes are performed. Prior to these processes, on the wafer. It is needless to say that after forming a silicon oxide film, a resist may be applied on the silicon oxide film, and steps such as exposure, development, and etching may be performed.

また、上述の実施の形態にかかる露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図１１のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。まず、上述の実施の形態にかかる露光装置に備えられている面位置検出装置によりプレート表面の面位置を検出し、調整する。次に、図１１において、パターン形成工程Ｓ４０１では、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィ工程が実行される。この光リソグラフィ工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルタ形成工程Ｓ４０２へ移行する。   In the exposure apparatus according to the above-described embodiment, a liquid crystal display element as a micro device can be obtained by forming a predetermined pattern (circuit pattern, electrode pattern, etc.) on a plate (glass substrate). Hereinafter, an example of the technique at this time will be described with reference to the flowchart of FIG. First, the surface position of the plate surface is detected and adjusted by the surface position detection device provided in the exposure apparatus according to the above-described embodiment. Next, in FIG. 11, in the pattern formation step S401, so-called photolithography, in which the mask pattern is transferred and exposed to a photosensitive substrate (such as a glass substrate coated with a resist) using the exposure apparatus according to the above-described embodiment. The process is executed. By this photolithography process, a predetermined pattern including a large number of electrodes and the like is formed on the photosensitive substrate. Thereafter, the exposed substrate undergoes steps such as a developing step, an etching step, and a resist stripping step, whereby a predetermined pattern is formed on the substrate, and the process proceeds to the next color filter forming step S402.

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

その後、モジュール組み立て工程Ｓ４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、面位置検出装置により正確にプレート等の面位置が調整された露光装置を用いて露光しているため、良好な液晶表示素子を得ることができる。   Thereafter, in a module assembly step S404, components such as an electric circuit and a backlight for performing a display operation of the assembled liquid crystal panel (liquid crystal cell) are attached to complete a liquid crystal display element. According to the above-described method for manufacturing a liquid crystal display element, the exposure is performed using the exposure apparatus in which the surface position of the plate or the like is accurately adjusted by the surface position detection device, so that a good liquid crystal display element can be obtained.

実施の形態にかか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 concerning Embodiment. 実施の形態にかかる面位置検出装置が備える送光スリットプリズムの射出面の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the output surface of the light transmission slit prism with which the surface position detection apparatus concerning embodiment is provided. シリンドリカルレンズが介在していない場合における送光スリットプリズムの射出面を照明する照明領域の形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of the illumination area | region which illuminates the exit surface of the light transmission slit prism in case the cylindrical lens is not interposed. シリンドリカルレンズが介在している場合における送光スリットプリズムの射出面を照明する照明領域の形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of the illumination area | region which illuminates the exit surface of the light transmission slit prism in case the cylindrical lens is interposing. シリンドリカルレンズが介在していない場合における光束のＮＡについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating NA of the light beam in case a cylindrical lens is not interposed. シリンドリカルレンズが介在している場合における光束のＮＡについて説明するための図である。It is a figure for demonstrating NA of the light beam in the case of interposing a cylindrical lens. 実施の形態にかかるウエハ面上に計測領域に投影されるスリット像を示す図である。It is a figure which shows the slit image projected on the measurement area | region on the wafer surface concerning embodiment. 実施の形態にかかる面位置検出装置が備える受光センサの受光面の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the light-receiving surface of the light-receiving sensor with which the surface position detection apparatus concerning embodiment is provided. 実施の形態にかかる分割手段の構成について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the division | segmentation means concerning embodiment. この発明の実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての半導体デバイスの製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the semiconductor device as a microdevice concerning embodiment of this invention. この発明の実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての液晶表示素子の製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing method of the liquid crystal display element as a microdevice concerning embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

ＩＬ…照明光学系、ＰＬ…投影光学系、Ｒ…レチクル、Ｗ…ウエハ、ＲＳＴ…レチクルステージ、ＷＳＴ…ウエハステージ、２…面位置検出装置、ＳＬ…送光光学系、ＲＬ…受光光学系、１１…シリンドリカルレンズ、１２…送光スリットプリズム、１６，３３…電動位置ハービング，２３，２６…第１対物レンズ、１７，３１…第２対物レンズ、１８，３０…電動チルトハービング、２１…振動ミラー、２４，２５…菱形プリズム、３５…受光スリットプリズム、３８…受光センサ。   IL ... illumination optical system, PL ... projection optical system, R ... reticle, W ... wafer, RST ... reticle stage, WST ... wafer stage, 2 ... surface position detector, SL ... light transmission optical system, RL ... light reception optical system, DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Cylindrical lens, 12 ... Light transmission slit prism, 16, 33 ... Electric position herving, 23, 26 ... 1st objective lens, 17, 31 ... 2nd objective lens, 18, 30 ... Electric tilt herving, 21 ... Vibration Mirror, 24, 25 ... diamond prism, 35 ... light receiving slit prism, 38 ... light receiving sensor.

Claims (8)

光源から供給される検出光により照明された第１面上のパターンを被検面上に斜め方向から投射する送光光学系と、前記被検面で反射された前記検出光を受光する受光光学系と、該受光光学系を介した前記検出光を検出する検出器とを備え、該検出器の出力に基づいて前記被検面の面位置を検出する面位置検出装置において、
前記送光光学系は、前記被検面上で一方向に延びた計測領域を形成し、
前記送光光学系の光軸を前記被検面上に投影した軸線方向は、前記計測領域の長手方向と一致し、
前記光源と前記第１面との間の光路中に配置されて、前記計測領域の長手方向に対応した方向に関して光束を拡大させる、または前記長手方向と直交する短手方向に対応した方向に関して光束を縮小させる光学部材を備えていることを特徴とする面位置検出装置。 A light transmission optical system for projecting a pattern on the first surface illuminated by detection light supplied from a light source onto the surface to be examined from an oblique direction; and light receiving optics for receiving the detection light reflected by the surface to be measured A surface position detecting device that detects a surface position of the test surface based on an output of the detector, and a detector that detects the detection light via the light receiving optical system,
The light transmission optical system forms a measurement region extending in one direction on the test surface,
The axial direction in which the optical axis of the light transmission optical system is projected onto the test surface coincides with the longitudinal direction of the measurement region,
It is arranged in the optical path between the light source and the first surface, and expands the light beam in the direction corresponding to the longitudinal direction of the measurement region, or the light beam in the direction corresponding to the short direction perpendicular to the longitudinal direction. A surface position detecting device comprising an optical member for reducing the size of the surface. 前記光学部材は、互いに直交する方向で異なる焦点距離を有することを特徴とする請求項１記載の面位置検出装置。   The surface position detection apparatus according to claim 1, wherein the optical members have different focal lengths in directions orthogonal to each other. 光源から供給される検出光により照明された第１面上のパターンを被検面上に斜め方向から投射する送光光学系と、前記被検面で反射された前記検出光を受光する受光光学系と、該受光光学系を介した前記検出光を検出する検出器とを備え、該検出器の出力に基づいて前記被検面の面位置を検出する面位置検出装置において、
前記送光光学系は、前記被検面上で一方向に延びた計測領域を形成し、
前記送光光学系の光軸を前記被検面上に投影した軸線方向は、前記計測領域の長手方向と一致し、
前記第１面上のパターンの領域は、前記被検面上の前記計測領域に対応した長手方向を有し、かつ該長手方向と該長手方向と直交する短手方向とで異なる開口数の光束により照明されることを特徴とする面位置検出装置。 A light transmission optical system for projecting a pattern on the first surface illuminated by detection light supplied from a light source onto the surface to be examined from an oblique direction; and light receiving optics for receiving the detection light reflected by the surface to be measured A surface position detecting device that detects a surface position of the test surface based on an output of the detector, and a detector that detects the detection light via the light receiving optical system,
The light transmission optical system forms a measurement region extending in one direction on the test surface,
The axial direction in which the optical axis of the light transmission optical system is projected onto the test surface coincides with the longitudinal direction of the measurement region,
The pattern area on the first surface has a longitudinal direction corresponding to the measurement area on the surface to be measured, and light fluxes having different numerical apertures in the longitudinal direction and the lateral direction orthogonal to the longitudinal direction. Illuminated by the surface position detecting device. 前記送光光学系の瞳またはその近傍に配置されて、前記第１面上のパターンを通過した前記検出光を分割する分割手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の面位置検出装置。   4. The splitting device according to claim 1, further comprising a splitting unit that splits the detection light that is disposed at or near the pupil of the light transmission optical system and that has passed through the pattern on the first surface. The surface position detection apparatus according to claim 1. 光源から供給される検出光により第１面上のパターンを被検面上に斜め方向から投射する送光光学系と、前記被検面で反射された前記検出光を受光する受光光学系と、該受光光学系を介した前記検出光を検出する検出器とを備え、該検出器の出力に基づいて前記被検面の面位置を検出する面位置検出装置において、
前記送光光学系の瞳またはその近傍に配置されて、前記第１面上のパターンを通過した前記検出光を分割する分割手段を備えることを特徴とする面位置検出装置。 A light transmission optical system for projecting a pattern on the first surface onto the test surface from an oblique direction with detection light supplied from a light source; and a light receiving optical system for receiving the detection light reflected by the test surface; A detector for detecting the detection light via the light receiving optical system, and a surface position detecting device for detecting a surface position of the test surface based on an output of the detector;
A surface position detecting apparatus comprising: a dividing unit that divides the detection light that is disposed at or near the pupil of the light transmission optical system and that has passed through the pattern on the first surface. 前記分割手段は、前記検出光を波面分割することを特徴とする請求項４または請求項５記載の面位置検出装置。   6. The surface position detection apparatus according to claim 4, wherein the dividing unit divides the detection light into a wavefront. 所定のパターンを感光性基板上に露光する露光装置において、
前記感光性基板の面位置を検出するための請求項１乃至請求項６の何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 predetermined pattern on a photosensitive substrate,
An exposure apparatus comprising the surface position detection device according to any one of claims 1 to 6 for detecting a surface position of the photosensitive substrate. 請求項７記載の露光装置を用いて所定のパターンを感光性基板上に露光する露光工程と、
前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像工程と、
を含むことを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。 An exposure step of exposing a predetermined pattern on the photosensitive substrate using the exposure apparatus according to claim 7;
A developing step of developing the photosensitive substrate exposed by the exposing step;
A method for manufacturing a microdevice, comprising:
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