JP2011138995A - Surface position detecting device, aligning method and apparatus, and device manufacturing method - Google Patents

Surface position detecting device, aligning method and apparatus, and device manufacturing method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve measurement precision by reducing drifting of measurements, when detecting a surface position of a surface to be inspected using an oscillating mirror. <P>SOLUTION: An AF system 90 for detecting surface position information of a surface to be inspected includes a projection system 90a for obliquely projecting detection light DL on the surface to be inspected, a light-receiving system 90b for receiving detection light reflected on the surface to be inspected, an oscillating mirror 38 having a movable part with a reflection plane formed for reflecting the detection light DL within the projection system 90a and a pair of supporting parts for supporting the movable part, a holding member 48 to which the support parts of the oscillating mirror 38 are fixed, a driving section 49 for oscillating the movable part of the oscillating mirror 38, and a signal processing system 25 for processing a detection signal obtained by the light-receiving system 90b, in synchronization with the oscillation of the movable part. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

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、投影光学系の焦点深度が比較的浅く、しかも、ウエハの表面に部分的な凹凸が存在することもある。そこで、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系という）によって検出される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）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 (integrated circuit, etc.) or a liquid crystal display element, a wafer (or a resist coated with a resist 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 glass plate or the like. In such an exposure apparatus, the depth of focus of the projection optical system is relatively shallow, and there may be partial unevenness on the surface of the wafer. Therefore, in such an exposure apparatus, conventionally, based on the surface position of the wafer surface (a position in the normal direction or a position in the optical axis direction of the projection optical system) detected by an autofocus sensor (hereinafter referred to as an AF system). During exposure, the surface of the wafer is focused on the image plane of the projection optical system by the autofocus method.

従来のＡＦ系としては、例えば、ウエハの表面等の被検面に対して投射系によって斜め方向からスリット像を投影し、受光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、この斜入射型の検出装置では、例えば受光系内に設けられた振動ミラーの駆動部の駆動信号に同期して検出信号を同期検波することで、外乱光の影響等を低減させている（例えば、特許文献１参照）。なお、振動ミラーは投射系側に配置している例もある（例えば、特許文献２参照）。   As a conventional AF system, for example, a slit image is projected from an oblique direction onto a surface to be measured such as a wafer surface by a projection system, and reflected light from the surface is received by a light receiving system, and the slit image is reproduced. An oblique incidence type detection device that forms an image 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. Further, in this oblique incidence type detection device, for example, the detection signal is synchronously detected in synchronization with the drive signal of the drive unit of the vibration mirror provided in the light receiving system, thereby reducing the influence of disturbance light and the like. (For example, refer to Patent Document 1). There is also an example in which the oscillating mirror is disposed on the projection system side (see, for example, Patent Document 2).

特開２００４−２４１７４４号公報JP 2004-241744 A 特開２００８−１７７３０８号公報JP 2008-177308 A

従来のＡＦ系では、振動ミラーの全体を駆動部によって振動させていたため、振動ミラーの振動中の位置の中心が次第にずれて、被検面の面位置の検出結果にドリフトが生じる恐れがあった。最近は、半導体素子等のパターンの一層の微細化に応じて、投影光学系の開口数がさらに大きくなり、これによって投影光学系の焦点深度がより狭くなっているため、ＡＦ系のドリフト等は可能な限り抑制することが好ましい。   In the conventional AF system, since the entire vibration mirror is vibrated by the driving unit, the center of the position of the vibration mirror during vibration gradually shifts, and there is a risk that drift may occur in the detection result of the surface position of the surface to be measured. . Recently, as the pattern of semiconductor elements and the like is further miniaturized, the numerical aperture of the projection optical system is further increased, thereby reducing the depth of focus of the projection optical system. It is preferable to suppress as much as possible.

本発明は、このような事情に鑑み、振動する反射部材（振動ミラー）を用いて被検面の面位置を検出する際に、計測値のドリフトを小さくして、計測精度を向上させることを目的とする。   In view of such circumstances, the present invention reduces the drift of measurement values and improves measurement accuracy when detecting the surface position of the surface to be measured using a vibrating reflecting member (vibrating mirror). Objective.

本発明の第１の形態によれば、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、光をその被検面に斜めに投射する投射系と、その被検面で反射される光を受光する受光系と、その投射系又はその受光系を通過する光を反射する反射面が形成された可動部と、その可動部を挟むように支持する１対の支持部とを有する反射部材と、その反射部材のその１対の支持部のそれぞれの少なくとも一部が固定される第
１部材と、その反射部材のその可動部を振動させる駆動機構と、その受光系で得られる検出信号をその可動部の振動に同期して処理することにより、その被検面の面位置情報を求める信号処理系と、を備えるものである。 According to the first aspect of the present invention, a surface position detecting device for detecting surface position information of a surface to be measured is provided. The surface position detection device includes a projection system that projects light obliquely onto the surface to be tested, a light receiving system that receives light reflected by the surface to be tested, and light that passes through the projection system or the light receiving system. At least a part of each of the reflecting member having a movable part formed with a reflecting surface to be reflected and a pair of supporting parts that support the movable part so as to sandwich the movable part, and the pair of supporting parts of the reflecting member The first member to be fixed, the drive mechanism for vibrating the movable portion of the reflecting member, and the detection signal obtained by the light receiving system are processed in synchronization with the vibration of the movable portion, thereby A signal processing system for obtaining surface position information.

また、本発明の第２の形態によれば、露光光でパターンを照明し、その露光光でその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、本発明の面位置検出装置と、その面位置検出装置によって検出されるその被検面としてのその基板の表面の面位置情報に基づいてその基板の位置を制御するステージと、を備える露光装置が提供される。   According to the second aspect of the present invention, in the exposure apparatus that illuminates the pattern with the exposure light and exposes the substrate with the exposure light through the pattern and the projection optical system, the surface position detection apparatus of the present invention An exposure apparatus is provided that includes a stage that controls the position of the substrate based on surface position information of the surface of the substrate as the surface to be detected detected by the surface position detection device.

また、本発明の第３の形態によれば、露光光でパターンを照明し、その露光光でその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、本発明の面位置検出装置を用いて、その被検面としてのその基板の表面の面位置情報を検出することと、その面位置情報の検出結果に基づいて、その基板の表面をその投影光学系の像面に合焦させることと、を含む露光方法が提供される。   According to the third aspect of the present invention, in the exposure method of illuminating the pattern with the exposure light and exposing the substrate with the exposure light through the pattern and the projection optical system, the surface position detection device of the present invention is provided. And detecting the surface position information of the surface of the substrate as the test surface and focusing the surface of the substrate on the image plane of the projection optical system based on the detection result of the surface position information. And an exposure method including the above is provided.

また、本発明の第４の形態によれば、本発明の露光装置又は露光方法を用いて、基板に感光層のパターンを形成することと、そのパターンが形成されたその基板を処理することと、を含むデバイス製造方法が提供される。   According to the fourth aspect of the present invention, using the exposure apparatus or exposure method of the present invention, forming a pattern of the photosensitive layer on the substrate, and processing the substrate on which the pattern is formed; A device manufacturing method is provided.

本発明によれば、反射部材（振動ミラー）のうちの反射面が形成された可動部は、静止状態で固定される１対の支持部の間に支持されている。従って、可動部を振動させて、被検面の面位置情報を検出しているときに、可動部の平均的な位置が次第に変化することはない。このため、計測値のドリフトが小さくなり、面位置の計測精度が向上する。   According to the present invention, the movable portion on which the reflecting surface of the reflecting member (vibrating mirror) is formed is supported between a pair of supporting portions that are fixed in a stationary state. Therefore, when the movable portion is vibrated and the surface position information of the test surface is detected, the average position of the movable portion does not gradually change. For this reason, the drift of a measured value becomes small and the measurement accuracy of a surface position improves.

実施形態の一例に係る露光装置の概略構成を示す一部が切り欠かれた図である。1 is a partially cutaway view showing a schematic configuration of an exposure apparatus according to an example of an embodiment. 図１の露光装置のアライメント系、位置計測用のエンコーダ、及びＡＦ系の配置を示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing an arrangement of an alignment system, a position measurement encoder, and an AF system of the exposure apparatus in FIG. 1. 図１の露光装置の制御系の主要な構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing a main configuration of a control system of the exposure apparatus in FIG. 1. 図１のＡＡ線に沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the AA line of FIG. （Ａ）は図４中の固定ブロック５０、振動ミラー３８、及び保持部材４８を示す断面図、（Ｂ）は振動ミラー３８を示す平面図である。4A is a cross-sectional view showing the fixed block 50, the vibration mirror 38, and the holding member 48 in FIG. 4, and FIG. 5B is a plan view showing the vibration mirror 38. FIG. 図５（Ａ）の固定ブロック５０から保持部材４８を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the holding member 48 from the fixed block 50 of FIG. 5 (A). （Ａ）は図５（Ａ）のＢＢ線に沿って振動ミラー３８の駆動部４９を示す断面図、（Ｂ）は図７（Ａ）の平面図、（Ｃ）は振動ミラー３８が反時計回りに振動している状態を示す図、（Ｄ）は振動ミラー３８が時計回りに振動している状態を示す図である。5A is a cross-sectional view showing the drive unit 49 of the oscillating mirror 38 along the line BB in FIG. 5A, FIG. 7B is a plan view of FIG. 7A, and FIG. The figure which shows the state which vibrates around, (D) is a figure which shows the state which the vibration mirror 38 is vibrating clockwise. 振動ミラー３８の駆動部４９の共振特性を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating resonance characteristics of a drive unit 49 of the vibration mirror 38. 露光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 exposure operation | movement. 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.

以下、本発明の実施形態の一例につき図１〜図９を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る露光装置１００の概略構成を示す。この露光装置１００は、走査型の投影露光装置（走査型露光装置）としてのスキャニングステッパーである。本実施形態では、投影光学系ＰＬが設けられており、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にＹ軸を、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向にＸ軸を取り、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸回りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。 Hereinafter, an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 shows a schematic configuration of an exposure apparatus 100 according to the present embodiment. The exposure apparatus 100 is a scanning stepper as a scanning projection exposure apparatus (scanning exposure apparatus). In the present embodiment, a projection optical system PL is provided. In the following, a plane that takes the Z axis parallel to the optical axis AX of the projection optical system PL and is orthogonal to the Z axis (in the present embodiment, it is a substantially horizontal plane). The Y-axis is taken in the direction in which the reticle and wafer are relatively scanned, the X-axis is taken in the direction perpendicular to the Z-axis and the Y-axis, and the rotation (tilt) directions around the X-axis, Y-axis, and Z-axis are set respectively. The description will be made with the θx, θy, and θz directions.

図１において、露光装置１００は、照明系１０、該照明系１０からの露光用の照明光（露光光）ＩＬにより照明されるレチクルＲ（マスク）を保持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）の表面に投影する投影光学系ＰＬを含む投影ユニットＰＵ、ウエハＷの表面の投影光学系ＰＬの光軸方向の位置（Ｚ位置又は面位置）を計測する投射系９０ａ及び受光系９０ｂを含むＡＦ系（オートフォーカスセンサ）９０（図３参照）、ウエハＷを保持するウエハステージＷＳＴ、及びこれらの制御系等を備えている。   In FIG. 1, an exposure apparatus 100 includes an illumination system 10, a reticle stage RST that holds a reticle R (mask) that is illuminated by illumination light (exposure light) IL for exposure from the illumination system 10, and a pattern of the reticle R. A projection unit PU including a projection optical system PL that projects an image onto the surface of the wafer W (substrate), and a projection system 90a that measures a position (Z position or surface position) in the optical axis direction of the projection optical system PL on the surface of the wafer W. And an AF system (autofocus sensor) 90 (see FIG. 3) including a light receiving system 90b, a wafer stage WST for holding the wafer W, a control system for these, and the like.

照明系１０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、光源と、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、レチクルブラインド等（いずれも不図示）を有する照明光学系とを含んでいる。照明系１０は、レチクルブラインドで規定されたレチクルＲのパターン面のスリット状の照明領域ＩＡＲを照明光ＩＬにより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 10 includes a light source, a light amount distribution setting unit including a diffractive optical element or a spatial light modulator, an optical integrator (fly-eye lens), as disclosed in, for example, US Patent Application Publication No. 2003/0025890. And an illumination optical system having a reticle blind and the like (both not shown). The illumination system 10 illuminates the slit-shaped illumination area IAR on the pattern surface of the reticle R defined by the reticle blind with illumination light IL with a substantially uniform illuminance. 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の上面には、レチクルＲが例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージＲＳＴは、例えばリニアモータ等を含む図３のレチクルステージ駆動系１２４Ｒによって、ＸＹ平面内で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となっている。
図１のレチクルステージＲＳＴの移動面内の位置情報（Ｘ方向、Ｙ方向の位置情報、及びθｚ方向の回転情報を含む）は、レーザ干渉計よりなるレチクル干渉計１１６によって、移動鏡１５（又はステージの端面）を介して例えば０．５〜０．１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計１１６の計測値は、図３の主制御装置２０に送られる。主制御装置２０は、レチクル干渉計１１６の計測値に基づいてレチクルステージＲＳＴの少なくともＸ方向、Ｙ方向、及びθｚ方向の位置を算出するとともに、この算出結果に基づいてレチクルステージ駆動系１２４Ｒを制御することで、レチクルステージＲＳＴの位置及び速度を制御する。 The reticle R is fixed to the upper surface of the reticle stage RST by, for example, vacuum suction. The reticle stage RST can be driven minutely in the XY plane by the reticle stage drive system 124R of FIG. 3 including a linear motor, for example, and can be driven at a scanning speed specified in the scanning direction (Y direction). Yes.
Position information (including position information in the X direction, Y direction, and rotation information in the θz direction) within the moving plane of the reticle stage RST in FIG. 1 is transferred to the movable mirror 15 (or from the movable mirror 15 (or by the reticle interferometer 116). It is always detected with a resolution of, for example, about 0.5 to 0.1 nm via the stage end face. The measurement value of reticle interferometer 116 is sent to main controller 20 in FIG. Main controller 20 calculates the position of reticle stage RST in at least the X direction, the Y direction, and the θz direction based on the measurement value of reticle interferometer 116, and controls reticle stage drive system 124R based on the calculation result. Thus, the position and speed of reticle stage RST are controlled.

図１において、レチクルステージＲＳＴの下方に配置された投影ユニットＰＵは、鏡筒４０と、該鏡筒４０内に所定の位置関係で保持された複数の光学素子を有する例えば屈折系又は反射屈折系からなる投影光学系ＰＬとを含む。投影光学系ＰＬは、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。レチクルＲを通過した照明光ＩＬにより、投影光学系ＰＬを介して照明領域ＩＡＲ内のレチクルＲの回路パターンの像が、ウエハＷの一つのショット領域上の露光領域ＩＡ（照明領域ＩＡＲに共役な領域）に形成される。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２００ｎｍ程度）で塗布したものを含む。   In FIG. 1, a projection unit PU arranged below a reticle stage RST has a lens barrel 40 and a plurality of optical elements held in a predetermined positional relationship in the lens barrel 40, for example, a refractive system or a catadioptric system. A projection optical system PL. The projection optical system PL is, for example, telecentric on both sides and has a predetermined projection magnification β (for example, a reduction magnification of 1/4 times, 1/5 times, etc.). Due to the illumination light IL that has passed through the reticle R, an image of the circuit pattern of the reticle R in the illumination area IAR via the projection optical system PL is conjugated to an exposure area IA (an illumination area IAR) on one shot area of the wafer W. Region). The wafer W includes a wafer in which a photoresist (photosensitive agent) is applied to a surface of a disk-shaped semiconductor wafer having a diameter of about 200 mm to 450 mm, for example, with a predetermined thickness (for example, about 200 nm).

また、レチクルステージＲＳＴの下方にＸＹ面に平行に厚い平板状の低膨張率の材料（例えばインバー等）よりなる光学系フレーム６が配置され、光学系フレーム６はその上方の本体コラム１１に、それぞれチェーン２１を防塵ベローズ２２で覆って形成されている複数の吊り下げ機構２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ等を介して吊り下げて支持されている。この構成によって、光学系フレーム６は外乱の影響を殆ど受けることなく安定に支持される。光学系フレーム６には開口６ａが形成され、この開口６ａを通して投影ユニットＰＵが設置されている。投影ユニットＰＵの鏡筒４０のフランジ部４０Ｆが光学系フレーム６の上面に固定されている。   In addition, an optical system frame 6 made of a thick flat plate-like low expansion coefficient material (for example, Invar) is disposed below the reticle stage RST in parallel to the XY plane. Each chain 21 is supported by being suspended through a plurality of suspension mechanisms 23A, 23B, 23C, etc. formed by covering the chain 21 with a dustproof bellows 22. With this configuration, the optical system frame 6 is stably supported with little influence from disturbance. An opening 6a is formed in the optical system frame 6, and the projection unit PU is installed through the opening 6a. The flange portion 40F of the lens barrel 40 of the projection unit PU is fixed to the upper surface of the optical system frame 6.

また、露光装置１００では、液浸法で露光を行うため、投影光学系ＰＬを構成する最も像面側（ウエハＷ側）の光学素子である先端レンズ１９１を保持する鏡筒４０の下端部周囲を取り囲むように、局所液浸装置８の一部を構成するノズルユニット３２が設けられている。ノズルユニット３２は、供給管３１Ａを介して、純水等の液体Ｌｑを送出可能な液体供給装置５Ａ（図３参照）に接続されている。さらにノズルユニット３２は、回収管３１Ｂを介して、少なくとも液体Ｌｑを回収可能な液体回収装置５Ｂ（図３参照）に接続されている。ノズルユニット３２を含む局所液浸装置８の詳細な構成は、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。   In the exposure apparatus 100, since exposure is performed by the immersion method, the periphery of the lower end portion of the lens barrel 40 that holds the tip lens 191 that is an optical element on the most image plane side (wafer W side) constituting the projection optical system PL. Is provided with a nozzle unit 32 that constitutes a part of the local liquid immersion device 8. The nozzle unit 32 is connected to a liquid supply device 5A (see FIG. 3) capable of delivering a liquid Lq such as pure water through a supply pipe 31A. Furthermore, the nozzle unit 32 is connected to a liquid recovery apparatus 5B (see FIG. 3) capable of recovering at least the liquid Lq via a recovery pipe 31B. The detailed configuration of the local liquid immersion device 8 including the nozzle unit 32 is disclosed in, for example, US Patent Application Publication No. 2007/242247.

図１において、ベース盤１２の上面にウエハステージＷＳＴ及び投影光学系ＰＬの結像特性等を計測する装置が組み込まれた計測ステージＭＳＴが載置されている。ステージＷＳＴ，ＭＳＴの位置情報はＹ軸干渉計１６，１８を含む干渉計システム１１８（図３参照）により計測され、この計測結果及び後述のエンコーダシステムの計測結果に基づいてリニアモータ等を含むステージ駆動系１２４Ｗ（図３参照）がステージＷＳＴ，ＭＳＴ及び後述のＺ・レベリング機構を駆動する。ウエハステージＷＳＴ、計測ステージＭＳＴそれぞれの底面には、不図示の非接触軸受、例えば真空予圧型空気静圧軸受を構成するエアパッドが複数箇所に設けられている。ステージＷＳＴ，ＭＳＴは、ステージ駆動系１２４によって、Ｙ方向及びＸ方向に独立して２次元方向に駆動可能である。   In FIG. 1, a measurement stage MST in which a device for measuring the imaging characteristics of the wafer stage WST and the projection optical system PL is incorporated on the upper surface of a base board 12. The position information of the stages WST and MST is measured by an interferometer system 118 (see FIG. 3) including Y-axis interferometers 16 and 18, and a stage including a linear motor or the like based on the measurement results and the measurement results of an encoder system described later. A drive system 124W (see FIG. 3) drives stages WST and MST and a Z / leveling mechanism described later. On the bottom surfaces of wafer stage WST and measurement stage MST, non-contact bearings (not shown), for example, air pads constituting vacuum preload type aerostatic bearings are provided at a plurality of locations. The stages WST and MST can be driven in a two-dimensional direction by the stage drive system 124 independently of the Y direction and the X direction.

また、ウエハステージＷＳＴは、Ｘ方向、Ｙ方向に駆動されるステージ本体９１と、ステージ本体９１上に搭載されたウエハテーブルＷＴＢと、ステージ本体９１内に設けられて、ステージ本体９１に対してＺ方向、θｘ方向、及びθｙ方向にウエハテーブルＷＴＢ（ウエハＷ）を相対的に微小駆動するＺ・レベリング機構とを備えている。そのＺ・レベリング機構は、例えば３箇所でＺ方向に変位を与えるボイスコイルモータと、その３箇所のＺ方向の変位を計測するセンサとを含む機構などで構成される。   Wafer stage WST is provided in stage main body 91 driven in X direction and Y direction, wafer table WTB mounted on stage main body 91, and in stage main body 91, with respect to stage main body 91. And a Z-leveling mechanism that relatively finely drives the wafer table WTB (wafer W) in the direction, the θx direction, and the θy direction. The Z / leveling mechanism includes, for example, a mechanism including a voice coil motor that applies displacement in the Z direction at three locations and sensors that measure the displacement in the Z direction at the three locations.

ウエハテーブルＷＴＢの上部には、ウエハＷを真空吸着等によって保持するウエハホルダ（不図示）が設けられている。ウエハホルダはウエハテーブルＷＴＢと一体に形成しても良いが、本実施形態ではウエハホルダとウエハテーブルＷＴＢとを別々に構成し、例えば真空吸着などによってウエハホルダをウエハテーブルＷＴＢの凹部内に固定している。また、ウエハテーブルＷＴＢの上面には、ウエハホルダ上に載置されるウエハの表面とほぼ同じ高さの面となる、液体Ｌｑに対して撥液化処理された表面（撥液面）を有し、かつ外形（輪郭）が矩形でその中央部にウエハホルダ（ウエハの載置領域）よりも一回り大きな円形の開口が形成されたプレート（撥液板）２８が設けられている。プレート２８のウエハＷを囲む部分に、エンコーダシステムのためのスケールが形成される。   Above the wafer table WTB, a wafer holder (not shown) that holds the wafer W by vacuum suction or the like is provided. Although the wafer holder may be formed integrally with wafer table WTB, in this embodiment, the wafer holder and wafer table WTB are separately configured, and the wafer holder is fixed in the recess of wafer table WTB by, for example, vacuum suction. In addition, the upper surface of wafer table WTB has a surface (liquid repellent surface) that is liquid repellent with respect to liquid Lq, which is a surface that is substantially the same height as the surface of the wafer placed on the wafer holder, In addition, a plate (liquid repellent plate) 28 having a rectangular outer shape (contour) and having a circular opening that is slightly larger than the wafer holder (wafer mounting region) is provided at the center thereof. A scale for the encoder system is formed on a portion of the plate 28 surrounding the wafer W.

即ち、図２に示すように、プレート２８の表面の、Ｘ方向の両側の領域には、Ｙスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2がそれぞれ形成されている。このＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2はそれぞれ、例えばＸ方向を長手方向とする格子線を所定ピッチでＹ軸に平行な方向（Ｙ方向）に沿って形成してなる反射型の格子によって構成されている。同様に、プレート２８の表面のＹ方向の両側の領域には、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2がそれぞれ形成されている。このＸスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2はそれぞれ、例えばＹ方向を長手方向とする格子線を所定ピッチでＸ軸に平行な方向（Ｘ方向）に沿って形成してなる、反射型の格子によって構成されている。 That is, as shown in FIG. 2, Y scales 39Y 1 and 39Y 2 are formed in the regions on both sides in the X direction on the surface of the plate 28, respectively. Each of the Y scales 39Y 1 and 39Y 2 is constituted by a reflection type grating formed by, for example, forming lattice lines having the X direction as a longitudinal direction at a predetermined pitch along a direction parallel to the Y axis (Y direction). Yes. Similarly, X scales 39X 1 and 39X 2 are formed in regions on both sides in the Y direction on the surface of the plate 28, respectively. Each of the X scales 39X 1 and 39X 2 is constituted by a reflective grating formed by forming lattice lines having a longitudinal direction in the Y direction along a direction (X direction) parallel to the X axis at a predetermined pitch, for example. ing.

上記各スケール３９Ｙ1，３９Ｙ2，３９Ｘ1，３９Ｘ2としては、プレート２８の表面に例えばホログラム等により反射型の回折格子が作成されたものが用いられている。各スケールは、例えば薄板状のガラスであるプレート２８に上記回折格子の目盛りを、例えば１３８ｎｍ〜４μｍの間のピッチ、例えば１μｍピッチで刻んで作成されている。これらスケールは撥液膜（撥水膜）で覆われている。なお、図２では、図示の便宜上から、格子のピッチは、実際のピッチに比べて格段に広く図示されている。 Said each scale 39Y 1, 39Y 2, 39X 1 , as 39X 2 are those reflective diffraction grating is created by the surface of the plate 28 for example, hologram or the like is used. Each scale is created by engraving the scale of the diffraction grating on a plate 28 made of, for example, a thin plate glass at a pitch between 138 nm and 4 μm, for example, 1 μm pitch. These scales are covered with a liquid repellent film (water repellent film). In FIG. 2, for the sake of convenience of illustration, the pitch of the lattice is shown much wider than the actual pitch.

また、干渉計１６等の計測値に基づいて、主制御装置２０は、ウエハテーブルＷＴＢのＸ，Ｙ方向の位置に加え、θｘ方向の回転情報（ピッチング）、θｙ方向の回転情報（ローリング）、及びθｚ方向の回転情報（ヨーイング）も計測可能である。同様に干渉計１８等の計測値に基づいて、計測ステージＭＳＴの位置情報も計測されている。
但し、本実施形態では、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸＹ平面内の位置情報（θｚ方向の回転情報を含む）は、主として、上述したＹスケール、Ｘスケールなどを含むエンコーダシステムによって計測され、干渉計１６等の計測値は、そのエンコーダシステムの計測値の長期的変動（例えばスケールの経時的な変形などによる）を補正（キャリブレーション）する場合などに補助的に用いられる。干渉計１６，１８等は、光学系フレーム６に不図示の支持部材を介して設けられている。 Further, based on the measurement values of the interferometer 16 and the like, the main controller 20 adds rotation information (pitching) in the θx direction, rotation information (rolling) in the θy direction, in addition to the positions in the X and Y directions of the wafer table WTB. Further, rotation information (yawing) in the θz direction can also be measured. Similarly, the position information of the measurement stage MST is also measured based on the measurement values of the interferometer 18 and the like.
However, in the present embodiment, position information (including rotation information in the θz direction) of wafer stage WST (wafer table WTB) in the XY plane is mainly measured by an encoder system including the Y scale, X scale, and the like described above. The measured values of the interferometer 16 and the like are used as an auxiliary when correcting (calibrating) long-term fluctuations (for example, due to deformation of the scale over time) of the measured values of the encoder system. The interferometers 16, 18 and the like are provided on the optical system frame 6 via a support member (not shown).

また、計測ステージＭＳＴは、ステージ本体９２上に平板状の計測テーブルＭＴＢを搭載して構成されている。ステージ本体９２には、計測テーブルＭＴＢのＺ方向の位置、及びθｘ方向、θｙ方向の傾斜角を制御するＺ・レベリング機構が組み込まれている。計測テーブルＭＴＢ及びステージ本体９２には、空間像計測装置４５（図３参照）等の各種計測用部材が設けられている。   The measurement stage MST is configured by mounting a flat measurement table MTB on the stage main body 92. The stage main body 92 incorporates a Z-leveling mechanism that controls the position of the measurement table MTB in the Z direction and the inclination angles in the θx direction and the θy direction. The measurement table MTB and the stage main body 92 are provided with various measurement members such as the aerial image measurement device 45 (see FIG. 3).

本実施形態の露光装置１００では、図１では図面の錯綜を避ける観点からセカンダリアライメント系ＡＬ２4のみが図示されているが、実際には、図２に示されるように、投影ユニットＰＵの中心（投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ）を通りかつＹ軸と平行な直線ＬＶ上で、その光軸ＡＸから−Ｙ側に所定距離隔てた位置に検出中心を有するプライマリアライメント系ＡＬ１が配置されている。また、プライマリアライメント系ＡＬ１を挟んで、Ｘ方向の一側と他側には、その直線ＬＶに関してほぼ対称に検出中心が配置されるセカンダリアライメント系ＡＬ２1，ＡＬ２2と、セカンダリアライメント系ＡＬ２3，ＡＬ２4とがそれぞれ設けられている。すなわち、５つの例えば画像処理型のアライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4はその検出領域（検出中心）がＸ方向に関して異なる位置に、すなわちＸ方向に沿って配置されている。 In the exposure apparatus 100 of the present embodiment, only the secondary alignment system AL2 4 is shown in FIG. 1 from the viewpoint of avoiding the complication of the drawing, but actually, as shown in FIG. A primary alignment system AL1 having a detection center on a straight line LV passing through the optical axis AX) of the projection optical system PL and parallel to the Y axis is located at a predetermined distance from the optical axis AX to the −Y side. . Further, secondary alignment systems AL2 1 , AL2 2 having detection centers arranged almost symmetrically with respect to the straight line LV on one side and the other side in the X direction across the primary alignment system AL1, and secondary alignment systems AL2 3 , AL2 4 is provided. That is, five, for example, image processing type alignment systems AL1, AL2 1 to AL2 4 are arranged at positions where their detection regions (detection centers) differ with respect to the X direction, that is, along the X direction.

各セカンダリアライメント系ＡＬ２n（ｎ＝１〜４）は、セカンダリアライメント系ＡＬ２4について代表的に示されるように、回転中心Ｏを中心として図２における時計回り及び反時計回りに所定角度範囲で回動可能なアーム５６n（ｎ＝１〜４）の先端（回動端）に固定されている。本実施形態では、各セカンダリアライメント系ＡＬ２nはその一部（例えば、アライメント光を検出領域に照射し、かつ検出領域内の対象マークから発生する光を受光素子に導く光学系を少なくとも含む）がアーム５６nに固定され、残りの一部はメインフレーム（不図示）に設けられる。これらのアーム５６n等は、光学系フレーム６の底面に固定されている。セカンダリアライメント系ＡＬ２1〜ＡＬ２4はその検出領域（又は検出中心）が独立にＸ方向に可動である。 Each secondary alignment system AL2 n (n = 1 to 4) rotates in a predetermined angle range clockwise and counterclockwise in FIG. 2 around the rotation center O as representatively shown for the secondary alignment system AL2 4 . The movable arm 56 n (n = 1 to 4) is fixed to the tip (rotating end). In the present embodiment, each secondary alignment system AL2 n includes a part thereof (for example, at least an optical system that irradiates the detection region with the alignment light and guides the light generated from the target mark in the detection region to the light receiving element). It is fixed to the arm 56 n and the remaining part is provided on the main frame (not shown). These arms 56 n and the like are fixed to the bottom surface of the optical system frame 6. Secondary alignment systems AL2 1 to AL2 4 have their detection areas (or detection centers) movable independently in the X direction.

前記各アーム５６nの上面には、差動排気型のエアベアリングから成るバキュームパッド５８n（ｎ＝１〜４）が設けられている。また、アーム５６nは、例えばモータ等を含む回転駆動機構６０n（ｎ＝１〜４、図３参照）によって、主制御装置２０の指示に応じて回動可能である。主制御装置２０は、アーム５６nの回転調整後に、各バキュームパッド５８nを作動させて各アーム５６nを光学系フレーム６に吸着固定する。アライメント系Ａ
Ｌ１及びＡＬ２1〜ＡＬ２4を介して求められるウエハＷのアライメントマーク（ウエハマーク）等の被検マークの位置情報は、主制御装置２０に供給される。 A vacuum pad 58 n (n = 1 to 4) composed of a differential exhaust type air bearing is provided on the upper surface of each arm 56 n . Further, the arm 56 n can be rotated in accordance with an instruction from the main controller 20 by a rotary drive mechanism 60 n (n = 1 to 4, see FIG. 3) including a motor or the like. After adjusting the rotation of arm 56 n , main controller 20 operates each vacuum pad 58 n to attract and fix each arm 56 n to optical system frame 6. Alignment system A
Position information of a test mark such as an alignment mark (wafer mark) of the wafer W obtained through L1 and AL2 1 to AL2 4 is supplied to the main controller 20.

また、本実施形態では５つのアライメント系ＡＬ１、ＡＬ２1〜ＡＬ２4を設けているため、アライメントを効率的に行うことができる。しかしながら、アライメント系の数は５つに限られるものでなく、任意の個数が可能であり、一つのみでもよい。
次に、本実施形態の露光装置１００では、図２に示されるように、前述したノズルユニット３２の周囲を四方から囲む状態で、エンコーダシステムの４つのヘッドユニット６２Ａ〜６２Ｄが配置されている。これらのヘッドユニット６２Ａ〜６２Ｄを構成する複数のＹヘッド６４及びＸヘッド６６は、図２では２点鎖線で示すように、光学系フレーム６（図１参照）の底面に固定されている。 In the present embodiment, since five alignment systems AL1, AL2 1 to AL2 4 are provided, alignment can be performed efficiently. However, the number of alignment systems is not limited to five, any number is possible, and only one may be used.
Next, in the exposure apparatus 100 of the present embodiment, as shown in FIG. 2, the four head units 62 </ b> A to 62 </ b> D of the encoder system are arranged so as to surround the nozzle unit 32 from four directions. A plurality of Y heads 64 and X heads 66 constituting these head units 62A to 62D are fixed to the bottom surface of the optical system frame 6 (see FIG. 1) as shown by a two-dot chain line in FIG.

図２において、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃは、投影ユニットＰＵの＋Ｘ側、−Ｘ側にそれぞれＸ方向に沿って投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを通りかつＸ軸と平行な直線ＬＨ上に所定間隔で配置された複数（ここでは６個）のＹヘッド６４を備えている。Ｙヘッド６４は、それぞれＹスケール３９Ｙ1又は３９Ｙ2を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＹ方向の位置（Ｙ位置）を計測する。また、ヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄは、投影ユニットＰＵの＋Ｙ側、−Ｙ側にそれぞれＹ方向に沿って光軸ＡＸを通りかつＹ軸と平行な直線ＬＶ上にほぼ所定間隔で配置された複数（ここでは７個及び１１個（ただし、図２ではその１１個のうちのプライマリアライメント系ＡＬ１と重なる３個は不図示））のＸヘッド６６を備えている。Ｘヘッド６６は、それぞれＸスケール３９Ｘ1又は３９Ｘ2を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸ方向の位置（Ｘ位置）を計測する。 In FIG. 2, head units 62A and 62C are arranged at predetermined intervals on a straight line LH passing through the optical axis AX of the projection optical system PL along the X direction on the + X side and −X side of the projection unit PU, respectively, and parallel to the X axis. A plurality of (here, six) Y heads 64 are provided. Y head 64 measures the position (Y position) of wafer stage WST (wafer table WTB) in the Y direction using Y scale 39Y 1 or 39Y 2 , respectively. Further, a plurality of head units 62B and 62D are arranged at substantially predetermined intervals on a straight line LV passing through the optical axis AX along the Y direction on the + Y side and the −Y side of the projection unit PU, respectively, and parallel to the Y axis. Here, seven and eleven X heads 66 (however, in FIG. 2, three of the eleven, which overlap with the primary alignment system AL1 are not shown) are provided. The X head 66 measures the position in the X direction (X position) of wafer stage WST (wafer table WTB) using X scale 39X 1 or 39X 2 , respectively.

従って、ヘッドユニット６２Ａ及び６２Ｃは、それぞれＹスケール３９Ｙ1及び３９Ｙ2を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＹ位置を計測する多眼のＹ軸のリニアエンコーダ（以下、適宜、Ｙエンコーダと略述する）７０Ａ及び７０Ｃ（図３参照）を構成する。Ｙエンコーダ７０Ａ，７０Ｃはそれぞれ複数のＹヘッド６４の計測値の切り替え（詳細後述）を行う切り替え制御部を備えている。ここで、ヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃが備える隣接するＹヘッド６４（すなわち、Ｙヘッド６４から照射される計測ビーム）の間隔は、前述のＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2のＸ方向の幅（より正確には、格子線３８の長さ）よりも狭く設定されている。 Therefore, the head units 62A and 62C are multi-lens Y-axis linear encoders (hereinafter referred to as Y encoders as appropriate) that measure the Y position of wafer stage WST (wafer table WTB) using Y scales 39Y 1 and 39Y 2 , respectively. 70A and 70C (refer to FIG. 3). Each of the Y encoders 70A and 70C includes a switching control unit that switches the measurement values of the plurality of Y heads 64 (details will be described later). Here, the interval between adjacent Y heads 64 (that is, measurement beams emitted from the Y head 64) included in the head units 62A and 62C is the width of the Y scales 39Y 1 and 39Y 2 in the X direction (more accurately, Is set narrower than the length of the grid line 38).

また、ヘッドユニット６２Ｂ及び６２Ｄは、基本的にそれぞれ前述のＸスケール３９Ｘ1及び３９Ｘ2を用いて、ウエハステージＷＳＴ（ウエハテーブルＷＴＢ）のＸ位置を計測する、多眼のＸ軸のリニアエンコーダ（以下、適宜、Ｘエンコーダと略述する）７０Ｂ及び７０Ｄ（図３参照）を構成する。Ｘエンコーダ７０Ｂ，７０Ｄはそれぞれ複数のＸヘッド６６の計測値の切り替えを行う切り替え制御部を備えている。なお、本実施形態では、例えば後述するアライメント時などにヘッドユニット６２Ｄが備える１１個のＸヘッド６６のうちの２個のＸヘッド６６が、Ｘスケール３９Ｘ1及び３９Ｘ2に同時に対向する場合がある。この場合には、Ｘスケール３９Ｘ1及び３９Ｘ2とこれに対向するＸヘッド６６とによって、Ｘリニアエンコーダ７０Ｂ及び７０Ｄが構成される。 Further, head units 62B and 62D are using basically each X scales 39X 1 and 39X 2 described above, to measure the X-position of wafer stage WST (wafer table WTB), the X-axis of the multi-view linear encoder ( Hereinafter, 70B and 70D (refer to FIG. 3) are configured as appropriate. Each of the X encoders 70B and 70D includes a switching control unit that switches the measurement values of the plurality of X heads 66. In the present embodiment, for example, two X heads 66 out of eleven X heads 66 included in the head unit 62D may face the X scales 39X 1 and 39X 2 at the time of alignment described later. . In this case, X linear encoders 70B and 70D are configured by the X scales 39X 1 and 39X 2 and the X head 66 facing the X scales 39X 1 and 39X 2 .

ヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄがそれぞれ備える隣接するＸヘッド６６（計測ビーム）の間隔は、前述のＸスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2のＹ方向の幅（より正確には、格子線３７の長さ）よりも狭く設定されている。
さらに、セカンダリアライメント系ＡＬ２1の−Ｘ側、セカンダリアライメント系ＡＬ２4の＋Ｘ側に、プライマリアライメント系ＡＬ１の検出中心を通るＸ軸に平行な直線上かつその検出中心に対してほぼ対称に検出点が配置されるＹヘッド６４ｙ1，６４ｙ2がそれぞれ設けられている。Ｙヘッド６４ｙ1，６４ｙ2は、ウエハステージＷＳＴ上のウエハ
Ｗの中心が上記直線ＬＶ上にある図２に示される状態では、Ｙスケール３９Ｙ2，３９Ｙ1にそれぞれ対向するようになっている。例えばアライメント動作の際などでは、Ｙヘッド６４ｙ1，６４ｙ2に対向してＹスケール３９Ｙ2，３９Ｙ1がそれぞれ配置され、このＹヘッド６４ｙ1，６４ｙ2（すなわち、これらＹヘッド６４ｙ1，６４ｙ2を含むＹエンコーダ７０Ｃ，７０Ａ）によってウエハステージＷＳＴのＹ位置（及びθｚ方向の角度）が計測される。 The distance between adjacent X heads 66 (measurement beams) included in each of the head units 62B and 62D is larger than the width in the Y direction of the X scales 39X 1 and 39X 2 (more precisely, the length of the grid line 37). It is set narrowly.
Further, on the −X side of the secondary alignment system AL2 1 and the + X side of the secondary alignment system AL2 4 , a detection point on a straight line parallel to the X axis passing through the detection center of the primary alignment system AL1 and almost symmetrical with respect to the detection center. Y heads 64y 1 and 64y 2 are respectively provided. The Y heads 64y 1 and 64y 2 face the Y scales 39Y 2 and 39Y 1 in the state shown in FIG. 2 where the center of the wafer W on the wafer stage WST is on the straight line LV. For example, in case of an alignment operation and the like is, Y scales 39Y 2, 39Y 1 to face the Y heads 64y 1, 64y 2 are respectively arranged, the Y heads 64y 1, 64y 2 (i.e., they Y heads 64y 1, 64y 2 The Y position (and the angle in the θz direction) of the wafer stage WST is measured by the Y encoders 70C and 70A).

上述したエンコーダ７０Ａ〜７０Ｄの計測値は、主制御装置２０に供給され、主制御装置２０は、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｄの計測値に基づいて、ウエハテーブルＷＴＢのＸＹ平面内の位置を制御する。なお、Ｙヘッド６４及びＸヘッド６６としては、例えば、米国特許第５，６１０，７１５号明細書等に開示されている、スケールに可干渉な検出光を照射し、そのスケールからの回折光を検出して、そのスケールの周期方向の位置を検出する計測装置が使用可能である。   The measured values of the encoders 70A to 70D described above are supplied to the main controller 20, and the main controller 20 controls the position of the wafer table WTB in the XY plane based on the measured values of the encoders 70A to 70D. As the Y head 64 and the X head 66, for example, disclosed in US Pat. No. 5,610,715, the scale is irradiated with coherent detection light, and diffracted light from the scale is irradiated. A measuring device that detects and detects the position of the scale in the periodic direction can be used.

また、本実施形態の露光装置１００は、図１に示されるように、投射系９０ａ及び受光系９０ｂを含む斜入射方式の多点の焦点位置検出系（オートフォーカスセンサ）としてのＡＦ系９０を備えている。このＡＦ系９０の大部分の構成部材は光学系フレーム６に支持されている。
図４は、図１のＡＡ線に沿う断面図に沿って投射系９０ａ及び受光系９０ｂを示す図である。図４において、発光ダイオード又はランプ等の光源２６は、駆動系２４の制御のもとで、波長幅の広い可視光及び／又は近赤外光よりなる白色光（レジストに対する感光性の低い光が好ましい）よりなる検出光ＤＬを発生する。光源２６は、光学系フレーム６とは離れた位置に固定されている。光源２６からの照明光は、コンデンサーレンズ２７によって可撓性を持つ光ガイド２９に入射し、光ガイド２９の光学系フレーム６に固定された射出端から射出される検出光ＤＬは、コンデンサーレンズ３０によって、略平行光束に変換されて、偏向プリズム３５Ａに入射する。 In addition, as shown in FIG. 1, the exposure apparatus 100 of the present embodiment includes an AF system 90 as an oblique incidence type multi-point focal position detection system (autofocus sensor) including a projection system 90a and a light receiving system 90b. I have. Most components of the AF system 90 are supported by the optical system frame 6.
FIG. 4 is a diagram showing the projection system 90a and the light receiving system 90b along the cross-sectional view taken along the line AA in FIG. In FIG. 4, a light source 26 such as a light emitting diode or a lamp is controlled by a drive system 24 to display white light (visible light with low photosensitivity to a resist) having a wide wavelength range of visible light and / or near infrared light. The detection light DL is preferably generated. The light source 26 is fixed at a position away from the optical system frame 6. The illumination light from the light source 26 enters the flexible light guide 29 by the condenser lens 27, and the detection light DL emitted from the emission end fixed to the optical system frame 6 of the light guide 29 is the condenser lens 30. Is converted into a substantially parallel light beam and enters the deflecting prism 35A.

次に、偏向プリズム３５Ａに入射した光束は、偏向プリズム３５Ａにより屈折されることにより偏向される。偏向プリズム３５Ａの射出側には、送光領域及び非送光領域を備えている送光パターンとして、送光スリット３５Ａａが備えられている。送光スリット３５Ａａは、図２の検出領域ＤＡ内の複数のスリットパターン像ＳＰｋ（ｋ＝１〜Ｋ：Ｋは２以上の整数）に対応する開口を有する。開口の数は、適宜、選択可能である。   Next, the light beam incident on the deflection prism 35A is deflected by being refracted by the deflection prism 35A. On the exit side of the deflection prism 35A, a light transmission slit 35Aa is provided as a light transmission pattern having a light transmission region and a non-light transmission region. The light transmission slit 35Aa has openings corresponding to a plurality of slit pattern images SPk (k = 1 to K: K is an integer of 2 or more) in the detection area DA of FIG. The number of openings can be selected as appropriate.

送光スリット３５Ａａに達した検出光ＤＬは、送光スリット３５Ａａの複数の開口をそれぞれ通過した後、平行平板よりなる投影位置調整用のハービング３６Ａ、集光レンズ３７Ａ、駆動部４９によって軸ａｘの回りに所定周期で振動する振動ミラー３８の反射面３８ｒ（図５（Ａ）参照）、及びミラー４１Ａを介して対物レンズ４２Ａに入射する。対物レンズ４２Ａから射出される検出光ＤＬは、光路を−Ｚ方向にシフトさせるプリズム４３Ａを介してウエハＷの表面Ｗａ（被検面）に投射され、表面ＷａのＸ方向に細長い検出領域ＤＡ内に図２の複数のスリットパターン像ＳＰｋが形成される。   The detection light DL that has reached the light transmission slit 35Aa passes through a plurality of openings of the light transmission slit 35Aa, and then has a shaft ax by a herbing 36A for adjusting the projection position, a condensing lens 37A, and a drive unit 49. The light enters the objective lens 42A via the reflection surface 38r (see FIG. 5A) of the oscillating mirror 38 that vibrates around in a predetermined cycle and the mirror 41A. The detection light DL emitted from the objective lens 42A is projected onto the surface Wa (surface to be measured) of the wafer W via the prism 43A that shifts the optical path in the −Z direction, and within the detection area DA that is elongated in the X direction of the surface Wa. A plurality of slit pattern images SPk shown in FIG. 2 are formed.

集光レンズ３７Ａと対物レンズ４２Ａとで構成されている第１結像光学系は、送光スリット３５Ａａと被検面（表面Ｗａ）とを光学的に共役な配置とする。また、振動ミラー３８の反射面は、ほぼその第１結像光学系の瞳面である投射系９０ａの瞳面（射出瞳の共役面）に配置されている。これによって、振動ミラー３８の反射面が振動すると、検出領域ＤＡ内に投影されるスリットパターン像ＳＰｋはほぼＹ方向に横ずれするように振動するため、後述の同期検波によって計測点のＺ位置が求められる。
そして、送光スリット３５Ａａと被検面とは、その第１結像光学系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ため、送光スリット３５Ａａの複数の開口の像である図２のスリットパターン像ＳＰｋは、被検面の検出領域ＤＡの全面に渡って正確
に結像する。また、集光レンズ３７Ａと対物レンズ４２Ａとで構成されている第１結像光学系は、いわゆる両側テレセントリック光学系であり、送光スリット３５Ａａと被検面上の共役点とは、全面に渡ってそれぞれ同倍率である。 In the first imaging optical system including the condenser lens 37A and the objective lens 42A, the light transmission slit 35Aa and the test surface (surface Wa) are optically conjugate. The reflecting surface of the oscillating mirror 38 is disposed substantially on the pupil plane of the projection system 90a (conjugate plane of the exit pupil) that is the pupil plane of the first imaging optical system. As a result, when the reflecting surface of the oscillating mirror 38 vibrates, the slit pattern image SPk projected in the detection area DA vibrates so as to be substantially laterally shifted in the Y direction. Therefore, the Z position of the measurement point is obtained by synchronous detection described later. It is done.
The light transmission slit 35Aa and the test surface are arranged so as to satisfy the Scheinproof condition with respect to the first imaging optical system, and thus are images of a plurality of openings of the light transmission slit 35Aa in FIG. The slit pattern image SPk is accurately formed over the entire detection area DA of the test surface. The first imaging optical system composed of the condensing lens 37A and the objective lens 42A is a so-called double-sided telecentric optical system, and the light transmission slit 35Aa and the conjugate point on the surface to be measured cover the entire surface. Are the same magnification.

ウエハＷの表面Ｗａ（被検面）に投射された光は、表面Ｗａで反射されて、光路を＋Ｚ方向にシフトさせるプリズム４３Ｂを介して対物レンズ４３Ｂに入射し、対物レンズ４３Ｂを介した光は、ミラー４１Ｂ及びミラー４４を介して集光レンズ３７Ｂに入射する。集光レンズ３７Ｂから射出された被検面（表面Ｗａ）からの反射光は、結像位置を調整するための平板状のハービング３６Ｂを介して偏向プリズム３５Ｂの入射面上に、図２の検出領域ＤＡ内の複数のスリットパターン像ＳＰｋの像を形成する。この入射面には、受光パターンとしての受光スリット３５Ｂａが設けられている。受光スリット３５Ｂａは、図２の複数のスリットパターン像ＳＰｋの像とほぼ同じ形状の複数の開口を有する。   The light projected on the surface Wa (surface to be measured) of the wafer W is reflected by the surface Wa, enters the objective lens 43B via the prism 43B that shifts the optical path in the + Z direction, and passes through the objective lens 43B. Enters the condenser lens 37B via the mirror 41B and the mirror 44. The reflected light from the test surface (surface Wa) emitted from the condensing lens 37B is detected on the incident surface of the deflecting prism 35B via the flat plate herbing 36B for adjusting the imaging position as shown in FIG. An image of a plurality of slit pattern images SPk in the area DA is formed. A light receiving slit 35Ba as a light receiving pattern is provided on the incident surface. The light receiving slit 35Ba has a plurality of openings having substantially the same shape as the images of the plurality of slit pattern images SPk in FIG.

ここで、ウエハＷの表面Ｗａ（被検面）と偏向プリズム３５Ｂの入射面とは、対物レンズ４２Ｂと集光レンズ３７Ｂとで構成されている第２結像光学系に関して、シャインプルーフの条件を満たすように構成されている。従って、表面Ｗａが投影光学系ＰＬの像面と同じ高さである状態においては、偏向プリズム３５Ｂの入射面の全面に渡って、表面Ｗａの検出領域ＤＡ内に結像したスリットパターン像ＳＰｋの像が正確に再結像する。また、対物レンズ４２Ｂと集光レンズ３７Ｂとで構成されている第２結像光学系が両側テレセントリック光学系で構成されているため、表面Ｗａ上の各点と偏向プリズム３５Ｂの入射面上の共役点とは、全面で同倍率である。   Here, the surface Wa (test surface) of the wafer W and the incident surface of the deflecting prism 35B satisfy the Scheimpflug condition with respect to the second imaging optical system including the objective lens 42B and the condenser lens 37B. It is configured to meet. Therefore, in the state where the surface Wa is the same height as the image plane of the projection optical system PL, the slit pattern image SPk imaged in the detection area DA of the surface Wa over the entire incident surface of the deflecting prism 35B. The image is re-imaged correctly. Further, since the second imaging optical system constituted by the objective lens 42B and the condenser lens 37B is constituted by a double-sided telecentric optical system, each point on the surface Wa and a conjugate on the incident surface of the deflecting prism 35B. The point is the same magnification on the entire surface.

偏向プリズム３５Ｂの入射面には、偏光プリズム３５Ａの送光スリット３５Ａａに対応する（スリットパターン像ＳＰｋの像と同じ配列の）複数の開口を持つ受光スリット３５Ｂａが設けられているので、入射面に再結像されたスリットパターンＳＰｋの像は、部分的に遮光される。受光スリット３５Ｂａの複数の開口を通過した光束は、リレー光学系４６により、スリットパターン像ＳＰｋの個数と同じ個数の受光素子（例えばフォトダイオード）を含む受光部４７にリレーされる。受光部４７からは、被検面（表面Ｗａ）に投影された複数（Ｋ個とする）のスリットパターン像ＳＰｋの像のうちで、受光スリット３５Ｂａの対応する開口を通過した光束をそれぞれ光電変換したＫ個の検出信号が信号処理系２５に出力される。なお、受光素子としてはＣＣＤ又はＭＯＳ型のラインセンサ又は撮像素子等を使用してもよい。   The incident surface of the deflecting prism 35B is provided with a light receiving slit 35Ba having a plurality of openings (same arrangement as the slit pattern image SPk image) corresponding to the light transmitting slit 35Aa of the polarizing prism 35A. The re-imaged slit pattern SPk image is partially shielded. The light beam that has passed through the plurality of openings of the light receiving slit 35Ba is relayed by the relay optical system 46 to the light receiving unit 47 including the same number of light receiving elements (for example, photodiodes) as the number of the slit pattern images SPk. From the light receiving unit 47, among the plurality (K pieces) of slit pattern images SPk projected onto the test surface (surface Wa), the light beams that have passed through the corresponding openings of the light receiving slit 35Ba are photoelectrically converted. The detected K detection signals are output to the signal processing system 25. As the light receiving element, a CCD or MOS type line sensor or imaging element may be used.

この場合、振動ミラー３８の反射面を含む部分は、駆動部４９により例えば１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚ程度の周波数ｆｄｖの駆動信号によって、周波数ｆｄｖで振動している。駆動部４９を駆動する駆動系２４（主制御装置２０によって制御されている）からその駆動信号と同じ検波用信号が信号処理系２５に供給されている。信号処理系２５では、受光部４７からのＫ個の検出信号をそれぞれその検波用信号で例えば同期検波（同期整流）することによって、表面Ｗａに投影されたＫ個のスリットパターン像ＳＰｋの表面Ｗａの法線方向の位置（Ｚ位置）の、予め求めてある基準面（例えば投影光学系ＰＬの像面と同じ高さの面）からの位置ずれ量をＺ位置ΔＺｋ（ｋ＝１〜Ｋ）として求める。求められた複数のＺ位置ΔＺｋ（面位置情報）は主制御装置２０に供給される。主制御装置２０は、このＺ位置ΔＺｋ等に基づいて、ウエハステージＷＳＴのＺ・レベリング機構等を駆動する。   In this case, the part including the reflecting surface of the oscillating mirror 38 is vibrated at the frequency fdv by the drive unit 49 with a drive signal having a frequency fdv of about 1 kHz to 10 kHz, for example. The same detection signal as the drive signal is supplied to the signal processing system 25 from the drive system 24 (controlled by the main controller 20) that drives the drive unit 49. In the signal processing system 25, the K detection signals from the light receiving unit 47 are respectively subjected to, for example, synchronous detection (synchronous rectification) with the detection signals, whereby the surface Wa of the K slit pattern images SPk projected onto the surface Wa. The position shift amount from the reference plane (for example, a surface having the same height as the image plane of the projection optical system PL) in the normal direction (Z position) of the Z position ΔZk (k = 1 to K) Asking. The obtained plurality of Z positions ΔZk (surface position information) is supplied to the main controller 20. Main controller 20 drives the Z / leveling mechanism and the like of wafer stage WST based on Z position ΔZk and the like.

図４において、光ガイド２９からプリズム４３Ａまでの光学部材を含んで投射系９０ａが構成され、プリズム４３Ｂから受光部４７までの光学部材を含んで受光系９０ｂが構成されている。また、光源２６、コンデンサーレンズ２７、投射系９０ａ、受光系９０ｂ、駆動系２４、信号処理系２５、及び後述の振動ミラー３８の駆動部４９を含んでＡＦ系９０が構成されている。本実施形態において、投射系９０ａの光ガイド２９の射出端、及びその他の構成部材は不図示の支持部材を介して光学系フレーム６に支持されている。なお、振動ミラー３８の支持方法については後述する。また、受光系９０ｂの各構成部材も不図示の支持部材を介して光学系フレーム６に支持されている。
また、投射系９０ａのミラー４１Ａ、対物レンズ４２Ａ、及びプリズム４３Ａは光学系フレーム６の開口６ｃ内に支持され、受光系９０ｂのプリズム４３Ｂ、対物レンズ４２Ｂ、及びミラー４１Ｂは光学系フレーム６の開口６ｄ内に支持されている。そして、光学系フレーム６の上面６ｂに固定ブロック５０が固定され、固定ブロック５０に保持部材４８が固定され、保持部材４８に振動ミラー３８及び駆動部４９が支持されている。 In FIG. 4, a projection system 90a is configured including optical members from the light guide 29 to the prism 43A, and a light receiving system 90b is configured including optical members from the prism 43B to the light receiving unit 47. The AF system 90 includes the light source 26, the condenser lens 27, the projection system 90 a, the light receiving system 90 b, the drive system 24, the signal processing system 25, and a drive unit 49 of a vibration mirror 38 described later. In the present embodiment, the exit end of the light guide 29 of the projection system 90a and other components are supported by the optical system frame 6 via a support member (not shown). A method for supporting the vibrating mirror 38 will be described later. Each component of the light receiving system 90b is also supported by the optical system frame 6 via a support member (not shown).
The mirror 41A, the objective lens 42A, and the prism 43A of the projection system 90a are supported in the opening 6c of the optical system frame 6, and the prism 43B, the objective lens 42B, and the mirror 41B of the light receiving system 90b are the openings of the optical system frame 6. 6d is supported. The fixed block 50 is fixed to the upper surface 6 b of the optical system frame 6, the holding member 48 is fixed to the fixed block 50, and the vibrating mirror 38 and the driving unit 49 are supported by the holding member 48.

図５（Ａ）に示すように、光学系フレーム６の上面６ｂに固定ブロック５０（第２部材）がボルト５２Ａによって固定され、固定ブロック５０にボルト５２Ｂによって保持部材４８（第１部材）が固定され、保持部材４８に振動ミラー３８がボルト５２Ｃによって固定されている。この場合、振動ミラー３８の検出光ＤＬを反射する反射面３８ｒは、検出光ＤＬが通過する開口４８ｂが形成された矩形の枠状の保持部材４８の取り付け面４８ａ側を向いて、取り付け面４８ａと同じ高さに固定されている。さらに、保持部材４８の取り付け面４８ａは、固定ブロック５０の斜め下方の外側を向く基準面５０ａに取り付けられている。従って、振動ミラー３８の反射面３８ｒは、振動していない状態で、固定ブロック５０の基準面５０ａと同じ面内にあるため、固定ブロック５０の位置決めを行うのみで、振動ミラー３８の反射面３８ｒの位置決めも高精度に行われる。   As shown in FIG. 5A, the fixed block 50 (second member) is fixed to the upper surface 6b of the optical system frame 6 by bolts 52A, and the holding member 48 (first member) is fixed to the fixed block 50 by bolts 52B. The vibrating mirror 38 is fixed to the holding member 48 with bolts 52C. In this case, the reflection surface 38r that reflects the detection light DL of the vibrating mirror 38 faces the attachment surface 48a side of the rectangular frame-shaped holding member 48 in which the opening 48b through which the detection light DL passes is formed, and the attachment surface 48a. It is fixed at the same height. Further, the attachment surface 48 a of the holding member 48 is attached to a reference surface 50 a that faces the outside of the fixed block 50 obliquely below. Accordingly, the reflecting surface 38r of the oscillating mirror 38 is in the same plane as the reference surface 50a of the fixed block 50 in a non-vibrated state. Therefore, the reflecting surface 38r of the oscillating mirror 38 is simply positioned by positioning the fixed block 50. Positioning is also performed with high accuracy.

また、振動ミラー３８の反射面３８ｒの近傍に設けた穴に、反射面３８ｒの法線方向に細長い駆動用ピン５１が、例えば溶接によって固定されている。
振動ミラー３８は、非強磁性体の金属である例えばステンレスから形成され、駆動用ピン５１は、強磁性体の金属である例えば鋼（例えばフェライト鋼）又はニッケルやコバルトを含む合金から形成されている。振動ミラー３８の反射面３８ｒは、例えば振動ミラー３８の材料の表面に高反射率の金属（クロム等）をメッキした後、その表面を研磨して形成されている。さらに、保持部材４８は、低熱膨張率の材料、例えばセラミックス等から形成され、固定ブロック５０は低熱膨張率の材料、例えばインバー等から形成されている。 A driving pin 51 that is elongated in the normal direction of the reflecting surface 38r is fixed to a hole provided in the vicinity of the reflecting surface 38r of the vibrating mirror 38 by, for example, welding.
The oscillating mirror 38 is made of, for example, stainless steel, which is a nonferromagnetic metal, and the driving pin 51 is made of, for example, steel (eg, ferritic steel), or an alloy containing nickel or cobalt, which is a ferromagnetic metal. Yes. The reflecting surface 38r of the oscillating mirror 38 is formed by, for example, plating the surface of the material of the oscillating mirror 38 with a highly reflective metal (such as chromium) and then polishing the surface. Further, the holding member 48 is made of a material having a low coefficient of thermal expansion, such as ceramics, and the fixing block 50 is made of a material having a low coefficient of thermal expansion, such as Invar.

図５（Ｂ）は、保持部材４８から取り外した状態の振動ミラー３８及び駆動用ピン５１を示す。図５（Ｂ）において、振動ミラー３８は、全体として軸ａｘに沿って細長い平板状である。また、振動ミラー３８は、反射面３８ｒが形成された平板状の可動部３８ａの両端を支持部３８ｂ，３８ｃで支持する形状である。可動部３８ａは、反射面３８ｒが形成された部分３８ａ１と、駆動用ピン５１を固定する穴３８ｆが形成された部分３８ａ２とを含み、一方の支持部３８ｂは、外側のボルト５２Ｃ用の穴３８ｇが形成された部分３８ｂ１と、部分３８ｂ１と可動部３８ａとを連結するトーションバー部３８ｄとを有し、他方の支持部３８ｃは、外側のボルト５２Ｃ用の穴３８ｈが形成された部分３８ｃ１と、部分３８ｃ１と可動部３８ａとを連結するトーションバー部３８ｅとを有する。トーションバー部３８ｄ，３８ｅは、互いに同じ円柱状の形状で、同じばね定数を持つ、弾性変形によるねじりバネとして作用する。また、より詳細には、トーションバー部３８ｄ，３８ｅの根本の部分は中間部分よりも僅かに太く形成されている。振動ミラー３８は、全体として同一の部材から形成され（一体ものであり）、トーションバー部３８ｄ，３８ｅは、例えば旋盤等で加工可能である。   FIG. 5B shows the oscillating mirror 38 and the driving pin 51 in a state removed from the holding member 48. In FIG. 5B, the oscillating mirror 38 has an elongated flat plate shape along the axis ax as a whole. The oscillating mirror 38 has a shape in which both ends of a flat plate-like movable portion 38a on which the reflecting surface 38r is formed are supported by the support portions 38b and 38c. The movable portion 38a includes a portion 38a1 in which a reflecting surface 38r is formed and a portion 38a2 in which a hole 38f for fixing the driving pin 51 is formed. One support portion 38b is a hole 38g for the outer bolt 52C. , A torsion bar portion 38d that connects the portion 38b1 and the movable portion 38a, and the other support portion 38c includes a portion 38c1 in which a hole 38h for the outer bolt 52C is formed, It has the torsion bar part 38e which connects the part 38c1 and the movable part 38a. The torsion bar portions 38d, 38e act as torsion springs by elastic deformation having the same cylindrical shape and the same spring constant. More specifically, the base portion of the torsion bar portions 38d and 38e is formed slightly thicker than the intermediate portion. The oscillating mirror 38 is formed from the same member as a whole (integrated), and the torsion bar portions 38d and 38e can be processed by a lathe, for example.

この場合、反射面３８ｒの振動の軸ａｘは、トーションバー部３８ｄ，３８ｅに沿った方向である。また、トーションバー部３８ｄ，３８ｅの中間点ＣＰに対して、反射面３８ｒの中心３８ｒｃと駆動用ピン５１用の穴３８ｆとはほぼ対称な位置に形成されている。これによって、駆動用ピン５１を介して可動部３８ａを安定に振動させることができる。
なお、実際には、図６の分解斜視図で示すように、保持部材４８は４箇所の開口４８ｃを介して固定ブロック５０にボルト５２Ｂで固定され、振動ミラー３８の２つの支持部３
８ｂ，３８ｃの部分３８ｂ１，３８ｃ１が開口３８ｇ，３８ｈを介してボルト５２Ｃによって保持部材４８のねじ穴４８ｄに固定されている。固定ブロック５０には、保持部材４８の凸部４８ｅを収納する凹部５０ｂが形成されている。 In this case, the vibration axis ax of the reflection surface 38r is a direction along the torsion bar portions 38d and 38e. Further, the center 38rc of the reflecting surface 38r and the hole 38f for the driving pin 51 are formed at substantially symmetrical positions with respect to the intermediate point CP between the torsion bar portions 38d and 38e. Thereby, the movable part 38a can be vibrated stably via the driving pin 51.
Actually, as shown in the exploded perspective view of FIG. 6, the holding member 48 is fixed to the fixed block 50 by bolts 52B through the four openings 48c, and the two support portions 3 of the vibrating mirror 38 are provided.
The portions 38b1 and 38c1 of 8b and 38c are fixed to the screw holes 48d of the holding member 48 by bolts 52C through the openings 38g and 38h. The fixed block 50 is formed with a concave portion 50 b that houses the convex portion 48 e of the holding member 48.

次に、図５（Ａ）の振動ミラー３８を軸ａｘの回りに振動させる駆動部４９につき説明する。
図７（Ａ）は、図５（Ａ）のＢＢ線に沿う断面図であり、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の一部の平面図である。図７（Ａ）において、保持部材４８の凸部４８ｅ内の振動ミラー３８の反射面３８ｒの裏面側に磁気ユニット５３Ａが固定され、磁気ユニット５３Ａと振動ミラー３８との間で、駆動用ピン５１を囲むように駆動コイル５５Ａが配置され、保持部材４８の開口４８ｂ内の反射面３８ｒ側に磁気ユニット５３Ｂが固定され、磁気ユニット５３Ｂと振動ミラー３８との間で、駆動用ピン５１を囲むように駆動コイル５５Ｂが配置されている。同一形状の駆動コイル５５Ａ，５５Ｂは、連結部材（不図示）を介して保持部材４８に支持されている。駆動コイル５５Ａ，５５Ｂには、図４の駆動系２４から周波数ｆｄｖの交流電流（駆動信号）が供給される。 Next, the drive unit 49 that vibrates the vibration mirror 38 of FIG. 5A around the axis ax will be described.
7A is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 5A, and FIG. 7B is a plan view of a part of FIG. 7A. In FIG. 7A, the magnetic unit 53A is fixed to the back surface side of the reflecting surface 38r of the oscillating mirror 38 in the convex portion 48e of the holding member 48, and the driving pin 51 is interposed between the magnetic unit 53A and the oscillating mirror 38. The drive coil 55A is disposed so as to surround the magnetic member 53B, the magnetic unit 53B is fixed to the reflective surface 38r side in the opening 48b of the holding member 48, and the drive pin 51 is surrounded between the magnetic unit 53B and the vibration mirror 38. The drive coil 55B is disposed in the front. The drive coils 55A and 55B having the same shape are supported by the holding member 48 via a connecting member (not shown). The drive coils 55A and 55B are supplied with an alternating current (drive signal) having a frequency fdv from the drive system 24 of FIG.

図７（Ｂ）に示すように、磁気ユニット５３Ａは、永久磁石５４Ａと、永久磁石５４Ａに連結され、先端部が駆動用ピン５１を挟むように配置された２つのヨーク５４Ｂ，５４Ｃとを有し、この例では、駆動用ピン５１の紙面左側がＮ極で、紙面右側がＳ極である。図７（Ａ）の磁気ユニット５３Ｂは、磁気ユニット５３Ａと同じ構成であり、磁気ユニット５３Ｂの極性は磁気ユニット５３Ａと同じである。磁気ユニット５３Ａ，５３Ｂ及び駆動コイル５５Ａ，５５Ｂを含んで駆動部４９が構成されている。   As shown in FIG. 7B, the magnetic unit 53A has a permanent magnet 54A and two yokes 54B and 54C that are connected to the permanent magnet 54A and arranged so that the tip end portion sandwiches the drive pin 51. In this example, the left side of the drive pin 51 is the N pole, and the right side of the page is the S pole. 7A has the same configuration as the magnetic unit 53A, and the polarity of the magnetic unit 53B is the same as that of the magnetic unit 53A. A drive unit 49 is configured including the magnetic units 53A and 53B and the drive coils 55A and 55B.

この場合、駆動コイル５５Ａ，５５Ｂに或る方向に電流が流れて、図７（Ｃ）に示すように、駆動用ピン５１の上端がＳ極に下端がＮ極になると、駆動用ピン５１及び可動部３８ａは磁気ユニット５３Ａ，５３Ｂによって軸ａｘの反時計回りに回転する。一方、駆動コイル５５Ａ，５５Ｂに逆方向に電流が流れて、図７（Ｄ）に示すように、駆動用ピン５１の上端がＮ極に下端がＳ極になると、駆動用ピン５１及び可動部３８ａは磁気ユニット５３Ａ，５３Ｂによって軸ａｘの時計回りに回転する。これに対して支持部３８ｂの部分３８ｂ１は固定されている。従って、駆動コイル５５Ａ，５５Ｂに周波数ｆｄｖの交流電流を供給することによって、駆動用ピン５１、ひいては振動ミラー３８の可動部３８ａ（反射面３８ｒ）は、軸ａｘの回りに非接触方式で周波数ｆｄｖで振動する。その振動の大きさは、交流電流の最大振幅で調整可能である。   In this case, when a current flows in a certain direction through the drive coils 55A and 55B and the upper end of the drive pin 51 becomes the S pole and the lower end becomes the N pole as shown in FIG. 7C, the drive pin 51 and The movable portion 38a is rotated counterclockwise about the axis ax by the magnetic units 53A and 53B. On the other hand, when current flows in the reverse direction through the drive coils 55A and 55B and the upper end of the drive pin 51 becomes the N pole and the lower end becomes the S pole, as shown in FIG. 7D, the drive pin 51 and the movable part 38a is rotated clockwise around the axis ax by the magnetic units 53A and 53B. On the other hand, the portion 38b1 of the support portion 38b is fixed. Accordingly, by supplying an alternating current with a frequency fdv to the drive coils 55A and 55B, the drive pin 51, and hence the movable portion 38a (reflecting surface 38r) of the vibrating mirror 38, has a frequency fdv in a non-contact manner around the axis ax. Vibrate. The magnitude of the vibration can be adjusted by the maximum amplitude of the alternating current.

この場合、振動ミラー３８は、可動部３８ａの両端が支持部３８ｂ，３８ｃを介して保持部材４８に固定されているため、反射面３８ｒの面倒れ振動モードが抑制され、反射面３８ｒを高精度に、殆どドリフトのない状態で安定に振動させることができる。
なお、駆動コイル５５Ａ，５５Ｂの一方は省略可能である。また、磁気ユニット５３Ａ，５３Ｂがあると駆動用ピン５１（可動部３８ａ）を安定に振動できるが、磁気ユニット５３Ａ，５３Ｂの一方を省略することも可能である。 In this case, since both ends of the movable portion 38a are fixed to the holding member 48 via the support portions 38b and 38c, the vibration mirror 38 is suppressed from the surface-inclined vibration mode of the reflective surface 38r, and the reflective surface 38r is highly accurate. In addition, it can be vibrated stably with almost no drift.
One of the drive coils 55A and 55B can be omitted. Further, when the magnetic units 53A and 53B are present, the driving pin 51 (movable portion 38a) can be vibrated stably, but one of the magnetic units 53A and 53B can be omitted.

また、振動ミラー３８のねじれ振動の共振周波数の特性は図８の曲線Ｃ１のようになる。図８において、横軸は周波数ｆ、縦軸は振幅Ａ（ｆ）である。本実施形態において、振動ミラー３８の駆動周波数ｆｄｖは、共振周波数ｆｃよりも僅かに低く設定されている。例えば共振周波数ｆｃが３〜５ｋＨｚとすると、駆動周波数ｆｄｖは、それよりも０．１〜０．５ｋＨｚ程度低く設定されている。この場合、駆動周波数ｆｄｖのナイキスト周波数ｆｎｙは、駆動周波数ｆｄｖの１／２である。また、図４の受光部４７の検出信号を処理した場合に、ナイキスト周波数ｆｎｙより低い周波数成分は高精度に検出可能であるが、周波数がｆｎｙ〜ｆｄｖの成分は折り返し歪みを生じて、Ｚ位置の検出誤差となる。   Further, the characteristic of the resonance frequency of the torsional vibration of the vibrating mirror 38 is as shown by a curve C1 in FIG. In FIG. 8, the horizontal axis represents the frequency f, and the vertical axis represents the amplitude A (f). In the present embodiment, the drive frequency fdv of the oscillating mirror 38 is set slightly lower than the resonance frequency fc. For example, when the resonance frequency fc is 3 to 5 kHz, the drive frequency fdv is set to be lower by about 0.1 to 0.5 kHz. In this case, the Nyquist frequency fny of the drive frequency fdv is ½ of the drive frequency fdv. In addition, when the detection signal of the light receiving unit 47 in FIG. 4 is processed, a frequency component lower than the Nyquist frequency fny can be detected with high accuracy, but a component having a frequency of fny to fdv causes aliasing distortion, resulting in a Z position. Detection error.

これに関して、駆動周波数ｆｄｖが共振周波数ｆｃよりも低い場合には、共振周波数ｆｃの振動（共振成分）は折り返し歪みをほとんど生じないため、共振成分の影響が軽減される。また、駆動周波数ｆｄｖは、共振周波数ｆｃより小さい範囲で、できるだけ大きい方が、より高い周波数の検出信号を検出可能である。
また、振動ミラー３８の面倒れ振動モードの周波数ｆｆが、ナイキスト周波数ｆｎｙにできるだけ近づくように、振動ミラー３８のねじれ振動の共振周波数ｆｃ及び駆動周波数ｆｄｖが設定されている。共振周波数ｆｃは、振動ミラー３８のトーションバー部３８ｄ，３８ｅの形状等でも変化する。これに対して、例えば面倒れ振動モードの周波数ｆｆが、点線の曲線Ｃ２で示すように、ナイキスト周波数ｆｎｙよりも高いと、曲線Ｃ３で示す周波数ｆｆｘの位置に折り返し歪みが生じるため、あまり好ましくない。 In this regard, when the drive frequency fdv is lower than the resonance frequency fc, the vibration of the resonance frequency fc (resonance component) hardly causes aliasing distortion, so that the influence of the resonance component is reduced. The drive frequency fdv can be detected with a higher frequency within the range smaller than the resonance frequency fc as much as possible.
Further, the resonance frequency fc and the drive frequency fdv of the torsional vibration of the oscillating mirror 38 are set so that the frequency ff of the plane tilting vibration mode of the oscillating mirror 38 is as close as possible to the Nyquist frequency fny. The resonance frequency fc also changes depending on the shape of the torsion bar portions 38d and 38e of the vibration mirror 38. On the other hand, for example, if the frequency ff of the plane tilt vibration mode is higher than the Nyquist frequency fny as shown by the dotted curve C2, aliasing distortion occurs at the position of the frequency ffx shown by the curve C3, which is not very preferable. .

なお、ＡＦ系９０の検出領域ＤＡ内のスリットパターン像ＳＰｋは１行であるが、スリットパターン像ＳＰｋを複数行に形成してもよい。
次に、図２に戻り、本実施形態の露光装置１００は、多点のＡＦ系９０の複数の検出点のうち両端に位置する検出点の近傍、すなわち検出領域ＤＡの両端部近傍に、前述の直線ＬＶに関して対称な配置で、各一対のＺ位置計測用の面位置センサ（以下、Ｚセンサと略述する）７２ａ，７２ｂ、及び７２ｃ，７２ｄが設けられている。これらのＺセンサ７２ａ〜７２ｄは、例えば図１の光学系フレーム６の下面に固定されている。Ｚセンサ７２ａ〜７２ｄとしては、ウエハテーブルＷＴＢに対し上方から光を照射し、その反射光を受光してその光の照射点におけるウエハテーブルＷＴＢ表面のＸＹ平面に直交するＺ方向の位置情報を計測するセンサ、一例としてＣＤドライブ装置などで用いられる光ピックアップのような構成の光学式の変位センサ（ＣＤピックアップ方式のセンサ）が用いられている。 The slit pattern image SPk in the detection area DA of the AF system 90 is one line, but the slit pattern image SPk may be formed in a plurality of lines.
Next, returning to FIG. 2, the exposure apparatus 100 of the present embodiment is arranged in the vicinity of the detection points located at both ends of the plurality of detection points of the multipoint AF system 90, that is, in the vicinity of both ends of the detection area DA. A pair of surface position sensors (hereinafter abbreviated as Z sensors) 72a, 72b and 72c, 72d for Z position measurement are provided in a symmetrical arrangement with respect to the straight line LV. These Z sensors 72a to 72d are fixed to, for example, the lower surface of the optical system frame 6 of FIG. Z sensors 72a to 72d irradiate wafer table WTB with light from above, receive the reflected light, and measure position information in the Z direction orthogonal to the XY plane of wafer table WTB surface at the light irradiation point. For example, an optical displacement sensor (CD pickup type sensor) configured like an optical pickup used in a CD drive device or the like is used.

さらに、前述したヘッドユニット６２Ｃは、複数のＹヘッド６４を結ぶＸ方向の直線ＬＨを挟んで一側と他側に位置する、直線ＬＨに平行な２本の直線上にそれぞれ沿って且つ所定間隔で配置された複数（ここでは各６個、合計で１２個）のＺセンサ７４i,j（ｉ＝１，２、ｊ＝１，２，……，６）を備えている。この場合、対を成すＺセンサ７４1,j、
７４2,jは、上記直線ＬＨに関して対称に配置されている。さらに、複数対（ここでは６対）のＺセンサ７４1,j、７４2,jと複数のＹヘッド６４とは、Ｘ方向に関して交互に配置されている。各Ｚセンサ７４i,jとしては、例えば、前述のＺセンサ７２ａ〜７２ｄと同様のＣＤピックアップ方式のセンサが用いられている。 Further, the above-described head unit 62C is arranged along two straight lines parallel to the straight line LH, which are located on one side and the other side across the straight line LH in the X direction connecting the plurality of Y heads 64, and at predetermined intervals. A plurality of (here, 6 each, 12 in total) Z sensors 74 i, j (i = 1, 2, j = 1, 2,..., 6) are provided. In this case, a pair of Z sensors 74 1, j ,
742 , j are arranged symmetrically with respect to the straight line LH. Further, a plurality of pairs (here, six pairs) of Z sensors 74 1, j , 742 , j and a plurality of Y heads 64 are alternately arranged in the X direction. As each Z sensor 74 i, j , for example, a CD pickup type sensor similar to the aforementioned Z sensors 72 a to 72 d is used.

ここで、直線ＬＨに関して対称な位置にある各対のＺセンサ７４1,j，７４2,jの間隔は、前述したＺセンサ７２ｃ，７２ｄの間隔と同一間隔に設定されている。また、一対のＺセンサ７４1,4，７４2,4は、Ｚセンサ７２ａ，７２ｂと同一の、Ｙ方向に平行な直線上に位置している。
また、前述したヘッドユニット６２Ａは、前述の直線ＬＶに関して、上述の複数のＺセンサ７４i,jと対称に配置された複数、ここでは１２個のＺセンサ７６p,q（ｐ＝１，２、ｑ＝１，２，……，６）を備えている。各Ｚセンサ７６p,qとしては、例えば、前述のＺセンサ７２ａ〜７２ｄと同様のＣＤピックアップ方式のセンサが用いられている。また、一対のＺセンサ７６1,3，７６2,3は、Ｚセンサ７２ｃ，７２ｄと同一のＹ方向の直線上に位置している。Ｚセンサ７４i,j及び７６p,qは光学系フレーム６の底面に固定されている。 Here, 1 Z sensor 74 of each pair in a symmetrical position, j, 74 2, interval j with respect to straight line LH, Z sensor 72c described above, are set to the same interval as the 72d. Further, the pair of Z sensors 74 1,4 , 74 2,4 are located on the same straight line parallel to the Y direction as the Z sensors 72a, 72b.
Further, the head unit 62A described above has a plurality of, in this case, twelve Z sensors 76 p, q (p = 1, 2) arranged symmetrically with the plurality of Z sensors 74 i, j with respect to the straight line LV. Q = 1, 2,..., 6). As each Z sensor 76 p, q , for example, a CD pickup type sensor similar to the Z sensors 72a to 72d described above is used. Further, a pair of Z sensors 76 1,3, 76 2,3 is positioned in the Z sensors 72c, the same Y-direction on a straight line and 72d. The Z sensors 74 i, j and 76 p, q are fixed to the bottom surface of the optical system frame 6.

なお、図２では、計測ステージＭＳＴの図示が省略されるとともに、その計測ステージＭＳＴと先端レンズ１９１との間に保持される水Ｌｑで形成される液浸領域１４が示されている。また、この図２において、符号７８は、ＡＦ系９０のビーム路近傍に所定温度に温度調整されたドライエアーを、図２中の白抜き矢印で示されるように、例えばダウンフローにて送風する局所空調システムを示す。また、符号ＵＰは、ウエハテーブルＷＴＢ上
のウエハのアンロードが行われるアンロードポジションを示し、符号ＬＰはウエハテーブルＷＴＢ上へのウエハのロードが行われるローディングポジションを示す。 In FIG. 2, illustration of the measurement stage MST is omitted, and the liquid immersion region 14 formed by the water Lq held between the measurement stage MST and the tip lens 191 is shown. In FIG. 2, reference numeral 78 denotes dry air whose temperature is adjusted to a predetermined temperature in the vicinity of the beam path of the AF system 90, for example, by downflow as indicated by the white arrow in FIG. 2. A local air conditioning system is shown. Reference sign UP indicates an unload position where the wafer is unloaded on the wafer table WTB, and reference sign LP indicates a loading position where the wafer is loaded on the wafer table WTB.

図３には、露光装置１００の制御系の主要な構成が示されている。この制御系は、装置全体を統括的に制御するマイクロコンピュータ（又はワークステーション）から成る主制御装置２０を中心として構成されている。なお、図３においては、照度むらセンサ、空間像計測器及び波面収差計測器などの計測ステージＭＳＴに設けられる各種センサが、まとめてセンサ群９９として示されている。   FIG. 3 shows the main configuration of the control system of the exposure apparatus 100. This control system is mainly configured of a main control device 20 composed of a microcomputer (or a workstation) for overall control of the entire apparatus. In FIG. 3, various sensors provided on the measurement stage MST such as an illuminance unevenness sensor, an aerial image measuring instrument, and a wavefront aberration measuring instrument are collectively shown as a sensor group 99.

上述のようにして構成された本実施形態の露光装置１００では、前述したようなウエハテーブルＷＴＢ上のＸスケール、Ｙスケールの配置及び前述したようなＸヘッド、Ｙヘッドの配置を採用したことから、ウエハステージＷＳＴの有効ストローク範囲（すなわち、本実施形態では、アライメント及び露光動作のために移動する範囲）では、必ず、Ｘスケール３９Ｘ1，３９Ｘ2とヘッドユニット６２Ｂ，６２Ｄ（Ｘヘッド６６）とがそれぞれ対向し、かつＹスケール３９Ｙ1，３９Ｙ2とヘッドユニット６２Ａ，６２Ｃ（Ｙヘッド６４）又はＹヘッド６４ｙ1，６４ｙ2とがそれぞれ対向するようになっている。 The exposure apparatus 100 of the present embodiment configured as described above employs the X scale and Y scale arrangement on the wafer table WTB as described above and the X head and Y head arrangement as described above. In the effective stroke range of wafer stage WST (that is, the range of movement for alignment and exposure operations in this embodiment), X scales 39X 1 and 39X 2 and head units 62B and 62D (X head 66) are always used. Are opposed to each other, and the Y scales 39Y 1 and 39Y 2 are opposed to the head units 62A and 62C (Y head 64) or the Y heads 64y 1 and 64y 2 , respectively.

このため、主制御装置２０は、前述のウエハステージＷＳＴの有効ストローク範囲では、エンコーダ７０Ａ〜７０Ｄの少なくとも３つの計測値に基づいて、ステージ駆動系１２４Ｗを構成する各モータを制御することで、ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置情報（θｚ方向の回転情報を含む）を、高精度に制御することができる。エンコーダ７０Ａ〜７０Ｄの計測値が受ける空気揺らぎの影響は、干渉計に比べては無視できるほど小さいので、空気揺らぎに起因する計測値の短期安定性は、干渉計に比べて格段に良い。   For this reason, main controller 20 controls each motor constituting stage drive system 124W based on at least three measurement values of encoders 70A to 70D in the effective stroke range of wafer stage WST described above, thereby allowing wafers to be processed. Position information (including rotation information in the θz direction) in the XY plane of stage WST can be controlled with high accuracy. Since the influence of the air fluctuations on the measurement values of the encoders 70A to 70D is negligibly small compared to the interferometer, the short-term stability of the measurement values caused by the air fluctuation is much better than that of the interferometer.

以下、本実施形態の図１の露光装置１００において、主制御装置２０の制御のもとで１ロットのウエハに順次レチクルＲのパターンの像を露光する際の動作の一例につき、図９のフローチャートを参照して説明する。
先ず図９のステップ１０２において、図２のローディングポジションＬＰにおいて、ウエハステージＷＳＴ上に１ロットの先頭のウエハ（ウエハＷとする）をロードする。その後、主制御装置２０は、ウエハステージＷＳＴを移動させ、ウエハＷの中心を直線ＬＶ上に位置させる。その後、ウエハステージＷＳＴを介してウエハＷをＹ方向に移動させて、アライメント系ＡＬ１，ＡＬ２1〜ＡＬ２4用によってウエハＷの所定のウエハマークを検出し、ウエハＷのアライメントを行う。 In the following, in the exposure apparatus 100 of FIG. 1 of the present embodiment, an example of the operation when sequentially exposing the image of the pattern of the reticle R onto one lot of wafers under the control of the main controller 20 is shown in the flowchart of FIG. Will be described with reference to FIG.
First, in step 102 in FIG. 9, the first wafer (referred to as wafer W) of one lot is loaded onto wafer stage WST at loading position LP in FIG. Thereafter, main controller 20 moves wafer stage WST to position the center of wafer W on straight line LV. Thereafter, the wafer W is moved in the Y direction via the wafer stage WST, a predetermined wafer mark on the wafer W is detected by the alignment systems AL1, AL2 1 to AL2 4 , and the wafer W is aligned.

次のステップ１０４において、ウエハステージＷＳＴによってウエハＷをＹ方向に移動させながら、ＡＦ系９０でウエハＷ表面の複数の検出点のＺ位置を検出し、Ｚセンサ７２ａ〜７２ｄによってウエハテーブルＷＴＢのＺ位置を検出し、ウエハＷの各検出点毎にＺセンサ７２ａ〜７２ｄの計測値の差分を記憶する。なお、ステップ１０３とステップ１０４とは部分的に並行して行ってもよい。   In the next step 104, the Z position of a plurality of detection points on the surface of the wafer W is detected by the AF system 90 while moving the wafer W in the Y direction by the wafer stage WST, and the Z sensors 72a to 72d detect the Z position of the wafer table WTB. The position is detected, and the difference between the measured values of the Z sensors 72a to 72d is stored for each detection point of the wafer W. Step 103 and step 104 may be performed partially in parallel.

次のステップ１０５において、ウエハＷの各ショット領域を投影光学系ＰＬの露光領域の手前に移動し、ウエハＷの表面のステップ１０４で記憶されたＺ位置の差分と、Ｚセンサ７４i,j等で計測されるウエハテーブルＷＴＢのＺ位置とから、ウエハＷの表面のＺ位置を求め、このＺ位置に基づいてオートフォーカス方式でウエハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に合焦させる動作を開始する。そして、ステップ１１０６において、液浸法でかつ走査露光方式で、レチクルＲのパターンの像を投影光学系ＰＬを介してウエハＷの当該ショット領域に露光する。その後、ステップ１０７で未露光のショット領域が尽きるまで、ステップ１０５及び１０６が繰り返される。ステップ１０８において、露光済みのウエハＷはウエハステージＷＳＴからアンローディングされる。 In the next step 105, each shot area of the wafer W is moved to the front of the exposure area of the projection optical system PL, and the difference between the Z positions stored in the step 104 on the surface of the wafer W and the Z sensors 74 i, j, etc. The Z position of the surface of the wafer W is obtained from the Z position of the wafer table WTB measured in step S4, and the operation of focusing the surface of the wafer W on the image plane of the projection optical system PL using the autofocus method based on the Z position. To start. In step 1106, the pattern image of the reticle R is exposed to the shot area of the wafer W through the projection optical system PL by the immersion method and the scanning exposure method. Thereafter, steps 105 and 106 are repeated until the unexposed shot area is exhausted in step 107. In step 108, the exposed wafer W is unloaded from wafer stage WST.

次のステップ１０９において１ロット中に未露光のウエハがないかどうかを判定し、未露光のウエハがある場合には、ステップ１０２に移行して、ＡＦ系９０等によるＺ位置の計測及び露光が繰り返される。この際に、本実施形態では、ＡＦ系９０のＺ位置の計測値にドリフトがなく、Ｚ位置の計測精度が高いため、合焦精度が高く、レチクルＲのパターンの像を高精度にウエハＷの各ショット領域に露光できる。   In the next step 109, it is determined whether or not there is an unexposed wafer in one lot. If there is an unexposed wafer, the process proceeds to step 102, where the Z position is measured and exposed by the AF system 90 or the like. Repeated. At this time, in this embodiment, there is no drift in the measurement value of the Z position of the AF system 90 and the measurement accuracy of the Z position is high, so that the focusing accuracy is high, and the image of the pattern on the reticle R is highly accurate. Each shot area can be exposed.

本実施形態の効果等は以下の通りである。
（１）上記の実施形態の露光装置１００が備えるＡＦ系９０（面位置検出装置）は、ウエハＷの表面Ｗａ等の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系９０は、検出光ＤＬを被検面に斜めに投射する投射系９０ａと、被検面で反射される光を受光する受光系９０ｂと、投射系９０ａを通過する検出光ＤＬを反射する反射面３８ｒが形成された可動部３８ａと、可動部３８ａを挟むように支持する１対の支持部３８ｂ，３８ｃとを有する振動ミラー３８（反射部材）と、振動ミラー３８の１対の支持部３８ｂ，３８ｃのそれぞれの少なくとも一部（部分３８ｂ１，３８ｃ１）が固定される保持部材４８（第１部材）と、振動ミラー３８の可動部３８ａを振動させる駆動部４９及び駆動用ピン５１を含む駆動機構と、受光系９０ｂで得られる検出信号を可動部３８ａの振動に同期して処理（同期整流）することにより、被検面のＺ位置を求める信号処理系２５と、を備えている。 The effects and the like of this embodiment are as follows.
(1) The AF system 90 (surface position detection device) provided in the exposure apparatus 100 of the above-described embodiment is a position in the normal direction of the test surface such as the surface Wa of the wafer W (in the optical axis direction of the projection optical system PL). This is a device that detects a Z position (surface position). The AF system 90 reflects the detection light DL that obliquely projects the detection light DL onto the test surface, the light receiving system 90b that receives the light reflected by the test surface, and the detection light DL that passes through the projection system 90a. A oscillating mirror 38 (reflecting member) having a movable part 38a formed with a reflecting surface 38r and a pair of supporting parts 38b, 38c that support the movable part 38a so as to sandwich the movable part 38a, and a pair of supporting parts of the oscillating mirror 38 Drive including a holding member 48 (first member) to which at least a part (parts 38b1 and 38c1) of each of 38b and 38c is fixed, a drive unit 49 and a drive pin 51 for vibrating the movable part 38a of the vibration mirror 38. And a signal processing system 25 that obtains the Z position of the surface to be detected by processing (synchronous rectification) the detection signal obtained by the light receiving system 90b in synchronization with the vibration of the movable portion 38a.

本実施形態によれば、振動ミラー３８のうちの反射面３８ｒが形成された可動部３８ａは、静止状態で保持部材４８に固定される１対の支持部３８ｂ，３８ｃの間に支持されている。従って、可動部３８ａを振動させて、被検面のＺ位置を検出しているときに、可動部３８ａの平均的な位置が次第に変化することはない。このため、Ｚ位置の計測値のドリフトが小さくなり、Ｚ位置の計測精度が向上する。   According to the present embodiment, the movable portion 38a formed with the reflecting surface 38r of the oscillating mirror 38 is supported between the pair of support portions 38b and 38c fixed to the holding member 48 in a stationary state. . Therefore, when the movable portion 38a is vibrated to detect the Z position of the test surface, the average position of the movable portion 38a does not gradually change. For this reason, the drift of the measurement value of the Z position is reduced, and the measurement accuracy of the Z position is improved.

さらに、同期整流等により、外乱光の影響が低減されるとともに、反射面３８ｒの面倒れ振動モードが減少するため、反射面３８ｒを軸ａｘの回りに高精度に振動させることができ、Ｚ位置の計測精度が向上する。
（２）また、振動ミラー３８は投射系９０ａ内に設置されているが、図４の投射系９０ａ内の振動ミラー３８を固定されたミラーとして、受光系９０ｂ内の例えばミラー４４を振動ミラー３８で置き換えてもよい。この構成でも、被検面のＺ位置を高精度に検出できる。この場合にも、振動ミラー３８は、対物レンズ４２Ｂと集光レンズ３７Ｂとからなる第２結像光学系の瞳面である受光系９０ｂの瞳面（射出瞳の共役面）の近傍に配置することが好ましい。 Furthermore, due to synchronous rectification or the like, the influence of ambient light is reduced, and the surface tilt vibration mode of the reflecting surface 38r is reduced, so that the reflecting surface 38r can be vibrated with high accuracy around the axis ax, and the Z position Improved measurement accuracy.
(2) Although the oscillating mirror 38 is installed in the projection system 90a, the oscillating mirror 38 in the projection system 90a shown in FIG. May be replaced. Even with this configuration, the Z position of the surface to be detected can be detected with high accuracy. Also in this case, the oscillating mirror 38 is disposed in the vicinity of the pupil plane (conjugate plane of the exit pupil) of the light receiving system 90b, which is the pupil plane of the second imaging optical system composed of the objective lens 42B and the condenser lens 37B. It is preferable.

（３）また、振動ミラー３８の可動部３８ａ（反射面３８ｒ）の振動は、反射面３８ｒの法線方向に延びる駆動用ピン５１を介して非接触で行われているため、駆動機構が小型化できる。なお、駆動用ピン５１は、振動の軸ａｘに直交していればよいため、駆動用ピン５１を、例えば可動部３８ａに反射面３８ｒにほぼ平行になるように固定してもよい。この場合には、駆動用ピン５１の代わりに、平板状の強磁性体を用いることもできる。
また、反射面３８ｒの振動の振幅が小さい場合には、トーションバー部３８ｄ，３８ｅを省略することも可能である。
また、ＡＦ系９０の投射系９０ａ及び受光系９０ｂはそれぞれ一つの結像光学系を備えているが、投射系９０ａ及び受光系９０ｂの少なくとも一方は、直列に配置された複数の結像光学系を備え、送光スリット又はスリットパターンの像ＳＰｋの中間結像面を設けてもよい。 (3) Since the vibration of the movable portion 38a (reflective surface 38r) of the oscillating mirror 38 is performed in a non-contact manner via the driving pin 51 extending in the normal direction of the reflective surface 38r, the drive mechanism is small. Can be Since the drive pin 51 only needs to be orthogonal to the vibration axis ax, the drive pin 51 may be fixed to the movable portion 38a so as to be substantially parallel to the reflecting surface 38r, for example. In this case, a flat ferromagnetic material can be used instead of the driving pin 51.
Further, when the amplitude of vibration of the reflecting surface 38r is small, the torsion bar portions 38d and 38e can be omitted.
Further, each of the projection system 90a and the light receiving system 90b of the AF system 90 includes one imaging optical system, but at least one of the projection system 90a and the light receiving system 90b includes a plurality of imaging optical systems arranged in series. And an intermediate image plane of the image SPk of the light transmission slit or slit pattern may be provided.

（４）また、本実施形態の露光装置１００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系９０と、ＡＦ系９０によって検出される被検面としてのウ
エハＷの表面のＺ位置（面位置）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１００による露光方法は、ＡＦ系９０のＺ位置の計測結果を用いて、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。
露光装置１００又はこの露光方法によれば、ＡＦ系９０は高精度にＺ位置を計測できるため、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る。 (4) The exposure apparatus 100 of the present embodiment illuminates the pattern of the reticle R with the illumination light IL (exposure light), and exposes the wafer W with the illumination light IL through the pattern and the projection optical system PL. The apparatus includes an AF system 90 and a wafer stage WST that controls the Z position of the wafer W based on the Z position (surface position) information of the surface of the wafer W as a test surface detected by the AF system 90. ing.
In the exposure method using the exposure apparatus 100, the surface of the wafer W is focused on the image plane of the projection optical system PL using the measurement result of the Z position of the AF system 90.
According to the exposure apparatus 100 or this exposure method, since the AF system 90 can measure the Z position with high accuracy, the surface of the wafer W can be focused on the image plane of the projection optical system PL with high accuracy based on this measurement value. .

（５）また、ＡＦ系９０の振動ミラー３８の保持部材４８（第１部材）及び固定ブロック（第２部材）が、投影光学系ＰＬを支持する光学系フレーム６に取り付けられているため、投影光学系ＰＬの像面に対する被検面のＺ位置を高精度に計測できる。
なお、光学系フレーム６に別のフレームを連結し、このフレームに保持部材４８を取り付けてもよい。 (5) Since the holding member 48 (first member) and the fixed block (second member) of the vibration mirror 38 of the AF system 90 are attached to the optical system frame 6 that supports the projection optical system PL, projection The Z position of the test surface with respect to the image plane of the optical system PL can be measured with high accuracy.
Note that another frame may be connected to the optical system frame 6 and the holding member 48 may be attached to this frame.

なお、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１０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１００（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。   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 100 (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、本発明は、２つのウエハステージを備えて、２つのウエハステージ上のウエハに交互に露光を行う露光装置にも適用可能である。
さらに、エンコーダシステムは、光学系フレーム６側にスケールを固定し、ウエハステージＷＳＴ側に検出ヘッドを設ける構成でもよい。
さらに、ＡＦ系９０は、通常の投影光学系ＰＬの露光領域又はこの近傍の被検面のＺ位置を検出するオートフォーカスセンサにも適用可能である。この際に、ＡＦ系９０による被検面におけるＺ位置の計測点は１点のみでもよい。 The present invention can also be applied to an exposure apparatus that includes two wafer stages and alternately exposes wafers on the two wafer stages.
Further, the encoder system may be configured such that the scale is fixed on the optical system frame 6 side and the detection head is provided on the wafer stage WST side.
Furthermore, the AF system 90 can also be applied to an autofocus sensor that detects the Z position of the exposure area of the normal projection optical system PL or a test surface in the vicinity thereof. At this time, only one measurement point of the Z position on the test surface by the AF system 90 may be used.

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。   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.

Ｒ…レチクル、Ｗ…ウエハ、ＷＴＢ…ウエハテーブル、ＷＳＴ…ウエハステージ、ＭＳＴ…計測ステージ、６…光学系フレーム、２０…主制御装置、３８…振動ミラー、３８ａ…可動部、３８ｂ，３８ｃ…支持部、３８ｄ，３８ｅ…トーションバー部、４８…保持部材、４９…駆動部、５０…固定ブロック、５１…駆動用ピン、９０…ＡＦ系、９０ａ…投射系、９０ｂ…受光系   R ... reticle, W ... wafer, WTB ... wafer table, WST ... wafer stage, MST ... measurement stage, 6 ... optical system frame, 20 ... main controller, 38 ... vibrating mirror, 38a ... movable part, 38b, 38c ... support 38d, 38e ... Torsion bar part, 48 ... Holding member, 49 ... Driving part, 50 ... Fixed block, 51 ... Driving pin, 90 ... AF system, 90a ... Projection system, 90b ... Light receiving system

Claims (14)

被検面の面位置情報を検出する面位置検出装置において、
光を前記被検面に斜めに投射する投射系と、
前記被検面で反射される光を受光する受光系と、
前記投射系又は前記受光系を通過する光を反射する反射面が形成された可動部と、前記可動部を挟むように支持する１対の支持部とを有する反射部材と、
前記反射部材の前記１対の支持部のそれぞれの少なくとも一部が固定される第１部材と、
前記反射部材の前記可動部を振動させる駆動機構と、
前記受光系で得られる検出信号を前記可動部の振動に同期して処理することにより、前記被検面の面位置情報を求める信号処理系と、
を備えることを特徴とする面位置検出装置。 In the surface position detection device that detects the surface position information of the surface to be tested,
A projection system that projects light obliquely onto the test surface;
A light receiving system for receiving light reflected by the test surface;
A reflective member having a movable part formed with a reflective surface that reflects light passing through the projection system or the light receiving system, and a pair of support parts that support the movable part so as to sandwich the movable part;
A first member to which at least a part of each of the pair of support portions of the reflecting member is fixed;
A drive mechanism for vibrating the movable part of the reflecting member;
A signal processing system for obtaining surface position information of the test surface by processing a detection signal obtained by the light receiving system in synchronization with vibration of the movable part;
A surface position detecting device comprising: 前記駆動機構は、前記反射部材の前記１対の支持部に沿った方向に延びる軸の回りに前記可動部をねじるように、前記可動部を振動させることを特徴とする請求項１に記載の面位置検出装置。   The said drive mechanism vibrates the said movable part so that the said movable part may be twisted around the axis | shaft extended in the direction along the said one pair of support part of the said reflecting member. Surface position detection device. 前記可動部は平板状であり、
前記反射部材の前記１対の支持部の前記可動部側の部分に、それぞれ前記軸に沿った方向に延びる棒状のトーションバー部が形成されたことを特徴とする請求項２に記載の面位置検出装置。 The movable part has a flat plate shape,
3. The surface position according to claim 2, wherein a bar-like torsion bar portion extending in a direction along the axis is formed in a portion on the movable portion side of the pair of support portions of the reflecting member. Detection device. 前記駆動機構は、
前記反射部材の前記１対の支持部に沿った方向に延びる軸に直交するように、前記可動部に設けられたピン状部材と、
前記ピン状部材を前記軸の回りの一方向及び逆方向に交互に変位させるコイル部材とを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の面位置検出装置。 The drive mechanism is
A pin-like member provided on the movable portion so as to be orthogonal to an axis extending in a direction along the pair of support portions of the reflecting member;
The surface position detecting device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a coil member that alternately displaces the pin-like member in one direction and the opposite direction around the axis. 前記可動部の前記反射面の中心と前記ピン状部材が設けられた位置との中点は、前記１対の支持部の間の中点にほぼ一致することを特徴とする請求項４に記載の面位置検出装置。   5. The midpoint between the center of the reflecting surface of the movable portion and the position where the pin-like member is provided substantially coincides with the midpoint between the pair of support portions. Surface position detection device. 前記振動機構による振動の応力が与えられていない状態で、
前記反射部材の前記１対の支持部の前記第１部材に固定される部分、及び前記可動部は、それぞれ互いに同一の平面に接する平板状であり、
前記可動部の前記反射面は、前記第１部材の前記反射部材の取り付け面側を向く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。 In a state where no stress of vibration is given by the vibration mechanism,
The portions fixed to the first member of the pair of support portions of the reflecting member, and the movable portion are flat plates that are in contact with each other on the same plane,
The surface position detection device according to claim 1, wherein the reflection surface of the movable portion faces the attachment surface side of the reflection member of the first member. 前記投射系及び前記受光系の少なくとも一部の機構を支持するフレームに固定される第２部材を備え、
前記第１部材の前記取り付け面が、前記第２部材に固定されることを特徴とする請求項６に記載の面位置検出装置。 A second member fixed to a frame that supports at least a part of the mechanism of the projection system and the light receiving system;
The surface position detection device according to claim 6, wherein the attachment surface of the first member is fixed to the second member. 前記駆動機構による前記可動部の駆動周波数のナイキスト周波数が前記反射部材の前記可動部の倒れ振動の周波数にほぼ等しくなるように、前記駆動周波数が設定され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 drive frequency is set so that the Nyquist frequency of the drive frequency of the movable part by the drive mechanism is substantially equal to the frequency of the falling vibration of the movable part of the reflecting member. The surface position detection apparatus as described in any one of these. 前記反射部材の前記反射面は、前記投射系又は前記受光系の射出瞳と共役な面の近傍に配置されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の面位置検出装置。   The surface position detection according to claim 1, wherein the reflection surface of the reflection member is disposed in the vicinity of a surface conjugate with an exit pupil of the projection system or the light receiving system. apparatus. 露光光でパターンを照明し、前記露光光で前記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、
請求項１〜９のいずれか一項に記載の面位置検出装置と、
前記面位置検出装置によって検出される前記被検面としての前記基板の表面の面位置情報に基づいて前記基板の位置を制御するステージと、
を備えることを特徴とする露光装置。 In an exposure apparatus that illuminates a pattern with exposure light and exposes the substrate through the pattern and the projection optical system with the exposure light,
The surface position detection device according to any one of claims 1 to 9,
A stage for controlling the position of the substrate based on surface position information of the surface of the substrate as the test surface detected by the surface position detection device;
An exposure apparatus comprising: 前記面位置検出装置の前記第１部材が、前記投影光学系を支持するフレームに取り付けられることを特徴とする請求項１０に記載の露光装置。   The exposure apparatus according to claim 10, wherein the first member of the surface position detection apparatus is attached to a frame that supports the projection optical system. 露光光でパターンを照明し、前記露光光で前記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、
請求項１〜９のいずれか一項に記載の面位置検出装置を用いて、前記被検面としての前記基板の表面の面位置情報を検出することと、
前記面位置情報の検出結果に基づいて、前記基板の表面を前記投影光学系の像面に合焦させることと、
を含むことを特徴とする露光方法。 In an exposure method of illuminating a pattern with exposure light and exposing the substrate with the exposure light through the pattern and a projection optical system,
Using the surface position detection device according to any one of claims 1 to 9, detecting surface position information of the surface of the substrate as the test surface;
Focusing the surface of the substrate on the image plane of the projection optical system based on the detection result of the surface position information;
An exposure method comprising: 請求項１０又は１１に記載の露光装置を用いて、基板に感光層のパターンを形成することと、
前記パターンが形成された前記基板を処理することと、
を含むデバイス製造方法。 Using the exposure apparatus according to claim 10 or 11 to form a pattern of a photosensitive layer on a substrate;
Processing the substrate on which the pattern is formed;
A device manufacturing method including: 請求項１２に記載の露光方法を用いて、基板に感光層のパターンを形成することと、
前記パターンが形成された前記基板を処理することと、
を含むデバイス製造方法。 Using the exposure method according to claim 12 to form a pattern of a photosensitive layer on a substrate;
Processing the substrate on which the pattern is formed;
A device manufacturing method including:
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