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JP2009194181A - Surface position detection apparatus, surface position detection method, exposure apparatus, and device manufacturing method - Google Patents

Surface position detection apparatus, surface position detection method, exposure apparatus, and device manufacturing method Download PDF

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JP2009194181A
JP2009194181A JP2008033856A JP2008033856A JP2009194181A JP 2009194181 A JP2009194181 A JP 2009194181A JP 2008033856 A JP2008033856 A JP 2008033856A JP 2008033856 A JP2008033856 A JP 2008033856A JP 2009194181 A JP2009194181 A JP 2009194181A
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JP
Japan
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measurement
measurement mark
light
position information
mark
Prior art date
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Pending
Application number
JP2008033856A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasuhiro Hidaka
康弘 日高
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

【課題】 光学部材の変動に影響されずに被検面の面位置を高精度に検出すること。
【解決手段】 複数の測定マークからの測定光を被検面(Wa)に導き、複数の参照マークからの参照光を被検面の近傍に導く送光光学系(5,7,8)と、被検面で反射された測定光を第1観測面(13a)に導いて複数の測定マークの測定マーク像を形成し、被検面の近傍(9a)を経た参照光を第2観測面(14a)に導いて複数の参照マークの参照マーク像を形成する受光光学系(18,17,15)と、第1観測面における複数の測定マーク像の各測定マーク位置情報および第2観測面における複数の参照マーク像の各参照マーク位置情報を検出し、測定マーク像ごとに該測定マーク像の測定マーク位置情報と1つの参照マーク位置情報とを用いて被検面の面位置を算出する検出部(14,13,12,11,PR)とを備えている。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To detect a surface position of a test surface with high accuracy without being affected by fluctuation of an optical member.
A light-transmitting optical system (5, 7, 8) that guides measurement light from a plurality of measurement marks to a test surface (Wa) and guides reference light from the plurality of reference marks to the vicinity of the test surface. The measurement light reflected by the test surface is guided to the first observation surface (13a) to form measurement mark images of a plurality of measurement marks, and the reference light that passes through the vicinity (9a) of the test surface is used as the second observation surface. A light receiving optical system (18, 17, 15) that leads to (14a) to form a reference mark image of a plurality of reference marks, each measurement mark position information of the plurality of measurement mark images on the first observation surface, and the second observation surface The reference mark position information of a plurality of reference mark images is detected, and the surface position of the test surface is calculated for each measurement mark image using the measurement mark position information of the measurement mark image and one reference mark position information. And a detector (14, 13, 12, 11, PR). .
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、被検面の面位置を検出する面位置検出装置、面位置検出方法、露光装置、およびデバイス製造方法に関する。   The present invention relates to a surface position detection apparatus, a surface position detection method, an exposure apparatus, and a device manufacturing method that detect a surface position of a surface to be measured.

マスク上に形成されたパターンを、投影光学系を介して感光性基板上に転写する露光装置においては、投影光学系の焦点深度が浅く、感光性基板の転写面(露光面)が平坦でない場合もある。このため、露光装置では、投影光学系の結像面に対する感光性基板の転写面の位置決め調整を正確に行う必要がある。   In an exposure apparatus that transfers a pattern formed on a mask onto a photosensitive substrate via a projection optical system, the projection optical system has a shallow depth of focus, and the transfer surface (exposure surface) of the photosensitive substrate is not flat. There is also. For this reason, in the exposure apparatus, it is necessary to accurately adjust the positioning of the transfer surface of the photosensitive substrate with respect to the imaging surface of the projection optical system.

投影光学系の光軸方向に沿った感光性基板の面位置(転写面の面位置)を検出する面位置検出装置として、例えば斜入射型オートフォーカスセンサが知られている(特許文献1を参照)。この斜入射型オートフォーカスセンサでは、被検面としての感光性基板に対して斜め方向からスリットの像を投射し、被検面で反射された光により形成されるスリットの像の位置情報を検出し、この位置情報に基づいて感光性基板の面位置を検出する。   For example, a grazing incidence type autofocus sensor is known as a surface position detecting device for detecting the surface position of the photosensitive substrate (the surface position of the transfer surface) along the optical axis direction of the projection optical system (see Patent Document 1). ). In this oblique incidence type autofocus sensor, a slit image is projected from an oblique direction onto a photosensitive substrate as a test surface, and position information of the slit image formed by light reflected from the test surface is detected. The surface position of the photosensitive substrate is detected based on the position information.

特開平4−215015号公報JP-A-4-21015

上述の斜入射型オートフォーカスセンサにおいては、斜入射型オートフォーカスセンサを構成する光学系内の光学部材の変動(位置変動、屈折率変動等)が発生した場合、感光性基板の面位置を正確に検出することができないという問題があった。   In the above-described grazing incidence type autofocus sensor, when a variation (position variation, refractive index variation, etc.) of an optical member in the optical system constituting the grazing incidence type autofocus sensor occurs, the surface position of the photosensitive substrate is accurately determined. There was a problem that it could not be detected.

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、光学部材の変動に影響されずに被検面の面位置を高精度に検出することのできる面位置検出装置、面位置検出方法、露光装置、およびデバイス製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and a surface position detection apparatus, a surface position detection method, and the like that can detect the surface position of the surface to be measured with high accuracy without being affected by fluctuations in the optical member, An object of the present invention is to provide an exposure apparatus and a device manufacturing method.

前記課題を解決するために、本発明の面位置検出装置では、複数の測定マークからの測定光を被検面に導き、前記複数の測定マークより少数の複数の参照マークからの参照光を前記被検面の近傍に導く送光光学系と、
前記被検面で反射された前記測定光を第1観測面に導いて該第1観測面に複数の前記測定マークの測定マーク像を形成し、前記被検面の近傍を経た前記参照光を第2観測面に導いて該第2観測面に複数の前記参照マークの参照マーク像を形成する受光光学系と、
前記第1観測面における複数の前記測定マーク像の各測定マーク位置情報および前記第2観測面における複数の前記参照マーク像の各参照マーク位置情報を検出し、前記測定マーク像ごとに該測定マーク像の前記測定マーク位置情報と1つの前記参照マーク位置情報とを用いて前記被検面の面位置を算出する検出部と、
を備えたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, in the surface position detection device of the present invention, the measurement light from a plurality of measurement marks is guided to the surface to be measured, and the reference light from a plurality of reference marks that is smaller than the plurality of measurement marks A light transmission optical system that leads to the vicinity of the test surface;
The measurement light reflected by the test surface is guided to a first observation surface to form measurement mark images of the plurality of measurement marks on the first observation surface, and the reference light that passes through the vicinity of the test surface is used. A light receiving optical system that guides to a second observation surface and forms reference mark images of the plurality of reference marks on the second observation surface;
The measurement mark position information of the plurality of measurement mark images on the first observation surface and the reference mark position information of the plurality of reference mark images on the second observation surface are detected, and the measurement mark image is detected for each measurement mark image. A detection unit that calculates a surface position of the test surface using the measurement mark position information of the image and one reference mark position information;
It is provided with.

本発明の面位置検出方法では、複数の測定マークからの測定光を被検面に導き、前記複数の測定マークより少数の複数の参照マークからの参照光を前記被検面の近傍に導く送光ステップと、
前記被検面で反射された前記測定光を第1観測面に導いて該第1観測面に複数の前記測定マークの測定マーク像を形成し、前記被検面の近傍を経た前記参照光を第2観測面に導いて該第2観測面に複数の前記参照マークの参照マーク像を形成する受光ステップと、
前記第1観測面における複数の前記測定マーク像の各測定マーク位置情報および前記第2観測面における複数の前記参照マーク像の各参照マーク位置情報を検出し、前記測定マーク像ごとに該測定マーク像の前記測定マーク位置情報と1つの前記参照マーク位置情報とを用いて前記被検面の面位置を算出する検出ステップと、
を含むことを特徴とする。
In the surface position detection method of the present invention, measurement light from a plurality of measurement marks is guided to the surface to be measured, and reference light from a plurality of reference marks that is smaller than the plurality of measurement marks is guided to the vicinity of the surface to be measured. Light step,
The measurement light reflected by the test surface is guided to a first observation surface to form measurement mark images of the plurality of measurement marks on the first observation surface, and the reference light that passes through the vicinity of the test surface is used. A light receiving step for guiding the second observation surface to form reference mark images of the plurality of reference marks on the second observation surface;
The measurement mark position information of the plurality of measurement mark images on the first observation surface and the reference mark position information of the plurality of reference mark images on the second observation surface are detected, and the measurement mark image is detected for each measurement mark image. A detection step of calculating a surface position of the test surface using the measurement mark position information of the image and one reference mark position information;
It is characterized by including.

本発明の露光装置では、感光性基板にパターンを転写する露光装置において、
前記パターンが設けられたパターン面または前記感光性基板の転写面の少なくとも一方の面位置を、前記被検面の面位置として検出する本発明の面位置検出装置と、
前記面位置検出装置の検出結果に基づいて、前記パターン面または前記転写面の少なくとも一方の位置合わせをする位置合わせ手段と、
を備えていることを特徴とする。
In the exposure apparatus of the present invention, in an exposure apparatus for transferring a pattern to a photosensitive substrate,
A surface position detecting device of the present invention for detecting at least one surface position of a pattern surface provided with the pattern or a transfer surface of the photosensitive substrate as a surface position of the test surface;
An alignment means for aligning at least one of the pattern surface and the transfer surface based on a detection result of the surface position detection device;
It is characterized by having.

本発明のデバイス製造方法では、本発明にかかる露光装置を用いて、前記面位置検出装置が検出した前記感光性基板の転写面に前記パターンを転写する露光工程と、
前記パターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記パターンに対応する形状の転写パターン層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
前記転写パターン層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程とを含むことを特徴とする。
In the device manufacturing method of the present invention, using the exposure apparatus according to the present invention, an exposure step of transferring the pattern onto the transfer surface of the photosensitive substrate detected by the surface position detection device;
Developing the photosensitive substrate to which the pattern has been transferred, and forming a transfer pattern layer having a shape corresponding to the pattern on the surface of the photosensitive substrate;
And a processing step of processing the surface of the photosensitive substrate through the transfer pattern layer.

本発明の面位置検出装置および方法では、複数の参照マークからの参照光が、複数の測定マークからの測定光と共通の光学部材を経て、観測面まで導かれる。この参照光は、測定光とは異なり被検面の移動に関する情報を含まないが、測定光と同様に、測定光と共通の光学部材の変動の影響に関する情報を含んでいる。したがって、例えば観測面における参照マーク像の位置ずれ量に基づいて、光学部材の変動に起因する被検面の面位置の検出誤差を計測することができる。   In the surface position detection apparatus and method of the present invention, the reference light from the plurality of reference marks is guided to the observation surface via the optical member common to the measurement light from the plurality of measurement marks. Unlike the measurement light, this reference light does not contain information on the movement of the test surface, but, like the measurement light, contains information on the influence of fluctuations in the optical member common to the measurement light. Therefore, for example, based on the positional deviation amount of the reference mark image on the observation surface, it is possible to measure the detection error of the surface position of the test surface due to the fluctuation of the optical member.

具体的に、本発明の面位置検出装置および方法では、観測面における複数の測定マーク像の各測定マーク位置情報および複数の参照マーク像の各参照マーク位置情報を検出し、測定マーク像ごとに該測定マーク像の測定マーク位置情報と1つの参照マーク位置情報とを用いて被検面の面位置を算出する。その結果、本発明の面位置検出装置、面位置検出方法、露光装置およびデバイス製造方法では、光学部材の変動に影響されずに被検面の面位置を高精度に検出することができる。   Specifically, in the surface position detection apparatus and method of the present invention, each measurement mark position information of a plurality of measurement mark images and each reference mark position information of a plurality of reference mark images on the observation surface are detected, and each measurement mark image is detected. The surface position of the test surface is calculated using the measurement mark position information of the measurement mark image and one reference mark position information. As a result, the surface position detection apparatus, the surface position detection method, the exposure apparatus, and the device manufacturing method according to the present invention can detect the surface position of the test surface with high accuracy without being affected by the fluctuation of the optical member.

本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図1は、本発明の実施形態にかかる面位置検出装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。図1では、投影光学系PLの光軸AXの方向にZ軸を、光軸AXに垂直な面内において図1の紙面に平行にX軸を、図1の紙面に垂直にY軸を設定している。本実施形態では、露光装置によってパターンを転写する感光性基板の面位置の検出に対して本発明の面位置検出装置を適用している。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a drawing schematically showing a configuration of an exposure apparatus provided with a surface position detection apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the Z axis is set in the direction of the optical axis AX of the projection optical system PL, the X axis is set parallel to the paper surface of FIG. 1 in the plane perpendicular to the optical axis AX, and the Y axis is set perpendicular to the paper surface of FIG. is doing. In this embodiment, the surface position detection device of the present invention is applied to the detection of the surface position of the photosensitive substrate on which the pattern is transferred by the exposure device.

図示の露光装置は、露光用光源(不図示)から射出された照明光(露光光)で、所定のパターンが形成されたマスクとしてのレチクルRを照明する照明系ILを備えている。レチクルRは、レチクルステージRS上においてXY平面に平行に保持されている。レチクルステージRSは、図示を省略した駆動系の作用により、XY平面に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はレチクル干渉計(不図示)によって計測され且つ位置制御されるように構成されている。   The illustrated exposure apparatus includes an illumination system IL that illuminates a reticle R as a mask on which a predetermined pattern is formed with illumination light (exposure light) emitted from an exposure light source (not shown). The reticle R is held parallel to the XY plane on the reticle stage RS. Reticle stage RS can be moved two-dimensionally along the XY plane by the action of a drive system (not shown), and its position coordinates are measured and controlled by a reticle interferometer (not shown). It is configured.

レチクルRを透過した露光光は、投影光学系PLを介して、感光性基板であるウェハWの表面(転写面)Wa上にレチクルRのパターンの像を形成する。ウェハWは、ウェハステージWS上においてXY平面に沿って保持されている。ウェハステージWSは、図示を省略した駆動系の作用により、レベリング(水平出し)、Z方向(フォーカシング方向)移動、XY平面に沿った二次元的な移動、およびZ軸廻りの回転が可能であり、その位置座標はウェハ干渉計(不図示)によって計測され且つ位置制御されるように構成されている。   The exposure light transmitted through the reticle R forms an image of the pattern of the reticle R on the surface (transfer surface) Wa of the wafer W, which is a photosensitive substrate, via the projection optical system PL. The wafer W is held along the XY plane on the wafer stage WS. The wafer stage WS can be leveled (leveled), moved in the Z direction (focusing direction), moved two-dimensionally along the XY plane, and rotated around the Z axis by the action of a drive system (not shown). The position coordinates are measured and controlled by a wafer interferometer (not shown).

レチクルRのパターン面上に設けられた回路パターンをウェハWの転写面Wa上の各露光領域に良好に転写するには、各露光領域への露光毎に、投影光学系PLによる結像面を中心とした焦点深度の幅の範囲内に、現在の露光領域を位置合わせする必要がある。そのためには、現在の露光領域における各点の光軸AXに沿った位置、つまり現在の露光領域の面位置を正確に検出した後に、その検出結果に基づいて、ウェハステージWSのレベリングおよびZ方向の移動を、ひいてはウェハWのレベリングおよびZ方向の移動を行えば良い。   In order to satisfactorily transfer the circuit pattern provided on the pattern surface of the reticle R to each exposure area on the transfer surface Wa of the wafer W, an image plane formed by the projection optical system PL is provided for each exposure area. It is necessary to align the current exposure area within the range of the focal depth width. For this purpose, after accurately detecting the position of each point in the current exposure area along the optical axis AX, that is, the surface position of the current exposure area, the leveling of the wafer stage WS and the Z direction are performed based on the detection result. Therefore, the wafer W may be leveled and moved in the Z direction.

そこで、本実施形態の露光装置は、露光領域の面位置を検出するための面位置検出装置を備えている。図1を参照すると、本実施形態の面位置検出装置は、その検出に用いる光を供給する光源1を備えている。一般に、被検面であるウェハWの表面は、レジスト等の薄膜で覆われている。したがって、この薄膜による干渉の影響を低減するために、光源1は波長幅の広い白色光源(たとえば、波長幅が600〜900nmの照明光を供給するハロゲンランプや、これと同様の帯域の広い照明光を供給するキセノン光源など)であることが望ましい。なお、光源1として、レジストに対する感光性の弱い波長帯の光を供給する発光ダイオードを用いることもできる。   Therefore, the exposure apparatus of the present embodiment includes a surface position detection device for detecting the surface position of the exposure region. Referring to FIG. 1, the surface position detection apparatus of the present embodiment includes a light source 1 that supplies light used for the detection. In general, the surface of the wafer W, which is the test surface, is covered with a thin film such as a resist. Therefore, in order to reduce the influence of interference due to the thin film, the light source 1 is a white light source having a wide wavelength width (for example, a halogen lamp that supplies illumination light having a wavelength width of 600 to 900 nm, or illumination having a wide band similar to this. A xenon light source that supplies light is desirable. As the light source 1, a light emitting diode that supplies light in a wavelength band with low sensitivity to a resist can be used.

光源1からの光は、コンデンサーレンズ2を介して、測定光用の送光プリズム3および参照光用の送光プリズム4に入射する。送光プリズム3および4は、コンデンサーレンズ2からの光を、屈折作用により−Z方向に向けて偏向させる。送光プリズム3の射出面3aには、例えば図2に示すように配列された12個の測定光用の送光スリットS1〜S12が設けられている。   The light from the light source 1 is incident on the light transmitting prism 3 for measurement light and the light transmitting prism 4 for reference light via the condenser lens 2. The light transmitting prisms 3 and 4 deflect the light from the condenser lens 2 in the −Z direction by refraction. On the exit surface 3a of the light transmission prism 3, for example, twelve light transmission slits S1 to S12 for measurement light arranged as shown in FIG. 2 are provided.

送光プリズム4の射出面4aには、例えば図2に示すように配列された3個の参照光用の送光スリットS13〜S15が設けられている。射出面3aと射出面4aとは、互いに平行である。図2では、射出面3aにおいて全体座標のY軸に平行な方向にy1軸を、射出面3aにおいてy1軸と直交する方向にx1軸を設定している。   On the exit surface 4a of the light transmission prism 4, for example, three light transmission slits S13 to S15 for reference light arranged as shown in FIG. 2 are provided. The exit surface 3a and the exit surface 4a are parallel to each other. In FIG. 2, the y1 axis is set in the direction parallel to the Y axis of the entire coordinates on the exit surface 3a, and the x1 axis is set in the direction orthogonal to the y1 axis on the exit surface 3a.

送光スリットS1〜S15は、例えばx1方向およびy1方向と45度をなす斜め方向に細長く延びる矩形状(スリット状)の光透過部であり、送光スリットS1〜S15以外の領域は遮光部である。送光スリットS1〜S12はx1方向に沿って所定のピッチで一列に配列され、送光スリットS13〜S15は送光スリットS1〜S12からy1方向に間隔を隔てて設けられ且つx1方向に沿って所定のピッチで一列に配列されている。すなわち、参照マークとしての送光スリットS13〜S15は、測定マークとしての送光スリットS1〜S12の列と並列に配列されている。   The light transmission slits S1 to S15 are rectangular (slit-shaped) light transmission portions that are elongated in an oblique direction, for example, 45 degrees with the x1 direction and the y1 direction, and the regions other than the light transmission slits S1 to S15 are light shielding portions. is there. The light transmission slits S1 to S12 are arranged in a line at a predetermined pitch along the x1 direction, and the light transmission slits S13 to S15 are provided at intervals from the light transmission slits S1 to S12 in the y1 direction and along the x1 direction. They are arranged in a line at a predetermined pitch. That is, the light transmission slits S13 to S15 as reference marks are arranged in parallel with the row of light transmission slits S1 to S12 as measurement marks.

また、送光スリットS13のx1座標は送光スリットS2とS3との中間位置のx1座標と一致し、送光スリットS14のx1座標は送光スリットS6とS7との中間位置のx1座標と一致し、送光スリットS15のx1座標は送光スリットS10とS11との中間位置のx1座標と一致している。   Further, the x1 coordinate of the light transmission slit S13 coincides with the x1 coordinate of the intermediate position between the light transmission slits S2 and S3, and the x1 coordinate of the light transmission slit S14 matches the x1 coordinate of the intermediate position between the light transmission slits S6 and S7. In addition, the x1 coordinate of the light transmission slit S15 coincides with the x1 coordinate of the intermediate position between the light transmission slits S10 and S11.

このように、光源1およびコンデンサーレンズ2は、測定光用の送光スリットS1〜S12と参照光用の送光スリットS13〜S15とを一括して照明する一括照明装置を構成している。測定マークとしての送光スリットS1〜S12を通過した光は、測定光として、ウェハWの面位置の検出に用いられる。参照マークとしての送光スリットS13〜S15を通過した光は、参照光として、面位置検出装置の光学部材の変動に起因する検出誤差の計測に用いられる。なお、測定マークおよび参照マークの形状、数、配列、形態などについて様々な変形例が可能である。ただし、参照マークの数は、測定マークの数よりも少ない。   As described above, the light source 1 and the condenser lens 2 constitute a collective illumination device that collectively illuminates the light transmission slits S1 to S12 for measurement light and the light transmission slits S13 to S15 for reference light. The light that has passed through the light transmission slits S <b> 1 to S <b> 12 as measurement marks is used as measurement light for detecting the surface position of the wafer W. The light that has passed through the light transmission slits S13 to S15 as reference marks is used as reference light for measurement of detection errors caused by fluctuations in the optical members of the surface position detection device. Various modifications can be made with respect to the shape, number, arrangement, form, etc. of the measurement mark and the reference mark. However, the number of reference marks is smaller than the number of measurement marks.

送光スリットS1〜S12を通過した測定光および送光スリットS13〜S15を通過した参照光は、第2対物レンズ5、走査手段としての振動ミラー6、および第1対物レンズ7を介して、落射プリズム8に入射する。第2対物レンズ5および第1対物レンズ7は、協働して送光スリットS1〜S15の中間像を形成する。振動ミラー6は、第1対物レンズ7の前側焦点位置に配置され、図1中矢印で示すようにY軸廻りに回動可能に構成されている。落射プリズム8は、XZ平面に沿って平行四辺形状の断面を有し、Y方向に柱状のプリズム部材である。   The measurement light that has passed through the light transmission slits S1 to S12 and the reference light that has passed through the light transmission slits S13 to S15 are incident on the second objective lens 5, the vibrating mirror 6 as scanning means, and the first objective lens 7. The light enters the prism 8. The second objective lens 5 and the first objective lens 7 cooperate to form an intermediate image of the light transmission slits S1 to S15. The vibrating mirror 6 is disposed at the front focal position of the first objective lens 7 and is configured to be rotatable around the Y axis as indicated by an arrow in FIG. The epi-illumination prism 8 is a prism member having a parallelogram section along the XZ plane and having a columnar shape in the Y direction.

図3において実線で示す測定光路に沿って落射プリズム8の入射面8aに入射した測定光Lmは、反射面8bおよび8cで順次反射されてZ方向に平行移動された後、射出面8dから図中実線で示す測定光路に沿って、被検面としての転写面Wa上の検出領域Aに斜め方向から入射する。この入射角は、例えば80度以上90度未満の大きな角度に設定される。一方、図中破線で示す参照光路に沿って落射プリズム8の入射面8aに入射した参照光Lrは、反射面8bおよび8cで順次反射されてZ方向に平行移動された後、射出面8dから図中破線で示す参照光路に沿って、平面ミラー9の表面9aに斜め方向から入射する。なお、図3において、実線で示す測定光路と破線で示す参照光路とは、Z方向だけでなくY方向にも離間している。   The measurement light Lm incident on the incident surface 8a of the epi-prism 8 along the measurement optical path shown by the solid line in FIG. 3 is sequentially reflected by the reflecting surfaces 8b and 8c and translated in the Z direction, and then is viewed from the exit surface 8d. Along the measurement optical path indicated by the solid line, the light enters the detection area A on the transfer surface Wa as the test surface from an oblique direction. This incident angle is set to a large angle of, for example, 80 degrees or more and less than 90 degrees. On the other hand, the reference light Lr incident on the incident surface 8a of the epi-prism 8 along the reference optical path indicated by the broken line in the figure is sequentially reflected by the reflecting surfaces 8b and 8c and translated in the Z direction, and then from the exit surface 8d. The light enters the surface 9a of the plane mirror 9 from an oblique direction along a reference optical path indicated by a broken line in the figure. In FIG. 3, the measurement optical path indicated by the solid line and the reference optical path indicated by the broken line are separated not only in the Z direction but also in the Y direction.

こうして、検出領域Aには、測定マークとしての送光スリットS1〜S12の中間像(測定マーク中間像)が投射される。すなわち、検出領域Aには、送光スリットS1〜S12に対応して、X方向およびY方向と45度をなす斜め方向に細長く延びる12個の測定光照射領域がX方向に沿って所定のピッチで形成される。各測定光照射領域の中心は、検出領域Aにおける検出点に対応している。また、平面ミラー9の反射面9aには、参照マークとしての送光スリットS13〜S15に対応して、X方向およびY方向と45度をなす斜め方向に細長く延びる3個の矩形状の中間像(参照マーク中間像)がX方向に沿って所定のピッチで形成される。すなわち、12個の測定マーク中間像の列と並列に配列された3個の参照マーク中間像が、被検面としての転写面Waの近傍に投射される。   Thus, an intermediate image (measurement mark intermediate image) of the light transmission slits S1 to S12 as the measurement mark is projected onto the detection region A. That is, in the detection area A, twelve measurement light irradiation areas extending in an oblique direction that forms 45 degrees with the X direction and the Y direction corresponding to the light transmission slits S1 to S12 have a predetermined pitch along the X direction. Formed with. The center of each measurement light irradiation region corresponds to the detection point in the detection region A. In addition, on the reflecting surface 9a of the flat mirror 9, three rectangular intermediate images extending in an oblique direction that forms 45 degrees with the X direction and the Y direction, corresponding to the light transmission slits S13 to S15 as reference marks. (Reference mark intermediate image) is formed at a predetermined pitch along the X direction. That is, three reference mark intermediate images arranged in parallel with a row of 12 measurement mark intermediate images are projected in the vicinity of the transfer surface Wa as the test surface.

このように、平面ミラー9は、転写面Waの近傍に設けられた参照面としての反射面9aを有する参照部材を構成している。また、第2対物レンズ5、振動ミラー6、第1対物レンズ7、および落射プリズム8は、送光スリットS1〜S12からの測定光を転写面Waへ導いて測定マーク中間像を転写面Waに投射する送光光学系を構成している。送光光学系は、送光光学系による参照面9aの送光側共役面上に配置される送光スリットS13〜S15からの参照光を参照面9aへ導いて、参照マーク中間像を参照面9aに形成する。   Thus, the plane mirror 9 constitutes a reference member having a reflection surface 9a as a reference surface provided in the vicinity of the transfer surface Wa. Further, the second objective lens 5, the vibrating mirror 6, the first objective lens 7, and the epi-illumination prism 8 guide the measurement light from the light transmission slits S1 to S12 to the transfer surface Wa and transfer the measurement mark intermediate image to the transfer surface Wa. The light transmission optical system to project is comprised. The light transmission optical system guides the reference light from the light transmission slits S13 to S15 arranged on the light transmission side conjugate surface of the reference surface 9a by the light transmission optical system to the reference surface 9a, and the reference mark intermediate image is referred to as the reference surface. 9a is formed.

転写面Waによって反射された測定光Lmおよび平面ミラー9の反射面9aによって反射された参照光Lrは、落射プリズム18に入射する。落射プリズム18は、所定のYZ平面(例えば、光軸AXを含むYZ平面)に関して落射プリズム8と対称な位置に配置され且つ対称的な構成を有する。具体的には、落射プリズム18は、落射プリズム8を入射面8aについて反転した構成を有する。したがって、落射プリズム18の入射面18aに入射した測定光Lmおよび参照光Lrは、反射面18bおよび18cで順次反射されてZ方向に平行移動された後、射出面18dから射出される。   The measurement light Lm reflected by the transfer surface Wa and the reference light Lr reflected by the reflection surface 9a of the flat mirror 9 are incident on the incident light prism 18. The epi-illumination prism 18 is disposed at a position symmetrical to the epi-illumination prism 8 with respect to a predetermined YZ plane (for example, the YZ plane including the optical axis AX) and has a symmetric configuration. Specifically, the incident light prism 18 has a configuration in which the incident light prism 8 is inverted with respect to the incident surface 8a. Therefore, the measurement light Lm and the reference light Lr incident on the incident surface 18a of the epi-prism 18 are sequentially reflected by the reflecting surfaces 18b and 18c and translated in the Z direction, and then emitted from the exit surface 18d.

図1を参照すると、落射プリズム18から射出された測定光は、第1対物レンズ17、ミラー16、および第2対物レンズ15を介して、測定光用の受光プリズム13に入射する。落射プリズム18から射出された参照光は、第1対物レンズ17、ミラー16、および第2対物レンズ15を介して、参照光用の受光プリズム14に入射する。第1対物レンズ17、ミラー16、および第2対物レンズ15は、所定のYZ平面(例えば、光軸AXを含むYZ平面)に関して、第1対物レンズ7、振動ミラー6、および第2対物レンズ5とそれぞれ対称な位置に配置され且つそれぞれ対称的な構成を有する。ただし、ミラー16は、振動ミラー6とは異なり、固定的に設置されている。   Referring to FIG. 1, the measurement light emitted from the epi-illumination prism 18 enters the light-receiving prism 13 for measurement light via the first objective lens 17, the mirror 16, and the second objective lens 15. The reference light emitted from the incident light prism 18 enters the light receiving prism 14 for reference light via the first objective lens 17, the mirror 16, and the second objective lens 15. The first objective lens 17, the mirror 16, and the second objective lens 15 are related to a predetermined YZ plane (for example, a YZ plane including the optical axis AX), the first objective lens 7, the vibrating mirror 6, and the second objective lens 5. Are arranged at symmetrical positions and have symmetrical structures. However, unlike the vibration mirror 6, the mirror 16 is fixedly installed.

受光プリズム13および14は、所定のYZ平面(例えば、光軸AXを含むYZ平面)に関して送光プリズム3および4とそれぞれ対称な位置に配置され且つそれぞれ対称的な構成を有する。ただし、測定光用の受光プリズム13の入射面13a(送光プリズム3の射出面3aに対応する面)には、図4に示すように、送光スリットS1〜S12に対応した12個の受光スリットSa1〜Sa12が設けられている。   The light receiving prisms 13 and 14 are disposed at symmetrical positions with respect to the light transmitting prisms 3 and 4 with respect to a predetermined YZ plane (for example, the YZ plane including the optical axis AX), and have symmetrical configurations. However, on the incident surface 13a of the light receiving prism 13 for measurement light (surface corresponding to the exit surface 3a of the light transmitting prism 3), as shown in FIG. 4, twelve light receiving portions corresponding to the light transmitting slits S1 to S12 are provided. Slits Sa1 to Sa12 are provided.

参照光用の受光プリズム14の入射面14a(送光プリズム4の射出面4aに対応する面)には、図4に示すように、送光スリットS13〜S15に対応した3個の受光スリットSa13〜Sa15が設けられている。図4では、受光プリズム14の入射面14aと平行な受光プリズム13の入射面13aにおいて全体座標のY軸に平行な方向にy2軸を、入射面13aにおいてy2軸と直交する方向にx2軸を設定している。   On the incident surface 14a of the light receiving prism 14 for reference light (surface corresponding to the exit surface 4a of the light transmitting prism 4), as shown in FIG. 4, three light receiving slits Sa13 corresponding to the light transmitting slits S13 to S15 are provided. To Sa15. In FIG. 4, on the incident surface 13a of the light receiving prism 13 parallel to the incident surface 14a of the light receiving prism 14, the y2 axis is in a direction parallel to the Y axis of the entire coordinates, and the x2 axis is orthogonal to the y2 axis on the incident surface 13a. It is set.

受光スリットSa1〜Sa15はx2方向およびy2方向と45度をなす斜め方向に細長く延びる矩形状(スリット状)の光透過部であり、受光スリットSa1〜Sa15以外の領域は遮光部である。受光スリットSa1〜Sa12はx2方向に沿って所定のピッチで配列され、受光スリットSa13〜Sa15は受光スリットSa1〜Sa12からy2方向に間隔を隔てて設けられ、且つx2方向に沿って所定のピッチで配列されている。   The light receiving slits Sa <b> 1 to Sa <b> 15 are rectangular (slit-shaped) light transmitting portions that are elongated in an oblique direction forming 45 degrees with the x <b> 2 direction and the y <b> 2 direction, and regions other than the light receiving slits Sa <b> 1 to Sa <b> 15 are light shielding portions. The light receiving slits Sa1 to Sa12 are arranged at a predetermined pitch along the x2 direction, and the light receiving slits Sa13 to Sa15 are spaced apart from the light receiving slits Sa1 to Sa12 in the y2 direction, and at a predetermined pitch along the x2 direction. It is arranged.

受光プリズム13の入射面13aには測定光用の送光スリットS1〜S12の観測像(測定マーク像)が形成され、受光プリズム14の入射面14aには参照光用の送光スリットS13〜S15の観測像(参照マーク像)が形成される。すなわち、入射面13aには、送光スリットS1〜S12に対応して、x2方向およびy2方向と45度をなす斜め方向に細長く延びる12個の矩形状の測定マーク像がx2方向に沿って所定のピッチで形成される。また、入射面14aには、送光スリットS13〜S15に対応して、x2方向およびy2方向と45度をなす斜め方向に細長く延びる3個の矩形状の参照マーク像がx2方向に沿って所定のピッチで形成される。換言すれば、12個の測定マーク像の列と並列に配列された3個の参照マーク像が、観測面としての入射面13a,14aに形成される。   Observation images (measurement mark images) of the transmission slits S1 to S12 for measurement light are formed on the incident surface 13a of the light receiving prism 13, and light transmission slits S13 to S15 for reference light are formed on the incident surface 14a of the light reception prism 14. Observation images (reference mark images) are formed. That is, twelve rectangular measurement mark images extending in an oblique direction at 45 degrees with respect to the x2 direction and the y2 direction correspond to the light transmission slits S1 to S12 on the incident surface 13a along the x2 direction. It is formed with the pitch. In addition, on the incident surface 14a, three rectangular reference mark images extending in an oblique direction at 45 degrees with respect to the x2 direction and the y2 direction corresponding to the light transmission slits S13 to S15 are predetermined along the x2 direction. It is formed with the pitch. In other words, three reference mark images arranged in parallel with a row of 12 measurement mark images are formed on the incident surfaces 13a and 14a as observation surfaces.

このように、落射プリズム18、第1対物レンズ17、ミラー16、および第2対物レンズ15は、転写面Waによって反射された測定光を第1観測面としての受光プリズム13の入射面13aへ導いて測定マーク像を入射面13aに形成する受光光学系を構成している。受光光学系は、参照面9aによって反射された参照光を、受光光学系による参照面9aの受光側共役面上に配置される第2観測面である受光プリズム14の入射面14aへ導いて参照マーク像を入射面14aに形成する。なお、12個の測定マーク中間像が転写面Waに形成される方向(すなわちX方向)は、送光光学系における測定光の射出光軸と受光光学系における測定光の入射光軸とを含むXZ平面と、転写面Waとの交線に平行である。   As described above, the incident-light prism 18, the first objective lens 17, the mirror 16, and the second objective lens 15 guide the measurement light reflected by the transfer surface Wa to the incident surface 13a of the light receiving prism 13 as the first observation surface. Thus, a light receiving optical system for forming a measurement mark image on the incident surface 13a is configured. The light receiving optical system guides the reference light reflected by the reference surface 9a to the incident surface 14a of the light receiving prism 14 which is the second observation surface arranged on the light receiving side conjugate surface of the reference surface 9a by the light receiving optical system. A mark image is formed on the incident surface 14a. The direction in which the twelve measurement mark intermediate images are formed on the transfer surface Wa (that is, the X direction) includes the emission optical axis of the measurement light in the light transmitting optical system and the incident optical axis of the measurement light in the light receiving optical system. It is parallel to the line of intersection between the XZ plane and the transfer surface Wa.

図5は、送光プリズムから受光プリズムまでの光路を直線状に展開して光源から受光プリズムまでの構成を概略的に示す図である。図5では、光源1から受光プリズム13,14までの構成の理解を容易にするために、第2対物レンズ5、振動ミラー6、第1対物レンズ7、および落射プリズム8からなる送光光学系SLを1つのレンズで簡略化し、落射プリズム18、第1対物レンズ17、ミラー16、および第2対物レンズ15からなる受光光学系JLを1つのレンズで簡略化し、送光光学系SLおよび受光光学系JLの光路をそれぞれ直線状に展開している。   FIG. 5 is a diagram schematically showing a configuration from the light source to the light receiving prism by linearly developing an optical path from the light transmitting prism to the light receiving prism. In FIG. 5, in order to facilitate understanding of the configuration from the light source 1 to the light receiving prisms 13, 14, a light transmission optical system including the second objective lens 5, the vibrating mirror 6, the first objective lens 7, and the incident prism 8. SL is simplified with one lens, and the light receiving optical system JL including the incident prism 18, the first objective lens 17, the mirror 16, and the second objective lens 15 is simplified with one lens, and the light transmitting optical system SL and the light receiving optics are simplified. Each optical path of the system JL is developed linearly.

図1を参照すると、受光プリズム13に入射した測定光は、受光スリットSa1〜Sa12を通過し、所定の角度だけ偏向された後、受光プリズム13から射出される。受光プリズム14に入射した参照光は、受光スリットSa13〜Sa15を通過し、所定の角度だけ偏向された後、受光プリズム14から射出される。受光プリズム13および14から射出された測定光および参照光は、リレーレンズ12を介して、受光スリットSa1〜Sa15内にそれぞれ形成された測定マーク像および参照マーク像の共役像を、光検出器11の検出面11a上に形成する。   Referring to FIG. 1, the measurement light incident on the light receiving prism 13 passes through the light receiving slits Sa <b> 1 to Sa <b> 12, is deflected by a predetermined angle, and then exits from the light receiving prism 13. The reference light incident on the light receiving prism 14 passes through the light receiving slits Sa13 to Sa15, is deflected by a predetermined angle, and then is emitted from the light receiving prism 14. The measurement light and the reference light emitted from the light receiving prisms 13 and 14 are converted into a conjugate image of the measurement mark image and the reference mark image respectively formed in the light receiving slits Sa1 to Sa15 via the relay lens 12, and the photodetector 11 is used. On the detection surface 11a.

光検出器11の検出面11aには、図6に示すように、15個の受光部RS1〜RS15が、12個の測定光用の受光スリットSa1〜Sa12および3個の参照光用の受光スリットSa13〜Sa15に対応するように設けられている。12個の受光部RS1〜RSl2は送光スリットS1〜S12に対応する12個の受光スリットSa1〜Sa12を通過した測定光を受光し、3個の受光部RS13〜RS15は送光スリットS13〜S15に対応する受光スリットSa13〜Sa15を通過した参照光を受光する。   On the detection surface 11a of the photodetector 11, as shown in FIG. 6, 15 light receiving portions RS1 to RS15 include 12 light receiving slits Sa1 to Sa12 for measurement light and 3 light receiving slits for reference light. It is provided so as to correspond to Sa13 to Sa15. The twelve light receiving parts RS1 to RS12 receive the measurement light that has passed through the twelve light receiving slits Sa1 to Sa12 corresponding to the light sending slits S1 to S12, and the three light receiving parts RS13 to RS15 are light sending slits S13 to S15. The reference light that has passed through the light receiving slits Sa13 to Sa15 corresponding to is received.

送光スリットS1〜S12の観測像である測定マーク像は、転写面WaのZ方向に沿った移動に伴って、x2方向に移動する。送光スリットS13〜S15の観測像である参照マーク像は、測定マーク像とは異なり転写面Waを経ることがないため、転写面WaのZ方向に沿った移動の影響は全く受けない。したがって、受光スリットSa1〜Sa12を通過する測定光の光量は転写面WaのZ方向移動に応じて変化するが、受光スリットSa13〜Sa15を通過する参照光の光量は転写面WaのZ方向移動に依存することなく一定である。換言すれば、受光スリットSa1〜Sa12を通過した測定光は転写面WaのZ方向移動に関する情報を含んでいるが、受光スリットSa13〜Sa15を通過した参照光は転写面WaのZ方向移動に関する情報を含んでいない。   A measurement mark image that is an observation image of the light transmission slits S1 to S12 moves in the x2 direction as the transfer surface Wa moves along the Z direction. Unlike the measurement mark image, the reference mark image, which is an observation image of the light transmission slits S13 to S15, does not pass through the transfer surface Wa and is not affected at all by the movement of the transfer surface Wa along the Z direction. Therefore, the light amount of the measurement light passing through the light receiving slits Sa1 to Sa12 changes according to the movement of the transfer surface Wa in the Z direction, but the light amount of the reference light passing through the light receiving slits Sa13 to Sa15 is changed in the Z direction movement of the transfer surface Wa. It is constant without dependence. In other words, the measurement light that has passed through the light receiving slits Sa1 to Sa12 includes information relating to the Z direction movement of the transfer surface Wa, while the reference light that has passed through the light receiving slits Sa13 to Sa15 is information relating to the Z direction movement of the transfer surface Wa. Is not included.

本実施形態の面位置検出装置では、転写面Waが投影光学系PLの結像面と合致している状態において、送光スリットS1〜S12の観測像である測定マーク像が受光スリットSa1〜Sa12の位置に形成され、送光スリットS13〜S15の観測像である参照マーク像が受光スリットSa13〜Sa15の位置に形成されるように構成されている。受光部RS1〜RS15の検出信号は、振動ミラー6の振動に同期して変化し、信号処理部PRに供給される。   In the surface position detection apparatus of the present embodiment, measurement mark images that are observation images of the light transmitting slits S1 to S12 are received by the light receiving slits Sa1 to Sa12 in a state where the transfer surface Wa coincides with the imaging surface of the projection optical system PL. The reference mark image that is the observation image of the light transmission slits S13 to S15 is formed at the position of the light receiving slits Sa13 to Sa15. The detection signals of the light receiving units RS1 to RS15 change in synchronization with the vibration of the vibrating mirror 6 and are supplied to the signal processing unit PR.

上述したように、転写面Waが投影光学系PLの光軸AXに沿ってZ方向に上下移動すると、受光プリズム13の入射面13aに形成される測定マーク像は、転写面Waの上下移動に対応してピッチ方向(x2方向)に位置ずれを起こす。信号処理部PRでは、たとえば本出願人による特開平6−97045号公報に開示された光電顕微鏡の原理により、測定マーク像の位置ずれ量を検出し、検出した位置ずれ量に基づいて検出領域A内の各検出点のZ方向位置を算出する。   As described above, when the transfer surface Wa moves up and down in the Z direction along the optical axis AX of the projection optical system PL, the measurement mark image formed on the incident surface 13a of the light receiving prism 13 moves up and down on the transfer surface Wa. Correspondingly, positional deviation occurs in the pitch direction (x2 direction). In the signal processing unit PR, for example, based on the principle of the photoelectric microscope disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-97045 by the present applicant, the positional deviation amount of the measurement mark image is detected, and the detection region A is detected based on the detected positional deviation amount. The Z direction position of each detection point is calculated.

ただし、前述したように、面位置検出装置を構成する光学部材の位置変動や屈折率変動等により、例えば、転写面Waが投影光学系PLの結像面に合致している(ベストフォーカス状態にある)にもかかわらず、受光プリズム13の入射面13aに形成される測定マーク像S1i〜S12i(不図示)の位置がそれぞれ受光スリットSa1〜Sa12の位置から位置ずれすることがある。この場合、測定マーク像S1i〜S12iの受光スリットSa1〜Sa12からの位置ずれ量に応じて、転写面Waの面位置の検出誤差が発生していることになる。   However, as described above, for example, the transfer surface Wa coincides with the imaging surface of the projection optical system PL due to the position variation and refractive index variation of the optical member constituting the surface position detection device (in the best focus state). Nevertheless, the positions of the measurement mark images S1i to S12i (not shown) formed on the incident surface 13a of the light receiving prism 13 may be displaced from the positions of the light receiving slits Sa1 to Sa12, respectively. In this case, a detection error of the surface position of the transfer surface Wa occurs according to the amount of positional deviation from the light receiving slits Sa1 to Sa12 of the measurement mark images S1i to S12i.

本実施形態の面位置検出装置では、送光スリットS13〜S15からの参照光が、転写面Waの近傍に設けられた参照面9aを経て受光プリズム14の入射面14aまで導かれるので、測定光路と近接した参照光路に沿って、測定光と共通の光学部材を経て、参照マーク像を形成することになる。したがって、参照光は、測定光とは異なり転写面WaのZ方向移動に関する情報を含まないが、測定光と同様に、測定光と共通の光学部材の変動の影響に関する情報を含んでいる。すなわち、参照マーク像S13i〜S15i(不図示)の受光スリットSa13〜Sa15からの位置ずれ量は、ベストフォーカス状態で測定光が形成する測定マーク像S1i〜S12iの受光スリットSa1〜Sa12からの位置ずれ量とほぼ等しい。したがって、本実施形態では、参照マーク像S13i〜S15iの受光スリットSa13〜Sa15からの位置ずれ量に基づいて、転写面Waの面位置の検出誤差を計測することができる。   In the surface position detection apparatus of the present embodiment, the reference light from the light transmission slits S13 to S15 is guided to the incident surface 14a of the light receiving prism 14 through the reference surface 9a provided in the vicinity of the transfer surface Wa, so that the measurement optical path A reference mark image is formed through a common optical member with the measurement light along a reference optical path close to the reference light path. Therefore, unlike the measurement light, the reference light does not include information related to the movement of the transfer surface Wa in the Z direction, but similarly to the measurement light, includes information related to the influence of fluctuations in the optical member common to the measurement light. That is, the amount of displacement of the reference mark images S13i to S15i (not shown) from the light receiving slits Sa13 to Sa15 is the amount of displacement from the light receiving slits Sa1 to Sa12 of the measurement mark images S1i to S12i formed by the measurement light in the best focus state. It is almost equal to the amount. Therefore, in the present embodiment, the detection error of the surface position of the transfer surface Wa can be measured based on the amount of displacement of the reference mark images S13i to S15i from the light receiving slits Sa13 to Sa15.

具体的には、信号処理部PRは、受光部RS1〜RS12からの測定光に関する信号に基づいて、入射面13aにおける12個の測定マーク像S1i〜S12iの各測定マーク位置情報を検出する。また、信号処理部PRは、受光部RS13〜RS15からの参照光に関する信号に基づいて、入射面14aにおける3個の参照マーク像S13i〜S15iの各参照マーク位置情報を検出する。そして、信号処理部PRは、測定マーク像ごとに、その測定マーク位置情報と1つの参照マーク位置情報とを用いて、転写面Waの面位置を算出する。   Specifically, the signal processing unit PR detects each measurement mark position information of the twelve measurement mark images S1i to S12i on the incident surface 13a based on a signal related to the measurement light from the light receiving units RS1 to RS12. Further, the signal processing unit PR detects each reference mark position information of the three reference mark images S13i to S15i on the incident surface 14a based on a signal related to the reference light from the light receiving units RS13 to RS15. Then, for each measurement mark image, the signal processing unit PR calculates the surface position of the transfer surface Wa using the measurement mark position information and one reference mark position information.

本実施形態では、送光スリットS1〜S4の観測像である測定マーク像S1i〜S4iに送光スリットS13の観測像である参照マーク像S13iを対応付け、送光スリットS5〜S8の観測像である測定マーク像S5i〜S8iに送光スリットS14の観測像である参照マーク像S14iを対応付け、送光スリットS9〜S12の観測像である測定マーク像S9i〜S12iに送光スリットS15の観測像である参照マーク像S15iを対応付け、測定マーク像ごとに、この対応付けられた1つの参照マーク像の参照マーク位置情報を用いて転写面Waの面位置を算出する。   In the present embodiment, the measurement mark images S1i to S4i that are observation images of the light transmission slits S1 to S4 are associated with the reference mark image S13i that is the observation image of the light transmission slit S13, and the observation images of the light transmission slits S5 to S8 are used. A reference mark image S14i that is an observation image of the light transmission slit S14 is associated with a certain measurement mark image S5i to S8i, and an observation image of the light transmission slit S15 is associated with the measurement mark images S9i to S12i that are observation images of the light transmission slits S9 to S12. The reference mark image S15i is associated with each other, and for each measurement mark image, the surface position of the transfer surface Wa is calculated using the reference mark position information of the one associated reference mark image.

換言すれば、本実施形態では、当該測定マーク像の位置に応じて対応付けられる参照マーク像の参照マーク位置情報を、さらに詳細には当該測定マーク像に最も近い参照マーク像の参照マーク位置情報を用いて、測定マーク像ごとに転写面Waの面位置を算出する。ただし、各測定マーク像と1つの参照マーク像との対応付けについて、様々な形態が可能である。   In other words, in the present embodiment, the reference mark position information of the reference mark image associated according to the position of the measurement mark image, more specifically, the reference mark position information of the reference mark image closest to the measurement mark image Is used to calculate the surface position of the transfer surface Wa for each measurement mark image. However, various forms are possible for the association between each measurement mark image and one reference mark image.

本実施形態では、信号処理部PRにおいて、12個の測定マーク像S1i〜S12iの測定マーク位置情報をもとに、図7(a)に示すように転写面Waの仮位置を算出する。図7(a)において、参照符号A1は検出領域Aにおいて送光スリットS1〜S4に対応する4個の測定マーク中間像が形成される領域(以下、検出領域A1と呼ぶ。)を、参照符号A2は検出領域Aにおいて送光スリットS5〜S8に対応する4個の測定マーク中間像が形成される領域(以下、検出領域A2と呼ぶ。)を、参照符号A3は検出領域Aにおいて送光スリットS9〜S12に対応する4個の測定マーク中間像が形成される領域(以下、検出領域A3と呼ぶ。)をそれぞれ示している。   In the present embodiment, the signal processing unit PR calculates the temporary position of the transfer surface Wa as shown in FIG. 7A based on the measurement mark position information of the twelve measurement mark images S1i to S12i. In FIG. 7A, reference numeral A1 is a reference area in which four measurement mark intermediate images corresponding to the light transmission slits S1 to S4 are formed in the detection area A (hereinafter referred to as detection area A1). A2 is a region in which four measurement mark intermediate images corresponding to the light transmission slits S5 to S8 are formed in the detection region A (hereinafter referred to as detection region A2), and A3 is a light transmission slit in the detection region A. Regions where four measurement mark intermediate images corresponding to S9 to S12 are formed (hereinafter referred to as detection regions A3) are shown.

信号処理部PRでは、3個の参照マーク像S13i〜S15iごとに参照マーク位置情報に基づいて転写面Waの参照位置を算出し、転写面Waの仮位置から参照位置を差し引いた結果をもとに、図7(b)に示すように転写面Waの面位置を算出する。つまり、検出領域A1の面位置は、測定マーク像S1i〜S4iの測定マーク位置情報をもとに求められた検出領域A1の仮位置から、参照マーク像S13iの参照マーク位置情報をもとに算出された参照計測値aからなる参照位置を差し引くことにより算出されたものである。したがって、図7(b)に示す検出領域A1の面位置は、図7(a)に示す検出領域A1の仮位置を参照計測値aだけ平行移動させたものに他ならない。   The signal processing unit PR calculates the reference position of the transfer surface Wa based on the reference mark position information for each of the three reference mark images S13i to S15i, and based on the result of subtracting the reference position from the temporary position of the transfer surface Wa. In addition, the surface position of the transfer surface Wa is calculated as shown in FIG. That is, the surface position of the detection area A1 is calculated based on the reference mark position information of the reference mark image S13i from the temporary position of the detection area A1 obtained based on the measurement mark position information of the measurement mark images S1i to S4i. It is calculated by subtracting the reference position consisting of the reference measurement value a. Accordingly, the surface position of the detection area A1 shown in FIG. 7B is nothing but the temporary position of the detection area A1 shown in FIG. 7A translated by the reference measurement value a.

同様に、検出領域A2の面位置は、測定マーク像S5i〜S8iの測定マーク位置情報をもとに求められた検出領域A2の仮位置から、参照マーク像S14iの参照マーク位置情報をもとに算出された参照計測値bからなる参照位置を差し引くことにより算出されたものである。また、検出領域A3の面位置は、測定マーク像S9i〜S12iの測定マーク位置情報をもとに求められた検出領域A3の仮位置から、参照マーク像S15iの参照マーク位置情報をもとに算出された参照計測値cからなる参照位置を差し引くことにより算出されたものである。   Similarly, the surface position of the detection area A2 is based on the reference mark position information of the reference mark image S14i from the temporary position of the detection area A2 obtained based on the measurement mark position information of the measurement mark images S5i to S8i. It is calculated by subtracting the reference position consisting of the calculated reference measurement value b. In addition, the surface position of the detection area A3 is calculated based on the reference mark position information of the reference mark image S15i from the temporary position of the detection area A3 obtained based on the measurement mark position information of the measurement mark images S9i to S12i. This is calculated by subtracting the reference position consisting of the reference measurement value c.

信号処理部PRでは、必要に応じて、測定マーク像ごとに仮位置から参照位置を差し引いた結果を、該測定マーク像の位置に対応してスムージング処理することにより、図7(c)に示すように転写面Waの最終的な面位置を算出する。信号処理部PRで得られた転写面Waの面位置情報は、制御部CRに供給される。制御部CRは、信号処理部PRから供給された面位置情報に基づいて、ウェハステージWSのZ方向位置を所要量だけ調整し、転写面Wa上の検出領域Aを、ひいてはウェハWの現在の露光領域を投影光学系PLの結像面位置(ベストフォーカス位置)に位置合わせする。   In the signal processing unit PR, as shown in FIG. 7C, the result of subtracting the reference position from the temporary position for each measurement mark image is smoothed according to the position of the measurement mark image as necessary. Thus, the final surface position of the transfer surface Wa is calculated. The surface position information of the transfer surface Wa obtained by the signal processing unit PR is supplied to the control unit CR. The control unit CR adjusts the Z direction position of the wafer stage WS by a required amount based on the surface position information supplied from the signal processing unit PR, and detects the detection area A on the transfer surface Wa and thus the current state of the wafer W. The exposure area is aligned with the image plane position (best focus position) of the projection optical system PL.

このように、受光プリズム13および14、リレーレンズ12、光検出器11、および信号処理部PRは、入射面13aにおける12個の測定マーク像S1i〜S12iの各測定マーク位置情報および3個の参照マーク像S13i〜S15iの各参照マーク位置情報を検出し、測定マーク像ごとに該測定マーク像の測定マーク位置情報と1つの参照マーク位置情報とを用いて転写面Waの面位置を算出する検出部を構成している。   As described above, the light receiving prisms 13 and 14, the relay lens 12, the photodetector 11, and the signal processing unit PR have the measurement mark position information and the three references of the 12 measurement mark images S1i to S12i on the incident surface 13a. Detection of detecting each reference mark position information of the mark images S13i to S15i and calculating the surface position of the transfer surface Wa using the measurement mark position information of the measurement mark image and one reference mark position information for each measurement mark image Part.

以上のように、本実施形態の面位置検出装置および方法では、面位置検出装置を構成する光学部材の変動に起因する検出誤差を計測して、その光学部材の変動に影響されずに転写面Waの面位置を高精度に検出することができる。したがって、本実施形態の露光装置では、ウェハWの転写面Waの面位置を高精度に検出することができ、ひいてはレチクルRのパターン面に対応する投影光学系PLの結像面に対して転写面Waを高精度に位置合わせすることができる。   As described above, in the surface position detection apparatus and method according to the present embodiment, the detection error due to the fluctuation of the optical member constituting the surface position detection apparatus is measured, and the transfer surface is not affected by the fluctuation of the optical member. Wa surface position can be detected with high accuracy. Therefore, in the exposure apparatus of the present embodiment, the surface position of the transfer surface Wa of the wafer W can be detected with high accuracy, and as a result, transferred to the imaging surface of the projection optical system PL corresponding to the pattern surface of the reticle R. The surface Wa can be aligned with high accuracy.

また、本実施形態の面位置検出装置および方法では、複数の測定マーク像に対して1つの参照マーク像を対応付け、この複数の測定マーク像では1つの参照マーク位置情報を基準として面位置の検出を行っているため、例えば測定マーク像ごとに異なる参照マーク位置情報を基準として面位置の検出を行う場合に比して、測定マーク像ごとの検出精度のバラツキを抑え、各測定マーク像に基づく検出結果に高い相関を持たせることができる。   In the surface position detection apparatus and method of the present embodiment, one reference mark image is associated with a plurality of measurement mark images, and the surface position of the plurality of measurement mark images is determined based on one reference mark position information. Since the detection is performed, for example, compared to the case where the surface position is detected with reference to different reference mark position information for each measurement mark image, the variation in detection accuracy for each measurement mark image is suppressed, and each measurement mark image is A high correlation can be given to the detection result based on it.

ただし、上述した本実施形態のように、被検面上の広範囲にわたる領域の面位置を多数の測定マーク像で検出する場合、すべての測定マーク像に対して1つの参照マーク像を対応付けると、測定マーク像と参照マーク像との相対位置が、例えば中央部の測定マーク像と端部の測定マーク像との間で大きく異なることとなり、測定マーク像と参照マーク像との相関にそもそもバラツキが生じる恐れがある。このため、本実施形態の面位置検出装置および方法では、すべての測定マーク像に対してそれよりも少ない複数の参照マーク像を対応付け、測定マーク像に応じて参照マークとの相関に大きな差が生じないようにすることで、全体として高精度に光学部材の変動に起因する計測誤差を補正できるようにしている。   However, when the surface positions of a wide area on the surface to be detected are detected by a large number of measurement mark images as in the present embodiment described above, if one reference mark image is associated with all the measurement mark images, For example, the relative position between the measurement mark image and the reference mark image is greatly different between the measurement mark image at the center and the measurement mark image at the end, and the correlation between the measurement mark image and the reference mark image is originally varied. May occur. For this reason, in the surface position detection apparatus and method of the present embodiment, a plurality of reference mark images smaller than that are associated with all measurement mark images, and a large difference in correlation with the reference mark according to the measurement mark image. As a result, measurement errors caused by fluctuations in the optical member can be corrected with high accuracy as a whole.

なお、図7を参照して説明した第1の算出手順では、測定マーク像の測定マーク位置情報をもとに算出した被検面の仮位置から参照位置を差し引いている。しかしながら、これに限定されることなく、像位置情報の段階において測定マーク位置情報から参照マーク位置情報を差し引く第2の算出手順も可能である。具体的に、第2の算出手順では、測定マーク像S1i〜S4iの測定マーク位置情報から参照マーク像S13iの参照マーク位置情報を差し引いて補正位置情報を算出し、この補正位置情報をもとに検出領域A1の面位置を算出する。   In the first calculation procedure described with reference to FIG. 7, the reference position is subtracted from the temporary position of the test surface calculated based on the measurement mark position information of the measurement mark image. However, the present invention is not limited to this, and a second calculation procedure in which the reference mark position information is subtracted from the measurement mark position information at the image position information stage is also possible. Specifically, in the second calculation procedure, the correction position information is calculated by subtracting the reference mark position information of the reference mark image S13i from the measurement mark position information of the measurement mark images S1i to S4i, and based on this correction position information. The surface position of the detection area A1 is calculated.

同様に、測定マーク像S5i〜S8iの測定マーク位置情報から参照マーク像S14iの参照マーク位置情報を差し引いて補正位置情報を算出し、この補正位置情報をもとに検出領域A2の面位置を算出する。また、測定マーク像S9i〜S12iの測定マーク位置情報から参照マーク像S15iの参照マーク位置情報を差し引いて補正位置情報を算出し、この補正位置情報をもとに検出領域A3の面位置を算出する。算出された被検面の面位置は、必要に応じてスムージング処理され、最終的な面位置が得られる。   Similarly, correction position information is calculated by subtracting the reference mark position information of the reference mark image S14i from the measurement mark position information of the measurement mark images S5i to S8i, and the surface position of the detection area A2 is calculated based on the correction position information. To do. Further, correction position information is calculated by subtracting the reference mark position information of the reference mark image S15i from the measurement mark position information of the measurement mark images S9i to S12i, and the surface position of the detection area A3 is calculated based on the correction position information. . The calculated surface position of the test surface is smoothed as necessary to obtain a final surface position.

ところで、図7(c)に示すスムージング処理後の面位置を参照すると、検出領域A1とA2との間および検出領域A2とA3との間に、面位置の不連続性が見られる。この面位置の不連続性は、補正係数を用いる算出手順を採用することにより小さく抑えられる。補正係数として、例えば、測定マーク像の位置に対応する補正係数、あるいは測定マーク像に対応付けられた参照マーク像からの相対位置に対応する補正係数を用いることができる。   By the way, referring to the surface position after the smoothing process shown in FIG. 7C, discontinuity of the surface position is observed between the detection areas A1 and A2 and between the detection areas A2 and A3. This discontinuity of the surface position can be suppressed to a small extent by adopting a calculation procedure using a correction coefficient. As the correction coefficient, for example, a correction coefficient corresponding to the position of the measurement mark image or a correction coefficient corresponding to the relative position from the reference mark image corresponding to the measurement mark image can be used.

測定マーク像の位置に対応する補正係数を用いる第3の算出手順では、第1の算出手順と同様に、測定マーク位置情報をもとに被検面の仮位置を算出する。すなわち、12個の測定マーク像S1i〜S12iの測定マーク位置情報をもとに、図8(a)に示すように転写面Waの仮位置を算出する。次いで、第3の算出手順では、第1の算出手順とは異なり、3個の参照マーク像S13i〜S15iの参照マーク位置情報および補正係数をもとに転写面Waの参照位置を算出し、転写面Waの仮位置から参照位置を差し引いた結果をもとに、図8(b)に実線で示すように転写面Waの面位置を算出する。   In the third calculation procedure using the correction coefficient corresponding to the position of the measurement mark image, the temporary position of the test surface is calculated based on the measurement mark position information as in the first calculation procedure. That is, based on the measurement mark position information of the twelve measurement mark images S1i to S12i, the temporary position of the transfer surface Wa is calculated as shown in FIG. Next, in the third calculation procedure, unlike the first calculation procedure, the reference position of the transfer surface Wa is calculated based on the reference mark position information and the correction coefficient of the three reference mark images S13i to S15i, and the transfer is performed. Based on the result of subtracting the reference position from the temporary position of the surface Wa, the surface position of the transfer surface Wa is calculated as shown by the solid line in FIG.

一例として、図8(b)に実線で示す検出領域A1の面位置は、測定マーク像S1i〜S4iの測定マーク位置情報をもとに求められた検出領域A1の仮位置から、参照マーク像S13iの参照マーク位置情報をもとに算出された参照計測値a、および補正係数k1と各測定マーク像S1i〜S4iの位置Xとの積k1Xからなる参照位置(a+k1X)を差し引くことにより算出されたものである。同様に、検出領域A2の面位置は、測定マーク像S5i〜S8iの測定マーク位置情報をもとに求められた検出領域A2の仮位置から、参照マーク像S14iの参照マーク位置情報をもとに算出された参照計測値b、および補正係数k2と各測定マーク像S5i〜S8iの位置Xとの積k2Xからなる参照位置(b+k2X)を差し引くことにより算出されたものである。 As an example, the surface position of the detection area A1 indicated by the solid line in FIG. 8B is obtained from the temporary position of the detection area A1 obtained based on the measurement mark position information of the measurement mark images S1i to S4i. The reference measurement value a calculated based on the reference mark position information and the reference position (a + k 1 X) consisting of the product k 1 X of the correction coefficient k 1 and the position X of each of the measurement mark images S1i to S4i is subtracted. It is calculated by this. Similarly, the surface position of the detection area A2 is based on the reference mark position information of the reference mark image S14i from the temporary position of the detection area A2 obtained based on the measurement mark position information of the measurement mark images S5i to S8i. This is calculated by subtracting the calculated reference measurement value b and the reference position (b + k 2 X) consisting of the product k 2 X of the correction coefficient k 2 and the position X of each of the measurement mark images S5i to S8i.

また、検出領域A3の面位置は、測定マーク像S9i〜S12iの測定マーク位置情報をもとに求められた検出領域A3の仮位置から、参照マーク像S15iの参照マーク位置情報をもとに算出された参照計測値c、および補正係数k3と各測定マーク像S9i〜S12iの位置Xとの積k3Xからなる参照位置(c+k3X)を差し引くことにより算出されたものである。なお、図8(b)には、第1の算出手順との比較のために、図7(b)に示した転写面Waの面位置を破線で示している。 In addition, the surface position of the detection area A3 is calculated based on the reference mark position information of the reference mark image S15i from the temporary position of the detection area A3 obtained based on the measurement mark position information of the measurement mark images S9i to S12i. This is calculated by subtracting the reference measurement value c and the reference position (c + k 3 X) consisting of the product k 3 X of the correction coefficient k 3 and the position X of each of the measurement mark images S9i to S12i. In FIG. 8B, for comparison with the first calculation procedure, the surface position of the transfer surface Wa shown in FIG.

第3の算出手順では、必要に応じて、測定マーク像ごとに仮位置から参照位置を差し引いた結果を、該測定マーク像の位置に対応してスムージング処理することにより、図8(c)に示すように転写面Waの最終的な面位置を算出する。図8(c)を参照すると、補正係数の採用により、検出領域A1とA2との間および検出領域A2とA3との間の面位置の不連続性が小さく抑えられることがわかる。   In the third calculation procedure, if necessary, the result of subtracting the reference position from the temporary position for each measurement mark image is smoothed according to the position of the measurement mark image to obtain the result shown in FIG. As shown, the final surface position of the transfer surface Wa is calculated. Referring to FIG. 8 (c), it can be seen that the discontinuity of the surface position between the detection areas A1 and A2 and between the detection areas A2 and A3 can be reduced by adopting the correction coefficient.

ここで、例えば図8(b)に破線で示したように面位置の検出結果に段差が見られる場合には、その段差に対して忠実に被検面を位置合わせしようと制御することで、かえってその段差以上の制御誤差を発生させる恐れがある。これに対して、図8(c)に示すように、面位置の検出結果に生じる段差を小さく抑えることで、検出領域の全範囲にわたって被検面の位置合わせを高精度に行うことができる。   Here, for example, when a step is found in the detection result of the surface position as shown by a broken line in FIG. 8B, by controlling to align the test surface faithfully to the step, On the contrary, there is a risk of generating a control error that exceeds the level difference. On the other hand, as shown in FIG. 8 (c), by suppressing the step generated in the detection result of the surface position to be small, it is possible to align the test surface with high accuracy over the entire range of the detection region.

一方、測定マーク像に対応付けられた参照マーク像からの相対位置に対応する補正係数を用いる第4の算出手順では、参照マーク位置情報および補正係数をもとに補正量を算出し、該補正量を測定マーク位置情報から差し引いて補正位置情報を算出し、該補正位置情報をもとに被検面の面位置を算出する。具体的には、参照マーク像S13iの参照マーク位置情報および補正係数をもとに検出領域A1の補正量を算出し、この補正量を測定マーク像S1i〜S4iの測定マーク位置情報から差し引いて検出領域A1の補正位置情報を算出し、この補正位置情報をもとに検出領域A1の面位置を算出する。   On the other hand, in the fourth calculation procedure using the correction coefficient corresponding to the relative position from the reference mark image associated with the measurement mark image, the correction amount is calculated based on the reference mark position information and the correction coefficient, and the correction is performed. The correction position information is calculated by subtracting the amount from the measurement mark position information, and the surface position of the test surface is calculated based on the correction position information. Specifically, the correction amount of the detection area A1 is calculated based on the reference mark position information and correction coefficient of the reference mark image S13i, and this correction amount is subtracted from the measurement mark position information of the measurement mark images S1i to S4i. The correction position information of the area A1 is calculated, and the surface position of the detection area A1 is calculated based on the correction position information.

同様に、参照マーク像S14iの参照マーク位置情報および補正係数をもとに検出領域A2の補正量を算出し、この補正量を測定マーク像S5i〜S8iの測定マーク位置情報から差し引いて検出領域A2の補正位置情報を算出し、この補正位置情報をもとに検出領域A2の面位置を算出する。また、参照マーク像S15iの参照マーク位置情報および補正係数をもとに検出領域A3の補正量を算出し、この補正量を測定マーク像S9i〜S12iの測定マーク位置情報から差し引いて検出領域A3の補正位置情報を算出し、この補正位置情報をもとに検出領域A3の面位置を算出する。   Similarly, the correction amount of the detection area A2 is calculated based on the reference mark position information and correction coefficient of the reference mark image S14i, and this correction amount is subtracted from the measurement mark position information of the measurement mark images S5i to S8i to detect the detection area A2. Correction position information is calculated, and the surface position of the detection area A2 is calculated based on the correction position information. Further, the correction amount of the detection area A3 is calculated based on the reference mark position information and the correction coefficient of the reference mark image S15i, and this correction amount is subtracted from the measurement mark position information of the measurement mark images S9i to S12i to obtain the detection area A3. The correction position information is calculated, and the surface position of the detection area A3 is calculated based on the correction position information.

第4の算出手順では、必要に応じて、測定マーク像ごとに補正位置情報をもとに算出された転写面Waの面位置(複数の測定マーク像の仮補正位置)を、該測定マーク像の位置に対応してスムージング処理することにより、転写面Waの最終的な面位置を算出する。この場合も、第3の算出手順の場合と同様に、検出領域A1とA2との間および検出領域A2とA3との間の面位置の不連続性が小さく抑えられる。   In the fourth calculation procedure, if necessary, the surface position of the transfer surface Wa calculated based on the correction position information for each measurement mark image (temporary correction positions of a plurality of measurement mark images) is used as the measurement mark image. The final surface position of the transfer surface Wa is calculated by performing a smoothing process corresponding to the position. Also in this case, as in the case of the third calculation procedure, the discontinuity of the surface position between the detection areas A1 and A2 and between the detection areas A2 and A3 is suppressed to a small level.

なお、上述の実施形態では、測定マークとしての送光スリットS1〜S12が設けられた送光プリズム3と、参照マークとしての送光スリットS13〜S15が設けられた送光プリズム4とを別体で備えているが、送光プリズム3と4とを一体に備えることもできる。同様に、入射面13aを有する受光プリズム13と、入射面14aを有する受光プリズム14とを別体で備えているが、受光プリズム13と14とを一体に備えることもできる。送光プリズム3と4とを一体化したり、受光プリズム13と14とを一体化したりすることにより、送光スリットS1〜S12と送光スリットS13〜S15との間の位置変動および測定マーク像と参照マーク像との間の不用な位置変動を回避することができ、ひいては検出誤差の計測を安定的に且つ高精度に行うことができる。   In the above-described embodiment, the light transmission prism 3 provided with the light transmission slits S1 to S12 as measurement marks and the light transmission prism 4 provided with the light transmission slits S13 to S15 as reference marks are separated. However, the light transmitting prisms 3 and 4 can be provided integrally. Similarly, the light receiving prism 13 having the incident surface 13a and the light receiving prism 14 having the incident surface 14a are separately provided, but the light receiving prisms 13 and 14 may be integrally provided. By integrating the light-transmitting prisms 3 and 4 or by integrating the light-receiving prisms 13 and 14, position fluctuations between the light-transmitting slits S1 to S12 and the light-transmitting slits S13 to S15 and the measurement mark image Unnecessary position fluctuations between the reference mark image and the reference mark image can be avoided, so that detection error can be measured stably and with high accuracy.

送光プリズムの一体化をさらに進めて、測定光用の送光スリットS1〜S12が設けられる第1マーク面と参照光用の送光スリットS13〜S15が設けられる第2マーク面とを含む共通マーク面を有する送光マーク部材を備えることもできる。同様に、受光プリズムの一体化をさらに進めて、測定マーク像が形成される第1観測面と参照マーク像が形成される第2観測面とを含む共通観測面を有する観測部材を備えることもできる。   Further integration of the light transmitting prism further includes a first mark surface provided with light transmitting slits S1 to S12 for measurement light and a second mark surface provided with light transmitting slits S13 to S15 for reference light. A light transmission mark member having a mark surface can also be provided. Similarly, further integration of the light receiving prism may include an observation member having a common observation surface including a first observation surface on which a measurement mark image is formed and a second observation surface on which a reference mark image is formed. it can.

また、上述の実施形態では、被検面の近傍に設けられた参照面を有する参照部材として平面ミラー9を用いているが、これに限定されることなく、参照部材の構成について様々な形態が可能である。例えば、参照部材として、1回反射型のプリズム、3回反射型のプリズム31などを用いることができる。なお、比較的多くの参照マークを用いる場合には、1回反射型のプリズムや3回反射型のプリズムを用いる方が平面ミラーを用いるよりも、X方向に沿って参照面の所要の長さを確保し易い。   In the above-described embodiment, the plane mirror 9 is used as a reference member having a reference surface provided in the vicinity of the test surface. However, the present invention is not limited to this, and there are various configurations for the configuration of the reference member. Is possible. For example, a one-time reflection type prism, a three-time reflection type prism 31 or the like can be used as the reference member. When a relatively large number of reference marks are used, the required length of the reference surface along the X direction is greater when using a single reflection type prism or a three times reflection type prism than when using a plane mirror. Easy to secure.

また、上述の実施形態では、光源1およびコンデンサーレンズ2からなる照明装置により、測定光用の送光スリットS1〜S12と参照光用の送光スリットS13〜S15とを一括的に照明している。しかしながら、これに限定されることなく、一対の照明装置を用いて、測定光用の送光スリットが形成された測定マーク面、および参照光用の送光スリットが形成された参照マーク面を個別に照明することもできる。   In the above-described embodiment, the illumination device including the light source 1 and the condenser lens 2 collectively illuminates the light transmission slits S1 to S12 for measurement light and the light transmission slits S13 to S15 for reference light. . However, the present invention is not limited to this, and using a pair of illumination devices, the measurement mark surface on which the light transmission slit for measurement light is formed and the reference mark surface on which the light transmission slit for reference light is formed are individually provided. Can also be illuminated.

また、上述の実施形態では、光電顕微鏡の原理(振動ミラーを用いる計測原理)に基づいて被検面の面位置を検出している。しかしながら、これに限定されることなく、例えば画像処理によって測定観測像および参照観測像の各位置情報を検出し、検出した各位置情報に基づいて被検面の位置を算出することもできる。   In the above-described embodiment, the surface position of the test surface is detected based on the principle of a photoelectric microscope (measurement principle using a vibrating mirror). However, the present invention is not limited to this. For example, the position information of the measurement observation image and the reference observation image can be detected by image processing, and the position of the test surface can be calculated based on the detected position information.

また、上述の実施形態では、露光装置が単一の面位置検出装置を備えている例を説明しているが、これに限定されることなく、必要に応じて複数組の面位置検出装置で検出視野を分割することもできる。この場合、第1の面位置検出装置の検出視野と第2の面位置検出装置の検出視野との共通の視野における検出結果に基づいて、各装置のキャリブレーションを行うこともできる。   In the above-described embodiment, an example in which the exposure apparatus includes a single surface position detection device has been described. The detection visual field can also be divided. In this case, each device can be calibrated based on the detection result in the common visual field of the detection visual field of the first surface position detection device and the detection visual field of the second surface position detection device.

また、上述の実施形態では、感光性基板としてのウェハWの面位置の検出に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、レチクルR(一般にはマスク)のパターン面の面位置の検出に対して本発明を適用することもできる。また、上述の実施形態では、露光装置における感光性基板の面位置の検出に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、露光装置以外の各種装置における一般の被検面の面位置の検出に対して本発明を適用することもできる。   Further, in the above-described embodiment, the present invention is applied to the detection of the surface position of the wafer W as the photosensitive substrate, but the pattern surface of the reticle R (generally a mask) is not limited to this. The present invention can also be applied to the detection of the surface position. Further, in the above-described embodiment, the present invention is applied to the detection of the surface position of the photosensitive substrate in the exposure apparatus. The present invention can also be applied to detection of the surface position of a surface.

なお、上述の実施形態では、マスクの代わりに、所定の電子データに基づいて所定パターンを形成する可変パターン形成装置を用いることができる。このような可変パターン形成装置を用いれば、パターン面が縦置きでも同期精度に及ぼす影響を最低限にできる。なお、可変パターン形成装置としては、たとえば所定の電子データに基づいて駆動される複数の反射素子を含むDMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)を用いることができる。DMDを用いた露光装置は、例えば特開2004−304135号公報、国際特許公開第2006/080285号パンフレットに開示されている。また、DMDのような非発光型の反射型空間光変調器以外に、透過型空間光変調器を用いても良く、自発光型の画像表示素子を用いても良い。なお、パターン面が横置きの場合であっても可変パターン形成装置を用いても良い。   In the above-described embodiment, a variable pattern forming apparatus that forms a predetermined pattern based on predetermined electronic data can be used instead of a mask. By using such a variable pattern forming apparatus, the influence on the synchronization accuracy can be minimized even if the pattern surface is placed vertically. As the variable pattern forming apparatus, for example, a DMD (digital micromirror device) including a plurality of reflecting elements driven based on predetermined electronic data can be used. An exposure apparatus using DMD is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-304135 and International Patent Publication No. 2006/080285. In addition to a non-light-emitting reflective spatial light modulator such as DMD, a transmissive spatial light modulator may be used, or a self-luminous image display element may be used. Note that a variable pattern forming apparatus may be used even when the pattern surface is placed horizontally.

上述の実施形態の露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。   The exposure apparatus of the above-described embodiment is manufactured by assembling various subsystems including the respective constituent elements recited in the claims of the present application so as to maintain predetermined mechanical accuracy, electrical accuracy, and optical accuracy. Is done. In order to ensure these various accuracies, before and after assembly, various optical systems are adjusted to achieve optical accuracy, various mechanical systems are adjusted to achieve mechanical accuracy, and various electrical systems are Adjustments are made to achieve electrical accuracy. The assembly process from the various subsystems to the exposure apparatus includes mechanical connection, electrical circuit wiring connection, pneumatic circuit piping connection and the like between the various subsystems. Needless to say, there is an assembly process for each subsystem before the assembly process from the various subsystems to the exposure apparatus. When the assembly process of the various subsystems to the exposure apparatus is completed, comprehensive adjustment is performed to ensure various accuracies as the entire exposure apparatus. The exposure apparatus is preferably manufactured in a clean room where the temperature, cleanliness, etc. are controlled.

次に、上述の実施形態にかかる露光装置を用いたデバイス製造方法について説明する。図9は、半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図9に示すように、半導体デバイスの製造工程では、半導体デバイスの基板となるウェハWに金属膜を蒸着し(ステップS40)、この蒸着した金属膜上に感光性材料であるフォトレジストを塗布する(ステップS42)。つづいて、上述の実施形態の露光装置を用い、レチクルRに形成されたパターンをウェハW上の各ショット領域に転写し(ステップS44:露光工程)、この転写が終了したウェハWの現像、つまりパターンが転写されたフォトレジストの現像を行う(ステップS46:現像工程)。その後、ステップS46によってウェハWの表面に生成されたレジストパターンをウェハ加工用のマスクとし、ウェハWの表面に対してエッチング等の加工を行う(ステップS48:加工工程)。   Next, a device manufacturing method using the exposure apparatus according to the above-described embodiment will be described. FIG. 9 is a flowchart showing a semiconductor device manufacturing process. As shown in FIG. 9, in the semiconductor device manufacturing process, a metal film is vapor-deposited on the wafer W to be a substrate of the semiconductor device (step S40), and a photoresist, which is a photosensitive material, is applied on the vapor-deposited metal film. (Step S42). Subsequently, using the exposure apparatus of the above-described embodiment, the pattern formed on the reticle R is transferred to each shot area on the wafer W (step S44: exposure process), and development of the wafer W after the transfer is completed, that is, The photoresist to which the pattern has been transferred is developed (step S46: development process). Thereafter, using the resist pattern generated on the surface of the wafer W in step S46 as a mask for wafer processing, the surface of the wafer W is processed such as etching (step S48: processing step).

ここで、レジストパターンとは、上述の実施形態の露光装置によって転写されたパターンに対応する形状の凹凸が生成されたフォトレジスト層(転写パターン層)であって、その凹部がフォトレジスト層を貫通しているものである。ステップS48では、このレジストパターンを介してウェハWの表面の加工を行う。ステップS48で行われる加工には、例えばウェハWの表面のエッチングまたは金属膜等の成膜の少なくとも一方が含まれる。なお、ステップS44では、上述の実施形態の露光装置は、フォトレジストが塗布されたウェハWを感光性基板としてパターンの転写を行う。   Here, the resist pattern is a photoresist layer (transfer pattern layer) in which unevenness having a shape corresponding to the pattern transferred by the exposure apparatus of the above-described embodiment is generated, and the recess penetrates the photoresist layer. It is what you are doing. In step S48, the surface of the wafer W is processed through this resist pattern. The processing performed in step S48 includes, for example, at least one of etching of the surface of the wafer W or film formation of a metal film or the like. In step S44, the exposure apparatus of the above-described embodiment performs pattern transfer using the wafer W coated with the photoresist as a photosensitive substrate.

図10は、液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図10に示すように、液晶デバイスの製造工程では、パターン形成工程(ステップS50)、カラーフィルタ形成工程(ステップS52)、セル組立工程(ステップS54)およびモジュール組立工程(ステップS56)を順次行う。   FIG. 10 is a flowchart showing a manufacturing process of a liquid crystal device such as a liquid crystal display element. As shown in FIG. 10, in the manufacturing process of the liquid crystal device, a pattern formation process (step S50), a color filter formation process (step S52), a cell assembly process (step S54), and a module assembly process (step S56) are sequentially performed.

ステップS50のパターン形成工程では、感光性基板としてフォトレジストが塗布されたガラス基板上に、上述の実施形態の投影露光装置を用いて回路パターンおよび電極パターン等の所定のパターンを形成する。このパターン形成工程には、上述の実施形態の露光装置を用いてフォトレジスト層にパターンを転写する露光工程と、パターンが転写された感光性基板の現像、つまりガラス基板上のフォトレジスト層の現像を行い、パターンに対応する形状のフォトレジスト層(転写パターン層)を生成する現像工程と、この現像されたフォトレジスト層を介してガラス基板の表面を加工する加工工程とが含まれている。   In the pattern forming step of step S50, predetermined patterns such as a circuit pattern and an electrode pattern are formed on the glass substrate coated with a photoresist as the photosensitive substrate, using the projection exposure apparatus of the above-described embodiment. The pattern forming process includes an exposure process in which a pattern is transferred to a photoresist layer using the exposure apparatus of the above-described embodiment, and development of a photosensitive substrate to which the pattern is transferred, that is, development of a photoresist layer on a glass substrate. And a development step for generating a photoresist layer (transfer pattern layer) having a shape corresponding to the pattern, and a processing step for processing the surface of the glass substrate through the developed photoresist layer.

ステップS52のカラーフィルタ形成工程では、R(Red)、G(Green)、B(Blue)に対応する3つのドットの組をマトリックス状に多数配列するか、またはR、G、Bの3本のストライプのフィルタの組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルタを形成する。   In the color filter forming process in step S52, a large number of sets of three dots corresponding to R (Red), G (Green), and B (Blue) are arranged in a matrix or three R, G, and B A color filter is formed by arranging a plurality of stripe filter sets in the horizontal scanning direction.

ステップS54のセル組立工程では、ステップS50によって所定パターンが形成されたガラス基板と、ステップS52によって形成されたカラーフィルタとを用いて液晶パネル(液晶セル)を組み立てる。具体的には、例えばガラス基板とカラーフィルタとの間に液晶を注入することで液晶パネルを形成する。ステップS56のモジュール組立工程では、ステップS54によって組み立てられた液晶パネルに対し、この液晶パネルの表示動作を行わせる電気回路およびバックライト等の各種部品を取り付ける。   In the cell assembly process in step S54, a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is assembled using the glass substrate on which the predetermined pattern is formed in step S50 and the color filter formed in step S52. Specifically, for example, a liquid crystal panel is formed by injecting liquid crystal between a glass substrate and a color filter. In the module assembling process in step S56, various components such as an electric circuit and a backlight for performing the display operation of the liquid crystal panel are attached to the liquid crystal panel assembled in step S54.

また、本発明は、半導体デバイスまたは液晶デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、プラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子(CCD等)、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びDNAチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク(フォトマスク、レチクル等)をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程(露光装置)にも適用することができる。   The present invention is not limited to application to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor device or a liquid crystal device. For example, an exposure apparatus for a display device such as a plasma display, an image sensor (CCD or the like), a micromachine, The present invention can be widely applied to an exposure apparatus for manufacturing various devices such as a thin film magnetic head and a DNA chip. Furthermore, the present invention can also be applied to an exposure process (exposure apparatus) when manufacturing a mask (photomask, reticle, etc.) on which mask patterns of various devices are formed using a photolithography process.

本発明の実施形態にかかる面位置検出装置を備えた露光装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the exposure apparatus provided with the surface position detection apparatus concerning embodiment of this invention. 一対の送光プリズムの射出面に設けられた複数の送光スリットを示す図である。It is a figure which shows the several light transmission slit provided in the output surface of a pair of light transmission prism. 一対の落射プリズムの間の光路を示す図である。It is a figure which shows the optical path between a pair of incident-light prisms. 一対の受光プリズムの入射面に設けられた複数の受光スリットを示す図である。It is a figure which shows the several light receiving slit provided in the entrance plane of a pair of light receiving prism. 送光プリズムから受光プリズムまでの光路を直線状に展開して光源から受光プリズムまでの構成を示す図である。It is a figure which expands the optical path from a light transmission prism to a light reception prism linearly, and shows the structure from a light source to a light reception prism. 光検出器の検出面に設けられた複数の受光部を示す図である。It is a figure which shows the several light-receiving part provided in the detection surface of the photodetector. 本実施形態において面位置を算出する手順を説明する図である。It is a figure explaining the procedure which calculates a surface position in this embodiment. 補正係数を用いて面位置の算出する手順を説明する図である。It is a figure explaining the procedure which calculates a surface position using a correction coefficient. 半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing process of a semiconductor device. 液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing process of a liquid crystal device.

符号の説明Explanation of symbols

1 光源
2 コンデンサーレンズ
3,4 送光プリズム
5,7,15,17 対物レンズ
6 振動ミラー
8,18 落射プリズム
11 光検出器
12 リレーレンズ
13,14 受光プリズム
PR 信号処理部
CR 制御部
R レチクル
RS レチクルステージ
PL 投影光学系
W ウェハ
WS ウェハステージ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light source 2 Condenser lens 3, 4 Light transmission prism 5,7,15,17 Objective lens 6 Oscillation mirror 8,18 Epi-illumination prism 11 Photo detector 12 Relay lens 13,14 Light reception prism PR Signal processing part CR Control part R Reticle RS Reticle stage PL Projection optical system W Wafer WS Wafer stage

Claims (27)

複数の測定マークからの測定光を被検面に導き、前記複数の測定マークより少数の複数の参照マークからの参照光を前記被検面の近傍に導く送光光学系と、
前記被検面で反射された前記測定光を第1観測面に導いて該第1観測面に複数の前記測定マークの測定マーク像を形成し、前記被検面の近傍を経た前記参照光を第2観測面に導いて該第2観測面に複数の前記参照マークの参照マーク像を形成する受光光学系と、
前記第1観測面における複数の前記測定マーク像の各測定マーク位置情報および前記第2観測面における複数の前記参照マーク像の各参照マーク位置情報を検出し、前記測定マーク像ごとに該測定マーク像の前記測定マーク位置情報と1つの前記参照マーク位置情報とを用いて前記被検面の面位置を算出する検出部と、
を備えたことを特徴とする面位置検出装置。
A light-transmitting optical system that guides measurement light from a plurality of measurement marks to a test surface, and guides reference light from a plurality of reference marks that is smaller than the plurality of measurement marks to the vicinity of the test surface;
The measurement light reflected by the test surface is guided to a first observation surface to form measurement mark images of the plurality of measurement marks on the first observation surface, and the reference light that passes through the vicinity of the test surface is used. A light receiving optical system that guides to a second observation surface and forms reference mark images of the plurality of reference marks on the second observation surface;
The measurement mark position information of the plurality of measurement mark images on the first observation surface and the reference mark position information of the plurality of reference mark images on the second observation surface are detected, and the measurement mark image is detected for each measurement mark image. A detection unit that calculates a surface position of the test surface using the measurement mark position information of the image and one reference mark position information;
A surface position detecting device comprising:
前記検出部は、前記測定マーク像ごとに、該測定マーク像の位置に応じて対応付けられる前記参照マーク像の前記参照マーク位置情報を用いて前記被検面の面位置を算出す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 detection unit calculates, for each measurement mark image, the surface position of the test surface using the reference mark position information of the reference mark image associated with the position of the measurement mark image. The surface position detecting device according to claim 1. 前記検出部は、前記測定マーク像ごとに、該測定マーク像に最も近い前記参照マーク像の前記参照マーク位置情報を用いて前記被検面の面位置を算出することを特徴とする請求項2に記載の面位置検出装置。 The said detection part calculates the surface position of the said to-be-tested surface using the said reference mark position information of the said reference mark image nearest to this measurement mark image for every said measurement mark image. The surface position detection apparatus described in 1. 前記検出部は、前記測定マーク位置情報から前記参照マーク位置情報を差し引いて補正位置情報を算出し、該補正位置情報をもとに前記被検面の面位置を算出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 detection unit calculates correction position information by subtracting the reference mark position information from the measurement mark position information, and calculates a surface position of the test surface based on the correction position information. Item 4. The surface position detection device according to any one of Items 1 to 3. 前記検出部は、前記測定マーク位置情報をもとに前記被検面の仮位置を算出し、前記参照マーク位置情報をもとに前記被検面の参照位置を算出し、前記仮位置から前記参照位置を差し引いた結果をもとに前記被検面の面位置を算出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 detection unit calculates a temporary position of the test surface based on the measurement mark position information, calculates a reference position of the test surface based on the reference mark position information, and calculates the reference position from the temporary position. The surface position detection apparatus according to claim 1, wherein the surface position of the test surface is calculated based on a result obtained by subtracting a reference position. 前記検出部は、前記測定マーク像ごとに、該測定マーク像の位置に対応する補正係数を用いて前記被検面の面位置を算出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 said detection part calculates the surface position of the said to-be-tested surface using the correction coefficient corresponding to the position of this measurement mark image for every said measurement mark image. The surface position detection device according to item. 前記検出部は、前記測定マーク像ごとに、該測定マーク像に対応付けられた前記参照マーク像からの相対位置に対応する補正係数を用いて前記被検面の面位置を算出することを特徴とする請求項2または3に記載の面位置検出装置。 The detection unit calculates, for each measurement mark image, a surface position of the test surface using a correction coefficient corresponding to a relative position from the reference mark image associated with the measurement mark image. The surface position detecting device according to claim 2 or 3. 前記検出部は、前記参照マーク位置情報および前記補正係数をもとに補正量を算出し、該補正量を前記測定マーク位置情報から差し引いて補正位置情報を算出し、該補正位置情報をもとに前記被検面の面位置を算出することを特徴とする請求項6または7に記載の面位置検出装置。 The detection unit calculates a correction amount based on the reference mark position information and the correction coefficient, calculates a correction position information by subtracting the correction amount from the measurement mark position information, and based on the correction position information The surface position detection device according to claim 6, wherein the surface position of the test surface is calculated. 前記検出部は、前記測定マーク位置情報をもとに前記被検面の仮位置を算出し、前記参照マーク位置情報および前記補正係数をもとに前記被検面の参照位置を算出し、前記仮位置から前記参照位置を差し引いた結果をもとに前記被検面の面位置を算出することを特徴とする請求項6または7に記載の面位置検出装置。 The detection unit calculates a temporary position of the test surface based on the measurement mark position information, calculates a reference position of the test surface based on the reference mark position information and the correction coefficient, 8. The surface position detection apparatus according to claim 6, wherein the surface position of the test surface is calculated based on a result obtained by subtracting the reference position from a temporary position. 前記検出部は、前記測定マーク像ごとに前記補正位置情報をもとに前記被検面の仮補正位置を算出し、複数の前記測定マーク像の前記仮補正位置を該測定マーク像の位置に対応してスムージング処理して前記被検面の面位置を算出することを特徴とする請求項4または8に記載の面位置検出装置。 The detection unit calculates a temporary correction position of the test surface based on the correction position information for each measurement mark image, and sets the temporary correction positions of the plurality of measurement mark images to the positions of the measurement mark images. 9. The surface position detection apparatus according to claim 4, wherein the surface position of the test surface is calculated by performing a corresponding smoothing process. 前記検出部は、前記測定マーク像ごとに前記仮位置から前記参照位置を差し引いた結果を前記測定マーク像の位置に対応してスムージング処理して前記被検面の面位置を算出することを特徴とする請求項5または9に記載の面位置検出装置。 The detection unit calculates a surface position of the test surface by performing a smoothing process on a result of subtracting the reference position from the temporary position for each measurement mark image according to the position of the measurement mark image. The surface position detecting device according to claim 5 or 9. 前記送光光学系は、前記被検面に複数の前記測定マークの測定マーク中間像を投射し、前記被検面の近傍に複数の前記参照マークの参照マーク中間像を投射することを特徴とする請求項1〜11のいずれか一項に記載の面位置検出装置。 The light transmission optical system projects measurement mark intermediate images of the plurality of measurement marks onto the test surface, and projects reference mark intermediate images of the plurality of reference marks in the vicinity of the test surface. The surface position detection apparatus as described in any one of Claims 1-11. 複数の前記測定マークは、一列に配列され、
前記送光光学系は、所定方向に配列された複数の前記測定マーク中間像を前記被検面に形成し、
前記受光光学系は、該受光光学系を介して前記所定方向に対応する方向に配列された複数の前記測定マーク像を前記第1観測面に形成することを特徴とする請求項12に記載の面位置検出装置。
The plurality of measurement marks are arranged in a line,
The light transmission optical system forms a plurality of the measurement mark intermediate images arranged in a predetermined direction on the test surface,
13. The light receiving optical system forms a plurality of measurement mark images arranged in a direction corresponding to the predetermined direction via the light receiving optical system on the first observation surface. Surface position detection device.
前記所定方向は、前記送光光学系における前記測定光の射出光軸と前記受光光学系における前記測定光の入射光軸とを含む平面と、前記被検面との交線に平行であることを特徴とする請求項13に記載の面位置検出装置。 The predetermined direction is parallel to an intersecting line of a plane including the emission optical axis of the measurement light in the light transmitting optical system and the incident optical axis of the measurement light in the light receiving optical system, and the surface to be measured. The surface position detection device according to claim 13. 複数の前記参照マークは、前記測定マークの列と並列に配列され、
前記送光光学系は、前記測定マーク中間像の列と並列に配列された複数の前記参照マーク中間像を前記被検面の近傍に投射し、
前記受光光学系は、前記測定マーク像の列と並列に配列された複数の前記参照マーク像を前記第2観測面に形成することを特徴とする請求項13または14に記載の面位置検出装置。
The plurality of reference marks are arranged in parallel with the row of measurement marks,
The light transmission optical system projects a plurality of the reference mark intermediate images arranged in parallel with the rows of the measurement mark intermediate images in the vicinity of the test surface,
15. The surface position detection device according to claim 13, wherein the light receiving optical system forms a plurality of the reference mark images arranged in parallel with the measurement mark image row on the second observation surface. .
前記被検面の近傍に設けられる参照面を有した参照部材を備え、
前記送光光学系は、前記参照面に前記参照マーク中間像を投射することを特徴とする請求項12〜15のいずれか一項に記載の面位置検出装置。
A reference member having a reference surface provided in the vicinity of the test surface;
The surface position detection apparatus according to claim 12, wherein the light transmission optical system projects the reference mark intermediate image onto the reference surface.
複数の測定マークからの測定光を被検面に導き、前記複数の測定マークより少数の複数の参照マークからの参照光を前記被検面の近傍に導く送光ステップと、
前記被検面で反射された前記測定光を第1観測面に導いて該第1観測面に複数の前記測定マークの測定マーク像を形成し、前記被検面の近傍を経た前記参照光を第2観測面に導いて該第2観測面に複数の前記参照マークの参照マーク像を形成する受光ステップと、
前記第1観測面における複数の前記測定マーク像の各測定マーク位置情報および前記第2観測面における複数の前記参照マーク像の各参照マーク位置情報を検出し、前記測定マーク像ごとに該測定マーク像の前記測定マーク位置情報と1つの前記参照マーク位置情報とを用いて前記被検面の面位置を算出する検出ステップと、
を含むことを特徴とする面位置検出方法。
A light transmission step for guiding measurement light from a plurality of measurement marks to a test surface, and guiding reference light from a plurality of reference marks that is smaller than the plurality of measurement marks to the vicinity of the test surface;
The measurement light reflected by the test surface is guided to a first observation surface to form measurement mark images of the plurality of measurement marks on the first observation surface, and the reference light that passes through the vicinity of the test surface is used. A light receiving step for guiding the second observation surface to form reference mark images of the plurality of reference marks on the second observation surface;
The measurement mark position information of the plurality of measurement mark images on the first observation surface and the reference mark position information of the plurality of reference mark images on the second observation surface are detected, and the measurement mark image is detected for each measurement mark image. A detection step of calculating a surface position of the test surface using the measurement mark position information of the image and one reference mark position information;
A surface position detection method comprising:
前記検出ステップは、前記測定マーク像ごとに、該測定マーク像の位置に応じて対応付けられる前記参照マーク像の前記参照マーク位置情報を用いて前記被検面の面位置を算出することを特徴とする請求項17に記載の面位置検出方法。 In the detection step, the surface position of the test surface is calculated using the reference mark position information of the reference mark image associated with the measurement mark image according to the position of the measurement mark image. The surface position detection method according to claim 17. 前記検出ステップは、前記測定マーク像ごとに、該測定マーク像に最も近い前記参照マーク像の前記参照マーク位置情報を用いて前記被検面の面位置を算出することを特徴とする請求項18に記載の面位置検出方法。 19. The detection step calculates a surface position of the test surface for each measurement mark image using the reference mark position information of the reference mark image closest to the measurement mark image. The surface position detection method described in 1. 前記検出ステップは、前記測定マーク像ごとに、該測定マーク像の位置に対応する補正係数を用いて前記被検面の面位置を算出することを特徴とする請求項17〜19のいずれか一項に記載の面位置検出方法。 The detection step calculates the surface position of the test surface for each measurement mark image using a correction coefficient corresponding to the position of the measurement mark image. The surface position detection method according to item. 前記検出ステップは、前記測定マーク像ごとに、該測定マーク像に対応付けられた前記参照マーク像からの相対位置に対応する補正係数を用いて前記被検面の面位置を算出することを特徴とする請求項18または19に記載の面位置検出方法。 The detecting step calculates a surface position of the test surface for each measurement mark image using a correction coefficient corresponding to a relative position from the reference mark image associated with the measurement mark image. The surface position detection method according to claim 18 or 19. 前記検出ステップは、前記参照マーク位置情報および前記補正係数をもとに補正量を算出し、該補正量を前記測定マーク位置情報から差し引いて補正位置情報を算出し、該補正位置情報をもとに前記被検面の面位置を算出することを特徴とする請求項20または21に記載の面位置検出方法。 The detection step calculates a correction amount based on the reference mark position information and the correction coefficient, calculates a correction position information by subtracting the correction amount from the measurement mark position information, and based on the correction position information The surface position detection method according to claim 20 or 21, wherein the surface position of the test surface is calculated. 前記検出ステップは、前記測定マーク位置情報をもとに前記被検面の仮位置を算出し、前記参照マーク位置情報および前記補正係数をもとに前記被検面の参照位置を算出し、前記仮位置から前記参照位置を差し引いた結果をもとに前記被検面の面位置を算出することを特徴とする請求項20または21に記載の面位置検出方法。 The detecting step calculates a temporary position of the test surface based on the measurement mark position information, calculates a reference position of the test surface based on the reference mark position information and the correction coefficient, The surface position detection method according to claim 20 or 21, wherein the surface position of the test surface is calculated based on a result obtained by subtracting the reference position from a temporary position. 前記検出ステップは、前記測定マーク像ごとに前記補正位置情報をもとに前記被検面の仮補正位置を算出し、複数の前記測定マーク像の前記仮補正位置を該測定マーク像の位置に対応してスムージング処理して前記被検面の面位置を算出することを特徴とする請求項22に記載の面位置検出方法。 The detection step calculates a temporary correction position of the test surface based on the correction position information for each measurement mark image, and sets the temporary correction positions of the plurality of measurement mark images to the positions of the measurement mark images. 23. The surface position detection method according to claim 22, wherein the surface position of the test surface is calculated by performing a corresponding smoothing process. 前記検出ステップは、前記測定マーク像ごとに前記仮位置から前記参照位置を差し引いた結果を前記測定マーク像の位置に対応してスムージング処理して前記被検面の面位置を算出することを特徴とする請求項23に記載の面位置検出方法。 In the detecting step, the surface position of the test surface is calculated by performing a smoothing process on the result of subtracting the reference position from the temporary position for each measurement mark image according to the position of the measurement mark image. The surface position detection method according to claim 23. 感光性基板にパターンを転写する露光装置において、
前記パターンが設けられたパターン面または前記感光性基板の転写面の少なくとも一方の面位置を、前記被検面の面位置として検出する請求項1乃至16のいずれか1項に記載の面位置検出装置と、
前記面位置検出装置の検出結果に基づいて、前記パターン面または前記転写面の少なくとも一方の位置合わせをする位置合わせ手段と、
を備えていることを特徴とする露光装置。
In an exposure apparatus that transfers a pattern to a photosensitive substrate,
The surface position detection according to any one of claims 1 to 16, wherein a surface position of at least one of a pattern surface provided with the pattern or a transfer surface of the photosensitive substrate is detected as a surface position of the test surface. Equipment,
An alignment means for aligning at least one of the pattern surface and the transfer surface based on a detection result of the surface position detection device;
An exposure apparatus comprising:
請求項26に記載の露光装置を用いて、前記面位置検出装置が検出した前記感光性基板の転写面に前記パターンを転写する露光工程と、
前記パターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記パターンに対応する形状の転写パターン層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
前記転写パターン層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法。
An exposure step of transferring the pattern onto the transfer surface of the photosensitive substrate detected by the surface position detection device using the exposure apparatus according to claim 26;
Developing the photosensitive substrate to which the pattern has been transferred, and forming a transfer pattern layer having a shape corresponding to the pattern on the surface of the photosensitive substrate;
And a processing step of processing the surface of the photosensitive substrate through the transfer pattern layer.
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