JP2004301825A - Surface position detection device, exposure method and method for manufacturing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被検面の面位置情報を光学的に検出する面位置検出装置、マスクのパターンの像を基板上に露光する露光方法、及びデバイス製造方法に関するものである。 The present invention relates to a surface position detecting device for optically detecting surface position information of a surface to be inspected, an exposure method for exposing a mask pattern image on a substrate, and a device manufacturing method.
半導体デバイスや液晶表示デバイスは、マスク上に形成されたパターンを感光性の基板上に転写する、いわゆるフォトリソグラフィの手法により製造される。このフォトリソグラフィ工程で使用される露光装置は、マスクを支持するマスクステージと基板を支持する基板ステージとを有し、マスクステージ及び基板ステージを逐次移動しながらマスクのパターンを投影光学系を介して基板に転写するものである。露光装置には、投影光学系の像面に対して基板表面を合わせ込むために、基板表面の面位置情報を検出するオートフォーカス検出系が設けられている。オートフォーカス検出系(AF検出系)には、例えば特開平6−66543号公報に開示されているような斜入射方式がある。これは、基板表面に対して斜め方向からフォーカス用検出光を照射し、基板表面での反射光により基板表面の位置情報を検出するものである。斜入射方式のAF検出系では、図10(a)の模式図に示すように、被検面である基板Pの表面が例えば符号P’のように上下方向に移動すると、照射したAF用検出光Lの基板表面での反射光がAF検出系を構成する光学系の光軸と垂直方向にずれるので、このずれ量Daを検出することで基板表面の投影光学系の光軸方向における面位置情報を検出することができる。 A semiconductor device and a liquid crystal display device are manufactured by a so-called photolithography technique of transferring a pattern formed on a mask onto a photosensitive substrate. The exposure apparatus used in this photolithography process has a mask stage that supports a mask and a substrate stage that supports a substrate, and sequentially moves the mask stage and the substrate stage to project a pattern of the mask through a projection optical system. This is to be transferred to a substrate. The exposure apparatus is provided with an autofocus detection system that detects surface position information of the substrate surface in order to align the substrate surface with the image plane of the projection optical system. As an autofocus detection system (AF detection system), there is an oblique incidence system as disclosed in, for example, JP-A-6-66543. In this method, focus detection light is applied to the substrate surface from an oblique direction, and positional information on the substrate surface is detected by light reflected on the substrate surface. In the oblique incidence type AF detection system, as shown in the schematic diagram of FIG. 10A, when the surface of the substrate P, which is the surface to be inspected, moves in the vertical direction, for example, as indicated by the symbol P ′, the irradiated AF detection system is detected. Since the reflected light of the light L on the substrate surface is shifted in the direction perpendicular to the optical axis of the optical system constituting the AF detection system, by detecting the amount of shift Da, the surface position of the substrate surface in the optical axis direction of the projection optical system is detected. Information can be detected.
ところで、デバイスパターンのより一層の高集積化に対応するために投影光学系の更なる高解像度化が望まれている。投影光学系の解像度は、使用する露光波長が短くなるほど、また投影光学系の開口数が大きいほど高くなる。そのため、露光装置で使用される露光波長は年々短波長化しており、投影光学系の開口数も増大している。そして、現在主流の露光波長は、KrFエキシマレーザの248nmであるが、更に短波長のArFエキシマレーザの193nmも実用化されつつある。また、露光を行う際には、解像度と同様に焦点深度(DOF)も重要となる。解像度R、及び焦点深度δはそれぞれ以下の式で表される。
R=k1・λ/NA … (1)
δ=±k2・λ/NA2 … (2)
ここで、λは露光波長、NAは投影光学系の開口数、k1、k2はプロセス係数である。(1)式、(2)式より、解像度Rを高めるために、露光波長λを短くして、開口数NAを大きくすると、焦点深度δが狭くなることが分かる。
By the way, in order to cope with higher integration of device patterns, further higher resolution of the projection optical system is desired. The resolution of the projection optical system increases as the exposure wavelength used decreases and as the numerical aperture of the projection optical system increases. For this reason, the exposure wavelength used in the exposure apparatus is becoming shorter year by year, and the numerical aperture of the projection optical system is also increasing. The exposure wavelength currently mainstream is 248 nm of KrF excimer laser, but 193 nm of shorter wavelength ArF excimer laser is also being put to practical use. When performing exposure, the depth of focus (DOF) becomes important as well as the resolution. The resolution R and the depth of focus δ are respectively represented by the following equations.
R = k 1 · λ / NA (1)
δ = ± k 2 · λ / NA 2 (2)
Here, λ is the exposure wavelength, NA is the numerical aperture of the projection optical system, and k 1 and k 2 are the process coefficients. From the expressions (1) and (2), it can be seen that when the exposure wavelength λ is shortened and the numerical aperture NA is increased in order to increase the resolution R, the depth of focus δ becomes narrower.
焦点深度δが狭くなり過ぎると、投影光学系の像面に対して基板表面を合致させることが困難となり、露光動作時のフォーカスマージンが不足する恐れがある。そこで、実質的に露光波長を短くして、且つ焦点深度を広くする方法として、例えば国際公開第99/49504号公報に開示されている液浸法が提案されている。この液浸法は、投影光学系の下面と基板表面との間を水や有機溶媒等の液体で満たし、液体中での露光光の波長が、空気中の1/n(nは液体の屈折率で通常1.2〜1.6程度)になることを利用して解像度を向上するとともに、焦点深度を約n倍に拡大するというものである。
ところで、投影光学系の下面と基板表面との間に液体を満たした状態において上述したような斜入射方式のAF検出系で基板表面の面位置情報を求めようとする場合、例えば温度変化等に起因して液体の屈折率が変化すると、図10(b)の模式図に示すように、屈折率変化前では基板Pの表面に対する検出光Lの入射角がθであったものが、屈折率変化後ではθ’のように変化するという不都合が生じる。入射角が変化すると検出光L及び基板Pでの反射光の光路は屈折率変化前の光路に対してずれるため、基板表面の位置が変化していないにもかかわらず、AF検出系の受光面に入射する検出光L(基板表面での反射光)の位置がずれてしまい、AF検出系は、基板の位置が変動したと誤った判断をしてしまうことになる。この結果、基板表面の面位置を精度良く測定することができなくなるおそれがある。 By the way, in a case where the liquid is filled between the lower surface of the projection optical system and the surface of the substrate, when the surface position information of the substrate surface is to be obtained by the oblique incidence type AF detection system as described above, for example, when the temperature is changed, etc. When the refractive index of the liquid changes due to this, the incident angle of the detection light L with respect to the surface of the substrate P was θ before the change in the refractive index, as shown in the schematic diagram of FIG. After the change, there is an inconvenience of a change like θ ′. If the incident angle changes, the optical paths of the detection light L and the light reflected by the substrate P deviate from the optical paths before the change in the refractive index, so that the light-receiving surface of the AF detection system does not change even if the position of the substrate surface has not changed. The position of the detection light L (reflected light on the surface of the substrate) incident on the substrate is shifted, and the AF detection system erroneously determines that the position of the substrate has changed. As a result, the surface position of the substrate surface may not be measured with high accuracy.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、AF検出系の検出光の光路上の屈折率が変化しても基板表面の面位置情報を精度良く検出できる面位置検出装置を提供することを第1の目的とする。また、AF検出系の検出光の光路上の屈折率が変化しても精度良く基板面位置情報を検出してデバイスを製造できる露光方法及びデバイス製造方法を提供することを第2の目的とする。また、投影光学系と基板との間の液体を介してパターン像を基板上に投影する液浸露光法を用いても、パターン像を精度よく基板上に形成することのできる露光方法の提供を第3の目的とする。特にその液体の温度が変化した場合にも、パターン像を精度よく基板上に形成することのできる露光方法の提供を第4の目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and a surface position detection device capable of accurately detecting surface position information on a substrate surface even when a refractive index on an optical path of detection light of an AF detection system changes. The primary purpose is to provide. It is a second object of the present invention to provide an exposure method and a device manufacturing method that can accurately detect substrate surface position information and manufacture a device even if the refractive index of the detection light on the optical path of the AF detection system changes. . In addition, the present invention provides an exposure method that can form a pattern image on a substrate with high accuracy even when using an immersion exposure method in which a pattern image is projected onto the substrate via a liquid between a projection optical system and the substrate. This is the third purpose. In particular, a fourth object is to provide an exposure method capable of forming a pattern image on a substrate with high accuracy even when the temperature of the liquid changes.
上記の課題を解決するため、本発明は実施の形態に示す図1〜図9に対応付けした以下の構成を採用している。但し、各要素に付した括弧付き符号はその要素の例示に過ぎず、各要素を限定する意図は無い。 In order to solve the above-described problem, the present invention employs the following configuration corresponding to FIGS. However, the parenthesized code given to each element is only an example of the element, and there is no intention to limit each element.
本発明の第1の態様に従えば、検出光を被検面(S)に投射するとともに、その被検面(S)からの反射光を受光することによって得られる情報に基づいて、被検面(S)の面位置を検出する面位置検出装置であって、検出光として、複数の光(L1、L2)を異なる入射角(θ1、θ2)で被検面(S)に投射する送光系(8)と;被検面(S)からの反射光を受光する受光系(9)と;を備える面位置検出装置(100)が提供される。 According to the first aspect of the present invention, the detection light is projected on the test surface (S), and the detection light is reflected based on the information obtained by receiving the reflected light from the test surface (S). a surface position detecting apparatus for detecting a surface position of the surface (S), projected as the detection light, a plurality of light (L1, L2) of different angles of incidence (θ 1, θ 2) on the test surface (S) with And a light receiving system (9) for receiving reflected light from the surface to be detected (S).
また、本発明の第2の態様に従えば、マスク(M)のパターンの像を投影光学系(PL)により基板(P)上に投影して、基板(P)を露光する露光方法であって:板表面(S)に複数の検出光(L1、L2)を異なる入射角(θ1、θ2)で投射するとともに、基板表面(S)からの反射光(L1r、L2r)を受光することによって、検出光(L1、L2)及び反射光(L1r、L2r)の光路の屈折率情報を検出することと;マスク(M)のパターンの像を投影光学系(PL)により基板(P)上に投影すること;を含む露光方法が提供される。 According to a second aspect of the present invention, there is provided an exposure method for projecting an image of a pattern of a mask (M) onto a substrate (P) by a projection optical system (PL) and exposing the substrate (P). Te: a plurality of detection light on the plate surface (S) (L1, L2) of different angles of incidence (θ 1, θ 2) with projecting at, for receiving reflected light from the substrate surface (S) (L1r, L2r) In this way, the refractive index information of the optical path of the detection light (L1, L2) and the reflected light (L1r, L2r) is detected; and the image of the pattern of the mask (M) is projected onto the substrate (P) by the projection optical system (PL). Exposure method is provided.
本発明によれば、検出光の光路上の屈折率が変化しても、検出光として複数の光を異なる入射角で被検面に投射することにより、これら各検出光に基づく面位置情報のそれぞれは互いに異なる測定誤差(誤差量)を示すので、これら誤差量の違い(差)に基づいて光路上の屈折率変化量を求めることができる。そして、求めた屈折率情報である屈折率変化量に基づいて検出した面位置情報を補正することができるので、被検面の面位置情報を精度良く求めることができる。なお、複数の光を異なる入射角で被検面に投射するには、例えば、複数の光源及び光学系を用いてもよい。あるいは、波長可変レーザや複数の波長を有する光源を、波長選択フィルタ、エタロン、分光器、プリズムなどとともに用いて、被検面への入射角が異なるように光の波長の毎に光路を変更してもよい。あるいは、瞳分割板やガルバノミラーを用いて光路を分割または偏向してもよい。 According to the present invention, even when the refractive index on the optical path of the detection light changes, by projecting a plurality of lights as detection light at different incident angles on the surface to be detected, surface position information based on each of these detection lights is obtained. Since each shows a different measurement error (error amount), the refractive index change amount on the optical path can be obtained based on the difference (difference) between these error amounts. Since the detected surface position information can be corrected based on the obtained refractive index change amount, the surface position information of the test surface can be obtained with high accuracy. In order to project a plurality of lights on the surface to be inspected at different incident angles, for example, a plurality of light sources and an optical system may be used. Alternatively, a wavelength tunable laser or a light source having a plurality of wavelengths is used together with a wavelength selection filter, an etalon, a spectroscope, a prism, and the like to change an optical path for each wavelength of light so that an incident angle on a surface to be measured is different. You may. Alternatively, the optical path may be split or deflected using a pupil splitter or a galvanomirror.
本発明の第3の態様に従えば、検出光を被検面(S)に投射するとともに、その被検面(S)からの反射光を受光することによって得られる情報に基づいて、被検面(S)の面位置を検出する面位置検出装置であって:検出光として、波長の異なる複数の光を被検面(S)に投射する送光系(8)と;被検面(S)からの反射光を受光する受光系(9)と;を備える面位置検出装置(100)が提供される。 According to the third aspect of the present invention, the detection light is projected on the test surface (S), and the detection target is detected based on information obtained by receiving the reflected light from the test surface (S). A surface position detection device for detecting a surface position of a surface (S), comprising: a light transmission system (8) for projecting a plurality of lights having different wavelengths as detection light onto a surface (S) to be detected; And a light receiving system (9) for receiving the reflected light from S).
また、本発明の第4の態様に従えば、マスク(M)のパターンの像を投影光学系(PL)により基板(P)上に投影して、基板(P)を露光する露光方法であって:基板表面(S)に波長の異なる複数の検出光を投射するとともに、基板表面(S)からの反射光を受光することによって、検出光及び反射光の光路の屈折率情報を検出することと;マスク(M)のパターンの像を投影光学系(PL)を介して基板(P)上に投影することと;を含む露光方法が提供される。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an exposure method for projecting an image of a pattern of a mask (M) onto a substrate (P) by a projection optical system (PL) and exposing the substrate (P). T: Detecting the refractive index information of the detection light and the optical path of the reflected light by projecting a plurality of detection lights having different wavelengths on the substrate surface (S) and receiving the reflected light from the substrate surface (S). And projecting an image of the pattern of the mask (M) onto the substrate (P) via the projection optical system (PL).
本発明によれば、互いに異なる波長を有する光を物体に入射した際の屈折角のそれぞれは異なる値を示すことを利用し、波長の異なる複数の検出光を投射することで、被検面に対して互いに異なる入射角で検出光を照射できる。 According to the present invention, by utilizing the fact that each of the refraction angles when light having different wavelengths is incident on an object shows different values, and by projecting a plurality of detection lights having different wavelengths, on the surface to be measured. On the other hand, the detection light can be irradiated at mutually different incident angles.
この場合において、検出光は、光透過部材を介して被検面に投射されることを特徴とする。光透過部材としては、投影光学系を構成する光学素子、投影光学系と被検面との間に配置される光透過性を有する平行平面板が挙げられる。特に、液浸法による露光処理を行う場合にも、液体を介して高精度な基板表面の面位置検出を実現できるので、高解像度でパターン転写を行うことができる。 In this case, the detection light is projected on the surface to be detected via the light transmitting member. Examples of the light transmitting member include an optical element constituting a projection optical system, and a light transmitting parallel flat plate disposed between the projection optical system and the surface to be inspected. In particular, even in the case of performing the exposure process by the liquid immersion method, since the surface position of the substrate surface can be detected with high accuracy via the liquid, pattern transfer can be performed with high resolution.
また、本発明の第5の態様に従えば、投影光学系(PL)により液体(50)を介してパターンの像を基板(P)上に投影して、基板(P)を液浸露光する露光方法であって:投影光学系(PL)と基板(P)との間の少なくとも一部を液体(50)で満たすことと;投影光学系(PL)と基板(P)との間の液体(50)の温度情報を光学的に検出することと;投影光学系(PL)により液体(50)を介してパターンの像を基板(P)上に投影することとを含む露光方法が提供される。 According to a fifth aspect of the present invention, an image of a pattern is projected onto a substrate (P) by a projection optical system (PL) via a liquid (50), and the substrate (P) is subjected to immersion exposure. An exposure method, wherein at least a part between the projection optical system (PL) and the substrate (P) is filled with a liquid (50); and a liquid between the projection optical system (PL) and the substrate (P). An exposure method is provided, comprising: optically detecting the temperature information of (50); and projecting an image of a pattern onto a substrate (P) via a liquid (50) by a projection optical system (PL). You.
本発明によれば、投影光学系と基板との間の液体の温度情報(温度変化)を検出することによって、その液体を介して行われる基板表面の面位置の検出やその液体を介して形成されるパターン像への影響を把握することができ、例えばその検出された温度情報に基づいて像調整を行うこともできる。 According to the present invention, by detecting temperature information (temperature change) of a liquid between a projection optical system and a substrate, detection of a surface position of a substrate surface performed through the liquid and formation of the liquid through the liquid are performed. The influence on the pattern image to be performed can be grasped, and for example, the image adjustment can be performed based on the detected temperature information.
検出光の光路上の屈折率が変化しても、検出光として複数の光を異なる入射角で被検面に投射することにより、これら各検出光に基づく面位置情報のそれぞれは互いに異なる測定誤差を示すので、これら測定誤差の差に基づいて光路上の屈折率情報を求めることができる。したがって、求めた屈折率情報で検出した面位置情報を補正することができるので、被検面の面位置情報を精度良く求めることができる。 Even if the refractive index on the optical path of the detection light changes, by projecting a plurality of lights as detection light at different incident angles on the surface to be detected, each of the surface position information based on each of the detection lights has a different measurement error. Therefore, the refractive index information on the optical path can be obtained based on the difference between these measurement errors. Therefore, the detected surface position information can be corrected with the obtained refractive index information, so that the surface position information of the test surface can be obtained with high accuracy.
以下、本発明の面位置検出装置及び露光方法について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。図1は本発明の面位置検出装置としてのオートフォーカス検出装置が搭載された露光装置の一実施形態を示す概略構成図である。 Hereinafter, the surface position detecting device and the exposure method of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto. FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an exposure apparatus equipped with an autofocus detection device as a surface position detection device of the present invention.
図1において、露光装置EXは、マスクMを支持するマスクステージMSTと、基板Pを支持する基板ステージPSTと、マスクステージMSTに支持されているマスクMを露光光ELで照明する照明光学系ILと、露光光ELで照明されたマスクMのパターンの像を基板ステージPSTに支持されている基板Pに投影露光する投影光学系PLと、被検面としての基板Pの表面Sの面位置情報を検出する面位置検出装置としてのオートフォーカス検出装置100と、露光装置EX全体の動作を統括制御する制御装置CONTとを備えている。
1, an exposure apparatus EX includes a mask stage MST that supports a mask M, a substrate stage PST that supports a substrate P, and an illumination optical system IL that illuminates the mask M supported by the mask stage MST with exposure light EL. A projection optical system PL for projecting and exposing an image of the pattern of the mask M illuminated by the exposure light EL onto a substrate P supported on a substrate stage PST, and surface position information of a surface S of the substrate P as a surface to be inspected An auto-
ここで、本実施形態では、露光装置EXとしてマスクMと基板Pとを走査方向における互いに異なる向き(逆方向)に同期移動しつつマスクMに形成されたパターンを基板Pに露光する走査型露光装置(所謂スキャニングステッパ)を使用する場合を例にして説明する。以下の説明において、投影光学系PLの光軸AXと一致する方向をZ軸方向、Z軸方向に垂直な平面内でマスクMと基板Pとの同期移動方向(走査方向)をX軸方向、Z軸方向及びY軸方向に垂直な方向(非走査方向)をY軸方向とする。また、X軸、Y軸、及びZ軸まわり方向をそれぞれ、θX、θY、及びθZ方向とする。なお、ここでいう「基板」は半導体ウエハ上にレジストを塗布したものを含み、「マスク」は基板上に縮小投影されるデバイスパターンを形成されたレチクルを含む。 Here, in the present embodiment, the exposure apparatus EX scans the mask M and the substrate P synchronously in directions different from each other in the scanning direction (opposite directions) while exposing the pattern formed on the mask M to the substrate P. An example in which an apparatus (a so-called scanning stepper) is used will be described. In the following description, the direction that coincides with the optical axis AX of the projection optical system PL is the Z-axis direction, the synchronous movement direction (scanning direction) between the mask M and the substrate P in a plane perpendicular to the Z-axis direction is the X-axis direction, A direction perpendicular to the Z-axis direction and the Y-axis direction (non-scanning direction) is defined as a Y-axis direction. In addition, directions around the X axis, the Y axis, and the Z axis are defined as θX, θY, and θZ directions, respectively. Here, the “substrate” includes a semiconductor wafer coated with a resist, and the “mask” includes a reticle on which a device pattern to be reduced and projected onto the substrate is formed.
照明光学系ILは、マスクステージMSTに支持されているマスクMを露光光ELで照明するものであり、露光用光源、露光用光源から射出された光束の照度を均一化するオプティカルインテグレータ、オプティカルインテグレータからの露光光ELを集光するコンデンサレンズ、リレーレンズ系、露光光ELによるマスクM上の照明領域をスリット状に設定する可変視野絞り等を有している。マスクM上の所定の照明領域は照明光学系ILにより均一な照度分布の露光光ELで照明される。照明光学系ILから射出される露光光ELとしては、例えば水銀ランプから射出される紫外域の輝線(g線、h線、i線)及びKrFエキシマレーザ光(波長248nm)等の遠紫外光(DUV光)や、ArFエキシマレーザ光(波長193nm)及びF2レーザ光(波長157nm)等の真空紫外光(VUV光)などが用いられる。本実施形態においては、ArFエキシマレーザ光を用いる。 The illumination optical system IL illuminates the mask M supported by the mask stage MST with the exposure light EL, and includes an exposure light source, an optical integrator for equalizing the illuminance of a light beam emitted from the exposure light source, and an optical integrator. A condenser lens, a relay lens system, and a variable field stop for setting an illumination area on the mask M by the exposure light EL in a slit shape. A predetermined illumination area on the mask M is illuminated by the illumination optical system IL with exposure light EL having a uniform illuminance distribution. The exposure light EL emitted from the illumination optical system IL includes, for example, ultraviolet bright lines (g-line, h-line, i-line) emitted from a mercury lamp and far ultraviolet light (KrF excimer laser light (wavelength: 248 nm)). DUV light) and, ArF excimer laser light (wavelength 193 nm) and F 2 laser beam (wavelength 157 nm) vacuum ultraviolet light (VUV light) and the like. In the present embodiment, ArF excimer laser light is used.
マスクステージMSTは、マスクMを支持するものであって、投影光学系PLの光軸AXに垂直な平面内、すなわちXY平面内で2次元移動可能及びθZ方向に微小回転可能である。マスクステージMSTはリニアモータ等のマスクステージ駆動装置MSTDにより駆動される。マスクステージ駆動装置MSTDは制御装置CONTにより制御される。マスクステージMST上のマスクMの2次元方向の位置、及び回転角はレーザ干渉計によりリアルタイムで計測され、計測結果は制御装置CONTに出力される。制御装置CONTはレーザ干渉計の計測結果に基づいてマスクステージ駆動装置MSTDを駆動することでマスクステージMSTに支持されているマスクMの位置決めを行う。 The mask stage MST supports the mask M, and is two-dimensionally movable in a plane perpendicular to the optical axis AX of the projection optical system PL, that is, in an XY plane, and is capable of minute rotation in the θZ direction. The mask stage MST is driven by a mask stage driving device MSTD such as a linear motor. The mask stage driving device MSTD is controlled by the control device CONT. The position and the rotation angle of the mask M on the mask stage MST in the two-dimensional direction are measured in real time by a laser interferometer, and the measurement result is output to the control device CONT. The control device CONT drives the mask stage driving device MSTD based on the measurement result of the laser interferometer to position the mask M supported by the mask stage MST.
投影光学系PLは、マスクMのパターンを所定の投影倍率βで基板Pに投影露光するものであって、複数の光学素子(レンズ)で構成されており、これら光学素子は金属部材としての鏡筒PKで支持されている。本実施形態において、投影光学系PLは、投影倍率βが例えば1/4あるいは1/5の縮小系である。なお、投影光学系PLは等倍系及び拡大系のいずれでもよい。また、投影光学系PLは光学特性(結像特性)の補正を行う結像特性調整装置PLCを有している。この結像特性調整装置PLCは、例えば投影光学系PLを構成する一部のレンズ群の間隔調整機構や一部のレンズ群のレンズ室内の気体圧力調整機構を有しており、これら調整を行うことにより、投影光学系PLの投影倍率、歪曲収差等の光学特性の補正を行う。結像特性調整装置PLCは制御装置CONTにより制御される。 The projection optical system PL projects and exposes the pattern of the mask M onto the substrate P at a predetermined projection magnification β, and is composed of a plurality of optical elements (lenses). These optical elements are mirrors as metal members. It is supported by the cylinder PK. In the present embodiment, the projection optical system PL is a reduction system in which the projection magnification β is, for example, 4 or 5. Note that the projection optical system PL may be either a unity magnification system or an enlargement system. Further, the projection optical system PL has an imaging characteristic adjusting device PLC for correcting optical characteristics (imaging characteristics). The image forming characteristic adjusting device PLC has, for example, an interval adjusting mechanism for some of the lens groups constituting the projection optical system PL and a gas pressure adjusting mechanism in the lens chamber of some of the lens groups, and performs these adjustments. This corrects optical characteristics such as the projection magnification and distortion of the projection optical system PL. The imaging characteristic adjustment device PLC is controlled by the control device CONT.
基板ステージPSTは、基板Pを支持するものであって、基板Pを基板ホルダを介して保持するZステージ51と、Zステージ51を支持するXYステージ52と、XYステージ52を支持するベース53とを備えている。基板ステージPSTはリニアモータ等の基板ステージ駆動装置PSTDにより駆動される。基板ステージ駆動装置PSTDは制御装置CONTにより制御される。Zステージ51を駆動することにより、Zステージ51に保持されている基板PのZ軸方向における位置(フォーカス位置)、及びθX、θY方向における位置が制御される。また、XYステージ52を駆動することにより、基板PのXY方向における位置(投影光学系PLの像面と実質的に平行な方向の位置)が制御される。すなわち、Zステージ51は、基板Pのフォーカス位置及び傾斜角を制御して基板Pの表面をオートフォーカス方式、及びオートレベリング方式で投影光学系PLの像面に合わせ込み、XYステージ52は基板PのX軸方向及びY軸方向における位置決めを行う。なお、ZステージとXYステージとを一体的に設けてよいことは言うまでもない。
The substrate stage PST supports the substrate P, and includes a
基板ステージPST(Zステージ51)上には、基板ステージPSTとともに投影光学系PLに対して移動する移動鏡54が設けられている。また、移動鏡54に対向する位置にはレーザ干渉計55が設けられている。基板ステージPST上の基板Pの2次元方向の位置、及び回転角はレーザ干渉計55によりリアルタイムで計測され、計測結果は制御装置CONTに出力される。制御装置CONTはレーザ干渉計55の計測結果に基づいて基板ステージ駆動装置PSTDを駆動することで基板ステージPSTに支持されている基板Pの位置決めを行う。
On the substrate stage PST (Z stage 51), a
本実施形態では、露光波長を実質的に短くして解像度を向上するとともに、焦点深度を実質的に広くするために、液浸法を適用する。そのため、少なくともマスクMのパターンの像を基板P上に転写(投影)している間は、基板Pの表面と投影光学系PLの基板P側の光学素子の先端面(下面)7との間に所定の液体50が満たされる。本実施形態において、液体50には純水が用いられる。純水は、ArFエキシマレーザ光のみならず、露光光ELを例えば水銀ランプから射出される紫外域の輝線(g線、h線、i線)及びKrFエキシマレーザ光(波長248nm)等の遠紫外光(DUV光)とした場合、この露光光ELを透過可能である。また、投影光学系PLの先端面7には露光光ELを透過可能な平行平面板が設けられている。この平行平面板は投影光学系PLの一部を構成する。
In the present embodiment, the immersion method is applied to improve the resolution by substantially shortening the exposure wavelength and substantially widen the depth of focus. Therefore, at least while the image of the pattern of the mask M is being transferred (projected) onto the substrate P, the distance between the surface of the substrate P and the tip surface (lower surface) 7 of the optical element on the substrate P side of the projection optical system PL is changed. Is filled with a
露光装置EXは、投影光学系PLの先端面7と基板Pとの間の空間56に所定の液体50を供給する液体供給装置1と、空間56の液体50を回収する液体回収装置2とを備えている。液体供給装置1は、液体50を収容するタンク、加圧ポンプ、及び空間56に対して供給する液体50を所定の温度に調整する温度調整装置などを備えている。液体供給装置1には供給管3の一端部が接続され、供給管3の他端部には供給ノズル4が接続されている。液体供給装置1は供給管3及び供給ノズル4を介して空間56に液体50を供給する。ここで、液体供給装置1に設けられている温度調整装置は、空間56に供給する液体50の温度を、例えば露光装置EXが収容されているチャンバ内の温度と同程度に設定する。
The exposure apparatus EX includes a
液体回収装置2は、吸引ポンプ、回収した液体50を収容するタンクなどを備えている。液体回収装置2には回収管6の一端部が接続され、回収管6の他端部には回収ノズル5が接続されている。液体回収装置2は回収ノズル5及び回収管6を介して空間56の液体50を回収する。空間56に液体50を満たす際、制御装置CONTは液体供給装置1を駆動し、供給管3及び供給ノズル4を介して空間56に対して単位時間当たり所定量の液体50を供給するとともに、液体回収装置2を駆動し、回収ノズル5及び回収管6を介して単位時間当たり所定量の液体50を空間56より回収する。これにより、投影光学系PLの先端面7と基板Pとの間の空間56に所定量の液体50が配置される。
The
次に、基板Pの表面SのZ軸方向における位置(フォーカス位置)を検出する面位置検出装置としてのオートフォーカス検出装置100について説明する。
Next, an
オートフォーカス検出装置(AF検出装置)100は、AF検出用の検出光L(L1、L2)を基板Pの表面(被検面)Sに投射する送光系8と、基板Pの表面Sで反射した検出光Lの反射光を受光する受光系9とを備えている。図1に示すように、送光系8は、基板Pの表面に対して第1の検出光L1及び第2の検出光L2の2つの検出光を異なる入射角で斜め方向から基板Pの表面Sに投射する。送光系8からの検出光L1、L2のそれぞれは、光透過部材としての投影光学系PLの一部(一部の光学素子)、及び空間56に満たされている液体50を介して基板Pの表面Sに投射される。ここで、検出光L1、L2を投影光学系PLの一部を介して基板Pの表面Sに投射するのは、以下のような理由による。すなわち、空間56に液体50を安定して配置するためには、液体50の表面張力を維持できるように距離dは所定量(例えば2〜3mm程度)に設定される必要がある。しかし、このような距離dでは送光系8からの検出光L1、L2を基板Pの表面Sに斜入射方式で直接投射することは困難であり、一方、直接投射しようとして距離dを大きくすると空間56に液体50が安定して配置されない。本発明では、検出光L1、L2を投影光学系PLの一部を介して基板Pの表面Sに投射するようにしたので、空間56に液体50を安定して配置するための所望の距離dを維持しつつ、検出光L1、L2を基板Pの表面Sに投射することができる。この結果、投影光学系PLの先端面7と基板Pの表面Sとの距離d(ワーキングディスタンス)の設定の自由度を増すことができる。更に、基板Pの表面Sに対する検出光L1、L2の入射角を、投影光学系PLの位置に拘束されることなく、自由に変更することも可能となる。
The autofocus detection device (AF detection device) 100 includes a
AF検出装置100は、基板Pの表面Sでの反射光から得られる受光系9の検出信号に基づいて、投影光学系PL及び液体50を介して形成される像面(結像面)に対する基板P表面のZ軸方向における高さ位置(フォーカス位置)を求める。また、基板P表面における複数の各点での各フォーカス位置を求めることにより、AF検出装置100は基板Pの傾斜方向の姿勢を求めることもできる。AF検出装置100の検出結果は制御装置CONTに出力され、制御装置CONTはAF検出装置100の検出結果に基づいて、投影光学系PLの結像面と基板P表面との位置関係を調整し、基板P表面を投影光学系PLの焦点深度内に合わせ込む焦点合わせ動作を行う。
The
図2はAF検出装置100の第1実施形態を示す構成図である。なお、図2ではAF検出装置100以外の構成要素についての図示を一部省略している。図2において、AF検出装置100の送光系8は、基板Pの表面Sに対して第1の入射角θ1で第1の検出光L1を投射する第1送光系8Aと、基板Pの表面に対して第1の入射角θ1とは異なる第2の入射角θ2で第2の検出光L2を投射する第2送光系8Bとを備えている。また、AF検出装置100の受光系9は、第1送光系8Aに対応して設けられ、基板Pの表面Sで反射した第1の検出光L1の反射光を受光する第1受光系9Aと、第2送光系8Bに対応して設けられ、基板Pの表面Sで反射した第2の検出光L2の反射光を受光する第2受光系9Bとを備えている。
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating a first embodiment of the
第1送光系8Aは、基板Pのフォトレジストに対して非感光性の光束(波長400nm〜900nm程度)を射出するAF用光源10と、光源10から射出された光束をスリット光に整形するスリット状の開口部を有する送光スリット11と、非点収差補正用シリンドリカルレンズ12と、リレーレンズ13と、光路折り曲げミラー14と、収差補正用平面板15と、対物レンズ16とを備えている。送光スリット11で整形されたスリット光は第1の検出光L1として、シリンドリカルレンズ12、リレーレンズ13、光路折り曲げミラー14、収差補正用平面板15、及び対物レンズ16を介して投影光学系PLに入射する。なお、鏡筒PKは開口部を有しており、スリット光はこの開口部を介して投影光学系PLに入射する。投影光学系PLに入射した第1の検出光L1は液体50を介して基板Pの表面Sに第1の入射角θ1で投射される。
The first
基板Pの表面Sで反射した第1の検出光L1の反射光L1rは液体50及び投影光学系PLの一部を介して第1受光系9Aに受光される。ここで、鏡筒PKは開口部を有しており、反射光L1rはこの開口部を介して第1受光系9Aに受光される。第1受光系9Aは、投影光学系PLを介した反射光L1rが入射される対物レンズ17と、収差補正用平面板18と、所定の周期で振動する振動ミラー19と、リレーレンズ20と、非点収差補正用シリンドリカルレンズ21と、スリット状の開口部を有する受光スリット22と、例えばシリコン・フォト・ダイオードからなる受光センサ23とを備えている。第1の検出光L1の基板Pの表面Sでの反射光L1rは、対物レンズ17、収差補正量平面板18、振動ミラー19、リレーレンズ20、シリンドリカルレンズ21、及び受光スリット22を介して受光センサ23に受光される。振動ミラー19は所定の周期で矢印yで示すようにθY方向に振動する。この振動ミラー19の振動に伴って、受光スリット22に形成されるスリットパターンの像(送光スリット11で整形され基板Pの表面Sで反射したスリット状の反射光L1r)も振動する。このスリットパターンの像の振動に伴って、受光スリット22の開口部を通過する光の光量が変化する。受光スリット22の開口部を通過した光は受光センサ23に達する。ここで、受光スリット22の開口部の位置は、被検面である基板Pの表面Sと投影光学系PLの結像面とが一致しているときに、受光スリット22の開口部の中心がスリットパターンの像の振動中心に一致するように設けられている。したがって、受光センサ23で受光されるスリットパターンの像が一定周期で検出されれば投影光学系PLの結像面と基板Pの表面Sとが合致していることになる。一方、投影光学系PLの結像面と基板Pの表面Sとが合致していない場合には、第1の検出光L1に基づく反射光L1rは第1受光系9Aの光軸と垂直方向にずれ、受光スリット22の開口部の中心に対してスリットパターンの像の振動中心がずれることになるので、受光センサ23で受光されるスリットパターンの像は一定周期で検出されない。受光センサ23の検出結果は制御装置CONTに出力され、制御装置CONTは、受光センサ23の受光結果に基づいて基板Pの表面Sのフォーカス位置を求める。
The reflected light L1r of the first detection light L1 reflected on the surface S of the substrate P is received by the first
第2送光系8Bは、後述する本発明に従うフォーカス位置の調整方法または温度測定法(屈折率変化測定法)に基づいて第1送光系8Aに追加して設けられているが、第2の検出光L2の基板Pの表面に対する入射角をθ2に設定している点以外は、第1送光系8Aと同等の構成を有しているため、その説明を省略する。同様に、第2の検出光L2の基板P表面での反射光L2rを受光する第2受光系9Bも第1受光系9Aと同等の構成を有しているためその説明を省略する。ここで、第1送光系8A及び第2送光系8Bのそれぞれで投射される検出光L1、L2のそれぞれは同じ波長を有する。なお、投影光学系PLの先端面7と基板Pの表面Sとの距離が確保できる場合には、AF検出装置100の検出光を、投影光学系PLの一部を介さずに、基板P表面に投射するようにしてもよい。
The second
次に、上述したAF検出装置100を用いて基板Pの表面Sの面位置情報を検出する方法について説明する。
Next, a method for detecting surface position information of the surface S of the substrate P using the above-described
図3は、第1、第2の検出光L1、L2が投射されている基板Pの表面S近傍の拡大図である。制御装置CONTは、第1、第2送光系8A、8Bのそれぞれから第1、第2の検出光L1、L2を基板Pの表面Sに対して同時に投射する。第1の検出光L1は液体50を介して入射角θ1で基板Pの表面Sに投射され、第2の検出光L2は液体50を介して入射角θ2で基板Pの表面Sに投射される。第1、第2の検出光L1、L2に基づく基板Pの表面Sでの反射光L1r、L2rのそれぞれは、第1、第2受光系9A、9Bに受光される。このとき、液体50は所定の温度T1に設定されており、このときの液体50の屈折率はnである。また、このときの第1、第2の検出光L1、L2のそれぞれは基板Pの表面S上において同じ位置に投射される。したがって、液体50に屈折率変化(温度変化)がない状態では、基板PがZ軸方向に移動した場合、反射光L1rの受光系の光軸と垂直な方向のずれ量と反射光L2rの受光系の光軸と垂直な方向のずれ量とは同じである。
FIG. 3 is an enlarged view near the surface S of the substrate P on which the first and second detection lights L1 and L2 are projected. The control device CONT simultaneously projects the first and second detection lights L1 and L2 from the first and second
基板PがZ軸方向に移動せずに、液体50の温度がT1からT2に変化し、液体50の屈折率nがΔnだけ変化した場合について考える。温度変化により、第1、第2送光系8A、8Bからの第1、第2の検出光L1、L2は、投影光学系PLから液体50への界面での屈折角を変化させる。この屈折角の変化に伴って、第1、第2の検出光L1、L2の光路が符号L1’、L2’に示すように変動し、これにより第1の検出光L1の基板Pの表面Sに対する入射角がθ1からθ1’に変化し、第2の検出光L2の基板Pの表面Sに対する入射角がθ2からθ2’に変化する。すると、第1の検出光L1の反射光L1rの光路は受光系9Aの光軸と垂直な方向に距離D1ずれて反射光L1r’となる。同様に、第2の検出光L2の反射光L2rの光路は受光系9Bの光軸と垂直な方向に距離D2ずれて反射光L2r’となる。
The substrate P does not move in the Z axis direction, the temperature of the liquid 50 is changed from T 1 to T 2, consider the case where the refractive index n of the liquid 50 is changed by [Delta] n. Due to the temperature change, the first and second detection lights L1 and L2 from the first and second
ここで、液体の厚さがdであり、温度変化に伴って液体50の屈折率がnからΔnだけ変化した場合を考える。この場合、検出光の基板表面への入射角が変化し、その変化量Δθは、
Δθ=arcsin〔n/(n+Δn)〕・sinθ … (3)
である。基板Pの表面SのZ軸方向への移動がないとすると、基板Pの表面のフォーカス位置の検出誤差量Δdは、
Δd=d・〔tan(θ+Δθ)−tanθ〕/(2tanθ) …(4)
となる。すなわち、検出誤差量Δdは、液体の屈折率変化前における検出光Lに基づき検出した基板P表面のフォーカス位置と、液体の屈折率変化後における検出光L’に基づき検出した基板P表面のフォーカス位置との誤差である。
Here, it is assumed that the thickness of the liquid is d, and the refractive index of the liquid 50 changes from n by Δn with temperature. In this case, the angle of incidence of the detection light on the substrate surface changes, and the change amount Δθ is
Δθ = arcsin [n / (n + Δn)] · sinθ (3)
It is. Assuming that the surface S of the substrate P does not move in the Z-axis direction, the detection error amount Δd of the focus position on the surface of the substrate P becomes
Δd = d · [tan (θ + Δθ) -tanθ] / (2tanθ) (4)
It becomes. That is, the detection error amount Δd is determined by the focus position on the surface of the substrate P detected based on the detection light L before the change in the refractive index of the liquid and the focus position on the surface of the substrate P detected based on the detection light L ′ after the change in the refractive index of the liquid. It is an error with the position.
ここで、式(3)から分るように、Δθはθの値に依存する。θ1≠θ2であるので、第1の検出光L1の入射角の変化量Δθ1(=θ1’−θ1)と、第2の検出光L2の入射角の変化量Δθ2(=θ2’−θ2)とは異なる値になることが分る。それゆえ、第1の検出光L1に基づくフォーカス位置の検出誤差量Δd1と、第2の検出光L2に基づくフォーカス位置の検出誤差量Δd2は異なる値を示す。 Here, as can be seen from equation (3), Δθ depends on the value of θ. Since θ 1 ≠ θ 2 , the change amount Δθ 1 of the incident angle of the first detection light L1 (= θ 1 ′ −θ 1 ) and the change amount Δθ 2 of the incident angle of the second detection light L2 (= θ 2 ′ −θ 2 ). Therefore, a detection error amount [Delta] d 1 of the focus position based on the first detection light L1, the detection error amount [Delta] d 2 of the focus position based on the second detection light L2 show different values.
図4は、基板Pの表面Sに対する検出光Lの入射角θと、液体の温度変化に伴って生じる基板P表面のフォーカス位置の検出誤差量Δdとの関係の一例を示すものである。図4には、液体50が純水(水)であり、投影光学系PLのワーキングディスタンスに相当する水の厚さdが1mmである場合において、温度が0.01℃変化した場合の検出光Lの入射角θとフォーカス検出誤差量Δdとの関係を示している。 FIG. 4 shows an example of the relationship between the incident angle θ of the detection light L with respect to the surface S of the substrate P and the detection error amount Δd of the focus position on the surface of the substrate P caused by a change in the temperature of the liquid. FIG. 4 shows the detection light when the temperature changes by 0.01 ° C. when the liquid 50 is pure water (water) and the thickness d of the water corresponding to the working distance of the projection optical system PL is 1 mm. The relationship between the incident angle θ of L and the focus detection error amount Δd is shown.
例えば、第1の検出光L1の入射角θ1が80度、第2の検出光L2の入射角θ2が85度に設定されている場合、液体50としての純水の温度がT1から0.01℃変化してT2になった場合、図4より、第1の検出光L1に基づくフォーカス位置の検出誤差量Δd1は約20nmであり、第2の検出光L2に基づくフォーカス位置の検出誤差量Δd2は約80nmである。すなわち、図4の例によれば、厚さ1mmの液体(水)50の温度が0.01℃変化した場合、2つの検出光L1、L2に基づくフォーカス位置の検出誤差量Δd1、Δd2には60nmの差が生じている。
For example, the incident angle theta 1 is 80 degrees of the first detection light L1, when the incident angle theta 2 of the second detection light L2 is set to 85 degrees, the temperature of the pure water as the liquid 50 from T 1 When the temperature changes by 0.01 ° C. to reach T 2 , the detection error amount Δd 1 of the focus position based on the first detection light L 1 is about 20 nm from FIG. 4, and the focus position based on the second
上述の式(3)、(4)から明らかなように、検出光に基づくフォーカス位置の検出誤差量Δdは、液体の温度変化による屈折率の変化にほぼ比例する。したがって、第1の検出光L1に基づくフォーカス位置の検出誤差量Δd1と、第2の検出光L2に基づくフォーカス位置の検出誤差量Δd2との差(Δd1−Δd2)も液体の温度変化による屈折率変化にほぼ比例する。例えば、図4の関係において、液体温度の0.01℃の変化によって液体の屈折率がΔn変化したとすると、ある温度変化における検出誤差量の差(Δd1−Δd2)が30nm(=60nm/2)の場合には、その温度変化により起こる液体の屈折率の変化はΔn/2となる。 As is apparent from the above equations (3) and (4), the detection error amount Δd of the focus position based on the detection light is substantially proportional to the change in the refractive index due to the temperature change of the liquid. Therefore, the difference (Δd 1 −Δd 2 ) between the detection error amount Δd 1 of the focus position based on the first detection light L 1 and the detection error amount Δd 2 of the focus position based on the second detection light L 2 is also the temperature of the liquid. It is almost proportional to the refractive index change due to the change. For example, in the relationship of FIG. 4, if the refractive index of the liquid changes by Δn due to a change in the liquid temperature of 0.01 ° C., the difference (Δd 1 −Δd 2 ) in the detection error amount at a certain temperature change is 30 nm (= 60 nm). / 2), the change in the refractive index of the liquid caused by the temperature change is Δn / 2.
すなわち、第1の検出光L1により検出される基板P表面のフォーカス位置Z1と、第2の検出光L2により検出される基板P表面のフォーカス位置Z2との差(Z1−Z2)は、基板P表面のほぼ同じ位置を検出しているので、液体の温度変化(屈折率変化)がなければ変化しないが、液体の温度変化により屈折率が変化すると、そのフォーカス位置の検出差(Z1−Z2)が屈折率変化に比例して変化する。逆に言えば、そのフォーカス位置の検出差(Z1−Z2)から液体の屈折率変化量を検出することができるのである。本実施形態において、制御装置CONTは、予め実験やシミュレーションによって求められた、そのフォーカス位置の検出差(Z1−Z2)と屈折率変化量との関係を記憶しており、AF検出装置100を使って検出されたフォーカス位置Z1、Z2に基づいて屈折率の変化量を求めることができる。
That is, the focus position Z 1 of the surface of the substrate P detected by the first detection light L1, the difference between the focus position Z 2 of the surface of the substrate P detected by the second
なお、液体の温度変化と屈折率変化とは比例関係にあるので、そのフォーカス位置の検出差(Z1−Z2)が液体の温度変化に比例して変化する。したがって、そのフォーカス位置の検出差(Z1−Z2)と屈折率変化量との関係、あるいは液体の温度変化量と液体の屈折率変化量との関係も合わせて制御装置CONTに記憶しておくと、AF検出装置100を使って検出されたフォーカス位置Z1、Z2に基づいて液体温度の変化量も求めることができる。
Since the temperature change and refractive index change of the liquid is proportional to the detected difference between the focus position (
次に、図5のフローチャート図を参照しながら基板P表面の検出手順について説明する。なお、AF検出装置100は、初期状態において、検出光L1に基づいて検出されるフォーカス位置Z1と、検出光L2に基づいて検出されるフォーカス位置Z2とは同一になるように調整されている。また、フォーカス位置Z1、Z2はそれぞれ像面に対するずれとして検出される。また、説明を簡単にするために、図5の説明では、基板P表面のZ軸方向の位置が変化しない場合について説明する。
Next, the procedure for detecting the surface of the substrate P will be described with reference to the flowchart of FIG. Incidentally,
AF検出装置100は、制御装置CONTの指令に基づき、基板P表面に向けて第1の検出光L1と第2の検出光L2とを投射するとともに、検出光L1、L2に対応する基板P表面からの反射光L1r、L2rを受光センサ23でそれぞれ受光し、第1の検出光L1に基づき基板P表面のフォーカス位置Z1と、第2の検出光L2に基づき基板P表面のフォーカス位置Z2とをそれぞれ検出する(ステップS1)。
The
制御装置CONTは、検出されたフォーカス位置Z1とZ2との差(Z1−Z2)を求め、予め記憶されているフォーカス位置の検出差(Z1−Z2)と液体50の屈折率変化量Δnとの関係情報に基づいて、液体50の屈折率変化量Δnを求める(ステップS2)。 The control device CONT obtains the difference (Z 1 -Z 2 ) between the detected focus positions Z 1 and Z 2, and detects the focus position detection difference (Z 1 -Z 2 ) stored in advance and the refraction of the liquid 50. The refractive index change amount Δn of the liquid 50 is obtained based on the relationship information with the index change amount Δn (step S2).
さらに制御装置CONTは、ステップS2で求めた屈折率変化量Δnに基づいて、ステップS1で求めた第1の検出光L1によるフォーカス位置Z1を補正する。具体的には、予め記憶している上記式(3)、(4)を使って、ステップS2で求めた屈折率変化量Δnによって生じる入射角変化量Δθ1を求め、そのΔθ1に基づいて第1の検出光L1によるフォーカス位置の検出誤差量Δd1を求める。そして、その検出誤差量Δd1に基づいて、第1の検出光L1を用いて検出された基板P表面のフォーカス位置Z1を補正し、基板P表面の実際のフォーカス位置(面位置情報)を求める(ステップS3)。 Further, the control unit CONT based on the refractive index variation Δn obtained in step S2, corrects the focus position Z 1 of the first detection light L1 obtained in step S1. Specifically, the equation stored in advance (3), (4) using obtains the incidence angle variation [Delta] [theta] 1 caused by a refractive index change amount Δn obtained in step S2, on the basis of the [Delta] [theta] 1 by the first detection light L1 obtains detection error amount [Delta] d 1 of the focus position. Then, based on the detected error amount [Delta] d 1, the first detection light L1 to correct the focus position Z 1 of the detected surface of the substrate P by using the actual focus position of the substrate P surface (surface position information) It is determined (step S3).
そして、制御装置CONTは、補正した基板P表面の面位置情報に基づいて、この補正により求めた基板Pの表面と像面とが合致するように、基板ステージPSTを駆動して像面と基板Pの表面Sとの位置関係を調整する(ステップS4)。 Then, the control device CONT drives the substrate stage PST based on the corrected surface position information on the surface of the substrate P so that the surface of the substrate P obtained by the correction matches the image surface, and the image plane and the substrate The positional relationship between P and the surface S is adjusted (step S4).
なお、ここでは、液体50の厚さdが1mmである場合について説明したが、制御装置CONTには、複数の厚さdに対応した前記関係が予め記憶されている。また、ここでは液体50は純水であるが、用いる液体に応じた前記関係が予め記憶されている。また、第1の検出光L1を使って検出されたフォーカス位置Z1ではなく、第2の検出光L2を使って検出されたフォーカス位置Z2を補正して使ってもよい。ただし、入射角度が大きい方が検出感度や検出分解能が高いので、第2の検出光L2をメインの検出光とし、第1の検出光L1を補正用の検出光として用いるのが望ましい。 Here, the case where the thickness d of the liquid 50 is 1 mm has been described, but the relationship corresponding to a plurality of thicknesses d is stored in the control device CONT in advance. Further, here, the liquid 50 is pure water, but the above-described relationship according to the liquid to be used is stored in advance. Also, rather than the focus position Z 1 is detected with the first detection light L1, the focus position Z 2 may be used to correct detected using a second detection light L2. However, since the detection sensitivity and the detection resolution are higher when the incident angle is larger, it is desirable to use the second detection light L2 as the main detection light and use the first detection light L1 as the correction detection light.
ところで、精度良く屈折率情報を求めるために、入射角θ1と入射角θ2との差は可能な限り大きいことが望ましい。一方、基板Pの表面Sに対する入射角が小さくなると、基板PのZ軸方向における位置検出精度が低下する。したがって、検出光L1、L2の基板P表面に対する入射角はそれぞれ30°≦θ<90°の条件を満たしていることが好ましい。そして、基板Pの表面Sで十分な光量を有する反射光を得られるように、更に好ましくは、検出光L1、L2の基板P表面に対する入射角はそれぞれ70°≦θ<90°の条件を満たしていることが好ましい。つまり、図4のグラフに示されるように、入射角が70°以上であれば、入射角の変動に対して誤差量が大きく変化するため、液体50の温度変化(屈折率変化)を敏感に検出することができる。
さらに、本実施形態のように、液体(水)を介して、基板P表面の面位置を検出する場合には、検出光L1、L2に対する液体(水)の屈折率と基板P表面の感光材(レジスト)の屈折率との差が小さくなり、照射された検出光が感光材の表面で十分に反射せず、受光センサで受光される光の光量(光強度)が低下する虞があるばかりでなく、照射された検出光の一部が感光材を通過して感光材の下地面まで到達し、その下地面からの反射光がノイズ成分として受光センサで受光されてしまう可能性がある。したがって、検出光L1、L2に対する液体(水)の屈折率と基板P表面の感光材(レジスト)の屈折率との差、感光材表面での反射率、感光材の下地面からのノイズ光の影響などを考慮すると、検出光L1、L2の入射角はそれぞれ84°<θ<90°が望ましい。
Meanwhile, in order to determine accurately the refractive index information, it is preferable as large as possible the difference between the incident angle theta 1 and the incident angle theta 2. On the other hand, when the incident angle with respect to the surface S of the substrate P decreases, the position detection accuracy of the substrate P in the Z-axis direction decreases. Therefore, it is preferable that the incident angles of the detection lights L1 and L2 with respect to the surface of the substrate P satisfy the condition of 30 ° ≦ θ <90 °. More preferably, the incident angles of the detection lights L1 and L2 with respect to the surface of the substrate P satisfy the condition of 70 ° ≦ θ <90 ° so that reflected light having a sufficient light amount can be obtained on the surface S of the substrate P. Is preferred. That is, as shown in the graph of FIG. 4, if the incident angle is 70 ° or more, the error amount greatly changes with respect to the change of the incident angle, and thus the temperature change (refraction index change) of the liquid 50 is sensitive. Can be detected.
Further, when detecting the surface position of the surface of the substrate P via the liquid (water) as in the present embodiment, the refractive index of the liquid (water) with respect to the detection lights L1 and L2 and the photosensitive material on the surface of the substrate P The difference from the refractive index of (resist) becomes small, and the irradiated detection light does not sufficiently reflect on the surface of the photosensitive material, and the amount of light (light intensity) received by the light receiving sensor may be reduced. Instead, a part of the irradiated detection light may pass through the photosensitive material and reach the ground under the photosensitive material, and the light reflected from the underlying surface may be received by the light receiving sensor as a noise component. Therefore, the difference between the refractive index of the liquid (water) and the refractive index of the photosensitive material (resist) on the surface of the substrate P with respect to the detection lights L1 and L2, the reflectance on the photosensitive material surface, and the noise light from the ground below the photosensitive material Considering the influence and the like, it is desirable that the incident angles of the detection lights L1 and L2 are respectively 84 ° <θ <90 °.
こうして、像面と基板Pの表面Sとを合致させたら、制御装置CONTはマスクMを露光光ELで照明し、マスクMのパターンを投影光学系PLを介して基板Pに転写する。 When the image plane matches the surface S of the substrate P in this way, the control device CONT illuminates the mask M with the exposure light EL, and transfers the pattern of the mask M to the substrate P via the projection optical system PL.
露光処理を行うに際し、温度変化により液体50の屈折率が変動すると、マスクMのパターンを投影光学系PL及び液体50を介して基板Pに転写する際、基板Pに転写されるパターンの像に誤差が生じることが考えられる。例えば、液体50の屈折率変化に伴い、屈折率変化前に比べて基板Pに転写されるパターン像のスケーリングなどの各種収差が変動したり、あるいは像面位置が変動する場合が考えられる。制御装置CONTは、前記AF検出装置100を使って求めた液体50の屈折率変化量(または温度変化量)に基づいて、基板Pに転写されるパターンの像に誤差が生じないように、結像特性調整装置PLCを用いてパターン像の像調整を行う。例えば、液体50の屈折率変化に伴って、投影光学系PLの像面位置がZ軸方向にシフトした場合には、投影光学系PL内の一部の光学素子を駆動したり、マスクを動かしたり、露光光ELの波長を調整することで、投影光学系PL及び液体50を介したパターンの像面と、基板Pの表面Sとを合致させる。あるいは、液体50の屈折率変化(温度変化)に伴って、パターンの像のスケーリングやディストーションなどの各種収差が変動した場合にも、同様に、マスクMをZ軸方向あるいは傾斜方向へ移動したり、投影光学系PL内の一部の光学素子を駆動したり、あるいは露光光ELの波長を調整することによって、液体50の屈折率変化(温度変化)によってパターンの像に誤差が生じないように像調整を行う。
If the refractive index of the liquid 50 fluctuates due to a change in temperature during the exposure process, when the pattern of the mask M is transferred to the substrate P via the projection optical system PL and the liquid 50, the image of the pattern transferred to the substrate P An error may occur. For example, with the change in the refractive index of the liquid 50, various aberrations such as scaling of the pattern image transferred to the substrate P may change or the image plane position may change compared to before the change in the refractive index. The control device CONT is configured to perform an operation based on the refractive index change amount (or temperature change amount) of the liquid 50 obtained by using the
以上説明したように、検出光の光路上の屈折率が変化しても、2つの検出光L1、L2を異なる入射角θ1、θ2で基板Pの表面Sに投射することで、これら各検出光L1、L2に基づく面位置情報の測定誤差を用いて検出光の光路上に存在する液体の屈折率情報を求めることができる。したがって、求めた屈折率情報により検出した面位置情報を補正することできるので、基板Pの表面Sの面位置情報を精度良く検出することができる。
なお、上述の実施形態においては、2つの検出光L1、L2の入射角θ1、θ2が80°を超えているため、説明を簡単にするために、液体50に屈折率変化(温度変化)がない状態で基板PがZ軸方向に移動した場合、反射光L1rの受光系の光軸と垂直な方向のずれ量と反射光L2rの受光系の光軸と垂直な方向のずれ量とは同じであるとして説明したが、厳密には、2つの検出光L1、L2の入射角θ1、θ2が異なっているので、液体50に屈折率変化(温度変化)がない状態で、基板PがZ軸方向に移動した場合、反射光L1rの受光系の光軸と垂直な方向のずれ量と反射光L2rの受光系の光軸と垂直な方向のずれ量とが異なる。そのような場合には、基板PのZ方向へのずれ量に伴う反射光L1rの受光系の光軸と垂直な方向のずれ量と反射光L2rの受光系の光軸と垂直な方向のずれ量との関係を予め求めておき、実際の両反射光に基づく測定結果が、予め求めておいた関係と異なっていた場合に、液体50の温度変化(屈折率変化)が起きたと判断すればよい。
As described above, even if the refractive index on the optical path of the detection light changes, by projecting the two detection lights L1 and L2 onto the surface S of the substrate P at different incident angles θ 1 and θ 2 , The refractive index information of the liquid existing on the optical path of the detection light can be obtained by using the measurement error of the surface position information based on the detection lights L1 and L2. Therefore, the detected surface position information can be corrected based on the obtained refractive index information, so that the surface position information of the surface S of the substrate P can be accurately detected.
In the above-described embodiment, since the incident angle theta 1 of the two detection light L1, L2, theta 2 is greater than 80 °, in order to simplify the explanation, the refractive index change in the liquid 50 (temperature change ), When the substrate P moves in the Z-axis direction, the shift amount of the reflected light L1r in the direction perpendicular to the optical axis of the light receiving system and the shift amount of the reflected light L2r in the direction perpendicular to the optical axis of the light receiving system are calculated. Has been described as the same, but strictly speaking, since the incident angles θ 1 and θ 2 of the two
上述したように、本実施形態における液体50は純水を用いた。純水は、半導体製造工場等で容易に大量に入手できるとともに、基板P上のフォトレジストや光学素子(レンズ)等に対する悪影響がない利点がある。また、純水は環境に対する悪影響がないとともに、不純物の含有量が極めて低いため、基板Pの表面、及び投影光学系PLの先端面に設けられている光学素子の表面を洗浄する作用も期待できる。 As described above, pure water is used as the liquid 50 in the present embodiment. Pure water has the advantage that it can be easily obtained in large quantities at a semiconductor manufacturing plant or the like, and that there is no adverse effect on the photoresist on the substrate P, optical elements (lenses), and the like. In addition, since pure water has no adverse effect on the environment and has a very low impurity content, an effect of cleaning the surface of the substrate P and the surface of the optical element provided on the tip end surface of the projection optical system PL can be expected. .
そして、波長が193nm程度の露光光ELに対する純水(水)の屈折率nは1.44〜1.47程度と言われておりであるため、露光光ELの光源としてArFエキシマレーザ光(波長193nm)を用いた場合、基板P上では1/n、すなわち131〜134nm程度に短波長化されて高い解像度が得られる。更に、焦点深度は空気中に比べて約n倍、すなわち1.44〜1.47倍程度に拡大されるため、空気中で使用する場合と同程度の焦点深度が確保できればよい場合には、投影光学系PLの開口数をより増加させることができ、この点でも解像度が向上する。 Since the refractive index n of pure water (water) with respect to the exposure light EL having a wavelength of about 193 nm is said to be about 1.44 to 1.47, an ArF excimer laser light (wavelength When 193 nm is used, the wavelength is shortened to 1 / n, that is, about 131 to 134 nm on the substrate P, and high resolution is obtained. Further, since the depth of focus is expanded to about n times, that is, about 1.44 to 1.47 times as compared with that in the air, if it is sufficient to secure the same depth of focus as when using in air, The numerical aperture of the projection optical system PL can be further increased, and the resolution is also improved in this regard.
本実施形態では、投影光学系PLの先端面7には、上述したように、露光光ELを透過可能な平行平面板が設けられている。この平行平面板は投影光学系PLの先端面に着脱(交換)自在に取り付けられている。液体50と接触する光学素子を、レンズより安価な平行平面板とすることにより、露光装置EXの運搬、組立、調整時等において投影光学系PLの透過率、基板P上での露光光ELの照度、及び照度分布の均一性を低下させる物質(例えばシリコン系有機物等)がその平行平面板に付着しても、液体50を供給する直前にその平行平面板を交換するだけでよく、液体50と接触する光学素子をレンズとする場合に比べてその交換コストが低くなるという利点がある。すなわち、露光光ELの照射によりレジストから発生する飛散粒子、または液体50中の不純物の付着などに起因して液体50に接触する光学素子の表面が汚れるため、その光学素子を定期的に交換する必要があるが、この光学素子を安価な平行平面板とすることにより、レンズに比べて交換部品のコストが低く、且つ交換に要する時間を短くすることができ、メンテナンスコスト(ランニングコスト)の上昇やスループットの低下を抑えることができる。もちろん、投影光学系PLの先端面に取り付ける光学素子がレンズであってもよい。また、投影光学系PLの先端面に取り付ける光学素子としては、投影光学系PLの光学特性、例えば収差(球面収差、コマ収差等)の調整に用いる光学プレートであってもよい。また、投影光学系PLの先端部において、光学素子(平行平面板やレンズ)のみを液体50に接触させ、鏡筒PKを接触させない構成とすることにより、金属からなる鏡筒PKの腐蝕等が防止される。
In the present embodiment, as described above, the plane-parallel plate capable of transmitting the exposure light EL is provided on the
また、液体50の流れによって生じる投影光学系PLの先端の光学素子と基板Pとの間の圧力が大きい場合には、その光学素子を交換可能とするのではなく、その圧力によって光学素子が動かないように堅固に固定してもよい。 When the pressure between the optical element at the tip of the projection optical system PL and the substrate P caused by the flow of the liquid 50 is large, the optical element is not replaced but the optical element is moved by the pressure. It may be fixed firmly so that it does not occur.
なお、本実施形態では、2つの検出光L1、L2を異なる入射角θ1、θ2で基板Pの表面Sに投射する例について説明したが、互いに異なる入射角で投射される検出光の数は2つに限らず3つ以上の任意の複数の光束を投射することができる。また、投影光学系の一部に検出光L1、L2を通過させる際には、投影光学系PLを構成する複数の光学素子のうち最も基板Pに近い1つの光学素子のみを通過させてもよいし、複数の光学素子を通過させるようにしてもよい。 In this embodiment, an example in which the two detection lights L1 and L2 are projected on the surface S of the substrate P at different incident angles θ 1 and θ 2 has been described. Can project not only two light beams but also three or more light beams. When allowing the detection light L1 and L2 to pass through a part of the projection optical system, only one of the plurality of optical elements constituting the projection optical system PL that is closest to the substrate P may pass. Alternatively, the light may pass through a plurality of optical elements.
なお、本実施形態では、投影光学系PLの先端面7と基板Pの表面Sとの間は液体50で満たされている構成であるが、例えば基板Pの表面Sに平行平面板からなるカバーガラスを取り付けた状態で液体50を満たす構成であってもよい。この場合、送光系8からの検出光L1、L2は、投影光学系PLの一部及び液体50の他に、光透過部材としてのカバーガラスを介して基板Pの表面Sに投射されることになる。
In the present embodiment, the space between the
なお、本実施形態では、投影光学系PLの先端面7と基板Pの表面Sとの間の空間56に液体50が満たされている場合を例にして説明したが、空間56に液体50がなく、例えば空間56は空気等の気体で満たされている場合についても、本発明を適用することはもちろん可能である。この場合、複数の異なる入射角で基板Pの表面Sに投射された検出光に基づき、空間56の気体の屈折率情報を検出することができる。そして、この検出光に基づき、空間56の気体の温度変化を検出することが可能である。また、空間56を含む検出光の光路上には、液体(水)50や空気以外の物質が存在していてもよい。例えば、光を透過可能な光学素子(ガラス、レンズ)や水以外の例えばフッ素系(フッ素系の液体)や過フッ化ポリエーテル(PFPE)オイル等の液体が存在していてもよい。特に、露光光としてF2レーザ光等の真空紫外光を用いる場合には、液体として前記真空紫外光を透過可能なフッ素系オイルを用いることが好適である。そして、この場合においても、基板Pの表面Sに投射した検出光に基づき、光路上に存在する例えば光学素子やフッ素系オイルの温度変化を含む屈折率情報を検出することができる。本発明の原理を用いると、物質の温度変化を屈折率変化を通じて求めることができるので、本発明は、光透過性のある気体、液体などの流体及び固体の温度変化測定方法に使用することができる。特に、通常の温度センサで温度測定が困難な微小なエリア、高温雰囲気、高圧雰囲気、腐食性の高い雰囲気などで本発明の方法は有効となる。
In the present embodiment, the case where the
また、本実施形態では、検出光L1、L2は投影光学系PLを通過が、この投影光学系PLの屈折率も温度変化に伴ってわずかに変化する。この場合も、複数の異なる入射角の検出光のそれぞれに基づく誤差量を求めることで、投影光学系PLの温度変化(屈折率変化)を求めることができる。 In the present embodiment, the detection light beams L1 and L2 pass through the projection optical system PL, but the refractive index of the projection optical system PL also slightly changes with a change in temperature. Also in this case, the temperature change (refractive index change) of the projection optical system PL can be obtained by obtaining the error amount based on each of the plurality of detection light beams having different incident angles.
次に、図6を参照しながら、AF検出装置100の第2実施形態について説明する。ここで、以下の説明において、図2を用いて説明した第1実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略もしくは省略する。
Next, a second embodiment of the
図6に示すAF検出装置100において、送光系8及び受光系9はそれぞれ1つずつ設けられている。そして、本実施形態の特徴部分は、送光系8に波長選択フィルタ24が設けられている点である。送光系8は、光源10と、光源10から射出される光束の光路下流側に設けられた波長選択フィルタ24と、送光スリット11と、非点収差補正用シリンドリカルレンズ12と、リレーレンズ13と、光路折り曲げミラー14と、収差補正用平面板15と、対物レンズ16とを備えている。受光系9は、投影光学系PLを介した反射光が入射される対物レンズ17と、収差補正用平面板18と、所定の周期で振動する振動ミラー19と、リレーレンズ20と、非点収差補正用シリンドリカルレンズ21と、ダイクロイックミラー26と、スリット状の開口部を有する受光スリット22a、22bと、例えばシリコン・フォト・ダイオードからなる受光センサ23a、23bとを備えている。
In the
波長選択フィルタ24は、液体50及び基板Pに投射する検出光の波長を設定することができる。すなわち、送光系8は、波長選択フィルタ24により、波長の異なる複数の検出光を基板Pの表面Sに対して投射することができる。例えば、第1の波長を有する第1の検出光L1と、第1の波長とは異なる第2の波長を有する第2の検出光L2とでは、投影光学系PLから液体50に入射する際の屈折角が異なる。したがって、互いに異なる波長を有する第1、第2の検出光L1、L2のそれぞれの液体50を通過して基板Pに投射される際の入射角は互いに異なる。
The
例えば、液体50を水とし、第1の検出光L1としてC線(波長656.3nm)が投射され、第2の検出光L2としてd線(波長587.6nm)が投射される場合について考える。d線の基板Pの表面Sに対する入射角が80度である場合、d線とC線との基板Pの表面Sに対する入射角の差は0.14度となる。 For example, consider a case where the liquid 50 is water, and a C line (wavelength 656.3 nm) is projected as the first detection light L1 and a d line (wavelength 587.6 nm) is projected as the second detection light L2. When the incident angle of the d-line with respect to the surface S of the substrate P is 80 degrees, the difference between the d-line and the C-line with respect to the surface S of the substrate P is 0.14 degrees.
基板P表面で反射した反射光L1rとL2rとはそれぞれ受光系9に入射する。そして、受光系9内のダイクロイックミラー26を透過した反射光L1rは受光センサ23aに入射し、ダイクロイックミラー26で反射した反射光L2rは受光センサ23bに入射する。受光センサ23a、23bの検出結果はそれぞれ制御装置CONTに出力され、第1実施形態同様に、液体50の屈折率情報を求めることができる。なお、受光系9内にダイクロイックミラー26がなく、受光センサ23が1つしか配置されていない場合には、波長選択フィルタ24により第1の波長の検出光L1と第2の波長の検出光L2とをそれぞれ交互に基板P表面に入射させるようにすればよい。
The reflected lights L1r and L2r reflected on the surface of the substrate P enter the
次に、図7を参照しながらAF検出装置100の第3実施形態について説明する。図7に示すAF検出装置100において、送光系8及び受光系9はそれぞれ1つずつ設けられている。そして、本実施形態の特徴部分は、送光系8に瞳分割板25が設けられている点である。送光系8は、光源10と、送光スリット11と、非点収差補正用シリンドリカルレンズ12と、リレーレンズ13と、光路折り曲げミラー14と、収差補正用平面板15と、対物レンズ16と、対物レンズ16の光路下流側近傍に設けられた瞳分割板25とを備えている。受光系9は、投影光学系PLを介した反射光が入射される対物レンズ17と、収差補正用平面板18と、所定の周期で振動する振動ミラー19と、リレーレンズ20と、非点収差補正用シリンドリカルレンズ21と、スリット状の開口部を有する受光スリット22と、例えばシリコン・フォト・ダイオードからなる受光センサ23とを備えている。
Next, a third embodiment of the
瞳分割板25は所定の開口部25Aを有するものであって、瞳分割板25に照射される光束の一部を開口部25Aを介して通過させる。すなわち、図8(a)、(b)に簡易的に示すように、瞳分割板25を送光系の光軸と垂直方向に移動して光束を瞳分割することで、基板Pの表面Sに対する検出光の入射角を互いに異なる入射角θ1、θ2に設定し、それぞれに対応する反射光L1rとL2rとを受光センサ23で検出することによって、第1実施形態同様に、液体50の屈折率情報を求めることができる。また、図8(a)と図8(b)との状態を交互に繰り返すことによって、ほぼリアルタイムに液体50の屈折率情報を求めることができる。第3実施形態においても、瞳分割板25を配置することで、第2実施形態同様に、1つの送光系8及び受光系9であっても、複数の検出光を異なる入射角で基板Pに投射することができる。なお、瞳分割板を受光系9の基板Pと対物レンズ17との間に設けて、迷光などの外乱を防止するようにしてもよい。
The
なお、上述の実施形態においては、AF検出装置100を用いて光学的に検出された液体50の温度情報(屈折率情報)に基づいて、パターンの像の最適像面と基板Pの表面Sとの関係を調整したり、基板P上に投影されるパターン像の調整を行ったりしているが、その検出された温度情報に基づいて、液体供給装置1から供給される液体の温度を制御するようにしてもよい。これにより投影光学系PLと基板Pとの間の液体50の温度(屈折率)最適化することが可能となる。
In the above-described embodiment, the optimal image plane of the pattern image and the surface S of the substrate P are determined based on the temperature information (refractive index information) of the liquid 50 optically detected by the
また、上述の実施形態においては、被検面として基板Pの表面に検出光を投射するようにしているが、基板Pの表面に限らず、例えば基板ステージPST上に形成されている基準平面やセンサの上面を被検面として検出光を投射するようにしてもよい。 In the above-described embodiment, the detection light is projected on the surface of the substrate P as the surface to be detected. However, the detection light is not limited to the surface of the substrate P. For example, a reference plane or a reference plane formed on the substrate stage PST may be used. The detection light may be projected using the upper surface of the sensor as the surface to be detected.
また、上述の実施形態においては、マスクMのパターンの像が投影される投影領域の中央付近に検出光を投射するようにしているが、投影領域の外側に検出光を投射するようにしてもよい。 In the above embodiment, the detection light is projected near the center of the projection area where the image of the pattern of the mask M is projected. However, the detection light may be projected outside the projection area. Good.
また、上述の実施形態においては、AF検出装置100は、2つの検出光を被検面上に投射しているが、2つに限らず、3つ以上でよいことは言うまでもない。この場合は、複数の屈折率変化情報(温度変化情報)を得ることができるので、これらの平均値などを算出することで、より正確な屈折率変化情報(温度変化情報)を得ることが可能となる。
Further, in the above-described embodiment, the
なお、上述の実施形態の基板Pとしては、半導体デバイス製造用の半導体ウエハのみならず、ディスプレイデバイス用のガラス基板や、薄膜磁気ヘッド用のセラミックウエハ、あるいは露光装置で用いられるマスクまたはレチクルの原版(合成石英、シリコンウエハ)等が適用される。 The substrate P of the above embodiment is not limited to a semiconductor wafer for manufacturing a semiconductor device, but also a glass substrate for a display device, a ceramic wafer for a thin-film magnetic head, or an original mask or reticle used in an exposure apparatus. (Synthetic quartz, silicon wafer) and the like are applied.
露光装置EXとして、マスクMと基板Pとを同期移動してマスクMのパターンを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置(スキャニングステッパ)の他に、マスクMと基板Pとを静止した状態でマスクMのパターンを一括露光し、基板Pを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置(ステッパ)にも適用することができる。また、本発明は基板P上で少なくとも2つのパターンを部分的に重ねて転写するステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置にも適用できる。 As an exposure apparatus EX, a mask M and a substrate P are used in addition to a step-and-scan type scanning exposure apparatus (scanning stepper) that scans and exposes the pattern of the mask M by synchronously moving the mask M and the substrate P. The present invention can also be applied to a step-and-repeat type projection exposure apparatus (stepper) in which the pattern of the mask M is exposed collectively in a stationary state and the substrate P is sequentially moved stepwise. The present invention is also applicable to a step-and-stitch type exposure apparatus that transfers at least two patterns on the substrate P while partially overlapping each other.
また、本発明は、ツインステージ型の露光装置にも適用できる。ツインステージ型の露光装置の構造及び露光動作は、例えば特開平10−163099号及び特開平10−214783号(対応米国特許6,341,007号、6,400,441号、6,549,269号及び6,590,634号)、特表2000−505958号(対応米国特許5,969,441号)あるいは米国特許6,208,407号に開示されている。 The present invention is also applicable to a twin-stage type exposure apparatus. The structure and exposure operation of a twin-stage type exposure apparatus are described in, for example, JP-A-10-163099 and JP-A-10-214783 (corresponding to U.S. Pat. Nos. 6,341,007, 6,400,441, 6,549,269). And 6,590,634), JP-T-2000-505958 (corresponding U.S. Pat. No. 5,969,441) or U.S. Pat. No. 6,208,407.
また、上述の実施形態では、投影光学系PLと基板Pとの間に局所的に液体を満たす露光装置を採用しているが、露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる液浸露光装置や、ステージ上に所定深さの液体槽を形成しその中に基板を保持する液浸露光装置にも本発明を適用可能である。露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる液浸露光装置の構造及び露光動作については、例えば特開平6−124873号公報に、ステージ上に所定深さの液体槽を形成してその中に基板を保持する液浸露光装置については、例えば特開平10−303114号公報や米国特許第5,825,043号にそれぞれ開示されている。 Further, in the above-described embodiment, the exposure apparatus that locally fills the liquid between the projection optical system PL and the substrate P is used, but the stage holding the substrate to be exposed is moved in the liquid tank. The present invention is also applicable to an immersion exposure apparatus or an immersion exposure apparatus in which a liquid tank having a predetermined depth is formed on a stage and a substrate is held therein. Regarding the structure and exposure operation of an immersion exposure apparatus that moves a stage holding a substrate to be exposed in a liquid tank, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-124873 discloses a liquid tank having a predetermined depth formed on a stage. A liquid immersion exposure apparatus for holding a substrate therein is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-303114 and US Pat. No. 5,825,043.
露光装置EXの種類としては、基板Pに半導体素子パターンを露光する半導体素子製造用の露光装置に限られず、液晶表示素子製造用又はディスプレイ製造用の露光装置や、薄膜磁気ヘッド、撮像素子(CCD)あるいはレチクル又はマスクなどを製造するための露光装置などにも広く適用できる。 The type of the exposure apparatus EX is not limited to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor element for exposing a semiconductor element pattern onto the substrate P, but may be an exposure apparatus for manufacturing a liquid crystal display element or a display, a thin film magnetic head, an imaging element (CCD). ) Or an exposure apparatus for manufacturing a reticle or a mask.
基板ステージPSTやマスクステージMSTにリニアモータを用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上型およびローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもよい。また、各ステージPST、MSTは、ガイドに沿って移動するタイプでもよく、ガイドを設けないガイドレスタイプであってもよい。ステージにリニアモータを用いた例は、米国特許5,623,853及び5,528,118に開示されている。 When a linear motor is used for the substrate stage PST or the mask stage MST, any of an air levitation type using an air bearing and a magnetic levitation type using Lorentz force or reactance force may be used. Each of the stages PST and MST may be of a type that moves along a guide, or may be a guideless type that does not have a guide. Examples using a linear motor for the stage are disclosed in U.S. Patents 5,623,853 and 5,528,118.
各ステージPST、MSTの駆動機構としては、二次元に磁石を配置した磁石ユニットと、二次元にコイルを配置した電機子ユニットとを対向させ電磁力により各ステージPST、MSTを駆動する平面モータを用いてもよい。この場合、磁石ユニットと電機子ユニットとのいずれか一方をステージPST、MSTに接続し、磁石ユニットと電機子ユニットとの他方をステージPST、MSTの移動面側に設ければよい。 As a driving mechanism of each stage PST, MST, a planar motor that drives each stage PST, MST by electromagnetic force by facing a magnet unit having a two-dimensionally arranged magnet and an armature unit having a two-dimensionally arranged coil. May be used. In this case, one of the magnet unit and the armature unit may be connected to the stages PST and MST, and the other of the magnet unit and the armature unit may be provided on the moving surface side of the stages PST and MST.
基板ステージPSTの移動により発生する反力は、投影光学系PLに伝わらないように、フレーム部材を用いて機械的に床(大地)に逃がしてもよい。この反力の処理方法は、例えば特開平8−166475号公報(米国特許5,528,118)に詳細に開示されている。 The reaction force generated by the movement of the substrate stage PST may be mechanically released to the floor (ground) using a frame member so as not to be transmitted to the projection optical system PL. The method of processing this reaction force is disclosed in detail, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-166475 (US Pat. No. 5,528,118).
マスクステージMSTの移動により発生する反力は、投影光学系PLに伝わらないように、フレーム部材を用いて機械的に床(大地)に逃がしてもよい。この反力の処理方法は、例えば特開平8−330224号公報(米国特許第5,874,820号)に詳細に開示されている。 The reaction force generated by the movement of the mask stage MST may be mechanically released to the floor (ground) using a frame member so as not to be transmitted to the projection optical system PL. The method of processing this reaction force is disclosed in detail, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-330224 (U.S. Pat. No. 5,874,820).
以上のように、本願実施形態の露光装置EX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。 As described above, the exposure apparatus EX according to the embodiment of the present invention controls various subsystems including the respective components described in the claims of the present application so as to maintain predetermined mechanical accuracy, electrical accuracy, and optical accuracy. Manufactured by assembling. Before and after this assembly, adjustments to achieve optical accuracy for various optical systems, adjustments to achieve mechanical accuracy for various mechanical systems, and various electric systems to ensure these various accuracy Are adjusted to achieve electrical accuracy. The process of assembling the exposure apparatus from the various subsystems includes mechanical connection, wiring connection of an electric circuit, and piping connection of a pneumatic circuit among the various subsystems. It goes without saying that there is an assembling process for each subsystem before the assembling process from these various subsystems to the exposure apparatus. When the process of assembling the various subsystems into the exposure apparatus is completed, comprehensive adjustment is performed, and various precisions of the entire exposure apparatus are secured. It is desirable that the exposure apparatus be manufactured in a clean room in which the temperature, the degree of cleanliness, and the like are controlled.
半導体デバイス等のマイクロデバイスは、図9に示すように、マイクロデバイスの機能・性能設計を行うステップ201、この設計ステップに基づいたマスク(レチクル)を製作するステップ202、デバイスの基材である基板を製造するステップ203、前述した実施形態の露光装置EXによりマスクのパターンを基板に露光する露光処理ステップ204、デバイス組み立てステップ(ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む)205、検査ステップ206等を経て製造される。
As shown in FIG. 9, for a micro device such as a semiconductor device, a
24…波長選択フィルタ、50…液体(水、光透過部材)、
100…AF検出装置(面位置検出装置)、EX…露光装置、L1…第1の検出光、
L2…第2の検出光、M…マスク、P…基板、PL…投影光学系(光透過部材)、
PLC…結像特性調整装置、S…基板の表面(被検面)、θ1…第1の入射角、
θ2…第2の入射角
24: wavelength selection filter, 50: liquid (water, light transmitting member),
100: AF detection device (surface position detection device), EX: exposure device, L1: first detection light,
L2: second detection light, M: mask, P: substrate, PL: projection optical system (light transmitting member),
PLC: imaging characteristic adjusting device, S: surface of substrate (surface to be inspected), θ 1 : first incident angle,
θ 2 : second incident angle
Claims (25)
検出光として、複数の光を異なる入射角で被検面に投射する送光系と;
被検面からの反射光を受光する受光系と;を備える面位置検出装置。 A surface position detection device that detects the surface position of the test surface based on information obtained by projecting the detection light onto the test surface and receiving reflected light from the test surface,
A light transmission system for projecting a plurality of lights as detection light at different angles of incidence onto a surface to be measured;
A light receiving system for receiving light reflected from the surface to be inspected.
検出光として、波長の異なる複数の光を被検面に投射する送光系と;
被検面からの反射光を受光する受光系と;を備える面位置検出装置。 A surface position detection device for projecting detection light onto a surface to be detected and detecting a surface position of the surface to be detected based on information obtained by receiving reflected light from the surface to be detected, comprising:
A light transmission system for projecting a plurality of lights having different wavelengths onto a surface to be detected as detection light;
A light receiving system for receiving light reflected from the surface to be inspected.
基板表面に複数の検出光を異なる入射角で投射するとともに、基板表面からの反射光を受光することによって、検出光及び反射光の光路の屈折率情報を検出することと;
マスクのパターンの像を投影光学系により基板上に投影すること;を含む露光方法。 An exposure method for projecting an image of a pattern of a mask onto a substrate by a projection optical system to expose the substrate, comprising:
Projecting a plurality of detection lights on the substrate surface at different incident angles and receiving reflected light from the substrate surface to detect refractive index information of the detection light and the optical path of the reflected light;
Projecting an image of a pattern of a mask onto a substrate by a projection optical system.
基板表面に波長の異なる複数の検出光を投射するとともに、基板表面からの反射光を受光することによって、検出光及び反射光の光路の屈折率情報を検出することと;
マスクのパターンの像を投影光学系を介して基板上に投影することと;を含む露光方法。 An exposure method for projecting an image of a pattern of a mask onto a substrate by a projection optical system to expose the substrate, comprising:
Projecting a plurality of detection lights having different wavelengths on the substrate surface and receiving the reflected light from the substrate surface, thereby detecting the refractive index information of the detection light and the optical path of the reflected light;
Projecting an image of a pattern of a mask onto a substrate via a projection optical system.
投影光学系と基板との間の少なくとも一部を液体で満たすことと;
投影光学系と基板との間の液体の温度情報を光学的に検出することと;
投影光学系により液体を介してパターンの像を基板上に投影すること;とを含む露光方法。 An exposure method for projecting an image of a pattern onto a substrate through a liquid by a projection optical system and subjecting the substrate to immersion exposure, comprising:
Filling at least a portion between the projection optics and the substrate with a liquid;
Optically detecting temperature information of the liquid between the projection optics and the substrate;
Projecting an image of the pattern onto the substrate through a liquid by a projection optical system.
A device manufacturing method using the exposure method according to any one of claims 7 to 24.
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