CN1309017C - 曝光方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种曝光方法，不用太多地降低效率即可在曝光过程中高精度地检测作为曝光对象的基板表面相对投影光学系像面的散焦量，以自动聚焦方式对焦。使用包含照明狭缝部(54a)-光学构件(63a)的第1斜入射方式的AF传感器和包含照明狭缝部(54b)-光学构件(63b)的第2斜入射方式的AF传感器，由这些AF传感器将狭缝像(F1f、F2f)照射到相同的检测点，分别进行聚焦位置的测量。将2个测量值的差分的1/2作为测量值的漂移，对这些AF传感器的测量值修正该漂移。之后，利用该第1或第2AF传感器按自动聚焦方式对焦。

Description

曝光方法和装置
技术领域
本发明涉及一种曝光方法和装置，该曝光方法用于在制造例如半导体元件、摄像元件(CCD等)、液晶显示元件、或薄膜磁头等微型器件的版印工序中将掩模图复制到基板上，本发明特别适合用于具有按自动聚焦方式使基板表面相对投影光学系统像面对焦的机构的曝光装置。更为详细地说，涉及具有规定的构件温度控制机构的曝光装置。
背景技术
近年来，随着半导体器件的高集成化，在一步型投影曝光装置(ステツパ一)等投影曝光装置中，要求由作为基板的涂有保护层的晶片(或玻璃片等)上的各照射区域以高析像度投影。出于该原因，需要增大投影光学系统的开口数，使曝光波长短波长化，由此存在投影光学系统的焦深变小的倾向。因此，需要提高投影曝光装置具有的自动聚焦机构的对焦精度，以相对投影光学系统的像面(作为光掩模的光模板的图案的最佳聚焦位置)在这样变小的焦深范围内正确地使晶片表面对焦并进行曝光。
另外，该自动聚焦机构由检测晶片表面的聚焦位置(投影光学系统的光轴方向上的位置)的自动聚焦传感器(以下称“AF传感器”)和根据该AF传感器的测量结果控制晶片或光模板高度的台系构成。作为现有的AF传感器，主要象例如日本特开平6-283403号公报公开的那样，使用斜入射方式的AF传感器，不通过投影光学系统，倾斜地将狭缝像等投影在被检测面，接受来自该被检测面的反射光。该斜入射方式的AF传感器具有在曝光中也可测量被检测面的聚焦位置的变化量的优点，但由于未通过投影光学系统，所以，在例如曝光用照明光(曝光用光)的照射热使投影光学系统的像面的位置变动那样的场合，难以直接测量该被检测面的散焦量的变化。
因此，为了测量实际上被检测面相对投影光学系统像面的散焦量，提出有TTR(通过光模板)方式的AF传感器，该TTR方式的AF传感器例如象日本特开平9-283421号公报公开的那样，通过投影光学系统将光模板上的标记的像投影在晶片台上，根据该像的反差测量像面位置。该TTR方式的AF传感器具有可直接测量投影光学系统的像面的优点，但为了进行该测量需要中断对晶片的曝光动作，当过于频繁地使用时，曝光工序的效率下降。因此，作为现有技术的一个例子，同时使用TTR方式的AF传感器和斜入射方式的AF传感器，在通常的曝光过程中使用斜入射方式的AF传感器进行对焦，当例如进行批量处理时，以半天1次或1天1次那样的频度使用TTR方式的AF传感器测量实际的像面位置，根据该测量结果对该斜入射方式的AF传感器的测量值进行标定。
在上述那样的现有曝光方法中，通过例如按规定的时间间隔进行斜入射方式的AF传感器的标定，从而不太多地降低效率即可将对焦精度维持在规定的容许范围内。可是，斜入射方式的AF传感器在投影光学系统侧面配置在晶片的近旁，所以，如曝光用光的照射热使晶片的温度逐渐上升，则构成该斜入射方式的AF传感器的各构件的温度也上升，存在聚焦位置的测量值逐渐漂移的可能。另外，构成该AF传感器的规定光学构件的不规则的微小位置偏移等也可能使该测量值不规则地漂移。这样的漂移值虽然很小，但对应于今后半导体器件的进一步高集成化，在例如曝光波长更加短波长化、焦深变小的场合，可能由斜入射方式的AF传感器的测量值的漂移使晶片表面相对像面从焦深范围脱开。
为了减小这样的AF传感器的测量值漂移，可利用上述TTR方式的AF传感器高频度地(例如每次更换晶片时)进行标定，但当以这样高的频度中断曝光使用TTR方式的AF传感器时，存在效率大幅度下降的问题。
另外，为了按规定倍率以高逼真度将作为光掩模的光模板的图案复制到作为基板的涂有保护层的晶片(或玻璃板等)上，在现有技术中，曝光装置的主要部收容在箱状的腔室内，在该腔室内高度地进行除尘，同时供给温度大体控制为一定的空气。
近年来，为了满足半导体元件等进一步微细化的需要，要求曝光装置对光模板和晶片以及各种光学系等进行更高精度的温度控制。另外，为了提高曝光装置的析像度，曝光用的照明光(曝光用光)主要从碘钨灯的i线(波长365nm)短波长化到KrF准分子(エキシマ)激光(波长248nm)，然后进一步短波化到ArF准分子激光(波长193nm)，并考虑在今后使用F2激光(波长157nm)等。这样使曝光波长短波长化，则在通常的空气中相对曝光用照明光(曝光用光)的透射系数下降，所以，最近的曝光装置设置有气体供给机构，用于对曝光用光的光路的一部分中供给对曝光用光具有较好的透射系数的气体。
图24示出具有这样的气体供给机构的曝光装置，在该图24中，从内装准分子光源的曝光光源250射出的曝光用光经过具有中继光学系的送光部251和光轴修正部252入射到曝光本体部。入射到曝光本体部的曝光用光经过照明系253对光模板259进行照明，通过该投影光学系统264的投影像投影在晶片262上。另外，晶片262保持在晶片台261上，晶片台261可自由移动地载置于晶片基台260上，在埋入到晶片基台260上的支柱257的支承构件263支承投影光学系统264，在固定于支柱257上的光模板基台258上通过未图示的光模板台载置光模板259，在光模板基台258上通过支柱256固定保持照明系253的支承构件255。
为了将曝光装置的全体温度控制在目标温度附近，由腔室内的全体空调用送风部266，向包含投影光学系统264的上部和光模板259的由虚线围住的部分269供给控制为规定温度的空气。此时，由于KrF准分子激光(波长248nm)那样的远紫外线与空气中一定的灰尘产生化学反应，生成透镜的起雾物质，并易由臭氧吸收，所以，在该光路中最好将通过化学过滤器的干燥空气或除去了臭氧的空气等充满照度高的部分。另外，由于ArF准分子激光(波长193nm)那样的真空紫外区域或与其接近的波长的光的氧吸收率高，所以，需要在其光路的主要部供给减小了氧含有量的氮气等。因此，在图24的曝光装置中，例如当使用ArF准分子激光时，从气体供给机构267用氮气充满从送光部251到照明系253的由虚线围住的部分268内的光路。
在包含投影光学系统264下部和晶片台261的由虚线围住的部分254中，特别需要由激光干涉仪进行高精度的位置测量，为了减小检测光束的光路摇动，从部分空调机构的送风部265供给控制为规定温度的空气。
在上述那样的现有技术中，从作业安全性和尽可能离开曝光本体部配置振动源和热源的观点出发，包含准分子激光光源的曝光光源250通常在设置曝光本体部(在图24中为晶片基台260上面的除去照明系253的构件)的腔室外部独立于该曝光本体部地加以支承。在这样相互独立地支承曝光本体部和曝光光源250的场合，需要由曝光光源250的振动等修正曝光用光的光轴的偏移。因此，图24的现有技术在包含进行曝光用光的减光的减光部等的照明系253的前面分离光学系，由光轴修正部252修正送光部268和照明系253之间的光轴偏移。
然而，这样在照明系253的前面分离光学系时，氮气等气体易于从该照明系253与光轴修正部252之间的边界部漏出，气体供给机构267的气体供给量变多，存在曝光装置的运行成本上升的问题。另外，由于该气体易于泄漏，所以，在其边界部及其近旁，外部空气等可能混入照明系253等的内部，导致曝光用光的透射系数下降。
另外，从全体空调用送风部266送出到围住光模板259的部分269的空气由照明系支承构件255、光模板基台258、投影光学系统的支承构件263、及连接它们的支柱256、257隔开，所以，在光模板259的周围和投影光学系统264的上部存在不能充分进行空气调节的可能。特别是不能在光模板259周围进行充分的空气调节时，光模板的温度上升，光模板膨胀，所以，存在产生复制到晶片上的图案的倍率误差的问题。
另外，在投影光学系统264的下部，实际上设置有校正传感器和自动聚焦传感器(以下称“AF传感器”)等产生少量发热的复杂形状的构件，并在晶片台261也设置有驱动马达和倾转机构等发热构件。另外，晶片台261的2维位置由未图示的激光干涉仪时常进行高精度的测量。为此，如现有技术那样仅从一个送风部265(送风口)供给进行了调温的空气时，投影光学系统264下部和晶片262上部产生的温度不均匀使空气流动，从而使校正传感器和AF传感器的测量值产生误差，另外，由激光干涉仪测量的晶片台261的位置也可能产生误差。另外，该空气流动使晶片的温度控制精度下降，晶片的伸缩可能引起复制像的倍率误差。
为了减小这样的温度不均，例如提出有设置了部分空调机构的曝光装置，该部分空调机构用于对校正传感器和AF传感器，部分进行空气调节。在该场合，存在由多个部分空调机构相互的温度差进一步产生误差的可能。
另外，最近的投影光学系统为了提高析像度，开口数变大，工作距离变短，所以，存在高精度地控制晶片上的曝光区域近旁的温度越来越难的问题。
本发明就是鉴于这一点而作出的，其第1目的在于提供一种曝光方法，该曝光方法不用降低太多效率，即可在曝光过程中以高精度检测出曝光对象的基板表面相对投影光学系统像面的散焦量。
本发明的第2目的在于提供一种曝光方法，该曝光方法不用降低太多效率，即可高精度地相对投影光学系统像面使作为曝光对象的基板表面对焦，在该基板上将掩模图的像曝光。
本发明的第3目的在于提供一种曝光方法，该曝光方法在不通过投影光学系统而是使用检测被检测面的聚焦位置的斜入射方式的聚焦位置检测系(AF传感器)以自动聚焦方式一边对焦一边进行曝光的场合，不用太多降低效率，即可进行该聚焦位置检测系自身的测量值漂移量的修正。
另外，本发明的第4目的在于提供一种曝光方法，该曝光方法可在途中分离从曝光光源到曝光本体部的光学系，并在整体上提高该光学系中的曝光光束(曝光用光)的光路的气密性。
另外，本发明的第5目的在于提供一种曝光方法，该曝光方法可提高从曝光光源到曝光本体部的光学系内的曝光光束光路的气密性，并可正确地进行掩模的温度控制。
另外，本发明的第6目的在于提供一种曝光方法，该曝光方法在利用干涉仪进行基板台的位置测量的场合，可高精度地对干涉仪的检测光束光路和作为曝光对象的基板双方进行温度控制。
另外，本发明的第7目的在于提供一种曝光方法，该曝光方法在使用工作距离短的投影光学系统的场合，也可高精度地控制作为曝光对象的基板的温度。
另外，本发明的目的还在于提供一种可实施这样的曝光方法的曝光装置、这样的曝光装置的制造方法、及可使用这样的曝光方法以高精度地制造器件的器件制造方法。
发明的公开
本发明的第1曝光方法通过投影光学系统(11)将掩模(12)的图案的像投影到基板台(2)上的基板(7)上；其中，使用第1自动聚焦位置检测系(117a、118a)和第2自动聚焦位置检测系(117b、118b)，该第1自动聚焦位置检测系(117a、118a)通过在该投影光学系统的物体面侧或像面侧的被检测面上的第1组多个检测点(F1a-F1k)分别相对该投影光学系统的光轴倾斜地照射检测用光束，从而分别检测出该多个检测点在该光轴方向上的位置即聚焦位置，该第2自动聚焦位置检测系(117b、118b)通过在该被检测面上的第2组多个检测点(F2a-F2k)分别相对该光轴倾斜地照射检测用光束，从而分别检测出该多个检测点的聚焦位置，该第1组多个检测点和该第2组多个检测点实质上相互共有至少一部分检测点(F1d、F1f、F1i)，利用该第1和第2聚焦位置检测系分别在该共有的检测点检测聚焦位置，根据该检测结果对该第1和第2聚焦位置检测系的检测结果进行标定，利用该第1和第2聚焦位置检测系中至少一方的检测结果进行该基板表面相对该投影光学系统像面的对焦。
按照本发明，由该斜入射方式的第1或第2聚焦位置检测系，在对该基板进行曝光的过程中也可继续测量该基板(7)的聚焦位置或该光掩模(12)的聚焦位置变动量，根据该测量值可按例如自动聚焦方式(也可包含自动调平方式)将该基板表面对焦到该投影光学系统的像面。另外，通过将该第1和第2聚焦位置检测系的大部分安装到实质上不同的支承台，可能使这些聚焦位置检测系自身的测量值漂移等检测误差相互独立地发生。
因此，更换例如基扳(晶片等)时，将具有规定基准平面的构件移动到该投影光学系统的曝光区域，在该共有的检测点测量聚焦位置，比较这些测量结果，从而基本上不降低效率即可求出该第1和第2聚焦位置检测系自身的测量误差，可利用该测量误差进行这些聚焦位置检测系的检测结果的标定。之后，可高精度地检测该基板表面的散焦量。另外，即使为同一支承台，光学构件的保持也不同，所以，对于该部分的变动也具有相同的效果。
此时，该第1和第2聚焦位置检测系最好在该共有的检测点近旁照射朝相互不同的方向振动的检测用光束，检测出该检测用光束形成的反射光。通过这样朝相互不同的方向使检测用光束振动，例如对来自被检测面的反射光的光电变换信号进行同步整流，将该第1和第2聚焦位置检测系检测出的散焦量设为Δfd1和Δfd2，则(Δfd1+Δfd2)/2大体与该被检测面的实际聚焦位置的变化量(散焦量)对应，(Δfd1-Δfd2)/2大体与该第1和第2聚焦位置检测系自身的检测误差(或该绝对值)对应。即，可正确分离该被检测面的散焦量和这些聚焦位置检测系自身的检测误差(例如伴随光学系的热变形等的漂移等)。
在该场合，最好还利用第3聚焦位置检测系(8-9、17)，该第3聚焦位置检测系(8-9、17)由该投影光学系统(11)检测该掩模(12)的第1标记(100)和该基板台(2、3)上的第2标记中的至少一方，从而检测出该掩模和该基板的对焦状态，当利用该第1和第2聚焦位置检测系分别在该共有的检测点检测聚焦位置时，在该检测结果的差分为规定状态的时刻(例如变得比规定值大时)，由该第3聚焦位置检测系检测出该掩模和该基板的对焦状态，根据该检测结果对该第1和第2聚焦位置检测系的检测结果进行标定。
该第3聚焦位置检测系可按TTR(通过光模板)方式直接以高精度检测出该投影光学系统的对焦状态，例如该基板的表面相对该投影光学系统像面的散焦量，但频繁使用它时效率会下降。然而，在本发明中，由于是在例如该第1和第2聚焦位置检测系的检测结果的差分变大时利用该第3聚焦位置检测系，所以效率基本上不下降。
本发明的第1曝光装置具有投影光学系统(11)和基板台(2)，该投影光学系统(11)将掩模(12)图案的像投影到基板(7)上，该基板台(2)在实质上垂直于该投影光学系统光轴的平面内对该基板进行定位；其中，设置有对焦用台(3)、第1自动聚焦位置检测系(117a、118a)、及第2自动聚焦位置检测系(117b、118b)，该对焦用台(3)朝该投影光学系统的光轴方向驱动该掩模和该基板中的至少一方，该第1自动聚焦位置检测系(117a、118a)通过在该投影光学系统的物体面侧或像面侧的被检测面上的第1组多个检测点(F1a-F1k)分别相对该投影光学系统的光轴倾斜地照射检测用光束，从而分别检测出该多个检测点在该光轴方向上的位置即聚焦位置，该第2自动聚焦位置检测系(117b、118b)通过在该被检测面上的与该第1组多个检测点实质上至少共有一部分的第2组多个检测点(F2a-F2k)分别相对该光轴倾斜地照射检测用光束，从而分别检测出该多个检测点的聚焦位置，根据该第1和第2聚焦位置检测系中至少一方的检测结果驱动该对焦用台，进行该基板的表面对该投影光学系统像面的对焦。按照本发明，可使用本发明的第1曝光方法。
在该场合，最好还设置第3聚焦位置检测系(8-10、17)和控制系(110)，该第3聚焦位置检测系(8-10、17)还通过该投影光学系统检测该掩模上的第1标记和该基板台上的第2标记中的至少一方，检测该掩模和该基板的对焦状态，该控制系(110)根据该第3聚焦位置检测系的检测结果对该第1和第2聚焦位置检测系的检测结果进行标定。
另外，该第1和第2聚焦位置检测系最好具有送光系、受光系、及检测系，该送光系分别在该共有的检测点近旁照射朝相互不同的方向振动的检测用光束，该受光系接收该检测用光束的反射光，该检测系与该检测用光束的振动同步地对来自该受光系的检测信号同步检波。该2个聚焦位置检测系最好固定在相互独立的支承台上进行制造，以同时防止测量值的漂移。
然而，在从构造的角度考虑不能容易地固定于独立的支承台的场合，将其固定在共用的支承台，同时，作为一个例子，在该第1和第2聚焦位置检测系的送光系(117a、117b)中共同使用振动反射镜(57)，设置1组反射光学系(61a、61b)，并还在这些受光系中设置1组反转光学系(66a、66b)，通过这样制造，可使产生的2个测量值漂移的符号相反，从而可正确地分离该漂移。
本发明的第2曝光方法使用产生曝光光束的曝光光源(250)和保持掩模(208)和基板(218)的曝光本体部(300)，通过该曝光光束将该掩模的图案复制在该基板上；其中，将用于传送该曝光光源的曝光光束的第1照明系(203)独立于该曝光本体部(300)地支承，在该曝光本体部(300)固定用于将该第1照明系的曝光光束引导至该曝光本体部的第2照明系(204)，该第1照明系和该第2照明系内的该曝光光束的光路分别被实质性地密闭。
按照本发明，由于设于从曝光光源到曝光本体部的光学系的第1照明系和第2照明系分别实质性受到密闭，所以，在例如将透射性的气体供给到这些照明系内的曝光束的光路补充与泄漏量相当的量的场合，从这些照明系的边界部(接头部)泄漏的气体量极少，补充供给效率变高。即，可实质上提高该光学系内的曝光光束的光路的气密性，使该气体的使用量减少，从而可降低曝光时的运行成本。
作为该透射性气体的一例，当该曝光光束为波长200nm以上的光(KrF准分子激光等)时，采用干燥空气。当该曝光光束为波长200nm以下的光(ArF准分子激光和F2激光(波长157nm)等)时，可使用氮气和氦气等稀有气体(狭义上的惰性气体)。
在该场合，最好使该第2照明系的入射面与掩模图形成面共轭，在该入射面配置视野光阑。这样，即使例如由该曝光本体部的振动使该第1照明系和该第2照明系的光轴出现少量的错位，掩模上的照明区域的位置及其中的照度分布也实质上没有变化，所以，可在基板上以高精度复制掩模图的整体像。
在该场合，最好向这样密闭的2个光路上相互独立地供给对于该曝光光束具有透射性的气体，在该掩模周围实质上平行于该掩模图形成面地供给温度受到了控制的气体。这样，该掩模的温度控制精度得到提高。因此，即使继续向该掩模照射曝光光束，该掩模温度也不上升，不会产生倍率误差。
本发明的第2曝光装置具有产生曝光光束的曝光光源(250)和保持掩模(208)与基板(218)的曝光本体部(300)，通过该曝光光束将该掩模图复制到该基板上；其中，设置有第1照明系(203)和第2照明系(204)，该第1照明系(203)独立于该曝光本体部地受到支承并传送来自该曝光光源的曝光光束，该第2照明系(204)固定于该曝光本体部并将从该第1照明系射出的曝光光束引导至该曝光本体部。按照该曝光装置，可实施本发明的第2曝光方法。
在该场合，最好从该第1照明系射出的曝光光束相对该第2照射系的入射面与该掩模图形成面共轭，在该入射面配置视野光阑(243)。另外，在该曝光装置为扫描曝光型的场合，最好在该第1照明系的射出面配置可动视野光阑(242)，以防止该基板上的各照射区域的扫描曝光开始时和结束时对不需要的部分曝光。即使驱动该可动视野光阑，此时发生的振动也不传递到该曝光本体部，可将重合精度维持为高精度。
本发明的第3曝光装置具有投影光学系统(209)和基扳台(224)，该投影光学系统(209)用于将掩模(208)的图案像投影到基板(218)上，该基板台(224)用于保持该基板并沿相互交叉的第1方向和第2方向分别对该基板定位；其中，设置有第1干涉仪、第2干涉仪、及温度控制装置(215、216)，该第1干涉仪和第2干涉仪用于分别检测该基板台的第1方向和第2方向的位置，该温度控制装置(215、216)具有用于分别向第1干涉仪检测光束的光路、该第2干涉仪检测光束的光路、及该基板上供给进行了温度控制的气体的第1、第2、第3送风口(287x、287y、287a)。
按照该第3曝光装置，由于设有检测光束用和基板用送风口，所以，即使配置自动聚焦传感器和校正传感器等构件，进行了温度控制的气体也基本上不被这些构件隔开，检测光束的光路和基板的曝光区域都被以高精度进行温度控制。
在该场合，最好该第1干涉仪和第2干涉仪分别安装于该投影光学系统，具有照射参照光束的参照镜(223X、223Y)，该温度控制装置的该第3送风口(287a)形成在用于将进行了温度控制的气体供给到该参照光束的罩构件(287b)的延长端部。这样，可有效地冷却该基板。
本发明的第4曝光装置通过投影光学系统(209)将掩模(208)的图案像复制到基板(218)；其中，设置有圆筒状的保持构件(228)和温度控制装置(232A、232B)，该保持构件(228)罩住该投影光学系统的侧面，该温度控制装置(232A、232B)从设于该保持构件一部分的开口(228b)通过该投影光学系统的侧面与该保持构件之间向该基板上供给进行了温度控制的气体。
按照该第4曝光装置，从该投影光学系统的侧面与该保持构件之间有效地向该基板上供给进行了温度控制的气体。因此，即使在该投影光学系统的工作距离短的场合，即使还在该投影光学系统的近旁配置校正传感器等，也可对该基板的温度进行高精度的控制。
在该场合，最好在该保持构件的内侧供给用于冷却该投影光学系统的冷媒。这样，可以更高的精度控制该投影光学系统的温度。
本发明的第1曝光装置的制造方法，按规定的位置关系组装投影光学系统、基板台、对焦用台、第1自动聚焦位置检测系、及第2自动聚焦位置检测系，该投影光学系统将掩模图的像投影到基板上，该基板台在实质上垂直于该投影光学系统光轴的平面内对该基板进行定位，该对焦用台朝该投影光学系统的光轴方向驱动该掩模和该基板中的至少一方，该第1自动聚焦位置检测系通过在该投影光学系统的物体面侧或像面侧的被检测面上的第1组多个检测点分别相对该投影光学系统的光轴倾斜地照射检测用光束，从而分别检测出该多个检测点在该光轴方向上的位置即聚焦位置，该第2自动聚焦位置检测系通过在该被检测面上的与该第1组多个检测点实质上至少共有一部分的第2组多个检测点分别相对该光轴倾斜地照射检测用光束，从而分别检测出该多个检测点的聚焦位置。
本发明的第2曝光装置的制造方法按规定位置关系组装曝光光源、曝光本体部、第1照明系、及第2照明系，该曝光光源用于产生曝光光束，该曝光本体部保持掩模与基板，该第1照明系独立于该曝光本体部地受到支承并传送来自该曝光光源的曝光光束，该第2照明系固定于该曝光本体部并将从该第1照明系射出的曝光光束引导至该曝光本体部。
本发明的第3曝光装置的制造方法按规定位置关系组装投影光学系统、基板台、第1干涉仪、第2干涉仪、及温度控制装置，该投影光学系统用于将掩模图的像投影到基板，该基板台用于保持该基板并沿相互交叉的第1方向和第2方向分别对该基板定位，该第1干涉仪和第2干涉仪用于分别检测该基扳台的第1方向和第2方向的位置，该温度控制装置具有用于分别向第1干涉仪检测光束的光路、该第2干涉仪检测光束的光路、及该基板上供给进行了温度控制的气体的第1、第2、第3送风口。
本发明的第4曝光装置的制造方法为通过投影光学系统将掩模图的像复制到基板的曝光装置的制造方法；其中，按规定位置关系组装圆筒状的保持构件和温度控制装置，该保持构件罩住该投影光学系统的侧面，该温度控制装置从设于该保持构件一部分的开口通过该投影光学系统的侧面与该保持构件之间向该基板上供给进行了温度控制的气体。
本发明的第1器件制造方法包含利用本发明的第1或第2曝光方法在该基板上复制该掩模图的工序。按照本发明，可以高精度制造器件。
本发明的第3曝光方法在掩模上照射曝光光束，并通过投影光学系统用上述曝光光束对基板曝光；其中，通过在该投影光学系统的物体面侧和像面侧中至少一方的被检测面上对多个检测点分别照射第1光束，并在该被检测面上对与该多个检测点中的至少1个实质上设定于同一位置的检测点照射第2光束，由该第1光束和该第2光束分别检测在该至少1个检测点的关于沿该投影光学系统光轴规定方向的该基板的位置信息。
按照本发明，由该第1光束和该第2光束分别检测该至少1个检测点处的关于该规定方向的该基板的位置信息，比较这些检测结果，基本上不降低效率，即可求出该基板的位置信息误差，相对投影光学系统的像面以高精度使该基板的表面进行对焦，将掩模图的像曝光到该基板上。
本发明的第5曝光装置在掩模上照射曝光光束，并通过投影光学系统用上述曝光光束对基板曝光；其中，通过在该投影光学系统的物体面侧和像面侧中的至少一方的被检测面上对多个检测点分别照射第1光束，并在该被检测面上对与该多个检测点中的至少1个实质上设定于同一位置的检测点照射第2光束，由该第1光束和该第2光束分别检测在该至少1个检测点的关于沿该投影光学系统光轴规定方向的该基板的位置信息。
该位置检测系最好分别相对该投影光学系统的光轴和该被检测面倾斜地从相互不同的方向照射该第1和第2光束。
该位置检测系最好将至少1个检测点的一部分或全部在该被检测面上设定于该照明光照射的规定区域内。
该位置检测系最好还具有调整装置，该调整装置分别将该第2光束照射到包含该至少1个检测点的多个检测点，根据由该第1和第2光束中的至少一方的照射检测出的该基板的位置信息相对移动该投影光学系统的像面和该基板。
本发明的第2器件制造方法包含利用本发明第5曝光装置将掩模图复制到基板上的工序。按照本发明，可以高精度制造器件。
附图的简单说明
图1为示出在本发明实施形式的一例中使用的投影曝光装置的示意构成图。图2为示出图1中的第1斜入射方式的AF传感器的构成图。图3为示出图1中的第2斜入射方式的AF传感器的构成图。图4为示出从第1和第2斜入射方式的AF传感器投影到被检测面上的多个狭缝像的配置的图。图5为示出第1和第2斜入射方式的AF传感器的全体概略构成的示意图。图6为示出从第1和第2斜入射方式的AF传感器向同一检测点上投影的2个狭缝像的振动状态的图。图7为示出从第1和第2斜入射方式的AF传感器投影到同一检测点上的2个狭缝像由光学系的变形等朝相反方向移动的状态的图。图8为示出从第1和第2斜入射方式的AF传感器投影到同一检测点上的2个狭缝像由被检测面的聚焦位置的变化朝同一方向移动的状态的图。图9为用于说明配置于第1和第2斜入射方式的AF传感器内的第1和第2反转光学系的图。图10为示出反转光学系的组合的另一例的图。图11为示出反转光学系的组合的再另一例的图。图12为示出1面反射构件、2面反射构件、及3面反射构件的例的图。图13为示出在该实施形式下进行间隔基线确认时进行斜入射方式AF传感器标定的场合的动作一例的流程图。图14为示出进行间隔基线确认时进行斜入射方式AF传感器标定的场合的聚焦位置测量误差随时间变化的一例及其比较例的图。图15(a)为示出图1中的受光发光系9的构成的局部剖切放大图，图15(b)为示出图15(a)的基准标记构件8的平面图。图16为利用TTR方式的AF传感器决定投影光学系统的像面(最佳聚焦位置)的场合的说明图。图17(a)为示出图2的受光传感器68a的图，图17(b)为示出图3的受光传感器68b的图。图18为示出该实施形式的对焦动作的另一例的图。图19为示出本发明实施形式的一例的投影曝光装置的构成图。图20(a)为示出图19的投影曝光装置的曝光光源到曝光本体部的光学系的局部剖切构成图，图20(b)为图20(a)的第1照明系组件203和第2照明系组件204的位置偏差的影响的说明图。图21(a)为示出晶片台侧的激光干涉仪和传感器的平面图，图20(b)为示出从图21(a)中除去了送光系212a的状态的正面图。图22(a)为示出晶片台侧的部分空调机构的平面图，图22(b)为沿图22(a)的BB线剖开一部分构件的图。图23为示出本发明实施形式的另一例的投影光学系统和晶片的局部剖切正面图。图24为示出现有技术的具有空调机构的投影曝光装置的构成图。
实施发明的最佳形式
下面参照附图说明本发明的优选第1实施形式。
图1示出本例的投影曝光装置的大体构成，在该图1中，KrF准分子激光(波长248nm)、Arr准分子激光(波长193nm)、或F2激光(波长157nm)等激光源35照射的曝光用照明光通过由2片透镜34、33构成的光束扩展系统，整形成规定断面形状的光束后，由反射镜32偏向，到达遮光板29。作为曝光光源，除了激光光源35之外，也可使用水银灯等辉线光源。遮光板29具有倾斜设置在照明光的光路的反射面，全面控制装置整体动作的控制装置110由遮光板控制装置31和马达30开闭遮光板29，从而可使照明光依原样通过或进行反射。
当遮光板29打开时，通过遮光板29侧面的照明光经过透镜28入射到第1蝇眼透镜(フライアイレンズ)27。形成于第1蝇眼透镜27的射出面近旁的多个光源象的照明光经过光斑除去用振动反射镜26和透镜25入射到第2蝇眼透镜22。在第2蝇眼透镜22的射出面近旁，将由可自由回转的回转板构成的开口光阑板19配置在曝光对象即光模板12的图案面的光学付里叶变换面(瞳面)，在开口光阑板19配置通常的照明用圆形开口、环状照明用的环状开口、及由多个偏心小开口构成的变形照明用开口光阑(例如可参照日本特开平4-225357号公报)等各种照明系开口光阑(σ光阑)，控制装置110通过照明条件切换部21由马达20使开口光阑板19回转，从而可将与所期望的照明条件对应的照明系开口光阑配置在照明光的光路中。这样，可相应于应复制到晶片7上的光模板12的图案，改变照明光学系内的付里叶变换面(瞳面)上的照明光的强度分布(光量分布)，即由第2蝇眼透镜22形成的多个光源像构成的面光源(2级光源)的大小和形状。遮光板29为回转式，但例如也可为滑动式。另外，光学积分器(均化器)采用了由第1和第2蝇眼透镜27、22构成的双蝇眼透镜，但也可使用单个或3个以上的蝇眼透镜。作为蝇眼透镜的替代部件，也可使用杆(ロツド)式透镜(内面反射型积分器)或使照明光衍射在规定面上重叠衍射光的DOE(衍射光学元件)，或由蝇眼透镜、内面反射型积分器、及DOE中至少2个组合而成。
从第2蝇眼透镜22射出并通过该照明系开口光阑的照明光透过具有1％以下的小反射率的分光器18，经过具有中继透镜、光模板遮蔽器(可变视野光阑)、及聚光透镜等的照明光学系49，照射到光模板12的图案面(下面)的规定形状的照明区域。曝光时，光模板12在照明区域内的图案的像通过投影光学系统11按投影倍率β(β例如为1/4、1/5等)投影到作为基板的涂了保护层的硅晶片等晶片7的表面。图1示出基准标记构件8(详细内容在后面说明)移动到投影光学系统11的曝光区域的状态。在下面的说明中，使Z轴与投影光学系统11的光轴AX平行，在与Z轴垂直的平面内使X轴与图1的纸面平行，使Y轴与图1的纸面垂直。
光模板12载置在可沿X方向、Y方向、及绕Z轴回转的方向自由移动的光模板台50上，光模板台50的2维位置和回转量(偏转量、仰俯量、及侧滚量)由未图示的激光干涉仪(光模板干涉仪)测量，控制装置110根据该光模板干涉仪的测量值通过未图示的驱动部控制光模板台50的位置和移动速度(根据需要进行)。在光模板12的图案面，除了曝光用回路图案外，还形成光模板校正用校正标计43A、43B和聚焦位置检测用标计100。标记100由多个L/S(线和平面区域)图案构成，校正标记43A、43B和标记100配置在处于投影光学系统11的物体面侧的视野内的位置。
另一方面，晶片7吸附保持在晶片架6上，晶片架6固定在可朝投影光学系统11的光轴方向(Z方向)移动和在规定范围内倾斜(倾转驱动)的Z倾转台3上，Z倾转台3固定在XY台2上，该XY台2可由空气导向构件(エアガイド)和线性马达在定盘1上沿X方向和Y方向自由移动。晶片台(基板台)由Z倾转台3和XY台2构成。通过固定于Z倾转台3上的移动镜4和由激光干涉仪构成的晶片干涉仪5对Z倾转台3(晶片7)的2维位置和回转量(偏转量、仰俯量、及侧滚量)进行测量，控制装置110根据其测量值通过图中未示出的驱动部对XY台2进行驱动，从而控制Z倾转台3(晶片7)的位置和移动速度(根据需要进行)。
曝光时，在以分段扫描方式进行扫描曝光的场合，分段移动XY台2，之后，将投影倍率β作为速度比使光模板台50和XY台2朝X方向(扫描方向)同步移动，从而将光模板12的图案像扫描曝光到晶片7上的各照射区域。另外，也可按分段重复的方式进行曝光，此时，一边分段移动XY台2一边依次将光模板12的图案像曝光到晶片7上的各照射区域。
为了在这样的曝光时控制曝光量，用由光电检测器构成的积分传感器24接收由分光器18反射的照明光，将积分传感器24的检测信号供给到校正控制装置16，在校正控制装置16中，从该检测信号求出照明光在晶片上的照度，并在曝光过程中根据需要算出积分曝光量，将计算结果供给到控制装置110。控制装置110根据照明光的照度或积分曝光量将晶片7的积分曝光量控制为适当曝光量。
下面，说明光模板12的校正机构。在本例中，当要进行光模板12的校正等时，如图1所示，控制装置110关闭遮光板29将其设定在照明光的光路中。这样，从激光光源35射出并由遮光板29偏向的照明光通过透镜36照射到光纤束10的第1分叉部10B。光纤束10的第2分叉部10A的射出面配置在紧靠与校正控制装置16连接的光电检测器17的受光面前面的位置，光纤束10的另一分叉部被引导至配置于Z倾转台3中的受光发光系9中。作为光电检测器17，可使用光电倍增管或光电二级管等。另外，在受光发光系9上固定由可透过照明光的玻璃基板构成的基准标记构件8，设定基准标记构件8的表面使其与保持于晶片架6上的例如平面度良好的基准晶片的表面位于同一平面上。
图15(a)示出Z倾转台3内部的受光发光系9的构成，图15(b)为示出图15(a)中的基准标记构件8的平面图，在图15中，基准标记构件8的表面8a上形成有配置于遮光膜中的大体为正方形的开口图案8c、朝X方向夹住该开口图案8c地配置的1对框状基准标记8b、8e、及后述的晶片校正传感器用2维基准标记8d。
在图15(a)的受光发光系9中，从光纤束10的第3分叉部10C射出的曝光用照明光IL经过反射镜151和聚光透镜152从基准标记构件8的底面侧照明基准标记8b。同样，光纤束10的另一分叉部(未示出)的照明光照明另一方的基准标记8e。本例为底面侧发光型，当然也可为光模板侧的反射照明。透过基准标记8b、8e周围的照明光IL通过图1的投影光学系统11分别照明光模板12的例如包含十字形校正标记43A、43B的区域。在图1中，从投影光学系统11侧透过校正标记43A周围的照明光经过反射镜13和校正受光系14在CCD型等2维摄像元件15形成基准标记8b和校正标记43A的像。反射镜13、校正受光系14、及摄像元件15构成校正显微镜(以下称“RA显微镜”)，摄像元件15的摄影信号供给到校正控制装置16，在校正控制装置16中，处理该摄影信号，算出校正标记43A相对基准标记8b的像朝X方向和Y方向的位置偏移量，将计算出的位置偏移量供给到控制装置110。
另外，由未图示的RA显微镜测量校正标记43A相对图15(b)的基准标记8e的像的位置偏移量，该测量值也供给到控制装置110。通过对光模板50进行定位使该1对校正标记43A、43B的位置偏移量对称地最小，或对应地存储位置偏移量最小的光模板台50和晶片台的各位置，从而相对Z倾转台3及晶片台的座标系进行光模板12的校正。也可在RA显微镜(例如送光系)内设置用于降低照明光的可干涉性的光学元件，例如可回转的扩散板或振动反射镜等，控制摄像元件15的受光面上的光斑图案的发生。
在投影光学系统11的侧面，以用于检测晶片7上的校正标记(晶片标记)的位置的离轴方式配置图像处理方式的晶片校正传感器160，晶片校正传感器160的摄影信号也供给到校正控制装置16。在上述光模板校正结束的时刻，利用晶片校正传感器160检测出图15(b)的基准标记8d相对检测中心的位置偏移量，将该位置偏移量加到预先求出的基准标记8b、8e中心与基准标记8d中心的间隔，从而计算出晶片校正传感器160的检测中心与光模板12的图案像中心(曝光中心)的间隔即基线量，将该基线量存储在控制装置110内的存储部。当对晶片曝光时，利用晶片校正传感器160检测出附设于晶片的规定照射区域的晶片标记位置，根据由该基线量修正从该检测结果计算出的晶片上的全部照射区域的配置座标后获得的座标驱动XY台2，可获得高的重合精度。
该基线量具有经时变化，所以，例如每结束1块晶片的曝光，通过将基准标记构件8移动到投影光学系统11的曝光区域，进行上述动作，从而对基线量再次进行测量。这样按规定间隔定期进行的基线量再测量动作被称为间隔基线确认。晶片校正传感器160也可不为离轴方式，而是为同轴方式。也可为TTL(通过透镜)方式或TTR(通过光模板)方式。另外，晶片校正传感器160采用了宽频带光(例如波长为550-750nm左右)，但也可采用单一波长的激光束或多波长光、曝光用照明光等，还可采用用于检测散射光的光电检测器(光电二极管等)。这对于后述的第2实施形式的校正传感器213(图20)也同样。
当将光模板12上的图案像曝光在晶片7的被曝光面(表面)上的各照射区域时，需要控制自动聚焦，以使晶片7的表面相对光模板12上的图案经由光学系11获得的像面(最佳聚焦位置)对焦于焦深范围内。在本例的自动聚焦控制中，也包含控制晶片7的表面的倾斜角的自动调平控制。为此，在本例的投影曝光装置中设置有自动聚焦机构，该自动聚焦机构具有多个AF传感器和Z倾转台3，该多个AF传感器用于测量晶片7的表面相对像面的散焦量和倾斜角的偏差角，该Z倾转台3根据该AF传感器的测量值将晶片7的表面聚焦位置和倾斜角调整到像面。
本例的多个AF传感器由与本发明的第3聚焦位置检测系对应的TTR(通过光模板)方式的AF传感器和与本发明的第1和第2聚焦位置检测系对应的2轴倾斜入射方式的AF传感器构成。首先，说明TTR方式的AF传感器。在使用TTR方式的场合，如图1所示，打开遮光板29，激光光源35的曝光用照明光通过照明光学系49等照射光模板12上的包含聚焦位置检测用标记100的区域，将该标记100的像通过投影光学系统11投影到基准标记构件8上，由基准标记构件8上的开口图案8c(参照图15)沿X方向或Y方向对该投影像进行相对扫描。
在图15(a)，通过开口图案8c的照明光IL在Z倾转台3内的受光发光系9中经聚光透镜153和反射镜154入射到光纤束10的第4分叉部10D。入射到第4分叉部10D的照明光IL如图1所示那样经光纤束10的第2分叉部10A入射到光电检测器17，光电检测器17的检测信号S1供给到校正控制装置16。由基准标记构件8、受光发光系9、光纤束10、及光电检测器17构成本例的TTR方式的AF传感器(8-10、17)。在该场合，校正控制装置16采用扫描型测量法，与开口图案8c相对标记100的像的扫描同步，提取光电检测器17的检测信号S1。进行这样的光模板12上的标记100与开口图案8c的相对扫描时，驱动XY台2和光模板台50中的哪一个都可以。
在图1中，作为激光光源35，如使用KrF准分子激光或ArF准分子激光等脉冲发光光源，为了由光电检测器17检测出脉冲光，最好在校正控制装置16的输入部设置例如峰值保持回路和模拟/数字(A/D)变换器。另外，为了修正每一脉冲发光的照明IL的能量的偏差，在校正控制装置16内的演算部中，按照由积分传感器24检测出的照明光IL的照度(脉冲能量)逐次除光电检测器17的检测信号，从而使光电检测器17的检测信号规格化。利用该规格化了的检测信号S1′求出标记100的像的反差。
即，如图16(a)所示，在基准标记构件8上，作为标记100的像，朝X方向投影L/S图案状的投影像100a，朝Y方向投影L/S图案状的投影像100b。在这里，首先由开口图案8c沿X方向扫描投影像100a，相对XY台2的X座标绘出光电检测器17的规格化了的检测信号S1′，如图16(b)所示那样获得(实际上沿位置X离散地进行绘制)与累计光量对应的信号。在校正控制装置16内的演算部，对该检测信号S1，进行微分(实际上进行差分演算)，求出由图16(c)的曲线100c所示微分信号dS1′/dx，该曲线100c的振幅与投影像100a的反差C对应。
因此，根据图1的控制装置110的控制，驱动Z倾转台3，使基准标记构件8的聚焦位置一点一点变化，同时反复进行上述开口图案8c的扫描，求出投影像100a的反差C，绘制出相对基准标记构件8的聚焦位置Z获得的反差C，则获得图16(d)的数据列100e、100f、...。采用最小二乘法例如由2次曲线近似该数据列，求出该2次曲线的值最大时的聚焦位置BFX，则该聚焦位置BFX成为投影像100a的最佳聚焦位置。实际上，为了消除投影光学系统11的象散的影响，通过由开口图案8c沿Y方向扫描图16(a)的Y轴投影像100b，关于投影像100b也求出最佳聚焦位置BFY，将2个最佳聚焦位置的平均值(BFX+BFY)/2作为实际的最佳聚焦位置，将Z倾转台3的聚焦位置设定在该最佳聚焦位置。这样，基准标记构件8的表面成为与投影光学系统11的实际像面一致的状态。在该状态下，由例如后述的倾斜入射方式AF传感器测量基准标记构件8的表面聚焦位置，使该测量值为0地进行标定，则此后该倾斜入射方式的AF传感器对晶片7表面的聚焦位置的测量值正确地表示出相对像面的散焦量。日本特开平9-283421号公报中公开了这样对投影像和开口图案相对扫描求出投影像的反差的更为详细的方法。
实际上为了包括倾斜角在内地决定投影光学系统的像面，可在光模板12的图案面的3个位置以上形成与聚焦位置检测用标记100相同的标记，分别测量该3个位置以上的多个标记的投影像的最佳聚焦位置，决定与这些多个最佳聚焦位置近似的平面，控制Z倾转台3以使基准标记构件8的表面与该平面一致。这样求出的最佳聚焦位置或像面根据光模板12的图案实际通过投影光学系统11获得的投影像决定，所以，可获得包括周围大气压和温度等环境变化及曝光用光的吸收导致的光学构件热变形等使投影光学系统11自身的聚焦位置产生的变动都考虑到了的精度极高的测量值。此时，最好在晶片7上由照明光照射的投影光学系统11的曝光区域(即关于投影光学系统11与光模板12上的照明区域共轭的投影区域)IU设定斜入射方式的AP传感器117、118的检测点(参照图4)，与该AF传感器117、118的检测点共轭地配置聚焦位置检测用标记100，测量该检测点的最佳聚焦位置。
如上述那样使用TTR方式的AF传感器(8-10、17)，则可相对投影光学系统11的实际像面(最佳聚焦位置)高精度地使基准标记构件8的表面对焦。然而，由于使用该AF传感器(8-10、17)时，曝光动作的效率下降，所以，本例在曝光过程中使用下面说明的斜入射方式的AF传感器。
如图1所示，在投影光学系统11的侧面配置2轴的送光系117和2轴的受光检测系118构成的2轴斜入射方式的AF传感器(117、118)，将由受光检测系118检测出的多个聚焦信号供给到控制装置110，控制装置110控制送光系117和受光检测系118的动作，同时，由自动聚焦方式(包含自动调平方式)控制Z倾转台3的动作。
图2示出该2轴的AF传感器内的第1斜入射方式的AF传感器(117a、118a)，如该图2所示，在投影光学系统11的曝光区域设定晶片7的表面。在该场合，从未图示的碘钨灯等射出的较宽频带的光中，由未图示的波长过滤器将对晶片7上的保护层感光性弱的波长范围的光选择为聚焦位置检测用照明光，通过未图示的光纤束将该照明光传送到投影光学系统11的近旁。然后，从该光纤束的第1和第2射出端52a和52b(参照图3)取出其照明光。
在图2中，从光纤束的射出端52a射出的照明光F1经过透镜53a对配置于晶片7表面(被检测面)的共轭面的照明狭缝进行照明。在这里，本例的投影曝光装置为分段扫描方式，如使投影光学系统11的曝光区域为沿图4(c)所示Y方向呈细长的长方形的曝光区域IU，则图4(a)表示在包含该曝区域IU的区域上投影照明狭缝部54a的像(这也由54a表示)的状态。如图4(a)所示，在照明狭缝部的像54a，如以暗部为背景由斜线示出的那样包含多个(在本例中为11个)明亮的狭缝像F1a-F1k。因此，在照明狭缝部54a如图5所示那样形成由与该11个狭缝像对应的狭缝状开口图案54Pa-54Pk构成的开口图案54P。
通过这些开口图案54Pa-54Pk的照明光F1如图2所示那样经过透镜55a、反射镜56a、振动反射镜57、中继系58a、透镜59a形成这些开口图案的像(狭缝像)。从这些开口图案像发散的照明光F1通过透镜60a、反射镜61a、透镜62a、改变光路用光学构件63a，相对投影光学系统11的光轴AX倾斜地在晶片7的表面投影狭缝像F1a-F1k。如图4(a)所示那样，狭缝像F1a-F1k的投影方向D1相对曝光区域IU稍朝逆时针方向倾斜。另外，中央的狭缝像F1f的中心与曝光区域IU的中心(投影光学系统11的光轴AX)一致。
振动反射镜57的反射面相对晶片7的表面配置在光学的付里叶变换面(瞳面)的近旁，驱动系73通过规定的驱动信号驱动促动器57a，从而按规定周期使振动反射镜57振动，以通过照明光F1的光轴并与该光轴直交的轴为中心朝顺时针方向和逆时针方向交互回转。驱动系73的驱动信号也供给到信号处理控制系72。由光纤束的射出端52a-反射镜56a、振动反射镜57、中继系58a-光学构件63a构成送光系117a。另外，反射镜61a(即1面反射构件)与后述的图3的第2AF传感器中的2面反射构件61b构成第1反转光学系。
如图2所示，在晶片7的表面反射的照明光F1经过光路轴用光学构件64a、透镜65a、2面反射构件66a、透镜67a、及平行平面玻璃构成的光轴调整用调光轴器(ハ一ビンゲ)51a，在受光传感器68a的受光面使多个狭缝像(这些也称为“F1a-F1k”)再次成像。2面反射构件66a为相对入射光进行2次反射使光路偏向的构件。
图17(a)示出该受光传感器63a的受光面，在该图17(a)中也示出与图4(c)的曝光区域IU共轭的区域IUP。在该受光面，将狭缝状的开口70aa-70ak形成于再成像的狭缝像F1a-F1k的近旁，在这些开口70aa-70ak的底面相互独立地固定光电二极管等光电检测器68aa-68ak，这些光电检测器68aa-68ak的检测信号并列地供给到图2的信号处理控制系72。在信号处理控制系72中，设置有用于与分别从驱动系73供给的振动反射镜57的驱动信号同步地对这些检测信号进行整流的多个同步整流回路，从这些同步整流回路输出的多个聚焦信号供给到图1的控制装置110。此时，预先使用上述的TTR方式的AF传感器(8-10、17)，进行最佳聚焦位置的标定。即，将图1的基准标记构件8的表面移动到投影光学系统11的曝光区域，在使该基准构件8的表面与像面对焦的状态下，由图2的信号处理控制系72调整光轴调整用调光轴器51a的回转角，从而使各聚焦信号为0地进行调整。此外，也可将该像面上的各聚焦信号的电平作为偏移量存储起来，在实际使用各聚焦信号的场合减去对应的偏移量。在刚这样进行标定后，这些聚焦信号的电平与相对图4(a)的各狭缝像F1a-F1k投影的区域的中心点即各检测点的像面(最佳聚焦位置)的散焦量大体成比例。
然而，由于存在由曝光用照明光的照射热的影响和AF传感器自身的测量值漂移等的影响导致接下来测量的散焦量产生测量误差的可能性，所以，例如需要定期对该斜入射方式的AF传感器进行标定，以尽量防止效率下降。
受光检测系118a由图2的光学构件64a-受光传感器68a和调光轴器51a构成，由该受光系和信号处理控制系72构成受光检测系118a。另外，由2面反射构件66a和后述的图3中的反射镜66b(1面反射构件)构成第2反转光学系。
图1的控制装置110内的演算部通过由例如最小二乘法对这些多个散焦量进行演算处理，计算出曝光区域IU内的晶片7的表面相对像面的平均散焦量和平均的倾斜角的偏差角，驱动Z倾转台3使这些散焦量和倾斜角的偏差角相抵消，从而以自动聚焦的方式使曝光区域IU的晶片7的表面对焦到像面。另外，在对晶片7的各照射区域进行曝光过程中，以规定的采样比继续在各检测点对散焦量进行测量，根据该测量值以伺服方式驱动Z倾转台3，从而连续地进行对焦。
在本例中，与第1斜入射方式的AF传感器(117a、118b)并列地配置第2斜入射方式的AF传感器(117b、118b)。
图3示出该第2斜入射方式的AF传感器(117b、118b)，在该图3中，与图1对应的部分采用相同符号，省略其详细说明。在图3中，从光纤束的第2射出端52b射出的照明光F2经过透镜53b对照明狭缝部54b进行照明。图4(b)示出在包含曝光区域IU的区域上投影照明狭缝部54b的像(这也用54b表示)的状态，如该投影像所示那样，在照明狭缝部54b以大体与第1AF传感器的照明狭缝部54a呈线对称的配置形成多个开口图案。
在图3中，通过照明狭缝部54b的照明光F2经过透镜55b、反射镜56b、振动反射镜57、中继系58b、透镜59b形成这些开口图案的像(狭缝像)。从这些开口图案的像发散的照明光F2通过透镜60b、2次反射构件61b、透镜62b、改变光路用光学构件63b，如图4(b)所示那样将狭缝像F2a-F2k相对投影光学系统11的光轴AX倾斜地投影到晶片7的表面。狭缝像F2a-F2k的投影方向D2相对曝光区域IU稍朝顺时针方向倾斜。另外，中央狭缝像F2f的中心与曝光区域IU的中心一致。图3的振动反射镜57与图2的第1AF传感器共用，由光纤束的射出端52b-反射镜56b、振动反射镜57、中继系58b-光学构件63b构成送光系117b。
图4(c)示出合成图4(a)的狭缝像F1a-F1k与图4(b)的狭缝像F2a-F2k的状态，在该图4(c)中，第1AF传感器的狭缝像的投影方向D1和第2AF传感器的狭缝像的投影方向D2以10°-40°左右(在图4(c)中为25°左右)的交叉角进行交叉。第1AF传感器的狭缝像F1d、F1f、F1i的各中心检测点与第2AF传感器的狭缝像F2d、F2f、F2i的各中心的检测点一致，通过狭缝像F1d、F1f、F1i的各中心检测点的直线为与通过曝光区域IU的中心并平行Y轴(非扫描方向)平行的直线。另外，所有狭缝像F1a-F1k、F2a-F2k处于投影光学系统11的像面侧的有效视野EF内。然而，例如在扫描时如先读取聚焦位置，则也可相对扫描方向将这些狭缝像的一部分照射到有效视野EF的外部。可先读取聚焦位置的AF传感器例如公开于日本特开平6-283403号公报及对应的美国专利第5448332号中，在本国际申请所指定的指定国或选择的选择国的国内法令允许的范围内，沿用该美国专利的公开作为本文记载的一部分。
在图3中，在晶片7的表面反射的照明光F2经过改变光路用的光学构件64b、透镜65b、反射镜66b、透镜67b、及由平行平面玻璃构成的光轴调整用调光轴器51b在受光传感器68b的受光面再次形成多个狭缝像(这些也称为“F2a-F2k”)。图2的调光轴器51a和图3的调光轴器51b在图1中表示为1个调光轴器51。
如图17(b)所示那样，在该受光传感器68b的受光面，也在形成再成像的狭缝像F2a-F2k的近旁形成狭缝状的开口70ba-70bk，在这些开口70ba-70bk的底面固定相互独立的光电检测器68ba-68bk，这些光电检测器68ba-68bk的检测信号并列地供给到图3的信号处理控制系72。信号处理控制系72由第2AF传感器与第1AF传感器共用，该信号处理控制系72将分别用振动反射镜57的驱动信号对这些检测信号同步整流后获得的多个聚焦信号供给到图1的控制装置110。在刚与第1AF传感器同样地利用TTR方式的AF传感器(8-10、17)进行标定后，这些聚焦信号的电平也大体与相对图4(b)的各狭缝像F2A-F2k投影的区域的中心即各检测点的像面的散焦量成比例。
由图3的光学构件64b-受光传感器68b、及调光轴器51b构成受光系，由该受光系和信号处理控制系72构成受光检测系118b。本例的2轴送光系117a、117b固定在共用的支承台(未图示)，2个受光检测系118a、118b中的2轴受光系也固定在共用的支承台(未图示)。作为一个例子，也可将保持投影光学系统11的台架(支柱)或一体设于该台架的构件作为送光系和受光系中的至少一方共用的支承台。图1的控制装置110内的演算部通过用例如最小二乘法对由该第2AF传感器(117b、118b)检测出的多个散焦量进行演算处理，也可计算出曝光区域IU内的晶片7的表面相对像面的平均散焦量和平均的倾斜角的偏差角，通过驱动Z倾转台3使这些散焦量和倾斜角的偏差角相互抵消，可将曝光区域IU的晶片7的表面与像面对焦。
如以上那样，在本例中，使用斜入射方式的第1AF传感器(117a、118a)或第2AF传感器(117b、118b)中的哪一个，都可用自动聚焦方式将晶片的表面对焦在投影光学系统11的像面。在本例中，使用这些斜入射方式的2个AF传感器，对这些AF传感器自身的光学系热变形等带来的测量值漂移等测量误差进行标定。此时，上述第1反转光学系(反射镜61a和2面反射构件61b)和第2反转光学系(2面反射构件66a和反射镜66b)起到分离该漂移的作用。下面，对该标定的原理及其具体方法进行说明。
首先，参照图5说明第1和第2斜入射方式的AF传感器获得的晶片上的狭缝像的振动方向的关系。
图5为综合示出图2和图3的送光系117a、117b的一部分的示意图，在该图5中，为了表示在晶片上狭缝像F1a-F1k与狭缝像F2a-F2k朝不同方向投影这一情形，假设配置有分光器BSV。如图5所示，在照明狭缝部54a形成开口图案54P，在照明狭缝54b形成与开口图案54P呈线对称的开口图案，对通过这些开口图案的照明光，通过反射镜57如开口图案54P′所示那样，相同地施加朝向各狭缝状的开口图案54Pa-54Pk的短边方向VD的振动。来自一方的照明狭缝部54a的照明光F1通过中继系58a-光学构件63a从投影方向D1将狭缝像F1a-F1k投影到晶片7，来自另一方的照明狭缝部54b的照明光F2通过中继系58b-光学构件63b从投影方向D2将狭缝像F2a-F2k投影到晶片7上。
此时，照明光F1通过作为第1反转光学系的一部分的反射镜61a(参照图2)，所以，狭缝像F1a-F1k的振动方向VD1相对开口图案54P，的振动方向VD反转。可是，由于照明光F2通过作为第1反转光学系的一部分的2面反射构件61b(参照图3)，所以，狭缝像F2a-F2k的振动方向VD2与开口图案54P′的振动方向VD相同。下面，参照图6以照明同一检测点的狭像F1f、F2f为例说明此时的作用效果。
图6(a)为示出图5的晶片7上的狭缝像F1f、F2f的放大图，在该图6(a)中，还示出图17的受光传感器68a、68b上的对应的狭缝状开口70af和70bf的共轭像(这也称为开口70af、70bf)。如图6(a)所示，狭缝像F1f、F2f同步地分别在对应的开口70af、70bf上振动，这些开口70af、70bf上的光量经光电变换后获得的信号被按照图5的振动反射镜57的驱动信号进行同步整流，由此获得的信号为与狭缝像F1f、F2f对应的聚焦信号。狭缝像F1f(照明光F1)的振动方向VD1和狭缝像F2f(照明光F2)的振动方向VD2如图6(b)和(c)所示那样反转，所以，如晶片7的表面大体对焦在像面，则由同步整流获得的2个聚焦信号的符号相反。
在图6(a)中，狭缝像F1F、F2f被表示成直交状态，但由于实际上两者以小交叉角进行交叉，所以，两者的振动方向大体相反。这在后述的图7和图8中也一样。图6(c)的曲线dF1和dF2分别示出照明光F1和F2以反转的相位(反相位)振动的样子，图6(c)的横轴为时间t，纵轴为晶片7上的位移量Fd。
在图6的状态下，假设到图2的透镜60a之前的光学系和到图3的透镜60b之前的光学系中的某一光学构件一起朝相同方向产生位移，参照图7说明该场合的位移测量值的漂移。例如，在热变形等使图2的振动反射镜57的振动角度产生与在晶片面上的位移Δd(该位移为从受光检测系(118a、118b)观看时的位移)相当的角度变化的场合，如图7(a)所示那样，某一时刻的狭缝像F1f和F2f的位置分别移动Δd和-Δd，移动到虚线所示位置Q1和Q2。实际上，如图5所示那样，狭缝像F1f和F2f大体在同一直线上朝相反方向振动，所以，在晶片7上如图7(b)所示那样，可看到照明光F1和F2大体朝相反方向移动Δd。
另一方面，在图6的状态下，假设晶片的聚焦位置如图8(b)所示那样移动ΔZh，照明光F1、F2的照射位置分别如位置F1′、F2′所示那样，从受光检测系118a、118b观看时移动Δh。照明光F1、F2的光轴相对晶片面的入射角为e时，则具有以下关系。
Δh＝2·ΔZh·sinθ                         (1)
此时，如图8(a)所示，狭缝像F1f和F2f的位置朝相同方向移动Δh，移动到分别由虚线示出的位置Q1′和Q2′。实际上，由系数k(＝1/(2·sinθ))乘从受光检测系118a、118b观看时的狭缝像在晶片面上的位移(称之为x)获得的值为晶片面的聚焦位置的测量值，但下面为了简单，将晶片面上的位移看成聚焦位置的测量值。因此，综合图7和图8的状态，当将晶片7的实际聚焦位置变化产生的位移设为Δh、将振动反射镜57的角度变化产生的位移设为Δd时，狭缝像F1f的聚焦位置的测量值Δfd1变化(Δh+Δd)，狭缝像F2f的聚焦位置的测量值Δfd2变化(Δh-Δd)。即，在图6的状态下，如使Δfd1＝Δfd2地进行调整，则两测量值的平均值<Δf>和两测量值的差分的平均值δf分别由下式表示。
<Δf>＝(Δfd1+Δfd2)/2
     ＝{(Δh+Δd)+(Δh-Δd))/2＝Δh               (2)
δf＝(Δfd1-Δfd2)/2
    ＝{(Δh+Δd)-(Δh-Δd))/2＝Δd               (3)
换言之，使用投影于相同检测点的2个照明光F1、F2(狭缝像F1f、F2f)测量的聚焦位置Δfd1、Δfd2的平均值<Δf>表示晶片7的表面的聚焦位置的实际变化量，这些聚焦位置Δfd1、Δfd2的差分的平均值δf表示斜入射方式的第1AF传感器和第2AF传感器中任何一个光学构件的不规则位移等造成的测量值的漂移Δd。因此，通过使用照射到同一检测点的2个照明光F1、F2，可容易而且正确地分离斜入射方式的AF传感器(117、118)的光学构件产生的测量值漂移和实际的晶片聚焦位置。
在本例中，如图2和图3所示那样，配置由第1AF传感器的2面反射构件66a和第2AF传感器的反射镜66b构成的第2反转光学系。这样，即使在例如透镜57a、调光轴器51a或透镜57b、调光轴器51b的一部分因热变形等产生位移从而使聚焦位置的测量值产生漂移Δd的场合，通过根据上述(2)式、(3)式求出照明光F1、F2获得的测量值的平均值<Δf>和两测量值的差分的平均值δf，可正确地仅分离该漂移Δd。
下面参照图9归纳说明以上测量值漂移分离方法的原理。首先，如图9(a)所示，在斜入射方式的第1和第2AF传感器(117、118)中，当产生照明狭缝部54a、54b的漂移(方框141)、振动反射镜57的振动中心变动(方框143)、第1送光系117a中的光学构件的漂移(方框142)、及第2送光系117b中的光学构件的漂移(方框144)时，在没有上述第1反转光学系的场合，图2的第1AF传感器的照明光F1和图3的第2AF传感器的照明光F2分别在晶片面如箭头DA1和DA2所示那样朝同一方向移动。
如接下来的图9(b)所示，通过在送光系配置第1反转光学系(反射镜61a和2面反射构件61b)(方框145)，照明光F1和F2分别如箭头DA1和-DA2所示那样朝相反方向移动。在图9(c)中，晶片的聚焦位置的变化(方框146)使照明光F1和F2分别如箭头DB1和DB2所示那样朝同一方向移动。在接下来的图9(d)中，在受光系配置第2反转光学系(2面反射构件66a和反射镜66b)(方框147)，仅使照明光F1的漂移产生的移动方向和聚焦位置变化产生的移动方向分别如箭头-DA1和-DB1所示那样反转。在接下来的图9(e)中，当产生第1受光系118a的光学构件的漂移(方框148)和第2受光系118b的光学构件的漂移(方框149)时，照明光F1和F2的像分别如箭头DC1和DC2所示那样朝同一方向移动。
在图9(e)中，如对于照明光F1设左方向为+方向，对于照明光F2设右方向为+方向，则可以看出，作为一个整体，照明光F1和F2的像的移动方向针对晶片聚焦位置的变化量相同，针对光学构件的漂移反转。因此，通过将由照明光F1和F2分别测量的聚焦位置的测量值Δfd1和Δfd2代入到(2)式和(3)式，可正确地分离实际的聚焦位置的变化量和这以外的漂移。
在如上述那样同时投影第1AF传感器的狭缝像F1f和第2AF传感器的狭缝像F2f分别测量聚焦位置的场合，该测量在对晶片7曝光的过程中也可进行。然而，为了更稳定地进行测量时，可在例如更换晶片过程中将基准标记构件8移动到图1的投影光学系统11的曝光区域，在基准标记构件8的表面同时投射狭缝像F1f、F2f，分别测量聚焦位置。
最好在图4(c)的另外的相同检测点即投影狭缝像F1d、F2d的检测点和投影狭缝像F1i、F2i的检测点也分别分离测量值的漂移Δdd和Δdi。通过使例如这些漂移Δd、Δdd、Δdi平均化(也可内插)，求出投影狭缝像F1a-F1k和狭缝像F2a-F2k的各检测点的测量值的漂移Δd′。对于这样示出的测量值的漂移，例如在图1的控制装置110中，从第1AF传感器的各测量值减去该Δd′，在第2AF传感器的各测量值加上该Δd′，进行偏移修正，从而使第1和第2AF传感器中哪一方的测量值都成为除去了漂移Δd′的值。此外，也可变更图2的光轴调整用的调光轴器51a和图3的调光轴器51b的角度，抵消该漂移Δd′的影响，所以，可利用斜入射方式的第1或第2AF传感器以更高的精度将晶片的表面相对像面对焦。
此时，斜入射方式的第1或第2AF传感器可不中断曝光工序地进行使用，所以，在求出该漂移Δd′时曝光工序的效率也基本上下降。
也可根据上述(2)式，在投影图4(c)的狭缝像F1d、F1f、F1i和狭缝像F2d、F2f、F2i的相同检测点，以第1和第2斜入射方式的AF传感器的测量值的平均值作为聚焦位置。由于从这些测量值除去了AF传感器的测量值漂移，所以，在这些共同的检测点不进行漂移的修正即可高精度地测量晶片的聚焦位置。
另外，在本例中，分别将第1反转光学系(61a、61b)和第2反转光学系(66a、66b)配置在送光系117a、117b和受光检测系118a、118b的中间部，但最好将这些反转光学系配置在尽可能接近晶片7的位置。通过配置在尽可能接近晶片7的位置，可检测更多的光学构件的位移产生的测量值的漂移。
另外，在上述实施形式中，作为反转光学系，例如组合了图2的反射镜61a(1面反射构件)和图3的2面反射构件61b，但除此之外也可使用图10或图11那样的组合。即，作为反转光学系，也可使用图10(a)所示透明杆状的光学构件120与图10(b)的侧面为梯形的进行1次反射的1面反射构件121或如图10(c)那样组合2个光学构件122、123进行3次反射的3面反射构件的组合。另外，作为反转光学系，也可使用图11(a)所示反射镜124(1面反射构件)与图11(b)的组合2个光学构件125、126进行2次反射的2面反射构件或如图11(c)所示那样组合2个光学构件127、128进行2次反射的2面反射构件的组合。
作为该反射光学系的一方的光学构件，使用图12(a)的反射镜129(1面反射构件)、图12(b)的2面反射构件130、或图12(c)的3面反射构件131那样进行奇数次反射的光学构件时，作为另一方的光学构件，可使用偶数次反射的光学构件。
下面，参照图13的流程图和图14说明在上述图1的投影曝光装置中确认间隔基线时对斜入射方式的2个AF传感器的测量值进行标定的场合的动作。
首先，在图13的步骤501，开始光模板图案对多个晶片的曝光程序，然后，在步骤502判定是否进行间隔基线确认，要进行时，转移到步骤503，如图1所示那样，将基准标记构件8的表面移动到投影光学系统11的曝光区域。此时，使图15(b)的基准标记8b、8e的中心分别与图1的光模板12的校正标记43A、43B的像的中心大体一致地进行XY台2的定位。在该状态下，在步骤504使用包含摄像元件15等的RA显微镜和晶片校正传感器160，进行晶片校正传感器160的基线量测量(基线确认)。
本例在进行该基线确认动作同时，通过图2的斜入射方式的第1AF传感器(117a、118a)在基准标记构件8的表面以图4(c)的相同规定检测点例如中央狭缝像F1f的照射点测量聚焦位置Δfd1，并通过图3的斜入射方式的第2AF传感器(117b、118b)在作为相同检测点的狭缝像F2f的照射点测量聚焦位置Δfd2。在接下来的步骤505中，图1的控制装置110计算(3)式的2倍的值，即测量值的漂移量的2倍2·δf＝(Δfd1-Δfd2)，确认该值的绝对值是否在容许值以下。该容许值例如设定为比投影光学系统11的焦点深度的宽度小的规定值。当2·δf的绝对值比该容许值大时，转移到步骤507，控制装置110利用TTR方式的AF传感器(8-10、17)，如上述那样决定投影光学系统11的像面，在将基准标记构件8的表面对焦于该像面的状态下，对斜入射方式的第1和第2AF传感器(117、118)的各检测点分别进行聚焦位置的测量，使这些测量值分别为0地进行标定。之后，转移到步骤508，一边使用斜入射方式的第1或第2AF传感器以自动聚焦方式进行对焦，一边对1块晶片进行曝光。
另一方面，在步骤505，当2·δf的绝对值在该容许值以下时，转移到步骤506，即，分别将±(Δfd1-Δfd2)即偏移考虑到斜入射式的第1AF传感器和第2AF传感器的测量值，从而进行这些AF传感器的标定。之后，转移到步骤508。虽然是在结束1块晶片的曝光后在步骤502判定是否进行间隔基线确认，但该间隔基线确认是在每进行规定块数(例如1块、2块等)的晶片曝光后进行。
在本例中，在例如对每1块晶片进行间隔基线确认的场合，如将利用斜入射方式的第1AF传感器和第2AF传感器对图4(c)的某一检测点(例如狭缝F1f、F2f的照射点)测量获得的晶片面聚焦位置的测量误差分别设为Zf1和Zf2，则测量误差Zf1(或Zf2)如图14(c)的曲线133A那样变化。即，图14(c)的横轴为经过时间t，C1、C3等分别表示第1块晶片、第3块晶片、...的曝光结束时刻。图14(c)的ΔZ例如为图13的步骤505内的容许值的2倍，在第1块、第3块、及第8块晶片的曝光结束后，2个AF传感器的测量值差分的绝对值超过容许值，利用TTR方式的AF进行标定。
图14(a)的曲线132示出斜入射方式的AF传感器的测量误差Zf1(或Zf2)的一例，其中，在结束第x块(x例如为1批)晶片Cx的曝光后利用TTR方式的AF传感器进行标定。图14(b)的曲线133也示出斜入射方式的AF传感器的测量误差Zf1(或Zf2)的一例，其中，对每1块晶片的曝光利用TTR方式的AF传感器进行标定。在图14(a)的场合，存在聚焦位置的测量误差超过焦深的危险，而在图14(b)的场合，测量误差虽小，但效率大幅度下降。与此不同，在按本例的图14(c)的场合，由于使用TTR方式的AF传感器的频度可以较少，所以效率不会下降太多，并且从曲线133A大体与曲线133相等这一点可看出，测量误差减小，可时常获得高对焦精度。
下面，参照图18说明本例的投影曝光装置的对焦动作的另一例。图18(a)-(c)分别示出作为曝光对象的晶片7的周缘部，在图18(a)、(b)中，由晶片7的中心方向的虚线围住的区域7b的晶片面大体平坦，在该区域7b，可由斜入射方式的AF传感器(117、118)以高精度测量聚焦位置，据此以自动聚焦方式(包含自动调平方式)对焦。与此不同，在周缘部的环形区域7a，由于例如晶片的厚度变化较大，所以，晶片的聚焦位置可能偏离到斜入射方式的AF传感器(117、118)的检测范围外面，为难以按自动聚焦方式对焦的区域。
此时，首先如图18(a)所示那样，在对跨区域7a和7b的照射区域SA进行曝光的场合，当将照射区域SA移动到投影光学系统的曝光区域时，斜入射方式的AF传感器的聚焦位置的多个检测点中离晶片中心最远的检测点162位于区域7a内。在该场合，沿朝向晶片中心的直线160移动晶片7使检测点162进入到可自动聚焦的区域7b，假想投影光学系统的曝光区域位于与区域7b的轮廓内接的矩形区域SA1上，利用斜入射方式的AF传感器以自动聚焦方式将晶片7的表面对焦到像面。之后，锁定图1的Z倾转台3，将晶片7返回到原来的位置并进行曝光。这样，可提高部分进入到区域7a的照射区域SA的对焦精度。
另外，对于例如全体都进入到自动聚焦动作困难的区域7a的照射区域，根据在刚进行了曝光的至少一部分进入到区域7b的照射区域测量所获得的聚焦位置数据进行对焦。但是，在最初曝光的照射区域位于区域7a内的场合，与照射区域SA一样，使聚焦位置的检测点移动到区域7b内，进行聚焦位置的检测。这样，不会过多降低效率，可获得较高的对焦精度。
如图18(b)所示那样，在对至少一部分位于区域7a的照射区域SA进行曝光的场合，作为别的方法，也可在区域7b内找出用于由斜入射方式的AF传感器进行聚焦位置测量的代替照射区域SA2，将该代替照射区域SA2移动到曝光区域，以自动聚焦方式对焦，之后，锁定Z调平台3，将照射区域SA移动到曝光区域，进行曝光。该代替照射区域SA2例如作为尽可能接近照射区域SA并且位于区域7b内的照射区域被自动选择。在图18(b)、(c)中，检测点161为斜入射方式的AF传感器的聚焦位置检测点的配置例。
同样，也可如图18(c)所示那样，对于至少一部分位于晶片7周缘部的难以进行自动调平动作的区域7c的照射区域SA，在可进行自动调平动作的区域7d内找出代替调平照射区域SA3，将该代替调平照射区域SA3移动到曝光区域，以自动调平方式使倾斜角与像面相符，之后，锁定Z调平台3的倾斜角，将照射区域SA移动到曝光区域，进行曝光。在自动调平方式中，也可不对扫描方向(在本例中为X方向)进行该控制，而是仅对与扫描方向交叉的非扫描方向(在本例中为Y方向)进行该控制。因此，在图18(c)中，也可仅对非扫描方向锁定Z调平台3的倾斜角。
在上述实施形式中，由2轴斜入射方式的AF传感器(117、118)检测晶片7的聚焦位置，但也可利用别的2轴斜入射方式的AF传感器测量图1的光模板12的聚焦位置，根据该测量结果，驱动Z调平台3使晶片与变动的像面对焦。另外，也可在例如光模板12侧也设置斜入射式的AF传感器，测量关于投影光学系统11的光轴方向(Z方向)的光模板12图案面(下面)的位置和倾斜角(如必要还包括图案面的台阶)。此时，作为斜入方式的AF传感器，也可使用图2、图3所示2轴AF传感器。另外，还可在光模板台50侧设置用于控制光模板12的聚焦位置和倾斜的对焦用台，根据光模板12侧的AF传感器的测量值驱动该台，或作为在光模板台50设置对焦用台的替代方式，根据光模板12的AF传感器的测量值与前述2轴AP传感器的测量值两方驱动Z调平台3。
另外，第1和第2AF传感器也可共用至少1个构成要素，例如光源，或完全不同地构成。第1和第2AF传感器不论其检测点的数量和配置位置相同还是不同都可以，只要至少1个检测点实质上设定在同一位置即可。
在上述实施形式中，使用了光学式的投影曝光装置，但在使用将例如软X射线等极远紫外光(EUV光)作为曝光用光的EUV曝光装置或将电子束或离子束等带电粒子束作为曝光光束的带电粒子曝光装置等以自动聚焦方式控制被曝光基板的聚焦位置的场合，当然也可使用本发明。
下面，参照图19-图22说明本发明的优选第2实施形式。本例将本发明适用于扫描光型的分段扫描方式的投影曝光装置。
图19示出本例的投影曝光装置，如该图19所示，在规定的洁净室内的地面上设置由厚平板状的台座构成的底座构件201，在该底座构件201的端部固定细长的支柱202，在支柱202的上端设置开口，夹住该开口地在支柱202的侧面固定第1照明系组件203和光轴调整机构234。在支柱202的右方向上配置包含准分子激光光源250a的曝光光源250，从曝光光源250射出的曝光用照明光(曝光用光)IL1经过送光系251内的中继光学系和光轴调整机构234被引导至第1照明组件203。为了便于说明，在图19中，支柱202与曝光光源250靠近着配置，但实际上曝光光源250收容在用于收容底座构件201上的曝光本体部的洁净室之外的收容室内。另外，也可将曝光光源250设置在例如设置曝光本体部的台阶下面的机械室内。
作为该准分子激光光源250a，可使用KrF准分子激光光源、ArF准分子激光光源、或F2激光光源等。但是，在使用YAG激光的高次谐波发生装置、固体激光光源或水银灯等作为曝光光源的场合，也可适用本发明。另外，该底座构件201上的各构件收容在未示出的腔室内，从该腔室的右侧面凸出光轴调整机构234地进行配置。
在图19中，从第1照明系组件203射出的曝光用光IL1以均匀的照度分布通过第2照明系组件204，照明光模板208的图案形成面(下面)的细长照明区域IF(参照图20)。该照明区域IF内的图案的像通过投影光学系统209按投影倍率β(β例如为1/4、1/5等)缩小，投影到涂了保护层的晶片218表面的曝光区域IFW(参照图21)。晶片218为硅等半导体或SOI(Silicon on Insulator)等圆板状基板。在下面的说明中，使Z轴与投影光学系统209的光轴AX平行，在与Z轴垂直的平面(在本例中为水平面)内使X轴与图19的纸面平行，使Y轴与图19的纸面垂直。本例的曝光区域IFW为在X方向上细长的矩形，扫描曝光时的光模板208和晶片218的扫描方向为Y方向。
首先，在底座构件201上通过例如3个位置或4个位置的防振台233将平板状的支承构件227设置在支柱202的左侧，在支承构件227的中央部开口通过凸缘226设置投影光学系统209。防振台233为分别具有空气缓冲器和减振用电磁促动器的有源型防振台，例如在支承构件227设置多个加速度传感器，相应于这些加速度传感器的测量值驱动这些电磁促动器，从而分别迅速地衰减从地面通过底座构件201传递到支承构件227及曝光本体部的振动和由曝光本体部的台驱动等产生的振动。
另外，在支承构件227的底面围住投影光学系统209下部地通过例如4根第1支柱214悬挂平板状的晶片基台217。在没有振动的状态下，晶片基台217的上面与水平面(XY平面)平行，在晶片基台217上通过空气轴承可沿X方向和Y方向自由移动地载置晶片台224，在晶片台224上通过未图示的晶片架吸附保持晶片218。晶片台224例如由线性马达沿X方向和Y方向在晶片基台217上受到驱动。该线性马达由固定于晶片台224的可动构件和固定于底座构件201上的支承构件(未示出)的固定构件构成，受到固定并且基本不在晶片基台217施加负荷。作为通过第1支柱214悬挂晶片基台217的这一方案的替代形式，例如也可通过独立于防振台233设置的有源型防振台将晶片基台217配置在底座构件201上。另外，为了提高单位时间的晶片曝光处理块数以提高效率，也可设置多个晶片台224。
在晶片台224，还组装有控制晶片218的聚焦位置(Z方向的位置)和倾斜角的Z倾转机构(包含图1中的Z调平台3等)。另外，晶片台224的直交的2个侧面加工成镜面224x、224y(参照图21)，在这些直交的作为移动镜的镜面照射来自后述激光干涉仪的检测光束，测量晶片台224的X方向、Y方向的位置和回转角，根据该测量值由未示出的台控制系控制晶片台224的位置和速度。
另外，如图19所示，在支承构件227的底面接近投影光学系统209的侧面设置由送光系212和受光系211组成的1对光学式的斜入射方式自动聚焦传感器(下面称“AF传感器211，212”)和离轴方式的例如图像处理方式的校正传感器213。送光系212由检测光AFB将狭缝像投影到晶片上的曝光区域和其近旁区域的多个检测点，受光系211接收来自这些多个检测点的反射光，使这些狭缝像再次成像，根据再次成像的狭缝像的横向偏移量生成表示相对所对应检测点的像面的散焦量的聚焦信号。未示出的台控制系根据该聚焦信号以自动聚焦方式和自动调平方式驱动晶片台224内的Z倾转机构，在曝光过程中也可使晶片218上的曝光区域对焦到投影光学系统209的像面。
另外，校正传感器213在晶片218上的校正标记(晶片标记)上照射照明光ALB，将对该标记的像进行摄影获得的图像信号供给到未示出的校正信号处理系。校正信号处理系根据该图像信号进行该校正标记的位置检测，根据该位置检测结果以例如加强型整体校正(エンハスト·グロ一バル·アライメント)(EGA)方式计算出晶片218上的各照射区域的排列座标。另外，预先求出作为校正传感器213的检测中心和光模板208的图案像中心(曝光中心)的间隔的基线量，根据用该基线量修正该各照明区域的排列座标后获得的座标，驱动晶片台224，从而可高精度地进行校正。
在支承构件227的上面通过围住投影光学系统209地配置的例如4根第2支柱210设置平板状的光模板基台219。在没有振动的状态下，光模板基台219的上面也与水平面平行，在其上面通过空气轴承可沿X方向和Y方向自由滑动而且可在规定范围内自由回转地载置光模板台207，在光模板台207上吸附保持光模板208。光模板台207在Y方向上由线性马达以比光模板208的图案区域更宽的行程驱动，在X方向和回转方向上由使用了线性马达或音圈马达等的促动器驱动以修正与晶片218的同步误差。在该场合，该线性马达也由固定于光模板台207的可动构件和固定于底座构件201上的支承构件(未示出)的固定构件构成，并且基本不在光模板基台219施加负荷。
光模板台207也可由沿Y方向(扫描方向)以一定速度受到驱动的粗动台和在保持光模板208的状态下相对该粗动台沿X方向、Y方向受到微动驱动的微动台构成。另外，例如为了在晶片的多重曝光时缩短光模板的更换时间以提高效率，也可设置多个光模板台207，或在光模板台207沿该扫描方向保持多个光模板。
在光模板台207的直交的2个侧面固定移动镜(未示出)，在这些移动镜照射来自未示出的激光干涉仪的检测光束，对光模板台207的X方向、Y方向的位置和回转角进行测量，根据该测量值由未示出的台控制系控制光模板台207的位置和速度。
在光模板基台219上通过围住光模板台207地设置的例如2根第3支柱206设置平板状的支承构件205，罩住支承构件205的中央部开口地载置第2照明系组件204。在本例中，由晶片基台217、晶片台224、第1支柱214、支承构件227、投影光学系统209、第2支柱210、光模板基台219、光模板台207、第3支柱206、及支承构件205构成曝光本体部300。通过利用支柱214、210、206，曝光本体部300成为分级构造。在该曝光本体部300没有成为振动源那样的大的驱动机构，构成为非常稳定的静止组件。另外，曝光本体部300整体上固定于支承构件227，所以，当曝光本体部300沿Z方向振动时，投影光学系统209、光模板208的图案形成面、及晶片的表面同时地朝Z方向振动相同的量，光模板与晶片的共轭关系不会破坏。
曝光时，分段移动晶片台224，使晶片218上的曝光对象的照射区域移动到投影光学系统209形成的曝光区域的前面，然后，通过光模板台207以速度VR朝+Y方向(或-Y方向)使光模板208进行扫描，并与其同步地通过晶片台224使晶片218以速度β·VR(β为投影倍率)朝-Y方向(或+Y方向)进行扫描，该扫描动作以分段扫描方式反复进行，在晶片218上的各照射区域扫描曝光光模板208的图案像。由扫描曝光，可在比投影光学系统209的曝光区域更宽的照射区域进行曝光。
下面，详细说明本例的投影曝光装置的温度控制机构。图19的曝光本体部300、第2照明系组件204、第1照明系组件203、及支柱202收容在未示出的腔室内，在该腔室内，由全体空调用空调装置的例如顶部送风口连续地供给干燥空气等气体，该干燥空气等气体由直流方式控制为规定的目标温度，并经过HEP过滤器(high efficiencyparticulate air-filter)及化学过滤器等除去灰尘和成为起雾原因的化学物质等，供给的气体例如通过配置于底座构件201的未示出的排气口返回到该空调装置。
为了对该气体受到支承构件205、227及光模板基台219等遮住这一情形进行弥补，在晶片台224的侧面配置由送风机构215和排气机构216构成的部分空调机构215、216，在光模板台207的侧面也配置由送风机构237a、237b和排气机构237c、237d构成的部分空调机构237。另外，分别密闭光源250、光轴调整机构234、及照明系组件203、204内的光路，供给对曝光用光IL1具有透射性的气体，并使该气体维持规定浓度地进行补充供给。
图20(a)为主要示出从图19中的光轴调整机构234到光模板208的光学构件的断面图，在该图20(a)中，图19的曝光光源250的曝光用光IL1经过送光系251内的中继光学系入射到光轴调整机构234。光轴调整机构234设置有倾斜角可变反射镜234b和2个改变光路构件234d、234f，该倾斜角可变反射镜234b使曝光用光IL1折曲到固定于支柱202的罩构件234a的内部，并在规定范围内控制该角度，该2个改变光路构件234d、234f分别由倾斜角可变的平行平面玻璃构成，用于使曝光用光IL1的光路移动到直交的支柱202方向，罩构件234a内部的光路由入射面的窗构件234e和射出面的窗构件234f基本完全密闭，在其内部封入对于曝光用光IL1具有透射性的气体。
当曝光用光IL1为KrF准分子激光(波长248nm)时，该透射性气体例如为除去了臭氧的干燥空气。另外，当曝光用光IL1为ArF准分子激光(波长193nm)或F2激光(波长157nm)时，该透射性气体例如为氮气或氦气，当该曝光用光IL1的波长比150nm左右更短时，该透射性的气体为氦气。特别是氦气具有化学稳定性，热传导率比氮气约高6倍，并且气压变化使折射率产生的变动量与氮气相比约为1/8，所以具有冷却效果大、光学系的光学特性稳定的优点。在罩构件234a内配置有针对封于内部的气体的浓度传感器(未示出)，在由该浓度传感器测量出的浓度下降的场合，通过未示出的配管向罩构件234a内补充供给该气体。
通过光轴调整机构234的曝光用光IL1经过支柱202的开口202a入射到第1照明系组件203。第1照明系组件203在圆筒状的罩构件203a的内部从入射面侧依次配置减光部238、照度均匀化光学系239、照明开口光阑切换部240、中继光学系241、及可动光模板遮蔽机构242，该减光部238由进行光量的减光的可变ND过滤器等构成，该照度均匀化光学系239包含中继透镜和光学积分器(蝇眼透镜、内面反射型积分器、及DOE中的至少一个)，该照明开口光阑切换部240将照明系的开口光阑切换到环状照明用的开口、变形照明用的开口、或相干系数(σ值)可变的开口等。该可动光模板遮蔽机构242配置在相对光模板208的图案形成面的共轭面稍有散焦的位置，当扫描曝光开始时和结束时，通过关闭光模板208上的照明区域IF，防止在晶片上复制不需要的图案。另外，在减光部238、照明开口切换部240、及可动光模板遮蔽机构242分别连接光量可变驱动部235、照明开口驱动部236、及可动遮蔽器驱动部247，这些驱动部235、236、247也通过未示出的支架支承在支柱202。在这些驱动部235、236、247之间及支承减光部238等的未示出的支承构件确保气体可流通的间隙。
另外，罩构件203a的入射出和射出面分别由窗构件封闭，罩构件203a内部的曝光用光IL1的光路也基本被完全密闭，在其内部也封入对曝光用光IL1具有透射性的气体(上述那样除去了臭氧的干燥空气、氮气、或氦气等)。在该罩构件203a的内部配置针对该被封入气体的浓度传感器203b，同时，通过具有阀283A、283B并沿支柱202配置的配管282连接到相对该内部例如另外一室的用于贮藏该气体的储气瓶281。在本例中，当由该浓度传感器203b测出的该气体的浓度下降时，打开阀283A、283B，补充供给该气体以弥补该气体的泄漏量，从而使该第1照明系组件203内的光路时常由该气体充满并不会浪费该气体。
第2照明系组件204在圆筒状的罩构件204a内从入射面侧依次配置固定光模板遮蔽器243(固定视野光阑)243、中继光学系244、光路折曲用反射镜245、及聚光透镜系246等没有驱动机构的构件，该罩构件204a固定在图19的曝光本体部300的支承构件205。在第2照明系组件204没有驱动机构，所以，不会对该曝光本体部300产生振动等不良影响。另外，第2照明系组件204的侧面的入射面由兼用作窗构件的固定光模板遮蔽器243封闭，第2照明系组件204的底面射出面由窗构件204b封闭，罩构件204a内部的曝光用光IL1的光路也基本完全密闭，在该内部也封入有对曝光用光IL1具有透射性的气体。在罩构件204a的内部配置该气体的浓度传感器204c，该内部与气体瓶281通过具有阀285A、285B并沿图19的防振台233和支柱210、206配置的配管284连接。另外，配管284支承在曝光本体部300的重心部(振动时转矩最小的位置)的近旁，该配管284不对防振控制产生不良影响。
在第2照明系组件204中，当由该浓度传感器204c测出的浓度下降时，打开阀285A、285B，补充该气体，以弥补该气体的泄漏量，从而使透射性气体时常充满内部的光路。因此，曝光用光IL1的照度时常维持得较高，从而可缩短曝光时间，提高曝光工序的效率。
在图20(a)中，图19的光模板台207侧面的送风机构237a、237b和排气机构237c、237d构成的部分空调机构237假想由大体受到隔离的一个收容室表示。如图20(a)所示那样，在部分空调机构237内，平行于图案形成面地向光模板208供给除去了灰尘等并且将温度控制为目标温度的空气A1。这样，第2照明系组件204和图19的支承构件205不会在光模板208的近旁使空气流动恶化，光模板208的温度被以高精度维持在目标温度。因此，光模板208图案的像在晶片218上的倍率误差变得极小。另外，光模板台207用的激光干涉仪的检测光束的光路摇动变小，所以，提高了光模板台207的位置测量精度。
空气A1为除去了例如臭氧和成为起雾原因的化学物质的干燥空气，如曝光用光IL1的波长在200nm左右以下，则即使为干燥空气，也由于含有氧，所以吸收率提高。然而，由于空气A1中的光路较短，曝光用光IL1的吸收量为基本没有问题的程度。相反，当供给氮气或氦气等代替该空气A1时，与这些空气相比，昂贵的气体使用量变得非常多，运行成本上升。
为了进一步提高对曝光用光IL1的透射率，在部分空调机构237中，最好也供给氮气那样的高透射率的气体。另外，在曝光用光IL1的波长如F2激光那样接近150nm的场合，以及该波长比150nm左右短的场合，即使在部分空调机构237中，最好也控制温度地供给氮气或氦气等。
另外，部分空调机构237例如通过未示出的配管连接到腔室外侧的空调装置，该配管也沿曝光本体部300的支柱210和防振台233配置，支承在上述重心部的近旁，不对防振控制产生影响。
另外，如图20(a)所示，本例在第1照明系组件203与第2照明系组件204的边界部即第2照明系组件204的入射面设置固定光模板遮蔽器243。图20(b)为了简便，示出省去了图20(a)中的第2照明系组件204内光路折曲用反射镜245的状态，在该图20(b)中，第2照明系组件204的入射面的固定光模板遮蔽器243例如在罩于玻璃板的入射面的遮光膜243a中形成狭缝状开口，该开口与光模板208的照明区域IF共轭。具有某种程度的余量地覆盖第2照明系组件204的开口，在该状态下从第1照明系组件203使曝光用光IL1入射。此时，即使如2点划线的P1和P2所示那样使第1照明系组件203以例如高频率相对部分空调机构237振动，入射到第2照明系组件204的开口的光量也不变化。因此，光模板208的照明区域IF的形状和位置不变化，可时常正确地将光模板208的图案像复制到晶片上。
下面，参照图21和图22说明图19的晶片台224侧的空调机构。
图21(a)为示出图19的晶片台224等的平面图，图21(b)为除去图21(a)的送光系212a后的正面图。如图21(a)所示，在包含由2点划线示出的投影光学系统209的光轴AX的中心部具有细长的曝光区域IFW，在该曝光区域IFW和其近旁的多个检测点由图19的AF传感器212、211测量聚焦位置。图19的AF传感器212、211如图21(a)所示那样由第1AF传感器212a、211a和第2AF传感器212b、211b构成，该第1AF传感器212a、211a由送光系212a和受光系211a构成，该第2AF传感器212b、211b由送光系212b和受光系211b构成，送光系212a和212b沿相互交叉的方向D1和D2在多个检测点投影由检测光AFB形成的狭缝像，对应的受光系211a和211b接收来自这些多个检测点的反射光，使各狭缝像再次成像，生成与各检测点的散焦量对应的聚焦信号。即，第1和第2AF传感器分别为斜入射方式的多点AF传感器，可从多个检测点的散焦量的信息求出晶片218的曝光区域IFW的平均散焦量和相对像面的平均倾斜角。
在本例中，第1AF传感器212a、211a和第2AF伟感器212b、211b沿相互不同的方向照射检测光AFB，这样，即使为配置2个AF传感器的构成，也可紧凑地配置。另外，第1AF传感器的检测点和第2AF传感器的检测点的一部分相同。在该场合，对该相同的检测点由2个AF传感器测量散焦量，通过例如求出测量值的差分，可求出这些AF.传感器的测量值漂移。图19的AF传感器211、212为与第1实施形式说明的AF传感器117、118相同的构成，在这里省略详细说明。
如图21(b)所示，投影光学系统209的与晶片218相向的前端部209a变细。AF传感器的送光系212a、212b、及受光系211a、211b的前端部的光学系折曲，配置在投影光学系统209的前端部209a的侧面。同样，离轴方式的校正传感器213的光学系的前端部213a也折曲，配置在该前端部209a的侧面。连接前端部209a的中心(检测中心)与曝光区域IFW的中心(光轴AX)的直线与Y轴(扫描方向)平行。从前端部213a对被检测标记照射照明光，来自该被检测标记的反射光通过前端部213a中继到校正传感器213内的摄像元件。
另外，如图21(a)、(b)所示，晶片台224的-X方向的侧面和+Y方向的侧面分别加工成作为移动镜的镜面224x和224y，对应于镜面224x的X轴的参照镜223X和对应于镜面224y的Y轴的参照镜223Y分别固定在投影光学系统209的-X方向的侧面和+Y方向的侧面。另外，在前端部213a的-X方向侧的侧面通过支承杆221固定具有实质上垂直于X轴的反射面的参照镜222。从X轴激光干涉仪220X在Z方向形成规定间隔地分别将检测光束223XM和参照光束223XR照射在镜面224x和参照镜223X，激光干涉仪220X以参照镜223X为基准测量晶片台224的X座标。
另外，从激光干涉仪220A在Z方向形成规定间隔地分别将检测光束222AM和参照光束222AR照射在镜面224x和参照镜222，激光干涉仪220A以参照镜222为基准测量晶片台224的X座标。同样，从Y轴的激光干涉仪220Y在Z方向形成规定间隔地分别将检测光束223YM和参照光束223R照射在镜面224y和参照镜223Y，激光干涉仪220Y以参照镜223Y为基准测量晶片台224的Y座标。
晶片台224用的Y轴检测光束223YM的光轴位于通过光轴AX和校正传感器213的检测中心的直线上，X轴检测光束223XM的光轴通过光轴AX位于与X轴平行的直线上，X轴的检测光束222AM通过校正传感器213的检测中心配置在与X轴平行的直线上。结果，曝光时使用激光检测仪220X的测量值，校正时使用激光干涉仪220A的测量值，这样，即使在晶片台224产生绕Z轴的回转(偏转)，也可在抑制阿贝(アツベ)误差发生的同时以高精度测量晶片台224的X座标。
另外，例如检测光束223YM由沿X方向以规定间隔配置的2根检测光束构成，根据由这些检测光束测量到的Y座标的差分求出晶片台224绕Z轴的回转角(偏转量)。
关于这一点，如图21(b)所示那样，检测光束223XM、222AM(检测光束223YM也同样)的高度由于从晶片218的表面偏移到下方，所以，如发生晶片台224绕Y轴的回转(侧滚)，或发生晶片台224绕X轴的回转(仰俯)，则在X座标的测量值和Y座标的测量值中混入阿贝误差。为了修正该阿贝误差，实际上检测光束223XM、222AM、223YM分别分成沿Z方向分离的2个检测光束，根据由该2个检测光束测量出的座标的差分测量侧滚量和仰俯量。
如图21所示，在投影光学系统209的侧面配置AF传感器212、211、及校正传感器213，同时，投影光学系统209的工作距离变得非常小，所以，仅是从侧面方向送出控制了温度的气体时，难以将激光干涉仪220X、220A、220Y的检测光束和参照光束的光路和晶片218上的曝光区域IFW的温度在容许范围内维持在规定的目标温度。另外，当在这些检测光束和参照光束的光路因温度不均等产生摇动时，存在测量值也产生误差的可能。因此，本例在晶片台224侧也设置部分空调机构。
图22(a)为示出在图21(a)中配置部分空调机构215、216的状态的平面图，图22(b)为沿BB线剖开图22(a)的一部分构件的正面图，在图22(a)中，夹住投影光学系统209地配置送风机构215和排气机构216。送风机构215由箱状的导向构件287、配管288、分支部286、Y轴的送风部286y、及X轴的送风部286x构成，该配管288从外部未示出的空调装置送来进行了温度控制并由HEPA过滤器或化学过滤器进行了除尘的气体A2，该分支部286配置在导向构件287的内部。作为进行了温度控制的气体A2，在本例中使用除去了臭氧的干燥空气，但除此之外也可使用氮气或氦气等。
分支部286将通过配管288供给的气体A2分支后分配到送风部286x和286y。首先，Y轴的送风部286y在导向构件287中收容于沿Y轴的参照镜223Y方向延伸的送风路287c内。为了将送风路287c配置在即使晶片台224于晶片基台217上进行2维移动也不接触的高度，其送风口287y朝斜下方形成。送风部286y通过送风路287c从送风287y分别如箭头Ay1和Ay2所示那样朝斜下方送出从分支部286送来的气体。由箭头Ay1所示的气体供给到图21的Y轴的参照光束223YR和检测光束223YM的光路，由箭头Ay2所示的气体供给到晶片218上的投影光学系统209的曝光区域IFW上。
另一方面，在X轴的送风部286x的一部分设置使图21的X轴的激光干涉仪220X、220A的检测光束和参照光束通过的开口部。在导向构件287的一部分设置罩住X轴的参照镜223X和222前方那样的圆筒状的送风路287b，送风路287b的前端部如图22(b)所示那样以台阶状延伸到投影光学系统209的前端部侧，与送风口287a连通。送风路287b设置在即使晶片台224进行2维移动也不接触晶片台224的高度。另外，在导向构件287底面侧的与晶片台224的侧面相向的部分形成X轴的送风口287x。
图22(b)的X轴的送风部286x从送风口287x如箭头Ax2所示那样朝在晶片基台207上进行2维移动的晶片台224的侧面输送进行了温度控制的气体。该气体供给到图21的检测光束223XM、222AM的光路。送风部286x在送风路287b内如箭头Ax1和Ax3所示那样分别向入射到参照镜223X和222的参照光束的光路供给进行了温度控制的气体。在该场合，送风路287b经过参照镜223X的底面和投影光学系统209的前端部的侧面通到送风口287a，所以，沿箭头Ax1通过参照镜223X的底面的气体从送风口287a如箭头Ax4所示那样吹出到曝光区域IFW。这样，即使配置AF传感器(212a、211a、212b、211b)和校正传感器213，即使投影光学系统209的工作距离短，也可直接将进行了温度控制的气体送到该曝光区域IFW，可高精度地将该曝光区域IFW的晶片218的温度控制为目标温度。结果，复制到晶片218上的图案的倍率误差变得极小，线宽控制性等提高，重合曝光时的重合精度得到提高。
另外，排气机构216与送风机构215一起夹住投影光学系统209地与送风机构215相向配置，同时，如图22(a)所示那样，分割成朝向送风路287c侧的排气组件289A和朝向-X方向的排气组件289B，通过晶片台224的周围流入到排气组件289A和289B内的气体分别经过配管290A和290B作为气体A3和气体A4返回到未示出的空调装置。通过使用这样配置的排气机构216，具有不会在通过晶片台224周围的气体产生紊流的优点。
图22的晶片台224在进行扫描曝光时连续地朝Y方向移动，送风机构215的气体被沿与扫描方向大体直交的非扫描方向(X方向)输送，在晶片台224的Y方向的镜面224y(参照图21(a))侧基本不发生气体的流动。因此，在扫描曝光时可高精度地检测晶片台224的Y座标，从而可减小晶片218和光模板208的同步误差。
在本例中，如图19所示，在第1照明系组件203与第2照明系组件204之间分离照明光学系，将第2照明系组件204固定在曝光本体部300，所以，即使在曝光本体部300与支柱202之间发生较高频率的振动，光模板208上的照明区域也不变化，可将光模板208的图案像高精度地复制到晶片218上。然而，例如从曝光光源250射出的曝光用光IL1(激光光束)的经时轴偏移那样的低频振动也可由光轴调整机构234进行修正。这样，可提高对曝光过程中产生的振动的容许度。也可在投影光学系统209内部充满上述气体，在晶片侧设置图20(b)所示的部分空调机构237，在其中配置晶片台224。另外，在第1照明系组件203与第2照明系组件204之间、第2照明系组件204与部分空调机构237之间、部分空调机构237与投影光学系统209之间、及投影光学系统209与晶片台224(或部分空调机构)之间等分别使上述气体流动，或使该空间密闭，充满上述气体。
下面，参照图23说明本发明的实施形式的另一例。本例相对上述实施形式改变用于将进行了温度控制的气体送到晶片上的曝光区域的机构，在图23中，与图19对应的部分采用相同符号，省略其详细说明。
图23为示出本例的投影光学系统209和晶片218的局部剖切构成图，在该图23中，投影光学系统209通过凸缘226载置于设在支承构件227上的开口内。在支承构件227的底面安装圆筒状的保持构件228，以罩住投影光学系统209下侧的侧面和前端部。在保持构件228与投影光学系统209之间设置间隙，在保持构件228的底面形成穿过投影光学系统209的曝光用光所通过的开口228c，通过开口228c的曝光用光照明晶片218上的曝光区域IFW。另外，保持构件228的内部228a通过未示出的多个肋实现空洞化，并在保持构件228的外面设置图19的AF传感器212、211和校正传感器213。由该构成，在投影光学系统209的镜筒不作用负荷，具有透镜像差变大的优点。
在本例的投影光学系统209的前端部209a设置有保持小口径透镜群的透镜框231A和成像特性修正部231B，该成像特性修正部231B具有在进行变形照明等的场合用于修正像散(慧形像差)等的平行平面板。在设于保持构件228的侧面的开口228b通过固定部232B连接空心的送风导向构件232A，送风导向构件232A与未示出的空调装置连接。在该空调装置内进行了除尘和温度控制的空气等气体如箭头A7所示那样经送风导向构件232A、固定部232B、及保持构件228的开口228b供给到保持构件228与投影光学系统209之间的间隙。这样供给的气体如箭头A8所示那样流到前端部209a周围后，如箭头A9所示那样通过保持构件228的开口228c吹出到晶片218上的曝光区域IFW上。送到晶片218上的气体通过未示出的排气机构返回到上述空调装置。
在本例的保持构件228的内部228a以螺旋状卷绕送流管230。在该送流管230的流入口，从未示出的液体供给装置沿箭头A5所示方向经过支承构件227的底面的温度调节部229a供给进行了温度控制的冷媒CF。作为冷媒CF，例如可使用氟系惰性液体，作为一个例子，可使用弗洛里纳托(フロリナ一ト)  (美国斯里艾姆(スエリ一ム)公司商品名)。另外，也可将纯水用作冷媒CF。
通过送流管230的内部流到投影光学系统209外面的冷媒CF从送流管230的排出口经过支承构件227底面的温度检测部229b，沿箭头A6所示方向返回到该液体供给装置。由于在该液体供给装置内大体进行了温度控制，所以，温度调节部229a只需进行冷媒CF的温度微调以使例如温度检测部229b测出的温度接近目标温度。
如上述那样按照本例，由于通过投影光学系统209与保持构件228之间的空间向晶片218的曝光区域IFW上直接输送进行了温度控制的气体，所以，即使在投影光学系统209的周围配置各种传感器，而且即使投影光学系统209的工作距离较短，也可将包含曝光区域IFW的晶片218的温度正确地维持在目标温度附近。
另外，由于在投影光学系统209的侧面使进行了温度控制的冷媒流动，所以，即使在保持构件228的外面安装成为某种程度的发热源的各种传感器，投影光学系统209和晶片218的温度也不上升。也可在图23所示可动平行平面板的晶片218侧可更换地设置平行平面板，当因附着保护层等产生的物质导致的照明光透射率下降等超过容许值时，更换该平行平面板。
在第2实施形式(图19、图23)中，控制了上述气体充入所用气体的温度，但也可进一步控制该气体的压力和湿度等，AF传感器211、212不仅可为2轴，也可为1轴。
另外，上述各实施形式中所有AF传感器不限于同步检波，例如也可将由晶片反射的AF光束引导至线传感器(ラインサンサ)，以该传感器的像素为基准检测上述聚焦位置。图1和图20所示照明光学系不过为一例，不限于该构成。另外，在图20中，将照明光学系分成第1和第2照明系组件，但也可为单一的照明系组件，或分成3个以上的照明系组件。
可在上述第1和第2实施形式中相互采用分别说明的变型例。
上述实施形式将本发明应用于分段扫描方式的投影装置，但本发明也可应用于一步型投影曝光装置那样的一次曝光型投影曝光装置和趋近(プロキシミテイ)方式的曝光装置、以及分步接续(ステツプ·アンド·スキヤン)方式的曝光装置等。另外，不仅适用于半导体元件、液晶显示元件、摄像元件、及薄膜磁头等的制造所用曝光装置等，也适用于显示器(等离子显示器等)和光掩模(光模板)等的制造所用曝光装置等。
在将准分子激光等远紫外线作为曝光用照明光的场合，使用石英(SiO2)和萤石(CaF2)等可透射远紫外线的材料作为投影光学系统等的玻璃材料。另外，投影光学系统的倍率不仅可为缩小系，也可为等倍和放大系中的任何一种。
投影光学系统可使用折射系、反射系、及组合折射透镜与凹面镜等反射光学元件构成的反射折射系中的任一种。作为反射折射系，可采用将多个折射光学元件和2个反射光学元件(至少一方为凹面镜)配置在不折曲地延伸成一直线的光轴上。
另外，作为曝光用照明光，也可使用这样获得的高次谐波，即，通过由添加了铒(或铒和镱两方)的光纤放大器放大由DFB半导体激光器或光纤维激光器振荡产生的红外区域或可视区域的单一波长激光，并利用非线形光学晶体进行波长变换使其成为紫外光。例如，如单一波长激光的振荡波长在1.544-1.553μm的范围内时，则可获得193-194nm范围内的8倍高次谐波，即与ArF准分子激光大体相同波长的紫外光，当振荡波长在1.57-1.58μm的范围内时，则可获得157-158nm范围内的10倍高次谐波，即与F2激光大体相同波长的紫外光。
另外，上述实施形式的投影曝光装置对照明光学系和投影光学系统进行调整，并对各构成要素进行电、机械、或光学连接而组装。该场合的作业最好在进行了温度管理的洁净室内进行。如上述那样进行了曝光的晶片经过显影工序、图案形成工序、结合工序等，制造出半导体元件等器件。
本发明不限于上述实施形式，在不脱离本发明要旨的范围内可获得多种构成。另外，包含说明书、权利要求书、附图、及说明书摘要在内的1998年11月18日提出的日本专利申请第10-327651号及1998年12月24日提出的日本专利申请10-366513号的所有公开内容完全依照原样加以引用，组合到这里。
产业上利用的可能性
按照本发明的第1曝光方法，通过比较第1和第2聚焦位置检测系的相同检测点的测量值，可求出这些聚焦位置检测系的测量值漂移等以进行修正。因此，不太多地降低效率即可在曝光过程中高精度地检测出作为曝光对象的基板表面相对投影光学系统像面的散焦量。
另外，不太多地降低效率即可高精度地使作为曝光对象的基板表面相对投影光学系统像面对焦，将掩模图的像曝光在该基板上。
当使用如TTR方式那样通过投影光学系统检测规定标记从而检测出标记与基板的对焦状态的第3聚焦位置检测系时，可减小该聚位置检测系的使用频率，而且可提高对焦精度。另外，按照本发明的第1曝光装置，可使用本发明的第1曝光方法。
按照本发明的第2曝光方法或第2曝光装置，由于第2照明系固定在曝光本体部，与该曝光本体部独立地支承第1照明系，所以，可在途中分离从曝光光源到曝光本体部的光学系，并在整体上提高该光学系中的曝光光束(曝光用光)的光路的气密性。因此，在将具有透射性的气体充满到这些第1和第2照明系内的场合，可有效地使用该气体。
在向掩模图形成面实质上平行地供给进行了温度控制的气体的场合，即使配置该照明系的支承构件等，也可高精度地进行掩模的温度控制。
按照本发明的第3曝光装置，由于设置有具有检测光束的光路用和基板用送风口的温度控制装置，所以，在使用干涉仪进行基板台(晶片台)的位置测量的场合，可将干涉仪的检测光束的光路和作为曝光对象的基板的温度高精度地控制在目标温度附近。
按照本发明的第4曝光装置，由于通过投影光学系统的侧面与保持构件之间向基板上供给进行了温度控制的气体，所以，即使在使用工作距离短的投影光学系统的场合，也可高精度地控制作为曝光对象的基板的温度。通过向该保持构件的内部供给进行了温度控制的冷媒，即使安装于该保持构件的各种传感器等发热，也可防止投影光学系统和基板的温度上升。
按照本发明的第1器件制造方法，可使用本发明的曝光方法高精度地制造器件。
按照本发明的第3曝光方法，基本上不降低效率即可求出该基板的位置信息的误差，相对投影光学系统的像面高精度地使该基板的表面对焦，将掩模图的像曝光在该基板。另外，按照本发明的第5曝光装置，可使用本发明的第3曝光方法。按照本发明的第2器件制造方法，可使用本发明的第5曝光装置高精度地制造器件。

Claims (18)

1.一种曝光方法，使用产生曝光光束的曝光光源和保持掩模与基板的曝光本体部，利用上述曝光光束将上述掩模图复制在上述基板上；其特征在于：将用于传送上述曝光光源的曝光光束的第1照明系独立于上述曝光本体部地支承，在上述曝光本体部固定用于将上述第1照明系的上述曝光光束引导至上述曝光本体部的第2照明系，将可动遮蔽器独立于上述曝光本体部及上述第2照明系进行支承，所述可动遮蔽器可以对基于上述曝光光束的上述掩模的照射范围进行变更。
2.如权利要求1所述的曝光方法，其特征在于：将上述第1照明系及第2照明系内的上述曝光光束的光路分别密闭，向该密闭的各个光路上相互独立地供给对于上述曝光光束具有透射性的气体，在上述掩模周围实质上平行于上述掩模图形成面地供给温度受到了控制的气体。
3.一种曝光装置，具有产生曝光光束的曝光光源和保持掩模与基板的曝光本体部，利用上述曝光光束将上述掩模图复制到上述基板上；其特征在于：设置有第1照明系和第2照明系，上述第1照明系独立于上述曝光本体部地受到支承并传送来自上述曝光光源的曝光光束，上述第2照明系固定于上述曝光本体部并将从上述第1照明系射出的曝光光束引导至上述曝光本体部，设置独立于上述曝光本体部及上述第2照明系地被支承的可动遮蔽器，该可动遮蔽器可以对基于上述曝光光束的上述掩模的照射范围进行变更。
4.如权利要求3所述的曝光装置，其特征在于：上述第1照明系和该第2照明系内的上述曝光光束的光路分别被实质性地密闭，向该密闭的2个光路上相互独立地供给对于上述曝光光束具有透射性的气体。
5.如权利要求3或4所述的曝光装置，其特征在于：上述第2照明系具有用于规定基于上述曝光光束的上述掩模的照射范围的固定遮蔽器。
6.一种曝光装置的制造方法，按规定位置关系组装曝光光源、曝光本体部、第1照明系、第2照明系及可动遮蔽器，上述曝光光源用于产生曝光光束，上述曝光本体部保持掩模与基板，上述第1照明系独立于上述曝光本体部地受到支承并传送来自上述曝光光源的曝光光束，上述第2照明系固定于上述曝光本体部并将从上述第1照明系射出的曝光光束引导至上述曝光本体部，上述可动遮蔽器独立于上述曝光本体部及上述第2照明系进行支承，所述可动遮蔽器可以对基于上述曝光光束的上述掩模的照射范围进行变更。
7.一种器件制造方法，其特征在于：包含利用如权利要求1或2所述的曝光方法在上述基板上复制上述掩模图的工序。
8.如权利要求3所述的曝光装置，其特征在于：上述第1照明系设置了具有驱动机构的光学构件。
9.如权利要求8所述的曝光装置，其特征在于：上述第2照明系设置了没有驱动机构的光学构件。
10.如权利要求8或9所述的曝光装置，其特征在于：上述驱动机构用于使照射到上述掩模的上述曝光光束的照射强度可变。
11.如权利要求5所述的曝光装置，其特征在于：上述固定遮蔽器配置在从上述第1照明系射出的曝光光束所入射的上述第2照明系的入射面。
12.如权利要求8-10中任何一项所述的曝光装置，其特征在于：具有上述驱动机构的光学构件包含用于对上述曝光光束进行减光的减光部。
13.如权利要求3-5、8-12中任何一项所述的曝光装置，其特征在于：上述曝光本体部具有用于支承将掩模图的像投影到基板上的投影系的第1支承构件，上述第2照明系固定于上述第1支承构件，上述第1照明系由与上述第1支承构件独立的第2支承构件支承。
14.如权利要求13所述的曝光装置，其特征在于：上述曝光光源独立于上述第1支承构件和上述第2支承构件地进行配置。
15.如权利要求13或14所述的曝光装置，其特征在于：上述第1支承构件和上述第2支承构件分别配置在同一底座上，上述曝光光源独立于上述底座地进行配置。
16.如权利要求6所述的曝光装置制造方法，其特征在于：上述第1照明系设置了具有成为振动源的驱动机构的光学构件，上述第2照明系仅设置了不具有成为振动源的驱动机构的光学构件。
17.如权利要求3所述的曝光装置，其特征在于：上述可动遮蔽器设置在第1照明系。
18.一种器件制造方法，其特征在于：利用权利要求3-5、8-17中的任何一项所述的曝光装置将掩模图复制到基板上。
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