JP2004273828A

JP2004273828A - Method and device for surface position detection, focusing device, aligner, and manufacturing method for device

Info

Publication number: JP2004273828A
Application number: JP2003063598A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Kito; 義昭鬼頭
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-03-10
Filing date: 2003-03-10
Publication date: 2004-09-30

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface position detecting method by which information of the height of the surface of a transmissible board is detected accurately even if reflected light from the transmissible board contains not only reflected light from the board surface but also that from the board back. <P>SOLUTION: According to the surface position detecting method, light is projected slantly on a detection surface of the transmissible board, and the reflected light from the transmissible board W is received to detect the surface position information of the board W. The light reflected on the detection surface is specified among the reflected light from the transmissible board on the basis of a reflected light strength distribution D to detect the surface position information of the transmissible board. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子、液晶表示素子、撮像素子、薄膜磁気ヘッド、その他のデバイスをリソグラフィ工程で製造する際に、各種のデバイスが形成される基板の表面に対して垂直な方向の基板表面の位置を検出する面位置検出方法、面位置検出装置、合焦装置、露光装置及びデバイスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子、液晶表示素子、撮像素子、薄膜磁気ヘッド、その他のデバイスの製造工程の１つであるフォトリソグラフィ工程においては、マスクに形成されたパターンの像をフォレジスト等の感光剤が塗布されたウエハやガラスプレート等の基板上に投影露光する露光装置が用いられる。投影露光においては、マスクのパターンの結像面に基板の表面（露光面）を位置合わせする作業、すなわち焦点合わせを行うため、基板の表面の高さ情報を正確に検出する必要があり、このため、露光装置は投影光学系の光軸方向における基板の位置（高さ）を検出するオートフォーカスセンサ（ＡＦセンサ）を備える。ＡＦセンサは、基板の表面に対して複数のビームを投射する投光系と、基板の表面からの反射光を受光する受光系と、受光系からの情報を取得して基板の表面の高さ情報を検出する検出部とを備えて、基板の表面の高さ情報を検出するようになっている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−３０４０１６号公報（第４頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ガラスプレート等の透過性基板に投影露光する場合にも上述したＡＦセンサが用いられている。受光系が受光する光には、透過性基板の表面からの反射光のみならず、裏面からの反射光も含まれているが、表面反射光と裏面反射光とを区別することが可能であった。しかし、デバイスの軽薄化等の要請に伴って透過性基板の厚みが薄くなり、表面反射光と裏面反射光が重なりあってしまい、表面反射光のみを検出することができず、透過性基板の表面の高さ情報を正確に検出することが困難になるという新たな問題が発生している。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、透過性基板からの反射光のなかに、透過性基板の表面からの反射光のみならず、裏面からの反射光が含まれる場合であっても、透過性基板の表面の高さ情報を正確に検出する面位置検出方法、面位置検出装置、合焦装置、露光装置及びデバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の面位置検出方法、面位置検出装置、合焦装置、露光装置及びデバイスの製造方法では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
第１の発明は、透過性基板（Ｗ）の被検面（Ｗａ）に対して斜め方向から光を投射し、透過性基板（Ｗ）からの反射光（Ｒ）を受光することにより透過性基板（Ｗ）の面位置情報を検出する面位置検出方法において、透過性基板（Ｗ）からの反射光（Ｒ）のなかから被検面（Ｗａ）で反射した被検面反射光（Ｒａ）を反射光（Ｒ）の強度分布（Ｄ）に基づいて特定して透過性基板（Ｗ）の面位置情報を検出するようにした。これにより、透過性基板からの反射光が被検面で反射した被検面反射光と裏面で反射した裏面反射光とを合成した光である場合に、反射光の強度分布を用いることにより、合成した光のなかから被検面で反射した被検面反射光を数値処理により特定することができる。
【０００７】
また、透過性基板（Ｗ）からの反射光（Ｒ）のなかから被検面反射光（Ｒａ）を特定する際に、被検面反射光（Ｒａ）に関連した参照用強度分布（Ｄｆ）と透過性基板（Ｗ）からの反射光（Ｒ）の強度分布（Ｄ）とのマッチング処理により、強度分布（Ｄ）のなかから被検面反射光（Ｒａ）を特定するものでは、参照用強度分布と透過性基板からの反射光の強度分布とのマッチング処理により、反射光の強度分布のなかから参照用強度分布を確実に探し出すことができ、更に参照用強度分布は被検面反射光に関連することから被検面反射光を特定することができる。また、透過性基板（Ｗ）の面位置検出に先だって、基準面（８４）に光を投射し、基準面（８４）からの反射光（Ｒｂ）に基づいて参照用強度分布（Ｄｆ）を求めるものでは、被検面反射光のみからなる強度分布を得ることができるので、確実に反射光の強度分布のなかから被検面反射光の強度分布を確実に特定することができる。また、参照用強度分布（Ｄｆ）の少なくとも一部を用いて、透過性基板（Ｗ）からの反射光（Ｒ）の強度分布（Ｄ）とのマッチング処理を行うものでは、特徴的な一部分やノイズに汚染されていない部分を用いることにより、精度よくマッチング処理を行うことができる。また、参照用強度分布（Ｄｆ）は、基準面（８４）からの反射光（Ｒｂ）の強度分布（Ｄｂ）と、被検面（Ｗａ）の裏面からの反射光（Ｒｎ）に相当する光の強度分布（Ｄｎ）とを合成した強度分布であるものでは、高さ検出の際に実際に得られる光の強度分布に相当する強度分布を用いることにより、マッチング処理の精度を高めることができる。また、被検面（Ｗａ）の裏面からの反射光（Ｒｎ）に相当する光の強度分布（Ｄｎ）は、基準面（８４）からの反射光（Ｒｂ）の強度分布（Ｄｂ）と透過性基板（Ｗ）の反射率及び厚みとを考慮して求められるものでは、より正確に被検面の裏面からの反射光に相当する光の強度分布を求めることができ、マッチング処理の精度を高めることができる。また、参照用強度分布（Ｄｆ）のパラメータを変化させて透過性基板（Ｗ）からの反射光（Ｒ）の強度分布（Ｄ）に適合させるプロファイルフィッティング処理を行うことにより、被検面反射光（Ｒａ）を特定するものでは、パラメータを変化させることにより、透過性基板の厚みや反射率のばらつきによる反射光の強度分布の変形を考慮することができるので、反射光の強度分布に参照用強度分布を精度よくマッチングさせることができる。更に、マッチングさせたパラメータに基づいて透過性基板の厚みや反射率を正確に求めることができる。また、透過性基板（Ｗ）からの反射光（Ｒ）の強度分布（Ｄ）のなかから被検面反射光（Ｒａ）の最強度位置を検出するものでは、反射光の強度分布における被検面反射光の位置を正確かつ容易に検出できるので、ガラス基板の高さ計測を正確に行うことができる。
【０００８】
第２の発明に係る面位置検出装置（４１）は、基板（Ｗ）の被検面（Ｗａ）に対して斜め方向から光を投射する投光系（４２）と、基板（Ｗ）からの反射光（Ｒ）を受光して光電的に検出する受光系（４３）と、透過性基板（Ｗ）から反射される光（Ｒ）の強度分布（Ｄ）のなかから被検面（Ｗａ）で反射した被検面反射光（Ｒａ）を特定して被検面（Ｗａ）の面位置情報を検出する面位置検出部（９１）とを備えるようにした。これにより、透過性基板からの反射光が被検面で反射した被検面反射光と裏面で反射した裏面反射光とを合成した光である場合に、面位置検出部が合成した光のなかから被検面で反射した被検面反射光を特定するので、透過性基板の面位置を確実に検出することができる。また、透過性基板からの反射光を分光する光学系等の特別な設備を設ける必要がなく、設備コストを抑えることができる。
【０００９】
第３の発明は、所定の光学系（３０）の焦点深度内に透過性基板（Ｗ）を移動させる合焦装置（４０）において、所定の光学系（３０）に対する透過性基板（Ｗ）の面位置を検出する面位置検出装置（４１）として、上記面位置検出装置（４１）を備えるようにした。これにより、検出対象が薄形の透過性基板であっても被検面の高さ検出を行うことができるので、所定の光学系の焦点深度内に透過性基板を確実に移動させることができる。
【００１０】
第４の発明は、マスク（Ｍ）に形成されたパターンを透過性基板（Ｗ）上に転写する投影光学系（３０）を備える露光装置（ＳＴＰ）において、投影光学系（３０）の焦点深度内に透過性基板（Ｗ）を移動させる合焦装置（４０）として、上記合焦装置（４０）を備えるようにした。これにより、所定の光学系の焦点深度内に薄形の透過性基板を移動させることができるので、透過性基板の露光面にマスクに形成されたパターンを鮮明に転写することができる。
【００１１】
第５の発明は、リソグラフィ工程を含むデバイスの製造方法において、リソグラフィ工程において上記露光装置（ＳＴＰ）を用いるようにした。これにより、薄形の透過性基板の露光面にマスクに形成されたパターンを鮮明に転写することができるので、薄形液晶表示素子等の透過性基板を用いたデバイスの薄形化、軽量化を実現することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る面位置検出方法、面位置検出装置、合焦装置、露光装置及びデバイスの製造方法の一実施の形態について説明する。図１は、本発明に係る露光装置ＳＴＰの要部を示す概念図である。露光装置ＳＴＰは、レチクル（マスク）Ｍとガラス基板（透過性基板）Ｗとを一元方向（Ｙ方向）に同期移動させつつ、レチクルＭに形成された回路パターンをガラス基板Ｗ上の各ショット領域に転写するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ）である。
【００１３】
露光装置ＳＴＰは、光源からの照明光（エネルギビーム）によりレチクルＭを照明する照明系１０、レチクルＭと保持するとともに一元方向に移動させるレチクルステージ２０、レチクルＭから射出される照明光をガラス基板Ｗ上に投射する投影光学系３０、レチクルＭのパターンの結像面にガラス基板Ｗの露光面Ｗａを位置合わせ（焦点合わせ）する合焦系４０、ガラス基板Ｗを保持するステージ８０、及び装置全体を統括的に制御する主制御系９０等から構成される。
ステージ８０は、二次元平面内（ＸＹ平面内）で移動可能なＸＹステージ８１、ガラス基板Ｗを吸着保持しかつＸＹステージ８１上でＺ軸方向（投影光学系３０の光軸ＡＸ方向）に微小駆動可能なＺレベリングステージ８２、ＸＹステージ８１を駆動する駆動装置８３等から構成される。なお、ステージ８０には、各種調整に用いられる基準面８４がガラス基板Ｗと干渉しない位置に設けられる。また、図示しないが、レチクルステージ２０及びステージ８０の位置（Ｘ方向、Ｙ方向、或いはＺ軸周りの回転方向（θ））情報は、レーザ干渉計等の計測装置により常時モニターされ、その位置情報は主制御系９０に入力される。
なお、主制御系９０は、各種演算を行う演算部（面位置検出部）９１と各種パラメータや測値情報等を記憶するメモリ９２とを備える。
【００１４】
合焦系４０は、露光面Ｗａの高さ情報（Ｚ方向）を斜入射方式により検出するＡＦセンサ（面位置検出装置）４１、及び主制御系９０、及びＺレベリングステージ８２から構成される。この合焦系４０は、投影光学系３０の結像面に対する焦点深度内にガラス基板Ｗの露光面Ｗａが収まるように、主制御系９０の指令のもとで、ＡＦセンサ４１からの検出信号に基づいてＺレベリングステージ８２を駆動して、ガラス基板Ｗの露光面Ｗａの高さ（Ｚ方向）及びその傾斜角を制御する。
【００１５】
次に、ＡＦセンサ４１の構成及び検出方法を図１及び図２を参照しながら説明する。図２は、ＡＦセンサ４１の要部を模式的に示す斜視図である。ＡＦセンサ４１は、図１及び図２に示すように、被検面であるガラス基板Ｗの露光面Ｗａに対して斜め方向に複数のビームからなる照明光Ｐを投射する投光系４２と、露光面Ｗａで反射した複数のビームからなる反射光Ｒを受光して露光面Ｗａの複数点の高さ情報を検出する受光系４３とにより構成される。
【００１６】
投光系４２において、光源５０からの照明光Ｐは、コンデンサーレンズ５１により略平行光束に変換されてプリズム５２に入射する。プリズム５２の出射側には、複数のスリット状の開口ＳＬが設けられた投光パターン板５３が配置されており、プリズム５２によって偏向した照明光は投光パターン板５３を通過する。投光パターン板５３を通過した照明光Ｐは、集光レンズ５４、照射用対物レンズ５５を経てガラス基板Ｗの露光面Ｗａに投射され、ガラス基板Ｗの露光面Ｗａに投光パターン板５３のスリット像ＳＲが結像する。
なお、光源５０としては、ガラス基板Ｗの露光面Ｗａに塗布されるレジストに対して非感光性でかつレジスト膜による干渉の影響の少ない光を発するもの、例えば波長幅の広い白色光源が望ましく、その他に、レジストに対する感光性の弱い波長帯の光を供給する発光ダイオード等を用いてもよい。
また、投光パターン板５３としては、上述したスリット状の開口ＳＬを有するものに限らず、透過部と遮光部とが交互に設けられた縞状の開口を有する透過格子型や、凹凸を有する反射回折格子型、あるいは反射部と非反射部とが交互に形成された反射格子型など、他の形態のものを用いてもよい。
【００１７】
受光系４３において、ガラス基板Ｗの露光面Ｗａで反射した複数のビームからなる反射光Ｒは、集光対物レンズ５６、振動ミラー５７、結像レンズ５８及び平行平板（プレーンパラレルガラスもしくはハービングガラス）５９を経てプリズム６０に入射する。ここでは、プリズム６０の入射面と露光面Ｗａとはいわゆるアオリの結像関係を満たすように配置され、この関係により、露光面Ｗａ上に投影されたスリット像ＳＲがプリズム６０の入射面上に結像する。
また、平行平板５９は、複数の回転軸を有し、不図示の駆動部により、これらの回転軸周りに微小量回転可能となっている。なお、この平行平板５９の回転によってプリズム６０の入射面におけるスリット像ＳＲの結像位置が変位するようになっている。
そして、プリズム６０から射出された反射光Ｒは、ミラー６１、リレーレンズ６２，６３を経て、受光器６４の受光面に達する。これにより、複数のスリット像ＳＲが受光器６４の受光面に再結像される。なお、振動ミラー５７は、加振装置６６によって振動され、反射光Ｒを変調（モジュレーション）して反射させることにより受光器６４での分解能と検出再現性を向上させるものである。受光器６４の受光面には、複数の受光素子６５が配置されており、各受光素子６５の検出信号は信号処理装置６７に出力される。
そして、信号処理装置６７は、ガラス基板Ｗの露光面Ｗａと投影光学系３０の結像面とのずれ量ΔＺ（Ｚ軸方向ずれ量）を検出すると、そのずれ量ΔＺを主制御系９０に出力する。
【００１８】
なお、投光パターン板５３に形成された複数のスリット状の開口ＳＬは、４５゜に傾けた状態で形成され、ガラス基板Ｗの露光面Ｗａ上において、Ｘ軸及びＹ軸に対して４５°傾いたスリット像ＳＲとして結像される。そして、受光系４３のプリズム６０の入射面にはスリット状の開口ＳＬを有する受光パターン板６８が配置されており、この受光パターン板６８の開口ＳＬを通過した反射光Ｒは、受光器６４の受光素子６５にそれぞれ達する。
以上のようにして、投光系４２からの照明光Ｐがガラス基板Ｗの露光面Ｗａ上において投影光学系３０の光軸ＡＸ（図１参照）に対して斜めに投射され、ガラス基板Ｗの露光面ＷａがＺ軸方向に変位すると、受光パターン板６８上での結像位置が変化し、受光素子６５による光量変化を検出して投影光学系３０の結像面と露光面Ｗａとのずれ量ΔＺが検出される。
【００１９】
次に、ガラス基板Ｗに投射する照明光Ｐと反射光Ｒの関係について図３及び図４を参照しながら説明する。図３（ａ）は、投射光Ｐと反射光Ｒの光路を示す図である。図３（ｂ）は、従来例における反射光Ｒの強度分布Ｄを示す図である。図４は、反射光Ｒの強度分布Ｄを示す図である。
ガラス基板Ｗに照明光Ｐを投射すると、図３（ａ）に示すに、反射光Ｒが受光素子６５に入射する。照明光Ｐは、被検面（露光面）Ｗａである表面で反射するだけでなく、ガラス基板Ｗを透過して裏面側でも反射するため、反射光Ｒには、表面反射光（被検面反射光）Ｒａと裏面反射光Ｒｎとが存在する。更に、裏面反射光Ｒｎは、裏面での反射回数に対応して第１次裏面反射光Ｒ１、第２次裏面反射光Ｒ２等に分けることができる。なお、第３次裏面反射光Ｒ３以降の裏面反射光Ｒｎは、反射を繰り返す度に光の強度が減衰するため、受光器６４で検出することが困難となる場合が少なくない。
そして、表面反射光Ｒａの強度分布Ｄａの最強度位置と所定位置とのずれ量ΔＸｏに入射角度に依存する係数をかけたものが透過性基板ＷのＺ方向のずれ量ΔＺとなる。
【００２０】
ところで、従来の液晶表示ディスプレイ等で用いられるガラス基板Ｗからの反射光Ｒでは、表面反射光Ｒａと裏面反射光Ｒｎとを区別することが容易であった。なぜならば、ガラス基板Ｗの厚みが、例えば、０．５ｍｍ程度以上であっため、図３（ｂ）に示すように、反射光Ｒの強度分布Ｄにおいて表面反射光Ｒａの強度分布Ｄａと裏面反射光Ｒｎの強度分布Ｄｎとが離間しており、反射光Ｒの強度分布Ｄの最強度位置と表面反射光Ｒａの強度分布Ｄａの最強度位置とが一致することになり、その結果、反射光Ｒの強度分布Ｄの最強度位置を検出することにより容易に表面反射光Ｒａを認識することが可能であった。
しかし、液晶表示ディスプレイの軽薄化に伴い、ガラス基板Ｗの厚みが薄くなると、図４に示すように、表面反射光Ｒａの強度分布Ｄａと裏面反射光Ｒｎの強度分布Ｄｎ（Ｄ１，Ｄ２）とが重なって、表面反射光Ｒａと裏面反射光Ｒｎとを合成した強度分布Ｄが受光素子６５から得られるようになる。特に、表面反射光Ｒａに隣接する第１次裏面反射光Ｒ１の減衰が少ないので、表面反射光Ｒａと第１次裏面反射光Ｒ１との強度差が小さく、したがって、表面反射光Ｒａと第１次裏面反射光Ｒ１とが合成されると、反射光Ｒの最強度位置と表面反射光Ｒａの最強度位置とが一致しなくなり、反射光Ｒの強度分布Ｄのなかから表面反射光Ｒａを認識することが困難になる。
ガラス基板Ｗは、透過率が高く、反射率が低くいために、反射される光の強度は反射した回数のべき乗に依存する。したがって、第１次裏面反射光Ｒ１は、表面反射光Ｒａと比較すると、透過が２回多いのみであるので、減衰が少ない。一方、第２次裏面反射光Ｒ２以降は、表面反射光Ｒａと比較すると、反射した回数が１回以上になるため、減衰が大きくなる。
このような理由から、薄形のガラス基板Ｗにおいては、反射光Ｒの強度分布Ｄのなかから表面反射光Ｒａを認識することが困難となり、ガラス基板ＷのＺ位置を正確に検出することができなくなる。そのため、表面反射光Ｒａと裏面反射光Ｒｎとが合成された反射光Ｒの強度分布Ｄのなかから表面反射光Ｒａを反射光Ｒの強度分布Ｄに基づいて特定してガラス基板ＷのＺ位置を検出するようにする。
【００２１】
以下、表面反射光Ｒａと裏面反射光Ｒｎとを合成した反射光Ｒの強度分布Ｄのなかから表面反射光Ｒａを反射光Ｒの強度分布Ｄに基づいて特定する方法について説明する。図５は基準面８４からの反射光Ｒｂの強度分布Ｄｂを示す図であり、図６は強度分布Ｄから参照用強度分布Ｄｆを特定する方法を示す図である。
まず、被検面である露光面Ｗａの高さ計測に先だって、基準面８４に照明光Ｐを投射して、図５に示すような基準面８４からの反射光Ｒｂの強度分布Ｄｂを得る。基準面８４からの反射光Ｒｂは、図３（ａ）における表面反射光Ｒａに相当する光である。そして、得られた強度分布Ｄｂを参照用強度分布Ｄｆとして用いる。参照用強度分布Ｄｆと表面反射光Ｒａの強度分布Ｄａとは、共に被検面（Ｗａ或いは８４）のみからの反射光の強度分布であるため、強度分布の形状が略等しい。
したがって、ガラス基板Ｗからの反射光Ｒの強度分布Ｄのなかから参照用強度分布Ｄｆを特定することにより、表面反射光Ｒａの強度分布Ｄａを特定することが可能となる。そして、得られた参照用強度分布Ｄｆの情報は、メモリ９２に記憶される。
なお、基準面８４を用いる場合に限らず、ステージ８０上に遮光性の基板（例えば、スーパーフラットウエハ）を戴置して、遮光性の基板に照明光Ｐを投射し、遮光性の基板からの反射光Ｒｂに基づいて参照用強度分布Ｄｆを求めてもよい。
【００２２】
次に、ステージ８０上にガラス基板Ｗを戴置し、更に被検面であるガラス基板Ｗの露光面Ｗａに対して斜め方向に複数のビームからなる照明光Ｐを光源５０から投射して反射光Ｒを受光器６４により検出して、図６（ａ）に示すような反射光Ｒの強度分布Ｄを得る。そして、図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、反射光Ｒの強度分布Ｄの情報もメモリ９２に送られ、更に、演算部９１において、ガラス基板Ｗからの反射光Ｒの強度分布Ｄの波形（形状）と参照用強度分布Ｄｆの波形とを数値処理して、反射光Ｒの強度分布Ｄのなかから参照用強度分布Ｄｆを特定する。
具体的には、参照用強度分布Ｄｆと反射光Ｒの強度分布Ｄとのマッチング処理を行う。マッチング処理とは、参照用強度分布Ｄｆの波形の固有パターンを使用して、反射光Ｒの強度分布Ｄの波形のなかから参照用強度分布Ｄｆの波形を検索識別する方法である。すなわち、数値処理により反射光Ｒの強度分布Ｄの波形のなかから参照用強度分布Ｄｆの波形と一致する部分を探し出すものである。
そして、参照用強度分布Ｄｆを特定することにより、表面反射光Ｒａの強度分布Ｄａを検出することが可能となる。
【００２３】
上述したように、得られた反射光Ｒの強度分布Ｄの波形から参照用強度分布Ｄｆの波形をマッチング処理する場合、表面反射光Ｒａと裏面反射光Ｒｎとの重なりの程度が小さければ、基準面８４からの反射光Ｒｂの強度分布Ｄｂを参照用強度分布Ｄｆとし、参照用強度分布Ｄｆの波形全体を使ってマッチング処理しても良好な結果が得られる。一方、表面反射光Ｒａと裏面反射光Ｒｎとの重なりの程度が大きい場合には、良好にマッチング処理を行うことができないので、参照用強度分布Ｄｆの波形の一部を用いてマッチング処理を行うようにする。
波形の一部とは、強度分布の波形のなかの特徴的な部分であることが望ましく、例えば、波形の最強度周辺や波形の左側を用いる。波形の左側を用いるのは、強度分布Ｄの波形の左側は裏面反射光Ｒｎとの重なりが少ないので、強度分布Ｄの波形の左側に表面反射光Ｒａの強度分布Ｄａの波形の左側部分が表れる場合が多いからである。
このように、参照用強度分布Ｄｆの波形のなかから特徴的一部分を選び、この特徴的一部分を使用して、反射光Ｒの強度分布Ｄの波形のなかから参照用強度分布Ｄｆの波形（の一部）をマッチング（検索）することにより、信号ノイズの影響や表面反射光Ｒａと裏面反射光Ｒｎとの重なりの影響を避けることができる。
【００２４】
基準面８４からの反射光Ｒｂの強度分布（または、その一部）Ｄｂを参照用強度分布Ｄｆとして用いる場合に限らず、基準面８４からの反射光Ｒｂの強度分布Ｄｂを数値処理した強度分布を参照用強度分布Ｄｆとして用いることもできる。
図７は、参照用強度分布Ｄｆとして、合成した強度分布を用いる場合を示す図である。例えば、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、基準面８４からの反射光Ｒｂの強度分布Ｄｂに検出対象であるガラス基板Ｗの反射率及び厚みの影響を考慮して、裏面反射光Ｒｎ（Ｒ１、Ｒ２）の強度分布Ｄｎ（Ｄ１、Ｄ２）に相当する強度分布Ｄｎを求め、求めた強度分布Ｄｎと基準面８４からの反射光Ｒｂの強度分布Ｄｂとを合成した強度分布を参照用強度分布Ｄｆとする。
すなわち、参照用強度分布Ｄｆとして、ガラス基板Ｗから得られる反射光Ｒの強度分布Ｄに相当する強度分布を用いる。なお、ガラス基板Ｗの反射率及び厚みには、既知である平均値或いは設計値を用い、予めメモリ９２に記憶しておく。
【００２５】
次に、強度分布のフィッティング処理について、図８を参照して説明する。図８は、プロファイルフィッティング処理を示す図である。
上述したように、数値処理により求めた参照用強度分布Ｄｆを用いてマッチング処理を行う場合、図８（ａ）に示すように、参照用強度分布Ｄｆの形状と実際に得られる反射光Ｒの強度分布Ｄの形状とが少なからず形状が異なり、マッチング処理を良好に行うことができない場合が発生する。発生する理由として、ガラス基板Ｗの反射率及び厚みは、ガラス基板Ｗの表面状態等に影響して、ロット毎、或いはガラス基板Ｗ毎に異なる場合が少なくないからである。したがって、反射率及び厚みの値として設計値や平均値などの値を用いて求めた参照用強度分布Ｄｆと実際に得られる反射光Ｒの強度分布Ｄとが一致しない事態が発生してしまうのである。
そのため、求めた参照用強度分布Ｄｆのパラメータを変化させて実際に得られる反射光Ｒの強度分布Ｄに適合させるプロファイルフィッティング処理を行う。すなわち、図８（ｂ）に示すように、参照用強度分布Ｄｆの形状が反射光Ｒの強度分布Ｄの形状に一致するように参照用強度分布Ｄｆのパラメータを変化させて、参照用強度分布Ｄｆを反射光Ｒの強度分布Ｄにフィッティング（マッチング）させる。
参照用強度分布Ｄｆのパラメータとは、表面反射光Ｒａ、第１次裏面反射光Ｒ１及び第２次裏面反射光Ｒ２のそれぞれの最強度値（強度）及びその位置（Ｘｏ）である。また、プロファイルフィッティング処理には、繰り返し法が用いられる。繰り返し法としては、ガウス・ニュートン法を用いることが望ましい。ニュートン法などの他の繰り返し法に比べて、計算速度と精度の点で優れるからである。
これにより、参照用強度分布Ｄｆが反射光Ｒの強度分布Ｄにフィッティング（マッチング）されるので、参照用強度分布Ｄｆのパラメータから表面反射光Ｒａの最強度値、及びその位置が判明する。また、ガラス基板Ｗの反射率及び厚みも正確に求められる。それは、第１次裏面反射光Ｒ１及び第２次裏面反射光Ｒ２の最強度値、及びその位置は、ガラス基板Ｗの反射率及び厚みに依存するため、プロファイルフィッティングさせたパラメータからガラス基板Ｗの反射率及び厚みを逆算することができるからである。なお、照明光Ｐの入射角及びガラス基板Ｗの透過率は既知であり、予めメモリ９２に記憶されている。
また、プロファイルフィッティング処理に用いる参照用強度分布Ｄｆとしては、上述したように、合成した強度分布を用いる場合に限らず、基準面８４からの反射光Ｒｂの強度分布（または、その一部分）Ｄｂのみを参照用強度分布Ｄｆとして用いてもよい。参照用強度分布Ｄｆの全域を用いるのではなく、特徴的な一部分やノイズに汚染されていない部分を用いて、部分的にフィッティング処理をさせることにより、解析領域が絞られて、精度よくフィッティングさせることが可能である。
【００２６】
以上のようにして、ガラス基板Ｗからの反射光Ｒの強度分布Ｄのなかから表面反射光Ｒａの強度分布Ｄａを特定することができる。そして、表面反射光Ｒａの強度分布Ｄａを特定することにより、表面反射光Ｒａの最強度位置（Ｘｏ）が検出できるので、ガラス基板Ｗの露光面Ｗａの高さを精度よく検出することが可能となる。
このように、ＡＦセンサ４１により薄形のガラス基板Ｗの露光面Ｗａの高さを精度よく検出することができるので、露光処理の際にレチクルＭのパターン像を鮮明にガラス基板Ｗに投射できるように焦点を合わせることが可能となり、液晶表示ディスプレイ等の薄形、軽量化を達成することできる。
【００２７】
なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲においてプロセス条件や設計要求等に基づき種々変更可能である。本発明は、例えば以下のような変更をも含むものとする。
【００２８】
本発明に係る面位置検出装置が適用される装置は、露光装置に限らず、複数のフォーカス検出点を有する装置システムに対して広く適用可能である。
【００２９】
また、本発明に係る面位置検出装置を用いて、投影露光時のベストフォーカス面に対する較正（フォーカスキャリブレーション）を行ってもよい。
【００３０】
また、本発明に係る面位置検出装置に配置されるプリズム６０は、特開平６−９７０４５号公報に記載されているように、投影光学系３０の結像面に対してシャインプルーフの条件を満たすように配置するとよい。
【００３１】
また、任意の露光層を有する基板に対しても良好に基板表面の位置情報を検出するために、特開平９−２６６１４９号公報に記載されているように、露光すべき感光基板を用いて面位置検出装置の検出誤差を算出するようにしてもよい。
【００３２】
また、本発明が適用される露光装置として、マスクと基板とを静止した状態でマスクのパターンを露光し、基板を順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート型の露光装置を用いてもよい。
【００３３】
また、本発明が適用される露光装置として、投影光学系を用いることなくマスクと基板とを密接させてマスクのパターンを露光するプロキシミティ露光装置を用いてもよい。
【００３４】
また、露光装置の用途としては、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを露光する液晶用の露光装置に限定されることなく、例えば、半導体デバイス製造用の露光装置、薄膜磁気ヘッドを製造するための露光装置にも広く適当できる。
【００３５】
また、本発明が適用される露光装置の光源は、ｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、ＫＲｂエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡＲｂエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、Ｆ２レーザ（１５７ｎｍ）のみならず、Ｘ線や電子線などの荷電粒子線を用いることができる。例えば、電子線を用いる場合には電子銃として、熱電子放射型のランタンヘキサボライト（ＬａＢ６）、タンタル（Ｔａ）を用いることができる。さらに、電子線を用いる場合、マスクを用いる構成としてもよいし、マスクを用いずに直接基板上にパターンを形成する構成としてもよい。さらに、投影光学系の倍率は縮小系のみならず等倍および拡大系のいずれでもよい。
【００３６】
また、投影光学系としては、エキシマレーザなどの遠紫外線を用いる場合は硝材として石英や蛍石などの遠紫外線を透過する材料を用い、Ｆ２レーザやＸ線を用いる場合は反射屈折系または屈折系の光学系にし（このとき、レチクルも反射型タイプのものを用いる）、また、電子線を用いる場合には光学系として電子レンズおよび偏向器からなる電子光学系を用いればよい。なお、電子線が通過する光路は真空状態にすることはいうまでもない。
【００３７】
また、ステージ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いい。また、ステージは、ガイドに沿って移動するタイプでもいいし、ガイドを設けないガイドレスタイプでもよい。さらに、ステージの駆動装置として平面モ−タを用いる場合、磁石ユニット（永久磁石）と電機子ユニットのいずれか一方をステージに接続し、磁石ユニットと電機子ユニットの他方をステージの移動面側（ベース）に設ければよい。
【００３８】
また、ウエハ用ステージの移動により発生する反力は、特開平８−１６６４７５号公報に記載されているように、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。本発明は、このような構造を備えた露光装置においても適用可能である。
【００３９】
また、レチクル用ステージの移動により発生する反力は、特開平８−３３０２２４号公報に記載されているように、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。本発明は、このような構造を備えた露光装置においても適用可能である。
【００４０】
また、本発明が適用される露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
【００４１】
また、半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行う工程、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作する工程、シリコン材料からウエハを製造する工程、前述した実施形態の露光装置によりレチクルのパターンをウエハに露光するウエハ処理工程、デバイス組立工程（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）、検査工程等を経て製造される。
液晶ディスプレイの場合は、ウエハの代わりにガラス基板上にレチクルパターンを露光形成し、ガラス基板のカットなどのデバイス組立工程、検査工程を経て製造される。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば以下の効果を得ることができる。
第１の発明は、透過性基板の被検面に対して斜め方向から光を投射し、透過性基板からの反射光を受光することにより透過性基板の面位置情報を検出する面位置検出方法において、透過性基板からの反射光のなかから被検面で反射した被検面反射光を反射光の強度分布に基づいて特定して透過性基板の面位置情報を検出するようにした。このため、透過性基板からの反射光が被検面で反射した被検面反射光と裏面で反射した裏面反射光とを合成した光である場合に、反射光の強度分布を用いることにより、合成した光のなかから被検面で反射した被検面反射光を数値処理により特定することができる。
【００４３】
また、透過性基板からの反射光のなかから被検面反射光を特定する際に、被検面反射光に関連した参照用強度分布と透過性基板からの反射光の強度分布とのマッチング処理により、強度分布のなかから被検面反射光を特定するようにしたので、参照用強度分布と透過性基板からの反射光の強度分布とのマッチング処理により、反射光の強度分布のなかから参照用強度分布を確実に探し出すことができる。更に、参照用強度分布は被検面反射光に関連することから被検面反射光を特定することができる。また、透過性基板の面位置検出に先だって、基準面に光を投射し、基準面からの反射光に基づいて参照用強度分布を求めるようにしたので、被検面反射光のみからなる強度分布を得ることができるので、確実に反射光の強度分布のなかから被検面反射光の強度分布を確実に特定することができる。また、参照用強度分布の少なくとも一部を用いて、透過性基板からの反射光の強度分布とのマッチング処理を行うようにしたので、特徴的な一部分やノイズに汚染されていない部分を用いることにより、精度よくマッチング処理を行うことができる。また、参照用強度分布は、基準面からの反射光の強度分布と、被検面の裏面からの反射光に相当する光の強度分布とを合成した強度分布であるようにしたので、高さ検出の際に実際に得られる光の強度分布に相当する強度分布を用いることにより、マッチング処理の精度を高めることができる。また、被検面の裏面からの反射光に相当する光の強度分布は、基準面からの反射光の強度分布と透過性基板の反射率及び厚みとを考慮して求められるようにしたので、より正確に被検面の裏面からの反射光に相当する光の強度分布を求めることができ、マッチング処理の精度を高めることができる。また、参照用強度分布のパラメータを変化させて透過性基板からの反射光の強度分布に適合させるプロファイルフィッティング処理を行うことにより、被検面反射光を特定するようにしたので、パラメータを変化させることにより、透過性基板の厚みや反射率のばらつきによる反射光の強度分布の変形を考慮することができるので、反射光の強度分布に参照用強度分布を精度よくマッチングさせることができ、更に、マッチングさせたパラメータに基づいて透過性基板の厚みや反射率を正確に求めることができる。また、透過性基板からの反射光の強度分布のなかから被検面反射光の最強度位置を検出するようにしたので、反射光の強度分布における被検面反射光の位置を正確かつ容易に検出できるので、高さ計測を正確に行うことができる。
【００４４】
第２の発明に係る面位置検出装置は、基板の被検面に対して斜め方向から光を投射する投光系と、基板からの反射光を受光して光電的に検出する受光系と、透過性基板から反射される光の強度分布のなかから被検面で反射した被検面反射光を特定して被検面の面位置情報を検出する面位置検出部とを備えるようにした。このため、透過性基板からの反射光が被検面で反射した被検面反射光と裏面で反射した裏面反射光とを合成した光である場合に、面位置検出部が合成した光のなかから被検面で反射した被検面反射光を特定するので、透過性基板の面位置を確実に検出することができる。また、透過性基板からの反射光を分光する光学系等の特別な設備を設ける必要がなく、設備コストを抑えることができる。
【００４５】
第３の発明は、所定の光学系の焦点深度内に透過性基板を移動させる合焦装置において、所定の光学系に対する透過性基板の面位置を検出する面位置検出装置として、上記面位置検出装置を備えるようにした。このため、検出対象が薄形の透過性基板であっても被検面の高さ検出を行うことができるので、所定の光学系の焦点深度内に透過性基板を確実に移動させることができる。
【００４６】
第４の発明は、マスクに形成されたパターンを透過性基板上に転写する投影光学系を備える露光装置において、投影光学系の焦点深度内に透過性基板を移動させる合焦装置として、上記合焦装置を備えるようにした。このため、所定の光学系の焦点深度内に薄形の透過性基板を移動させることができるので、透過性基板の露光面にマスクに形成されたパターンを鮮明に転写することができる。
【００４７】
第５の発明は、リソグラフィ工程を含むデバイスの製造方法において、リソグラフィ工程において上記露光装置を用いるようにした。これにより、薄形の透過性基板の露光面にマスクに形成されたパターンを鮮明に転写することができるので、薄形液晶表示素子等の透過性基板を用いたデバイスの薄形化、軽量化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】露光装置の要部を示す概念図である。
【図２】ＡＦセンサの要部を模式的に示す斜視図である。
【図３】反射光及び反射光の強度分布を示す図である。
【図４】反射光の強度分布を示す図である。
【図５】基準面からの反射光の強度分布を示す図である。
【図６】強度分布から参照用強度分布を特定する方法を示す図である。
【図７】参照用強度分布として、合成した強度分布を用いる場合を示す図である。
【図８】プロファイルフィッティング処理を示す図である。
【符号の説明】
３０投影光学系
４０合焦系（合焦装置）
４１ＡＦセンサ（面位置検出装置）
４２投光系
４３受光系
８４基準面
９１演算部（面位置検出部）
ＳＴＰ露光装置
Ｍレチクル（マスク）
Ｗガラス基板（透過性基板）
Ｗａ露光面（被検面）
Ｒ反射光
Ｒａ表面反射光（被検面反射光）
Ｒｎ裏面反射光
Ｒｂ基準面反射光
Ｄ反射光の強度分布
Ｄｎ裏面反射光の強度分布
Ｄｂ基準面反射光の強度分布
Ｄｆ参照用強度分布[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, a liquid crystal display device, an imaging device, a thin-film magnetic head, and other devices by a lithography process. The present invention relates to a surface position detection method for detecting a position, a surface position detection device, a focusing device, an exposure device, and a device manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
In a photolithography process, which is one of manufacturing processes of a semiconductor device, a liquid crystal display device, an imaging device, a thin film magnetic head, and other devices, a photosensitive agent such as a photoresist is applied to an image of a pattern formed on a mask. An exposure apparatus that performs projection exposure on a substrate such as a wafer or a glass plate is used. In the projection exposure, since the work of aligning the surface (exposure surface) of the substrate with the image forming surface of the pattern of the mask, that is, focusing, is performed, it is necessary to accurately detect height information of the surface of the substrate. Therefore, the exposure apparatus includes an autofocus sensor (AF sensor) that detects the position (height) of the substrate in the optical axis direction of the projection optical system. The AF sensor has a light projecting system that projects a plurality of beams on the surface of the substrate, a light receiving system that receives light reflected from the surface of the substrate, and a height of the surface of the substrate that obtains information from the light receiving system. A detection unit that detects information, and detects height information on the surface of the substrate.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-9-304016 (page 4, FIG. 1)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, the above-described AF sensor is also used when projecting and exposing a transparent substrate such as a glass plate. The light received by the light receiving system includes not only the reflected light from the front surface of the transparent substrate but also the reflected light from the back surface, but it is possible to distinguish the front surface reflected light from the back surface reflected light. Was. However, the thickness of the transmissive substrate becomes thinner with the demand for lighter devices, etc., and the front surface reflected light and the back surface reflected light overlap, and it is not possible to detect only the front surface reflected light. There has been a new problem that it is difficult to accurately detect surface height information.
[0005]
The present invention has been made in view of such circumstances, and in the case where the reflected light from the transmissive substrate includes not only the reflected light from the front surface of the transmissive substrate but also the reflected light from the back surface. Even in this case, an object of the present invention is to provide a surface position detection method, a surface position detection device, a focusing device, an exposure device, and a device manufacturing method for accurately detecting height information of the surface of a transparent substrate.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In the surface position detecting method, the surface position detecting device, the focusing device, the exposure device, and the device manufacturing method of the present invention, the following means are employed in order to solve the above problems.
According to a first aspect of the present invention, light is projected from a diagonal direction to a surface to be detected (Wa) of a transparent substrate (W), and reflected light (R) from the transparent substrate (W) is received to thereby transmit light. In a surface position detection method for detecting surface position information of a substrate (W), a surface reflection light (Ra) reflected on a surface (Wa) from among light reflected (R) from a transparent substrate (W). Is specified based on the intensity distribution (D) of the reflected light (R) to detect the surface position information of the transparent substrate (W). Thereby, when the reflected light from the transmissive substrate is light obtained by combining the test surface reflected light reflected on the test surface and the back surface reflected light reflected on the back surface, by using the intensity distribution of the reflected light, From the combined light, the test surface reflected light reflected on the test surface can be specified by numerical processing.
[0007]
Also, when specifying the test surface reflected light (Ra) from the reflected light (R) from the transmissive substrate (W), the reference intensity distribution (Df) related to the test surface reflected light (Ra). In the case where the test surface reflection light (Ra) is specified from the intensity distribution (D) by matching processing between the intensity distribution (D) and the intensity distribution (D) of the reflection light (R) from the transmissive substrate (W), By matching the intensity distribution with the intensity distribution of the reflected light from the transmissive substrate, a reference intensity distribution can be reliably found from among the intensity distributions of the reflected light, and the reference intensity distribution is determined by the reflected light of the test surface. The reflected light on the surface to be inspected can be specified. Prior to the detection of the surface position of the transparent substrate (W), light is projected onto the reference surface (84), and a reference intensity distribution (Df) is obtained based on the reflected light (Rb) from the reference surface (84). In this case, it is possible to obtain an intensity distribution consisting only of the reflected light of the test surface, and thus to surely specify the intensity distribution of the reflected light of the test surface from the intensity distribution of the reflected light. In the case of performing the matching process with the intensity distribution (D) of the reflected light (R) from the transmissive substrate (W) using at least a part of the reference intensity distribution (Df), By using a portion that is not contaminated by noise, matching processing can be performed with high accuracy. The reference intensity distribution (Df) is equivalent to the intensity distribution (Db) of the reflected light (Rb) from the reference surface (84) and the light corresponding to the reflected light (Rn) from the back surface of the test surface (Wa). In the intensity distribution obtained by combining the intensity distribution (Dn) with the intensity distribution (Dn), the accuracy of the matching process can be improved by using the intensity distribution corresponding to the intensity distribution of light actually obtained at the time of height detection. . Further, the intensity distribution (Dn) of the light corresponding to the reflected light (Rn) from the back surface of the test surface (Wa) is the same as the intensity distribution (Db) of the reflected light (Rb) from the reference surface (84). In the case where the reflectance is determined in consideration of the reflectance and the thickness of the substrate (W), the intensity distribution of light corresponding to the reflected light from the back surface of the test surface can be more accurately determined, and the accuracy of the matching process is improved. be able to. Further, by performing a profile fitting process for changing the parameters of the reference intensity distribution (Df) to match the intensity distribution (D) of the reflected light (R) from the transmissive substrate (W), the reflected light on the surface to be detected is obtained. In the case of specifying (Ra), since the deformation of the intensity distribution of the reflected light due to variations in the thickness and the reflectance of the transmissive substrate can be taken into account by changing the parameters, the intensity distribution of the reflected light is used as a reference. The intensity distribution can be accurately matched. Further, the thickness and the reflectance of the transmissive substrate can be accurately obtained based on the matched parameters. Further, when the highest intensity position of the reflected light (Ra) on the surface to be detected is detected from the intensity distribution (D) of the reflected light (R) from the transmissive substrate (W), the intensity of the reflected light (R) is detected. Since the position of the surface reflected light can be detected accurately and easily, the height measurement of the glass substrate can be performed accurately.
[0008]
A surface position detecting device (41) according to a second aspect of the present invention includes: a light projecting system (42) for projecting light from a diagonal direction onto a test surface (Wa) of a substrate (W); A light receiving system (43) for receiving the reflected light (R) and detecting it photoelectrically and a surface (Wa) to be detected from the intensity distribution (D) of the light (R) reflected from the transmissive substrate (W) And a surface position detection unit (91) for detecting the surface reflection light (Ra) reflected on the surface and detecting the surface position information of the surface to be detected (Wa). Thus, when the reflected light from the transmissive substrate is light obtained by combining the test surface reflected light reflected on the test surface and the back surface reflected light reflected on the back surface, the light reflected by the surface position detection unit is included in the combined light. Then, the reflected light of the test surface reflected from the test surface is specified, so that the surface position of the transparent substrate can be reliably detected. In addition, there is no need to provide any special equipment such as an optical system for dispersing the light reflected from the transmissive substrate, and the equipment cost can be reduced.
[0009]
A third invention is a focusing device (40) for moving a transparent substrate (W) within the depth of focus of a predetermined optical system (30). As the surface position detecting device (41) for detecting the surface position, the surface position detecting device (41) is provided. Thus, even if the detection target is a thin transparent substrate, the height of the surface to be detected can be detected, so that the transparent substrate can be reliably moved within the depth of focus of the predetermined optical system. .
[0010]
A fourth invention provides an exposure apparatus (STP) including a projection optical system (30) for transferring a pattern formed on a mask (M) onto a transparent substrate (W), and a focal depth of the projection optical system (30). The above-described focusing device (40) is provided as a focusing device (40) for moving the transparent substrate (W) therein. Thus, the thin transparent substrate can be moved within the depth of focus of the predetermined optical system, so that the pattern formed on the mask can be clearly transferred to the exposed surface of the transparent substrate.
[0011]
In a fifth aspect, in the device manufacturing method including the lithography step, the exposure apparatus (STP) is used in the lithography step. This makes it possible to clearly transfer the pattern formed on the mask onto the exposed surface of the thin transparent substrate, thereby reducing the thickness and weight of devices using a transparent substrate such as a thin liquid crystal display device. Can be realized.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a surface position detecting method, a surface position detecting device, a focusing device, an exposure device, and a device manufacturing method according to the present invention will be described. FIG. 1 is a conceptual diagram showing a main part of an exposure apparatus STP according to the present invention. The exposure apparatus STP moves a reticle (mask) M and a glass substrate (transmissive substrate) W synchronously in a unified direction (Y direction), and transfers a circuit pattern formed on the reticle M to each shot area on the glass substrate W. Is a scanning exposure apparatus of a step-and-scan type (so-called scanning stepper) for transferring the image onto a substrate.
[0013]
The exposure apparatus STP includes an illumination system 10 that illuminates the reticle M with illumination light (energy beam) from a light source, a reticle stage 20 that holds the reticle M and moves in a unitary direction, and an illumination light emitted from the reticle M on a glass substrate. A projection optical system 30 for projecting onto the W, a focusing system 40 for positioning (focusing) the exposure surface Wa of the glass substrate W on the image forming surface of the pattern of the reticle M, a stage 80 for holding the glass substrate W, and an apparatus It is composed of a main control system 90 for controlling the whole system.
The stage 80 includes an XY stage 81 movable in a two-dimensional plane (in an XY plane), and holds the glass substrate W by suction, and is minutely moved on the XY stage 81 in the Z-axis direction (the optical axis AX direction of the projection optical system 30). It comprises a drivable Z leveling stage 82, a driving device 83 for driving the XY stage 81, and the like. The stage 80 is provided with a reference surface 84 used for various adjustments at a position that does not interfere with the glass substrate W. Although not shown, information on the position (the X direction, the Y direction, or the rotation direction (θ) around the Z axis) of the reticle stage 20 and the stage 80 is constantly monitored by a measuring device such as a laser interferometer. Is input to the main control system 90.
The main control system 90 includes an operation unit (surface position detection unit) 91 that performs various operations, and a memory 92 that stores various parameters, measurement information, and the like.
[0014]
The focusing system 40 includes an AF sensor (surface position detecting device) 41 that detects height information (Z direction) of the exposure surface Wa by an oblique incidence method, a main control system 90, and a Z leveling stage 82. The focusing system 40 detects the detection signal from the AF sensor 41 under the command of the main control system 90 so that the exposure surface Wa of the glass substrate W falls within the depth of focus with respect to the imaging plane of the projection optical system 30. , The Z leveling stage 82 is driven to control the height (the Z direction) of the exposure surface Wa of the glass substrate W and the inclination angle thereof.
[0015]
Next, a configuration and a detection method of the AF sensor 41 will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a perspective view schematically showing a main part of the AF sensor 41. As shown in FIGS. 1 and 2, the AF sensor 41 includes a light projecting system 42 that projects illumination light P composed of a plurality of beams in an oblique direction with respect to an exposure surface Wa of a glass substrate W as a test surface, The light receiving system 43 receives reflected light R composed of a plurality of beams reflected on the exposure surface Wa and detects height information of a plurality of points on the exposure surface Wa.
[0016]
In the light projecting system 42, the illumination light P from the light source 50 is converted into a substantially parallel light beam by the condenser lens 51 and enters the prism 52. A light projecting pattern plate 53 provided with a plurality of slit-shaped openings SL is disposed on the emission side of the prism 52, and the illumination light deflected by the prism 52 passes through the light projecting pattern plate 53. The illumination light P that has passed through the light projecting pattern plate 53 is projected onto the exposure surface Wa of the glass substrate W via the condenser lens 54 and the irradiation objective lens 55, and is projected onto the exposure surface Wa of the glass substrate W. The slit image SR is formed.
As the light source 50, a light source that is insensitive to the resist applied to the exposure surface Wa of the glass substrate W and emits light with little influence of interference by the resist film, for example, a white light source having a wide wavelength width is preferable. In addition, a light-emitting diode or the like that supplies light in a wavelength band having a low photosensitivity to the resist may be used.
Further, the light projecting pattern plate 53 is not limited to the one having the above-mentioned slit-shaped opening SL, and is a transmission grating type having a striped opening in which transmission portions and light-shielding portions are provided alternately, and has a projection and a depression. Other forms such as a reflection diffraction grating type or a reflection grating type in which reflective portions and non-reflective portions are alternately formed may be used.
[0017]
In the light receiving system 43, the reflected light R composed of a plurality of beams reflected on the exposure surface Wa of the glass substrate W is collected by a converging objective lens 56, a vibration mirror 57, an imaging lens 58, and a parallel plate (plain parallel glass or herving glass). ) 59 and then enter the prism 60. Here, the incident surface of the prism 60 and the exposure surface Wa are arranged so as to satisfy a so-called tilt image forming relationship. With this relationship, the slit image SR projected on the exposure surface Wa is placed on the incident surface of the prism 60. Form an image.
The parallel plate 59 has a plurality of rotation axes, and can be rotated by a small amount around these rotation axes by a driving unit (not shown). The position of the slit image SR on the entrance surface of the prism 60 is displaced by the rotation of the parallel plate 59.
Then, the reflected light R emitted from the prism 60 reaches the light receiving surface of the light receiver 64 via the mirror 61 and the relay lenses 62 and 63. Thereby, the plurality of slit images SR are re-imaged on the light receiving surface of the light receiver 64. The vibrating mirror 57 is vibrated by the vibrating device 66, modulates (modulates) the reflected light R, and reflects the reflected light R, thereby improving the resolution and detection reproducibility at the light receiver 64. A plurality of light receiving elements 65 are arranged on the light receiving surface of the light receiver 64, and a detection signal of each light receiving element 65 is output to the signal processing device 67.
When the signal processing device 67 detects the amount of deviation ΔZ (the amount of deviation in the Z-axis direction) between the exposure surface Wa of the glass substrate W and the imaging surface of the projection optical system 30, the signal processing device 67 sends the deviation ΔZ to the main control system 90. Output.
[0018]
Note that the plurality of slit-shaped openings SL formed in the light projecting pattern plate 53 are formed in a state of being inclined at 45 °, and on the exposure surface Wa of the glass substrate W, at 45 ° with respect to the X axis and the Y axis. An image is formed as an inclined slit image SR. A light receiving pattern plate 68 having a slit-shaped opening SL is disposed on the incident surface of the prism 60 of the light receiving system 43. The reflected light R passing through the opening SL of the light receiving pattern plate 68 The light reaches the light receiving elements 65 respectively.
As described above, the illumination light P from the light projecting system 42 is projected on the exposure surface Wa of the glass substrate W obliquely with respect to the optical axis AX of the projection optical system 30 (see FIG. 1). When the exposure surface Wa is displaced in the Z-axis direction, the image forming position on the light receiving pattern plate 68 changes, and a change in the amount of light by the light receiving element 65 is detected, and the displacement between the image forming surface of the projection optical system 30 and the exposure surface Wa. The quantity ΔZ is detected.
[0019]
Next, the relationship between the illumination light P projected on the glass substrate W and the reflected light R will be described with reference to FIGS. FIG. 3A is a diagram illustrating an optical path of the projection light P and the reflection light R. FIG. 3B is a diagram showing an intensity distribution D of the reflected light R in the conventional example. FIG. 4 is a diagram showing an intensity distribution D of the reflected light R.
When the illumination light P is projected on the glass substrate W, the reflected light R is incident on the light receiving element 65 as shown in FIG. The illuminating light P is reflected not only on the surface that is the surface to be inspected (exposure surface) Wa, but also on the back surface through the glass substrate W. (Reflected light) Ra and back-surface reflected light Rn. Further, the back surface reflected light Rn can be divided into a primary back surface reflected light R1, a secondary back surface reflected light R2, and the like according to the number of times of reflection on the back surface. In addition, the back surface reflected light Rn after the third back surface reflected light R3 has its light intensity attenuated each time the reflection is repeated, so that it is often difficult to detect the light by the light receiver 64.
Then, a value obtained by multiplying a shift amount ΔXo between the intensity position Da of the intensity distribution Da of the surface reflected light Ra and the predetermined position by a coefficient depending on the incident angle is a shift amount ΔZ of the transmissive substrate W in the Z direction.
[0020]
By the way, in the reflected light R from the glass substrate W used in the conventional liquid crystal display or the like, it was easy to distinguish the front surface reflected light Ra and the back surface reflected light Rn. This is because the thickness of the glass substrate W is, for example, about 0.5 mm or more, and as shown in FIG. 3B, in the intensity distribution D of the reflected light R, the intensity distribution Da of the front surface reflected light Ra and the back surface reflection The intensity distribution Dn of the light Rn is separated, and the highest intensity position of the intensity distribution D of the reflected light R coincides with the highest intensity position of the intensity distribution Da of the surface reflected light Ra. By detecting the highest intensity position of the intensity distribution D of R, the surface reflected light Ra could be easily recognized.
However, when the thickness of the glass substrate W becomes thinner as the liquid crystal display becomes lighter, as shown in FIG. 4, the intensity distribution Da of the front surface reflected light Ra and the intensity distribution Dn (D1, D2) of the back surface reflected light Rn are reduced. Overlap, and the intensity distribution D obtained by combining the front surface reflected light Ra and the back surface reflected light Rn can be obtained from the light receiving element 65. In particular, since the attenuation of the primary back surface reflected light R1 adjacent to the surface reflected light Ra is small, the intensity difference between the surface reflected light Ra and the primary back surface reflected light R1 is small. When the next rear surface reflected light R1 is combined, the highest intensity position of the reflected light R and the highest intensity position of the front surface reflected light Ra do not match, and the surface reflected light Ra is recognized from the intensity distribution D of the reflected light R. It becomes difficult to do.
Since the glass substrate W has a high transmittance and a low reflectance, the intensity of reflected light depends on the power of the number of times of reflection. Therefore, as compared with the front surface reflected light Ra, the primary back surface reflected light R1 is transmitted only twice more, so that the attenuation is small. On the other hand, after the second back surface reflected light R2, the number of times of reflection is one or more as compared with the front surface reflected light Ra, so that the attenuation is large.
For this reason, in the thin glass substrate W, it is difficult to recognize the surface reflected light Ra from the intensity distribution D of the reflected light R, and it is difficult to accurately detect the Z position of the glass substrate W. become unable. Therefore, the surface reflection light Ra is specified based on the intensity distribution D of the reflected light R from the intensity distribution D of the reflected light R in which the front surface reflected light Ra and the back surface reflected light Rn are combined, and the Z position of the glass substrate W is determined. To be detected.
[0021]
Hereinafter, a method for specifying the front surface reflected light Ra based on the intensity distribution D of the reflected light R from the intensity distribution D of the reflected light R obtained by combining the front surface reflected light Ra and the back surface reflected light Rn will be described. FIG. 5 is a diagram illustrating the intensity distribution Db of the reflected light Rb from the reference surface 84, and FIG. 6 is a diagram illustrating a method of specifying the reference intensity distribution Df from the intensity distribution D.
First, prior to measuring the height of the exposure surface Wa, which is the test surface, the illumination light P is projected onto the reference surface 84 to obtain the intensity distribution Db of the reflected light Rb from the reference surface 84 as shown in FIG. The reflected light Rb from the reference surface 84 is light corresponding to the surface reflected light Ra in FIG. Then, the obtained intensity distribution Db is used as a reference intensity distribution Df. Since both the reference intensity distribution Df and the intensity distribution Da of the surface reflected light Ra are the intensity distributions of the reflected light only from the surface to be inspected (Wa or 84), the shapes of the intensity distributions are substantially equal.
Therefore, by specifying the reference intensity distribution Df from the intensity distribution D of the reflected light R from the glass substrate W, the intensity distribution Da of the surface reflected light Ra can be specified. Then, the obtained information on the reference intensity distribution Df is stored in the memory 92.
In addition to the case where the reference surface 84 is used, a light-shielding substrate (for example, a super flat wafer) is placed on the stage 80, and the illumination light P is projected on the light-shielding substrate. The reference intensity distribution Df may be obtained based on the reflected light Rb.
[0022]
Next, the glass substrate W is placed on the stage 80, and the illumination light P composed of a plurality of beams is projected from the light source 50 in an oblique direction with respect to the exposure surface Wa of the glass substrate W, which is the test surface, and reflected. The light R is detected by the light receiver 64 to obtain an intensity distribution D of the reflected light R as shown in FIG. Then, as shown in FIGS. 6B and 6C, information on the intensity distribution D of the reflected light R is also sent to the memory 92, and further, the arithmetic unit 91 further distributes the intensity distribution of the reflected light R from the glass substrate W. The waveform (shape) of D and the waveform of the reference intensity distribution Df are numerically processed to specify the reference intensity distribution Df from the intensity distribution D of the reflected light R.
Specifically, a matching process is performed between the reference intensity distribution Df and the intensity distribution D of the reflected light R. The matching process is a method of searching and identifying the waveform of the reference intensity distribution Df from the waveform of the intensity distribution D of the reflected light R using the unique pattern of the waveform of the reference intensity distribution Df. That is, a portion that matches the waveform of the reference intensity distribution Df is searched for from the waveform of the intensity distribution D of the reflected light R by numerical processing.
Then, by specifying the reference intensity distribution Df, the intensity distribution Da of the surface reflected light Ra can be detected.
[0023]
As described above, when matching the waveform of the reference intensity distribution Df from the obtained waveform of the intensity distribution D of the reflected light R, if the degree of overlap between the front surface reflected light Ra and the rear surface reflected light Rn is small, the reference A good result can be obtained even if the intensity distribution Db of the reflected light Rb from the surface 84 is used as the reference intensity distribution Df and the matching process is performed using the entire waveform of the reference intensity distribution Df. On the other hand, if the degree of overlap between the front surface reflected light Ra and the back surface reflected light Rn is large, the matching process cannot be performed satisfactorily. Therefore, the matching process is performed using a part of the waveform of the reference intensity distribution Df. To do.
A part of the waveform is desirably a characteristic part in the waveform of the intensity distribution, and for example, the vicinity of the highest intensity of the waveform or the left side of the waveform is used. The left side of the waveform is used because the left side of the waveform of the intensity distribution D has little overlap with the back surface reflected light Rn, and the left side of the waveform of the intensity distribution Da of the front surface reflected light Ra appears on the left side of the waveform of the intensity distribution D. This is because there are many cases.
As described above, a characteristic portion is selected from the waveform of the reference intensity distribution Df, and the characteristic portion is used to select the waveform of the reference intensity distribution Df from the waveform of the intensity distribution D of the reflected light R. By matching (searching) some of them, it is possible to avoid the influence of signal noise and the influence of overlap between the front surface reflected light Ra and the back surface reflected light Rn.
[0024]
The intensity distribution obtained by numerically processing the intensity distribution Db of the reflected light Rb from the reference surface 84 is not limited to the case where the intensity distribution (or a part thereof) Db of the reflected light Rb from the reference surface 84 is used as the reference intensity distribution Df. Can be used as the reference intensity distribution Df.
FIG. 7 is a diagram illustrating a case where a synthesized intensity distribution is used as the reference intensity distribution Df. For example, as shown in FIGS. 7A to 7C, the intensity distribution Db of the reflected light Rb from the reference surface 84 reflects the influence of the reflectance and the thickness of the glass substrate W to be detected, and the back surface reflection. An intensity distribution Dn corresponding to the intensity distribution Dn (D1, D2) of the light Rn (R1, R2) is obtained, and an intensity distribution obtained by combining the obtained intensity distribution Dn and the intensity distribution Db of the reflected light Rb from the reference surface 84 is obtained. The reference intensity distribution is assumed to be Df.
That is, an intensity distribution corresponding to the intensity distribution D of the reflected light R obtained from the glass substrate W is used as the reference intensity distribution Df. The reflectance and the thickness of the glass substrate W are stored in the memory 92 in advance using known average values or design values.
[0025]
Next, the fitting process of the intensity distribution will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a diagram showing a profile fitting process.
As described above, when the matching processing is performed using the reference intensity distribution Df obtained by the numerical processing, as shown in FIG. 8A, the shape of the reference intensity distribution Df and the reflection light R actually obtained are obtained. In some cases, the shape of the intensity distribution D is slightly different from the shape of the intensity distribution D, and matching processing cannot be performed satisfactorily. This is because the reflectance and the thickness of the glass substrate W often differ from lot to lot or from glass substrate W to another due to the surface condition of the glass substrate W and the like. Therefore, a situation may occur in which the reference intensity distribution Df obtained by using values such as the design value and the average value as the values of the reflectance and the thickness does not match the intensity distribution D of the actually obtained reflected light R. is there.
Therefore, a profile fitting process is performed to change the parameter of the obtained reference intensity distribution Df so as to match the intensity distribution D of the reflected light R actually obtained. That is, as shown in FIG. 8B, the parameters of the reference intensity distribution Df are changed so that the shape of the reference intensity distribution Df matches the shape of the intensity distribution D of the reflected light R, and the reference intensity distribution Df is changed. Df is fitted (matched) to the intensity distribution D of the reflected light R.
The parameters of the reference intensity distribution Df are the maximum intensity value (intensity) and the position (Xo) of each of the front surface reflected light Ra, the primary back surface reflected light R1, and the secondary back surface reflected light R2. Further, an iterative method is used for the profile fitting process. It is desirable to use the Gauss-Newton method as an iterative method. This is because the calculation speed and accuracy are superior to other iterative methods such as the Newton method.
Thus, the reference intensity distribution Df is fitted (matched) to the intensity distribution D of the reflected light R, and the maximum intensity value of the surface reflected light Ra and its position are determined from the parameters of the reference intensity distribution Df. Further, the reflectance and the thickness of the glass substrate W are also accurately obtained. That is, since the maximum intensity value of the primary back surface reflected light R1 and the secondary back surface reflected light R2 and their positions depend on the reflectance and thickness of the glass substrate W, the parameters of the glass substrate W This is because the reflectance and the thickness can be calculated back. Note that the incident angle of the illumination light P and the transmittance of the glass substrate W are known, and are stored in the memory 92 in advance.
Further, as described above, the reference intensity distribution Df used for the profile fitting process is not limited to the case where the combined intensity distribution is used, and only the intensity distribution (or a part thereof) Db of the reflected light Rb from the reference surface 84 is used. May be used as the reference intensity distribution Df. Rather than using the entire area of the reference intensity distribution Df, a characteristic part or a part not contaminated by noise is partially subjected to fitting processing, thereby narrowing down the analysis area and performing accurate fitting. It is possible.
[0026]
As described above, the intensity distribution Da of the surface reflected light Ra can be specified from the intensity distribution D of the reflected light R from the glass substrate W. By specifying the intensity distribution Da of the surface reflected light Ra, the highest intensity position (Xo) of the surface reflected light Ra can be detected, so that the height of the exposure surface Wa of the glass substrate W can be accurately detected. It becomes.
As described above, since the height of the exposure surface Wa of the thin glass substrate W can be accurately detected by the AF sensor 41, the pattern image of the reticle M can be clearly projected on the glass substrate W during the exposure processing. The focus can be adjusted as described above, and a thin and light-weight liquid crystal display can be achieved.
[0027]
The operation procedure described in the above-described embodiment, or the various shapes and combinations of the constituent members are merely examples, and various changes can be made based on process conditions, design requirements, and the like without departing from the gist of the present invention. is there. The present invention includes, for example, the following changes.
[0028]
An apparatus to which the surface position detecting apparatus according to the present invention is applied is not limited to an exposure apparatus, and can be widely applied to an apparatus system having a plurality of focus detection points.
[0029]
Further, the calibration (focus calibration) for the best focus plane at the time of projection exposure may be performed using the surface position detection device according to the present invention.
[0030]
Further, the prism 60 arranged in the surface position detecting device according to the present invention satisfies the Scheimpflug condition with respect to the imaging plane of the projection optical system 30, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-97045. It is good to arrange as follows.
[0031]
Further, in order to detect position information on the surface of a substrate having an arbitrary exposure layer well, a photosensitive substrate to be exposed is used as described in JP-A-9-266149. The detection error of the position detection device may be calculated.
[0032]
Further, as the exposure apparatus to which the present invention is applied, a step-and-repeat type exposure apparatus that exposes the pattern of the mask while the mask and the substrate are stationary and sequentially moves the substrate stepwise may be used.
[0033]
Further, as an exposure apparatus to which the present invention is applied, a proximity exposure apparatus that exposes a mask pattern by bringing a mask and a substrate into close contact without using a projection optical system may be used.
[0034]
In addition, the application of the exposure apparatus is not limited to an exposure apparatus for a liquid crystal that exposes a liquid crystal display element pattern to a square glass plate. For example, an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor device and a thin film magnetic head are manufactured. Widely applicable to an exposure apparatus.
[0035]
The light source of the exposure apparatus to which the present invention is applied includes not only g-line (436 nm), i-line (365 nm), KRb excimer laser (248 nm), ARb excimer laser (193 nm), F2 laser (157 nm), but also X-ray. A charged particle beam such as a beam or an electron beam can be used. For example, when an electron beam is used, thermionic emission type lanthanum hexaborite (LaB6) or tantalum (Ta) can be used as the electron gun. Further, when an electron beam is used, a structure using a mask may be used, or a pattern may be formed directly on a substrate without using a mask. Further, the magnification of the projection optical system may be not only the reduction system but also any one of the same magnification and the enlargement system.
[0036]
As a projection optical system, when far ultraviolet rays such as an excimer laser are used, a material which transmits far ultraviolet rays such as quartz or fluorite is used as a glass material. When an F2 laser or X-ray is used, a catadioptric system or a refracting system is used. (At this time, a reflective reticle is used.) When an electron beam is used, an electron optical system including an electron lens and a deflector may be used as the optical system. It goes without saying that the optical path through which the electron beam passes is set in a vacuum state.
[0037]
When a linear motor is used for the stage, either an air levitation type using an air bearing or a magnetic levitation type using Lorentz force or reactance force may be used. Further, the stage may be of a type that moves along a guide, or may be a guideless type in which a guide is not provided. Further, when a planar motor is used as the stage driving device, one of the magnet unit (permanent magnet) and the armature unit is connected to the stage, and the other of the magnet unit and the armature unit is connected to the stage moving surface ( Base).
[0038]
Further, the reaction force generated by the movement of the wafer stage may be mechanically released to the floor (ground) using a frame member as described in JP-A-8-166475. The present invention is also applicable to an exposure apparatus having such a structure.
[0039]
The reaction force generated by the movement of the reticle stage may be mechanically released to the floor (ground) using a frame member, as described in JP-A-8-330224. The present invention is also applicable to an exposure apparatus having such a structure.
[0040]
Further, the exposure apparatus to which the present invention is applied assembles various subsystems including the respective components recited in the claims of the present application so as to maintain predetermined mechanical accuracy, electrical accuracy, and optical accuracy. It is manufactured by. 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 manufacture of the exposure apparatus be performed in a clean room in which the temperature, cleanliness, and the like are controlled.
[0041]
In addition, a semiconductor device has a process of designing the function and performance of the device, a process of manufacturing a mask (reticle) based on this design step, a process of manufacturing a wafer from a silicon material, and a process of manufacturing a reticle by the exposure apparatus of the above-described embodiment. It is manufactured through a wafer processing step of exposing a pattern to a wafer, a device assembling step (including a dicing step, a bonding step, and a packaging step), an inspection step, and the like.
In the case of a liquid crystal display, a reticle pattern is formed by exposure on a glass substrate instead of a wafer, and the device is manufactured through a device assembling process such as cutting of the glass substrate and an inspection process.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
A first aspect of the present invention is a surface position detecting method for detecting surface position information of a transparent substrate by projecting light from a diagonal direction to a test surface of the transparent substrate and receiving reflected light from the transparent substrate. In the method described above, among the light reflected from the transmissive substrate, the light reflected on the surface to be inspected is specified based on the intensity distribution of the reflected light, and the surface position information of the transmissive substrate is detected. For this reason, by using the intensity distribution of the reflected light, when the reflected light from the transmissive substrate is light obtained by combining the test surface reflected light reflected on the test surface and the back surface reflected light reflected on the back surface, From the combined light, the test surface reflected light reflected on the test surface can be specified by numerical processing.
[0043]
Also, when identifying the test surface reflected light from the reflected light from the transmissive substrate, a matching process between the reference intensity distribution related to the test surface reflected light and the reflected light intensity distribution from the transmissive substrate is performed. Is used to specify the test surface reflected light from the intensity distribution, so that the matching process between the reference intensity distribution and the intensity distribution of the reflected light from the transmissive substrate allows reference from the intensity distribution of the reflected light. It is possible to reliably find the application intensity distribution. Further, since the reference intensity distribution is related to the reflected light on the test surface, the reflected light on the test surface can be specified. In addition, prior to detecting the surface position of the transparent substrate, light is projected onto the reference surface, and a reference intensity distribution is obtained based on the reflected light from the reference surface. Therefore, the intensity distribution of the test surface reflected light can be reliably specified from the reflected light intensity distribution. In addition, since at least a part of the reference intensity distribution is used to perform a matching process with the intensity distribution of the reflected light from the transmissive substrate, a characteristic part or a part not contaminated by noise may be used. Thus, the matching process can be performed with high accuracy. The reference intensity distribution is an intensity distribution obtained by combining the intensity distribution of light reflected from the reference surface and the intensity distribution of light corresponding to light reflected from the back surface of the test surface. By using an intensity distribution corresponding to the intensity distribution of light actually obtained at the time of detection, the accuracy of the matching process can be improved. Further, since the intensity distribution of light corresponding to the reflected light from the back surface of the test surface is determined in consideration of the intensity distribution of the reflected light from the reference surface and the reflectance and thickness of the transmissive substrate, The intensity distribution of light corresponding to the light reflected from the back surface of the test surface can be obtained more accurately, and the accuracy of the matching process can be improved. In addition, by changing the parameters of the reference intensity distribution and performing the profile fitting processing to match the intensity distribution of the reflected light from the transmissive substrate, the test surface reflected light is specified, so that the parameters are changed. By doing so, it is possible to consider the deformation of the intensity distribution of the reflected light due to variations in the thickness and reflectivity of the transmissive substrate, so that the intensity distribution for reference can be accurately matched to the intensity distribution of the reflected light, and further, The thickness and reflectance of the transmissive substrate can be accurately obtained based on the matched parameters. Further, since the highest intensity position of the reflected light of the test surface is detected from the intensity distribution of the reflected light from the transmissive substrate, the position of the reflected light of the test surface in the intensity distribution of the reflected light can be accurately and easily determined. Since the height can be detected, the height can be accurately measured.
[0044]
A surface position detecting device according to a second aspect of the present invention includes a light projecting system that projects light obliquely to a test surface of a substrate, a light receiving system that receives reflected light from the substrate and photoelectrically detects the light, And a surface position detection unit that detects surface position information of the test surface by specifying the test surface reflection light reflected on the test surface from the intensity distribution of the light reflected from the transmissive substrate. For this reason, when the reflected light from the transmissive substrate is light obtained by combining the test surface reflected light reflected on the test surface and the back surface reflected light reflected on the back surface, the light reflected by the surface position detection unit is not included in the combined light. Then, the reflected light of the test surface reflected from the test surface is specified, so that the surface position of the transparent substrate can be reliably detected. In addition, there is no need to provide any special equipment such as an optical system for dispersing the light reflected from the transmissive substrate, and the equipment cost can be reduced.
[0045]
According to a third aspect of the present invention, in the focusing device for moving a transparent substrate within a depth of focus of a predetermined optical system, the surface position detection device detects a surface position of the transparent substrate with respect to the predetermined optical system. Equipment was provided. For this reason, even if the detection target is a thin transparent substrate, the height of the surface to be detected can be detected, so that the transparent substrate can be reliably moved within the depth of focus of the predetermined optical system. .
[0046]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an exposure apparatus including a projection optical system for transferring a pattern formed on a mask onto a transparent substrate, wherein the focusing device moves the transparent substrate within a depth of focus of the projection optical system. A focus device was provided. Therefore, the thin transparent substrate can be moved within the depth of focus of the predetermined optical system, so that the pattern formed on the mask can be clearly transferred to the exposure surface of the transparent substrate.
[0047]
According to a fifth aspect, in the device manufacturing method including the lithography step, the exposure apparatus is used in the lithography step. This makes it possible to clearly transfer the pattern formed on the mask onto the exposed surface of the thin transparent substrate, thereby reducing the thickness and weight of devices using a transparent substrate such as a thin liquid crystal display device. Can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a main part of an exposure apparatus.
FIG. 2 is a perspective view schematically showing a main part of an AF sensor.
FIG. 3 is a diagram illustrating reflected light and an intensity distribution of the reflected light.
FIG. 4 is a diagram showing an intensity distribution of reflected light.
FIG. 5 is a diagram showing an intensity distribution of light reflected from a reference surface.
FIG. 6 is a diagram showing a method of specifying a reference intensity distribution from an intensity distribution.
FIG. 7 is a diagram illustrating a case where a combined intensity distribution is used as a reference intensity distribution.
FIG. 8 is a diagram showing a profile fitting process.
[Explanation of symbols]
30 Projection optical system
40 Focusing system (focusing device)
41 AF sensor (surface position detection device)
42 Floodlight system
43 Light receiving system
84 Reference plane
91 Operation unit (surface position detection unit)
STP exposure equipment
M reticle (mask)
W glass substrate (transparent substrate)
Wa Exposure surface (test surface)
R reflected light
Ra Surface reflected light (Test surface reflected light)
Rn back reflection light
Rb Reference surface reflected light
D Intensity distribution of reflected light
Dn Backside reflected light intensity distribution
Db Intensity distribution of reference plane reflected light
Df Reference intensity distribution

Claims

In a surface position detection method for projecting light from a diagonal direction to a test surface of a transparent substrate and detecting surface position information of the transparent substrate by receiving reflected light from the transparent substrate,
It is characterized in that, among the light reflected from the transmissive substrate, the test surface reflected light reflected on the test surface is specified based on the intensity distribution of the reflected light, and the surface position information of the transmissive substrate is detected. Surface position detection method.

When specifying the test surface reflected light from the reflected light from the transmissive substrate,
By matching processing between the reference intensity distribution related to the test surface reflected light and the intensity distribution of the reflected light from the transmissive substrate, the test surface reflected light is specified from the intensity distribution. The surface position detection method according to claim 1.

3. The surface position detection according to claim 2, wherein, prior to the surface position detection of the transparent substrate, light is projected onto a reference surface, and the reference intensity distribution is obtained based on light reflected from the reference surface. 4. Method.

4. The surface position detecting method according to claim 2, wherein a matching process is performed using at least a part of the reference intensity distribution with an intensity distribution of light reflected from the transmissive substrate. 5.

The intensity distribution for reference is an intensity distribution obtained by combining an intensity distribution of light reflected from the reference surface and an intensity distribution of light corresponding to light reflected from the back surface of the test surface. The surface position detection method according to claim 2 or 3.

The intensity distribution of light corresponding to the reflected light from the back surface of the test surface is determined in consideration of the intensity distribution of the reflected light from the reference surface and the reflectance and thickness of the transmissive substrate. The surface position detecting method according to claim 5, wherein

3. The test surface reflected light is specified by performing a profile fitting process that changes a parameter of the reference intensity distribution to match the intensity distribution of the reflected light from the transmissive substrate. The surface position detection method according to any one of claims 1 to 6.

The surface position according to any one of claims 2 to 7, wherein a maximum intensity position of the test surface reflected light is detected from an intensity distribution of the reflected light from the transmissive substrate. Detection method.

A light projecting system for projecting light from an oblique direction to a test surface of a substrate, a light receiving system for receiving reflected light from the substrate and photoelectrically detecting the light, and an intensity distribution of light reflected from the transparent substrate And a surface position detection unit for detecting surface light reflected on the surface to be detected and detecting surface position information of the surface to be detected.

In a focusing device for moving the transparent substrate within the depth of focus of a predetermined optical system,
A focusing device comprising: the surface position detecting device according to claim 9 as a surface position detecting device that detects a surface position of the transparent substrate with respect to the predetermined optical system.

In an exposure apparatus including a projection optical system that transfers a pattern formed on a mask onto a transparent substrate,
An exposure apparatus comprising: the focusing device according to claim 10 as a focusing device that moves the transparent substrate within a depth of focus of the projection optical system.

A device manufacturing method including a lithography step, wherein the exposure apparatus according to claim 11 is used in the lithography step.