JP2004301825A - Surface position detection device, exposure method and method for manufacturing device - Google Patents

Surface position detection device, exposure method and method for manufacturing device Download PDF

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    • G03F7/70Exposure apparatus for microlithography
    • G03F7/70216Systems for imaging mask onto workpiece
    • G03F7/70341Immersion

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface position detection device that can precisely detect surface position information of a surface to be detected even when a refractive index of a detection light for surface position detection on an optical path changes. <P>SOLUTION: The surface position detection device 100 is provided with a light projection system 8 to project detection light onto a surface S to be detected and a light receiving system 9 to receive light reflected on the surface S, and it detects a surface position information of the surface S on the basis of information acquired by the light receiving system 9. A plurality of beams of light L1 and L2 are projected as detection light onto the surface S at incident angles θ<SB>1</SB>and θ<SB>2</SB>respectively. Even if the refractive index of a medium on the surface S changes due to temperature change, the surface position information can be corrected based on the beams of reflection light of the lights L1 and L2. The surface position detector 100 is useful for an immersion aligner. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、被検面の面位置情報を光学的に検出する面位置検出装置、マスクのパターンの像を基板上に露光する露光方法、及びデバイス製造方法に関するものである。 The present invention, the surface position detecting device for detecting a surface position information of the test surface optically, an exposure method of exposing an image of a pattern of a mask onto a substrate, and a device manufacturing method.

半導体デバイスや液晶表示デバイスは、マスク上に形成されたパターンを感光性の基板上に転写する、いわゆるフォトリソグラフィの手法により製造される。 Semiconductor devices and liquid crystal display devices, to transfer a pattern formed on a mask onto a photosensitive substrate, is manufactured by a so-called photolithography technique. このフォトリソグラフィ工程で使用される露光装置は、マスクを支持するマスクステージと基板を支持する基板ステージとを有し、マスクステージ及び基板ステージを逐次移動しながらマスクのパターンを投影光学系を介して基板に転写するものである。 An exposure apparatus used in this photolithographic process, and a substrate stage that supports the mask stage and the substrate supporting the mask, the pattern of the mask through a projection optical system while moving the mask stage and the substrate stage sequentially it is transferred onto the substrate. 露光装置には、投影光学系の像面に対して基板表面を合わせ込むために、基板表面の面位置情報を検出するオートフォーカス検出系が設けられている。 The exposure apparatus, in order intended to adjust the substrate surface with respect to the image plane of the projection optical system, the autofocus detection system is provided for detecting the surface position information of the substrate surface. オートフォーカス検出系(AF検出系)には、例えば特開平6−66543号公報に開示されているような斜入射方式がある。 The autofocus detection system (AF detection system), for example, a grazing incidence method as disclosed in JP-A-6-66543. これは、基板表面に対して斜め方向からフォーカス用検出光を照射し、基板表面での反射光により基板表面の位置情報を検出するものである。 This is by irradiating the focus detection light from an oblique direction with respect to the substrate surface, to detect the position information of the substrate surface by the light reflected at the substrate surface. 斜入射方式のAF検出系では、図10(a)の模式図に示すように、被検面である基板Pの表面が例えば符号P'のように上下方向に移動すると、照射したAF用検出光Lの基板表面での反射光がAF検出系を構成する光学系の光軸と垂直方向にずれるので、このずれ量Daを検出することで基板表面の投影光学系の光軸方向における面位置情報を検出することができる。 The AF detection system oblique incidence type, as schematically shown in FIG. 10 (a), the Moving up and down direction as the surface of the substrate P is a surface to be inspected such as code P ', detecting irradiated AF since the reflected light at the substrate surface of the light L is shifted in a direction perpendicular to the optical axis of the optical system constituting the AF detection system, the surface position in the optical axis direction of the projection optical system of the substrate surface by detecting the displacement amount Da it is possible to detect the information.

ところで、デバイスパターンのより一層の高集積化に対応するために投影光学系の更なる高解像度化が望まれている。 However for higher resolution of the projection optical system in order to cope with higher integration of the device pattern it is desired. 投影光学系の解像度は、使用する露光波長が短くなるほど、また投影光学系の開口数が大きいほど高くなる。 Resolution of the projection optical system, as the exposure wavelength used becomes shorter, also increases the larger the numerical aperture of the projection optical system. そのため、露光装置で使用される露光波長は年々短波長化しており、投影光学系の開口数も増大している。 Therefore, the exposure wavelength used in exposure apparatuses has shortened year by year wavelength has increased numerical aperture of projection optical systems. そして、現在主流の露光波長は、KrFエキシマレーザの248nmであるが、更に短波長のArFエキシマレーザの193nmも実用化されつつある。 The mainstream exposure wavelength currently is the 248nm from a KrF excimer laser, it is being further also commercialized 193nm of ArF excimer laser with a short wavelength. また、露光を行う際には、解像度と同様に焦点深度(DOF)も重要となる。 Further, when exposure is performed, similarly to the resolution depth of focus (DOF) is also important. 解像度R、及び焦点深度δはそれぞれ以下の式で表される。 The resolution R, and the depth of focus δ are represented by the following expressions.
R=k ・λ/NA … (1) R = k 1 · λ / NA ... (1)
δ=±k ・λ/NA … (2) δ = ± k 2 · λ / NA 2 ... (2)
ここで、λは露光波長、NAは投影光学系の開口数、k 、k はプロセス係数である。 Here, lambda is the exposure wavelength, NA is the numerical aperture of the projection optical system, k 1, k 2 represent the process coefficients. (1)式、(2)式より、解像度Rを高めるために、露光波長λを短くして、開口数NAを大きくすると、焦点深度δが狭くなることが分かる。 (1) and (2), in order to enhance the resolution R, then shorten the exposure wavelength lambda, and the numerical aperture NA is increased, it can be seen that the depth of focus δ becomes narrower.

焦点深度δが狭くなり過ぎると、投影光学系の像面に対して基板表面を合致させることが困難となり、露光動作時のフォーカスマージンが不足する恐れがある。 If the depth of focus δ is too narrowed, it is difficult to match the substrate surface with respect to the image plane of the projection optical system, the focus margin during the exposure operation may be insufficient. そこで、実質的に露光波長を短くして、且つ焦点深度を広くする方法として、例えば国際公開第99/49504号公報に開示されている液浸法が提案されている。 Therefore, by substantially shortening the exposure wavelength and a method of widening the depth of focus, for example, immersion method disclosed in International Publication No. 99/49504 it is proposed. この液浸法は、投影光学系の下面と基板表面との間を水や有機溶媒等の液体で満たし、液体中での露光光の波長が、空気中の1/n(nは液体の屈折率で通常1.2〜1.6程度)になることを利用して解像度を向上するとともに、焦点深度を約n倍に拡大するというものである。 This liquid immersion method fills the space between the lower and the substrate surface of the projection optical system with a liquid such as water or an organic solvent, the wavelength of the exposure light in the liquid, refraction 1 / n (n in the air in the liquid by utilizing the fact that becomes usually about 1.2 to 1.6) with improved resolution by a factor, it is that the depth of focus is magnified about n times.
特開平6−66543号公報 JP 6-66543 discloses 国際公開第99/49504号パンフレット International Publication No. WO 99/49504

ところで、投影光学系の下面と基板表面との間に液体を満たした状態において上述したような斜入射方式のAF検出系で基板表面の面位置情報を求めようとする場合、例えば温度変化等に起因して液体の屈折率が変化すると、図10(b)の模式図に示すように、屈折率変化前では基板Pの表面に対する検出光Lの入射角がθであったものが、屈折率変化後ではθ'のように変化するという不都合が生じる。 In the case to be obtained the surface position information of the substrate surface in the AF detection system oblique incident scheme as described above in a state filled with liquid between the lower surface and the substrate surface of the projection optical system, for example temperature change If the refractive index of the resulting to the liquid varies, as shown in the schematic diagram of FIG. 10 (b), those incident angle of the detection light L was θ relative to the surface of the substrate P in front refractive index change, the refractive index resulting disadvantageously changes as the theta 'after the change. 入射角が変化すると検出光L及び基板Pでの反射光の光路は屈折率変化前の光路に対してずれるため、基板表面の位置が変化していないにもかかわらず、AF検出系の受光面に入射する検出光L(基板表面での反射光)の位置がずれてしまい、AF検出系は、基板の位置が変動したと誤った判断をしてしまうことになる。 Since the optical path of the reflected light of the detection light L and the substrate P and the incident angle is changed deviate from the optical path before the change in refractive index, even though the position of the substrate surface is not changed, the light receiving surface of the AF detection system is shifted position of the detection light L incident (reflected light at the substrate surface) on, AF detection system would result in a determination that the position of the substrate is erroneously varied. この結果、基板表面の面位置を精度良く測定することができなくなるおそれがある。 As a result, it may become impossible to accurately measure the surface position of the substrate surface.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、AF検出系の検出光の光路上の屈折率が変化しても基板表面の面位置情報を精度良く検出できる面位置検出装置を提供することを第1の目的とする。 The present invention was made in view of such circumstances, the surface position detecting apparatus of the surface position information can be accurately detected on the surface of the substrate even if the refractive index changes in the optical path of the AF detection system of the detection light providing a first object. また、AF検出系の検出光の光路上の屈折率が変化しても精度良く基板面位置情報を検出してデバイスを製造できる露光方法及びデバイス製造方法を提供することを第2の目的とする。 Further, to provide a exposure method and device manufacturing method refractive index of the optical path of the AF detection system of the detection light can be produced devices to accurately detect the substrate surface position information also vary with the second object . また、投影光学系と基板との間の液体を介してパターン像を基板上に投影する液浸露光法を用いても、パターン像を精度よく基板上に形成することのできる露光方法の提供を第3の目的とする。 Moreover, even using immersion exposure method for projecting onto a substrate a pattern image via the liquid between the projection optical system and the substrate, to provide an exposure method which can be formed accurately on the substrate a pattern image the third object of. 特にその液体の温度が変化した場合にも、パターン像を精度よく基板上に形成することのできる露光方法の提供を第4の目的とする。 Especially even when the temperature of the liquid is changed, the provision of an exposure method which can be formed accurately on the substrate a pattern image and the fourth object of.

上記の課題を解決するため、本発明は実施の形態に示す図1〜図9に対応付けした以下の構成を採用している。 To solve the above problems, the present invention adopts the following constructions corresponding to Figs. 1 to 9 shown in the embodiment. 但し、各要素に付した括弧付き符号はその要素の例示に過ぎず、各要素を限定する意図は無い。 However, parenthesized reference numerals affixed to respective elements merely exemplify the elements by way of example, it is not intended to limit the respective elements.

本発明の第1の態様に従えば、検出光を被検面(S)に投射するとともに、その被検面(S)からの反射光を受光することによって得られる情報に基づいて、被検面(S)の面位置を検出する面位置検出装置であって、検出光として、複数の光(L1、L2)を異なる入射角(θ 、θ )で被検面(S)に投射する送光系(8)と;被検面(S)からの反射光を受光する受光系(9)と;を備える面位置検出装置(100)が提供される。 According to a first aspect of the present invention, on the basis of the detected light as well as projected onto the test surface (S), the information obtained by receiving the reflected light from the test surface (S), the test a surface position detecting apparatus for detecting a surface position of the surface (S), projected as the detection light, a plurality of light (L1, L2) of different angles of incidence (θ 1, θ 2) on the test surface (S) with light sending system to (8); light-receiving system for receiving the light reflected from the test surface (S) and (9); the surface position detecting apparatus comprising a (100) is provided.

また、本発明の第2の態様に従えば、マスク(M)のパターンの像を投影光学系(PL)により基板(P)上に投影して、基板(P)を露光する露光方法であって:板表面(S)に複数の検出光(L1、L2)を異なる入射角(θ 、θ )で投射するとともに、基板表面(S)からの反射光(L1r、L2r)を受光することによって、検出光(L1、L2)及び反射光(L1r、L2r)の光路の屈折率情報を検出することと;マスク(M)のパターンの像を投影光学系(PL)により基板(P)上に投影すること;を含む露光方法が提供される。 Further, according to a second aspect of the present invention, there in an exposure method and projected by the mask pattern image projection optical system of the (M) (PL) onto the substrate (P), to expose the substrate (P) Te: a plurality of detection light on the plate surface (S) (L1, L2) of different angles of incidence (θ 1, θ 2) with projecting at, for receiving reflected light from the substrate surface (S) (L1r, L2r) it allows the detection light (L1, L2) and the reflected light (L1r, L2r) detecting the refractive index information of the optical path of the; mask pattern image projection optical system of the (M) (PL) by the substrate (P) projecting upward; exposure method comprising is provided.

本発明によれば、検出光の光路上の屈折率が変化しても、検出光として複数の光を異なる入射角で被検面に投射することにより、これら各検出光に基づく面位置情報のそれぞれは互いに異なる測定誤差(誤差量)を示すので、これら誤差量の違い(差)に基づいて光路上の屈折率変化量を求めることができる。 According to the present invention, even if the refractive index of the optical path of the detection light is changed, by projecting the test surface at different angles of incidence a plurality of light as the detection light, the surface position information based on respective detected light it indicates each different measurement errors (error amount) can be determined refractive index variation of the optical path on the basis of the difference between these error amount (difference). そして、求めた屈折率情報である屈折率変化量に基づいて検出した面位置情報を補正することができるので、被検面の面位置情報を精度良く求めることができる。 Then, it is possible to correct the detected surface position information on the basis of the refractive index variation is the refractive index information obtained can be determined accurately the surface position information of the test surface. なお、複数の光を異なる入射角で被検面に投射するには、例えば、複数の光源及び光学系を用いてもよい。 Note that project to the test surface is a plurality of light at different angles of incidence, for example, it may employ a plurality of light sources and the optical system. あるいは、波長可変レーザや複数の波長を有する光源を、波長選択フィルタ、エタロン、分光器、プリズムなどとともに用いて、被検面への入射角が異なるように光の波長の毎に光路を変更してもよい。 Alternatively, a light source having a variable wavelength laser and a plurality of wavelengths, wavelength selective filters, etalons, spectrometer, used together with a prism, and changes the optical path for each wavelength of light so that the incident angle to the test surface are different it may be. あるいは、瞳分割板やガルバノミラーを用いて光路を分割または偏向してもよい。 Alternatively, it may be divided or deflects the optical path by using a pupil division plate or a galvanometer mirror.

本発明の第3の態様に従えば、検出光を被検面(S)に投射するとともに、その被検面(S)からの反射光を受光することによって得られる情報に基づいて、被検面(S)の面位置を検出する面位置検出装置であって:検出光として、波長の異なる複数の光を被検面(S)に投射する送光系(8)と;被検面(S)からの反射光を受光する受光系(9)と;を備える面位置検出装置(100)が提供される。 According to a third aspect of the present invention, on the basis of the detected light as well as projected onto the test surface (S), the information obtained by receiving the reflected light from the test surface (S), the test a surface position detecting apparatus for detecting a surface position of the surface (S): as the detection light, the light-sending system for projecting a plurality of lights having different wavelengths on the test surface (S) and (8); the test surface ( receiving system for receiving the light reflected from the S) and (9); the surface position detecting apparatus comprising a (100) is provided.

また、本発明の第4の態様に従えば、マスク(M)のパターンの像を投影光学系(PL)により基板(P)上に投影して、基板(P)を露光する露光方法であって:基板表面(S)に波長の異なる複数の検出光を投射するとともに、基板表面(S)からの反射光を受光することによって、検出光及び反射光の光路の屈折率情報を検出することと;マスク(M)のパターンの像を投影光学系(PL)を介して基板(P)上に投影することと;を含む露光方法が提供される。 Further, according to a fourth aspect of the present invention, there in an exposure method and projected by the mask pattern image projection optical system of the (M) (PL) onto the substrate (P), to expose the substrate (P) Te: with projecting a plurality of detection light of different wavelengths to the substrate surface (S), by receiving the reflected light from the substrate surface (S), detecting the refractive index information of the optical path of the detection light and the reflected light When; that the mask (M) of a pattern image of the projection optical system through the (PL) for projecting onto the substrate (P); an exposure method comprising is provided.

本発明によれば、互いに異なる波長を有する光を物体に入射した際の屈折角のそれぞれは異なる値を示すことを利用し、波長の異なる複数の検出光を投射することで、被検面に対して互いに異なる入射角で検出光を照射できる。 According to the present invention, utilizing the fact that indicates the respective different values ​​of the angle of refraction when light is incident on the object having different wavelengths, by projecting a plurality of detection light beams having different wavelengths, the test surface possible the detection light at different incident angles each other for.

この場合において、検出光は、光透過部材を介して被検面に投射されることを特徴とする。 In this case, the detection light is characterized in that it is projected to the test surface through the light transmitting member. 光透過部材としては、投影光学系を構成する光学素子、投影光学系と被検面との間に配置される光透過性を有する平行平面板が挙げられる。 The light transmitting member, an optical element constituting the projection optical system, and a plane-parallel plate having optical transparency is disposed between the projection optical system and the test surface. 特に、液浸法による露光処理を行う場合にも、液体を介して高精度な基板表面の面位置検出を実現できるので、高解像度でパターン転写を行うことができる。 In particular, even in the case of performing the exposure processing by the liquid immersion method, it is possible to realize a surface position detection of high precision substrate surface via a liquid, a pattern can be transferred with high resolution.

また、本発明の第5の態様に従えば、投影光学系(PL)により液体(50)を介してパターンの像を基板(P)上に投影して、基板(P)を液浸露光する露光方法であって:投影光学系(PL)と基板(P)との間の少なくとも一部を液体(50)で満たすことと;投影光学系(PL)と基板(P)との間の液体(50)の温度情報を光学的に検出することと;投影光学系(PL)により液体(50)を介してパターンの像を基板(P)上に投影することとを含む露光方法が提供される。 Further, according to a fifth aspect of the present invention, a pattern image via a liquid (50) by a projection optical system (PL) and projected onto the substrate (P), liquid immersion exposure of the substrate (P) liquid between the projection optical system and (PL) and the substrate (P); the projection optical system and (PL) at least a portion between the substrate (P) and be filled with a liquid (50) there is provided an exposure method (50) the temperature information can be optically detected in; exposure method and an image of a pattern through a liquid (50) by a projection optical system (PL) to project onto the substrate (P) is provided that.

本発明によれば、投影光学系と基板との間の液体の温度情報(温度変化)を検出することによって、その液体を介して行われる基板表面の面位置の検出やその液体を介して形成されるパターン像への影響を把握することができ、例えばその検出された温度情報に基づいて像調整を行うこともできる。 According to the present invention, through the temperature information by detecting (temperature changes), the detection and the liquid surface position of the substrate surface to be carried out through the liquid of the liquid between the projection optical system and the substrate formed is the can grasp the influence of the pattern image, for example it is also possible to perform image adjustment based on the detected temperature information.

検出光の光路上の屈折率が変化しても、検出光として複数の光を異なる入射角で被検面に投射することにより、これら各検出光に基づく面位置情報のそれぞれは互いに異なる測定誤差を示すので、これら測定誤差の差に基づいて光路上の屈折率情報を求めることができる。 The refractive index of the optical path of the detection light is changed, by projecting the test surface at different angles of incidence a plurality of light as the detection light, each different measurement error of the surface position information based on respective detected light it indicates, it is possible to determine the refractive index information on the optical path on the basis of the difference between the measurement errors. したがって、求めた屈折率情報で検出した面位置情報を補正することができるので、被検面の面位置情報を精度良く求めることができる。 Therefore, it is possible to correct the surface position information detected by the refractive index information obtained can be determined accurately the surface position information of the test surface.

以下、本発明の面位置検出装置及び露光方法について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。 Hereinafter be described with reference to the drawings surface position detecting apparatus and the exposure method of the present invention, the present invention is not limited thereto. 図1は本発明の面位置検出装置としてのオートフォーカス検出装置が搭載された露光装置の一実施形態を示す概略構成図である。 Figure 1 is a schematic structural diagram showing one embodiment of the autofocus detection system is mounted an exposure apparatus as a surface position detecting apparatus of the present invention.

図1において、露光装置EXは、マスクMを支持するマスクステージMSTと、基板Pを支持する基板ステージPSTと、マスクステージMSTに支持されているマスクMを露光光ELで照明する照明光学系ILと、露光光ELで照明されたマスクMのパターンの像を基板ステージPSTに支持されている基板Pに投影露光する投影光学系PLと、被検面としての基板Pの表面Sの面位置情報を検出する面位置検出装置としてのオートフォーカス検出装置100と、露光装置EX全体の動作を統括制御する制御装置CONTとを備えている。 1, the exposure apparatus EX includes a mask stage MST which supports a mask M, a substrate stage PST which supports a substrate P, an illumination optical system IL which illuminates the mask M supported by the mask stage MST with exposure light EL When the projection optical system PL which projects an image of a pattern of the mask M illuminated with the exposure light EL onto exposed on the substrate P supported by the substrate stages PST, surface position information of the surface S of the substrate P as the test surface includes a autofocusing detection device 100 as a surface position detecting device for detecting, and a control unit CONT which collectively controls the overall operation of the exposure apparatus EX a.

ここで、本実施形態では、露光装置EXとしてマスクMと基板Pとを走査方向における互いに異なる向き(逆方向)に同期移動しつつマスクMに形成されたパターンを基板Pに露光する走査型露光装置(所謂スキャニングステッパ)を使用する場合を例にして説明する。 In the present embodiment, mutually different orientations (reverse) to a scanning exposure for exposing a pattern formed on the mask M while synchronously moving the substrate P and the mask M and the substrate P in the scanning direction as the exposure apparatus EX when using apparatus (so-called scanning stepper) is described as an example. 以下の説明において、投影光学系PLの光軸AXと一致する方向をZ軸方向、Z軸方向に垂直な平面内でマスクMと基板Pとの同期移動方向(走査方向)をX軸方向、Z軸方向及びY軸方向に垂直な方向(非走査方向)をY軸方向とする。 In the following description, the optical axis AX as the Z-axis direction and a direction matching of the projection optical system PL, and the synchronous movement direction (scanning direction) of the X-axis direction between the mask M and the substrate P in the Z axis direction perpendicular to the plane, Z-axis direction and the Y-axis direction perpendicular to the direction (non-scanning direction) is the Y-axis direction. また、X軸、Y軸、及びZ軸まわり方向をそれぞれ、θX、θY、及びθZ方向とする。 Further, X-axis, Y-axis, and Z-axis directions, respectively, .theta.X, [theta] Y, and the θZ direction. なお、ここでいう「基板」は半導体ウエハ上にレジストを塗布したものを含み、「マスク」は基板上に縮小投影されるデバイスパターンを形成されたレチクルを含む。 The term "substrate" referred to herein includes those obtained by coating a resist on a semiconductor wafer, and the term "mask" includes a reticle formed with a device pattern that is reduction projected onto the substrate.

照明光学系ILは、マスクステージMSTに支持されているマスクMを露光光ELで照明するものであり、露光用光源、露光用光源から射出された光束の照度を均一化するオプティカルインテグレータ、オプティカルインテグレータからの露光光ELを集光するコンデンサレンズ、リレーレンズ系、露光光ELによるマスクM上の照明領域をスリット状に設定する可変視野絞り等を有している。 The illumination optical system IL is for illuminating the mask M supported by the mask stage MST with exposure light EL, the exposure light source, an optical integrator for uniforming the illuminance of a light flux emitted from the exposure light source, an optical integrator a condenser lens which collects the exposure light EL from the relay lens system, and the illumination area on the mask M illuminated with the exposure light EL and a variable field diaphragm which sets a slit shape. マスクM上の所定の照明領域は照明光学系ILにより均一な照度分布の露光光ELで照明される。 The predetermined illumination area on the mask M is illuminated with the exposure light EL having a uniform illuminance distribution by the illumination optical system IL. 照明光学系ILから射出される露光光ELとしては、例えば水銀ランプから射出される紫外域の輝線(g線、h線、i線)及びKrFエキシマレーザ光(波長248nm)等の遠紫外光(DUV光)や、ArFエキシマレーザ光(波長193nm)及びF レーザ光(波長157nm)等の真空紫外光(VUV光)などが用いられる。 As the exposure light EL emitted from the illumination optical system IL, for example, for example, emission lines in the ultraviolet region emitted from a mercury lamp (g-rays, h-rays, i-rays) and KrF excimer laser beam (wavelength 248 nm) far ultraviolet light, such as ( DUV light) and, ArF excimer laser light (wavelength 193 nm) and F 2 laser beam (wavelength 157 nm) vacuum ultraviolet light (VUV light) and the like. 本実施形態においては、ArFエキシマレーザ光を用いる。 In this embodiment, an ArF excimer laser beam.

マスクステージMSTは、マスクMを支持するものであって、投影光学系PLの光軸AXに垂直な平面内、すなわちXY平面内で2次元移動可能及びθZ方向に微小回転可能である。 The mask stage MST is for supporting the mask M, the plane perpendicular to the optical axis AX of the projection optical system PL, that is, finely rotatable in the two-dimensional movable and θZ directions in the XY plane. マスクステージMSTはリニアモータ等のマスクステージ駆動装置MSTDにより駆動される。 The mask stage MST is driven by mask stage driving unit MSTD such as a linear motor. マスクステージ駆動装置MSTDは制御装置CONTにより制御される。 The mask stage driving unit MSTD is controlled by the controller CONT. マスクステージMST上のマスクMの2次元方向の位置、及び回転角はレーザ干渉計によりリアルタイムで計測され、計測結果は制御装置CONTに出力される。 Dimensional position of the mask M on the mask stage MST, and the angle of rotation are measured in real time by the laser interferometer, the measurement results are output to the control unit CONT. 制御装置CONTはレーザ干渉計の計測結果に基づいてマスクステージ駆動装置MSTDを駆動することでマスクステージMSTに支持されているマスクMの位置決めを行う。 The control apparatus CONT performs positioning of the mask M supported on the mask stage MST by driving the mask stage drive apparatus MSTD based on the measurement results of the laser interferometer.

投影光学系PLは、マスクMのパターンを所定の投影倍率βで基板Pに投影露光するものであって、複数の光学素子(レンズ)で構成されており、これら光学素子は金属部材としての鏡筒PKで支持されている。 Projection optical system PL is for projection exposing the substrate P with the pattern of the mask M at a predetermined projection magnification beta, is composed of a plurality of optical elements (lenses), these optical elements are mirrors metal member It is supported by the cylinder PK. 本実施形態において、投影光学系PLは、投影倍率βが例えば1/4あるいは1/5の縮小系である。 In this embodiment, the projection optical system PL is a projection magnification β which is, for example, 1/4 or 1/5 of the reduction system. なお、投影光学系PLは等倍系及び拡大系のいずれでもよい。 The projection optical system PL may be either a unity magnification system or an enlargement system. また、投影光学系PLは光学特性(結像特性)の補正を行う結像特性調整装置PLCを有している。 Further, the projection optical system PL has an imaging characteristic adjustment device PLC correct the optical characteristics (imaging characteristic). この結像特性調整装置PLCは、例えば投影光学系PLを構成する一部のレンズ群の間隔調整機構や一部のレンズ群のレンズ室内の気体圧力調整機構を有しており、これら調整を行うことにより、投影光学系PLの投影倍率、歪曲収差等の光学特性の補正を行う。 The imaging characteristic adjustment device PLC has, for example, a gas pressure adjusting mechanism of the lens chamber gap adjustment mechanism and a part of lens part group of lenses constituting the projection optical system PL, make these adjustments by the projection magnification of the projection optical system PL, and corrects the optical characteristics such as distortion. 結像特性調整装置PLCは制御装置CONTにより制御される。 Imaging characteristic adjustment device PLC is controlled by the control unit CONT.

基板ステージPSTは、基板Pを支持するものであって、基板Pを基板ホルダを介して保持するZステージ51と、Zステージ51を支持するXYステージ52と、XYステージ52を支持するベース53とを備えている。 The substrate stage PST is for supporting the substrate P, a Z stage 51 which holds the substrate P via a substrate holder, an XY stage 52 which supports the Z stage 51, a base 53 which supports the XY stage 52 It is equipped with a. 基板ステージPSTはリニアモータ等の基板ステージ駆動装置PSTDにより駆動される。 The substrate stage PST is driven by a substrate stage-driving unit PSTD such as a linear motor. 基板ステージ駆動装置PSTDは制御装置CONTにより制御される。 The substrate stage-driving unit PSTD is controlled by the control unit CONT. Zステージ51を駆動することにより、Zステージ51に保持されている基板PのZ軸方向における位置(フォーカス位置)、及びθX、θY方向における位置が制御される。 By driving the Z stage 51, the position in the Z-axis direction of the substrate P held by the Z stage 51 (focus position), and .theta.X, located in the θY direction is controlled. また、XYステージ52を駆動することにより、基板PのXY方向における位置(投影光学系PLの像面と実質的に平行な方向の位置)が制御される。 Further, by driving the XY stage 52, the position in the XY direction of the substrate P (substantially parallel to the image plane position of the projection optical system PL) is controlled. すなわち、Zステージ51は、基板Pのフォーカス位置及び傾斜角を制御して基板Pの表面をオートフォーカス方式、及びオートレベリング方式で投影光学系PLの像面に合わせ込み、XYステージ52は基板PのX軸方向及びY軸方向における位置決めを行う。 That, Z stage 51, autofocusing the surface of the substrate P by controlling the focus position and inclination angle of the substrate P, and the auto-leveling system match an existing image plane of the projection optical system PL, XY stage 52 is the substrate P to position in the X-axis direction and the Y-axis direction. なお、ZステージとXYステージとを一体的に設けてよいことは言うまでもない。 It goes without saying that the Z stage and the XY stage may be integrally provided.

基板ステージPST(Zステージ51)上には、基板ステージPSTとともに投影光学系PLに対して移動する移動鏡54が設けられている。 On the substrate stage PST (Z stage 51), movable mirror 54 is provided to move relative to the projection optical system PL together with the substrate stage PST. また、移動鏡54に対向する位置にはレーザ干渉計55が設けられている。 A laser interferometer 55 is provided at a position opposed to the movement mirror 54. 基板ステージPST上の基板Pの2次元方向の位置、及び回転角はレーザ干渉計55によりリアルタイムで計測され、計測結果は制御装置CONTに出力される。 Dimensional position of the substrate P on the substrate stages PST, and the angle of rotation are measured in real time by the laser interferometer 55, the measurement results are output to the control unit CONT. 制御装置CONTはレーザ干渉計55の計測結果に基づいて基板ステージ駆動装置PSTDを駆動することで基板ステージPSTに支持されている基板Pの位置決めを行う。 Controller CONT performs positioning of substrate P supported by the substrate stage PST by driving the substrate stage drive apparatus PSTD based on the measurement results of the laser interferometer 55.

本実施形態では、露光波長を実質的に短くして解像度を向上するとともに、焦点深度を実質的に広くするために、液浸法を適用する。 In this embodiment, as well as improve the resolution of the exposure wavelength and substantially shorter, in order to widen the depth of focus substantially, applying the liquid immersion method. そのため、少なくともマスクMのパターンの像を基板P上に転写(投影)している間は、基板Pの表面と投影光学系PLの基板P側の光学素子の先端面(下面)7との間に所定の液体50が満たされる。 Therefore, during the transfer (projection) an image of a pattern of at least the mask M onto the substrate P, between the tip surface (lower surface) 7 of the optical element of the substrate P side surface and the projection optical system PL of the substrate P predetermined liquid 50 is filled in. 本実施形態において、液体50には純水が用いられる。 In the present embodiment, pure water is used for the liquid 50. 純水は、ArFエキシマレーザ光のみならず、露光光ELを例えば水銀ランプから射出される紫外域の輝線(g線、h線、i線)及びKrFエキシマレーザ光(波長248nm)等の遠紫外光(DUV光)とした場合、この露光光ELを透過可能である。 Pure water is not ArF excimer laser beam only, the bright line of ultraviolet region emitted exposure light EL, for example, from a mercury lamp (g-rays, h-rays, i-rays) and KrF excimer laser beam deep ultraviolet (wavelength 248 nm), etc. If the light (DUV light), is permeable to the exposure light EL. また、投影光学系PLの先端面7には露光光ELを透過可能な平行平面板が設けられている。 Further, capable of transmitting plane-parallel plate is provided with the exposure light EL on the front end surface 7 of the projection optical system PL. この平行平面板は投影光学系PLの一部を構成する。 The plane-parallel plate constitutes a part of the projection optical system PL.

露光装置EXは、投影光学系PLの先端面7と基板Pとの間の空間56に所定の液体50を供給する液体供給装置1と、空間56の液体50を回収する液体回収装置2とを備えている。 The exposure apparatus EX includes a liquid supply unit 1 supplies a predetermined liquid 50 to the space 56 between the tip surface 7 and the substrate P of the projection optical system PL, and the liquid recovery apparatus 2 that recovers the liquid 50 in the space 56 It is provided. 液体供給装置1は、液体50を収容するタンク、加圧ポンプ、及び空間56に対して供給する液体50を所定の温度に調整する温度調整装置などを備えている。 The liquid supply apparatus 1 is provided with a tank for accommodating the liquid 50, a pressurizing pump, and the like temperature adjusting device for adjusting the liquid 50 supplied to the space 56 to a predetermined temperature. 液体供給装置1には供給管3の一端部が接続され、供給管3の他端部には供給ノズル4が接続されている。 One end of the supply pipe 3 is connected to the liquid supply apparatus 1, the supply nozzle 4 is connected to the other end of the supply pipe 3. 液体供給装置1は供給管3及び供給ノズル4を介して空間56に液体50を供給する。 The liquid supply apparatus 1 supplies the liquid 50 into the space 56 via the supply pipe 3 and the supply nozzles 4. ここで、液体供給装置1に設けられている温度調整装置は、空間56に供給する液体50の温度を、例えば露光装置EXが収容されているチャンバ内の温度と同程度に設定する。 Here, a temperature regulating device provided in the liquid supply device 1 sets the temperature of the liquid 50 supplied to the space 56, for example, to the same extent as the temperature in the chamber where the exposure apparatus EX is accommodated.

液体回収装置2は、吸引ポンプ、回収した液体50を収容するタンクなどを備えている。 Liquid recovery unit 2 is provided with such as a tank for accommodating the suction pump, recovered liquid 50. 液体回収装置2には回収管6の一端部が接続され、回収管6の他端部には回収ノズル5が接続されている。 The liquid recovery unit 2 one end of the recovery tube 6 is connected, recovery nozzles 5 are connected to the other end of the recovery tube 6. 液体回収装置2は回収ノズル5及び回収管6を介して空間56の液体50を回収する。 Liquid recovery unit 2 recovers the liquid 50 in the space 56 via the recovery nozzle 5 and the recovery pipe 6. 空間56に液体50を満たす際、制御装置CONTは液体供給装置1を駆動し、供給管3及び供給ノズル4を介して空間56に対して単位時間当たり所定量の液体50を供給するとともに、液体回収装置2を駆動し、回収ノズル5及び回収管6を介して単位時間当たり所定量の液体50を空間56より回収する。 When filled with liquid 50 in the space 56, together with the control unit CONT drives the liquid supply apparatus 1, supplies a predetermined amount of the liquid 50 per unit time with respect to space 56 via the supply pipe 3 and the supply nozzles 4, the liquid the recovery device 2 is driven, a predetermined amount of the liquid 50 per unit of time via the recovery nozzle 5 and the recovery pipe 6 is recovered from the space 56. これにより、投影光学系PLの先端面7と基板Pとの間の空間56に所定量の液体50が配置される。 Thus, the liquid 50 of a predetermined amount is arranged in the space 56 between the tip surface 7 and the substrate P of the projection optical system PL.

次に、基板Pの表面SのZ軸方向における位置(フォーカス位置)を検出する面位置検出装置としてのオートフォーカス検出装置100について説明する。 It will now be described autofocusing detection device 100 as a surface position detecting device for detecting the position in the Z-axis direction of the surface S of the substrate P (focus position).

オートフォーカス検出装置(AF検出装置)100は、AF検出用の検出光L(L1、L2)を基板Pの表面(被検面)Sに投射する送光系8と、基板Pの表面Sで反射した検出光Lの反射光を受光する受光系9とを備えている。 Autofocus detector (AF detecting device) 100 includes a light transmitting system 8 for projecting detection light L for AF detection (L1, L2) on the surface (test surface) S of the substrate P, the surface S of the substrate P and a light receiving system 9 for receiving the reflected light of the reflected detection light L. 図1に示すように、送光系8は、基板Pの表面に対して第1の検出光L1及び第2の検出光L2の2つの検出光を異なる入射角で斜め方向から基板Pの表面Sに投射する。 As shown in FIG. 1, light sending system 8, the first detection light L1 and the second two surfaces of the substrate P from the diagonal direction to detect light at different angles of incidence of the detection light L2 with respect to the surface of the substrate P It is projected to S. 送光系8からの検出光L1、L2のそれぞれは、光透過部材としての投影光学系PLの一部(一部の光学素子)、及び空間56に満たされている液体50を介して基板Pの表面Sに投射される。 Each of the detection light L1, L2 from the light sending system 8, a portion of the projection optical system PL serving as the light transmitting member (a part of the optical element), and the substrate through a by which the liquid 50 is filled in the space 56 P It is projected on the surface S. ここで、検出光L1、L2を投影光学系PLの一部を介して基板Pの表面Sに投射するのは、以下のような理由による。 Here, to project the detection light L1, L2 on the surface S of the substrate P through the portion of the projection optical system PL, for the following reason. すなわち、空間56に液体50を安定して配置するためには、液体50の表面張力を維持できるように距離dは所定量(例えば2〜3mm程度)に設定される必要がある。 That is, in order to place the liquid 50 stably in the space 56, it is necessary to distance d so as to maintain the surface tension of the liquid 50 is set to a predetermined amount (for example, about 2 to 3 mm). しかし、このような距離dでは送光系8からの検出光L1、L2を基板Pの表面Sに斜入射方式で直接投射することは困難であり、一方、直接投射しようとして距離dを大きくすると空間56に液体50が安定して配置されない。 However, it is difficult to directly projected at an oblique incidence method to the surface S of the detection light L1, L2 substrate P from such a distance d in the transmitting system 8, on the other hand, increasing the distance d trying directly projected liquid 50 in the space 56 is not placed stably. 本発明では、検出光L1、L2を投影光学系PLの一部を介して基板Pの表面Sに投射するようにしたので、空間56に液体50を安定して配置するための所望の距離dを維持しつつ、検出光L1、L2を基板Pの表面Sに投射することができる。 In the present invention, detection light L1, since such L2 to through a portion of the projection optical system PL projects the surface S of the substrate P, the desired distance to position the liquid 50 in the space 56 stably d while maintaining the detection light L1, L2 can be projected on the surface S of the substrate P. この結果、投影光学系PLの先端面7と基板Pの表面Sとの距離d(ワーキングディスタンス)の設定の自由度を増すことができる。 As a result, it is possible to increase the degree of freedom in setting the distance between the surface S of the front end surface 7 and the substrate P of the projection optical system PL d (working distance). 更に、基板Pの表面Sに対する検出光L1、L2の入射角を、投影光学系PLの位置に拘束されることなく、自由に変更することも可能となる。 Further, the incident angle of detection light L1, L2 with respect to the surface S of the substrate P, without being bound to the position of the projection optical system PL, and it is possible to freely change.

AF検出装置100は、基板Pの表面Sでの反射光から得られる受光系9の検出信号に基づいて、投影光学系PL及び液体50を介して形成される像面(結像面)に対する基板P表面のZ軸方向における高さ位置(フォーカス位置)を求める。 Substrate AF detection device 100 based on the detection signal of the light receiving system 9 obtained from the reflected light on the surface S of the substrate P, to the image plane formed via the projection optical system PL and the liquid 50 (image forming surface) height position in the Z-axis direction of the P surface seeking (focus position). また、基板P表面における複数の各点での各フォーカス位置を求めることにより、AF検出装置100は基板Pの傾斜方向の姿勢を求めることもできる。 Moreover, by determining the respective focus positions at a plurality of points on the surface of the substrate P, AF detector 100 can also determine the direction of inclination of the posture of the substrate P. AF検出装置100の検出結果は制御装置CONTに出力され、制御装置CONTはAF検出装置100の検出結果に基づいて、投影光学系PLの結像面と基板P表面との位置関係を調整し、基板P表面を投影光学系PLの焦点深度内に合わせ込む焦点合わせ動作を行う。 Detection result of the AF detection device 100 is output to the control unit CONT, the control unit CONT based on the detection result of the AF detection device 100, to adjust the positional relationship between the image plane and the surface of the substrate P of the projection optical system PL, and performing focusing operation is intended to adjust the surface of the substrate P within the depth of focus of the projection optical system PL.

図2はAF検出装置100の第1実施形態を示す構成図である。 Figure 2 is a block diagram showing a first embodiment of the AF detecting device 100. なお、図2ではAF検出装置100以外の構成要素についての図示を一部省略している。 Incidentally, partially omitted from illustration for the components other than the AF detecting device 100 in FIG. 2. 図2において、AF検出装置100の送光系8は、基板Pの表面Sに対して第1の入射角θ で第1の検出光L1を投射する第1送光系8Aと、基板Pの表面に対して第1の入射角θ とは異なる第2の入射角θ で第2の検出光L2を投射する第2送光系8Bとを備えている。 2, the optical system 8 feeding of AF detecting apparatus 100 includes a first light sending system 8A to project the first detection light L1 in the first incidence angle theta 1 with respect to the surface S of the substrate P, the substrate P and a second transmitting system 8B projecting the second detection light L2 in a different second incidence angle theta 2 to the first incident angle theta 1 with respect to the surface of the. また、AF検出装置100の受光系9は、第1送光系8Aに対応して設けられ、基板Pの表面Sで反射した第1の検出光L1の反射光を受光する第1受光系9Aと、第2送光系8Bに対応して設けられ、基板Pの表面Sで反射した第2の検出光L2の反射光を受光する第2受光系9Bとを備えている。 The light receiving system 9 of the AF detection device 100 is provided corresponding to the first light sending system 8A, the first light receiving system 9A for receiving the reflected light of the first detection light L1 reflected by the surface S of the substrate P When provided corresponding to the second light sending system 8B, and a second light receiving system 9B for receiving reflected light of the second detection light L2 reflected by the surface S of the substrate P.

第1送光系8Aは、基板Pのフォトレジストに対して非感光性の光束(波長400nm〜900nm程度)を射出するAF用光源10と、光源10から射出された光束をスリット光に整形するスリット状の開口部を有する送光スリット11と、非点収差補正用シリンドリカルレンズ12と、リレーレンズ13と、光路折り曲げミラー14と、収差補正用平面板15と、対物レンズ16とを備えている。 The first light sending system. 8A, shaping the AF light source 10 for emitting a non-photosensitive light beam (wavelength of about between 400 nm and 900 nm) with respect to the photoresist of the substrate P, and the light flux emitted from the light source 10 to the slit light and sending slits 11 having a slit-shaped opening, the astigmatism correcting cylindrical lens 12, a relay lens 13, the optical path bending mirror 14, the aberration correcting plane plate 15, and an objective lens 16 . 送光スリット11で整形されたスリット光は第1の検出光L1として、シリンドリカルレンズ12、リレーレンズ13、光路折り曲げミラー14、収差補正用平面板15、及び対物レンズ16を介して投影光学系PLに入射する。 As a slit light shaped by the sending slits 11 the first detection light L1, the cylindrical lens 12, a relay lens 13, the optical path bending mirror 14, the projection optical system through the aberration correcting plane plate 15 and the objective lens 16, PL incident on. なお、鏡筒PKは開口部を有しており、スリット光はこの開口部を介して投影光学系PLに入射する。 Incidentally, the barrel PK has an opening, slit light is incident on the projection optical system PL through the opening. 投影光学系PLに入射した第1の検出光L1は液体50を介して基板Pの表面Sに第1の入射角θ で投射される。 First detection light L1 incident on the projection optical system PL is projected at a first angle of incidence theta 1 to the surface S of the substrate P through the liquid 50.

基板Pの表面Sで反射した第1の検出光L1の反射光L1rは液体50及び投影光学系PLの一部を介して第1受光系9Aに受光される。 Reflected light L1r first detection light L1 reflected by the surface S of the substrate P is received by the first light receiving system 9A through a portion of the liquid 50 and the projection optical system PL. ここで、鏡筒PKは開口部を有しており、反射光L1rはこの開口部を介して第1受光系9Aに受光される。 Here, the barrel PK has an opening, the reflected light L1r is received by the first light receiving system 9A through the opening. 第1受光系9Aは、投影光学系PLを介した反射光L1rが入射される対物レンズ17と、収差補正用平面板18と、所定の周期で振動する振動ミラー19と、リレーレンズ20と、非点収差補正用シリンドリカルレンズ21と、スリット状の開口部を有する受光スリット22と、例えばシリコン・フォト・ダイオードからなる受光センサ23とを備えている。 The first light receiving system 9A comprises an objective lens 17 to reflected light L1r through the projection optical system PL is incident, an aberration correcting plane plate 18, a vibration mirror 19 to vibrate at a predetermined period, a relay lens 20, the astigmatism correcting cylindrical lens 21, and a receiving slit 22 having a slit-shaped opening, and a light receiving sensor 23 made of, for example, a silicon photodiode. 第1の検出光L1の基板Pの表面Sでの反射光L1rは、対物レンズ17、収差補正量平面板18、振動ミラー19、リレーレンズ20、シリンドリカルレンズ21、及び受光スリット22を介して受光センサ23に受光される。 It reflected light L1r on the surface S of the substrate P of the first detection light L1, the objective lens 17, the aberration correction amount flat plate 18, the vibration mirror 19, a relay lens 20, cylindrical lens 21, and through the receiving slit 22 receiving It is received by the sensor 23. 振動ミラー19は所定の周期で矢印yで示すようにθY方向に振動する。 Oscillating mirror 19 oscillates in the θY direction as indicated by the arrow y at a predetermined period. この振動ミラー19の振動に伴って、受光スリット22に形成されるスリットパターンの像(送光スリット11で整形され基板Pの表面Sで反射したスリット状の反射光L1r)も振動する。 With the vibration of the vibration mirror 19, (slit-shaped reflected light L1r reflected by the surface S of the formatted substrate P by sending slits 11) the image of the slit pattern formed on the light-receiving slit 22 also vibrates. このスリットパターンの像の振動に伴って、受光スリット22の開口部を通過する光の光量が変化する。 With the vibration of the image of the slit pattern, the amount of light passing through the opening of the receiving slit 22 is changed. 受光スリット22の開口部を通過した光は受光センサ23に達する。 The light passing through the opening of the receiving slit 22 reaches the light receiving sensor 23. ここで、受光スリット22の開口部の位置は、被検面である基板Pの表面Sと投影光学系PLの結像面とが一致しているときに、受光スリット22の開口部の中心がスリットパターンの像の振動中心に一致するように設けられている。 Here, the position of the opening of the receiving slit 22, when the imaging plane of the surface S and the projection optical system PL of the substrate P is a test surface coincides, the center of the opening of the receiving slit 22 It is provided so as to match the oscillation center of the image of the slit pattern. したがって、受光センサ23で受光されるスリットパターンの像が一定周期で検出されれば投影光学系PLの結像面と基板Pの表面Sとが合致していることになる。 Therefore, the the surface S of the image plane and the substrate P of the slit pattern projection optical system if the image is detected in a certain period of PL received by the light receiving sensor 23 are coincident. 一方、投影光学系PLの結像面と基板Pの表面Sとが合致していない場合には、第1の検出光L1に基づく反射光L1rは第1受光系9Aの光軸と垂直方向にずれ、受光スリット22の開口部の中心に対してスリットパターンの像の振動中心がずれることになるので、受光センサ23で受光されるスリットパターンの像は一定周期で検出されない。 On the other hand, in the case where the surface S of the image plane and the substrate P of the projection optical system PL does not match, the reflected light L1r based on the first detection light L1 in a direction perpendicular to the optical axis of the first light receiving system 9A deviation, it means that shift the oscillation center of the image of the slit pattern with respect to the center of the opening of the receiving slit 22, the image of the slit pattern received by the light receiving sensor 23 is not detected at a constant cycle. 受光センサ23の検出結果は制御装置CONTに出力され、制御装置CONTは、受光センサ23の受光結果に基づいて基板Pの表面Sのフォーカス位置を求める。 Detection result of the light receiving sensor 23 is outputted to the control unit CONT, the control unit CONT determines the focus position of the surface S of the substrate P based on the light reception result of the light receiving sensor 23.

第2送光系8Bは、後述する本発明に従うフォーカス位置の調整方法または温度測定法(屈折率変化測定法)に基づいて第1送光系8Aに追加して設けられているが、第2の検出光L2の基板Pの表面に対する入射角をθ に設定している点以外は、第1送光系8Aと同等の構成を有しているため、その説明を省略する。 The second transmitting system 8B is provided in addition to the first light sending system 8A based on the adjustment method or the temperature measurement method of the focus position according to the present invention described later (refractive index change assay), second except that sets the incident angle to the surface of the substrate P of the detection light L2 in the theta 2, because it has the same structure as the first light sending system 8A, a description thereof will be omitted. 同様に、第2の検出光L2の基板P表面での反射光L2rを受光する第2受光系9Bも第1受光系9Aと同等の構成を有しているためその説明を省略する。 Similarly, the description thereof is omitted because the second light receiving system 9B for receiving the light reflected L2r also has the same structure as the first light receiving system 9A of the substrate P surface of the second detection light L2. ここで、第1送光系8A及び第2送光系8Bのそれぞれで投射される検出光L1、L2のそれぞれは同じ波長を有する。 Here, having the same wavelength, each of the detection light L1, L2 projected by each of the first light sending system 8A and the second light transmitting system 8B. なお、投影光学系PLの先端面7と基板Pの表面Sとの距離が確保できる場合には、AF検出装置100の検出光を、投影光学系PLの一部を介さずに、基板P表面に投射するようにしてもよい。 In the case where the distance between the surface S of the front end surface 7 and the substrate P of the projection optical system PL can be secured, the detection light AF detecting apparatus 100, without passing through a portion of the projection optical system PL, the substrate P surface it may be projected on.

次に、上述したAF検出装置100を用いて基板Pの表面Sの面位置情報を検出する方法について説明する。 Next, a method for detecting surface position information of the surface S of the substrate P by using the AF detecting apparatus 100 described above.

図3は、第1、第2の検出光L1、L2が投射されている基板Pの表面S近傍の拡大図である。 3, first, second detection light L1, L2 is an enlarged view of the surface S vicinity of the substrate P being projected. 制御装置CONTは、第1、第2送光系8A、8Bのそれぞれから第1、第2の検出光L1、L2を基板Pの表面Sに対して同時に投射する。 The control unit CONT, the first, second light sending system 8A, first from each 8B, simultaneously projecting the second detection light L1, L2 with respect to the surface S of the substrate P. 第1の検出光L1は液体50を介して入射角θ で基板Pの表面Sに投射され、第2の検出光L2は液体50を介して入射角θ で基板Pの表面Sに投射される。 The first detection light L1 projected on the surface S of the substrate P at the incident angle theta 1 through the liquid 50, the second detection light L2 projected onto the surface S of the substrate P at the incident angle theta 2 through the liquid 50 It is. 第1、第2の検出光L1、L2に基づく基板Pの表面Sでの反射光L1r、L2rのそれぞれは、第1、第2受光系9A、9Bに受光される。 First, second detection light L1, reflected light on the surface S of the substrate P based on the L2 L1r, each L2r, first, second light receiving system 9A, is received by the 9B. このとき、液体50は所定の温度T に設定されており、このときの液体50の屈折率はnである。 At this time, the liquid 50 is set to a predetermined temperature T 1, the refractive index of the liquid 50 at this time is n. また、このときの第1、第2の検出光L1、L2のそれぞれは基板Pの表面S上において同じ位置に投射される。 The first in this case, each of the second detection light L1, L2 is projected onto the same position on the surface S of the substrate P. したがって、液体50に屈折率変化(温度変化)がない状態では、基板PがZ軸方向に移動した場合、反射光L1rの受光系の光軸と垂直な方向のずれ量と反射光L2rの受光系の光軸と垂直な方向のずれ量とは同じである。 Accordingly, the refractive index change in the liquid 50 (temperature change) in the absence of, if the substrate P is moved in the Z axis direction, the light receiving of the reflected light L2r the direction perpendicular to the optical axis of the shift amount of the light receiving system of the reflected light L1r the direction perpendicular to the optical axis of the shift amount of the system is the same.

基板PがZ軸方向に移動せずに、液体50の温度がT からT に変化し、液体50の屈折率nがΔnだけ変化した場合について考える。 The substrate P does not move in the Z axis direction, the temperature of the liquid 50 is changed from T 1 to T 2, consider the case where the refractive index n of the liquid 50 is changed by [Delta] n. 温度変化により、第1、第2送光系8A、8Bからの第1、第2の検出光L1、L2は、投影光学系PLから液体50への界面での屈折角を変化させる。 The temperature change, first, the first from the second light transmitting system 8A, 8B, the second detection light L1, L2 changes the angle of refraction at the interface between the projection optical system PL to the liquid 50. この屈折角の変化に伴って、第1、第2の検出光L1、L2の光路が符号L1'、L2'に示すように変動し、これにより第1の検出光L1の基板Pの表面Sに対する入射角がθ からθ 'に変化し、第2の検出光L2の基板Pの表面Sに対する入射角がθ からθ 'に変化する。 With the change in the refraction angle, first, the optical path code L1 of the second detection light L1, L2 ', L2' varies as shown in, thereby the surface S of the substrate P of the first detection light L1 the incident angle is 'changed to angle of incidence with respect to the surface S of the substrate P in the second detection light L2 theta 2 from theta 2' theta 1 from theta 1 changes for. すると、第1の検出光L1の反射光L1rの光路は受光系9Aの光軸と垂直な方向に距離D1ずれて反射光L1r'となる。 Then, the optical path of the reflected light L1r first detection light L1 becomes the distance D1 deviated reflected light L1r 'in a direction perpendicular to the optical axis of the light receiving system 9A. 同様に、第2の検出光L2の反射光L2rの光路は受光系9Bの光軸と垂直な方向に距離D2ずれて反射光L2r'となる。 Similarly, the optical path of the reflected light L2r the second detection light L2 becomes the reflected light L2r 'displaced distance D2 in a direction perpendicular to the optical axis of the light receiving system 9B.

ここで、液体の厚さがdであり、温度変化に伴って液体50の屈折率がnからΔnだけ変化した場合を考える。 Here, the thickness of the liquid d, consider the case where the refractive index of the liquid 50 is changed from n by Δn with temperature changes. この場合、検出光の基板表面への入射角が変化し、その変化量Δθは、 In this case, the incident angle to the substrate surface of the detection light is changed, the amount of change Δθ is
Δθ=arcsin〔n/(n+Δn)〕・sinθ … (3) Δθ = arcsin [n / (n + Δn)] · sinθ ... (3)
である。 It is. 基板Pの表面SのZ軸方向への移動がないとすると、基板Pの表面のフォーカス位置の検出誤差量Δdは、 When there is no movement in the Z-axis direction of the surface S of the substrate P, the detection error amount Δd of focus position of the surface of the substrate P,
Δd=d・〔tan(θ+Δθ)−tanθ〕/(2tanθ) …(4) Δd = d · [tan (θ + Δθ) -tanθ] / (2tanθ) ... (4)
となる。 To become. すなわち、検出誤差量Δdは、液体の屈折率変化前における検出光Lに基づき検出した基板P表面のフォーカス位置と、液体の屈折率変化後における検出光L'に基づき検出した基板P表面のフォーカス位置との誤差である。 That is, the detection error amount Δd is the focus of the detection light and the focus position of the detected surface of the substrate P based L, and the detected surface of the substrate P based on the detection light L 'after refractive index change of the liquid before the refractive index change of the liquid which is an error of the position.

ここで、式(3)から分るように、Δθはθの値に依存する。 Here, as can be seen from equation (3), [Delta] [theta] depends on the value of theta. θ ≠θ であるので、第1の検出光L1の入射角の変化量Δθ (=θ '−θ )と、第2の検出光L2の入射角の変化量Δθ (=θ '−θ )とは異なる値になることが分る。 Since in theta 1 ≠ theta 2, the variation of the incident angle of the first detection light L1 Δθ 1 (= θ 1 ' -θ 1), the variation of the incident angle of the second detection light L2 [Delta] [theta] 2 (= θ 2 '-θ 2) it is understood to be a value different from. それゆえ、第1の検出光L1に基づくフォーカス位置の検出誤差量Δd と、第2の検出光L2に基づくフォーカス位置の検出誤差量Δd は異なる値を示す。 Therefore, a detection error amount [Delta] d 1 of the focus position based on the first detection light L1, the detection error amount [Delta] d 2 of the focus position based on the second detection light L2 show different values.

図4は、基板Pの表面Sに対する検出光Lの入射角θと、液体の温度変化に伴って生じる基板P表面のフォーカス位置の検出誤差量Δdとの関係の一例を示すものである。 Figure 4 shows the incident angle θ of the detection light L with respect to the surface S of the substrate P, an example of the relationship between the detection error amount Δd of the focus position of the substrate P surface caused by the temperature change of the liquid. 図4には、液体50が純水(水)であり、投影光学系PLのワーキングディスタンスに相当する水の厚さdが1mmである場合において、温度が0.01℃変化した場合の検出光Lの入射角θとフォーカス検出誤差量Δdとの関係を示している。 4 shows, the liquid 50 is pure water (water), in the case where the thickness d of the water corresponding to the working distance of the projection optical system PL is 1 mm, when the temperature changes 0.01 ° C. detected light It shows the relationship between the L incident angle θ and the focus detection error amount Δd of.

例えば、第1の検出光L1の入射角θ が80度、第2の検出光L2の入射角θ が85度に設定されている場合、液体50としての純水の温度がT から0.01℃変化してT になった場合、図4より、第1の検出光L1に基づくフォーカス位置の検出誤差量Δd は約20nmであり、第2の検出光L2に基づくフォーカス位置の検出誤差量Δd は約80nmである。 For example, the incident angle theta 1 is 80 degrees of the first detection light L1, when the incident angle theta 2 of the second detection light L2 is set to 85 degrees, the temperature of the pure water as the liquid 50 from T 1 If it becomes T 2 0.01 ° C. changed to, from FIG. 4, the detection error amount [Delta] d 1 of the focus position based on the first detection light L1 is about 20 nm, the focus position based on the second detection light L2 the detection error amount [Delta] d 2 of about 80 nm. すなわち、図4の例によれば、厚さ1mmの液体(水)50の温度が0.01℃変化した場合、2つの検出光L1、L2に基づくフォーカス位置の検出誤差量Δd 、Δd には60nmの差が生じている。 That is, according to the example of FIG. 4, when the temperature of the liquid (water) 50 having a thickness of 1mm is changed 0.01 ° C., detection error of the focus position based on the two detection light L1, L2 Δd 1, Δd 2 the difference of 60nm has occurred in.

上述の式(3)、(4)から明らかなように、検出光に基づくフォーカス位置の検出誤差量Δdは、液体の温度変化による屈折率の変化にほぼ比例する。 The above equation (3), (4) As is apparent from, the detection error amount Δd of focus position based on the detected light is substantially proportional to the change in refractive index due to temperature change of the liquid. したがって、第1の検出光L1に基づくフォーカス位置の検出誤差量Δd と、第2の検出光L2に基づくフォーカス位置の検出誤差量Δd との差(Δd −Δd )も液体の温度変化による屈折率変化にほぼ比例する。 Therefore, a detection error amount [Delta] d 1 of the focus position based on the first detection light L1, the difference between the detected error amount [Delta] d 2 of the focus position based on the second detection light L2 (Δd 1 -Δd 2) also a liquid temperature approximately proportional to the refractive index change due to the change. 例えば、図4の関係において、液体温度の0.01℃の変化によって液体の屈折率がΔn変化したとすると、ある温度変化における検出誤差量の差(Δd −Δd )が30nm(=60nm/2)の場合には、その温度変化により起こる液体の屈折率の変化はΔn/2となる。 For example, in the context of FIG. 4, the refractive index of the liquid by a change in 0.01 ° C. liquid temperature is to have Δn changes, the difference between the detected error amount at a certain temperature change (Δd 1 -Δd 2) is 30 nm (= 60 nm in the case of / 2), the change in the refractive index of the liquid caused by temperature changes becomes [Delta] n / 2.

すなわち、第1の検出光L1により検出される基板P表面のフォーカス位置Z と、第2の検出光L2により検出される基板P表面のフォーカス位置Z との差(Z −Z )は、基板P表面のほぼ同じ位置を検出しているので、液体の温度変化(屈折率変化)がなければ変化しないが、液体の温度変化により屈折率が変化すると、そのフォーカス位置の検出差(Z −Z )が屈折率変化に比例して変化する。 That is, the focus position Z 1 of the surface of the substrate P detected by the first detection light L1, the difference between the focus position Z 2 of the surface of the substrate P detected by the second detection light L2 (Z 1 -Z 2) since detects approximately the same position of the surface of the substrate P, the temperature change of the liquid does not change unless (refractive index change), when the refractive index changes due to a temperature change of the liquid, detecting the difference of the focus position ( Z 1 -Z 2) is varied in proportion to the refractive index change. 逆に言えば、そのフォーカス位置の検出差(Z −Z )から液体の屈折率変化量を検出することができるのである。 Conversely, it is possible to detect the change in refractive index of the liquid from the detected difference (Z 1 -Z 2) of the focus position. 本実施形態において、制御装置CONTは、予め実験やシミュレーションによって求められた、そのフォーカス位置の検出差(Z −Z )と屈折率変化量との関係を記憶しており、AF検出装置100を使って検出されたフォーカス位置Z 、Z に基づいて屈折率の変化量を求めることができる。 In the present embodiment, the control unit CONT, obtained in advance by experiment or simulation, stores the relationship between the detected difference focus position (Z 1 -Z 2) between the refractive index change, AF detection device 100 it can be calculated the amount of change in refractive index based on the focus position Z 1, Z 2, which are detected using.

なお、液体の温度変化と屈折率変化とは比例関係にあるので、そのフォーカス位置の検出差(Z −Z )が液体の温度変化に比例して変化する。 Since the temperature change and refractive index change of the liquid is proportional to the detected difference between the focus position (Z 1 -Z 2) is varied in proportion to the temperature change of the liquid. したがって、そのフォーカス位置の検出差(Z −Z )と屈折率変化量との関係、あるいは液体の温度変化量と液体の屈折率変化量との関係も合わせて制御装置CONTに記憶しておくと、AF検出装置100を使って検出されたフォーカス位置Z 、Z に基づいて液体温度の変化量も求めることができる。 Therefore, stored in the detected difference (Z 1 -Z 2) and the control unit CONT may together relationship between the temperature variation and refractive index variation of the liquid in relation or liquid between the refractive index variation of the focus position placing the amount of change in liquid temperature can be determined based on the focus position Z 1, Z 2, which are detected using the AF detecting device 100.

次に、図5のフローチャート図を参照しながら基板P表面の検出手順について説明する。 It will now be described detection procedure the surface of the substrate P with reference to the flow chart of FIG. なお、AF検出装置100は、初期状態において、検出光L1に基づいて検出されるフォーカス位置Z と、検出光L2に基づいて検出されるフォーカス位置Z とは同一になるように調整されている。 Incidentally, AF detecting apparatus 100 in the initial state, the focus position Z 1 which is detected based on the detection light L1, the focus position Z 2 which is detected based on the detection light L2 is adjusted to be the same there. また、フォーカス位置Z 、Z はそれぞれ像面に対するずれとして検出される。 Moreover, the focus position Z 1, Z 2 is detected as the deviation for each image plane. また、説明を簡単にするために、図5の説明では、基板P表面のZ軸方向の位置が変化しない場合について説明する。 In order to simplify the explanation, in the description of FIG. 5, a description will be given of a case where the Z-axis direction position of the substrate P surface does not change.

AF検出装置100は、制御装置CONTの指令に基づき、基板P表面に向けて第1の検出光L1と第2の検出光L2とを投射するとともに、検出光L1、L2に対応する基板P表面からの反射光L1r、L2rを受光センサ23でそれぞれ受光し、第1の検出光L1に基づき基板P表面のフォーカス位置Z と、第2の検出光L2に基づき基板P表面のフォーカス位置Z とをそれぞれ検出する(ステップS1)。 AF detector 100, based on the command from the control device CONT, while projecting a first detection light L1 toward the surface of the substrate P and the second detection light L2, the surface of the substrate P corresponding to the detected light L1, L2 reflected light L1r from, respectively received by the light receiving sensor 23 L2r, the focus position Z 1 of the surface of the substrate P based on the first detection light L1, the focus position Z 2 of the surface of the substrate P based on the second detection light L2 preparative detected respectively (step S1).

制御装置CONTは、検出されたフォーカス位置Z とZ との差(Z −Z )を求め、予め記憶されているフォーカス位置の検出差(Z −Z )と液体50の屈折率変化量Δnとの関係情報に基づいて、液体50の屈折率変化量Δnを求める(ステップS2)。 The control unit CONT determines the difference between the detected focus position Z 1 and Z 2 (Z 1 -Z 2) , refraction of the detection difference (Z 1 -Z 2) and the liquid 50 in the focus position stored in advance based on the relationship information between the rate change amount [Delta] n, determine the refractive index variation [Delta] n of the liquid 50 (step S2).

さらに制御装置CONTは、ステップS2で求めた屈折率変化量Δnに基づいて、ステップS1で求めた第1の検出光L1によるフォーカス位置Z を補正する。 Further, the control unit CONT based on the refractive index variation Δn obtained in step S2, corrects the focus position Z 1 of the first detection light L1 obtained in step S1. 具体的には、予め記憶している上記式(3)、(4)を使って、ステップS2で求めた屈折率変化量Δnによって生じる入射角変化量Δθ を求め、そのΔθ に基づいて第1の検出光L1によるフォーカス位置の検出誤差量Δd を求める。 Specifically, the equation stored in advance (3), (4) using obtains the incidence angle variation [Delta] [theta] 1 caused by a refractive index change amount Δn obtained in step S2, on the basis of the [Delta] [theta] 1 by the first detection light L1 obtains detection error amount [Delta] d 1 of the focus position. そして、その検出誤差量Δd に基づいて、第1の検出光L1を用いて検出された基板P表面のフォーカス位置Z を補正し、基板P表面の実際のフォーカス位置(面位置情報)を求める(ステップS3)。 Then, based on the detected error amount [Delta] d 1, the first detection light L1 to correct the focus position Z 1 of the detected surface of the substrate P by using the actual focus position of the substrate P surface (surface position information) determining (step S3).

そして、制御装置CONTは、補正した基板P表面の面位置情報に基づいて、この補正により求めた基板Pの表面と像面とが合致するように、基板ステージPSTを駆動して像面と基板Pの表面Sとの位置関係を調整する(ステップS4)。 Then, the control unit CONT, on the basis of the surface position information of the corrected surface of the substrate P, so that the surface and the image surface of the substrate P obtained by this correction matches the image plane by driving the substrate stage PST and the substrate adjusting the positional relationship between the surface S of P (step S4).

なお、ここでは、液体50の厚さdが1mmである場合について説明したが、制御装置CONTには、複数の厚さdに対応した前記関係が予め記憶されている。 Here, although the thickness d of the liquid 50 has been described which is 1 mm, the control apparatus CONT, the relation corresponding to a plurality of thickness d are stored in advance. また、ここでは液体50は純水であるが、用いる液体に応じた前記関係が予め記憶されている。 Further, where the liquid 50 is pure water, the relationship is stored in advance in accordance with the liquid used. また、第1の検出光L1を使って検出されたフォーカス位置Z ではなく、第2の検出光L2を使って検出されたフォーカス位置Z を補正して使ってもよい。 Also, rather than the focus position Z 1 is detected with the first detection light L1, the focus position Z 2 may be used to correct detected using a second detection light L2. ただし、入射角度が大きい方が検出感度や検出分解能が高いので、第2の検出光L2をメインの検出光とし、第1の検出光L1を補正用の検出光として用いるのが望ましい。 However, since the better the incident angle is greater detection sensitivity and detection resolution is high, the second detection light L2 as the main detection light, to use first detection light L1 as the detection light correction desired.

ところで、精度良く屈折率情報を求めるために、入射角θ と入射角θ との差は可能な限り大きいことが望ましい。 Meanwhile, in order to determine accurately the refractive index information, it is preferable as large as possible the difference between the incident angle theta 1 and the incident angle theta 2. 一方、基板Pの表面Sに対する入射角が小さくなると、基板PのZ軸方向における位置検出精度が低下する。 On the other hand, when the incident angle to the surface S of the substrate P is small, the position detection accuracy in the Z-axis direction of the substrate P is lowered. したがって、検出光L1、L2の基板P表面に対する入射角はそれぞれ30°≦θ<90°の条件を満たしていることが好ましい。 Therefore, it is preferable to satisfy the condition of each 30 ° ≦ θ <90 ° angle of incidence with respect to the surface of the substrate P of the detection light L1, L2. そして、基板Pの表面Sで十分な光量を有する反射光を得られるように、更に好ましくは、検出光L1、L2の基板P表面に対する入射角はそれぞれ70°≦θ<90°の条件を満たしていることが好ましい。 Then, so as to obtain a reflected light having a sufficient amount of light on the surface S of the substrate P, more preferably, satisfies the detection light L1, the angle of incidence on the surface of the substrate P of L2 is 70 ° ≦ respectively theta <90 ° conditions it is preferred that. つまり、図4のグラフに示されるように、入射角が70°以上であれば、入射角の変動に対して誤差量が大きく変化するため、液体50の温度変化(屈折率変化)を敏感に検出することができる。 That is, as shown in the graph of FIG. 4, if the incident angle is 70 ° or more, the error amount is largely changed relative to the variation of the angle of incidence, the temperature change of the liquid 50 (refractive index change) sensitively it is possible to detect.
さらに、本実施形態のように、液体(水)を介して、基板P表面の面位置を検出する場合には、検出光L1、L2に対する液体(水)の屈折率と基板P表面の感光材(レジスト)の屈折率との差が小さくなり、照射された検出光が感光材の表面で十分に反射せず、受光センサで受光される光の光量(光強度)が低下する虞があるばかりでなく、照射された検出光の一部が感光材を通過して感光材の下地面まで到達し、その下地面からの反射光がノイズ成分として受光センサで受光されてしまう可能性がある。 Furthermore, as in the present embodiment, through a liquid (water), in the case of detecting the surface position of the substrate P surface, the photosensitive material of the refractive index and the surface of the substrate P of the liquid (water) with respect to the detection light L1, L2 the difference between the refractive index of the (resist) is decreased, the irradiated detection light is not sufficiently reflected on the surface of the photosensitive member, only the amount of light received by the light receiving sensor (light intensity) may deteriorate not part of the irradiated detection light passes through the light-sensitive material to reach the underlying surface of the photosensitive material, the reflected light from the underlying surface may possibly be received by the light receiving sensor as a noise component. したがって、検出光L1、L2に対する液体(水)の屈折率と基板P表面の感光材(レジスト)の屈折率との差、感光材表面での反射率、感光材の下地面からのノイズ光の影響などを考慮すると、検出光L1、L2の入射角はそれぞれ84°<θ<90°が望ましい。 Therefore, the difference between the refractive index of the photosensitive material of refractive index and the surface of the substrate P of the liquid with respect to the detection light L1, L2 (water) (resist), the reflectance of the photosensitive material surface, the noise light from the underlying surface of the photosensitive member When considering the impact, the incident angle of detection light L1, L2 respectively 84 ° is <θ <90 ° is desirable.

こうして、像面と基板Pの表面Sとを合致させたら、制御装置CONTはマスクMを露光光ELで照明し、マスクMのパターンを投影光学系PLを介して基板Pに転写する。 Thus, if allowed to coincide the surface S of the image surface and the substrate P, controller CONT illuminates the mask M with the exposure light EL, a pattern of the mask M via the projection optical system PL is transferred to the substrate P.

露光処理を行うに際し、温度変化により液体50の屈折率が変動すると、マスクMのパターンを投影光学系PL及び液体50を介して基板Pに転写する際、基板Pに転写されるパターンの像に誤差が生じることが考えられる。 When performing an exposure process, the refractive index of the liquid 50 due to temperature change varies, when transferred to the substrate P a pattern of the mask M via the projection optical system PL and the liquid 50, the image of the pattern transferred to the substrate P it is conceivable that an error may occur. 例えば、液体50の屈折率変化に伴い、屈折率変化前に比べて基板Pに転写されるパターン像のスケーリングなどの各種収差が変動したり、あるいは像面位置が変動する場合が考えられる。 For example, with the change in the refractive index of the liquid 50, can be considered if or various aberrations variations such as scaling of the pattern image transferred on the substrate P as compared with the refractive index before the change, or the image plane position is varied. 制御装置CONTは、前記AF検出装置100を使って求めた液体50の屈折率変化量(または温度変化量)に基づいて、基板Pに転写されるパターンの像に誤差が生じないように、結像特性調整装置PLCを用いてパターン像の像調整を行う。 The control unit CONT on the basis of the refractive index variation of the AF detection device 100 with a liquid 50 obtained (or temperature variation), so that the error in the image of the pattern transferred to the substrate P does not occur, binding performing image adjustment pattern image by using an image characteristic adjustment device PLC. 例えば、液体50の屈折率変化に伴って、投影光学系PLの像面位置がZ軸方向にシフトした場合には、投影光学系PL内の一部の光学素子を駆動したり、マスクを動かしたり、露光光ELの波長を調整することで、投影光学系PL及び液体50を介したパターンの像面と、基板Pの表面Sとを合致させる。 For example, as the refractive index change of the liquid 50, when the image plane position of the projection optical system PL is shifted in the Z axis direction, or to drive a part of the optical element in the projection optical system PL, moves the mask or, by adjusting the wavelength of the exposure light EL, match the image plane of the pattern through the projection optical system PL and the liquid 50, the surface S of the substrate P. あるいは、液体50の屈折率変化(温度変化)に伴って、パターンの像のスケーリングやディストーションなどの各種収差が変動した場合にも、同様に、マスクMをZ軸方向あるいは傾斜方向へ移動したり、投影光学系PL内の一部の光学素子を駆動したり、あるいは露光光ELの波長を調整することによって、液体50の屈折率変化(温度変化)によってパターンの像に誤差が生じないように像調整を行う。 Alternatively, with the refractive index change of the liquid 50 (temperature change), even when various aberrations such as scaling or distortion of the image of the pattern varies similarly move the mask M to the Z-axis direction or inclined direction , or to drive a part of the optical element in the projection optical system PL, or by adjusting the wavelength of the exposure light EL, the image of the pattern by the refractive index change of the liquid 50 (temperature change) so that an error does not occur perform image adjustment.

以上説明したように、検出光の光路上の屈折率が変化しても、2つの検出光L1、L2を異なる入射角θ 、θ で基板Pの表面Sに投射することで、これら各検出光L1、L2に基づく面位置情報の測定誤差を用いて検出光の光路上に存在する液体の屈折率情報を求めることができる。 As described above, even if the refractive index changes in the optical path of the detection light, the two detection light L1, L2 different angles of incidence theta 1, by projecting the surface S of the substrate P in theta 2, each of these refractive index information of the liquid present in the detection light of the optical path by using a measurement error of the surface position information based on the detection light L1, L2 can be determined. したがって、求めた屈折率情報により検出した面位置情報を補正することできるので、基板Pの表面Sの面位置情報を精度良く検出することができる。 Accordingly, since it possible to correct the surface position information detected by the refractive index information obtained, it is possible to accurately detect the surface position information of the surface S of the substrate P.
なお、上述の実施形態においては、2つの検出光L1、L2の入射角θ 、θ が80°を超えているため、説明を簡単にするために、液体50に屈折率変化(温度変化)がない状態で基板PがZ軸方向に移動した場合、反射光L1rの受光系の光軸と垂直な方向のずれ量と反射光L2rの受光系の光軸と垂直な方向のずれ量とは同じであるとして説明したが、厳密には、2つの検出光L1、L2の入射角θ 、θ が異なっているので、液体50に屈折率変化(温度変化)がない状態で、基板PがZ軸方向に移動した場合、反射光L1rの受光系の光軸と垂直な方向のずれ量と反射光L2rの受光系の光軸と垂直な方向のずれ量とが異なる。 In the above-described embodiment, since the incident angle theta 1 of the two detection light L1, L2, theta 2 is greater than 80 °, in order to simplify the explanation, the refractive index change in the liquid 50 (temperature change If) is the substrate P in the absence moved in the Z-axis direction, a direction perpendicular to the optical axis of the shift amount of the light receiving system of the reflected light L2r the direction perpendicular to the optical axis of the shift amount of the light receiving system of the reflected light L1r has been described as is the same, in a strict sense, the incident angle theta 1 of the two detection light L1, L2, since theta 2 are different, the refractive index change in the liquid 50 (temperature change) in the absence, the substrate P may have moved in the Z-axis direction, a direction perpendicular to the optical axis of the shift amount of the light receiving system of the reflected light L1r and the direction perpendicular to the optical axis of the shift amount of the light receiving system of the reflected light L2r different. そのような場合には、基板PのZ方向へのずれ量に伴う反射光L1rの受光系の光軸と垂直な方向のずれ量と反射光L2rの受光系の光軸と垂直な方向のずれ量との関係を予め求めておき、実際の両反射光に基づく測定結果が、予め求めておいた関係と異なっていた場合に、液体50の温度変化(屈折率変化)が起きたと判断すればよい。 In such a case, vertical direction deviation and the optical axis of the light receiving system in the optical axis perpendicular to the direction of displacement of the light receiving system of the reflected light L1r and reflected light L2r accompanying displacement amount in the Z direction of the substrate P to previously obtain a relation between the amount in advance based on actual both reflected light measurement result, when different from the relationship obtained in advance, it is judged that the temperature change of the liquid 50 (the refractive index change) occurs good.

上述したように、本実施形態における液体50は純水を用いた。 As described above, the liquid 50 in this embodiment pure water is used. 純水は、半導体製造工場等で容易に大量に入手できるとともに、基板P上のフォトレジストや光学素子(レンズ)等に対する悪影響がない利点がある。 Pure water can be obtained in large quantities at a semiconductor manufacturing plant or the like, that it has no adverse effects on the photoresist and the optical element (lens) and the like on the substrate P. また、純水は環境に対する悪影響がないとともに、不純物の含有量が極めて低いため、基板Pの表面、及び投影光学系PLの先端面に設けられている光学素子の表面を洗浄する作用も期待できる。 Further, pure water has no adverse effects on the environment and contains very few impurities, the action of cleaning the surface of the optical element provided at the end face of the surface, and the projection optical system PL of the substrate P can be expected .

そして、波長が193nm程度の露光光ELに対する純水(水)の屈折率nは1.44〜1.47程度と言われておりであるため、露光光ELの光源としてArFエキシマレーザ光(波長193nm)を用いた場合、基板P上では1/n、すなわち131〜134nm程度に短波長化されて高い解像度が得られる。 Since the wavelength of the refractive index n of pure water (water) with respect to the exposure light EL of about 193nm is is said about 1.44 to 1.47, the exposure light ArF excimer laser light as EL light source (wavelength when using 193nm), 1 / n, i.e. to reduce the wavelength is high resolution of about 131~134nm obtained on the substrate P. 更に、焦点深度は空気中に比べて約n倍、すなわち1.44〜1.47倍程度に拡大されるため、空気中で使用する場合と同程度の焦点深度が確保できればよい場合には、投影光学系PLの開口数をより増加させることができ、この点でも解像度が向上する。 Furthermore, approximately n times the depth of focus than in the air, namely to be expanded to about 1.44 to 1.47 times, when the depth of focus approximately the same as that when used in air may if secured, it is possible to increase the numerical aperture of the projection optical system PL, and resolution improves on this point.

本実施形態では、投影光学系PLの先端面7には、上述したように、露光光ELを透過可能な平行平面板が設けられている。 In this embodiment, the end surface 7 of the projection optical system PL, as described above, which can transmit the plane-parallel plate is provided with the exposure light EL. この平行平面板は投影光学系PLの先端面に着脱(交換)自在に取り付けられている。 The plane-parallel plate is detachably attached to the front end surface of the projection optical system PL (exchange). 液体50と接触する光学素子を、レンズより安価な平行平面板とすることにより、露光装置EXの運搬、組立、調整時等において投影光学系PLの透過率、基板P上での露光光ELの照度、及び照度分布の均一性を低下させる物質(例えばシリコン系有機物等)がその平行平面板に付着しても、液体50を供給する直前にその平行平面板を交換するだけでよく、液体50と接触する光学素子をレンズとする場合に比べてその交換コストが低くなるという利点がある。 An optical element to make contact with the liquid 50, by an inexpensive plane parallel plate from the lens, transportation of the exposure apparatus EX, the assembly, the transmittance of the projection optical system PL in the adjustment or the like, of the exposure light EL on the substrate P illuminance, and be attached to the illuminance distribution of the agent that reduces the uniformity (e.g. silicon organic matter) is its plane parallel plate, it is sufficient to replace the parallel plane plate immediately before supplying the liquid 50, the liquid 50 its replacement cost as compared with the case of the lens of the optical element in contact with the advantage that low. すなわち、露光光ELの照射によりレジストから発生する飛散粒子、または液体50中の不純物の付着などに起因して液体50に接触する光学素子の表面が汚れるため、その光学素子を定期的に交換する必要があるが、この光学素子を安価な平行平面板とすることにより、レンズに比べて交換部品のコストが低く、且つ交換に要する時間を短くすることができ、メンテナンスコスト(ランニングコスト)の上昇やスループットの低下を抑えることができる。 That is, since the surface of the optical element scattered particles generated from the resist by the irradiation of the exposure light EL or due like deposition of impurities in the liquid 50 in, contact with the liquid 50 is contaminated, periodically replace the optical element it is necessary, by the optical element is the cheap parallel plane plate, the cost of the exchange part is low as compared with the lens, and it is possible to shorten the time required for replacement, increases the maintenance cost (running cost) it is possible to suppress the reduction of and throughput. もちろん、投影光学系PLの先端面に取り付ける光学素子がレンズであってもよい。 Of course, the optical element attached to the distal end surface of the projection optical system PL may be a lens. また、投影光学系PLの先端面に取り付ける光学素子としては、投影光学系PLの光学特性、例えば収差(球面収差、コマ収差等)の調整に用いる光学プレートであってもよい。 As the optical element to be attached to the end plane of the projection optical system PL, the optical characteristics of the projection optical system PL, for example, aberration (spherical aberration, coma aberration, etc.) may be an optical plate used to adjust the. また、投影光学系PLの先端部において、光学素子(平行平面板やレンズ)のみを液体50に接触させ、鏡筒PKを接触させない構成とすることにより、金属からなる鏡筒PKの腐蝕等が防止される。 Further, at the tip portion of the projection optical system PL, only the optical element (plane-parallel plate or a lens) is brought into contact with the liquid 50, by adopting a configuration in which nothing comes into contact with the barrel PK, corrosion or the like of the barrel PK formed of metal It is prevented.

また、液体50の流れによって生じる投影光学系PLの先端の光学素子と基板Pとの間の圧力が大きい場合には、その光学素子を交換可能とするのではなく、その圧力によって光学素子が動かないように堅固に固定してもよい。 Further, when the pressure between the substrate P and the optical element at the tip of the projection optical system PL caused by the flow of the liquid 50 is large, instead of the replaceable its optical element, the optical element is moved by the pressure it may be firmly fixed so as not.

なお、本実施形態では、2つの検出光L1、L2を異なる入射角θ 、θ で基板Pの表面Sに投射する例について説明したが、互いに異なる入射角で投射される検出光の数は2つに限らず3つ以上の任意の複数の光束を投射することができる。 In the present embodiment, the two detection light L1, L2 different angles of incidence theta 1, an example has been described for projecting on the surface S of the substrate P in theta 2, the number of detection light projected at different angles of incidence from each other may be projected to any of a plurality of light beams of three or more it is not limited to two. また、投影光学系の一部に検出光L1、L2を通過させる際には、投影光学系PLを構成する複数の光学素子のうち最も基板Pに近い1つの光学素子のみを通過させてもよいし、複数の光学素子を通過させるようにしてもよい。 Further, when passing the detection light L1, L2 to a portion of the projection optical system, may be passed through only one optical element closest to the substrate P of the plurality of optical elements constituting the projection optical system PL and, it may be caused to pass through a plurality of optical elements.

なお、本実施形態では、投影光学系PLの先端面7と基板Pの表面Sとの間は液体50で満たされている構成であるが、例えば基板Pの表面Sに平行平面板からなるカバーガラスを取り付けた状態で液体50を満たす構成であってもよい。 In the present embodiment, although between the surface S of the front end surface 7 and the substrate P of the projection optical system PL is a structure which is filled with liquid 50, consists of a plane-parallel plate to the surface S of the example, the substrate P cover glass may be configured to satisfy the liquid 50 in a state fitted with. この場合、送光系8からの検出光L1、L2は、投影光学系PLの一部及び液体50の他に、光透過部材としてのカバーガラスを介して基板Pの表面Sに投射されることになる。 In this case, detection light L1, L2 from the light sending system 8, the other part of the projection optical system PL and the liquid 50, to be projected on the surface S of the substrate P through the cover glass serving as the light transmitting member become.

なお、本実施形態では、投影光学系PLの先端面7と基板Pの表面Sとの間の空間56に液体50が満たされている場合を例にして説明したが、空間56に液体50がなく、例えば空間56は空気等の気体で満たされている場合についても、本発明を適用することはもちろん可能である。 In the present embodiment it has been described with an example in which the liquid 50 is filled in the space 56 between the surface S of the front end surface 7 and the substrate P of the projection optical system PL, and the liquid 50 in the space 56 is without, for example space 56 when the even which is filled with a gas such as air, it is of course possible to apply the present invention. この場合、複数の異なる入射角で基板Pの表面Sに投射された検出光に基づき、空間56の気体の屈折率情報を検出することができる。 In this case, based on the detection light projected on the surface S of the substrate P at an incident angle of a plurality of different, it is possible to detect the refractive index information of the gas in the space 56. そして、この検出光に基づき、空間56の気体の温度変化を検出することが可能である。 Based on this detected light, it is possible to detect the change in temperature of the gas in the space 56. また、空間56を含む検出光の光路上には、液体(水)50や空気以外の物質が存在していてもよい。 Further, the detection light of the optical path including the space 56, the liquid (water) other than 50 or air substance may be present. 例えば、光を透過可能な光学素子(ガラス、レンズ)や水以外の例えばフッ素系(フッ素系の液体)や過フッ化ポリエーテル(PFPE)オイル等の液体が存在していてもよい。 For example, transparent optical element (glass, lens) light and water than for example a fluorine-based liquid such as (fluorine-based liquid) or perfluoropolyether (PFPE) oil may be present. 特に、露光光としてF レーザ光等の真空紫外光を用いる場合には、液体として前記真空紫外光を透過可能なフッ素系オイルを用いることが好適である。 In particular, when using a vacuum ultraviolet light of F 2 laser light or the like as the exposure light, it is preferable to use the vacuum ultraviolet light capable of transmitting fluorinated oil as the liquid. そして、この場合においても、基板Pの表面Sに投射した検出光に基づき、光路上に存在する例えば光学素子やフッ素系オイルの温度変化を含む屈折率情報を検出することができる。 Also in this case, it is possible to detect the refractive index information including the basis of the detection light projected on the surface S of the substrate P, the temperature change in the present in the light path for example optical elements and fluorinated oil. 本発明の原理を用いると、物質の温度変化を屈折率変化を通じて求めることができるので、本発明は、光透過性のある気体、液体などの流体及び固体の温度変化測定方法に使用することができる。 With the principles of the present invention, it is possible to determine through the refractive index change of the temperature change of the material, the present invention relates to an optical transmitting property is gas, it can be used in the temperature change method of measuring fluid and solid, such as a liquid it can. 特に、通常の温度センサで温度測定が困難な微小なエリア、高温雰囲気、高圧雰囲気、腐食性の高い雰囲気などで本発明の方法は有効となる。 In particular, the method of the present invention is effective at normal temperature sensors difficult minute area temperature measurement, a high temperature atmosphere, pressure atmosphere, like highly corrosive atmosphere.

また、本実施形態では、検出光L1、L2は投影光学系PLを通過が、この投影光学系PLの屈折率も温度変化に伴ってわずかに変化する。 Further, in the present embodiment, the detection light L1, L2 has passed through the projection optical system PL, the refractive index of the projection optical system PL also varies slightly with temperature changes. この場合も、複数の異なる入射角の検出光のそれぞれに基づく誤差量を求めることで、投影光学系PLの温度変化(屈折率変化)を求めることができる。 Again, by obtaining the amount of error based on the respective detected light of a plurality of different angles of incidence, it is possible to determine the temperature change of the projection optical system PL (the refractive index change).

次に、図6を参照しながら、AF検出装置100の第2実施形態について説明する。 Next, referring to FIG. 6, a description of a second embodiment of the AF detecting device 100. ここで、以下の説明において、図2を用いて説明した第1実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略もしくは省略する。 In the following description, the same reference numerals are given to the same or equivalent constituent parts as in the first embodiment described with reference to FIG. 2, simplified or omitted.

図6に示すAF検出装置100において、送光系8及び受光系9はそれぞれ1つずつ設けられている。 In AF detecting apparatus 100 shown in FIG. 6, light transmitting system 8 and the light-receiving system 9 is provided one each. そして、本実施形態の特徴部分は、送光系8に波長選択フィルタ24が設けられている点である。 The feature of this embodiment is that the wavelength selection filter 24 to the light sending system 8 is provided. 送光系8は、光源10と、光源10から射出される光束の光路下流側に設けられた波長選択フィルタ24と、送光スリット11と、非点収差補正用シリンドリカルレンズ12と、リレーレンズ13と、光路折り曲げミラー14と、収差補正用平面板15と、対物レンズ16とを備えている。 Transmitting system 8 includes a light source 10, a wavelength selection filter 24 provided on the light path downstream of the light beam emitted from the light source 10, a light-sending slits 11, the astigmatism correcting cylindrical lens 12, a relay lens 13 When an optical path bending mirror 14, the aberration correcting plane plate 15, and an objective lens 16. 受光系9は、投影光学系PLを介した反射光が入射される対物レンズ17と、収差補正用平面板18と、所定の周期で振動する振動ミラー19と、リレーレンズ20と、非点収差補正用シリンドリカルレンズ21と、ダイクロイックミラー26と、スリット状の開口部を有する受光スリット22a、22bと、例えばシリコン・フォト・ダイオードからなる受光センサ23a、23bとを備えている。 Receiving system 9 includes an objective lens 17 the reflected light via the projection optical system PL is incident, an aberration correcting plane plate 18, a vibration mirror 19 to vibrate at a predetermined period, a relay lens 20, astigmatism and correcting cylindrical lens 21, a dichroic mirror 26, light receiving slit 22a having a slit-shaped opening, and 22b, for example, the light receiving sensor 23a made of silicon photodiode, and 23b.

波長選択フィルタ24は、液体50及び基板Pに投射する検出光の波長を設定することができる。 Wavelength selection filter 24 can be set to the wavelength of the detection light projected to the liquid 50 and the substrate P. すなわち、送光系8は、波長選択フィルタ24により、波長の異なる複数の検出光を基板Pの表面Sに対して投射することができる。 That is, the light transmission system 8, the wavelength selection filter 24, it can be projected a plurality of detection light of different wavelengths to the surface S of the substrate P. 例えば、第1の波長を有する第1の検出光L1と、第1の波長とは異なる第2の波長を有する第2の検出光L2とでは、投影光学系PLから液体50に入射する際の屈折角が異なる。 For example, the first detection light L1 having a first wavelength, a second detection light L2 having a second wavelength different from the first wavelength, when entering the liquid 50 from the projection optical system PL refraction angle is different. したがって、互いに異なる波長を有する第1、第2の検出光L1、L2のそれぞれの液体50を通過して基板Pに投射される際の入射角は互いに異なる。 Therefore, different from each other first, the incident angle when projected through the respective liquid 50 of the second detection light L1, L2 on the substrate P having different wavelengths from each other.

例えば、液体50を水とし、第1の検出光L1としてC線(波長656.3nm)が投射され、第2の検出光L2としてd線(波長587.6nm)が投射される場合について考える。 For example, the liquid 50 is water, the first C-line as the detection light L1 (wavelength 656.3 nm) is projected, consider the case where the d-line (wavelength 587.6 nm) is projected as the second detection light L2. d線の基板Pの表面Sに対する入射角が80度である場合、d線とC線との基板Pの表面Sに対する入射角の差は0.14度となる。 If the angle of incidence with respect to the surface S of the substrate P to the d-line is 80 degrees, the difference in incident angle with respect to the surface S of the substrate P between the d-line and C-line becomes 0.14 degrees.

基板P表面で反射した反射光L1rとL2rとはそれぞれ受光系9に入射する。 The reflected light reflected L1r and L2r in the surface of the substrate P is incident on the light receiving system 9 respectively. そして、受光系9内のダイクロイックミラー26を透過した反射光L1rは受光センサ23aに入射し、ダイクロイックミラー26で反射した反射光L2rは受光センサ23bに入射する。 Then, the reflected light L1r transmitted through the dichroic mirror 26 in the light receiving system 9 is incident on the light receiving sensor 23a, the reflected light L2r reflected by the dichroic mirror 26 is incident on the light receiving sensor 23b. 受光センサ23a、23bの検出結果はそれぞれ制御装置CONTに出力され、第1実施形態同様に、液体50の屈折率情報を求めることができる。 Receiving sensor 23a, 23b detection results of are output to the control device CONT, similarly to the first embodiment, it is possible to determine the refractive index information of the liquid 50. なお、受光系9内にダイクロイックミラー26がなく、受光センサ23が1つしか配置されていない場合には、波長選択フィルタ24により第1の波長の検出光L1と第2の波長の検出光L2とをそれぞれ交互に基板P表面に入射させるようにすればよい。 Incidentally, there is no dichroic mirror 26 in the light receiving system 9, when the light receiving sensor 23 is not disposed only one, the first detection light L1 having a wavelength by the wavelength selective filter 24 of the second wavelength detection light L2 preparative may be caused to be incident on the surface of the substrate P are alternately respectively.

次に、図7を参照しながらAF検出装置100の第3実施形態について説明する。 Next, referring to FIG. 7 a third embodiment of the AF detecting apparatus 100 will be described. 図7に示すAF検出装置100において、送光系8及び受光系9はそれぞれ1つずつ設けられている。 In AF detecting apparatus 100 shown in FIG. 7, light transmitting system 8 and the light-receiving system 9 is provided one each. そして、本実施形態の特徴部分は、送光系8に瞳分割板25が設けられている点である。 The feature of this embodiment is that the pupil division plate 25 is provided on the light transmitting system 8. 送光系8は、光源10と、送光スリット11と、非点収差補正用シリンドリカルレンズ12と、リレーレンズ13と、光路折り曲げミラー14と、収差補正用平面板15と、対物レンズ16と、対物レンズ16の光路下流側近傍に設けられた瞳分割板25とを備えている。 Transmitting system 8 includes a light source 10, a light-sending slits 11, the astigmatism correcting cylindrical lens 12, a relay lens 13, the optical path bending mirror 14, the aberration correcting plane plate 15, an objective lens 16, and a pupil division plate 25 provided on the light path near the downstream side of the objective lens 16. 受光系9は、投影光学系PLを介した反射光が入射される対物レンズ17と、収差補正用平面板18と、所定の周期で振動する振動ミラー19と、リレーレンズ20と、非点収差補正用シリンドリカルレンズ21と、スリット状の開口部を有する受光スリット22と、例えばシリコン・フォト・ダイオードからなる受光センサ23とを備えている。 Receiving system 9 includes an objective lens 17 the reflected light via the projection optical system PL is incident, an aberration correcting plane plate 18, a vibration mirror 19 to vibrate at a predetermined period, a relay lens 20, astigmatism and correcting cylindrical lens 21, and a receiving slit 22 having a slit-shaped opening, and a light receiving sensor 23 made of, for example, a silicon photodiode.

瞳分割板25は所定の開口部25Aを有するものであって、瞳分割板25に照射される光束の一部を開口部25Aを介して通過させる。 Pupil division plate 25 be one having a predetermined opening 25A, passing a part of the light beam to be irradiated to the pupil division plate 25 through the opening 25A. すなわち、図8(a)、(b)に簡易的に示すように、瞳分割板25を送光系の光軸と垂直方向に移動して光束を瞳分割することで、基板Pの表面Sに対する検出光の入射角を互いに異なる入射角θ 、θ に設定し、それぞれに対応する反射光L1rとL2rとを受光センサ23で検出することによって、第1実施形態同様に、液体50の屈折率情報を求めることができる。 That is, as shown in a simplified manner in FIG. 8 (a), (b), the light beam by pupil division by moving the pupil division plate 25 in a direction perpendicular to the optical axis of the light transmitting system, the surface S of the substrate P different angles of incidence theta 1 together incident angle of detection light for, set to theta 2, by detecting the corresponding reflected light L1r and L2r receiving sensor 23, respectively, as in the first embodiment, the liquid 50 it can be obtained refractive index information. また、図8(a)と図8(b)との状態を交互に繰り返すことによって、ほぼリアルタイムに液体50の屈折率情報を求めることができる。 Further, by alternately repeating the states of FIGS. 8 (a) and FIG. 8 (b), the can be determined refractive index information of the liquid 50 in substantially real time. 第3実施形態においても、瞳分割板25を配置することで、第2実施形態同様に、1つの送光系8及び受光系9であっても、複数の検出光を異なる入射角で基板Pに投射することができる。 In the third embodiment, by disposing the pupil dividing plate 25, similarly to the second embodiment, even in one transmission optical system 8 and the light receiving system 9, the substrate a plurality of detection light at different angles of incidence P it can be projected. なお、瞳分割板を受光系9の基板Pと対物レンズ17との間に設けて、迷光などの外乱を防止するようにしてもよい。 Incidentally, by providing a pupil division plate between the substrate P and the objective lens 17 of the light receiving system 9 may be prevented disturbances such as stray light.

なお、上述の実施形態においては、AF検出装置100を用いて光学的に検出された液体50の温度情報(屈折率情報)に基づいて、パターンの像の最適像面と基板Pの表面Sとの関係を調整したり、基板P上に投影されるパターン像の調整を行ったりしているが、その検出された温度情報に基づいて、液体供給装置1から供給される液体の温度を制御するようにしてもよい。 In the embodiment described above, based on the temperature information optically detectable liquid 50 using the AF detecting device 100 (refractive index information), and the surface S of the optimal image surface and the substrate P of the image of the pattern or adjust the relationship, although or perform adjustment of the pattern image projected onto the substrate P, based on the detected temperature information to control the temperature of the liquid supplied from the liquid supply device 1 it may be so. これにより投影光学系PLと基板Pとの間の液体50の温度(屈折率)最適化することが可能となる。 Thus it is possible to optimize temperature (refractive index) of the liquid 50 between the projection optical system PL and the substrate P.

また、上述の実施形態においては、被検面として基板Pの表面に検出光を投射するようにしているが、基板Pの表面に限らず、例えば基板ステージPST上に形成されている基準平面やセンサの上面を被検面として検出光を投射するようにしてもよい。 In the embodiment described above, but so as to project the detection light to the surface of the substrate P as the test surface is not limited to the surface of the substrate P, for example, Ya reference plane that is formed on the substrate stage PST the upper surface of the sensor may be projecting detection light as the test surface.

また、上述の実施形態においては、マスクMのパターンの像が投影される投影領域の中央付近に検出光を投射するようにしているが、投影領域の外側に検出光を投射するようにしてもよい。 Further, in the above embodiment, the image of the pattern of the mask M is adapted to project the detection light near the center of the projection area to be projected, it is projecting detection light outside of the projection area good.

また、上述の実施形態においては、AF検出装置100は、2つの検出光を被検面上に投射しているが、2つに限らず、3つ以上でよいことは言うまでもない。 In the embodiment described above, AF detecting apparatus 100 is two detection light is projected onto the surface to be inspected is not limited to two, and may of course be three or more. この場合は、複数の屈折率変化情報(温度変化情報)を得ることができるので、これらの平均値などを算出することで、より正確な屈折率変化情報(温度変化情報)を得ることが可能となる。 In this case, it is possible to obtain a plurality of refractive index change information (temperature change information), can be obtained by calculating the like these average values, more precise refractive index change information (temperature change information) to become.

なお、上述の実施形態の基板Pとしては、半導体デバイス製造用の半導体ウエハのみならず、ディスプレイデバイス用のガラス基板や、薄膜磁気ヘッド用のセラミックウエハ、あるいは露光装置で用いられるマスクまたはレチクルの原版(合成石英、シリコンウエハ)等が適用される。 Furthermore, the substrate P in the above-described embodiments, not only a semiconductor wafer for fabricating semiconductor devices but glass substrates for display devices, the original plate of a mask or reticle used in a ceramic wafer or an exposure apparatus, for a thin film magnetic head (synthetic quartz, silicon wafer) used by an exposure apparatus.

露光装置EXとして、マスクMと基板Pとを同期移動してマスクMのパターンを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置(スキャニングステッパ)の他に、マスクMと基板Pとを静止した状態でマスクMのパターンを一括露光し、基板Pを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置(ステッパ)にも適用することができる。 As for the exposure apparatus EX, in addition to the scanning exposure apparatus of step-and-scan method by synchronously moving the mask M and the substrate P to scan expose the pattern of the mask M (scanning stepper), the mask M and the substrate P the pattern of the mask M collectively exposed in a static state, it can also be applied to a projection exposure apparatus by a step-and-repeat system for moving sequentially steps the substrate P (stepper). また、本発明は基板P上で少なくとも2つのパターンを部分的に重ねて転写するステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置にも適用できる。 The present invention is also applicable to an exposure apparatus of step-and-stitch method that partially overlaid and transferred at least two patterns on the substrate P.

また、本発明は、ツインステージ型の露光装置にも適用できる。 The present invention is also applicable to twin stage type exposure apparatus. ツインステージ型の露光装置の構造及び露光動作は、例えば特開平10−163099号及び特開平10−214783号(対応米国特許6,341,007号、6,400,441号、6,549,269号及び6,590,634号)、特表2000−505958号(対応米国特許5,969,441号)あるいは米国特許6,208,407号に開示されている。 The structure and the exposure operation of the twin-stage type exposure apparatus, for example, JP-A-10-163099 and JP-A-10-214783 (corresponding to U.S. Patent No. 6,341,007, No. 6,400,441, 6,549,269 and EP 6,590,634), JP-T-2000-505958 (disclosed in the corresponding U.S. Pat. No. 5,969,441) or U.S. Pat. No. 6,208,407.

また、上述の実施形態では、投影光学系PLと基板Pとの間に局所的に液体を満たす露光装置を採用しているが、露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる液浸露光装置や、ステージ上に所定深さの液体槽を形成しその中に基板を保持する液浸露光装置にも本発明を適用可能である。 Further, in the embodiment described above adopts the exposure apparatus in which the liquid is locally filled between the projection optical system PL and the substrate P, moving a stage holding a substrate to be exposed in a liquid bath and immersion exposure apparatus, in liquid immersion exposure apparatus for holding a substrate therein to form a liquid bath in a predetermined depth on a stage is applicable to the present invention. 露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる液浸露光装置の構造及び露光動作については、例えば特開平6−124873号公報に、ステージ上に所定深さの液体槽を形成してその中に基板を保持する液浸露光装置については、例えば特開平10−303114号公報や米国特許第5,825,043号にそれぞれ開示されている。 The structure and the exposure operation of the liquid immersion exposure apparatus that moves a stage holding a substrate to be exposed in a liquid bath, for example, in JP-A-6-124873, to form a liquid bath in a predetermined depth on a stage As the liquid immersion exposure apparatus for holding a substrate in, for example, disclosed respectively in Japanese Unexamined Patent Publication and US Patent No. 5,825,043 10-303114 Te.

露光装置EXの種類としては、基板Pに半導体素子パターンを露光する半導体素子製造用の露光装置に限られず、液晶表示素子製造用又はディスプレイ製造用の露光装置や、薄膜磁気ヘッド、撮像素子(CCD)あるいはレチクル又はマスクなどを製造するための露光装置などにも広く適用できる。 The type of the exposure apparatus EX, the present invention is not limited to semiconductor device fabrication exposure apparatuses that expose a semiconductor element pattern onto a substrate P, an exposure apparatus and a liquid crystal display device for manufacturing or for display manufacturing, thin film magnetic heads, imaging devices (CCD ) or it can be widely applied to an exposure apparatus for manufacturing such as a reticle or mask.

基板ステージPSTやマスクステージMSTにリニアモータを用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上型およびローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもよい。 When using a linear motor for the substrate stage PST or the mask stage MST, either of the magnetic floating type may also be employed using the air floating type Lorentz force or reactance force using an air bearing. また、各ステージPST、MSTは、ガイドに沿って移動するタイプでもよく、ガイドを設けないガイドレスタイプであってもよい。 Further, each of the stages PST, MST may be a type that moves along a guide or may be the guideless type in which no guide is provided. ステージにリニアモータを用いた例は、米国特許5,623,853及び5,528,118に開示されている。 An example of the use of the linear motor in a stage is disclosed in U.S. Patent 5,623,853 and 5,528,118.

各ステージPST、MSTの駆動機構としては、二次元に磁石を配置した磁石ユニットと、二次元にコイルを配置した電機子ユニットとを対向させ電磁力により各ステージPST、MSTを駆動する平面モータを用いてもよい。 As each of the stages PST, MST driving mechanism, a magnet unit in which magnets are two-dimensional, each of the stages PST by an electromagnetic force is opposed to the armature unit in which to place the coils in a two-dimensional, MST is driven it may be used. この場合、磁石ユニットと電機子ユニットとのいずれか一方をステージPST、MSTに接続し、磁石ユニットと電機子ユニットとの他方をステージPST、MSTの移動面側に設ければよい。 In this case, either one stage PST of the magnet unit and the armature unit is connected MST, and may be provided and the other of the magnet unit and the armature unit stage PST, the moving surface side of the MST.

基板ステージPSTの移動により発生する反力は、投影光学系PLに伝わらないように、フレーム部材を用いて機械的に床(大地)に逃がしてもよい。 The reaction force generated by the movement of the substrate stage PST, so as not transmitted to the projection optical system PL, may be mechanically released to the floor (ground) using a frame member. この反力の処理方法は、例えば特開平8−166475号公報(米国特許5,528,118)に詳細に開示されている。 The method for handling the reaction force is disclosed in detail, for example, in JP-A 8-166475 Patent Publication (U.S. Patent 5,528,118).

マスクステージMSTの移動により発生する反力は、投影光学系PLに伝わらないように、フレーム部材を用いて機械的に床(大地)に逃がしてもよい。 Reaction force generated by the movement of the mask stage MST, so as not transmitted to the projection optical system PL, may be mechanically released to the floor (ground) using a frame member. この反力の処理方法は、例えば特開平8−330224号公報(米国特許第5,874,820号)に詳細に開示されている。 The method for handling the reaction force is disclosed in detail, for example, in JP-A 8-330224 Patent Publication (U.S. Pat. No. 5,874,820).

以上のように、本願実施形態の露光装置EXは、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。 As described above, the exposure apparatus EX of the present embodiment is manufactured by assembling various subsystems, including each constituent element recited in the claims of the present application so that the predetermined mechanical accuracy, the optical accuracy , it is manufactured by assembling. 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。 To ensure these respective precisions, performed before and after the assembling include the adjustment for achieving the optical accuracy for various optical systems, an adjustment to achieve mechanical accuracy for various mechanical systems, the various electrical systems adjustment for achieving the electrical accuracy is performed. 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。 The steps of assembling the various subsystems into the exposure apparatus includes various subsystems, the mechanical interconnection, electrical circuit wiring connections, and the piping connection of the air pressure circuit. 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。 Before the process of assembling the exposure apparatus from the various subsystems, there are also the processes of assembling each individual subsystem. 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。 After completion of the assembling the various subsystems into the exposure apparatus, overall adjustment is performed and various kinds of accuracy as the entire exposure apparatus are secured. なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。 The manufacturing of the exposure apparatus is preferably performed in a clean room in which temperature and cleanliness are controlled.

半導体デバイス等のマイクロデバイスは、図9に示すように、マイクロデバイスの機能・性能設計を行うステップ201、この設計ステップに基づいたマスク(レチクル)を製作するステップ202、デバイスの基材である基板を製造するステップ203、前述した実施形態の露光装置EXによりマスクのパターンを基板に露光する露光処理ステップ204、デバイス組み立てステップ(ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む)205、検査ステップ206等を経て製造される。 Microdevices such as semiconductor devices are manufactured, as shown in FIG. 9, step 201 that designs the functions and performance of the microdevice, a step 202 of manufacturing a mask (reticle) based on this design step, a base material for the device substrate a step 203 of producing the exposure process step 204 of exposing a pattern of a mask onto a substrate by the exposure apparatus EX of the embodiment described above, a device assembly step (dicing, bonding, including packaging step) 205, an inspection step 206, etc. It is produced through.

本発明の面位置検出装置を備えた露光装置の一実施形態を示す概略構成図である。 Is a schematic diagram showing an embodiment of an exposure apparatus with a surface position detecting apparatus of the present invention. 本発明の面位置検出装置の第1実施形態を示す概略構成図である。 The first embodiment of the surface position detecting apparatus of the present invention is a schematic diagram showing. 検出光が投射される基板を示す要部拡大図である。 Is an enlarged view showing a substrate in which the detection light is projected. 基板に対する検出光の入射角と誤差量との関係を示す図である。 It is a view showing the relationship between the incident angle and the error amount of the detected light relative to the substrate. 本発明の面位置検出方法の一例を示すフローチャート図である。 Is a flow chart illustrating an example of the surface position detecting method of the present invention. 本発明の面位置検出装置の第2実施形態を示す概略構成図である。 The second embodiment of the surface position detecting apparatus of the present invention is a schematic diagram showing. 本発明の面位置検出装置の第3実施形態を示す概略構成図である。 The third embodiment of the surface position detecting apparatus of the present invention is a schematic diagram showing. 瞳分割板を示す模式図である。 It is a schematic diagram illustrating a pupil division plate. 半導体デバイスの製造工程の一例を示すフローチャート図である。 Is a flow chart showing an example of a manufacturing process of semiconductor devices. 従来の課題を説明するための模式図である。 It is a schematic diagram for explaining a conventional problem.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

24…波長選択フィルタ、50…液体(水、光透過部材)、 24 ... wavelength filter, 50 ... liquid (water, light transmitting member)
100…AF検出装置(面位置検出装置)、EX…露光装置、L1…第1の検出光、 100 ... AF detector (surface position detecting device), EX ... exposure apparatus, L1 ... first detection light,
L2…第2の検出光、M…マスク、P…基板、PL…投影光学系(光透過部材)、 L2 ... second detection light, M ... mask, P ... substrate, PL ... projection optical system (light transmitting member)
PLC…結像特性調整装置、S…基板の表面(被検面)、θ …第1の入射角、 PLC ... imaging characteristic adjustment device, a surface (test surface) of the S ... substrate, theta 1 ... first angle of incidence,
θ …第2の入射角 θ 2 ... the second angle of incidence

Claims (25)

  1. 検出光を被検面に投射するとともに、その被検面からの反射光を受光することによって得られる情報に基づいて、被検面の面位置を検出する面位置検出装置であって、 The detection light as well as projected onto the test surface, on the basis of information obtained by receiving the reflected light from the test surface, a surface position detecting device for detecting a surface position of the test surface,
    検出光として、複数の光を異なる入射角で被検面に投射する送光系と; As detection light, an optical transmitting system for projecting the test surface a plurality of light at different angles of incidence;
    被検面からの反射光を受光する受光系と;を備える面位置検出装置。 Receiving system and for receiving reflected light from the test surface; the surface position detecting apparatus comprising a.
  2. 検出光を被検面に投射するとともに、その被検面からの反射光を受光することによって得られる情報に基づいて、被検面の面位置を検出する面位置検出装置であって: The detection light as well as projected onto the test surface, on the basis of information obtained by receiving the reflected light from the test surface, a surface position detecting device for detecting a surface position of the test surface:
    検出光として、波長の異なる複数の光を被検面に投射する送光系と; As detection light, an optical transmitting system for projecting a plurality of lights having different wavelengths on the test surface;
    被検面からの反射光を受光する受光系と;を備える面位置検出装置。 Receiving system and for receiving reflected light from the test surface; the surface position detecting apparatus comprising a.
  3. 前記検出光は、光透過部材を介して前記被検面に投射される請求項1または2に記載の面位置検出装置。 The detection light, the surface position detecting apparatus according to claim 1 or 2 is projected to the test surface through the light transmitting member.
  4. 前記検出光は、液体を介して前記被検面に投射される請求項3に記載の面位置検出装置。 The detection light, the surface position detecting apparatus according to claim 3, wherein through the liquid is projected to the test surface.
  5. 前記検出光は、液体を介して前記被検面に投射される請求項1または2に記載の面位置検出装置。 The detection light, the surface position detecting apparatus according to claim 1 or 2 wherein is projected onto the sample surface through the liquid.
  6. マスクのパターンを投影光学系を介して基板上に投影して前記基板を露光する露光装置に搭載され、前記投影光学系の像面と前記基板表面との位置関係を制御するために前記被検面としての前記基板表面に前記検出光を投射して前記基板表面の面位置情報を検出する請求項1〜5のいずれか一項記載の面位置検出装置。 It mounted a pattern of a mask in an exposure apparatus for exposing a substrate by projecting onto a substrate through a projection optical system, the test in order to control the positional relationship between the projection optical system image plane and the substrate surface surface position detecting apparatus according to any one of claims 1 to 5 by projecting the detection light on the substrate surface as a surface to detect the surface position information of the substrate surface.
  7. マスクのパターンの像を投影光学系により基板上に投影して、基板を露光する露光方法であって: The image of the pattern of the mask is projected onto the substrate by the projection optical system, an exposure method for exposing a substrate:
    基板表面に複数の検出光を異なる入射角で投射するとともに、基板表面からの反射光を受光することによって、検出光及び反射光の光路の屈折率情報を検出することと; With projecting a plurality of detection light at different incident angles to the substrate surface by receiving reflected light from the substrate surface, and to detect the refractive index information of the optical path of the detection light and the reflected light;
    マスクのパターンの像を投影光学系により基板上に投影すること;を含む露光方法。 The exposure method comprising: projecting onto the substrate an image of the pattern of the mask by the projection optical system.
  8. 前記複数の検出光の入射角θはそれぞれ30°≦θ<90°の条件を満たす請求項7に記載の露光方法。 The exposure method according to satisfy claim 7 of the plurality of detecting the incident angle of the light theta each 30 ° ≦ θ <90 °.
  9. 前記複数の検出光の入射角θはそれぞれ70°≦θ<90°の条件を満たす請求項8に記載の露光方法。 The exposure method according to satisfy claim 8 of the plurality of incident angles theta of the detection light, respectively 70 ° ≦ θ <90 °.
  10. マスクのパターンの像を投影光学系により基板上に投影して、基板を露光する露光方法であって: The image of the pattern of the mask is projected onto the substrate by the projection optical system, an exposure method for exposing a substrate:
    基板表面に波長の異なる複数の検出光を投射するとともに、基板表面からの反射光を受光することによって、検出光及び反射光の光路の屈折率情報を検出することと; With projecting a plurality of detection light of different wavelengths to the substrate surface by receiving reflected light from the substrate surface, and to detect the refractive index information of the optical path of the detection light and the reflected light;
    マスクのパターンの像を投影光学系を介して基板上に投影することと;を含む露光方法。 The exposure method comprising: that the projecting onto the substrate an image of the pattern of the mask through a projection optical system.
  11. 前記基板からの反射光を波長毎に検出する請求項10に記載の露光方法。 The exposure method according to claim 10 for detecting the reflected light from the substrate for each wavelength.
  12. 前記屈折率情報は前記光路の温度変化を含む請求項7〜11のいずれか一項記載の露光方法。 The exposure method according to any one of claims 7 to 11 wherein the refractive index information including the temperature change of the optical path.
  13. 前記検出光は、前記投影光学系の一部の光学素子を介して前記基板表面に投射される請求項7〜12のいずれか一項記載の露光方法。 The detection light, the exposure method of any one of claims 7 to 12 which is projected through an optical element of a portion of the projection optical system on the substrate surface.
  14. 前記屈折率情報に基づいて、前記投影光学系の像面と前記基板表面との位置関係を調整する請求項7〜13のいずれか一項記載の露光方法。 Based on the refractive index information, the exposure method of any one of claims 7-13 for adjusting the positional relationship between the projection optical system image plane and the substrate surface.
  15. 前記複数の検出光のうちの少なくとも1つで前記基板表面の面位置を検出し、前記複数の検出光を使って得られる屈折率情報に基づいて前記検出された面位置を補正する請求項14に記載の露光方法。 14. correcting the at least one at detecting the surface position of the substrate surface, the detected surface position based on the refractive index information obtained using said plurality of detection light of the plurality of detection light the exposure method according to.
  16. 前記投影光学系と前記基板表面との間には液体が存在し、前記屈折率情報は前記液体の屈折率情報を含む請求項7〜15のいずれか一項記載の露光方法。 The exposure method exists liquid, the refractive index information according to any one of claims 7 to 15 including the refractive index information of the liquid between the substrate surface and the projection optical system.
  17. 前記液体は水である請求項16に記載の露光方法。 The exposure method according to claim 16 wherein the liquid is water.
  18. 前記反射光を受光することによって前記液体の屈折率変化を検出し、該液体の屈折率変化によって前記パターンの像に誤差が生じないように像調整を行う請求項16又は17に記載の露光方法。 Wherein detecting a change in refractive index of the liquid by receiving the reflected light, an exposure method according to claim 16 or 17 performs image adjustment so that the error does not occur in the image of the pattern by the refractive index change of the liquid .
  19. 投影光学系により液体を介してパターンの像を基板上に投影して、基板を液浸露光する露光方法であって: A pattern image via the liquid projected onto the substrate by the projection optical system, an exposure method for immersion exposure of the substrate:
    投影光学系と基板との間の少なくとも一部を液体で満たすことと; At least a portion between the projection optical system and the substrate and be filled with the liquid;
    投影光学系と基板との間の液体の温度情報を光学的に検出することと; Detecting the temperature information of the liquid between the projection optical system and the substrate optically with;
    投影光学系により液体を介してパターンの像を基板上に投影すること;とを含む露光方法。 That an image of a pattern through the liquid by a projection optical system for projecting onto a substrate; and an exposure method comprising.
  20. 前記液体を介して前記基板表面に検出光を投射するとともに、前記基板表面からの反射光を前記液体を介して受光することによって、前記液体の温度情報を検出する請求項19に記載の露光方法。 With projecting a detection light to the substrate surface via the liquid, by the reflected light from the substrate surface for receiving through said liquid, the exposure method according to claim 19 for detecting the temperature information of the liquid .
  21. 前記反射光を受光することによって前記基板表面の面位置情報を検出する請求項19又は20に記載の露光方法。 The exposure method according to claim 19 or 20 detects the surface position information of the substrate surface by receiving the reflected light.
  22. 前記温度情報に基づいて、前記基板上に投影されるパターンの像の結像状態を調整する請求項19〜21に記載の露光方法。 The exposure method according to claim 19 to 21, wherein based on the temperature information and adjusts the image formation state of the image of the pattern projected on the substrate.
  23. 前記温度情報に基づいて、前記投影光学系と前記基板との間に供給される液体の温度を制御する請求項19〜22に記載の露光方法。 On the basis of the temperature information, exposure method according to claim 19 to 22 for controlling the temperature of the liquid supplied between the substrate and the projection optical system.
  24. 前記受光した反射光から液体の屈折率の変化を求め、屈折率の変化に基づいて液体の温度変化を求める請求項20に記載の露光方法。 Seeking changes in the refractive index of the liquid from the reflected light the light receiving exposure method according to claim 20 for determining the temperature change of the liquid based on the change in refractive index.
  25. 請求項7〜請求項24のいずれか一項記載の露光方法を用いるデバイス製造方法。 A device manufacturing method using the exposure method of any one of claims 7 to claim 24.
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