JP2009236655A - Displacement detecting apparatus, exposure apparatus, and device manufacturing method - Google Patents

Displacement detecting apparatus, exposure apparatus, and device manufacturing method Download PDF

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Takahiro Shoda
隆博 正田
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
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  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a displacement detecting apparatus can detect the displacement of a surface position of a surface to be inspected with high accuracy, by preventing the occurrence of detection errors resulting from variations in temperature and wavelength. <P>SOLUTION: The apparatus detects the displacement of the surface position of a surface to be detected by projecting light from a light source (LS) to the surface to be inspected (20a) through a measuring objective lens (4), based on reflected light from the surface to be inspected through the measuring objective lens, and includes a light-splitting member (2) which splits the light from the light source into a plurality of beams of light, guides a first beam of light out of the plurality of beams of light as measuring light along a measuring optical path, and guides a second beam of light as reference light out of the plurality along a reference optical path, and a detection system (13, 14) for detecting the displacement of the surface position of the surface to be inspected based on measurement information contained in measuring light reflected by the surface to be inspected and reference information contained in the reference light. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、変位検出装置、露光装置、およびデバイス製造方法に関する。さらに詳細には、本発明は、被検面の面位置の変位を光学的に検出する装置に関するものである。   The present invention relates to a displacement detection apparatus, an exposure apparatus, and a device manufacturing method. More specifically, the present invention relates to an apparatus for optically detecting a displacement of a surface position of a surface to be measured.

特開平4−366711号公報には、対物レンズを介して被検面に光源からの光を投光し、対物レンズを介した被検面からの反射光に基づいて被検面の面位置(被検面の法線方向に沿った位置)の変位を検出する変位検出装置が記載されている。具体的に、この公報に開示された変位検出装置では、対物レンズを介して被検面にレーザ光を集光し、被検面で反射されて上記対物レンズを経た光を4分割センサで受光する。そして、非点収差法を用いて、4分割センサの出力信号に基づき、被検面の面位置の変位を検出する。   In JP-A-4-366711, light from a light source is projected onto a test surface via an objective lens, and the surface position of the test surface (based on reflected light from the test surface via the objective lens ( A displacement detector that detects a displacement at a position along the normal direction of the surface to be measured is described. Specifically, in the displacement detection device disclosed in this publication, a laser beam is condensed on a test surface through an objective lens, and light reflected by the test surface and passed through the objective lens is received by a four-divided sensor. To do. Then, using the astigmatism method, the displacement of the surface position of the test surface is detected based on the output signal of the quadrant sensor.

特開平4−366711号公報JP-A-4-366711

特許文献1に開示された変位検出装置では、環境温度の変化に応じて光学素子の内部温度が変動し、特に対物レンズの内部温度の変動により検出変位のドリフト(変動)が発生し易い。また、光源が供給する光の波長の変動により、検出変位のドリフトが発生し易い。換言すれば、温度変動や波長変動に起因する変位ドリフトの発生、ひいては検出誤差の発生を抑えるには、環境温度および波長を高精度に安定化させる必要がある。   In the displacement detection device disclosed in Patent Document 1, the internal temperature of the optical element fluctuates according to a change in the environmental temperature, and in particular, the detection displacement drift (fluctuation) tends to occur due to the fluctuation of the internal temperature of the objective lens. Moreover, detection displacement drift is likely to occur due to fluctuations in the wavelength of light supplied by the light source. In other words, it is necessary to stabilize the ambient temperature and wavelength with high accuracy in order to suppress the occurrence of displacement drift due to temperature fluctuations and wavelength fluctuations, and hence the occurrence of detection errors.

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、温度変動や波長変動に起因する検出誤差の発生を抑えて、被検面の面位置の変位を高精度に検出することのできる変位検出装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and is a displacement that can detect the displacement of the surface position of the surface to be detected with high accuracy while suppressing the occurrence of detection errors due to temperature fluctuations and wavelength fluctuations. An object is to provide a detection device.

前記課題を解決するために、本発明の第1形態では、測定対物レンズを介して被検面に光源からの光を投光し、前記測定対物レンズを介した前記被検面からの反射光に基づいて、前記被検面の面位置の変位を検出する変位検出装置において、
光源からの光を複数の光に分割し、前記複数の光のうちの第1の光を測定光として測定光路に沿って導き且つ前記複数の光のうちの第2の光を参照光として参照光路に沿って導く光分割部材と、
前記被検面で反射された前記測定光が含む測定情報と前記参照光が含む参照情報とに基づいて前記被検面の面位置の変位を検出する検出系とを備えていることを特徴とする変位検出装置を提供する。
In order to solve the above problems, in the first embodiment of the present invention, light from a light source is projected onto a test surface via a measurement objective lens, and reflected light from the test surface via the measurement objective lens. In the displacement detection device for detecting the displacement of the surface position of the test surface based on
The light from the light source is divided into a plurality of lights, the first light of the plurality of lights is guided as a measurement light along the measurement optical path, and the second light of the plurality of lights is referred to as a reference light A light splitting member that guides along the optical path;
And a detection system that detects a displacement of the surface position of the test surface based on measurement information included in the measurement light reflected by the test surface and reference information included in the reference light. Displacement detecting device is provided.

本発明の第2形態では、第1形態の変位検出装置を備え、所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置を提供する。   According to a second aspect of the present invention, there is provided an exposure apparatus comprising the displacement detection device of the first aspect and exposing a predetermined pattern onto a photosensitive substrate.

本発明の第3形態では、第2形態の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。
In the third embodiment of the present invention, using the exposure apparatus of the second embodiment, an exposure step of exposing the predetermined pattern to the photosensitive substrate;
Developing the photosensitive substrate to which the predetermined pattern is transferred, and forming a mask layer having a shape corresponding to the predetermined pattern on the surface of the photosensitive substrate;
And a processing step of processing the surface of the photosensitive substrate through the mask layer.

本発明の1つの形態にしたがう変位検出装置では、参照光が、測定光の通過する測定光路に対応した条件(環境温度、光学素子、光路長など)を有する参照光路を通過する。特に、参照光は、測定光の通過する測定対物レンズに対応した位置に配置され且つ測定対物レンズに対応した光学特性を有する参照対物レンズを通過する。また、測定光と参照光とは、共通の光源からの光を光分割部材により分割して得られる光であって、互いに同じ波長を有する。換言すれば、参照光の波長の変動は、測定光の波長の変動と一致する。   In the displacement detection device according to one aspect of the present invention, the reference light passes through a reference optical path having conditions (environment temperature, optical element, optical path length, etc.) corresponding to the measurement optical path through which the measurement light passes. In particular, the reference light passes through a reference objective lens that is disposed at a position corresponding to the measurement objective lens through which the measurement light passes and has optical characteristics corresponding to the measurement objective lens. Further, the measurement light and the reference light are light obtained by dividing light from a common light source by a light dividing member, and have the same wavelength. In other words, the wavelength variation of the reference light matches the wavelength variation of the measurement light.

したがって、参照光は、被検面で反射された測定光とは異なり、被検面の面位置の変位に関する情報を含まないが、測定光と同様に、温度変動の影響や波長変動の影響に関する情報を含んでいる。その結果、本発明の変位検出装置では、被検面で反射された測定光が含む測定情報と参照光が含む参照情報とに基づいて、温度変動や波長変動の影響を実質的に受けることなく、ひいては温度変動や波長変動に起因する検出誤差の発生を抑えて、被検面の面位置の変位を高精度に検出することができる。   Therefore, unlike the measurement light reflected by the test surface, the reference light does not include information on the displacement of the surface position of the test surface, but, like the measurement light, the reference light relates to the effects of temperature fluctuations and wavelength fluctuations. Contains information. As a result, in the displacement detection device of the present invention, the measurement information included in the measurement light reflected by the test surface and the reference information included in the reference light are not substantially affected by temperature fluctuations or wavelength fluctuations. Consequently, it is possible to detect the displacement of the surface position of the surface to be detected with high accuracy while suppressing the occurrence of detection errors due to temperature fluctuations and wavelength fluctuations.

本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図1は、本発明の第1実施形態にかかる変位検出装置の構成を概略的に示す図である。第1実施形態では、非点収差法を用いてガラス基板の裏面の面位置の変位を検出する変位検出装置に対して本発明を適用している。図1において、ガラス基板20の裏面20aの法線方向にZ軸を、裏面20aにおいて図1の紙面に平行な方向にY軸を、裏面20aにおいて図1の紙面に垂直な方向にX軸をそれぞれ設定している。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a displacement detection device according to the first embodiment of the present invention. In the first embodiment, the present invention is applied to a displacement detection device that detects the displacement of the surface position of the back surface of the glass substrate using the astigmatism method. In FIG. 1, the Z-axis is in the normal direction of the back surface 20a of the glass substrate 20, the Y-axis is in the direction parallel to the paper surface of FIG. 1 in the back surface 20a, and the X-axis is in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. Each is set.

図1を参照すると、第1実施形態の変位検出装置は、例えばレーザーダイオードのような光源LSを備えている。光源LSから射出された光は、XY平面およびYZ平面に対して所定角度だけ傾いた偏光面を有し、コリメートレンズ1を介して、偏光ビームスプリッター2に入射する。偏光ビームスプリッター2に入射して偏光分離面2aにより反射された光すなわちs偏光状態の光は、測定光L1として、1/4波長板3に入射する。   Referring to FIG. 1, the displacement detection apparatus of the first embodiment includes a light source LS such as a laser diode. The light emitted from the light source LS has a polarization plane inclined by a predetermined angle with respect to the XY plane and the YZ plane, and enters the polarization beam splitter 2 through the collimator lens 1. Light incident on the polarization beam splitter 2 and reflected by the polarization separation surface 2a, that is, light in the s-polarized state, enters the quarter-wave plate 3 as measurement light L1.

1/4波長板3を介して円偏光状態になった測定光L1は、測定対物レンズ4を介して、ガラス基板20に入射する。ガラス基板20の内部を伝播して裏面20aで反射された測定光L1は、ガラス基板20から射出された後、測定対物レンズ4に入射する。なお、ガラス基板20に入射した測定光L1は、被検面である裏面20aまたはその近傍に集光点を形成する。測定対物レンズ4を介した測定光L1は、1/4波長板3を介してp偏光状態に変換された後、偏光ビームスプリッター2に戻る。   The measurement light L1 that has been in a circularly polarized state via the quarter-wave plate 3 enters the glass substrate 20 via the measurement objective lens 4. The measurement light L1 propagating through the glass substrate 20 and reflected by the back surface 20a is emitted from the glass substrate 20 and then enters the measurement objective lens 4. The measurement light L1 incident on the glass substrate 20 forms a condensing point on the back surface 20a that is the test surface or in the vicinity thereof. The measurement light L1 that has passed through the measurement objective lens 4 is converted into the p-polarized state via the quarter-wave plate 3, and then returns to the polarization beam splitter 2.

一方、偏光ビームスプリッター2に入射して偏光分離面2aを透過した光すなわちp偏光状態の光は、参照光L2として、1/4波長板5に入射する。1/4波長板5を介して円偏光状態になった参照光L2は、参照対物レンズ6を介して、参照基板7に入射する。参照対物レンズ6は、測定対物レンズ4に対応した位置に配置されて、測定対物レンズ4に対応した光学特性を有する。   On the other hand, the light that has entered the polarization beam splitter 2 and passed through the polarization separation surface 2a, that is, the light in the p-polarized state, enters the quarter-wave plate 5 as reference light L2. The reference light L 2 that has been circularly polarized through the quarter-wave plate 5 is incident on the reference substrate 7 through the reference objective lens 6. The reference objective lens 6 is disposed at a position corresponding to the measurement objective lens 4 and has optical characteristics corresponding to the measurement objective lens 4.

参照基板7は、ガラス基板20に対応した位置に配置されて、ガラス基板20に対応した光学特性を有する。ただし、ガラス基板20はZ方向に移動するが、参照基板7はY方向に固定されている。参照基板7の内部を伝播して裏面7aで反射された参照光L2は、参照基板7から射出された後、参照対物レンズ6に入射する。参照基板7に入射した参照光L2は、参照面である裏面7aまたはその近傍に集光点を形成する。   The reference substrate 7 is disposed at a position corresponding to the glass substrate 20 and has optical characteristics corresponding to the glass substrate 20. However, the glass substrate 20 moves in the Z direction, but the reference substrate 7 is fixed in the Y direction. The reference light L <b> 2 propagating through the reference substrate 7 and reflected by the back surface 7 a is emitted from the reference substrate 7 and then enters the reference objective lens 6. The reference light L2 incident on the reference substrate 7 forms a condensing point on the back surface 7a that is the reference surface or in the vicinity thereof.

参照対物レンズ6を介した参照光L2は、1/4波長板5を介してs偏光状態に変換された後、偏光ビームスプリッター2に戻る。このように、偏光ビームスプリッター2は、光源LSからの光を2つの光に分割し、反射光(第1の光)を測定光L1として測定光路に沿って導き且つ透過光(第2の光)を参照光L2として参照光路に沿って導く光分割部材を構成している。そして、偏光ビームスプリッター2の偏光分離面2aは、測定光L1と参照光L2とに対して互いに異なる偏光状態を付与する。   The reference light L <b> 2 that has passed through the reference objective lens 6 is converted into the s-polarized state via the quarter-wave plate 5, and then returns to the polarization beam splitter 2. As described above, the polarization beam splitter 2 splits the light from the light source LS into two lights, guides the reflected light (first light) as the measurement light L1 along the measurement optical path, and transmits the transmitted light (second light). ) As a reference light L2 is configured as a light splitting member. Then, the polarization separation surface 2a of the polarization beam splitter 2 gives different polarization states to the measurement light L1 and the reference light L2.

偏光ビームスプリッター2に戻ったp偏光状態の測定光L1は、偏光分離面2aを透過して、ウォラストンプリズム8に入射する。偏光ビームスプリッター2に戻ったs偏光状態の参照光L2は、偏光分離面2aで反射されて、ウォラストンプリズム8に入射する。ウォラストンプリズム8は、入射光の偏光状態に応じた向きに偏向して射出する機能を有する。したがって、p偏光状態で入射した測定光L1とs偏光状態で入射した参照光L2とは、ウォラストンプリズム8により互いに異なる偏光状態に応じて偏向作用を受けた後、集光レンズ9に入射する。   The p-polarized measurement light L1 that has returned to the polarization beam splitter 2 passes through the polarization separation surface 2a and enters the Wollaston prism 8. The s-polarized reference light L2 that has returned to the polarization beam splitter 2 is reflected by the polarization separation surface 2a and enters the Wollaston prism 8. The Wollaston prism 8 has a function of deflecting and emitting in a direction corresponding to the polarization state of incident light. Therefore, the measurement light L1 incident in the p-polarization state and the reference light L2 incident in the s-polarization state are incident on the condenser lens 9 after being deflected by the Wollaston prism 8 according to different polarization states. .

集光レンズ9を介した測定光L1は、シリンドリカルレンズ10および偏光板11を介して、光検出部13の測定用4分割センサ31(図1では不図示;図2を参照)に達する。集光レンズ9を介した参照光L2は、シリンドリカルレンズ10および偏光板12を介して、光検出部13の参照用4分割センサ32(図1では不図示;図2を参照)に達する。シリンドリカルレンズ10は、XZ平面において正の屈折力を有し且つYZ平面において無屈折力であり、偏光ビームスプリッター2を経た測定光L1および参照光L2に非点収差を発生させる機能を有する。   The measurement light L1 that has passed through the condenser lens 9 reaches the measurement quadrant sensor 31 (not shown in FIG. 1; see FIG. 2) of the light detection unit 13 via the cylindrical lens 10 and the polarizing plate 11. The reference light L2 that has passed through the condensing lens 9 reaches the reference quadrant sensor 32 (not shown in FIG. 1; see FIG. 2) of the light detection unit 13 via the cylindrical lens 10 and the polarizing plate 12. The cylindrical lens 10 has a positive refractive power in the XZ plane and no refractive power in the YZ plane, and has a function of generating astigmatism in the measurement light L1 and the reference light L2 that have passed through the polarization beam splitter 2.

偏光板11は、p偏光状態の光だけが透過するように配置され、測定光L1が含むノイズ光が測定用4分割センサ31に入射するのを遮る機能を有する。偏光板12は、s偏光状態の光だけが透過するように配置され、参照光L2が含むノイズ光が参照用4分割センサ32に入射するのを遮る機能を有する。なお、集光レンズ9の前側(偏光ビームスプリッター2側)にシリンドリカルレンズ10を配置することもできる。また、偏光板11および12の設置を省略することもできる。また、たとえば光源LS自体が必要十分な非点収差を有している場合には、シリンドリカルレンズ10を省略してもよい。このような光源LSとしてはレーザーダイオードを用いることができる。   The polarizing plate 11 is disposed so that only light in the p-polarized state is transmitted, and has a function of blocking noise light included in the measurement light L1 from entering the measurement quadrant sensor 31. The polarizing plate 12 is disposed so that only light in the s-polarized state is transmitted, and has a function of blocking noise light included in the reference light L2 from entering the reference quadrant sensor 32. Note that the cylindrical lens 10 may be disposed on the front side of the condenser lens 9 (on the side of the polarization beam splitter 2). Further, the installation of the polarizing plates 11 and 12 can be omitted. Further, for example, when the light source LS itself has necessary and sufficient astigmatism, the cylindrical lens 10 may be omitted. As such a light source LS, a laser diode can be used.

光検出部13は、図2に示すように、Y方向に沿って間隔を隔てて配置された測定用4分割センサ31と参照用4分割センサ32とを有する。測定用4分割センサ31は、測定光L1を受光するように位置決めされ、例えば+X方向および+Y方向と45度をなす方向に延びる線状の領域と+X方向および−Y方向と45度をなす方向に延びる線状の領域とにより等分割された4つの受光部31a,31b,31c,31dを有する。   As shown in FIG. 2, the light detection unit 13 includes a measurement quadrant sensor 31 and a reference quadrant sensor 32 that are arranged at intervals along the Y direction. The measurement quadrant sensor 31 is positioned so as to receive the measurement light L1, for example, a linear region extending in a direction forming 45 degrees with the + X direction and the + Y direction, and a direction forming 45 degrees with the + X direction and the −Y direction. And four light receiving portions 31a, 31b, 31c, and 31d that are equally divided by a linear region extending in the direction.

換言すれば、4つの受光部31a,31b,31c,31dは、4分割センサ31の中心点に関して点対称に配置されている。参照用4分割センサ32は、参照光L2を受光するように位置決めされ、測定用4分割センサ31と同様に点対称に配置された4つの受光部32a,32b,32c,32dを有する。光検出部13の出力、すなわち測定用4分割センサ31の出力信号Smおよび参照用4分割センサ32の出力信号Srは、信号処理部14に供給される。   In other words, the four light receiving portions 31 a, 31 b, 31 c, and 31 d are arranged point-symmetrically with respect to the center point of the four-divided sensor 31. The reference quadrant sensor 32 is positioned so as to receive the reference light L2, and has four light receiving portions 32a, 32b, 32c, and 32d that are arranged point-symmetrically like the measurement quadrant sensor 31. The output of the light detection unit 13, that is, the output signal Sm of the measurement quadrant sensor 31 and the output signal Sr of the reference quadrant sensor 32 are supplied to the signal processing unit 14.

先ず、第1実施形態の変位検出装置における動作の理解を容易にするために、非点収差法を用いる通常の構成例(以下、「比較例」という)における動作を説明する。比較例では、図1および図2の構成から、参照光L2に関連する構成要素、すなわち1/4波長板5、参照対物レンズ6、参照基板7、偏光板12、および参照用4分割センサ32の設置が省略されている。また、比較例では、ウォラストンプリズム8の設置が不要である。以下、図1を参照して比較例の動作を理解することができるように、上述の測定光L1に対応する光がガラス基板20の裏面20aで反射され、測定用4分割センサ31に対応する単一の4分割センサ33(図3を参照)に達するものとする。   First, in order to facilitate understanding of the operation of the displacement detection apparatus of the first embodiment, an operation in a normal configuration example using the astigmatism method (hereinafter referred to as “comparative example”) will be described. In the comparative example, the components related to the reference light L2, that is, the quarter wavelength plate 5, the reference objective lens 6, the reference substrate 7, the polarizing plate 12, and the reference four-divided sensor 32 from the configurations of FIGS. The installation of is omitted. Further, in the comparative example, the installation of the Wollaston prism 8 is unnecessary. Hereinafter, with reference to FIG. 1, the light corresponding to the measurement light L <b> 1 is reflected by the back surface 20 a of the glass substrate 20 and corresponds to the measurement quadrant sensor 31 so that the operation of the comparative example can be understood. It is assumed that a single quadrant sensor 33 (see FIG. 3) is reached.

比較例では、光学的な理想状態において、ガラス基板20の裏面20aが所定位置(例えば対物レンズ4の焦点位置)にあるとき、裏面20aからの反射光は、図3に示すように4分割センサ33において4つの受光部33a〜33dの中心点を中心とする円形状の光分布33eを形成する。そして、ガラス基板20の裏面20aが上記所定位置からZ方向に移動すると、収差発生部材としてのシリンドリカルレンズ10の作用により、4分割センサ33に形成される光分布は、裏面20aの移動方向(+Z方向または−Z方向)およびZ方向に沿った移動量に応じて、図3の左側および右側において参照符号33eaおよび33ebで模式的に示すように、4つの受光部33a〜33dの中心点付近を中心とする楕円形状に変化する。   In the comparative example, when the back surface 20a of the glass substrate 20 is in a predetermined position (for example, the focal position of the objective lens 4) in the optical ideal state, the reflected light from the back surface 20a is divided into four sensors as shown in FIG. In 33, a circular light distribution 33e centering on the center point of the four light receiving portions 33a to 33d is formed. When the back surface 20a of the glass substrate 20 moves in the Z direction from the predetermined position, the light distribution formed in the quadrant sensor 33 by the action of the cylindrical lens 10 as an aberration generating member is the moving direction of the back surface 20a (+ Z Direction or -Z direction) and the amount of movement along the Z direction, as shown schematically by reference numerals 33ea and 33eb on the left and right sides of FIG. 3, the vicinity of the center point of the four light receiving portions 33a to 33d It changes to an elliptical shape with the center.

4分割センサ33の出力信号Sは、次の式(1)により表される。式(1)において、Saは受光部33aの受光光量に対応する値であり、Sbは受光部33aに隣接する受光部33bの受光光量に対応する値である。また、Scは受光部33aと対向する受光部33cの受光光量に対応する値であり、Sdは受光部33bと対向する受光部33dの受光光量に対応する値である。なお、第1実施形態における測定用4分割センサ31の出力信号Smおよび参照用4分割センサ32の出力信号Srについても同様である。
S=(Sa+Sc)−(Sb+Sd) (1)
The output signal S of the quadrant sensor 33 is expressed by the following equation (1). In the formula (1), Sa is a value corresponding to the received light amount of the light receiving unit 33a, and Sb is a value corresponding to the received light amount of the light receiving unit 33b adjacent to the light receiving unit 33a. Sc is a value corresponding to the amount of light received by the light receiving unit 33c facing the light receiving unit 33a, and Sd is a value corresponding to the amount of received light of the light receiving unit 33d facing the light receiving unit 33b. The same applies to the output signal Sm of the measurement quadrant sensor 31 and the output signal Sr of the reference quadrant sensor 32 in the first embodiment.
S = (Sa + Sc)-(Sb + Sd) (1)

式(1)により表される4分割センサ33の出力信号Sと、ガラス基板20の裏面20aの面位置の変位Dとの間には、図4に示すような関係が成立する。図4において、横軸は変位Dを、縦軸は4分割センサ33の出力信号Sを表している。出力信号Sと変位Dとの関係を表すS字状の線(Sカーブ)は、その原点(S=D=0の点)を中心とする所定の範囲において高い線形性(リニアリティ)を有する。   A relationship as shown in FIG. 4 is established between the output signal S of the quadrant sensor 33 expressed by the equation (1) and the displacement D of the surface position of the back surface 20a of the glass substrate 20. In FIG. 4, the horizontal axis represents the displacement D, and the vertical axis represents the output signal S of the quadrant sensor 33. The S-shaped line (S curve) representing the relationship between the output signal S and the displacement D has high linearity in a predetermined range centered on the origin (point of S = D = 0).

4分割センサ33の出力信号Sが供給される信号処理部14では、出力信号Sの変化量の符号に基づいてガラス基板20の裏面20aの移動方向(すなわち変位Dの符号)を求め、出力信号Sの変化量の絶対値に基づいてガラス基板20の裏面20aのZ方向に沿った移動量(すなわち変位Dの絶対値)を求める。具体的には、信号処理部14は、例えば4分割センサ33の出力信号Sがゼロである初期状態からの裏面20aの面位置の変位Dの符号および絶対値を、4分割センサ33の出力信号Sの符号および絶対値に基づいて算出する。   In the signal processing unit 14 to which the output signal S of the quadrant sensor 33 is supplied, the moving direction (that is, the sign of the displacement D) of the back surface 20a of the glass substrate 20 is obtained based on the sign of the change amount of the output signal S, and the output signal Based on the absolute value of the amount of change in S, the amount of movement along the Z direction of the back surface 20a of the glass substrate 20 (that is, the absolute value of the displacement D) is obtained. Specifically, the signal processing unit 14 uses, for example, the sign and absolute value of the displacement D of the surface position of the back surface 20a from the initial state where the output signal S of the quadrant sensor 33 is zero as the output signal of the quadrant sensor 33. Calculation is based on the sign and absolute value of S.

比較例では、環境温度の変化に応じて光学素子の内部温度が変動し、特に対物レンズ4の内部温度の変動により検出変位のドリフト(変動)が発生し易い。また、光源LSが供給する光の波長の変動により、検出変位のドリフトが発生し易い。具体的に、通常の設計にしたがう比較例において、対物レンズ4の内部温度が1°Cだけ変化すると、760nm程度の変位ドリフトが発生する。また、対物レンズ4がPMMA(ポリメチルメタアクリレート:アクリル)により形成されていて、その焦点距離が4mmである場合、光の波長が1nmだけ変化すると、160nm程度の変位ドリフトが発生する。   In the comparative example, the internal temperature of the optical element fluctuates according to the change in the environmental temperature, and in particular, the detection displacement drift (fluctuation) easily occurs due to the fluctuation of the internal temperature of the objective lens 4. Moreover, detection displacement drift is likely to occur due to fluctuations in the wavelength of light supplied by the light source LS. Specifically, in the comparative example according to the normal design, when the internal temperature of the objective lens 4 changes by 1 ° C., a displacement drift of about 760 nm occurs. When the objective lens 4 is made of PMMA (polymethylmethacrylate: acryl) and the focal length is 4 mm, a displacement drift of about 160 nm occurs when the wavelength of light changes by 1 nm.

以上のように、第1実施形態では、参照光L2が、測定光L1の通過する測定光路に対応した条件(環境温度、通過する光学素子、光路長など)を有する参照光路を通過する。とりわけ、参照光L2は、測定光L1の通過する測定対物レンズ4に対応した位置に配置され且つ測定対物レンズ4に対応した光学特性を有する参照対物レンズ6を通過する。また、測定光L1と参照光L2とは、共通の光源LSからの光を偏光ビームスプリッター2により分割して得られる光であって、互いに同じ波長を有する。換言すれば、参照光L2の波長の変動は、測定光L1の波長の変動と一致する。   As described above, in the first embodiment, the reference light L2 passes through the reference light path having conditions (environmental temperature, optical elements to pass through, optical path length, etc.) corresponding to the measurement light path through which the measurement light L1 passes. In particular, the reference light L2 passes through the reference objective lens 6 which is disposed at a position corresponding to the measurement objective lens 4 through which the measurement light L1 passes and has optical characteristics corresponding to the measurement objective lens 4. The measurement light L1 and the reference light L2 are light obtained by dividing light from a common light source LS by the polarization beam splitter 2 and have the same wavelength. In other words, the wavelength variation of the reference light L2 matches the wavelength variation of the measurement light L1.

したがって、固定された参照面(参照基板7の裏面7a)で反射された参照光L2は、Z方向に移動する被検面(ガラス基板20の裏面20a)で反射された測定光L1とは異なり、被検面の面位置の変位に関する情報を含まない。しかしながら、参照光L2は、測定光L1と同様に、温度変動の影響や波長変動の影響に関する情報を含んでいる。その結果、被検面で反射された測定光L1が含む測定情報と参照面で反射された参照光L2が含む参照情報とに基づいて、温度変動や波長変動の影響を実質的に受けることなく、被検面の面位置の変位を検出することができる。換言すれば、第1実施形態では、温度変動や波長変動に起因する検出誤差の発生を抑えて、被検面の面位置の変位を高精度に検出することができる。   Therefore, the reference light L2 reflected by the fixed reference surface (back surface 7a of the reference substrate 7) is different from the measurement light L1 reflected by the test surface (back surface 20a of the glass substrate 20) that moves in the Z direction. The information on the displacement of the surface position of the test surface is not included. However, like the measurement light L1, the reference light L2 includes information regarding the influence of temperature fluctuations and the influence of wavelength fluctuations. As a result, based on the measurement information included in the measurement light L1 reflected by the surface to be measured and the reference information included in the reference light L2 reflected by the reference surface, it is not substantially affected by temperature variation or wavelength variation. The displacement of the surface position of the test surface can be detected. In other words, in the first embodiment, it is possible to detect the displacement of the surface position of the surface to be detected with high accuracy while suppressing the occurrence of detection errors due to temperature fluctuations and wavelength fluctuations.

すなわち、信号処理部14では、測定用4分割センサ31の出力信号Smから参照用4分割センサ32の出力信号Srを差し引いて得られる差分(Sm−Sr)に基づいて、ガラス基板20の裏面20aの面位置の変位Dを算出する。具体的に、信号処理部14では、裏面20aの面位置の変位Dを、次の式(2)により求める。式(2)において、Kmは、測定用4分割センサ31のSカーブの原点を中心とする所定範囲におけるSカーブの傾き(リニアリティ)であって、面位置の変化に対する信号Smの変化率である。変化率Kmは、例えば計測により予め求められる。
D=(Sm−Sr)×Km (2)
That is, in the signal processing unit 14, based on the difference (Sm−Sr) obtained by subtracting the output signal Sr of the reference quadrant sensor 32 from the output signal Sm of the measurement quadrant sensor 31, the back surface 20 a of the glass substrate 20. The displacement D of the surface position is calculated. Specifically, the signal processing unit 14 obtains the displacement D of the surface position of the back surface 20a by the following equation (2). In Equation (2), Km is the slope (linearity) of the S curve in a predetermined range centered on the origin of the S curve of the measurement quadrant sensor 31, and is the rate of change of the signal Sm with respect to the change of the surface position. . The change rate Km is obtained in advance by measurement, for example.
D = (Sm−Sr) × Km (2)

測定用4分割センサ31の出力信号Smおよび参照用4分割センサ32の出力信号Srは、次の式(3)および(4)によりそれぞれ表される。式(3)において、Smaは受光部31a、Smbは受光部31b、Smcは受光部31c、Smdは受光部31dの受光光量に対応する値である。式(4)において、Sraは受光部32a、Srbは受光部32b、Srcは受光部32c、Srdは受光部32dの受光光量に対応する値である。
Sm=(Sma+Smc)−(Smb+Smd) (3)
Sr=(Sra+Src)−(Srb+Srd) (4)
The output signal Sm of the measurement quadrant sensor 31 and the output signal Sr of the reference quadrant sensor 32 are expressed by the following equations (3) and (4), respectively. In Equation (3), Sma is a light receiving portion 31a, Smb is a light receiving portion 31b, Smc is a light receiving portion 31c, and Smd is a value corresponding to the amount of light received by the light receiving portion 31d. In Equation (4), Sra is a light receiving unit 32a, Srb is a light receiving unit 32b, Src is a light receiving unit 32c, and Srd is a value corresponding to the amount of light received by the light receiving unit 32d.
Sm = (Sma + Smc) − (Smb + Smd) (3)
Sr = (Sra + Src) − (Srb + Srd) (4)

なお、上述の第1実施形態において、参照対物レンズ6の位置および光学特性は、必ずしも測定対物レンズ4の位置および光学特性に対応している必要はない。また、参照基板7の位置および光学特性は、必ずしもガラス基板20の位置および光学特性に対応している必要はない。しかしながら、参照光路と測定光路との間の条件をできるだけ一致させて高精度な検出を図るには、参照対物レンズ6と測定対物レンズ4との間および参照基板7とガラス基板20との間で、その位置および光学特性がそれぞれ対応していることが望ましい。   In the first embodiment described above, the position and optical characteristics of the reference objective lens 6 do not necessarily correspond to the position and optical characteristics of the measurement objective lens 4. Further, the position and optical characteristics of the reference substrate 7 do not necessarily correspond to the position and optical characteristics of the glass substrate 20. However, in order to achieve highly accurate detection by matching the conditions between the reference optical path and the measurement optical path as much as possible, between the reference objective lens 6 and the measurement objective lens 4 and between the reference substrate 7 and the glass substrate 20. It is desirable that the position and the optical characteristics correspond to each other.

また、上述の第1実施形態では、偏光ビームスプリッター2を経た測定光L1および参照光L2に非点収差を発生させる収差発生部材としてのシリンドリカルレンズ10と、測定光L1を光電変換する測定光電変換部としての4分割センサ31と、参照光L2を光電変換する参照光電変換部としての4分割センサ32とを用いて、非点収差法により被検面である裏面20aの面位置の変位を検出している。しかしながら、非点収差法に限定されることなく、例えばナイフエッジ法や臨界角法などの手法を用いて被検面の面位置の変位を検出する変位検出装置に対して本発明を適用することができる。   In the first embodiment described above, the cylindrical lens 10 as an aberration generating member that generates astigmatism in the measurement light L1 and the reference light L2 that have passed through the polarization beam splitter 2, and measurement photoelectric conversion that photoelectrically converts the measurement light L1. Using the astigmatism method, the displacement of the surface position of the back surface 20a is detected by using the four-divided sensor 31 as a unit and the four-divided sensor 32 as a reference photoelectric conversion unit that photoelectrically converts the reference light L2. is doing. However, the present invention is not limited to the astigmatism method, and the present invention is applied to a displacement detection device that detects the displacement of the surface position of the surface to be measured using, for example, a knife edge method or a critical angle method. Can do.

以下、図5および図6を参照して、ナイフエッジ法によりガラス基板の裏面の面位置の変位を検出する変位検出装置の構成例を説明する。図5の変形例は図1の第1実施形態と類似の構成を有するが、シリンドリカルレンズ10に代えて遮光部材15を用いるとともに、2つの4分割センサ31および32に代えて2つの2分割センサ41および42を用いている点が第1実施形態と相違している。図5では、図1に示す構成要素と同様の機能を有する要素に、図1と同じ参照符号を付している。以下、第1実施形態との相違点に着目して、図5の変形例の構成および作用を説明する。   Hereinafter, with reference to FIG. 5 and FIG. 6, a configuration example of a displacement detection device that detects the displacement of the surface position of the back surface of the glass substrate by the knife edge method will be described. The modified example of FIG. 5 has a configuration similar to that of the first embodiment of FIG. 1, but uses a light shielding member 15 instead of the cylindrical lens 10 and two two-divided sensors instead of the two four-divided sensors 31 and 32. The point which uses 41 and 42 is different from 1st Embodiment. 5, elements having the same functions as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. Hereinafter, the configuration and operation of the modified example of FIG. 5 will be described with a focus on differences from the first embodiment.

図5の変形例では、集光レンズ9を介した測定光L1および参照光L2が、遮光部材15に入射する。遮光部材15は、装置の光軸AXと直交してY方向に延びるエッジ15aを有し、測定光L1および参照光L2のうち光軸AXから+X方向にある部分を遮る機能を有する。換言すれば、遮光部材15のエッジ15aは、ウォラストンプリズム8が測定光L1および参照光L2を偏向させる面(YZ平面)と平行に延びている。光検出部13’は、図6に示すように、Y方向に沿って間隔を隔てて配置された2つの2分割センサ41および42を有する。   In the modification of FIG. 5, the measurement light L <b> 1 and the reference light L <b> 2 that have passed through the condenser lens 9 are incident on the light shielding member 15. The light shielding member 15 has an edge 15a extending in the Y direction orthogonal to the optical axis AX of the apparatus, and has a function of shielding a portion in the + X direction from the optical axis AX of the measurement light L1 and the reference light L2. In other words, the edge 15a of the light shielding member 15 extends in parallel with a surface (YZ plane) on which the Wollaston prism 8 deflects the measurement light L1 and the reference light L2. As shown in FIG. 6, the light detection unit 13 ′ includes two two-divided sensors 41 and 42 that are arranged at intervals along the Y direction.

図6中左側の測定用2分割センサ41は、測定光L1を受光するように位置決めされ、Y方向に延びる線状の領域により等分割された2つの受光部41aおよび41bを有する。換言すれば、2つの受光部41aと41bとは、2分割センサ41の中心点を通ってY方向に延びる線分に関して対称に配置されている。図6中右側の参照用2分割センサ42は、参照光L2を受光するように位置決めされ、測定用2分割センサ41と同様に対称に配置された2つの受光部42aおよび42bを有する。   6 includes two light receiving portions 41a and 41b that are positioned so as to receive the measurement light L1 and are equally divided by a linear region that extends in the Y direction. In other words, the two light receiving portions 41 a and 41 b are arranged symmetrically with respect to a line segment extending in the Y direction through the center point of the two-divided sensor 41. 6 includes two light receiving portions 42a and 42b which are positioned so as to receive the reference light L2 and are arranged symmetrically like the measurement two-divided sensor 41.

測定用2分割センサ41の出力信号Smおよび参照用2分割センサ42の出力信号Srは、次の式(5)および(6)により表される。式(5)において、Smaは受光部41aの受光光量、Smbは受光部41bの受光光量に対応する値である。式(6)において、Sraは受光部42aの受光光量、Srbは受光部42bの受光光量に対応する値である。
Sm=Sma−Smb (5)
Sr=Sra−Srb (6)
The output signal Sm of the measurement two-divided sensor 41 and the output signal Sr of the reference two-divided sensor 42 are expressed by the following equations (5) and (6). In Expression (5), Sma is a value corresponding to the amount of light received by the light receiving unit 41a, and Smb is a value corresponding to the amount of light received by the light receiving unit 41b. In Expression (6), Sra is a value corresponding to the amount of light received by the light receiving unit 42a, and Srb is a value corresponding to the amount of light received by the light receiving unit 42b.
Sm = Sma−Smb (5)
Sr = Sra-Srb (6)

図5の変形例では、ガラス基板20の裏面20aの面位置の変位Dの発生に応じて、測定光L1が2分割センサ41に形成する光分布41cと参照光L2が2分割センサ42に形成する光分布42cとが異なることになる。こうして、図5の変形例においても、第1実施形態の場合と同様に、上述の式(2)を用いて、温度変動や波長変動に起因する検出誤差の発生を抑えつつ、ガラス基板20の裏面20aの面位置の変位Dを高精度に検出することができる。   In the modification of FIG. 5, the light distribution 41c formed by the measurement light L1 on the two-divided sensor 41 and the reference light L2 are formed on the two-divided sensor 42 in response to the occurrence of the displacement D of the surface position of the back surface 20a of the glass substrate 20. The light distribution 42c is different. Thus, in the modified example of FIG. 5 as well, in the same manner as in the first embodiment, the above-described equation (2) is used to suppress the occurrence of detection errors due to temperature fluctuations and wavelength fluctuations, and The displacement D of the surface position of the back surface 20a can be detected with high accuracy.

また、上述の第1実施形態では、ウォラストンプリズム8を用いて測定光L1および参照光L2を偏光状態に応じた向きに偏向することにより、測定光L1を測定用4分割センサ31へ導き、参照光L2を測定用4分割センサ31とは別の参照用4分割センサ32へ導いている。しかしながら、これに限定されることなく、図7の変形例に示すように、参照基板7に代えてコーナーキューブ16を用いることにより、ウォラストンプリズム8の光路分離作用を果たすことができる。   In the first embodiment, the Wollaston prism 8 is used to deflect the measurement light L1 and the reference light L2 in a direction corresponding to the polarization state, thereby leading the measurement light L1 to the measurement quadrant sensor 31. The reference light L2 is guided to a reference quadrant sensor 32 different from the measurement quadrant sensor 31. However, the present invention is not limited to this, and as shown in the modified example of FIG. 7, the optical path separation action of the Wollaston prism 8 can be achieved by using the corner cube 16 instead of the reference substrate 7.

図7の変形例では、偏光ビームスプリッター2、1/4波長板5および参照対物レンズ6を経た参照光L2が、コーナーキューブ16に入射する。コーナーキューブ16の内部を伝播して複数の反射面で順次反射された参照光L2は、コーナーキューブ16への入射光路とは異なる光路に沿ってコーナーキューブ16から射出された後、参照対物レンズ6に入射する。こうして、コーナーキューブ16の作用により、ウォラストンプリズム8を用いなくても、偏光ビームスプリッター2から測定用4分割センサ31へ向かう測定光L1の光路と、偏光ビームスプリッター2から参照用4分割センサ32へ向かう参照光L2の光路とが分離される。   In the modification of FIG. 7, the reference light L <b> 2 that has passed through the polarizing beam splitter 2, the quarter wavelength plate 5, and the reference objective lens 6 is incident on the corner cube 16. The reference light L2 propagating through the corner cube 16 and sequentially reflected by the plurality of reflecting surfaces is emitted from the corner cube 16 along an optical path different from the incident optical path to the corner cube 16 and then the reference objective lens 6. Is incident on. Thus, due to the action of the corner cube 16, the optical path of the measurement light L1 from the polarization beam splitter 2 to the measurement quadrant sensor 31 and the reference quadrant sensor 32 from the polarization beam splitter 2 can be obtained without using the Wollaston prism 8. The optical path of the reference light L2 heading toward is separated.

なお、図7の変形例では、コーナーキューブ16に代えて、参照光L2を複数の反射面で順次反射して入射光路とは異なる光路に沿って射出する機能を有する他の光学部材、たとえば三角プリズムなどを用いることができる。また、図示を省略したが、図5の変形例において、参照基板7に代えてコーナーキューブ16を用いることもできる。換言すれば、図7の変形例の基本構成において、例えばナイフエッジ法や臨界角法などの手法を用いることもできる。   In the modification of FIG. 7, instead of the corner cube 16, another optical member having a function of sequentially reflecting the reference light L <b> 2 by a plurality of reflecting surfaces and emitting it along an optical path different from the incident optical path, for example, a triangle A prism or the like can be used. Although not shown, the corner cube 16 may be used in place of the reference substrate 7 in the modification of FIG. In other words, in the basic configuration of the modified example of FIG. 7, for example, a technique such as a knife edge method or a critical angle method can be used.

図8は、本発明の第2実施形態にかかる変位検出装置の構成を概略的に示す図である。第2実施形態は第1実施形態と類似の構成を有するが、参照光路の構成が第1実施形態と相違している。また、第2実施形態では、第1実施形態とは異なり、ウォラストンプリズム8を用いていない。図8では、図1に示す構成要素と同様の機能を有する要素に、図1と同じ参照符号を付している。以下、第1実施形態との相違点に着目して、第2実施形態の構成および作用を説明する。   FIG. 8 is a diagram schematically showing a configuration of a displacement detection apparatus according to the second embodiment of the present invention. The second embodiment has a configuration similar to that of the first embodiment, but the configuration of the reference optical path is different from that of the first embodiment. In the second embodiment, unlike the first embodiment, the Wollaston prism 8 is not used. 8, elements having the same functions as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. Hereinafter, the configuration and operation of the second embodiment will be described with a focus on differences from the first embodiment.

第2実施形態では、ガラス基板20の裏面20aで反射された測定光L1が、測定対物レンズ4、1/4波長板3、偏光ビームスプリッター2、集光レンズ9、シリンドリカルレンズ10a、および偏光板11を介して、光検出部13aの測定用4分割センサ31に達する。一方、偏光ビームスプリッター2を透過した参照光L2は、1/4波長板5、参照対物レンズ6、およびシリンドリカルレンズ10bを介して、光検出部13bの参照用4分割センサ32に達する。   In the second embodiment, the measurement light L1 reflected by the back surface 20a of the glass substrate 20 is measured by the measurement objective lens 4, the quarter wavelength plate 3, the polarization beam splitter 2, the condensing lens 9, the cylindrical lens 10a, and the polarizing plate. 11 and reaches the measurement quadrant sensor 31 of the light detection unit 13a. On the other hand, the reference light L2 that has passed through the polarization beam splitter 2 reaches the reference quadrant sensor 32 of the light detection unit 13b via the quarter-wave plate 5, the reference objective lens 6, and the cylindrical lens 10b.

シリンドリカルレンズ10aおよび10bは、第1実施形態におけるシリンドリカルレンズ10と同様に、XZ平面において正の屈折力を有し、且つYZ平面において無屈折力である。ただし、シリンドリカルレンズ10aは測定光L1だけに非点収差を発生させ、シリンドリカルレンズ10bは参照光L2だけに非点収差を発生させる。また、光検出部13bの参照用4分割センサ32の受光面は、反射光が測定光路に入り込んでノイズ光になるのを回避するために、XZ平面に対して傾けて配置されている。   The cylindrical lenses 10a and 10b have a positive refractive power in the XZ plane and no refractive power in the YZ plane, like the cylindrical lens 10 in the first embodiment. However, the cylindrical lens 10a generates astigmatism only in the measurement light L1, and the cylindrical lens 10b generates astigmatism only in the reference light L2. In addition, the light receiving surface of the reference quadrant sensor 32 of the light detection unit 13b is disposed to be inclined with respect to the XZ plane in order to prevent the reflected light from entering the measurement optical path and becoming noise light.

第2実施形態では、第1実施形態とは異なり、参照光L2の通過する参照光路と測定光L1の通過する測定光路との間に共通する光路部分がない。その結果、参照光L2と測定光L1とは、環境温度に関する条件がほぼ同じであるが、通過する光学素子、光路長などに関して条件が異なる。しかしながら、第2実施形態においても第1実施形態と同様に、参照光L2は、測定光L1の通過する測定対物レンズ4に対応した位置に配置され且つ測定対物レンズ4に対応した光学特性を有する参照対物レンズ6を通過する。また、測定光L1と参照光L2とは、共通の光源LSからの光を偏光ビームスプリッター2により分割して得られる光であって互いに同じ波長を有し、参照光L2の波長の変動は測定光L1の波長の変動と一致する。   In the second embodiment, unlike the first embodiment, there is no common optical path portion between the reference optical path through which the reference light L2 passes and the measurement optical path through which the measurement light L1 passes. As a result, the reference light L2 and the measurement light L1 have substantially the same conditions regarding the environmental temperature, but have different conditions regarding the optical element that passes therethrough, the optical path length, and the like. However, also in the second embodiment, as in the first embodiment, the reference light L2 is arranged at a position corresponding to the measurement objective lens 4 through which the measurement light L1 passes and has optical characteristics corresponding to the measurement objective lens 4. Pass through the reference objective 6. Further, the measurement light L1 and the reference light L2 are light obtained by dividing the light from the common light source LS by the polarization beam splitter 2 and have the same wavelength, and fluctuations in the wavelength of the reference light L2 are measured. This coincides with the fluctuation of the wavelength of the light L1.

したがって、参照光L2は、測定光L1とは異なり、被検面の面位置の変位に関する情報を含まないが、測定光L1と同様に、温度変動の影響や波長変動の影響に関する情報を含んでいる。その結果、第2実施形態においても第1実施形態と同様に、測定光L1が含む測定情報と参照光L2が含む参照情報とに基づいて、温度変動や波長変動の影響を実質的に受けることなく、被検面としてのガラス基板20の裏面20aの面位置の変位を検出することができる。   Therefore, unlike the measurement light L1, the reference light L2 does not include information on the displacement of the surface position of the test surface, but, like the measurement light L1, includes information on the effects of temperature fluctuations and wavelength fluctuations. Yes. As a result, similarly to the first embodiment, the second embodiment is substantially affected by temperature fluctuations and wavelength fluctuations based on the measurement information included in the measurement light L1 and the reference information included in the reference light L2. Instead, the displacement of the surface position of the back surface 20a of the glass substrate 20 as the test surface can be detected.

具体的に、第2実施形態では、信号処理部14において、ガラス基板20の裏面20aの面位置の変位Dを、次の式(7)により求める。式(7)において、変化率Krは、参照用4分割センサ32のSカーブの原点を中心とする所定範囲におけるSカーブの傾き(測定用4分割センサ31のSカーブの傾きとは異なる)であり、例えば計測により予め求められた変化率Kmと設計データとにより算出される。
D=Sm×Km−Sr×Kr (7)
Specifically, in the second embodiment, the signal processing unit 14 obtains the displacement D of the surface position of the back surface 20a of the glass substrate 20 by the following equation (7). In equation (7), the rate of change Kr is the slope of the S curve in a predetermined range centered on the origin of the S curve of the reference quadrant sensor 32 (different from the slope of the S curve of the measurement quadrant sensor 31). Yes, for example, it is calculated from the change rate Km obtained in advance by measurement and the design data.
D = Sm × Km−Sr × Kr (7)

なお、上述の第2実施形態では、偏光ビームスプリッター2を経た測定光L1に非点収差を発生させる第1収差発生部材としてのシリンドリカルレンズ10aと、偏光ビームスプリッター2を経た参照光L2に非点収差を発生させる第2収差発生部材としてのシリンドリカルレンズ10bと、測定光L1を光電変換する測定光電変換部としての4分割センサ31と、参照光L2を光電変換する参照光電変換部としての4分割センサ32とを用いて、非点収差法により被検面である裏面20aの面位置の変位を検出している。しかしながら、非点収差法に限定されることなく、第2実施形態の基本構成に対して、例えばナイフエッジ法や臨界角法などの手法を適用することもできる。   In the second embodiment described above, the cylindrical lens 10a as a first aberration generating member that generates astigmatism in the measurement light L1 that has passed through the polarization beam splitter 2, and the reference light L2 that has passed through the polarization beam splitter 2 are astigmatism. A cylindrical lens 10b as a second aberration generating member that generates aberration, a four-divided sensor 31 as a measurement photoelectric conversion unit that photoelectrically converts the measurement light L1, and a four-division as a reference photoelectric conversion unit that photoelectrically converts the reference light L2. Using the sensor 32, the displacement of the surface position of the back surface 20a, which is the test surface, is detected by the astigmatism method. However, without being limited to the astigmatism method, for example, a knife edge method or a critical angle method can be applied to the basic configuration of the second embodiment.

なお、上述の実施形態および変形例では、光源LSからの光を2つの光に分割し、反射光を測定光L1として測定光路に沿って導き且つ透過光を参照光L2として参照光路に沿って導く光分割部材として、偏光分離面2aを有する偏光ビームスプリッター2を用いている。しかしながら、これに限定されることなく、この種の光分割部材については様々な形態が可能である。例えば、この種の光分割部材として、偏光分離面を有しない通常のビームスプリッターを用いることができる。   In the embodiment and the modification described above, the light from the light source LS is divided into two lights, the reflected light is guided along the measurement optical path as the measurement light L1, and the transmitted light is guided along the reference optical path as the reference light L2. A polarization beam splitter 2 having a polarization separation surface 2a is used as a light splitting member for guiding. However, the present invention is not limited to this, and various forms are possible for this type of light splitting member. For example, a normal beam splitter having no polarization separation surface can be used as this type of light splitting member.

一般的には、偏光型または通常型のビームスプリッターにより、反射光または透過光を測定光として測定光路に沿って導き且つ透過光または反射光を参照光として参照光路に沿って導くことができる。ただし、通常のビームスプリッターを用いる場合には、面位置の変位の検出に寄与しない光が発生し、ひいては光量損失が発生する。また、上述の実施形態および変形例では、必要に応じて、参照用4分割センサ32を用いて光源の光量変化をモニターし、その安定化を図ることができる。   In general, a polarization beam or a normal beam splitter can guide reflected light or transmitted light along the measurement optical path as measurement light and guide transmitted light or reflected light along the reference optical path as reference light. However, when a normal beam splitter is used, light that does not contribute to the detection of the displacement of the surface position is generated, and as a result, a light amount loss occurs. Further, in the above-described embodiment and modification, the light quantity change of the light source can be monitored and stabilized by using the reference quadrant sensor 32 as necessary.

また、上述の実施形態および変形例では、装置を固定した状態において、被検面であるガラス基板20の裏面20aの面位置の変位を検出している。しかしながら、これに限定されることなく、例えば検出変位Dが常に一定値(例えばゼロ)になるように測定対物レンズ4または装置全体をZ方向に移動させ、測定対物レンズ4または装置全体のZ方向移動量に基づいて被検面の面位置の変位を検出することもできる。   Moreover, in the above-mentioned embodiment and modification, in the state which fixed the apparatus, the displacement of the surface position of the back surface 20a of the glass substrate 20 which is a test surface is detected. However, the present invention is not limited to this. For example, the measurement objective lens 4 or the entire apparatus is moved in the Z direction so that the detected displacement D is always a constant value (for example, zero), and the measurement objective lens 4 or the entire apparatus is moved in the Z direction. The displacement of the surface position of the test surface can also be detected based on the amount of movement.

また、上述の実施形態および変形例では、ガラス基板20の裏面20aの面位置の変位を検出する変位検出装置を例にとって本発明を説明したが、これに限定されることなく、ガラス基板の裏面以外の被検面の変位の検出に対しても同様に本発明を適用することができる。換言すれば、上述の実施形態または変形例にかかる変位検出装置の適用例については、様々な形態が可能である。   In the above-described embodiment and modification, the present invention has been described by taking the displacement detection device that detects the displacement of the surface position of the back surface 20a of the glass substrate 20 as an example. However, the present invention is not limited to this, and the back surface of the glass substrate. The present invention can be similarly applied to the detection of the displacement of the test surface other than the above. In other words, various forms are possible for the application example of the displacement detection apparatus according to the above-described embodiment or modification.

以下、図9を参照して、露光装置における基板ステージの面位置の変位の検出に、上述の実施形態または変形例にかかる変位検出装置を適用した構成例を説明する。図9の露光装置は、たとえば露光光源であるArFエキシマレーザ光源を含み、オプティカル・インテグレータ(ホモジナイザー)、視野絞り、コンデンサレンズ等から構成される照明系61を備えている。照明系61は、光源から射出された露光光により、転写すべきパターンが形成されたマスク(レチクル)Mを照明する。   Hereinafter, a configuration example in which the displacement detection device according to the above-described embodiment or modification is applied to the detection of the displacement of the surface position of the substrate stage in the exposure apparatus will be described with reference to FIG. The exposure apparatus of FIG. 9 includes an ArF excimer laser light source that is an exposure light source, for example, and includes an illumination system 61 that includes an optical integrator (homogenizer), a field stop, a condenser lens, and the like. The illumination system 61 illuminates a mask (reticle) M on which a pattern to be transferred is formed by exposure light emitted from a light source.

照明系61は、例えばマスクMの矩形状のパターン領域全体、あるいはパターン領域全体のうちX方向に沿って細長いスリット状の領域(例えば矩形状の領域)を照明する。マスクMのパターンからの光は、所定の縮小倍率を有する投影光学系PLを介して、フォトレジストが塗布されたウェハ(感光性基板)Wの単位露光領域にマスクMのパターン像を形成する。すなわち、マスクM上での照明領域に光学的に対応するように、ウェハWの単位露光領域において、マスクMのパターン領域全体と相似な矩形状の領域、あるいはX方向に細長い矩形状の領域(静止露光領域)にマスクパターン像が形成される。   The illumination system 61 illuminates, for example, the entire rectangular pattern region of the mask M, or an elongated slit-shaped region (for example, a rectangular region) along the X direction in the entire pattern region. The light from the pattern of the mask M forms a pattern image of the mask M on a unit exposure region of a wafer (photosensitive substrate) W coated with a photoresist via a projection optical system PL having a predetermined reduction magnification. That is, in the unit exposure area of the wafer W, a rectangular area similar to the entire pattern area of the mask M or a rectangular area elongated in the X direction (optically corresponding to the illumination area on the mask M) A mask pattern image is formed in the (static exposure region).

マスクMは、マスクステージMS上においてXY平面と平行に保持されている。マスクステージMSには、X方向、Y方向およびZ軸廻りの回転方向にマスクMを微動させる機構が組み込まれている。マスクステージMSには図示を省略した移動鏡が設けられ、この移動鏡を用いるマスクレーザ干渉計(不図示)が、マスクステージMS(ひいてはマスクM)のX方向、Y方向および回転方向の位置をリアルタイムに計測する。   The mask M is held parallel to the XY plane on the mask stage MS. The mask stage MS incorporates a mechanism for finely moving the mask M in the rotation directions around the X direction, the Y direction, and the Z axis. The mask stage MS is provided with a movable mirror (not shown), and a mask laser interferometer (not shown) using this movable mirror determines the position of the mask stage MS (and thus the mask M) in the X direction, Y direction and rotational direction. Measure in real time.

ウェハWは、Zステージ62上においてXY平面と平行に保持されている。Zステージ62は、投影光学系PLの像面と平行なXY平面に沿って移動するXYステージ63上に取り付けられ、ウェハWのフォーカス位置(Z方向の位置)および傾斜角(XY平面に対するウェハWの表面の傾き)を調整する。Zステージ62には移動鏡(不図示)が設けられ、この移動鏡を用いるウェハレーザ干渉計(不図示)が、Zステージ62のX方向、Y方向およびZ軸廻りの回転方向の位置をリアルタイムに計測する。XYステージ63は、ベース64上に載置され、ウェハWのX方向、Y方向および回転方向の位置を調整する。   The wafer W is held on the Z stage 62 in parallel with the XY plane. The Z stage 62 is mounted on an XY stage 63 that moves along an XY plane parallel to the image plane of the projection optical system PL, and a focus position (position in the Z direction) and an inclination angle (wafer W with respect to the XY plane) of the wafer W. The tilt of the surface). The Z stage 62 is provided with a movable mirror (not shown), and a wafer laser interferometer (not shown) using this movable mirror is able to determine the position of the Z stage 62 in the X direction, the Y direction, and the rotational direction around the Z axis in real time. measure. The XY stage 63 is placed on the base 64 and adjusts the position of the wafer W in the X direction, the Y direction, and the rotation direction.

マスクレーザ干渉計の出力およびウェハレーザ干渉計の出力は、主制御系(不図示)に供給される。主制御系は、マスクレーザ干渉計の計測結果に基づいて、マスクMのX方向、Y方向および回転方向の位置の制御を行う。即ち、主制御系は、マスクステージMSに組み込まれている機構に制御信号を送信し、この機構が制御信号に基づいてマスクステージMSを微動させることにより、マスクMのX方向、Y方向および回転方向の位置の調整を行う。   The output of the mask laser interferometer and the output of the wafer laser interferometer are supplied to a main control system (not shown). The main control system controls the position of the mask M in the X direction, the Y direction, and the rotation direction based on the measurement result of the mask laser interferometer. That is, the main control system transmits a control signal to a mechanism incorporated in the mask stage MS, and this mechanism finely moves the mask stage MS based on the control signal, thereby rotating the mask M in the X direction, Y direction, and rotation. Adjust the direction position.

また、主制御系は、オートフォーカス方式及びオートレベリング方式により、ウェハWの表面を投影光学系PLの像面に合わせ込む(像面と一致させる)ために、ウェハWのフォーカス位置および傾斜角の制御を行う。即ち、主制御系は、ウェハステージ駆動系(不図示)に制御信号を送信し、ウェハステージ駆動系が制御信号に基づいてZステージ62を駆動することにより、ウェハWのフォーカス位置および傾斜角の調整を行う。   Further, the main control system adjusts the focus position and the tilt angle of the wafer W in order to align the surface of the wafer W with the image plane of the projection optical system PL by the autofocus method and the autoleveling method. Take control. That is, the main control system transmits a control signal to a wafer stage drive system (not shown), and the wafer stage drive system drives the Z stage 62 based on the control signal, so that the focus position and tilt angle of the wafer W are controlled. Make adjustments.

また、主制御系は、ウェハレーザ干渉計の計測結果に基づいて、ウェハWのX方向、Y方向および回転方向の位置の制御を行う。即ち、主制御系は、ウェハステージ駆動系に制御信号を送信し、ウェハステージ駆動系が制御信号に基づいてXYステージ63を駆動することにより、ウェハWのX方向、Y方向および回転方向の位置の調整を行う。   The main control system controls the position of the wafer W in the X direction, the Y direction, and the rotation direction based on the measurement result of the wafer laser interferometer. That is, the main control system transmits a control signal to the wafer stage drive system, and the wafer stage drive system drives the XY stage 63 based on the control signal, whereby the position of the wafer W in the X direction, the Y direction, and the rotation direction is determined. Make adjustments.

ステップ・アンド・リピート方式では、ウェハW上に縦横に設定された複数の単位露光領域のうちの1つの単位露光領域に、マスクMのパターン像を一括的に露光する。その後、主制御系は、ウェハステージ駆動系に制御信号を送信し、ウェハステージ駆動系によりXYステージ63をXY平面に沿ってステップ移動させることにより、ウェハWの別の単位露光領域を投影光学系PLに対して位置決めする。こうして、マスクMのパターン像をウェハWの単位露光領域に一括露光する動作を繰り返す。   In the step-and-repeat method, the pattern image of the mask M is collectively exposed to one unit exposure area among a plurality of unit exposure areas set vertically and horizontally on the wafer W. Thereafter, the main control system transmits a control signal to the wafer stage drive system, and moves the XY stage 63 stepwise along the XY plane by the wafer stage drive system, thereby projecting another unit exposure region of the wafer W to the projection optical system. Position with respect to PL. Thus, the operation of collectively exposing the pattern image of the mask M to the unit exposure area of the wafer W is repeated.

ステップ・アンド・スキャン方式では、主制御系は、マスクステージMSに組み込まれた機構に制御信号を送信すると共に、ウェハステージ駆動系に制御信号を送信し、投影光学系PLの投影倍率に応じた速度比でマスクステージMSおよびXYステージ63を移動させつつ、マスクMのパターン像をウェハWの1つの単位露光領域に走査露光する。その後、主制御系は、ウェハステージ駆動系に制御信号を送信し、ウェハステージ駆動系によりXYステージ63をXY平面に沿ってステップ移動させることにより、ウェハWの別の単位露光領域を投影光学系PLに対して位置決めする。こうして、マスクMのパターン像をウェハWの単位露光領域に走査露光する動作を繰り返す。   In the step-and-scan method, the main control system transmits a control signal to a mechanism incorporated in the mask stage MS, and also transmits a control signal to the wafer stage drive system, in accordance with the projection magnification of the projection optical system PL. While the mask stage MS and the XY stage 63 are moved at the speed ratio, the pattern image of the mask M is scanned and exposed to one unit exposure region of the wafer W. Thereafter, the main control system transmits a control signal to the wafer stage drive system, and moves the XY stage 63 stepwise along the XY plane by the wafer stage drive system, thereby projecting another unit exposure region of the wafer W to the projection optical system. Position with respect to PL. Thus, the operation of scanning and exposing the pattern image of the mask M to the unit exposure area of the wafer W is repeated.

すなわち、ステップ・アンド・スキャン方式では、ウェハステージ駆動系およびウェハレーザ干渉計などを用いてマスクMおよびウェハWの位置制御を行いながら、矩形状(一般にはスリット状)の静止露光領域の短辺方向であるY方向に沿って、マスクステージMSとXYステージ63とを、ひいてはマスクMとウェハWとを同期的に移動(走査)させることにより、ウェハW上には静止露光領域の長辺に等しい幅を有し且つウェハWの走査量(移動量)に応じた長さを有する領域に対してマスクパターンが走査露光される。   That is, in the step-and-scan method, the position of the mask M and the wafer W is controlled using a wafer stage drive system and a wafer laser interferometer, etc., and the short side direction of a rectangular (generally slit-shaped) still exposure region By moving (scanning) the mask stage MS and the XY stage 63 synchronously along the Y direction, the mask M and the wafer W are equal to the long side of the static exposure region on the wafer W. The mask pattern is scanned and exposed to an area having a width and a length corresponding to the scanning amount (movement amount) of the wafer W.

本実施形態の露光装置は、ウェハ(感光性基板)Wを支持するZステージ(基板ステージ)62の面位置の変位を検出するための1つまたは複数の変位検出装置60を備えている。変位検出装置60は、例えば図1または図8の実施形態あるいは図5または図7の変形例にかかる装置と同様の構成を有する。変位検出装置60は、例えば国際公開第2007/097466号パンフレットに記載されたZセンサ72a〜72dとして使用され、基板ステージ上に設けられた光学式エンコーダ用のガラス基板の裏面の面位置すなわち基板ステージの表面の面位置の変位を検出する。   The exposure apparatus of the present embodiment includes one or a plurality of displacement detection devices 60 for detecting the displacement of the surface position of the Z stage (substrate stage) 62 that supports the wafer (photosensitive substrate) W. The displacement detection device 60 has the same configuration as the device according to the embodiment of FIG. 1 or FIG. 8 or the modification of FIG. 5 or FIG. The displacement detection device 60 is used as, for example, the Z sensors 72a to 72d described in the pamphlet of International Publication No. 2007/097466. The displacement of the surface position of the surface is detected.

次に、図9の実施形態にかかる露光装置を用いたデバイス製造方法について説明する。図10は、半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図10に示すように、半導体デバイスの製造工程では、半導体デバイスの基板となるウェハWに金属膜を蒸着し(ステップS40)、この蒸着した金属膜上に感光性材料であるフォトレジストを塗布する(ステップS42)。つづいて、上述の実施形態の露光装置を用い、マスク(レチクル)Mに形成されたパターンをウェハW上の各ショット領域に転写し(ステップS44:露光工程)、この転写が終了したウェハWの現像、つまりパターンが転写されたフォトレジストの現像を行う(ステップS46:現像工程)。その後、ステップS46によってウェハWの表面に生成されたレジストパターンをマスクとし、ウェハWの表面に対してエッチング等の加工を行う(ステップS48:加工工程)。   Next, a device manufacturing method using the exposure apparatus according to the embodiment of FIG. 9 will be described. FIG. 10 is a flowchart showing a manufacturing process of a semiconductor device. As shown in FIG. 10, in the semiconductor device manufacturing process, a metal film is vapor-deposited on a wafer W to be a substrate of the semiconductor device (step S40), and a photoresist, which is a photosensitive material, is applied on the vapor-deposited metal film. (Step S42). Subsequently, using the exposure apparatus of the above-described embodiment, the pattern formed on the mask (reticle) M is transferred to each shot area on the wafer W (step S44: exposure process), and the transfer of the wafer W after the transfer is completed. Development, that is, development of the photoresist to which the pattern has been transferred is performed (step S46: development process). Thereafter, using the resist pattern generated on the surface of the wafer W in step S46 as a mask, processing such as etching is performed on the surface of the wafer W (step S48: processing step).

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

図11は、液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図11に示すように、液晶デバイスの製造工程では、パターン形成工程(ステップS50)、カラーフィルタ形成工程(ステップS52)、セル組立工程(ステップS54)およびモジュール組立工程(ステップS56)を順次行う。   FIG. 11 is a flowchart showing a manufacturing process of a liquid crystal device such as a liquid crystal display element. As shown in FIG. 11, in the manufacturing process of the liquid crystal device, a pattern formation process (step S50), a color filter formation process (step S52), a cell assembly process (step S54), and a module assembly process (step S56) are sequentially performed.

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

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

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

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

本発明の第1実施形態にかかる変位検出装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure showing roughly the composition of the displacement detector concerning a 1st embodiment of the present invention. 第1実施形態における光検出部の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the photon detection part in 1st Embodiment. 比較例における光検出部の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure of the photon detection part in a comparative example. 4分割センサの出力信号と被検面の面位置の変位との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the output signal of a 4-part dividing sensor, and the displacement of the surface position of a to-be-tested surface. 第1実施形態に対してナイフエッジ法を適用した変形例にかかる変位検出装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure of the displacement detection apparatus concerning the modification which applied the knife edge method with respect to 1st Embodiment. 図5の変形例における光検出部の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the photon detection part in the modification of FIG. 第1実施形態において参照基板に代えてコーナーキューブを用いた変形例にかかる変位検出装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure of the displacement detection apparatus concerning the modification using a corner cube instead of a reference board in 1st Embodiment. 本発明の第2実施形態にかかる変位検出装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the displacement detection apparatus concerning 2nd Embodiment of this invention. 露光装置における基板ステージの面位置の変位の検出に対して変位検出装置を適用した構成例を説明する図である。It is a figure explaining the structural example which applied the displacement detection apparatus with respect to the detection of the displacement of the surface position of the substrate stage in exposure apparatus. 半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing process of a semiconductor device. 液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing process of liquid crystal devices, such as a liquid crystal display element.

符号の説明Explanation of symbols

LS 光源
2 偏光ビームスプリッター
3,5 1/4波長板
4 測定対物レンズ
6 参照対物レンズ
7 参照基板
8 ウォラストンプリズム
10 シリンドリカルレンズ
13 光検出部
14 信号処理部
20 ガラス基板
20a ガラス基板の裏面
LS Light source 2 Polarizing beam splitter 3, 5 1/4 wavelength plate 4 Measurement objective lens 6 Reference objective lens 7 Reference substrate 8 Wollaston prism 10 Cylindrical lens 13 Photodetection unit 14 Signal processing unit 20 Glass substrate 20a Back surface of glass substrate

Claims (16)

測定対物レンズを介して被検面に光源からの光を投光し、前記測定対物レンズを介した前記被検面からの反射光に基づいて、前記被検面の面位置の変位を検出する変位検出装置において、
光源からの光を複数の光に分割し、前記複数の光のうちの第1の光を測定光として測定光路に沿って導き且つ前記複数の光のうちの第2の光を参照光として参照光路に沿って導く光分割部材と、
前記被検面で反射された前記測定光が含む測定情報と前記参照光が含む参照情報とに基づいて前記被検面の面位置の変位を検出する検出系とを備えていることを特徴とする変位検出装置。
Light from the light source is projected onto the test surface via the measurement objective lens, and the displacement of the surface position of the test surface is detected based on the reflected light from the test surface via the measurement objective lens. In the displacement detection device,
The light from the light source is divided into a plurality of lights, the first light of the plurality of lights is guided as a measurement light along the measurement optical path, and the second light of the plurality of lights is referred to as a reference light A light splitting member that guides along the optical path;
And a detection system that detects a displacement of the surface position of the test surface based on measurement information included in the measurement light reflected by the test surface and reference information included in the reference light. Displacement detector.
前記参照光路において前記測定対物レンズに対応した位置に配置されて前記測定対物レンズに対応した光学特性を有する参照対物レンズをさらに備え、
前記測定対物レンズは、前記光分割部材と前記被検面との間の光路中に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の変位検出装置。
A reference objective lens disposed at a position corresponding to the measurement objective lens in the reference optical path and having optical characteristics corresponding to the measurement objective lens;
The displacement detection apparatus according to claim 1, wherein the measurement objective lens is disposed in an optical path between the light splitting member and the test surface.
前記被検面で反射されて前記測定対物レンズおよび前記光分割部材を経た前記測定光を光電変換する測定光電変換部を備えていることを特徴とする請求項2に記載の変位検出装置。 The displacement detection apparatus according to claim 2, further comprising a measurement photoelectric conversion unit that photoelectrically converts the measurement light reflected by the test surface and passed through the measurement objective lens and the light splitting member. 前記参照対物レンズを経て参照面に入射し且つ該参照面で反射されて前記参照対物レンズおよび前記光分割部材を経た前記参照光を光電変換する参照光電変換部を備えていることを特徴とする請求項3に記載の変位検出装置。 A reference photoelectric conversion unit that photoelectrically converts the reference light that is incident on the reference surface through the reference objective lens and reflected by the reference surface and that has passed through the reference objective lens and the light splitting member is provided. The displacement detection apparatus according to claim 3. 前記測定光電変換部および前記参照光電変換部はそれぞれ4分割センサを有することを特徴とする請求項4に記載の変位検出装置。 The displacement detection device according to claim 4, wherein each of the measurement photoelectric conversion unit and the reference photoelectric conversion unit includes a quadrant sensor. 前記光分割部材と前記測定光電変換部および前記参照光電変換部との間の光路中に配置されて前記光分割部材を経た前記測定光および前記参照光に非点収差を発生させる収差発生部材を備えることを特徴とする請求項5に記載の変位検出装置。 An aberration generating member that is arranged in an optical path between the light splitting member and the measurement photoelectric conversion unit and the reference photoelectric conversion unit and generates astigmatism in the measurement light and the reference light that has passed through the light splitting member. The displacement detection apparatus according to claim 5, further comprising: 前記光分割部材と前記測定光電変換部および前記参照光電変換部との間の光路中に配置されて前記光分割部材を経た前記測定光および前記参照光を部分的に遮る遮光部材を備え、
前記測定光電変換部および前記参照光電変換部はそれぞれ2分割センサを有することを特徴とする請求項5に記載の変位検出装置。
A light shielding member that is arranged in an optical path between the light splitting member and the measurement photoelectric conversion unit and the reference photoelectric conversion unit and partially blocks the measurement light and the reference light that have passed through the light splitting member;
The displacement detection device according to claim 5, wherein each of the measurement photoelectric conversion unit and the reference photoelectric conversion unit includes a two-divided sensor.
前記光分割部材は、前記測定光と前記参照光とに対して互いに異なる偏光状態を付与する偏光分離面を有し、
前記光分割部材と前記測定光電変換部および前記参照光電変換部との間の光路中に配置されて、前記測定光および前記参照光のうちの少なくとも一方を光の偏光状態に応じた向きの偏向する偏向部材を備えていることを特徴とする請求項4乃至7のいずれか1項に記載の変位検出装置。
The light splitting member has a polarization separation surface that gives different polarization states to the measurement light and the reference light,
A light beam is disposed in an optical path between the light splitting member and the measurement photoelectric conversion unit and the reference photoelectric conversion unit, and at least one of the measurement light and the reference light is deflected in a direction according to a polarization state of light. The displacement detection device according to claim 4, further comprising a deflection member that performs the above-described operation.
前記参照面は、前記参照光を順次反射する複数の反射面を有することを特徴とする請求項4乃至7のいずれか1項に記載の変位検出装置。 The displacement detection apparatus according to claim 4, wherein the reference surface includes a plurality of reflection surfaces that sequentially reflect the reference light. 前記参照対物レンズを経た前記参照光を光電変換する参照光電変換部を備えていることを特徴とする請求項3に記載の変位検出装置。 The displacement detection apparatus according to claim 3, further comprising a reference photoelectric conversion unit that photoelectrically converts the reference light that has passed through the reference objective lens. 前記測定光電変換部および前記参照光電変換部はそれぞれ4分割センサを有することを特徴とする請求項10に記載の変位検出装置。 The displacement detection device according to claim 10, wherein each of the measurement photoelectric conversion unit and the reference photoelectric conversion unit includes a quadrant sensor. 前記光分割部材と前記測定光電変換部との間の光路中に配置されて前記光分割部材を経た前記測定光に非点収差を発生させる第1収差発生部材と、
前記光分割部材と前記参照光電変換部との間の光路中に配置されて前記光分割部材を経た前記参照光に非点収差を発生させる第2収差発生部材とを備えることを特徴とする請求項11に記載の変位検出装置。
A first aberration generating member that is arranged in an optical path between the light splitting member and the measurement photoelectric conversion unit and generates astigmatism in the measurement light that has passed through the light splitting member;
And a second aberration generating member that is disposed in an optical path between the light splitting member and the reference photoelectric conversion unit and generates astigmatism in the reference light that has passed through the light splitting member. Item 12. The displacement detection device according to Item 11.
前記光分割部材と前記測定光電変換部との間の光路中に配置されて前記光分割部材を経た前記測定光を部分的に遮る第1遮光部材と、
前記光分割部材と前記参照光電変換部との間の光路中に配置されて前記光分割部材を経た前記参照光を部分的に遮る第2遮光部材とを備え、
前記測定光電変換部および前記参照光電変換部はそれぞれ2分割センサを有することを特徴とする請求項10に記載の変位検出装置。
A first light shielding member that is arranged in an optical path between the light splitting member and the measurement photoelectric conversion unit and partially blocks the measurement light that has passed through the light splitting member;
A second light shielding member that is disposed in an optical path between the light splitting member and the reference photoelectric conversion unit and partially shields the reference light that has passed through the light splitting member;
The displacement detection apparatus according to claim 10, wherein each of the measurement photoelectric conversion unit and the reference photoelectric conversion unit includes a two-divided sensor.
請求項1乃至13のいずれか1項に記載の変位検出装置を備え、所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置。 An exposure apparatus comprising the displacement detection apparatus according to claim 1, wherein a predetermined pattern is exposed on a photosensitive substrate. 前記感光性基板を支持する基板ステージを備え、
前記変位検出装置は、前記基板ステージの面位置の変位を検出することを特徴とする請求項14に記載の露光装置。
A substrate stage for supporting the photosensitive substrate;
The exposure apparatus according to claim 14, wherein the displacement detection device detects a displacement of a surface position of the substrate stage.
請求項14または15に記載の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法。
An exposure process for exposing the predetermined pattern to the photosensitive substrate using the exposure apparatus according to claim 14 or 15;
Developing the photosensitive substrate to which the predetermined pattern is transferred, and forming a mask layer having a shape corresponding to the predetermined pattern on the surface of the photosensitive substrate;
And a processing step of processing the surface of the photosensitive substrate through the mask layer.
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