JP2020122930A - 計測装置、露光装置及び物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被検物体の位置を計測する計測精度の点で有利な計測装置を提供する。【解決手段】被検物体３の位置を計測する計測装置であって、被検物体を照明光で照明する照明系ＩＬと、被検物体からの検出光を、前記被検物体の像を検出する光電変換素子に結像する結像系ＩＭと、照明系と結像系との間に配置された反射型偏光子２７及びλ／４板３０とを含み、反射型偏光子及びλ／４板を介して照明光と検出光とを分離する分離系ＤＳと、を有し、前離系は、反射型偏光子と前記λ／４板との間に配置された少なくとも１つの光学部材を含み、照明系及び結像系の少なくとも一方は、偏光子５５，５６を含む。【選択図】図２１

Description

本発明は、計測装置、露光装置及び物品の製造方法に関する。

半導体デバイスの製造に用いられる露光装置においては、近年、微細化とともに、基板の重ね合わせ精度（オーバーレイ精度）の高精度化が求められている。オーバーレイ精度には、一般的に、解像度の１／５程度が必要とされるため、半導体デバイスの微細化が進むにつれて、益々、オーバーレイ精度の向上が重要となる。

オーバーレイ精度の向上のためには、位置計測系を高精度に調整することが必要となる。例えば、位置計測系の計測だまされを低減するために、位置計測系のコマ収差と光軸ずれとを分離して高精度に調整する技術が提案されている（特許文献１参照）。

また、オーバーレイ精度の更なる向上のためには、アライメントマークを検出するための光（検出光）の波長の広帯域化が考えられる。特に、近年では、カラーフィルタ工程など、可視光ではコントラストが低く、精度が低いプロセスが増えており、可視光以外の青波長の光や近赤外光などを含む幅広い波長帯の光を使用可能な位置計測系が求められている。

特許第５０３６４２９号公報

しかしながら、従来の位置計測系では、検出光の波長を広帯域化した際に、コントラストが低下し、その結果、計測精度やオーバーレイ精度の低下を招いてしまう。これは、照明光学系と結像光学系との合成に用いられる偏光ビームスプリッタなどのＳ偏光とＰ偏光とで反射率が異なる部分反射材の特性（膜特性）が完全ではないことに起因する。具体的には、波長帯域が狭ければ、高精度な偏光ビームスプリッタの特性を実現することができるが、波長帯域が広帯域化すると、高精度な偏光ビームスプリッタの特性を実現することができない。これにより、偏光ビームスプリッタでカットしきれなかった偏光成分がフレアとなり、かかるフレアによって位置計測系のコントラストが低下してしまう。

本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、被検物体の位置を計測する計測精度の点で有利な計測装置を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての計測装置は、被検物体の位置を計測する計測装置であって、前記被検物体を照明光で照明する照明系と、前記被検物体からの検出光を、前記被検物体の像を検出する光電変換素子に結像する結像系と、前記照明系と前記結像系との間に配置された反射型偏光子及びλ／４板とを含み、前記反射型偏光子及び前記λ／４板を介して前記照明光と前記検出光とを分離する分離系と、を有し、前記分離系は、前記反射型偏光子と前記λ／４板との間に配置された少なくとも１つの光学部材を含み、前記照明系及び前記結像系の少なくとも一方は、偏光子を含むことを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される実施形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、被検物体の位置を計測する計測精度の点で有利な計測装置を提供することができる。

本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略図である。 基板ステージに配置されるステージ基準プレートの構成を示す図である。 基板アライメント計測系の具体的な構成を示す概略図である。 ＡＦ計測系を詳細に説明するための図である。 ＡＦ計測系を詳細に説明するための図である。 カラーフィルタを説明するための図である。 ＲＧＢカラーフィルタを示す図である。 ＲＧＢカラーフィルタの透過率の一例を示す図である。 偏光ビームスプリッタの特性の一例を示す図である。 偏光ビームスプリッタの特性の一例を示す図である。 偏光ビームスプリッタの特性の一例を示す図である。 反射防止膜の特性の一例を示す図である。 基板アライメント計測系の偏光ビームスプリッタの近傍の構成を示す概略図である。 暗視野照明の原理を説明するための図である。 理想的なアライメント信号の波形を示す図である。 アライメント信号の波形の一例を示す図である。 アライメント信号の波形の一例を示す図である。 本実施形態における基板アライメント計測系の偏光ビームスプリッタの近傍の構成を示す概略図である。 本実施形態における基板アライメント計測系の偏光ビームスプリッタの近傍の構成を示す概略図である。 アライメント信号の波形の一例を示す図である。 本実施形態における基板アライメント計測系の具体的な構成を示す概略図である。 明視野照明の原理を説明するための図である。 アライメント信号の波形の一例を示す図である。 アライメント信号の波形の一例を示す図である。 本実施形態における基板アライメント計測系の偏光ビームスプリッタの近傍の構成を示す概略図である。 本実施形態における基板アライメント計測系の偏光ビームスプリッタの近傍の構成を示す概略図である。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。更に、添付図面においては、同一もしくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

図１は、本発明の一側面としての露光装置１００の構成を示す概略図である。露光装置１００は、パターンを基板に形成するリソグラフィ装置である。露光装置１００は、レチクル１を保持するレチクルステージ２と、基板３を保持する基板ステージ４と、レチクルステージ２に保持されたレチクル１を照明する照明光学系５とを有する。また、露光装置１００は、レチクル１のパターン（の像）を基板ステージ４に保持された基板３に投影する投影光学系６と、露光装置１００の全体の動作を統括的に制御する制御部１７とを有する。

露光装置１００は、本実施形態では、レチクル１と基板３とを走査方向に互いに同期走査しながら（即ち、ステップ・アンド・スキャン方式で）、レチクル１のパターンを基板３に転写する走査型露光装置（スキャナー）である。但し、露光装置１００は、レチクル１を固定して（即ち、ステップ・アンド・リピート方式で）、レチクル１のパターンを基板３に転写する露光装置（ステッパー）であってもよい。

以下では、投影光学系６の光軸と一致する方向（光軸方向）をＺ軸方向、Ｚ軸方向に垂直な平面内でレチクル１及び基板３の走査方向をＹ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Ｘ軸方向とする。また、Ｘ軸周り、Ｙ軸周り及びＺ軸周りのそれぞれの方向を、θＸ方向、θＹ方向及びθＺ方向とする。

照明光学系５は、レチクル１、具体的には、レチクル上の所定の照明領域を、均一な照度分布の光（露光光）で照明する。露光光としては、例えば、超高圧水銀ランプのｇ線やｉ線、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ、Ｆ_２レーザなどが用いられる。また、より微細な半導体デバイスを製造するために、数ｎｍ〜数百ｎｍの極端紫外光（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ：ＥＵＶ光）を露光光として用いてもよい。

レチクルステージ２は、レチクル１を保持し、投影光学系６の光軸に垂直な平面内、即ち、ＸＹ平面内で２次元移動可能に、且つ、θＺ方向に回転可能に構成されている。レチクルステージ２は、リニアモータなどの駆動装置（不図示）によって駆動される。

レチクルステージ２には、ミラー７が設けられている。また、ミラー７に対応する位置には、レーザ干渉計９が設けられている。レチクルステージ２の２次元方向の位置及び回転角はレーザ干渉計９によってリアルタイムで計測され、かかる計測結果は制御部１７に出力される。制御部１７は、レーザ干渉計９の計測結果に基づいて駆動装置を制御し、レチクルステージ２に保持されたレチクル１を位置決めする。

投影光学系６は、複数の光学素子を含み、レチクル１のパターンを所定の投影倍率βで基板３に投影する。投影光学系６は、本実施形態では、例えば、１／４又は１／５の投影倍率βを有する縮小光学系である。

基板ステージ４は、チャックを介して基板３を保持するＺステージと、Ｚステージを支持するＸＹステージと、ＸＹステージを支持するベースとを含む。基板ステージ４は、リニアモータなどの駆動装置（不図示）によって駆動される。

基板ステージ４には、ミラー８が設けられている。また、ミラー８に対向する位置には、レーザ干渉計１０及び１２が設けられている。基板ステージ４のＸ軸方向、Ｙ軸方向及びθＺ方向の位置はレーザ干渉計１０によってリアルタイムで計測され、かかる計測結果は制御部１７に出力される。同様に、基板ステージ４のＺ軸方向の位置、θＸ方向及びθＹ方向の位置はレーザ干渉計１２によってリアルタイムで計測され、かかる計測結果は制御部１７に出力される。制御部１７は、レーザ干渉計１０及び１２の計測結果に基づいて駆動装置を制御し、基板ステージ４に保持された基板３を位置決めする。

レチクルアライメント計測系１３は、レチクルステージ２の近傍に設けられている。レチクルアライメント計測系１３は、レチクルステージ２に保持されたレチクル１に設けられたレチクル基準マーク（不図示）と、投影光学系６を介して基板ステージ４に配置されたステージ基準プレート１１に設けられた基準マーク３８とを検出する。レチクルアライメント計測系１３は、基板３を実際に露光する際に用いられる光源と同一の光源を用いて、レチクル１に設けられたレチクル基準マークと、投影光学系６を介して基準マーク３８とを検出する。具体的には、レチクルアライメント計測系１３は、レチクル基準マーク及び基準マーク３８からの反射光を撮像素子（例えば、ＣＣＤカメラなどの光電変換素子）で検出する。かかる撮像素子からの検出信号に基づいて、レチクル１と基板３との位置合わせ（アライメント）が行われる。この際、レチクル１に設けられたレチクル基準マークとステージ基準プレート１１に設けられた基準マーク３８との位置及びフォーカスを合わせることで、レチクル１と基板３との相対的な位置関係（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を合わせることができる。

レチクルアライメント計測系１４は、基板ステージ４に配置されている。レチクルアライメント計測系１４は、透過型の計測系であって、基準マーク３８が透過型のマークである場合に用いられる。レチクルアライメント計測系１４は、基板３を実際に露光する際に用いられる光源と同一の光源を用いて、レチクル１に設けられたレチクル基準マーク及び基準マーク３８を検出する。具体的には、レチクルアライメント計測系１４は、レチクル基準マーク及び基準マーク３８を通過した透過光を光量センサで検出する。この際、基板ステージ４をＸ軸方向（又はＹ軸方向）及びＺ軸方向に移動させながら、レチクルアライメント計測系１４は、透過光の光量を検出する。これにより、レチクル１に設けられたレチクル基準マークとステージ基準プレート１１に設けられた基準マーク３８との位置及びフォーカスを合わせることができる。

このように、レチクルアライメント計測系１３、或いは、レチクルアライメント計測系１４のどちらの計測系を用いても、レチクル１と基板３との相対的な位置関係（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を合わせることができる。

ステージ基準プレート１１は、基板ステージ４に保持された基板３の表面とほぼ同じ高さになるように、基板ステージ４のコーナーに配置されている。ステージ基準プレート１１は、基板ステージ４の１つのコーナーに配置されていてもよいし、基板ステージ４の複数のコーナーに配置されていてもよい。

ステージ基準プレート１１は、図２に示すように、レチクルアライメント計測系１３又は１４によって検出される基準マーク３８と、基板アライメント計測系１６によって検出される基準マーク３９とを有する。ステージ基準プレート１１は、複数の基準マーク３８や複数の基準マーク３９を有していてもよい。また、基準マーク３８と基準マーク３９との位置関係（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）は、所定の位置関係に設定されている（即ち、既知である）。なお、基準マーク３８と基準マーク３９とは、共通のマークであってもよい。

フォーカス計測系１５は、基板３の表面に光を斜入射で投光する投光系と、基板３の表面で反射した光を受光する受光系とを含む。フォーカス計測系１５は、基板３のＺ軸方向の位置を計測し、かかる計測結果を制御部１７に出力する。制御部１７は、フォーカス計測系１５の計測結果に基づいて基板ステージ４を駆動する駆動装置を制御し、基板ステージ４に保持された基板３のＺ軸方向の位置及び傾斜角を調整する。

基板アライメント計測系１６は、後述するように、照明系ＩＬと、結像系ＩＭとを含む。照明系ＩＬは、基板３に設けられたアライメントマーク１９やステージ基準プレート１１に設けられた基準マーク３９を光（照明光）で照明する。結像系ＩＭは、基板３に設けられたアライメントマーク１９やステージ基準プレート１１に設けられた基準マーク３９からの光（検出光）を、これらの像を検出する光電変換素子に結像する。基板アライメント計測系１６は、アライメントマーク１９や基準マーク３９の位置を計測し、かかる計測結果を制御部１７に出力する。制御部１７は、基板アライメント計測系１６の計測結果に基づいて基板ステージ４を駆動する駆動装置を制御し、基板ステージ４に保持された基板３のＸ軸方向及びＹ軸方向の位置を調整する。

基板アライメント計測系の構成は、一般的には、オフアクシスアライメント（ＯＡ）計測系と、ＴＴＬ（Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ Ｌｅｎｓ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）計測系との２つに大別される。ＯＡ計測系は、投影光学系を介さずに、基板に設けられたアライメントマークを光学的に検出する。ＴＴＬ計測系は、投影光学系を介して、露光光の波長とは異なる波長の光（非露光光）を用いて基板に設けられたアライメントマークを検出する。基板アライメント計測系１６は、本実施形態では、ＯＡ計測系であるが、本発明は、アライメントの検出方式を限定するものではない。例えば、基板アライメント計測系１６がＴＴＬ計測系である場合には、投影光学系６を介して、基板に設けられたアライメントマークを検出するが、基本的な構成は、ＯＡ計測系と同様である。

制御部１７は、例えば、ＣＰＵやメモリなどを含むコンピュータで構成され、記憶部に記憶されたプログラムに従って露光装置１００の各部を統括的に制御する。制御部１７は、レチクル１のパターンを基板３に転写する、即ち、基板３を露光する露光処理を制御する。露光処理において、制御部１７は、例えば、基板アライメント計測系１６の計測結果に基づいて、基板ステージ４の位置を制御する。

図３を参照して、基板アライメント計測系１６について詳細に説明する。図３は、基板アライメント計測系１６の具体的な構成を示す概略図である。基板アライメント計測系１６は、被検物体である基板３に設けられたアライメントマーク１９を検出して基板３の位置を計測する計測装置として機能する。

基板アライメント計測系１６は、光源２０と、第１コンデンサ光学系２１と、波長フィルタ板２２と、第２コンデンサ光学系２３と、開口絞り板２４と、第１照明系２５と、第２照明系２６と、偏光ビームスプリッタ２７と、ＮＡ絞り２８とを含む。また、基板アライメント計測系１６は、ＡＦプリズム２９と、λ／４板３０と、対物レンズ３１と、リレーレンズ３２と、第１結像系３３と、開口絞り３４と、第２結像系３５と、波長シフト差調整用光学部材３６と、光電変換素子３７とを含む。

本実施形態では、第１コンデンサ光学系２１、波長フィルタ板２２、第２コンデンサ光学系２３、開口絞り板２４、第１照明系２５及び第２照明系２６は、照明系ＩＬを構成する。リレーレンズ３２、第１結像系３３、開口絞り３４、第２結像系３５及び波長シフト差調整用光学部材３６は、結像系ＩＭを構成する。また、照明系ＩＬと結像系ＩＭとの間に配置された偏光ビームスプリッタ２７、ＮＡ絞り２８、ＡＦプリズム２９、λ／４板３０及び対物レンズ３１は、分離系ＤＳを構成する。分離系ＤＳは、照明系ＩＬと結像系ＩＭとを合成する光学系である。分離系ＤＳは、本実施形態では、照明光と検出光とを分離する機能を有する。

光源２０は、アライメントマーク１９を照明するための光（照明光）として、３００ｎｍ以上の波長帯域の幅を有する光を射出（出力）する。光源２０は、本実施形態では、可視光（例えば、５００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の光）、青波長の光（例えば、４５０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の波長の光（青波長光））及び赤外光（例えば、７００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の波長の光）を射出する。光源２０からの光（照明光）は、第１コンデンサ光学系２１、波長フィルタ板２２及び第２コンデンサ光学系２３を通過して、基板アライメント計測系１６の瞳面（物体面に対する光学的なフーリエ変換面）に位置する開口絞り板２４に到達する。

波長フィルタ板２２は、光源２０と光電変換素子３７との間の光路に配置されている。波長フィルタ板２２には、光を通過させる波長帯が互いに異なる複数の波長フィルタが配置され、制御部１７の制御下において、複数の波長フィルタから１つの波長フィルタが選択されて基板アライメント計測系１６の光路に配置される。本実施形態では、波長フィルタ板２２には、赤外光を通過させる波長フィルタと、可視光を通過させる波長フィルタと、青波長光を通過させる波長フィルタとが配置されている。波長フィルタ板２２において、これらの波長フィルタを切り替えることによって、基板３に設けられたアライメントマーク１９を照明する光の波長帯を選択することができる。また、波長フィルタ板２２は、予め設けられた複数の波長フィルタの他に、新たな波長フィルタを追加することが可能な構成を有していてもよい。

開口絞り板２４には、照明σが互いに異なる複数の開口絞りが配置され、制御部１７の制御下において、基板アライメント計測系１６の光路に配置する開口絞りを切り替えることで、アライメントマーク１９を照明する光の照明σを変更することができる。また、開口絞り板２４は、予め設けられた複数の開口絞りの他に、新たな開口絞りを追加することが可能な構成を有していてもよい。

開口絞り板２４に到達した光は、第１照明系２５及び第２照明系２６を介して、偏光ビームスプリッタ２７に導かれる。偏光ビームスプリッタ２７に導かれた光のうち紙面に垂直なＳ偏光は、偏光ビームスプリッタ２７で反射され、ＮＡ絞り２８、ＡＦプリズム２９及びλ／４板３０を通過して円偏光に変換される。λ／４板３０を通過した光は、対物レンズ３１を介して、基板３に設けられたアライメントマーク１９を照明する。ＮＡ絞り２８は、制御部１７の制御下において、絞り量を変えることでＮＡを変更することができる。

アライメントマーク１９からの反射光、回折光及び散乱光（検出光）は、対物レンズ３１及びλ／４板３０を通過して紙面に平行なＰ偏光に変換され、ＮＡ絞り２８を介して、偏光ビームスプリッタ２７を透過する。偏光ビームスプリッタ２７を透過した光は、リレーレンズ３２、第１結像系３３、開口絞り３４、第２結像系３５及び波長シフト差調整用光学部材３６を介して、光電変換素子（例えば、ＣＣＤイメージセンサなどの撮像素子）３７に到達する。光電変換素子３７に到達する光は、光電変換素子上にアライメントマーク１９の像を形成し、かかる像を光電変換素子３７が検出する。光電変換素子３７は、アライメントマーク１９からの光を検出するが、かかる光の強度がある一定の閾値を超えるまで、蓄積時間を延ばすことが可能である。光電変換素子３７の蓄積時間は、制御部１７によって制御される。また、制御部１７は、光電変換素子３７からの出力信号（光電変換素子上に形成されたアライメントマーク１９の像に対応するアライメント信号）に基づいて、基板３の位置を求める。

また、基板アライメント計測系１６は、基板アライメント計測用のフォーカス計測系（ＡＦ計測系）４０を含む。図４及び図５を参照して、ＡＦ計測系４０を詳細に説明する。図４及び図５は、ＡＦ計測系４０がフォーカス計測をしている状態を示している。具体的には、図４は、ＡＦ計測系４０が基板３にフォーカス計測光（ＡＦ光）を照射している状態を示し、図５は、ＡＦ計測系４０が基板３で反射されたＡＦ光を受光している状態を示している。

図４を参照するに、ＡＦ光源４１から射出されたＡＦ光は、レンズ４２を介して、ＡＦ計測用パターン４３をケーラー照明する。ＡＦ光源４１は、基板アライメントに用いない波長帯の光をＡＦ光として射出し、かかるＡＦ光は、ＡＦプリズム２９で反射される。ＡＦプリズム２９は、本実施形態では、ダイクロイックプリズムで構成されている。ＡＦ計測用パターン４３は、ガラス基板にスリットパターンを描画することで構成されている。ＡＦ計測用パターン４３のスリットパターンを通過したＡＦ光は、レンズ４４を介してミラー４５で反射され、レンズ４６に到達する。この際、ＡＦ光は、レンズ４６の中心ではなく、レンズ４６の中心から偏心した部分に到達し、レンズ４６で屈折することによって、基準ミラー４７を通過し、レンズ４８に到達する。レンズ４８に到達するＡＦ光も同様に、レンズ４８の中心ではなく、レンズ４８の中心から偏心した部分に到達する。なお、図４では、ＡＦ計測用パターン４３よりも後段においては、ＡＦ光の主光線のみを示しているが、実際には、ＡＦ光はＮＡを有する光線である。

レンズ４８に到達したＡＦ光は、レンズ４８で屈折し、ＡＦプリズム２９に到達する。ＡＦプリズム２９は、ＡＦ光源４１からのＡＦ光を反射し、光源２０からの光を透過する特性を有するプリズムで構成されている。ＡＦプリズム２９で反射されたＡＦ光は、λ／４板３０を透過し、対物レンズ３１に到達する。この際、ＡＦ光は、対物レンズ３１の中心ではなく、対物レンズ３１の中心から偏心した部分に到達し、対物レンズ３１で屈折することによって、図４に示すように、基板３に対して角度θを有して入射（斜入射）する。

図５を参照するに、基板３に入射したＡＦ光は、角度θで反射され、対物レンズ３１に到達する。この際、ＡＦ光は、対物レンズ３１の中心ではなく、対物レンズ３１の中心から偏心した部分に到達し、対物レンズ３１で屈折することによって、λ／４板３０を透過し、ＡＦプリズム２９に到達する。なお、図５では、ＡＦ光の主光線のみを示しているが、実際には、ＡＦ光はＮＡを有する光線である。

ＡＦプリズム２９で反射したＡＦ光は、レンズ４８に到達する。この際、ＡＦ光は、レンズ４８の中心ではなく、レンズ４８の中心から偏心した部分に到達し、レンズ４８で屈折することによって、基準ミラー４７を通過し、レンズ４６に到達する。この際、ＡＦ光は、レンズ４６の中心ではなく、レンズ４６の中心から偏心した部分に到達し、レンズ４６で屈折することによって、レンズ４９の中心に到達する。レンズ４９に到達したＡＦ光は、レンズ４９を通過して、ＡＦセンサ５０で受光される。

本実施形態では、ＡＦ計測系４０において、基板３に対してＡＦ光を斜入射で照射し、基板３で反射したＡＦ光をＡＦセンサ５０で受光する場合を説明した。この場合、基板３がＺ軸方向（フォーカス方向）に移動すると、それに応じて、ＡＦセンサ５０で受光するＡＦ光がシフトする（ずれる）ことがわかる。このように、ＡＦ計測系４０は、基板３を斜入射照明することによって、基板３のフォーカス計測をすることが可能となる。

基板アライメント計測系１６が基板３に設けられたアライメントマーク１９を検出する場合、アライメントマーク１９の上には、レジスト（透明層）が塗布（形成）されているため、単色光又は狭い波長帯の光では干渉縞が発生してしまう。従って、光電変換素子３７からのアライメント信号に干渉縞の信号が加算され、アライメントマーク１９を高精度に検出することができなくなる。そこで、一般的には、広帯域の波長の光を射出する光源を光源２０として用いて、光電変換素子３７からのアライメント信号に干渉縞の信号が加算されることを低減している。

上述したように、基板アライメント計測系１６では、レジストに起因する干渉縞を低減するために、広帯域の波長の光を用いているが、近年では、特定の波長の光しか通さないカラーフィルタを扱う工程（カラーフィルタ工程）が増えている。カラーフィルタは、図６に示すように、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどのセンサ上に配置される色選択用フィルタである。カラーフィルタを通すことで、センサの画素に色の情報をもたせることができる。具体的には、図６に示すように、カラーフィルタにブロードな波長の光５１が入射すると、カラーフィルタを通過することができる光５２のみがセンサに到達し、センサの画素に色の情報をもたせることができる。

例えば、ＲＧＢカラーフィルタ工程では、図７に示すように、赤波長（Ｒ）の光、緑波長（Ｇ）の光及び青波長（Ｂ）の光のそれぞれを通すカラーフィルタがセンサ上に並列に配置される。ＲＧＢカラーフィルタ工程におけるデバイス製造では、各カラーフィルタを介してアライメントを行わなければならないため、青波長から赤波長まで幅広く波長帯を切り替える必要がある。

図８は、ＲＧＢカラーフィルタの透過率の一例を示す図である。図８では、横軸は波長［ｎｍ］を示し、縦軸は透過率［％］を示している。図８を参照するに、Ｒカラーフィルタは、６００ｎｍ以上の波長の光に対して高い透過率を有しているが、５５０ｎｍ未満の波長の光を殆ど透過しない。従って、Ｒカラーフィルタを介してアライメントを行うためには、６００ｎｍ以上の波長の光を用いる必要がある。また、Ｇカラーフィルタは、５３０ｎｍの波長の近傍に透過率のピークを有する。従って、Ｇカラーフィルタを介してアライメントを行うためには、５３０ｎｍ近傍の波長の光、或いは、８５０ｎｍ以上の波長の光を用いる必要がある。また、Ｂカラーフィルタは、４５０ｎｍの波長の近傍に透過率のピークを有する。従って、Ｂカラーフィルタを介してアライメントを行うためには、４５０ｎｍ近傍の波長の光、或いは、８５０ｎｍ以上の波長の光を用いる必要がある。

このように、ＲＧＢカラーフィルタ工程では、各カラーフィルタを透過する波長の光、或いは、全てのカラーフィルタを透過する８５０ｎｍ以上の波長の光を用いてアライメントを行う必要がある。そこで、全てのカラーフィルタを透過する８５０ｎｍ以上の波長の光、即ち、赤外光だけを用いることが考えられる。但し、実際のプロセスでは、カラーフィルタ以外にも多種多様なレイヤーが重なっているため、干渉条件によっては、赤外光だけではコントラストが得られないことがある。従って、ＲＧＢカラーフィルタ工程では、カラーフィルタを透過し、且つ、コントラストを得られる波長の光を選択してアライメントを行うことが重要となる。

本発明者が鋭意検討した結果、高精度なアライメントを行うためには、Ｂカラーフィルタに対しては４５０ｎｍ近傍の波長を用いつつ、Ｒカラーフィルタ及びＧカラーフィルタに対しては８００ｎｍ近傍の波長の光を用いる必要があることを見出した。従って、ＲＧＢカラーフィルタ工程では、３００ｎｍ以上の広帯域な波長の光を用いることが可能なアライメント計測系、具体的には、可視光以外の青波長の光や赤外光までを含む広帯域な波長の光を用いることが可能なアライメントシステムを実現する必要がある。

図９は、従来技術で偏光ビームスプリッタ２７として用いられる偏光ビームスプリッタの特性の一例を示す図である。図９には、５８０ｎｍ以上６２０ｎｍ以下の波長の光に対する偏光ビームスプリッタのＳ偏光反射率（Ｓ偏光に対する反射率）及びＰ偏光透過率（Ｐ偏光に対する透過率）を示している。また、図９では、横軸は波長［ｎｍ］を示し、縦軸は反射率及び透過率［％］を示している。図９を参照するに、５８０ｎｍ以上６２０ｎｍ以下のような波長帯域の幅が狭い、具体的には、４０ｎｍ程度である場合には、Ｓ偏光反射率及びＰ偏光透過率の双方が９８％以上となっている。この場合、偏光ビームスプリッタは、非常に高い精度でＳ偏光とＰ偏光とを分離（分岐）することができる。

図１０は、４５０ｎｍ以上９５０ｎｍ以下の波長の光に対する図９に示す偏光ビームスプリッタの特性の一例、具体的には、Ｓ偏光反射率及びＰ偏光反射率を示す図である。図１０では、横軸は波長［ｎｍ］を示し、縦軸は反射率及び透過率［％］を示している。図１０を参照するに、４５０ｎｍ以上９５０ｎｍ以下のような波長帯域の幅が広い場合には、６５０ｎｍ以上の長波長側でＳ偏光反射率が急激に低下し、５５０ｎｍ以下の短波長側でＰ偏光透過率が急激に低下している。これは、５８０ｎｍ以上６２０ｎｍ以下のような狭い波長帯域に対して設計（最適化）された偏光ビームスプリッタであるため、それ以外の波長帯域では、Ｓ偏光とＰ偏光とを分離できないことを示している。

近年では、上述したように、可視光以外の青波長の光や赤外光までを含む広帯域な波長の光をアライメントに用いる必要性が高まっている。しかしながら、図１０に示したように、狭い波長帯域に対して最適化された偏光ビームスプリッタを、青波長の光や赤外光に対して用いることはできない。

そこで、青波長や赤外波長までを含む広い波長帯域に対して設計（最適化）された偏光ビームスプリッタを用いる必要がある。図１１は、４５０ｎｍ以上９５０ｎｍ以下の広い波長帯域に対して設計された偏光ビームスプリッタの特性の一例を示す図である。図１１では、横軸は波長［ｎｍ］を示し、縦軸は反射率及び透過率［％］を示している。図１１を参照するに、図１０で見られた６５０ｎｍ以上の長波長側でのＳ偏光反射率の急激な低下や５５０ｎｍ以下の短波長側でのＰ偏光透過率の急激な低下がなくなり、広い波長帯域でＳ偏光が反射し、Ｐ偏光が透過していることがわかる。一方、５８０ｎｍ以上６２０ｎｍ以下の波長帯域では９８％以上であったＳ偏光反射率及びＰ偏光透過率が９５％近傍にまで大きく低下している。これは、広い波長帯域に対して偏光ビームスプリッタを設計（膜設計）すると、Ｓ偏光反射率及びＰ偏光透過率を１００％に近づけるのが困難になるためである。このように、ブロードな波長特性（膜特性）とＳ偏光反射率及びＰ偏光透過率の絶対値とは、トレードオフの関係にある。一般的に、ブロードな波長特性を実現しようとすると膜の層数を増やす必要があり、膜の層数を増やすと膜の吸収が増えたり、多層膜間での干渉による光量ロスが発生したりするため、Ｓ偏光反射率やＰ偏光透過率の絶対値が低下する傾向にある。また、Ｐ偏光透過率には、図１１に示すように、周期的なうねりのような成分が現れているが、かかる成分も膜の層数を増やしたために起こる現象である。

Ｓ偏光反射率やＰ偏光透過率の絶対値が低下したり、周期的なうねりが現れたりする現象は、偏光ビームスプリッタ以外の光学部材でも生じる。図１２は、レンズなどの光学部材に用いられる反射防止膜（ＡＲ（Ａｎｔｉ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）膜）の特性の一例を示す図である。図１２では、横軸は波長［ｎｍ］を示し、縦軸は反射率［％］を示している。広帯域ＡＲ膜特性５３は、４５０ｎｍ以上９５０ｎｍ以下の広い波長帯域に対して設計された８層構造のＡＲ膜の特性を示している。また、狭帯域ＡＲ膜特性５４は、５８０ｎｍ以上６２０ｎｍ以下の狭い波長帯域に対して設計された３層構造のＡＲ膜の特性を示している。

図１２を参照するに、狭帯域ＡＲ膜特性５４は、５８０ｎｍ以上６２０ｎｍ以下の波長帯域で反射率が０．２％以下に抑えられている。一方、広帯域ＡＲ膜特性５３は、４５０ｎｍ以上９５０ｎｍ以下の波長帯域での反射率が０．８％から１．０％程度にしか抑えられていない。これは、偏光ビームスプリッタの特性と同様に、ブロードな波長特性（膜特性）と反射率の絶対値とがトレードオフの関係にあり、両立しないことを示している。これも、ＡＲ膜の層数を増やしたことによる膜の吸収や多層膜間での干渉による光量ロスが原因である。また、広帯域ＡＲ膜特性５３では、狭帯域ＡＲ膜特性５４と比べて、周期的なうねりも現れている。また、λ／４板３０などの位相板も広い波長帯域に対して優れた特性を実現することは困難であるため、偏光ビームスプリッタやＡＲ膜と同様な問題が生じる。

このように、アライメントで用いる波長帯域を広げれば広げるほど、偏光ビームスプリッタや位相板などの各種光学部材、及び、ＡＲ膜などの膜の設計（製造）の難易度が上がり、それらの特性が低下してしまう。

図１３を参照して、図１１に示す特性を有する偏光ビームスプリッタや図１２に示す特性を有するＡＲ膜を基板アライメント計測系１６に用いた場合に生じる問題について説明する。図１３は、基板アライメント計測系１６の偏光ビームスプリッタ２７の近傍の構成を示す概略図である。

光源２０から射出される光は、図１３に示すように、無偏光であり、Ｓ偏光とＰ偏光とを同じ量含んでいる。従って、Ｓ偏光１００％及びＰ偏光１００％の光が偏光ビームスプリッタ２７に導光される。偏光ビームスプリッタ２７は、図１１に示す特性、即ち、Ｓ偏光に対する反射率がＰ偏光に対する反射率よりも高い反射型偏光子であるため、Ｓ偏光を１００％反射することはできず、基板側に９５％のみ反射される。この際、偏光ビームスプリッタ２７は、Ｐ偏光も基板側に５％反射してしまう。一方、Ｐ偏光９５％及びＳ偏光５％は偏光ビームスプリッタ２７を透過するが、偏光ビームスプリッタ２７の光源２０とは反対側の面には傾斜が設けられているため、かかる面からの反射光が戻ってこないようになっている。

偏光ビームスプリッタ２７で基板側に反射されたＳ偏光９５％及びＰ偏光５％は、偏光ビームスプリッタ２７とλ／４板３０との間に配置されたＡＦプリズム２９を透過し、対物レンズ３１を介して、基板３を照明する。ここで、図１２に示す特性を有するＡＲ膜がＡＦプリズム２９の表面に形成されているとすると、光源２０から射出される光の波長帯にもよるが最大で１．０％程度の表面反射がＡＦプリズム２９で発生する。従って、Ｓ偏光９５％及びＰ偏光５％の１％がＡＦプリズム２９で反射され、基板３に到達せずに、光電変換素子３７に到達する。換言すれば、入射光量をＳ偏光とＰ偏光との合計で２００％とすると、Ｓ偏光０．９５％とＰ偏光０．０５％との合計である１．０％が基板３を照明せずに、光電変換素子３７に直接到達するフレア光となる。入射光量に対するフレア光量の比（フレア率）は、１．０％／２００％＝０．５％である。但し、アライメントに暗視野照明を用いる場合、或いは、プロセスウエハの吸収率が高い場合には、信号強度が低いため、アライメント信号がフレア光に埋もれてしまう。

ここで、図１４を参照して、暗視野照明の原理について説明する。図１４は、開口絞り板２４と開口絞り３４との関係を中心に基板アライメント計測系１６を簡略化して示している。暗視野照明では、基板３に設けられたアライメントマーク１９に対して斜入射で光を照射し、アライメントマーク１９からの０次回折光を検出せずに、アライメントマーク１９からの高次回折光や散乱光などを検出する。アライメントマーク１９に対して斜入射で光を照射するために、開口絞り板２４に設けられた開口絞りから、輪帯形状で中心部分に遮光部が設けられ、かかる遮光部の周辺部分に光透過部が設けられた開口絞りを選択する。また、開口絞り３４には、アライメントマーク１９からの０次回折光を検出せずに、高次回折光や散乱光を検出するための開口絞りを用いる。具体的には、開口絞り３４として、中心部分に光透過部が設けられ、かかる光透過部の周辺部分に遮光部が設けられた開口絞り、即ち、開口絞り板２４で選択した開口絞りの遮光部とは排他的な位置に遮光部が設けられた開口絞りを用いる。

暗視野照明では、アライメントマーク１９からの０次回折光を検出しないため、アライメントマーク１９が設けられていない非マーク部などの段差がない平坦部からは高次回折光や散乱光を検出することができず、平坦部からの信号強度がゼロとなる。換言すれば、暗視野照明では、平坦部からの信号強度がゼロとなるために、アライメントマーク１９以外の部分が暗くなる。

平坦部からの信号強度がゼロであるのに対して、アライメントマーク１９からは、高次回折光や散乱光など弱いながらも信号強度がある。従って、基板アライメント計測系１６においてフレア光を小さく抑えることができれば、アライメント信号（マーク信号）のみが得られ、高コントラストを実現することができる。一方、暗視野照明では、アライメント信号に０次回折光が含まれていないため、アライメント信号の強度が低く、アライメント信号を検出可能なレベルまで光量（照明光量）を上げる必要がある。但し、光量を上げると、基板アライメント計測系１６で発生するフレア光によってコントラストが低下してしまう。

図１５は、基板アライメント計測系１６でフレア光が発生しない場合に得られる理想的なアライメント信号の波形を示す図である。図１５を参照するに、アライメントマーク１９からの信号強度が強く、ベースにはフレア光が乗っていないため、その強度はゼロである。暗視野照明では、アライメント信号の強度は絶対値としては小さいが、光量を上げたり、光電変換素子３７の蓄積時間を延ばしたりすることで、ベースにフレア光が乗っていなければ、信号強度としては大きくなる。なお、図１５では、アライメント信号の強度を１で規格化している。

図１６は、基板アライメント計測系１６でアライメント信号の強度の半分に相当するフレア光が発生した場合に得られるアライメント信号の波形を示す図である。図１６を参照するに、理想的なアライメント信号と比べると、アライメントマーク１９からの規格化された信号強度は１で同じであるが、フレア光による信号強度がある（フレア強度が０．５である）ため、ベースの信号強度が上がっている。

コントラストは、一般的に、アライメント信号の強度からベースの信号強度を差し引いた値で評価される。従って、図１５に示すアライメント信号のコントラストは、（アライメント信号の強度１）−（ベースの信号強度０）で１となるが、図１６に示すアライメント信号のコントラストは、（アライメント信号の強度１）−（ベースの信号強度０．５）で０．５となる。

コントラストは高ければ高いほど計測に有利であるため、暗視野照明では、一般的に、アライメント信号の強度を１とすると、ベースの信号強度を０．３以下に抑える必要がある。ベースの信号強度が０．３を超えると、計測エラーが発生したり、計測ができたとしても、プロセスばらつきなどで基板内での信号強度にばらつきが生じ、計測精度が低下したりする。

図１３に示すように、入射光量に対するフレア率が０．５％である場合、暗視野照明において、アライメントマーク１９からの信号強度が０．５５％程度と低ければ、図１７に示すように、アライメント信号がフレア強度（フレア光）に埋もれてしまう。暗視野照明では、上述したように、アライメントマーク１９からの０次回折光を検出せずに、微弱な高次回折光や散乱光などを検出するため、アライメントマーク１９からの信号強度が０．５５％程度となることがある。アライメントマーク１９からの信号強度０．５５％に対してフレア率が０．５％である場合、アライメント信号の強度を１とすると、フレア強度が０．９（≒０．５％／０．５５％）近くあることを意味する。図１７を参照するに、アライメント信号の強度１に対してフレア強度が０．９もあり、ベースの信号強度が暗視野照明のターゲット（閾値）である０．３を大きく超えている。

このように、入射光量に対するフレア率が高い場合（図１３に示す基板アライメント計測系１６）では、アライメント信号の強度が低いと、計測精度が低下したり、計測エラーが発生したりする可能性が高くなる。従って、基板アライメント計測系１６で発生するフレア光を低減（抑制）することが重要である。

そこで、本実施形態では、広帯域な波長の光を用いながら、基板アライメント計測系１６で発生するフレア光を低減することを実現する技術を提供する。図１８は、本実施形態における基板アライメント計測系１６の偏光ビームスプリッタ２７の近傍の構成を示す概略図である。基板アライメント計測系１６は、本実施形態では、図１８に示すように、照明系ＩＬに偏光子５５を含む。偏光子５５は、本実施形態では、Ｓ偏光に対する透過率がＰ偏光に対する透過率よりも高く、具体的には、Ｓ偏光のみを１００％透過し、Ｐ偏光に対する透過率を１％に抑えた透過型偏光子である。偏光子５５は、例えば、偏光ビームスプリッタやワイヤーグリッドなどで構成されている。

光源２０から射出される光は、図１８に示すように、無偏光であり、Ｓ偏光とＰ偏光とを同じ量含んでいる。従って、Ｓ偏光１００％及びＰ偏光１００％の光が偏光子５５に導光される。偏光子５５は、上述したように、Ｓ偏光に対する透過率が１００％であり、Ｐ偏光に対する透過率が１％であるため、Ｓ偏光１００％及びＰ偏光１％が偏光子５５を透過して、偏光ビームスプリッタ２７に到達する。偏光ビームスプリッタ２７は、図１１に示す特性、即ち、Ｓ偏光に対する反射率がＰ偏光に対する反射率よりも高い反射型偏光子であるため、Ｓ偏光を１００％反射することはできず、Ｓ偏光が基板側に９５％のみ反射され、Ｐ偏光も基板側に５％反射される。従って、Ｓ偏光９５％とＰ偏光０．０５％とが偏光ビームスプリッタ２７とλ／４板３０との間に配置されたＡＦプリズム２９に到達する。

ＡＦプリズム２９は、ＡＲ膜が設けられた透過部材である。本実施形態では、ＡＦプリズム２９の表面には、図１２に示す特性を有するＡＲ膜が形成されているため、上述したように、１．０％程度の表面反射がＡＦプリズム２９で発生する。従って、Ｓ偏光の０．９５％及びＰ偏光の０．０００５％がＡＦプリズム２９で反射され、基板３に到達せずに、光電変換素子３７に到達する。換言すれば、Ｓ偏光０．９５％とＰ偏光０．０００５％との合計である０．９５０５％が基板３を照明せずに、光電変換素子３７に直接到達するフレア光となる。入射光量に対するフレア率は、本実施形態では、０．４７５２５％である。このように、本実施形態では、入射光量に対するフレア率が図１３に示す基板アライメント計測系１６におけるフレア率（５％）よりも改善している。従って、偏光子５５は、偏光ビームスプリッタ２７で反射されるＰ偏光の影響を低減することに効果がある。

図１９は、本実施形態における基板アライメント計測系１６の偏光ビームスプリッタ２７の近傍の別の構成を示す概略図である。基板アライメント計測系１６は、本実施形態では、図１９に示すように、照明系ＩＬに偏光子５５を含むことに加えて、更に、結像系ＩＭに偏光子５６を含む。偏光子５６は、本実施形態では、Ｐ偏光に対する透過率がＳ偏光に対する透過率よりも高く、具体的には、Ｐ偏光のみを１００％透過し、Ｓ偏光に対する透過率を１％に抑えた透過型偏光子である。偏光子５６は、例えば、偏光ビームスプリッタやワイヤーグリッドなどで構成されている。偏光子５５と偏光子５６とは、透過する偏光軸が光学的に直交している。

光源２０から射出される光は、図１９に示すように、無偏光であり、Ｓ偏光とＰ偏光とを同じ量含んでいる。従って、Ｓ偏光１００％及びＰ偏光１００％の光が偏光子５５に導光される。偏光子５５は、上述したように、Ｓ偏光に対する透過率が１００％であり、Ｐ偏光に対する透過率が１％であるため、Ｓ偏光１００％及びＰ偏光１％が偏光子５５を透過して、偏光ビームスプリッタ２７に到達する。偏光ビームスプリッタ２７は、図１１に示す特性、即ち、Ｓ偏光に対する反射率がＰ偏光に対する反射率よりも高い反射型偏光子であるため、Ｓ偏光を１００％反射することはできず、Ｓ偏光が基板側に９５％のみ反射され、Ｐ偏光も基板側に５％反射される。従って、Ｓ偏光９５％とＰ偏光０．０５％とが偏光ビームスプリッタ２７とλ／４板３０との間に配置されたＡＦプリズム２９に到達する。

ＡＦプリズム２９は、ＡＲ膜が設けられた透過部材である。本実施形態では、ＡＦプリズム２９の表面には、図１２に示す特性を有するＡＲ膜が形成されているため、上述したように、１．０％程度の表面反射がＡＦプリズム２９で発生する。従って、Ｓ偏光の０．９５％及びＰ偏光の０．０００５％がＡＦプリズム２９で反射され、基板３に到達せずに、結像系側に反射される。

結像系側に反射されたＳ偏光０．９５％及びＰ偏光０．０００５％は、偏光子５６に到達する。偏光子５６は、上述したように、Ｐ偏光に対する透過率が１００％であり、Ｓ偏光に対する透過率が１％であるため、Ｓ偏光０．００９５％及びＰ偏光０．０００５％が偏光子５６を透過して、光電変換素子３７に到達する。従って、Ｓ偏光０．００９５％とＰ偏光０．０００５％との合計である０．０１％が基板３を照明せずに、光電変換素子３７に直接到達するフレア光となる。入射光量に対するフレア率は、本実施形態では、０．００５％である。このように、本実施形態では、入射光量に対するフレア率が図１３に示す基板アライメント計測系１６におけるフレア率（５％）の１／１００にまで改善している。従って、偏光子５６は、偏光ビームスプリッタ２７を透過するＳ偏光の影響を低減することに効果がある。

暗視野照明において、アライメントマーク１９からの信号強度が０．５５％程度と低い場合、上述したように、フレア率が０．５％である（図１３）と、図１７に示すように、アライメント信号がフレア強度に埋もれてしまう。但し、図１８や図１９に示す本実施形態では、このようなアライメント信号がフレア強度に埋もれてしまうことを改善することができる。例えば、図１９に示す本実施形態では、アライメントマーク１９からの信号強度が０．５５％であっても、フレア率が０．００５％と低減しているため、図２０に示すようなアライメント信号が得られる。図２０は、図１９に示す基板アライメント計測系１６で得られるアライメント信号の波形を示す図である。アライメントマーク１９からの信号強度０．５５％に対してフレア率が０．０５％であることは、アライメント信号の強度を１とすると、フレア強度は０．０１（≒０．００５％／０．５５％）程度であることを意味する。図２０を参照するに、アライメント信号の強度１に対してフレア強度が０．０１程度であり、ベースの信号強度が暗視野照明のターゲット（閾値）である０．３以下となっている。

本実施形態では、偏光ビームスプリッタ２７とλ／４板３０との間に少なくとも１つの光学部材（例えば、ＡＦプリズム２９）を有する基板アライメント計測系１６において、照明系ＩＬ、或いは、照明系ＩＬ及び結像系ＩＭが偏光子を含む。これにより、基板アライメント計測系１６で得られるアライメント信号のコントラストを大幅に改善することができる。

また、本実施形態では、アライメント信号のコントラストが改善すると説明したが、これは、アライメントマーク１９からの信号強度がより低いプロセスでもアライメントマーク１９が検出可能であることも意味する。例えば、暗視野照明でのベースの信号強度のターゲットである０．３以下を実現するために、図１３に示す基板アライメント計測系１６では、フレア率が０．５％であるため、アライメント信号の強度が１．６％（≒０．５／（１／０．３））程度必要となる。一方、図１９に示す基板アライメント計測系１６では、フレア率が０．０５％であるため、アライメント信号の強度が０．０１６％（≒０．００５／（１／０．３））程度であっても、アライメントマーク１９が検出可能となる。換言すれば、図１９に示す基板アライメント計測系１６は、図１３に示す基板アライメント計測系１６と比べて、アライメントマーク１９からの信号強度が１００倍暗くてもアライメントマーク１９を検出することができる。

なお、図１９では、説明を簡単にするために、偏光ビームスプリッタ２７の近傍の構成を中心に示したが、基板アライメント計測系１６は、実際には、図２１に示す構成を有する。図２１は、本実施形態における基板アライメント計測系１６の具体的な構成を示す概略図である。

また、これまでの説明では、アライメントマーク１９からの信号強度が低い場合の一例として暗視野照明を挙げたが、本実施形態における基板アライメント計測系１６は、明視野照明にも採用可能である。

図２２を参照して、明視野照明の原理について説明する。図２２は、開口絞り板２４と開口絞り３４との関係を中心に基板アライメント計測系１６を簡略化して示している。明視野照明では、暗視野照明で用いた開口絞りとは異なる開口絞りを用いる（即ち、開口絞りを切り換える）。

明視野照明では、基板３に設けられたアライメントマーク１９に対して垂直入射で光を照射して、アライメントマーク１９からの０次回折光も検出するため、暗視野照明と比べて、アライメントマーク１９からの光量が高い。一方、アライメントマーク１９が設けられていない非マーク部などの段差がない平坦部からの０次回折光も検出してしまうため、平坦部からの光量も高い。従って、明視野照明では、アライメント信号のコントラストが暗視野照明よりも低くなる。

図２３は、明視野照明において得られるアライメント信号の波形の一例を示す図である。図２３を参照するに、明視野照明では、上述したように、平坦部からの０次回折光も検出するため、平坦部からの信号強度（平坦部強度）が高くなっている。図２４は、明視野照明において、基板アライメント計測系１６でフレア光が発生した場合に得られるアライメント信号の波形を示す図である。図２４を参照するに、アライメント信号とは別のフレア強度が平坦部強度（ベース）に追加されるため、アライメント信号の強度が相対的に低減して、コントラストが低下している。明視野照明であっても、プロセスウエハの吸収率が高いと、アライメントマーク１９からの光量と平坦部からの光量とがともに低下するため、基板アライメント計測系１６で発生するフレア光を低減しなければ、フレア光の影響が相対的に高くなる。これにより、図２４に示すように、アライメント信号のコントラストが低下してしまう。従って、暗視野照明や明視野照明に関わらず、基板アライメント計測系１６で発生するフレア光を低減することは重要である。

本実施形態では、主に、図１９及び図２１に示すように、基板アライメント計測系１６の照明系ＩＬ及び結像系ＩＭのそれぞれが偏光子を含んでいる場合を例に説明した。但し、図１８に示すように、基板アライメント計測系１６の照明系ＩＬのみが偏光子を含んでいる場合であっても、基板アライメント計測系１６で発生するフレア光を低減することができる。また、基板アライメント計測系１６の結像系ＩＭのみが偏光子を含んでいる場合であっても、基板アライメント計測系１６で発生するフレア光を低減することができる。このように、基板アライメント計測系１６において、照明系ＩＬ及び結像系ＩＭの少なくとも一方が偏光子を含んでいればよい。

また、本実施形態では、偏光ビームスプリッタ２７とλ／４板３０との間に配置された少なくとも１つの光学部材として、ＡＦプリズム２９を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図２５に示すように、偏光ビームスプリッタ２７とλ／４板３０との間に配置された少なくとも１つの光学部材は、全反射プリズム５７であってもよい。図２５は、偏光ビームスプリッタ２７とλ／４板３０との間に全反射プリズム５７が配置された基板アライメント計測系１６の偏光ビームスプリッタ２７の近傍の構成を示す概略図である。

全反射プリズム５７は、光学系の光軸（光線）を折り曲げるミラー（反射部材）の１種である。全反射プリズム５７は、全反射プリズム５７の斜辺と空気層との屈折率差で生じる全反射効果によって、光量ロスなく、光の向きを９０度回転させる。一般的な表面反射ミラーには、アルミなどの金属膜が形成（コーティング）されているため、かかる表面反射ミラーの反射率は、９０％程度となり、光量を１０％程度ロスしてしまう。従って、全反射プリズム５７は、光量的に、即ち、光量ロスなく光を回転させる上で有利である。但し、全反射プリズム５７には、偏光ビームスプリッタ２７で反射された光が全反射プリズム５７の硝材の表面に設けられたＡＲ膜で反射されることでフレア光となる問題がある。このように、偏光ビームスプリッタ２７とλ／４板３０との間に全反射プリズム５７を配置した場合にも、基板アライメント計測系１６ではフレア光が発生する。従って、上述したように、基板アライメント計測系１６の照明系ＩＬ及び結像系ＩＭの少なくとも一方に偏光子を設けることで、基板アライメント計測系１６で発生するフレア光を低減することができる。

本実施形態では、偏光ビームスプリッタ２７とλ／４板３０との間に、１つのＡＦプリズム２９、或いは、１つの全反射プリズム５７が配置されている場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ＡＦプリズム２９と全反射プリズム５７とを、偏光ビームスプリッタ２７とλ／４板３０との間に配置してもよい。このように、偏光ビームスプリッタ２７とλ／４板３０との間には、複数の光学部材が配置されてもよい。

また、本実施形態では、偏光ビームスプリッタ２７をプリズムタイプで図示しているが、偏光ビームスプリッタ２７は、平行平板を４５度傾けて配置するミラータイプであってもよい。

また、基板アライメント計測系１６において、照明系ＩＬに含まれる偏光子５５は、図２６に示すように、照明系ＩＬの光軸に対して傾けて配置されているとよい。同様に、結像系ＩＭに含まれる偏光子５６は、図２６に示すように、結像系ＩＭの光軸に対して傾けて配置されているとよい。図２６は、本実施形態における基板アライメント計測系１６の偏光ビームスプリッタ２７の近傍の構成を示す概略図である。

照明系ＩＬに含まれる偏光子５５を光軸に対して傾けて配置することで、偏光子５５の表面で反射される光を光軸から斜めに向けることができる。例えば、偏光子５５は、Ｐ偏光を１％しか透過させないため、９９％のＰ偏光は、偏光子５５で反射される。ここで、偏光子５５を光軸に対して傾けずに垂直に配置すると、偏光子５５で反射された９９％のＰ偏光が光源２０に戻り、光源２０で反射され、偏光子５５に再度到達して透過することになるため、フレア光となってしまう。このようなフレア光は、微少量であり、通常は無視することができるが、より高精度なアライメントを実現するためには、このようなフレア光の影響も低減する必要がある。図２６に示すように、偏光子５５を光軸に対して傾けて配置することで、偏光子５５で反射された９９％のＰ偏光は、光源２０に戻らず（即ち、光源２０で反射されず）、偏光子５５に再度到達することを防止することができる。換言すれば、偏光子５５で反射された９９％のＰ偏光からフレア光が発生することを防止することができる。

同様に、結像系ＩＭに含まれる偏光子５６を光軸に対して傾けずに垂直に配置すると、偏光子５６で反射された９９％のＳ偏光がＡＦプリズム２９の表面で反射され、偏光子５６に再度到達して透過することになるため、フレア光となってしまう。図２６に示すように、偏光子５６を光軸に対して傾けて配置することで、偏光子５６で反射された９９％のＳ偏光は、ＡＦプリズム２９に戻らず（即ち、ＡＦプリズム２９の表面で反射されず）、偏光子５６に再度到達することを防止することができる。換言すれば、偏光子５６で反射された９９％のＳ偏光からフレア光が発生することを防止することができる。

このように、照明系ＩＬに含まれる偏光子５５及び結像系ＩＭに含まれる偏光子５６のそれぞれを光軸に対して傾けて配置することは、基板アライメント計測系１６で発生するフレア光を低減する上で有効である。また、偏光子５５及び５６のそれぞれを傾ける方向（回転方向）は、透過軸に対して直交する方向を回転軸とし、照明系ＩＬと結像系ＩＭとで直交させるとよい。

また、偏光子５５及び５６は、図２１に示すように、基板３と光学的に共役な面（共役面）５８からシフトした面（位置）に配置されている。偏光子５５及び５６は、その性能を考慮すると、基本的には、入射光が角度を有していない面に配置するとよい。偏光子５５及び５６は、垂直入射光に対して所定の偏光のみを透過する特性を有する光学素子であるが、入射光が角度を有していると、所定外の偏光も透過する懸念がある。

基板アライメント計測系１６の照明系ＩＬでは、第１照明系２５と第２照明系２６との間や第１コンデンサ光学系２１と第２コンデンサ光学系２３との間に、光が角度を有していない領域、即ち、共役面５８が存在する。但し、偏光子５５を共役面５８に配置すると、偏光子５５の表面に存在するキズやゴミなどが基板３に写り込み、計測だまされとなる可能性がある。従って、偏光子５５は、第１照明系２５と第２照明系２６との間又は第１コンデンサ光学系２１と第２コンデンサ光学系２３との間であって、共役面５８を避けて配置するとよい。本実施形態では、図２１に示すように、第１コンデンサ光学系２１と第２コンデンサ光学系２３との間であって、共役面５８からシフトした面に偏光子５５を配置している。

一方、基板アライメント計測系１６の結像系ＩＭでは、第１結像系３３と第２結像系３５との間や光電変換素子３７の入射面に共役面５８が存在する。従って、偏光子５６は、図２１に示すように、光が角度を有しておらず、且つ、共役面５８を避けることが可能な第１結像系３３と第２結像系３５との間に配置するとよい。なお、対物レンズ３１とリレーレンズ３２との間も光が角度を有しておらず、且つ、共役面５８を避けることができるが、偏光ビームスプリッタ２７、ＡＦプリズム２９、λ／４板３０などの複数の光学部材が既に配置されている。そこで、本実施形態では、第１結像系３３と第２結像系３５との間に偏光子５６を配置することで、共役面５８から偏光子５６をシフトさせて配置している。これにより、偏光子５６の像が光電変換素子３７（基板３）に写り込むことなく、良好な計測が可能となる。

このように、照明系ＩＬに含まれる偏光子５５及び結像系ＩＭに含まれる偏光子５６のそれぞれを共役面５８からシフトさせて配置することは、偏光子５５及び５６による計測精度の低下を抑制して良好な計測を実現する上で有効である。

また、本実施形態では、偏光ビームスプリッタ２７を、Ｓ偏光に対する反射率がＰ偏光に対する反射率よりも高い反射型偏光子として説明した。但し、偏光ビームスプリッタ２７を、Ｐ偏光に対する反射率がＳ偏光に対する反射率よりも高い反射型偏光子に置換することもできる。この場合、照明系ＩＬに含まれる偏光子５５をＰ偏光に対する透過率がＳ偏光に対する透過率よりも高い透過型偏光子とし、結像系ＩＭに含まれる偏光子５６をＳ偏光に対する透過率がＰ偏光に対する透過率よりも高い透過型偏光子とすればよい。

本実施形態における基板アライメント計測系１６によれば、フレア光を低減し、アライメント信号のコントラストを大幅に改善することができるため、計測精度が向上し、基板３の位置を高精度に求めることができる。従って、基板アライメント計測系１６を有する露光装置１００は、レチクル１と基板３とのアライメントにおいて、高精度なオーバーレイ精度を達成することができる。

本発明の実施形態における物品の製造方法は、例えば、デバイス（半導体素子、磁気記憶媒体、液晶表示素子など）、カラーフィルタ、光学部品、ＭＥＭＳなどの物品を製造するのに好適である。かかる製造方法は、上述した実施形態の露光装置１００を用いて、感光剤が塗布された基板を露光する工程と、露光された感光剤を現像する工程とを含む。また、現像された感光剤のパターンをマスクとして基板に対してエッチング工程やイオン注入工程などを行い、基板上に回路パターンが形成される。これらの露光、現像、エッチングなどの工程を繰り返して、基板上に複数の層からなる回路パターンを形成する。後工程で、回路パターンが形成された基板に対してダイシング（加工）を行い、チップのマウンティング、ボンディング、検査工程を行う。また、かかる製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、レジスト剥離など）を含みうる。本実施形態における物品の製造方法は、従来に比べて、物品の性能、品質、生産性及び生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

１００：露光装置 ２７：偏光ビームスプリッタ ２９：ＡＦプリズム ３０：λ／４板 ３７：光電変換素子 ５５、５６：偏光子 ＩＬ：照明系 ＩＭ：結像系 ＤＳ：分離系

Claims (15)

1. 被検物体の位置を計測する計測装置であって、
   前記被検物体を照明光で照明する照明系と、
   前記被検物体からの検出光を、前記被検物体の像を検出する光電変換素子に結像する結像系と、
   前記照明系と前記結像系との間に配置された反射型偏光子及びλ／４板とを含み、前記反射型偏光子及び前記λ／４板を介して前記照明光と前記検出光とを分離する分離系と、
   を有し、
   前記分離系は、前記反射型偏光子と前記λ／４板との間に配置された少なくとも１つの光学部材を含み、
   前記照明系及び前記結像系の少なくとも一方は、偏光子を含むことを特徴とする計測装置。
2. 前記偏光子は、透過型偏光子を含むことを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
3. 前記照明系及び前記結像系のそれぞれは、偏光子を含み、
   前記反射型偏光子は、Ｓ偏光に対する反射率がＰ偏光に対する反射率よりも高く、
   前記照明系に含まれる前記偏光子は、Ｓ偏光に対する透過率がＰ偏光に対する透過率よりも高く、
   前記結像系に含まれる前記偏光子は、Ｐ偏光に対する透過率がＳ偏光に対する透過率よりも高いことを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
4. 前記照明系に含まれる前記偏光子は、Ｓ偏光に対する透過率が１００％であり、Ｐ偏光に対する透過率が１％であり、
   前記結像系に含まれる前記偏光子は、Ｐ偏光に対する透過率が１００％であり、Ｓ偏光に対する透過率が１％であることを特徴とする請求項３に記載の計測装置。
5. 前記照明系及び前記結像系のそれぞれは、偏光子を含み、
   前記反射型偏光子は、Ｐ偏光に対する反射率がＳ偏光に対する反射率よりも高く、
   前記照明系に含まれる前記偏光子は、Ｐ偏光に対する透過率がＳ偏光に対する透過率よりも高く、
   前記結像系に含まれる前記偏光子は、Ｓ偏光に対する透過率がＰ偏光に対する透過率よりも高いことを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
6. 前記少なくとも１つの光学部材は、前記照明光の反射を抑制する反射防止膜が設けられた透過部材を含むことを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の計測装置。
7. 前記透過部材は、ダイクロイックプリズムを含むことを特徴とする請求項６に記載の計測装置。
8. 前記少なくとも１つの光学部材は、前記照明光の反射を抑制する反射防止膜が設けられた全反射プリズムを含むことを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の計測装置。
9. 前記照明系は、前記被検物体を前記照明光で暗視野照明することを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の計測装置。
10. 前記照明系に含まれる前記偏光子は、前記照明系の光軸に対して傾けて配置され、
    前記結像系に含まれる前記偏光子は、前記結像系の光軸に対して傾けて配置されていることを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の計測装置。
11. 前記偏光子は、前記被検物体と光学的に共役な面からシフトした面に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１０のうちいずれか１項に記載の計測装置。
12. 前記照明光は、３００ｎｍ以上の波長帯域の幅を有することを特徴とする請求項１乃至１１のうちいずれか１項に記載の計測装置。
13. 前記光電変換素子で検出された前記被検物体の像に基づいて、前記被検物体の位置を求める制御部を更に有することを特徴とする請求項１乃至１２のうちいずれか１項に記載の計測装置。
14. レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系と、
    前記基板を保持するステージと、
    前記基板の位置を被検物体の位置として計測する請求項１乃至１３のうちいずれか１項に記載の計測装置と、
    前記計測装置の計測結果に基づいて、前記ステージの位置を制御する制御部と、
    を有することを特徴とする露光装置。
15. 請求項１４に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
    露光した前記基板を現像する工程と、
    現像された前記基板から物品を製造する工程と、
    を有することを特徴とする物品の製造方法。

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