JP5385652B2 - 位置検出装置、露光装置、位置検出方法、露光方法及びデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、位置検出装置、露光装置及びデバイス製造方法に関する。

従来、半導体装置や液晶表示装置等の製造におけるフォトリソグラフィ工程では、レチクルやマスク（以下、マスクという。）に形成された回路パターンを、投影光学系を介して半導体ウエハやガラス基板（以下、ウエハという。）上に露光する。露光装置には、複数の露光領域にマスクのパターンを、投影光学系を介して順次露光をするステップ・アンド・リピート型の露光装置（ステッパと称することもある）がある。また、ステップ移動と走査露光とを繰り返すことにより、基板上の複数の領域に露光転写を繰り返すステップ・アンド・スキャン型の露光装置（スキャナまたは走査露光装置と称することもある）が使用されている。

近年、半導体素子等は益々パターンが微細化している。これを実現するためには、投影光学系の解像力を高める必要がある。露光装置の解像力を向上させる方法には、露光波長を短くする方法と、投影光学系の開口数（ＮＡ）を大きくする方法とがある。露光波長を短くする方法に関して、様々な光源が開発されている。例えば、３６５ｎｍのｉ線から２４８ｎｍ付近の発振波長を有するＫｒＦエキシマレーザ光に移行しつつあり、更に１９３ｎｍ付近の発振波長を有するＡｒＦエキシマレーザの開発が進んでいる。更に、１５７ｎｍ付近の発振波長を有するフッ素（Ｆ２）エキシマレーザの開発も行なわれている。

一方、投影光学系の開口数（ＮＡ）を大きくする方法に関して、液浸法を用いた投影露光方法が注目されつつある。液浸法では、投影光学系の最終面と基板（例えばウエハ）表面との間の従来気体で満たされていた空間を液体で満たして投影露光する。液浸法の利点は、従来と同一波長の光源を用いても、解像力が従来よりも向上することである。例えば、投影光学系とウエハとの間の間隙に提供される液体を純水（屈折率１．３３）とし、ウエハに結像する光線の最大入射角が液浸法と従来法とで等しいと仮定する。このとき、投影光学系のＮＡが１．３３倍になるので、液浸法の解像力は従来法の１．３３倍に向上する。このように、液浸法によれば、従来法では不可能なＮＡ≧１とした場合の解像力を得ることが可能である。この液浸法を実現するために、様々な露光装置が提案されている。

一方、投影パターンの解像力の向上に伴って、投影露光装置におけるウエハとマスクを相対的に位置合わせするアライメントについても高精度化が必要とされている。投影露光装置は高解像度の露光装置であると同時に高精度な位置検出装置としての機能も要求されている。こうした背景の下、ウエハのアライメント方式として多く用いられている方式に、オフアクシスアライメント検出系（Ｏｆｆ−Ａｘｉｓ ＡｕｔｏＡｌｉｇｎｍｅｎｔ、以下「ＯＡ検出系」と呼ぶ）がある。ＯＡ検出系は、投影光学系と異なる位置に配置され、投影光学系を介さずにウエハ上のアライメントマークの位置を検出する。その検出結果に基づいてウエハの位置合わせが行なわれる。

一方、従来のアライメント方式として、ＴＴＬ−ＡＡ（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｔｈｅ Ｌｅｎｓ ＡｕｔｏＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）と呼ばれる方法がある。投影光学系を介して非露光光のアライメント波長の光を用いてウエハ上のアライメントマークを検出する方法である。ＴＴＬ−ＡＡのメリットは、投影光学系の光軸とＴＴＬ−ＡＡの光軸（いわゆる、ベースライン）が非常に短く配置出来るため、アライメント計測時と露光時のウエハステージの駆動量が少ないことである。従って、ウエハステージ回りの環境変化による投影光学系の光軸とＴＴＬ−ＡＡの光軸との距離の変動で発生する測定誤差を小さく抑えることが出来る。つまり、ベースラインの変動が少ないと言うメリットがある。

ところが、露光光がＫｒＦレーザやＡｒＦレーザと言った短波長光に移行すると、使用硝材が限定されるため、投影光学系のアライメント波長に対する色収差の補正が困難になる。従って、投影光学系の色収差の影響を受けないＯＡ検出系が重要になって来ている。

従来のＯＡ検出系を備えたアライメント方式の一例(特許文献１)について説明する。図１は、従来のＯＡ検出系を示す概略構成図である。ＯＡ検出系において、光源１から導光された光は、照明リレー光学系２及び３を通過し、回転盤４に形成された開口絞りに結像する。開口絞りを通過した特定の光は、更に照明光学系５を通過した後、偏光ビームスプリッタ６に導かれる。偏光ビームスプリッタ６によって反射されたＳ偏光は、リレーレンズ７、λ／４板８を通過した後、円偏光に変換され、対物レンズ９を通ってウエハＷ上に形成されたウエハマークＷＭをケーラー照明する。ウエハマークＷＭから発生した反射光、回折光及び散乱光は、対物レンズ９、λ／４板８、リレーレンズ７を戻る。その後今度はＰ偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ６を通過し、結像光学系１０によって、ウエハマークＷＭの像をセンサ（像検出素子）１１上に形成する。光電変換されたウエハマークＷＭの像の位置に基づいて、ウエハＷの位置を検出する。

一方、基準板の光源１２から射出した光は、基準板の照明光学系１３により、基準板１４を一様な光量分布となるようケーラー照明している。基準板１４には、基準マークＳＭが構成されており、基準マークＳＭを透過した光のみがハーフミラー１５側に導光される。アライメント光を射出する光源１と基準光を射出する基準板の光源１２を別光源とすることで、ウエハマークＷＭを照明するときは基準光を射出しない。また、基準マークＳＭを照明するときはアライメント光を射出しないことで、同一視野内にウエハマークＷＭ及び基準マークＳＭを形成することができる。一方、ウエハステージ上に構成されたマークとレチクル上に構成されたマークの相対位置を図示しない露光光スコープにより検出する。その後、ウエハステージ上のマークと基準マークＳＭとの相対位置をＯＡ検出系で検出することで、所謂、ベースラインが計測される。ベースラインが計測される際のＯＡ検出系の基準となるものが基準マークＳＭである。ベースラインが計測された後は、基準マークＳＭを基準にウエハマークＷＭの位置が検出される。

ところで、このＯＡ検出系等のアライメント計測誤差成分として、アライメントマークの計測値が検出系の光軸方向の位置であるフォーカスＺ位置に依存して、光軸から水平方向に検出位置が変動すると言う現象がある。以下、この光軸から水平方向に検出位置が変動する特性を、「デフォーカス特性」と呼ぶ。以下、図２を用いデフォーカス特性について説明する。図２の（ａ）に示すように、ウエハに対して照明光の入射角が傾くと、＋側にＤ＋［μｍ］のデフォーカスでΔ１、−側にＤ−［μｍ］のデフォーカスでΔ２というようにアライメントマーク位置の計測値がずれる。このため、アライメントマークの計測値がデフォーカス量に対し、以下の量だけ依存性を持ってしまう。
＋側：１μｍデフォーカスあたり、Δ１／Ｄ＋
−側：１μｍデフォーカスあたり、Δ２／Ｄ−
このデフォーカス特性を抑えるためには、図２の（ｂ）に示すように、ウエハＷに対して照明光の入射角を垂直に近づける必要がある。こうしたデフォーカス特性を持った状態でアライメントマークを計測すると、アライメントマークのＺ方向における位置のばらつきが計測方向のばらつきになってしまい、計測再現性の劣化を発生させてしまう。その為に、特許文献２に示す如く、従来では検出光の光軸の調整や照明光の光軸の調整などを行い、極力デフォーカス特性が発生しないようにしている。

特許文献２では、基準となる調整マークに対し、デフォーカス特性の調整を行い、実際に位置合わせをするマークに対しては、調整マークと同等のデフォーカス特性を有するという前提で位置検出を行っている。

また、ウエハ上のアライメントマークの計測を行う場合、ウエハ上に塗布されるレジストの種類やレジストの膜厚等、製造プロセスの条件に合わせて好適な計測を行うために複数の照明条件の中から好適な条件を選択して計測を行っている。更に、アライメント検出系として、それら様々なアライメントマークに対しても、高精度な検出が可能なように、検出波長やＮＡといった照明条件（以下「照明条件」）を可変にする事が出来る形態を取っている。照明条件としては、具体的には照明光の波長帯域が挙げられ、複数種類の長帯域の中から条件に合った波長を選択して計測する方法が取られている。

これら従来の方法では照明条件を変更するために複数の開口絞りと複数の光源を構成している。その組合せで照明条件は複数種類となり、全ての照明条件に対して、光軸傾きによるデフォーカス時の測定誤差（デフォーカス特性）を抑えることが必要であることが指摘されている。(特許文献３、４)
そのためには、検出系の開口絞り（結像開口絞りに相当）に対する照明系の開口絞り（照明開口絞り）の位置ずれ（偏心）を調整する必要がある。調整方法としては、複数の照明開口絞りを切換える機構とその照明開口絞りを位置調整のために直交する２方向に対して駆動して調整を行なう方法が提案されている。

ここで、複数の照明開口絞りを切換える際には、駆動系による切換えを行なっている。具体的な一例としては，複数の照明開口絞りパターンをガラス円板に構成して，その円板をモータで回転駆動させ，光軸上に絞りを配置する構成をとっている。モータは，パルスモータを使用し，絞りパターンが構成されたガラス円板の原点検知手段にはフォトスイッチを使用している。複数の照明開口絞りを駆動系を用いて切換えあるいは、調整しているため駆動誤差が少なからず発生してくる。その為、実際の検出系を考えた場合、これらの原因により、どうしても多少のデフォーカス特性が残存してしまう場合が発生する。

また、照明条件によってデフォーカス特性が変化してしまい、全てのウエハに対して、常にデフォーカス特性を小さくする事が出来ない事が課題として挙げられる。その為、あるウエハ（特に、プロセスが異なるウエハ）に対しては、残存のデフォーカス特性とアライメントマークのＺ方向位置のばらつきにより、アライメント計測精度の劣化が発生し、結果としてオーバーレイ精度が悪化すると言う問題点が発生している。

また、上記このデフォーカス特性を調整する方法としては、特許文献５にその調整方法が提案されている。位置検出装置内に構成されている照明開口絞りと結像開口絞りの双方を観察し、結像開口絞りに対する照明開口絞りの偏芯を調整する方法である。特許文献５の実施例１では、σ＜１の照明開口絞りをσ≧１の照明開口絞りに切換えて照明開口絞りと結像開口絞りの双方を同時に観察し、結像開口絞りに対する照明開口絞りの偏芯を調整している。ここで、σは、位置検出装置において、結像開口絞り位置上で、結像倍率を考慮した結像開口絞りにおける照明開口絞りの径の比（照明開口絞り径/結像開口絞り径）である。従って、σ≧１の照明開口絞りの調整後、マーク計測用のσ＜１の照明開口絞りに再度切換える必要があり、この切換えにより生じる誤差を保証することはできない。更に、特許文献５の実施例２では、「σ≧１」とするために拡散板を光路に配置しているが、そのため装置の複雑化を招いている。

特開２００４−２７９１６６号公報 特開平１０−０２２２１１号公報 特開２００３−１４２３７５号公報 特開２００４−３５６１９３号公報 特開２００５−０２６４６１号公報

本発明は、例えば、照明開口絞りと結像開口絞りとの位置ずれの影響を低減することを目的とする。

本発明の第１の側面は、被検物体に設けられたマークの像を結像する結像系と、前記結像系の一部を介して光源から射出された照明光でマークを照明する照明系と、前記結像系により結像された前記マークの像を検出する第１像検出素子とを備え、前記第１像検出素子により検出されたマークの像の位置に基づいて前記被検物体の位置を検出する位置検出装置であって、前記照明系は、その回転によって照明光の光路上で且つ前記結像系の結像開口絞りと前記光源との間の前記照明系の瞳面にそれぞれ配置することができる第１照明開口絞りと第２照明開口絞りとを有する回転盤を含み、前記第１照明開口絞りおよび前記第２照明開口絞りの開口径を結像倍率を考慮して前記結像開口絞りに開口径に換算した値をσとするとき、前記第１照明開口絞りは１未満のσを有し、前記第２照明開口絞りは１より大きいσを有し、前記位置検出装置は、前記結像開口絞りの像と前記第１照明開口絞りの像とを撮像する第２像検出素子と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記瞳面に配置させた第２照明開口絞りを通過した照明光を用いて前記結像系の結像開口絞りの像を前記第２像検出素子に撮像させ、次に、前記回転盤を回転させて前記瞳面に前記第１照明開口絞りを配置させ、前記第１照明開口絞りを通過した照明光を用いて前記第１照明開口絞りの像を前記第２像検出素子に撮像させ、前記撮像された前記結像開口絞りの像と前記第１照明開口絞りの像とに基づいて、前記結像開口絞りに対する前記第１照明開口絞りの位置ずれの影響を低減するように前記第１照明開口絞りの補正処理を行い、前記位置検出装置において、前記被検物体の位置は、前記補正処理が行われた前記第１照明開口絞りを通過した照明光を用いて検出されることを特徴とする。
本発明の第２の側面は、被検物体に設けられたマークの像を結像する結像系と、前記結像系の一部を介して光源から射出された照明光でマークを照明する照明系と、前記結像系により結像された前記マークの像を検出する第１像検出素子とを備え、前記第１像検出素子により検出されたマークの像の位置に基づいて前記被検物体の位置を検出する位置検出装置を用いた位置検出方法であって、前記照明系は、その回転によって照明光の光路上で且つ前記結像系の結像開口絞りと前記光源との間の前記照明系の瞳面にそれぞれ配置することができる第１照明開口絞りと第２照明開口絞りとを有する回転盤を含み、前記第１照明開口絞りおよび前記第２照明開口絞りの開口径を結像倍率を考慮して前記結像開口絞りに開口径に換算した値をσとするとき、前記第１照明開口絞りは１未満のσを有し、前記第２照明開口絞りは１より大きいσを有し、前記位置検出方法は、前記結像開口絞りの像と前記第１照明開口絞りの像とを撮像可能な第２像検出素子を用意する工程と、前記瞳面に配置させた第２照明開口絞りを通過した照明光を用いて前記結像系の結像開口絞りの像を前記第２撮像素子に撮像させる工程と、前記回転盤を回転させて前記瞳面に前記第１照明開口絞りを配置し、前記第１照明開口絞りを通過した照明光を用いて前記第１照明開口絞りの像を前記第２撮像素子に撮像させる工程と、前記撮像された前記結像開口絞りの像と前記第１照明開口絞りの像とに基づいて、前記結像開口絞りに対する前記第１照明開口絞りの位置ずれの影響を低減するように前記第１照明開口絞りの補正処理を行う工程と、を含み、前記位置検出装置において、前記補正処理が行われた前記第１照明開口絞りを通過した照明光を用いて前記被検物体の位置を検出することを特徴とする。

本発明によれば、例えば、照明開口絞りと結像開口絞りとの位置ずれの影響を低減することができる。

従来のオフアクシスアライメント検出系を示す図 デフォーカス特性の説明図 本発明の位置検出装置を搭載した露光装置を示す図 図３におけるマスクステージ近傍を示す図 位置検出装置と第２像検出素子を示す図 回転盤を示す図 瞳面での照明開口絞りと結像絞りの位置関係を示す図 本発明の第２の実施例に係る露光装置内に構成した位置検出装置を示す図 本発明の第２の実施例に係る照明開口絞りの補正処理を行う方法を示す図

以下、添付図面を参照して、本発明の一側面としてのオフアクシスアライメント検出系（ＯＡ検出系）を有する露光装置について説明する。なお、各図において同一の部材については同一の参照番号を付す。

図３は、本発明の一側面としてのＯＡ検出系を有する露光装置の例示的な一形態を示す概略構成図である。露光装置は、マスク（レチクル）１７のパターンを、投影光学系２２を介して基板であるウエハＷ上に結像し投影させる。光源３４は所定の波長域の照明光を射出する。光源３４から射出された照明光は、マスク１７を照明する照明光学系に入射し照明される。照明光学系は、照明光を整形する光学系３５、フライアイレンズ３６、コンデンサレンズ３７、固定の視野絞り３８、可変視野絞り３９及びリレーレンズ系４０を含む。スリット状の照明領域内におけるマスク１７の回路パターン像が投影光学系２２を介してウエハＷ上に転写される。

光源３４としてはＡｒＦエキシマレーザやＫｒＦエキシマレーザ等のエキシマレーザ光源、金属蒸気レーザ光源、ＹＡＧレーザの高周波発生装置等のパルス光源、水銀ランプと楕円反射鏡とを組合せた構成等の連続光源等が使用できる。露光のオン・オフは、パルス光源の場合はパルス光源用の電源装置からの供給電力の制御により切り換えられ、連続光源の場合は照明光を整形する光学系内のシャッタにより切り換えられる。本実施例では可動ブラインドである可変視野絞り３９が設けられているため、可動ブラインドの開閉によって露光のオン・オフを切り換えてもよい。光源３４からの照明光は、照明光を整形する光学系により光束径が所定の大きさに設定されてフライアイレンズ３６に達する。フライアイレンズ３６の射出面には多数の２次光源が形成され、これら２次光源からの照明光は、コンデンサレンズ３７によって集光され、固定の視野絞り３８を経て可変視野絞り３９に達する。

本実施例では、固定の視野絞り３８は可変視野絞り３９よりもコンデンサレンズ３７側に配置されているが、その逆に、リレーレンズ系４０側へ配置してもよい。固定の視野絞り３８には、長方形のスリット状の開口部が形成されており、固定の視野絞り３８を通過した光は、長方形のスリット状の断面を有する光となり、リレーレンズ系４０に入射する。スリットの長手方向は図の紙面に対して垂直な方向である。リレーレンズ系４０は可変視野絞り３９とマスク１７のパターン形成面とを共役にするレンズ系である。ウエハＷは不図示のウエハ搬送装置によりウエハステージ２０に載置される。

ウエハステージ２０は、投影光学系２２の光軸に垂直な面内でウエハＷの位置決めを行うと共にウエハＷを±Ｙ方向に走査するＸＹステージ、Ｚ方向にウエハＷの位置決めを行うＺステージ等により構成されている。ウエハＷの上方には、オフ・アクシス方式のオフアクシスアライメント検出系（ＯＡ検出系）２４が構成されている。

次に、図４を参照してベースライン計測を行う方法を説明する。マスクステージ１８は、マスク１７を保持し移動可能なステージである。マスクステージ１８上にはマスク１７が載置され、マスクステージ１８上にはマスク１７とマスクステージ１８の位置決めするための基準マークであるマスク基準マーク３３が形成されている。マスク１７は、不図示のマスクアライメント顕微鏡を用いて、マスク基準マーク３３との位置決めが行われる。

図４に示されるように、アライメント顕微鏡２３を用いてマスク１７上に形成されるベースライン計測用マークを、投影光学系２２を通して、ウエハステージ２０上に固定されたステージ基準マーク２１上のマークとの相対位置を検出する。(第１工程)
第１工程完了後、ウエハステージ２０を移動させ、ステージ基準マーク２１をＯＡ検出系２４の観察領域に移動させる。ステージ基準マーク２１上に構成されたマークとＯＡ検出系２４の基準マークＳＭの相対位置を検出する。(第２工程)
第１工程と第２工程との検出結果に基づいてベースライン量の算出を行なう。これにより、露光描画中心に対するＯＡ検出系２４の検出位置が求められる。そして、基板であるウエハＷの位置決めを行った後に露光を開始することが可能となる。

ＯＡ検出系２４は、被検物体であるウエハステージ２０に設けられたマークの像を第１像検出素子によって検出し、検出されたマークの像の位置に基づいてウエハステージ２０の位置を検出する位置検出装置を構成している。

［実施例１］
次に、位置検出装置の照明開口絞りと結像開口絞りとの測定方法に関して説明する。図５は、本発明の一実施例に係る位置検出装置の概略図である。光源１から導光された光は、照明リレー光学系２及び３を通過し、回転盤４に形成された照明開口絞りに結像する。照明開口絞りを通過した特定の光は、更に照明光学系５を通過した後、偏光ビームスプリッタ６に導かれる。偏光ビームスプリッタ６によって反射されたＳ偏光は、リレーレンズ７、λ／４板８を通過した後、円偏光に変換され、対物レンズ９を通ってセンサ４１の位置に配置されたウエハＷ上に形成されたウエハマークＷＭをケーラー照明する。ウエハマークＷＭから発生した反射光、回折光及び散乱光は、対物レンズ９、λ／４板８、リレーレンズ７を戻る。その後今度はＰ偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ６を通過し、結像光学系１０によって、ウエハマークＷＭの像をセンサ（第１像検出素子）１１上に形成する。

光源１、照明リレー光学系２，３、照明開口絞りの回転盤４、照明光学系５、偏光ビームスプリッタ６、リレーレンズ７、λ／４板８、対物レンズ９は、光源から射出された照明光を照明する照明系を構成する。また、対物レンズ９、λ／４板８、リレーレンズ７、偏光ビームスプリッタ６、結像光学系１０は、マークの像を結像する結像系を構成する。照明系は、リレーレンズ７、λ／４板８、対物レンズ９等、結像系の一部を使ってマークを照明している。図中、ＡＳは対物レンズの結像開口絞り（対物開口絞り）である。４１は照明系の開口絞り（照明開口絞り）と結像開口絞りＡＳの像を撮像するセンサである。センサ４１は被検物体側に配置されている。センサ４１の配置は照明開口絞りと結像開口絞りの瞳面が撮像できる場所であれば良い。センサ４１は、結像開口絞りの像と第１照明開口絞りの像を撮像し、撮像した像に基づいて、結像開口絞りに対する第１照明開口絞りの位置ずれ量を検出する第２像検出素子を構成している。

次に照明開口絞りの回転盤４の詳細を図６に示す。前述した様に回転盤４には、複数の開口絞り４Ａ〜４Ｃが配置されている。光源１から射出された照明光は、照明リレー光学系２，３を介して、回転盤４上に配置された複数種類の照明開口絞り４Ａ〜４Ｃの何れかを通過する。これらの照明開口絞り４Ａ〜４Ｃは、回転盤４をモータ等によって駆動することにより、回転方式（ターレット方式）で切換え可能になっている。

モータの回転の原点は、前もって原点検出駆動としてモータの回転が行なわれ求められる。原点検出の方法は、回転盤４に設けられたスリット４ＤがフォトスイッチＰＳ１の検出部を通過した位置を回転の原点としている。照明開口絞りの開口径を、結像倍率を考慮して結像開口絞りに換算した値をσとした場合、照明開口絞り４Ａ，４Ｂはσ＜1であり、照明開口絞り４Ｃはσ＞1の絞りである。実際に被検物体を計測する絞りはσ＜１の照明開口絞り４Ａ，４Ｂであり、σ＞１の照明開口絞り４Ｃは調整用の絞りである。σ＜１の照明開口絞り４Ａ，４Ｂは、回転盤４が複数有する第１照明開口絞りを、σ＞１の調整用の照明開口絞り４Ｃは、第２照明開口絞りを、それぞれ構成している。照明開口絞り４Ａ，４Ｂ，４Ｃは、回転盤４の回転によって照明光の光路上で且つ結像開口絞りＡＳと光源との間の照明系の瞳面にそれぞれ配置することができる。

次に、これらの絞りを使用して、結像開口絞りＡＳと照明開口絞りの位置を測定する方法を説明する。まず照明系の瞳面に配置させた結像開口絞りＡＳを通過した照明光を用いて結像開口絞りＡＳの像をセンサ４１によって撮像する。次に、回転盤４を回転させて被検物体を測定する照明開口絞り４Ｂを照明系の瞳面に配置させ、照明開口絞り４Ｂの像をセンサ４１によって撮像する。前述した様に結像開口絞りＡＳを測定する場合、σ＞１の照明開口絞り４Ｃを使用する。

図７に上記方法にて結像開口絞りＡＳと照明開口絞り４Ｃをセンサ４１で撮像した結果を示す。図７（ａ）に結像開口絞りＡＳを撮像した結果を示す。次に図７(ｂ)に実際の被検物体を測定する際に使用する照明開口絞り４Ｂを撮像した結果を示す。４２は結像開口絞りＡＳのセンサ上での像であり、４３は照明開口絞り４Ｂのセンサ上での像である。図７（ａ）において、４２の中心部から図に示す様に位置検出装置の計測方向と同様にＸＹ座標を取っている。

この場合、図７(ｂ)に示す様に結像開口絞り４２と照明開口絞り４３との位置関係は、結像開口絞りＡＳの中心に対して、照明開口絞り４Ｂの中心がΔＸ、ΔＹだけ位置ずれしていることが撮像結果より分かる。この量を元に、結像開口絞りＡＳ、照明開口絞り４Ｂの各絞りを調整することが可能となる。図７（ｂ）において、結像開口絞りＡＳの像も記載しているが、実際に撮像できるのは照明開口絞り４Ｂに対応した４３の像となる。つまり、σ＜１の場合には、結像開口絞りＡＳの像は撮像できず、照明開口絞り４Ｂの像４３が撮像できる。一方、σ＞１の場合には結像開口絞りＡＳの像が撮像できる構成となっている。

［実施例２］
図８は本発明の一実施例に係る位置検出装置を有する投影露光装置の要部概略図である。同図は位置検出装置のＯＡ検出系２４を中心に示している。２２は投影光学系である。また、本実施例のＯＡ検出系２４内には、前記結像開口絞りＡＳに対する照明開口絞り４Ｂの位置ずれの影響を低減するように照明開口絞り４Ｂの補正処理を自動的に行う機構を具備している。

光源部ＬＳは、ＨｅＮｅレーザＬＳ１やハロゲンランプＬＳ２の発熱体が配設されているため、温度安定性が求められるＯＡ検出系２４から離れて配置されている。光源部ＬＳには、光源切換ミラーＬＳ３、及び光源からの光をファイバＦＢ入射端に集光する光学系ＬＳ４が配設されている。

コンピュータ５０が主制御系５１に、ＨｅＮｅレーザＬＳ１とハロゲンランプＬＳ２の何れの光源を使用するかを指示するのに応じて、主制御系５１が光源切換ミラーＬＳ３の駆動を行う。すなわち、光源としてＨｅＮｅレーザＬＳ１が選択された場合、光源切換えミラーＬＳ３は図中破線で示されるように光路から退避して、ＨｅＮｅレーザＬＳ１からの光は、光学系ＬＳ４を介してファイバＦＢ入射端に集光される。光源としてハロゲンランプＬＳ２が選択された場合、ハロゲンランプＬＳ２からの光は、光源切換えミラーＬＳ３で反射され、光学系ＬＳ４を介してファイバＦＢ入射端に集光される。もちろん、ＨｅＮｅレーザＬＳ１とハロゲンランプＬＳ２の配置を逆にした構成も可能である。

ＯＡ検出系２４の照明光ＩＬは、光源部ＬＳからＯＡ検出系の照明系ＯＡＩＬに接続されているファイバＦＢにより導光される。ファイバＦＢ出射端からの照明光ＩＬは、照明リレー光学系２，３を介して、照明開口絞りの回転盤４上に配置された複数種類の照明開口絞り４Ａ，４Ｂ，４Ｃの何れかを通過する。コンピュータ５０は、光源の種類（ＨｅＮｅレーザＬＳ１、またはハロゲンランプＬＳ２）と照明開口絞りとの組合せによる照明条件が設定されると、主制御系５１にモータ４４の回転の原点からの回転量を指示する。モータ４４の回転の原点は、前もって原点検出駆動としてモータ４４の回転が行なわれ求められる。

主制御系５１は、指示された回転量に応じて、モータ４４を駆動し、照明開口絞り４Ａ，４Ｂ，４Ｃの何れかが照明光ＩＬに設定される。照明開口絞りを通過した照明光ＩＬは、瞳面近傍つまり照明開口絞り近くに配置され、モータ４８によって駆動されることにより照明光ＩＬに対する傾きを調整可能な、光路シフト用の透明な平行平面板４７を透過する。

コンピュータ５０は、照明条件が設定されると、主制御系５１にモータ４８の回転の原点からの回転量を指示する。モータ４８の回転の原点は、前もって原点検出駆動としてモータ４８の回転が行なわれ求められる。主制御系５１は、指示された回転量に応じてモータ４８を駆動し、平行平面板４７は、照明光ＩＬの光軸に対して傾きを持つことで照明光ＩＬをＷ方向に平行シフトさせる。

次に、照明光ＩＬは、照明コンデンサレンズ３を介して照明視野絞り４５を照射する。照明視野絞り４５を射出した照明光ＩＬは、照明光学系５を透過した後、偏光ビームスプリッタ６に入射する。照明光ＩＬは、偏光ビームスプリッタ６に対してＰ偏光成分（紙面に平行な成分（Ｖ方向成分））が透過する。なお、偏光ビームスプリッタ６は、検出光を高効率で検出するために使用しており、光量に問題がなければ、通常のハーフミラーで構成してもよい。偏光ビームスプリッタ６を透過した照明光ＩＬは、反射プリズム４６で反射し、ウエハＷに対して下向きに向かう。反射プリズム４６の下には、λ／４板８が配置され、ここを透過した照明光ＩＬは円偏光に変換され、その後、結像開口絞りＡＳ、及び対物レンズ９を介して、ウエハＷ上の検出対象のウエハマークＷＭを照明する。

ウエハＷは、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向及びそれら軸の回転方向に駆動可能なウエハステージ２０上に保持されている。ウエハステージ２０はコンピュータ５０の指示に応じてステージ制御系４９により駆動することができる。

ウエハマークＷＭからの反射、回折、散乱によって発生した結像光ＭＬは、対物レンズ９、結像開口絞りＡＳ、及びλ／４板８を透過する。λ／４板８を透過した結像光ＭＬは、円偏光から紙面垂直方向（Ｗ方向）の直線偏光（Ｓ偏光）に変換される。次に結像光ＭＬは、反射プリズム４６を介して、偏光ビームスプリッタ６に導かれ、今度は反射し、リレーレンズ７に導光される。リレーレンズ７は、ウエハマークＷＭの像を一旦結像する。その後、検出光学１０によってセンサ（第１像検出素子）１１の受光面上に再度結像する。センサ１１によって検出されたウエハマーク信号は、主制御系５１を介してコンピュータ５０に入力される。コンピュータ５０は、このウエハマーク信号及びウエハステージ２０の位置に基づいてウエハＷの位置を算出する。ステージ制御系４９は、その算出結果を基にウエハステージ２０を駆動し、ウエハＷの位置合わせを行なっている。

続いて、照明開口絞りの回転盤４と平行平面板４７の調整を行なうために、コンピュータ５０が指示する調整量の算出方法を説明する。コンピュータ５０は、この調整量をＯＡ検出系２４のデフォーカス特性が最小となるように決定している。そのため、前もって各照明条件のデフォーカス特性の計測を行なっている。
デフォーカス特性を計測する手順は以下のとおりである。
１．ベストピント面から−ａだけウエハステージ２０をＺ方向（投影光学系ＵＬの光軸方向）に駆動する。
２．ウエハマークＷＭの計測を行い、その値をｆ（−ａ）とする。
３．ベストピント面から＋ａだけウエハステージ２０をＺ方向に駆動する。
４．ウエハマークＷＭの計測を行い、その値をｆ（＋ａ）とする。
５．デフォーカス特性Δ＝｛ｆ（＋ａ）−ｆ（−ａ）｝／２ａを算出する。
なお、上述の手順では２点でウエハマークＷＭを計測するとしたが、それ以上のポイントでウエハマークＷＭを計測してもかまわない。

コンピュータ５０は、Δの絶対値が最小となるような、ＯＡ検出系２４の照明開口絞りの回転盤４の回転量と平行平面板４７の傾け量を求めて記憶する。そして、各照明条件が選択された際に主制御系５１に記憶された回転盤４の回転量と平行平面板４７の傾け量を指示し、ウエハＷ面における照明光ＩＬの光軸の傾きを制御する。
また、各照明条件においては、上記のデフォーカス特性が最少になるように調整された際に、実施例１で示した結像開口絞りＡＳと照明開口絞りとの位置を測定し記憶しておくことが望ましい。前述した様に、主制御系５１に記憶された回転盤４の回転量と平行平面板４７の傾け量を指示し駆動させたとしても、駆動誤差等の影響により、結像開口絞りＡＳと照明開口絞りの位置関係が再現しない場合が存在する。その場合、デフォーカス特性が悪化してしまうことになる。照明条件を変更する為に上記デフォーカス特性を取り直しても良いが、計測にはある程度時間がかかってしまい、スループットの上で不利になる。それを防止するために、調整後の開口絞りの位置関係を記憶しておけば、照明条件を変更した場合にも、直接開口絞りを測定し調整を行なうことで、デフォーカス特性を最少にすることが可能となる。

回転盤４と平行平面板４７そして、結像開口絞りＡＳが配置されているのは、結像面のフーリエ変換面である瞳面近傍であるので、結像開口絞りＡＳに対する照明開口絞りの偏心調整は、ウエハＷ面における照明光ＩＬの光軸の傾き調整となる。このため、照明開口絞りの偏心調整方向は、ウエハＷのウエハマークＷＭの計測方向であるウエハステージ２０のＸ方向またはＹ方向（不図示）と一致させる必要がある。つまり、回転盤４の回転量の調整（又は、平行平面板４７の傾け量の調整）によるデフォーカス特性の調整は、ＸまたはＹの一方向にのみ効果があるようにする。これにより、デフォーカス特性が最小となる回転盤４の回転量（又は、平行平面板４７の傾け量）を求めることが容易となる。

次に実際に対物絞りＡＳに対する照明開口絞り４Ｂの位置ずれの影響を低減するように照明開口絞り４Ｂの補正処理を行う方法を、図９を用いて説明する。図９は、照明開口絞りの回転盤４と平行平面板４７の機能を説明するための概略図である。図９（ａ）に示されるように、回転盤４の回転中心を中心とする同一円周上に照明開口絞り４Ａ〜４Ｃが構成され、照明光ＩＬが、その円周の接線が垂直（または水平）となる位置を透過するように回転盤４は、配置されている。照明開口絞り４Ｂが配置されている同一円周の半径をＲ、回転盤４の調整量をΔθ、Δθに対する瞳面上のＶ軸方向の照明開口絞りの偏心量をΔＶ，Ｗ軸方向の偏心量をΔＷとする。そうすると、ΔＶ、ΔＷは以下のように表される。
ΔＶ＝Ｒ・ｓｉｎΔθ
ΔＷ＝Ｒ（１−ｃｏｓΔθ）
Δθが微小な領域では、ΔＷの偏心量は無視できる。したがって、回転盤４を照明光ＩＬの光軸に平行な軸の回りに微少角回転させたとき、照明開口絞り４Ｂは、照明光ＩＬの光軸に垂直なＶ軸方向にのみ移動するとみなすことができる。

また、平行平面板４７を照明光ＩＬの光軸に垂直なＶ軸の回りに回転させると、照明光ＩＬは、照明開口絞りが移動するＶ軸方向と直交するＷ軸方向に光軸がシフトされる。結像開口絞りと照明開口絞りは結像面のフーリエ変換面である瞳面では、図９（ｂ）のように示される。円形状の結像開口絞りＡＳに対して照明開口絞り４Ｂは、回転盤４の回転調整によりＶ軸方向に位置調整され、平行平面板４７の傾き調整によりＷ軸方向に位置調整される。
モータ４４は、照明光の光軸に平行な軸の回りに回転盤４を回転させる。また、モータ４８は、平行平面板４７を照明光の光軸に垂直な軸の回りに回転させる。そして、モータ４４とモータ４８とを介し、回転盤４の回転と平行平面板４７の回転を制御することによって、照明開口絞りの補正処理が行われている。図５の制御部１６及び図８の主制御系５１は、センサ４１に照明開口絞り４Ｂ及び結像開口絞りＡＳの像を撮像させ、照明開口絞り４Ｂの補正処理を行う制御部として機能している。

実施例２では、回転盤４の回転と平行平面板４７の回転を制御することによって、照明開口絞りの補正処理が行われている。しかし、平行平面板４７の回転軸と互いに直交し、照明光の光軸とも直交する軸の回りに回転可能な平行平面板をさらに設け、複数の平行平面板の回転を制御することによっても、第１照明開口絞りの補正処理を行うができる。
回転盤４の回転及び平行平面板４７の回転を制御、又は、複数の平行平面板の回転を制御することによる補正処理は、照明条件の変更に応じて行われる。

また、ファイバＦＢ出射端も瞳面となる。光源ＬＳがＨｅＮｅレーザＬＳ１とハロゲンランプＬＳ２で切換えられた際にファイバＦＢ出射端の照度分布が異なること（ＨｅＮｅレーザによるスペックルが生じる）による瞳面照度分布成分も加味されることになる。これによりデフォーカス特性が最小となるように、最適な照明開口絞りの位置調整が行なわれることとなる。

［デバイス製造方法の実施形態］
つぎに、本発明の一実施形態のデバイス（半導体デバイス、液晶表示デバイス等）の製造方法について説明する。当該方法において、本発明を適用した露光装置を使用し得る。

半導体デバイスは、ウエハ（半導体基板）に集積回路を作る前工程と、前工程で作られたウエハ上の集積回路チップを製品として完成させる後工程とを経ることにより製造される。前工程は、前述の露光装置を用いて、感光剤が塗布されたウエハを露光する工程と、その工程で露光されたウエハを現像する工程とを含みうる。後工程は、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）と、パッケージング工程（封入）とを含みうる。また、液晶表示デバイスは、透明電極を形成する工程を経ることにより製造される。透明電極を形成する工程は、透明導電膜が蒸着されたガラス基板に感光剤を塗布する工程と、前述の露光装置を用いて、感光剤が塗布されたガラス基板を露光する工程と、その工程で露光されたガラス基板を現像する工程とを含みうる。
本実施形態のデバイス製造方法は、デバイスの生産性、品質および生産コストの少なくとも一つにおいて従来よりも有利である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

Claims (11)

1. 被検物体に設けられたマークの像を結像する結像系と、前記結像系の一部を介して光源から射出された照明光でマークを照明する照明系と、前記結像系により結像された前記マークの像を検出する第１像検出素子とを備え、前記第１像検出素子により検出されたマークの像の位置に基づいて前記被検物体の位置を検出する位置検出装置であって、
   前記照明系は、その回転によって照明光の光路上で且つ前記結像系の結像開口絞りと前記光源との間の前記照明系の瞳面にそれぞれ配置することができる第１照明開口絞りと第２照明開口絞りとを有する回転盤を含み、前記第１照明開口絞りおよび前記第２照明開口絞りの開口径を結像倍率を考慮して前記結像開口絞りに開口径に換算した値をσとするとき、前記第１照明開口絞りは１未満のσを有し、前記第２照明開口絞りは１より大きいσを有し、
   前記位置検出装置は、
   前記結像開口絞りの像と前記第１照明開口絞りの像とを撮像する第２像検出素子と、
   制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記瞳面に配置させた第２照明開口絞りを通過した照明光を用いて前記結像系の結像開口絞りの像を前記第２像検出素子に撮像させ、
   次に、前記回転盤を回転させて前記瞳面に前記第１照明開口絞りを配置させ、前記第１照明開口絞りを通過した照明光を用いて前記第１照明開口絞りの像を前記第２像検出素子に撮像させ、
   前記撮像された前記結像開口絞りの像と前記第１照明開口絞りの像とに基づいて、前記結像開口絞りに対する前記第１照明開口絞りの位置ずれの影響を低減するように前記第１照明開口絞りの補正処理を行い、
   前記位置検出装置において、前記被検物体の位置は、前記補正処理が行われた前記第１照明開口絞りを通過した照明光を用いて検出されることを特徴とする位置検出装置。
2. 前記照明系は、照明光の光軸に垂直な軸の回りに回転可能で、且つ前記第１照明開口絞りを通過した照明光を透過させる平行平面板をさらに含み、
   前記制御部は、前記回転盤の回転と前記平行平面板の回転とを制御して前記補正処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記照明系は、照明光の光軸に垂直な平面において互いに直交する２つの軸の回りにそれぞれ回転可能で、且つ前記第１照明開口絞りを通過した照明光をそれぞれ透過させる２つの平行平面板をさらに含み、
   前記制御部は、前記２つの平行平面板の回転を制御して前記補正処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
4. 前記回転盤は、前記第１照明開口絞りを複数有し、前記制御部は、前記複数の中から選択された前記第１照明開口絞りに応じて前記補正処理を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の位置検出装置。
5. レチクルに対する基板の位置合わせを行った後に、前記レチクルを介して前記基板を露光する露光装置であって、
   前記位置合わせのための位置検出装置として請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の位置検出装置を備えることを特徴とする露光装置。
6. 請求項５に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   前記工程で露光された基板を現像する工程と、
   を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
7. 被検物体に設けられたマークの像を結像する結像系と、前記結像系の一部を介して光源から射出された照明光でマークを照明する照明系と、前記結像系により結像された前記マークの像を検出する第１像検出素子とを備え、前記第１像検出素子により検出されたマークの像の位置に基づいて前記被検物体の位置を検出する位置検出装置を用いた位置検出方法であって、
   前記照明系は、その回転によって照明光の光路上で且つ前記結像系の結像開口絞りと前記光源との間の前記照明系の瞳面にそれぞれ配置することができる第１照明開口絞りと第２照明開口絞りとを有する回転盤を含み、前記第１照明開口絞りおよび前記第２照明開口絞りの開口径を結像倍率を考慮して前記結像開口絞りに開口径に換算した値をσとするとき、前記第１照明開口絞りは１未満のσを有し、前記第２照明開口絞りは１より大きいσを有し、
   前記位置検出方法は、
   前記結像開口絞りの像と前記第１照明開口絞りの像とを撮像可能な第２像検出素子を用意する工程と、
   前記瞳面に配置させた第２照明開口絞りを通過した照明光を用いて前記結像系の結像開口絞りの像を前記第２撮像素子に撮像させる工程と、
   前記回転盤を回転させて前記瞳面に前記第１照明開口絞りを配置し、前記第１照明開口絞りを通過した照明光を用いて前記第１照明開口絞りの像を前記第２撮像素子に撮像させる工程と、
   前記撮像された前記結像開口絞りの像と前記第１照明開口絞りの像とに基づいて、前記結像開口絞りに対する前記第１照明開口絞りの位置ずれの影響を低減するように前記第１照明開口絞りの補正処理を行う工程と、
   を含み、
   前記位置検出装置において、前記補正処理が行われた前記第１照明開口絞りを通過した照明光を用いて前記被検物体の位置を検出することを特徴とする位置検出方法。
8. 前記照明系は、照明光の光軸に垂直な軸の回りに回転可能で、且つ前記第１照明開口絞りを通過した照明光を透過させる平行平面板をさらに含み、
   前記回転盤の回転と前記平行平面板を回転させて前記補正処理を行うことを特徴とする請求項７に記載の位置検出方法。
9. 前記照明系は、照明光の光軸に垂直な平面において互いに直交する２つの軸の回りにそれぞれ回転可能で、且つ前記第１照明開口絞りを通過した照明光をそれぞれ透過させる２つの平行平面板をさらに含み、
   前記２つの平行平面板を回転させて前記補正処理を行うことを特徴とする請求項７に記載の位置検出方法。
10. 前記回転盤は、前記第１照明開口絞りを複数有し、
    前記複数の中から選択された前記第１照明開口絞りに応じて前記補正処理を行うことを特徴とする請求項７乃至請求項９のいずれか１項に記載の位置検出方法。
11. レチクルに対する基板の位置合わせを行った後に、前記レチクルを介して前記基板を露光する露光方法であって、
    前記位置合わせのための位置検出方法として請求項７乃至請求項１０のいずれか１項に記載の位置検出方法を含むことを特徴とする露光方法。

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