JP7257853B2 - 位置検出装置、露光装置および物品製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、位置検出装置、露光装置および物品製造方法に関する。

露光装置においては、解像線幅の微細化と同時にオーバーレイ精度の向上も求められている。通常、オーバーレイ精度としては、解像線幅の１／５程度の数値が要求されており、今後の解像線幅の微細化に合わせてより一層のオーバーレイ精度の向上が必要となる。オーバーレイ精度の向上のためには、露光装置に組み込まれる位置検出装置を高精度に調整することが必要である。位置検出装置は、基板に設けられたマークを照明する照明光学系と、マークからの光によってマークの像を撮像面に形成しその像を検出する検出光学系とを含みうる。照明光学系および検出光学系に備えられうる開口絞りを調整して撮像面に形成されるマークの像を良好にすることは、高い精度を実現するために重要である。

特許文献１には、照明光学系の照明テレセンの調整を行うために照明開口絞りの位置調整を行うこと、および、検出光学系における光束のケラレの調整を行うために開口絞りの位置調整を行うことが記載されている。

特許第３９９４２０９号公報

開口絞りの駆動によって位置検出装置の瞳調整を行う場合、開口絞りを駆動する駆動機構の構成は、最小化されることが好ましい。例えば、照明光学系と検出光学系との両方でＸ方向、Ｙ方向の２つの調整軸をもつ絞り駆動機構を備える位置検出装置では、駆動機構が複雑なものとなる。そのような位置検出装置は、コスト的に不利になるばかりか、複雑な構成が調整精度に悪影響を及ぼしうる。

一方、被検物の像の品質は、位置検出系の位置決定精度を左右する重要なファクターであり、この品質は、基板を処理するプロセスに依存して大きく変わりうる。露光装置に組み込まれる位置検出光学系には、多様なプロセスに対応可能な像品質が求められうる。この目的のための技術としては、例えば、明視野照明法および暗視野照明法などが知られており、位置検出光学系の開口絞り形状を変更することによって照明光や取り込み光の角度が選択されうる。したがって、絞りの駆動による調整方式も、この切り替え機構と親和性の高いものであることが望ましい。

本発明は、上記の課題認識を契機としてなされたものであり、絞りの切り替え機構と親和性が高く、かつ単純な構成で瞳の位置調整を可能にするために有利な技術を提供することを目的とする。

本発明の１つの側面は、位置検出装置に係り、前記位置検出装置は、光電変換素子と、被検物を照明する照明光学系と、前記照明光学系からの光によって照明された前記被検物の像を前記光電変換素子の受光面に形成する検出光学系と、前記照明光学系の瞳に配置可能な複数の第１絞りを有する第１アレイと、前記検出光学系の瞳に配置可能な複数の第２絞りを有する第２アレイと、を備える。また、前記位置検出装置は、前記複数の第１絞りのうち前記照明光学系の光軸を横切る第１絞りが第１方向に移動するように前記第１アレイを駆動することにより前記複数の第１絞りのうち選択された第１絞りを前記照明光学系の前記瞳に配置する動作、および、前記選択された第１絞りの位置を前記第１方向に調整する動作のための第１駆動機構と、前記複数の第２絞りのうち前記検出光学系の光軸を横切る第２絞りが第２方向に移動するように前記第２アレイを駆動することにより前記複数の第２絞りのうち選択された第２絞りを前記検出光学系の前記瞳に配置する動作、および、前記選択された第２絞りの位置を前記第２方向に調整する動作のための第２駆動機構と、を備え、前記第１駆動機構は、前記第１アレイの全体を前記第１方向に駆動する機構、または、前記第１アレイを回転駆動する機構であり、前記第２駆動機構は、前記第２アレイの全体を前記第２方向に駆動する機構、または、前記第２アレイを回転駆動する機構であり、前記第１駆動機構が前記第１絞りを前記第１方向に駆動すると、前記被検物からの光束は、前記検出光学系の前記瞳において、前記第２方向と交差する第３方向に移動する。

本発明によれば、絞りの切り替え機構と親和性が高く、かつ単純な構成で瞳の位置調整を可能にするために有利な技術が提供される。

第１実施形態の露光装置の構成例を示す図。 図１の露光装置の基板ステージの構成例を示す図。 図１の露光装置に組み込まれた位置検出系（位置検出装置）の構成例を示す図。 照明光学系の瞳に配置される第１絞りの切り替えおよび該第１絞りの位置を微調整するための機構を例示する図。 検出光学系の瞳に配置される第２絞りの切り替えおよび該第２絞りの位置を微調整するための機構を例示する図。 暗視野照明を実現するための第１絞りと第２絞りとの組み合わせを例示する図。 照明光学系の第１絞りの調整前の位置検出系の状態を模式的に示す図。 検出光学系の第２絞りの調整前の位置検出系の状態を模式的に示す図。 照明光学系の第１絞りと検出光学系の第２絞りの両方を調整した後の位置検出系の状態を模式的に示す図。 照明光学系の第１絞りと検出光学系の第２絞りの敏感度を例示する図。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、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はない。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。さらに、添付図面においては、同一若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には、第１実施形態の露光装置ＥＸＰの構成例が示されている。図２には、図１の露光装置ＥＸＰの基板ステージ４の構成例が示されている。図３には、図１の露光装置ＥＸＰに組み込まれた位置検出系（位置検出装置）１６の構成例が示されている。露光装置ＥＸＰは、原版１を保持する原版ステージ２と、基板３を支持する基板ステージ４と、原版ステージ２によって保持された原版１を露光光で照明する照明系５を備えうる。また、露光装置ＥＸＰは、露光光で照明された原版１のパターンを基板ステージ４によって保持された基板３に投影し該パターンの像を基板３に形成する投影光学系６と、露光装置ＥＸＰの構成要素を制御する制御部１７とを備えうる。また、露光装置ＥＸＰは、基板ステージ４を駆動することによって基板３を駆動する基板駆動機構１８と、原版ステージ２を駆動することによって原版１を駆動する原版駆動機構（不図示）とを備えうる。

露光装置ＥＸＰは、原版１および基板３を走査方向に互いに同期させて駆動することによって原版１のパターンを基板３に転写する走査露光装置（スキャニングステッパ）として構成されうる。あるいは、露光装置ＥＸＰは、原版１および基板３を静止させた状態で原版１のパターンを基板３に転写する露光装置（ステッパ）として構成されてもよい。以下の説明において、投影光学系６の光軸と一致する方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に垂直な平面内に平行な方向をＸ軸方向およびＹ軸方向とするＸＹＺ座標系において方向を説明する。また、ＸＹＺ座標系を定義するＸ軸に平行なあらゆる方向をＸ軸方向といい、該ＸＹＺ座標系を定義するＹ軸に平行なあらゆる方向をＹ軸方向といい、該ＸＹＺ座標系を定義するＺ軸に平行なあらゆる方向をＺ軸方向という。また、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を中心とする回転の方向をそれぞれθＸ、θＹおよびθＺ方向という。

原版１の所定の照明領域は、照明系５によって均一な照度分布の露光光で照明される。照明系５は、例えば、水銀ランプ、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ、Ｆ２レーザ、または、極端紫外光（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ：ＥＵＶ光）光源等の光源を有しうる。原版ステージ２は、原版１を保持した状態で、投影光学系６の光軸に垂直な平面（ＸＹ平面）に沿った２次元移動と、θＺ方向の微小回転とが可能なように構成されうる。原版ステージ２を駆動する原版駆動機構は、リニアモータ等のモータを含みうる。原版駆動機構は、制御部１７により制御される。原版ステージ２には原版ステージミラー７が設けられている。また、原版ステージミラー７に対向する位置には原版ステージ２の位置および姿勢を計測するレーザ干渉計９が設けられている。原版ステージ２のＸ軸方向の位置、Ｙ軸方向の位置およびθＺ方向の回転角は、レーザ干渉計９によりリアルタイムで計測され、計測結果は制御部１７に提供される。制御部１７は、レーザ干渉計９からの計測結果に基づいて原版駆動機構を制御することによって、原版ステージ２によって保持されている原版１の位置決めを行うことができる。

投影光学系６は、原版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、複数の光学素子で構成されうる。投影光学系６は、例えば、投影倍率βが１／４または１／５の縮小投影光学系として構成されうる。基板ステージ４は、基板３を保持する。基板ステージ４は、例えば、基板３を保持する基板チャックが搭載されたＺステージと、Ｚステージを支持するＸＹステージとを含みうる。基板駆動機構１８は、リニアモータ等のモータを含みうる。基板駆動機構１８は、制御部１７により制御される。基板ステージ４には基板ステージミラー８が設けられうる。基板ステージミラー８に対向する位置には基板ステージ４の位置および姿勢を計測するレーザ干渉計１０、１２が設けられうる。基板ステージ４のＸ軸方向の位置、Ｙ軸方向の位置およびθＺ方向の回転角は、レーザ干渉計１０によりリアルタイムで計測され、計測結果は制御部１７に提供されうる。また、基板ステージ４のＺ軸方向の位置、θＸ、θＹ方向の回転角は、レーザ干渉計１２によりリアルタイムで計測され、計測結果は制御部１７に提供されうる。レーザ干渉計１０、１２の計測結果に基づいて基板駆動機構１８を制御することによって基板ステージ４によって保持されている基板３の位置決めを行うことができる。

基板ステージ４の１又は複数のコーナーには、ステージ基準プレート１１が基板３の表面とほぼ同じ高さに設置されている。ステージ基準プレート１１は、原版位置検出系１３、１４によって位置が検出される基準マーク１１１と、位置検出系１６によって位置が検出される基準マーク１１２とが設けられうる。基準マーク１１１と基準マーク１１２との相対位置は、既知である。基準マーク１１１と基準マーク１１２とは、共通のマークであってもよい。

原版ステージ２の近傍には、原版位置検出系１３が設けられうる。原版位置検出系１３は、基板３の露光のための照明系５からの光を用いて、原版１に設けられたマークと基準マーク１１１との相対位置を検出しうる。原版位置検出系１３によって検出される基準マーク１１１は、反射型のマークでありうる。基準マーク１１１は、透過型のマークでもよく、この場合、原版位置検出系１４によって基準マーク１１１が検出されうる。原版位置検出系１４は、透過型の基準マーク１１１からの透過光を検出するための光量センサを含みうる。基板ステージをＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に駆動しながら原版位置検出系１４を用いて透過型の基準マーク１１１からの透過光を検出しうる。これによって、原版１のマークと基準マーク１１１との相対位置がＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向について検出されうる。

フォーカス検出系１５は、検出光を基板３の表面に斜入射で投光する投光系と、基板３からの反射光を受光する受光系とを含み、フォーカス検出系１５による検出結果は制御部１７に提供されうる。制御部１７は、フォーカス検出系１５による検出結果に基づいてＺステージを駆動し、Ｚステージに保持されている基板３のＺ軸方向における位置（フォーカス位置）及び傾斜角を調整することが可能である。

位置検出系１６は、検出光を基板３上の被検物の一例としてのマーク（この例では、アライメントマーク１９、または、ステージ基準プレート１１の基準マーク１１２）に投射する投射系と該マークからの反射光を受光する受光系を含みうる。位置検出系１６は、制御部１７に接続されており、位置検出系１６による検出結果は、制御部１７に提供される。制御部１７は、位置検出系１６による検出結果に基づいて基板ステージ４をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびθＺ方向に駆動することで、基板ステージ４に保持されている基板３をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびθＺ方向に関して位置決めしうる。

制御部１７は、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙの略。）などのＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅの略。）、又は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔの略。）、又は、プログラムが組み込まれた汎用又は専用のコンピュータ、又は、これらの全部または一部の組み合わせによって構成されうる。

以下、図３を参照しながら位置検出系１６について説明する。ここで、基板上のアライメントマークを観察する光学的な位置検出系の形態としては、２つの方式がありうる。１つ目は投影光学系６を介さずマークを観察する方式であり、オフアクシス（Ｏｆｆ－ａｘｉｓ）方式と呼ばれている。２つ目は、投影光学系６を介してマークを検出する方式であり、ＴＴＬ（Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ Ｌｅｎｓ）方式と呼ばれている。以下では、オフアクシス方式の位置検出系１６を例示的に説明するが、位置検出系１６は、ＴＴＬ方式として構成されてもよい。

位置検出系１６は、例えば、光源２０と、照明光学系１１０と、共通光学系１２０と、検出光学系１３０とを含みうる。光源２０は、例えば、可視光（例えば、５５０～７００ｎｍの波長域）、青色光（例えば、４５０～５５０ｎｍの波長域）および赤外光（例えば、７００～１５００ｎｍの波長域）を発生しうる。

照明光学系１１０は、例えば、第１照明光学素子２１、波長フィルタ板２２、第２照明光学素子２３、複数の第１開口絞り２４、第１駆動機構３８、第３照明光学素子２５および第４照明光学素子２６を含みうる。共通光学系１２０は、照明光学系１１０および検出光学系１３０によって共有される光学系である。共通光学系１２０は、例えば、偏光ビームスプリッター２７、可変ＮＡ絞り２８、プリズム２９、λ／４板３０、対物レンズ３１を含みうる。検出光学系１３０は、リレーレンズ３２、第１検出光学素子３３、複数の第２絞り（第２開口絞り）３４、第２駆動機構３９、第２検出光学素子３５、光学部材３６および光電変換素子３７を含みうる。

光源２０が発生した照明光は、例えば、ファイバ等の導光部品を介して、または、直接に、第１照明光学素子２１に入射し、波長フィルタ板２２、第２照明光学素子２３を透過しうる。波長フィルタ板２２として、複数の波長フィルタ板２２を有するアレイを採用し、制御部１７からの指令によって、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、光路に配置されてもよい。複数の波長フィルタは、例えば、青色光を透過する波長フィルタ、可視光を透過する波長フィルタ、赤外光を透過する波長フィルタを含みうる。このような構成により、位置検出系１６が使用する光の波長を選択することができる。照明光学系１１０の瞳面（物体面に対する光学的なフーリエ変換面）には、第１アレイＡＬ１に配置された複数の第１絞り（第１開口絞り）２４のいずれか１つが選択的に配置されうる。

照明光学系１１０の瞳面に配置された第１絞り２４を通過した照明光は、第３照明光学素子２５、第４照明光学素子２６を通って偏光ビームスプリッター２７に入射する。この例では、偏光ビームスプリッター２７は、紙面に垂直なＳ偏光を反射する。偏光ビームスプリッター２７で反射されたＳ偏光の照明光は、制御部１７からの命令で作動する可変ＮＡ絞り２８とプリズム２９を通過する。プリズム２９は、不図示の光学系に光路を分岐するために用いられうる。その後、プリズム２９を通過した照明光は、λ／４板３０を透過して円偏光に変換され、対物レンズ３１を通って基板３に設けられたアライメントマーク１９を照明する。

アライメントマーク１９から発生した回折光（図３中の一点鎖線）は、再び対物レンズ３１とλ／４板３０を通って紙面に平行なＰ偏光に変換され、プリズム２９と偏光ビームスプリッター２７を透過する。偏光ビームスプリッター２７を透過した回折光は、リレーレンズ３２、第１検出光学素子３３を透過して検出光学系１３０の瞳面に入射する。検出光学系１３０の瞳面には、第２アレイＡＬ２に配置された複数の第２絞り３４のいずれか１つが配置されうる。

検出光学系１３０の瞳面に配置された第２絞り３４を通過した回折光は、第２検出光学素子３５、光学部材３６を経て光電変換素子（撮像素子）３７の受光面（撮像面）に入射する。光学部材３６は、波長シフト差を調整するために用いられうる。光電変換素子３７は、例えば、ＣＣＤイメージセンサを含みうる。光電変換素子３７は、例えば、制御部１７からの指令によって、アライメントマーク１９から発生した光の強弱に応じて、光電変換された電荷を蓄積する時間を調整しうる。露光装置ＥＸＰは、位置検出系１６によって得られたアライメントマーク１９の情報を用いて、基板駆動機構１８による基板３の駆動量を決定し、基板３と原版１とのアライメントを行いうる。

図４を参照しながら、照明光学系１１０の瞳面に複数の第１絞り２４（２４ａ～２４ｆ）から制御部１７によって選択される１つの第１絞り２４を配置するための構成を例示する。位置検出系１６は、照明光学系１１０の瞳に配置可能な複数の第１絞り２４を有する第１アレイＡＬ１と、複数の第１絞り２４のうち選択された第１絞り２４を照明光学系１１０の瞳に配置する第１駆動機構３８とを含みうる。第１駆動機構３８は、複数の第１絞り２４のうち照明光学系１１０の光軸（Ｙ軸方向に平行）を横切る第１絞り２４が第１方向（Ｚ軸方向）に移動するように第１アレイＡＬ１を駆動しうる。これにより、第１駆動機構３８は、複数の第１絞り２４のうち選択された第１絞り２４を照明光学系１１０の瞳に配置しうる。

図４に示された構成例では、複数の絞り２４は、第１方向（Ｚ軸方向）に並ぶように第１アレイ（遮光板）１１０に配置されている。第１駆動機構３８は、第１アレイＡＬ１を第１方向（Ｚ軸方向）に駆動する駆動ギア４３と、駆動ギア４３を駆動する駆動源４４と、ベアリング４２を介して第１アレイＡＬ１をガイドするガイドレール（ガイド部材）４１とを含みうる。駆動源４４が駆動ギア４３を回転駆動することによって第１アレイＡＬ１が第１方向に駆動され、複数の絞り２４のうち制御部１７によって選択された絞り２４が照明光学系１１０の瞳に配置されうる。このような構成は、ガイドレール方式と呼ばれうる。図４に示された構成例では、複数の絞り２４は、互いに異なる形状を有する。ここで、互いに異なる形状は、互いに異なる寸法、および、互いに相似ではない形状を含みうる。

第１駆動機構３８は、複数の絞り２４（第１アレイＡＬ１）を第１方向に微調整可能に構成されうる。換言すると、第１駆動機構３８は、複数の絞り２４のうち制御部１７によって選択された絞り２４の位置を第１方向に微調整可能に構成されうる。第１アレイＡＬ１および第１駆動機構３８は、複数の第１絞り２４から位置検出のために使用する１つの第１絞り２４を選択する選択機構を構成するとともに、選択された絞り２４の位置を第１方向に微調整する微調機構を構成しうる。

図４に示された構成は、一例に過ぎず、第１駆動機構３８は、種々の構成を有しうる。第１駆動機構３８は、例えば、リニアモータを含んでもよい。該リニアモータは、エンコーダ付きリニアモータでありうる。第１アレイＡＬ１は、複数の絞り２４が円周上に配置された構成を有してもよい。この場合、第１駆動機構３８は、第１アレイＡＬ１を回転駆動することによって複数の絞り２４のうち制御部１７によって選択された絞り２４を照明光学系１１０の瞳に配置することができる。また、該選択された絞り２４の位置を第１方向（瞳において前記円周の接線方向）に微調整することができる。

図５を参照しながら、検出光学系１３０の瞳面に複数の第２絞り３４（３４ａ～３４ｈ）から制御部１７によって選択される１つの第２絞り３４を配置するための構成を例示する。位置検出系１６は、検出光学系１３０の瞳に配置可能な複数の第２絞り３４を有する第２アレイＡＬ２と、複数の第２絞り３４のうち選択された第２絞り３４を検出光学系１３０の瞳に配置する第２駆動機構３９とを含みうる。複数の絞り３４は、互いに異なる形状を有する。ここで、互いに異なる形状は、互いに異なる寸法、および、互いに相似ではない形状を含みうる。

第２駆動機構３９は、複数の第２絞り３４のうち検出光学系１３０の光軸（Ｚ軸方向に平行）を横切る第２絞り３４が第２方向（Ｘ軸方向）に移動するように第２アレイＡＬ２を駆動しうる。これにより、第２駆動機構３９は、複数の第２絞り３４のうち選択された第２絞り３４が検出光学系１３０の瞳に配置されうる。第２方向（Ｘ軸方向）は、第１方向（Ｙ軸方向）と交差（例えば、直交）する方向である。第１方向（Ｙ軸方向）は、ある平面に平行な方向であり、第２方向（Ｘ軸方向）は、該平面と交差（例えば、直交）する方向でありうる。第１駆動機構３８が第１絞り２４を照明光学系１１０において第１方向（Ｚ軸方向）に駆動すると、被検物であるアライメントマーク１９からの光束は、検出光学系１３０の瞳において、第２方向（Ｘ軸方向）と交差する第３方向（Ｙ方向）に移動しうる。

図５に示された状態では、第２絞り３４ｅが検出光学系１３０の瞳に配置されている。第２駆動機構３９は、複数の第２絞り３４ａ～３４ｈのうち検出光学系１３０の光軸（Ｚ軸方向に平行）を横切る第２絞り３４ｅが第２方向（Ｘ軸方向）に移動するように第２アレイＡＬ２を駆動することができる。第２駆動機構３９は、複数の絞り３４のうち制御部１７によって選択された絞り３４を第２方向（Ｘ軸方向）に微調整可能に構成されうる。第２アレイＡＬ２および第２駆動機構３９は、複数の第２絞り３４から位置検出のために使用する１つの第２絞り３４を選択する選択機構を構成するとともに、選択された絞り３４の位置を第２方向に微調整する微調機構を構成しうる。

図５に示された構成例では、複数の第２絞り３４は、回転軸４０の回転中心を中心とする円周上に配置されるように、第２アレイ（遮光版）ＡＬ２に配置されている。第２駆動機構３９は、第２アレイＡＬ２に固定された回転軸４０を回転駆動する第２駆動源４９を含みうる。第２駆動源４９が回転軸４０を回転駆動することによって、複数の第２絞り３４のうち制御部１７によって選択された第２絞り３４が検出光学系１３０の瞳に配置されうる。このような構成は、ターレット方式と呼ばれうる。第２駆動機構３９は、第２アレイＡＬ２を微小角度だけ回転させることによって、複数の絞り３４のうち制御部１７によって選択された絞り３４を第２方向（前記円周の接線方向）に微調整可能に構成されうる。第２駆動源４９は、例えば、エンコーダ付パルスモータを含みうる。

図５に示された構成は、一例に過ぎず、複数の第２絞り３４は、第２方向に並べて第２アレイＡＬ２に配置されてもよい。この場合、第２駆動機構３９は、第２アレイＡＬ２を第２方向に駆動することによって複数の第２絞り３４のうち選択された第２絞り３４を検出光学系１３０の瞳に配置することができ、また、該選択された絞り３４を第２方向に微調整することができる。

図４、図５に示された例では、第１駆動機構３８は、第１アレイＡＬ１の全体を第１方向（Ｙ軸方向）に駆動し、第２駆動機構３９は、第２アレイＡＬ２を回転駆動する。このような構成に代えて、第１駆動機構３８が第１アレイＡＬ１を回転駆動し、第２駆動機構３９が第２アレイＡＬ２を回転駆動する構成が採用されてもよい。あるいは、第１駆動機構３８が第１アレイＡＬ１を回転駆動し、第２駆動機構３９が第２アレイＡＬ２の全体を第２方向に駆動する構成が採用されてもよい。

第１アレイＡＬ１に配置された複数の第１絞り２４の個数と第２アレイＡＬ２に配置された複数の第２絞り３４の個数とは、互いに同じであってもよいし、互いに異なってもよい。複数の第１絞り２４の全部または一部は、円形の第１絞りであってもよいし、非円形の第１絞りであってもよい。複数の第１絞り２４の全部または一部の光透過率は、１００％であってもよいし、１００％でなくてもよい。同様に、複数の第２絞り３４の全部または一部は、円形の第２絞りであってもよいし、非円形の第２絞りであってもよい。複数の第２絞り３４の全部または一部の光透過率は、１００％であってもよいし、１００％でなくてもよい。

図４および図５に例示された構成を用いることにより、光電変換素子３７で検出される像のコントラストを向上させるために有利な暗視野照明または変形照明を実現することができる。例えば、暗視野照明を実現するためには、図６に例示されるように、透過部と遮光部とが反転した第１絞り２４および第２絞り３４の組を選択すればよい。こうすれば、第１絞り２４を透過した照明光のうち、基板３によって反射され０次回折光となったものは第２絞り３４の遮光部によって遮られ、光電変換素子３７に到達することはない。これによって、アライメントマーク１９によって回折された実質的な信号光のみによる高コントラストな像が得られる。以上のように、照明光学系１１０および検出光学系１３０は、暗視野顕微鏡を構成しうる。

さて、第１絞り２４および第２絞り３４のどのような組を選択したとしても、光電変換素子３７の受光面に良好な像を形成するためには、第１絞り２４および第２絞り３４の相対位置を微調整する必要がある。図７には、照明光学系１１０の第１絞り２４の調整前の位置検出系１６の状態が模式的に示されている。図７および後に参照する図８において、太い実線で描かれた円は、調整前の検出光学系１３０の第２絞り３４を表している。図７に例示されるように、照明光学系１１０の第１絞り２４の調整前においては、基板３を照明する照明光の光軸が基板３の表面の法線方向からずれている。したがって、基板３から反射してくる０次回折光の向きは、調整前の検出光学系１３０の第２絞り３４の中心からずれている。既に述べたとおり、照明光学系１１０の第１絞り２４は、基板３が位置する面に対する光学的なフーリエ変換面（照明光学系１１０の瞳面）に配置されている。したがって、第１絞り２４の調整は、有効光源、すなわち基板３に入射する照明光の入射角度を調整することに相当する。図７に例示された状態において、照明光学系１１０の第１絞り２４を第１方向（Ｚ軸方向）に駆動すると、検出光学系１３０の第２絞り３４が配置された面において、照明光の光軸が第３方向（Ｙ軸方向）に移動し、位置検出系１６は、図８に例示される状態になる。

図８において、検出光学系１３０の第２絞り３４と照明光の光軸とのＸ方向についてのずれは残っている。ここで、検出光学系１３０の第２絞り３４は、光電変換素子３７の受光面に対する光学的なフーリエ変換面に位置するので、検出光学系１３０の第２絞り３４の調整は光電変換素子３７が受光する基板３からの回折光の次数を選択することに相当する。図８に例示された状態において０次回折光の受光角の調整可能方向（Ｘ軸方向）に検出光学系１３０の第２絞り３４を駆動すると、図９に例示されるように、基板３から反射してくる０次回折光を検出光学系１３０の瞳の中心に調整することができる。図９においては、太い実線で描かれた円は、調整後の検出光学系１３０の第２絞り３４を表しており、調整前のそれは太い破線で描かれている。

通常、アライメントマーク１９のような対称性のある被検物からの回折光は、０次回折光を中心として正負対称に発生する。したがって、上述のように０次回折光を検出光学系１３０の瞳の中心に調整することにより、歪みが少ない良好な像を光電変換素子３７の受光面に形成することができる。ただし、基板３からの０次回折光を検出光学系１３０の瞳の中心に調整することは例示的な効果に過ぎない。例えば、位置検出系１６の非対称収差が大きい場合などでは、取り込む回折光の対称性を損なってでも瞳面上の収差が劣悪な部分を通過する回折光束を遮断するような操作を行うこともありうる。

第１実施形態によれば、位置検出系１６の第１絞り２４および第２絞り３４の位置の微調整は、第１絞り２４および第２絞り３４の選択のために使用される第１駆動機構３８および第２駆動機構３９によって行われうる。よって、位置検出系１６の第１絞り２４および第２絞り３４の微調整のための構成を単純化することができる。また、第１実施形態では、交差する２つの方向における瞳の調整自由度が照明光学系１１０と検出光学系１３０とに割り振られている。したがって、第１駆動機構３８、第２駆動機構３９に新たな軸の駆動機構を追加する必要がない。よって、第１実施形態は、コントラストの向上のための絞りの切り替え機構と親和性が高く、かつ最小限の機械的機構で瞳の位置調整が可能である。また、このような位置検出系１６を露光装置ＥＸＰに組み込みことによって、コストならびにオーバーレイ精度の点で優れた有利な露光装置ＥＸＰを提供することができる。

以下、第２実施形態を説明する。第２実施形態として言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。第２実施形態は、位置検出系１６を搭載した露光装置ＥＸＰを運用する際に好適な運用手順について説明する。露光装置ＥＸＰの運用においては、露光装置ＥＸＰの出荷／設置時に露光装置ＥＸＰの状態を調整し、その調整状態が良好であることを確認する工程（以下、調確工程）が存在しうる。この確認工程において、位置検出系１６の調整状態を評価する方法として、基板駆動機構１８により基板ステージ４をＺ軸方向に駆動させながら調整用の基板３に設けられたアライメントマーク１９が位置検出系１６で観察されうる。仮に、図７に例示されたように基板３を照明する照明光の光軸が基板３の表面の法線に対してずれているような場合、基板ステージ４のＺ軸方向の駆動にともなって、光電変換素子３７で捉えられたアライメントマーク１９の像は水平方向にシフトしうる。したがって、基板ステージ４を微小単位量δＺだけＺ軸方向駆動させた時の該シフト量の向きと大きさに基づいて、基板３を照明する照明光の光軸が基板３の表面の法線からずれている度合いを評価することができる。ここで、該シフト量の向きと大きさを表すベクトルの直交成分を（Ｅｘ，Ｅｙ）とする。

調確工程では、照明光学系１１０の第１絞り２４と検出光学系１３０の第２絞り３４をそれぞれ微小単位量δｘとδｙだけ駆動することによって、ＥｘとＥｙがどれだけ変化するかを示す値、すなわち敏感度を取得しておくことが可能である。このようにして得られた敏感度表が仮に図１０で示すようなものであったとする。図１０において、数値ａは、照明光学系１１０の第１絞り２４をδｘだけ駆動させた時のＥｘの変化量、数値ｃはその時に発生するＥｙの変化量を表す。同様に、数値ｂは、検出光学系１３０の第２絞り３４をδｙだけ駆動させた時のＥｘの変化量、数値ｄはその時に発生するＥｙの変化量を表す。

ここで、Ｅｘの追い込み目標値をＥｘＴ、Ｅｙの追い込み目標値をＥｙＴとしたとき、微小単位量δｘとδｙによって測られた第１駆動機構３８、第２駆動機構３９の駆動すべき量（ｘ，ｙ）は、次の連立方程式から求められる。

ＥｘＴ－Ｅｘ＝ａｘ＋ｂｙ
ＥｙＴ－Ｅｙ＝ｃｘ＋ｄｙ
このように、一度調確工程において図１０のような敏感度表を取得しておけば、その後に位置検出系１６の調整が生じた際に、上記の式を用いて速やかに第１駆動機構３８、第２駆動機構３９の駆動すべき量（ｘ，ｙ）を算出することができる。位置検出系１６の結像状態を常に良好に保てば、位置検出系１６を搭載した露光装置ＥＸＰを用いて高い歩留まりで高品位な物品を製造することに寄与することができる。

次に、前述の露光装置を利用した物品（半導体ＩＣ素子、液晶表示素子、ＭＥＭＳ等）の製造方法を説明する。物品は、前述の露光装置を使用して、感光剤が塗布された基板（基板、ガラス基板等）を露光する工程と、その基板（感光剤）を現像する工程と、現像された基板を他の周知の工程で処理することにより製造される。他の周知の工程には、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等が含まれる。本物品製造方法によれば、従来よりも高品位の物品を製造することができる。

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及び変更が可能である。

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。

１６：位置検出系（位置検出装置）、３７：光電変換素子、１１０：照明光学系、１２０：共通光学系、１３０：検出光学系、２４：第１絞り、３４：第２絞り、３８：第１駆動機構、３９：第２駆動機構

Claims (12)

1. 光電変換素子と、被検物を照明する照明光学系と、前記照明光学系からの光によって照明された前記被検物の像を前記光電変換素子の受光面に形成する検出光学系と、前記照明光学系の瞳に配置可能な複数の第１絞りを有する第１アレイと、前記検出光学系の瞳に配置可能な複数の第２絞りを有する第２アレイと、を備える位置検出装置であって、
   前記複数の第１絞りのうち前記照明光学系の光軸を横切る第１絞りが第１方向に移動するように前記第１アレイを駆動することにより前記複数の第１絞りのうち選択された第１絞りを前記照明光学系の前記瞳に配置する動作、および、前記選択された第１絞りの位置を前記第１方向に調整する動作のための第１駆動機構と、
   前記複数の第２絞りのうち前記検出光学系の光軸を横切る第２絞りが第２方向に移動するように前記第２アレイを駆動することにより前記複数の第２絞りのうち選択された第２絞りを前記検出光学系の前記瞳に配置する動作、および、前記選択された第２絞りの位置を前記第２方向に調整する動作のための第２駆動機構と、を備え、
   前記第１駆動機構は、前記第１アレイの全体を前記第１方向に駆動する機構、または、前記第１アレイを回転駆動する機構であり、
   前記第２駆動機構は、前記第２アレイの全体を前記第２方向に駆動する機構、または、前記第２アレイを回転駆動する機構であり、
   前記第１駆動機構が前記第１絞りを前記第１方向に駆動すると、前記被検物からの光束は、前記検出光学系の前記瞳において、前記第２方向と交差する第３方向に移動する、
   ことを特徴とする位置検出装置。
2. 前記選択された第１絞りの位置を前記第２方向に調整する機構、および、前記選択された第２絞りの位置を前記第１方向に調整する機構を備えない、
   ことを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記第２方向は、前記第１方向と交差する方向である、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の位置検出装置。
4. 前記第１方向は、ある平面に平行な方向であり、前記第２方向は、前記平面と交差する方向である、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の位置検出装置。
5. 前記第１方向と前記第２方向とは、互いに直交する方向である、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の位置検出装置。
6. 前記照明光学系および前記検出光学系は、暗視野顕微鏡を構成する、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の位置検出装置。
7. 前記第１駆動機構は、前記第１アレイの全体を前記第１方向に駆動し、
   前記第２駆動機構は、前記第２アレイを回転駆動する、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の位置検出装置。
8. 前記第１駆動機構は、前記第１アレイを回転駆動し、
   前記第２駆動機構は、前記第２アレイを回転駆動する、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の位置検出装置。
9. 前記第１駆動機構は、前記第１アレイを回転駆動し、
   前記第２駆動機構は、前記第２アレイの全体を前記第２方向に駆動する、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の位置検出装置。
10. 前記第１駆動機構は、前記第１アレイの全体を前記第１方向に駆動し、
    前記第２駆動機構は、前記第２アレイの全体を前記第２方向に駆動する、
    ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の位置検出装置。
11. 基板を露光する露光装置であって、
    前記基板のマークを検出するように構成された請求項１乃至１０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。
12. 請求項１１に記載の露光装置を用いて基板を露光する露光工程と、
    前記露光工程を経た前記基板を処理する処理工程と、
    を含み、前記処理工程を経た前記基板から物品を製造する物品製造方法。

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