JP2008177308A - 位置検出装置、露光装置、およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＤＭＤのようにパターンを可変的に表示するパターン表示素子を用いる構成において、被検面の面位置を高精度に且つ安定的に検出することのできる位置検出装置。
【解決手段】 本発明の位置検出装置では、被検面（Ｗａ）上に斜め方向から光束を投射する投射系（１〜８）と、被検面で反射された光束を受光する受光系（９〜１５）とを備え、この受光系の出力に基づいて被検面の位置を検出する。投射系は、パターンを可変的に表示するパターン表示素子（４）と、このパターン表示素子のパターンの像を被検面上に形成するための結像光学系（６，８）と、パターン表示素子への入射光の入射角度を被検面への入射光の入射角度よりも実質的に小さく変更するための入射角変更素子（７）とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、位置検出装置、露光装置、およびデバイス製造方法に関する。特に、本発明は、半導体素子、液晶表示素子、撮像素子、薄膜磁気ヘッドなどのデバイス（電子デバイス等）を製造するためのリソグラフィ工程でマスクパターンを感光性基板上に転写するのに使用される投影露光装置における感光性基板の面位置の検出に関するものである。

本出願人による特開平６−９７０４５号公報には、投影露光装置におけるウェハ（感光性基板）の面位置の検出に好適な位置検出装置が開示されている。この位置検出装置は、第１面に形成されたスリット状のパターンの像を被検面であるウェハ表面に投射する投射系と、ウェハ表面で反射された光束を集光してパターンの像を受光スリットの形成された第２面上に形成する集光系とを備えている。

この位置検出装置では、第２面上に形成されるパターン像と受光スリットとを相対的に走査させ、光変調信号を同期検波する光電顕微鏡の原理に基づく検出方式により、ウェハ表面の光軸方向の面位置を検出する。この場合、被検面の面位置の検出精度を原理的に高めるには、被検面への光束の入射角を大きく設定する（９０°に近づける）ことが必要である。

上述の光電顕微鏡方式の位置検出装置において、パターンの形状を任意に変更可能なＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）のようなパターン表示素子を用いる構成が提案されている（たとえば特許文献１を参照）。ＤＭＤを用いてパターン形状を所望の形状に変更することにより、ウェハ表面の面位置を検出する位置、すなわち検出点（検出位置）を随時変更することができる。

特開平１１−２３２２５号公報

特許文献１に開示された従来の位置検出装置では、被検面への光束の入射角と同様に、ＤＭＤへの光束の入射角も非常に大きくなる傾向がある。その結果、ＤＭＤのマイクロミラー間の段差により有効な検出光が遮られ（ケラれ）易く、ひいては検出精度が低下し易い。また、ＤＭＤには、環境の温度変化や駆動による発熱などの外乱に対して比較的不安定な材料が多用されている。その結果、それらの外乱によるＤＭＤのマイクロミラーの位置ずれに起因して検出誤差が発生し易い。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、例えばＤＭＤのようにパターンを可変的に表示するパターン表示素子を用いる構成において、被検面の面位置を高精度に且つ安定的に検出することのできる位置検出装置を提供することを目的とする。また、本発明は、被検面の面位置を高精度に且つ安定的に検出する位置検出装置を用いて、マスクのパターン面と感光性基板の露光面とを投影光学系に対して高精度に位置合わせすることのできる露光装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、被検面上に斜め方向から光束を投射する投射系と、前記被検面で反射された光束を受光する受光系とを備え、該受光系の出力に基づいて前記被検面の位置を検出する位置検出装置において、
前記投射系は、パターンを可変的に表示するパターン表示素子と、該パターン表示素子の前記パターンの像を前記被検面上に形成するための結像光学系と、前記パターン表示素子への入射光の入射角度を前記被検面への入射光の入射角度よりも実質的に小さく変更するための入射角変更素子とを有することを特徴とする位置検出装置を提供する。

本発明の第２形態では、投影光学系を介して所定のパターンを感光性基板上へ露光する露光装置において、
前記所定のパターン面または前記感光性基板の露光面の前記投影光学系に対する位置を、前記被検面の位置として検出するための第１形態の位置検出装置と、
前記位置検出装置の検出結果に基づいて、前記所定のパターン面または前記感光性基板の露光面を前記投影光学系に対して位置合わせするための位置合わせ手段とを備えていることを特徴とする露光装置を提供する。

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、
前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像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。

本発明の位置検出装置は、例えばＤＭＤのようなパターン表示素子への入射光の入射角度を被検面への入射光の入射角度よりも実質的に小さく変更するための入射角変更素子を備えている。したがって、入射角変更素子の作用によりＤＭＤの反射面への入射角度が小さく抑えられ、ＤＭＤのマイクロミラー間に不可避的な段差があっても、その段差により有効な検出光が遮られにくくなるので、高い検出精度を確保することができる。また、入射角変更素子の作用によりＤＭＤの反射面への入射角度が小さく抑えられるので、環境の温度変化や駆動による発熱などの外乱によるマイクロミラーの位置ずれに起因する検出誤差が発生しにくくなる。

こうして、本発明の位置検出装置では、例えばＤＭＤのようにパターンを可変的に表示するパターン表示素子を用いる構成であるにもかかわらず、被検面の面位置を高精度に且つ安定的に検出することができる。したがって、露光装置において投影光学系に対する感光性基板の面位置の検出に本発明の位置検出装置を適用すると、例えば感光性基板の面位置を高精度に且つ安定的に検出することができ、ひいてはマスクのパターン面と感光性基板の露光面とを投影光学系に対して高精度に位置合わせすることができるので、良好なデバイスを製造することができる。

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、本発明の実施形態にかかる位置検出装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。図１において、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を、光軸ＡＸに垂直な面内において図１の紙面に平行にＹ軸を、図１の紙面に垂直にＸ軸を設定している。本実施形態では、投影露光装置における感光性基板の面位置の検出に対して本発明の位置検出装置を適用している。

図示の露光装置は、露光用光源（不図示）から射出された照明光（露光光）で、所定のパターンが形成されたマスクとしてのレチクルＲを照明するための照明系ＩＬを備えている。レチクルＲは、レチクルホルダＲＨを介して、レチクルステージ（不図示）上においてＸＹ平面に平行に保持されている。レチクルステージは、図示を省略した駆動系の作用により、レチクル面（すなわちＸＹ平面）に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はレチクル干渉計（不図示）によって計測され且つ位置制御されるように構成されている。

レチクルＲに形成されたパターンからの光は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウェハＷの表面（露光面）Ｗａ上にレチクルパターン像を形成する。ウェハＷはウェハホルダ２１上に載置され、ウェハホルダ２１はホルダ保持機構２２によって支持されている。ホルダ保持機構２２は、ホルダ駆動部２３の制御に基づいて、上下方向（Ｚ方向）に移動可能な３つの支持点２２ａ〜２２ｃ（図１では２つの支持点２２ａおよび２２ｂだけを示す）によって、ウェハホルダ２１を支持している。

ホルダ駆動部２３は、ホルダ保持機構２２の各支持点２２ａ〜２２ｃの上下移動をそれぞれ制御することにより、ウェハホルダ２１のレベリング（水平出し）およびＺ方向（フォーカシング方向）移動を、ひいてはウェハＷのレベリングおよびＺ方向移動を行う。ウェハホルダ２１およびホルダ保持機構２２は、さらにウェハステージ（不図示）によって支持されている。ウェハステージは、図示を省略した駆動系の作用によりウェハ面（すなわちＸＹ平面）に沿って二次元的に移動可能で且つＺ軸廻りに回転可能であり、その位置座標はウェハ干渉計（不図示）によって計測され且つ位置制御されるように構成されている。

レチクルＲのパターン面上に設けられた回路パターンをウェハＷの露光面Ｗａの各露光領域に良好に転写するには、各露光領域への露光毎に、投影光学系ＰＬによる結像面を中心とした焦点深度の幅内に、露光面Ｗａの現在の露光領域を位置合わせする必要がある。そのためには、現在の露光領域における各点の面位置すなわち投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに沿った面位置を正確に検出した後に、露光面Ｗａが投影光学系ＰＬの焦点深度の範囲内に収まるように、ウェハホルダ２１のレベリングおよびＺ方向の移動を、ひいてはウェハＷのレベリングおよびＺ方向の移動を行えば良い。本実施形態の露光装置は、露光面Ｗａの現在の露光領域における各点の面位置を検出するための位置検出装置を備えている。

図１を参照すると、本実施形態の位置検出装置は、検出光を供給するための光源１を備えている。一般に、被検面であるウェハＷの表面Ｗａは、レジスト等の薄膜で覆われている。したがって、この薄膜による干渉の影響を低減するために、光源１は波長幅の広い照明光を供給する白色光源であることが望ましい。本実施形態では、光源１として、ハロゲンランプを用いている。ただし、光源１として、ハロゲンランプと同様に帯域の広い照明光を供給するキセノン光源や、レジストに対する感光性の弱い波長帯の光を供給する発光ダイオードなどを用いることもできる。

光源１からの発散光束は、波長フィルター２およびコンデンサーレンズ３を介して、ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）４の反射面をケーラー照明する。波長フィルター２は、光源１の射出光から、例えば波長幅が５００〜９００ｎｍの光を選択的に透過させてコンデンサーレンズ３へ導く機能を有する。ＤＭＤ４は、ＤＭＤ駆動部５の作用により各マイクロミラーが互いに独立に駆動されるように構成され、例えばスリット状のパターンを可変的に表示するパターン表示素子として機能する。また、ＤＭＤ４は、ＤＭＤ駆動部５の作用により、Ｘ方向に沿った軸線廻りに全体的に回動するように構成され、走査手段としての振動ミラーの機能を有する。

本実施形態においてＤＭＤ４が可変的に表示するスリット状のパターンは、例えばＸ方向に延びる細長いライン部（明部）とＸ方向に延びる細長いスペース部（暗部）とが一定のピッチで交互に並ぶライン・アンド・スペースパターンである。ＤＭＤ４で反射された光は、リレー光学系６を介して、アオリ解消プリズムとしての偏角プリズム７に入射する。偏角プリズム７は、リレー光学系６からの光束を射出面の屈折作用により偏向させる。リレー光学系６は、ＤＭＤ４が可変的に表示するパターンの一次像を、偏角プリズム７の射出面に形成する。

偏角プリズム７の射出面で屈折により偏向された光は、対物光学系８を介して、光軸ＡＸ１に沿って被検面Ｗａへ導かれる。このとき、被検面Ｗａへの入射角が十分大きくなるように、光軸ＡＸ１の方向が設定され、ひいては偏角プリズム７による偏向角が設定されている。ここで、被検面Ｗａが投影光学系ＰＬの結像面と合致している状態において、リレー光学系６と偏角プリズム７と対物光学系８とが、パターンの形成面であるＤＭＤ４の反射面と被検面Ｗａとを共役に配置するように構成されている。

また、リレー光学系６と偏角プリズム７と対物光学系８とにより、ＤＭＤ４の反射面と被検面Ｗａとがシャインプルーフの条件を満たすように構成されている。その結果、ＤＭＤ４の反射面からの光は、リレー光学系６と偏角プリズム７と対物光学系８とを介して、被検面Ｗａ上のパターン像形成面の全体に亘って正確に結像する。また、リレー光学系６と対物光学系８とにより構成される結像光学系は、いわゆる両側テレセントリック光学系である。したがって、パターンの形成面であるＤＭＤ４の反射面上の各点と被検面Ｗａ上の各共役点とは、全面に亘ってそれぞれ同倍率である。こうして、被検面Ｗａ上には、図２に示すように、ＤＭＤ４が可変的に表示するスリットパターンの二次像がその全体に亘って正確に形成される。

再び図１を参照すると、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに関して光軸ＡＸ１と対称な光軸ＡＸ２に沿って被検面Ｗａで反射された光束は、対物光学系９を介して、アオリ解消プリズムとしての偏角プリズム１０に入射する。対物光学系９は、ＤＭＤ４が可変的に表示するパターンの三次像を偏角プリズム１０の入射面に形成する。偏角プリズム１０は、上述の偏角プリズム７と同様の構成を有し、対物光学系９からの光束を入射面の屈折作用により偏向させる。偏角プリズム１０の内部を伝搬して射出された光は、リレー光学系１１を介して、ＤＭＤ１２の反射面に達する。

ここで、被検面Ｗａが投影光学系ＰＬの結像面と合致している状態において、対物光学系９と偏角プリズム１０とリレー光学系１１とが、被検面ＷａとＤＭＤ１２の反射面とを共役に配置するように構成されている。こうして、ＤＭＤ１２の反射面には、ＤＭＤ４が可変的に表示するパターンの四次像が形成される。ＤＭＤ１２は、ＤＭＤ駆動部１３の作用により各マイクロミラーが互いに独立に駆動されるように構成され、受光スリットＳ（図１では参照符号の図示を省略）を形成する機能を有する。

受光スリットＳは、図３に示すように、例えば５つのＸ方向に細長く延びる矩形状の反射部（反射光を有効な検出光として所要の光路に沿って導く領域）Ｓａ１〜Ｓａ５を有する。対物光学系９と偏角プリズム１０とリレー光学系１１とを介した被検面Ｗａからの反射光は、受光スリットＳの各反射部Ｓａ１〜Ｓａ５でそれぞれ反射される。ここで、受光スリットＳの反射部Ｓａの数が、被検面Ｗａ上における検出点（検出位置）の数に対応する。すなわち、被検面Ｗａ上にパターンの二次像が形成されている状態を示す図２において、被検面Ｗａ上の検出点（検出領域）Ｄａ１〜Ｄａ５は、図３に示す受光スリットＳの５つの反射部Ｓａ１〜Ｓａ５に光学的に対応している。したがって、被検面Ｗａ上での検出点の数を増やしたいときには、反射部Ｓａの数を増やせば良いだけであり、検出点の数を増やしても構成の複雑化を招くことがない。

なお、対物光学系９と偏角プリズム１０とリレー光学系１１とにより投影光学系ＰＬによる結像面とＤＭＤ１２の反射面とがシャインプルーフの条件を満たすように構成されている。したがって、被検面Ｗａと結像面とが合致している状態において、ＤＭＤ４の反射面からの光が、対物光学系９と偏角プリズム１０とリレー光学系１１とを介して、ＤＭＤ１２の反射面上のパターン像形成面の全体に亘って正確に再結像する。また、対物光学系９とリレー光学系１１とにより構成される結像光学系は、いわゆる両側テレセントリック光学系である。したがって、被検面Ｗａ上の各点とＤＭＤ１２の反射面上の各共役点とは、全面に亘ってそれぞれ同倍率である。こうして、ＤＭＤ１２の反射面上には、ＤＭＤ４が可変的に表示するスリットパターンの四次像がその全体に亘って正確に形成される。

ＤＭＤ１２の反射面で反射された光は、リレー光学系１４を介して、ＤＭＤ１２の反射面上に形成されたパターンの四次像と、受光スリットＳの反射部Ｓａ１〜Ｓａ５の共役像とを、受光センサ１５の受光面１５ａ上に形成する。受光面１５ａには、図４に示すように、５つのシリコン・フォト・ダイオードＰＤ１〜ＰＤ５が、受光スリットＳの反射部Ｓａ１〜Ｓａ５に光学的に対応するように設けられている。なお、シリコン・フォト・ダイオードに代えて、ＣＣＤ（２次元電荷結合型撮像素子）やフォトマルを用いることもできる。

上述したように、ＤＭＤ１２の反射面上には、５つの反射部Ｓａ１〜Ｓａ５を有する受光スリットＳが形成されている。したがって、ＤＭＤ１２の反射面に形成されたパターンの四次像は、受光スリットＳを介して部分的に遮られる。すなわち、受光スリットＳの反射部Ｓａ１〜Ｓａ５の領域に形成されたパターンの四次像からの反射光束のみが、リレー光学系１４を介して、受光面１５ａに達する。

こうして、図４に示すように、受光センサ１５の受光面１５ａ上に配置されたシリコン・フォト・ダイオードＰＤ１〜ＰＤ５上には、受光スリットＳの反射部Ｓａ１〜Ｓａ５の像すなわちスリット像ＳＬ１〜ＳＬ５がそれぞれ形成される。なお、スリット像ＳＬ１〜ＳＬ５は、シリコン・フォト・ダイオードＰＤ１〜ＰＤ５の矩形状の受光領域の内側にそれぞれ形成されるように設定されている。

ここで、被検面Ｗａが投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに沿ってＺ方向に上下移動すると、ＤＭＤ１２の反射面上に形成されるパターンの四次像は、被検面Ｗａの上下移動に対応してパターンのピッチ方向に横ずれを起こす。本実施形態では、たとえば本出願人による特開平６−９７０４５号公報に開示された光電顕微鏡の原理により、パターンの四次像の横ずれ量を検出し、検出した横ずれ量に基づいて投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに沿った被検面Ｗａの面位置を検出する。

なお、振動ミラーとしてのＤＭＤ４を駆動するＤＭＤ駆動部５、ＤＭＤ駆動部５からの交流信号に基づいてシリコン・フォト・ダイオードＰＤ１〜ＰＤ５からの検出信号を同期検波するための位置検出部１６、被検面Ｗａを投影光学系ＰＬの焦点深度の範囲内に収めるのに必要な傾き補正量およびＺ方向補正量を算出する補正量算出部１７、傾き補正量およびＺ方向補正量に基づいてホルダ保持機構２２を駆動制御して、ウェハホルダ２１のレベリングおよびＺ方向移動を行わせるためのホルダ駆動部２３の動作は、本出願人による特開２００１−２９６１０５号公報に開示される装置と同様であるため、ここでは説明を省略する。また、シャインプルーフの条件、および光電顕微鏡の原理の具体的な適用などについては、特開平６−９７０４５号公報に詳細に開示されている。

以上のように、本実施形態では、光源１、波長フィルター２、コンデンサーレンズ３、ＤＭＤ４、リレー光学系６、偏角プリズム７、および対物光学系８は、被検面Ｗａ上に斜め方向から光束を投射する投射系を構成している。対物光学系９、偏角プリズム１０、リレー光学系１１、ＤＭＤ１２、リレー光学系１４、および受光センサ１５は、被検面Ｗａで反射された光束を受光する受光系を構成している。

また、パターン表示素子としてのＤＭＤ４が可変的に表示するパターンの像を被検面Ｗａ上に形成する結像光学系（６，８）の光路中に配置された偏角プリズム７は、被検面Ｗａと光学的に共役な射出面と、この射出面とは非平行な入射面とを有し、被検面Ｗａへの入射光に対して一方向にのみ倍率を付与する機能を有する。さらに具体的には、偏角プリズム７は、被検面Ｗａへの入射光に対して、被検面Ｗａへ光が入射する方向と被検面Ｗａの法線の方向（Ｚ方向）とで規定される入射面（ＸＹ平面）においてのみ拡大倍率を付与する機能を有する。

こうして、偏角プリズム７は、ＤＭＤ４の反射面への入射光の入射角度を被検面Ｗａへの入射光の入射角度よりも実質的に小さく変更するための入射角変更素子として機能する。その結果、偏角プリズム７の作用によりＤＭＤ４の反射面への入射角度が小さく抑えられ、ＤＭＤ４のマイクロミラー間に不可避的な段差があっても、その段差により有効な検出光が遮られにくくなるので、高い検出精度を確保することができる。また、偏角プリズム７の作用によりＤＭＤ４の反射面への入射角度が小さく抑えられるので、環境の温度変化や駆動による発熱などの外乱によるマイクロミラーの位置ずれに起因する検出誤差が発生しにくい。

したがって、本実施形態の位置検出装置では、ＤＭＤ４を用いてパターン形状を所望の形状に変更することにより、被検面Ｗａの面位置の検出位置を随時変更することができる。そして、ＤＭＤ４のようにパターンを可変的に表示するパターン表示素子を用いる構成であるにもかかわらず、被検面Ｗａの面位置を高精度に且つ安定的に検出することができる。また、本実施形態の露光装置では、被検面Ｗａの面位置を高精度に且つ安定的に検出する位置検出装置を用いて、ウェハ（感光性基板）Ｗの露光面Ｗａの面位置を高精度に検出することができ、ひいてはレチクル（マスク）Ｒのパターン面とウェハＷの露光面Ｗａとを投影光学系ＰＬに対して高精度に位置合わせすることができる。

また、本実施形態においては、受光系においてもアオリ解消プリズムとしての偏角プリズム１０を用いているので、ＤＭＤ１２の反射面への入射角度が小さく抑えられ、そのマイクロミラー間に不可避的な段差があっても、その段差により有効な検出光が遮られにくくなるので、高い検出精度を確保することができる。同様に、偏角プリズム１０の作用により受光面１５ａに入射する光束の入射角度が十分に小さくなるので、受光面１５ａにおける光束の入射角に起因する受光量の低下が回避される。なお、リレー光学系１４は、両側テレセントリック光学系であることが望ましい。また、ＤＭＤ１２の反射面と受光面１５ａとがリレー光学系１４に関してシャインプルーフの条件を満足するように構成されていることが望ましい。

なお、上述の説明では、パターンを可変的に表示するパターン表示素子としてのＤＭＤ４が、振動ミラーの機能を果たすように構成されている。しかしながら、これに限定されることなく、ＤＭＤ４とは別体の振動ミラーを、被検面ＷａとＤＭＤ４との間の光路中、または被検面ＷａとＤＭＤ１２との間の光路中において任意の位置に配置することもできる。

また、上述の説明では、ＤＭＤ４が、Ｘ方向に延びる細長いライン部とＸ方向に延びる細長いスペース部とが一定のピッチで交互に並ぶライン・アンド・スペースパターンを可変的に表示している。しかしながら、これに限定されることなく、パターン表示素子が可変的に表示するパターンの形態については、様々な変形例が可能である。

また、上述の説明では、ＤＭＤ４の反射面への入射光の入射角度を被検面Ｗａへの入射光の入射角度よりも実質的に小さく変更する入射角変更素子として、偏角プリズム７を用いている。しかしながら、これに限定されることなく、偏角プリズム７に代えて、ＸＹ平面に沿った一方向にのみ屈折力を有するシリンドリカルレンズを用いることもできる。ただし、入射角変更素子としてシリンドリカルレンズを用いる構成では、偏角プリズムを用いる上述の実施形態とは異なり、シリンドリカルレンズに起因してコマ収差などが発生し易い。

また、上述の説明では、パターンを可変的に表示するパターン表示素子として、ＤＭＤ４のような反射型の空間光変調器を用いている。しかしながら、これに限定されることなく、ＤＭＤ４に代えて、例えば液晶光学素子のような透過型の空間光変調器を用いることもできる。図５は、パターン表示素子として液晶光学素子を用いる変形例の構成を概略的に示す図である。図５では、図１の実施形態における構成要素と同様の機能を果たす要素に、図１と同じ参照符号を付している。以下、図１の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。

図５の変形例では、パターンを可変的に表示するパターン表示素子として液晶光学素子３１を配置し、受光スリットを形成する光学素子として液晶光学素子３４を配置している。また、偏角プリズム７と対物光学系８との間の光路中に振動ミラー３２を配置している。図５の変形例では、光源１からの発散光束が、波長フィルター２およびコンデンサーレンズ３を介して、液晶駆動部３１ａにより駆動される液晶光学素子３１をケーラー照明する。液晶光学素子３１を透過した光は、リレー光学系６を介して、偏角プリズム７の射出面に、液晶光学素子３１が可変的に表示するパターンの一次像を形成する。

偏角プリズム７の射出面で屈折により偏向された光は、ミラー駆動部３３により駆動される振動ミラー３２で反射され、対物光学系８を介して、被検面Ｗａ上にパターンの二次像を形成する。被検面Ｗａで反射された光束は、対物光学系９を介して、偏角プリズム１０の入射面にパターンの三次像を形成する。偏角プリズム１０の入射面の屈折作用により偏向されて射出された光は、リレー光学系１１を介して、液晶駆動部３４ａにより駆動される液晶光学素子３４上にパターンの四次像を形成する。

液晶光学素子３４は、受光スリットを形成する機能を有する。受光スリットは、図３に示すように、例えば５つのＸ方向に細長く延びる矩形状の光透過部（透過光を有効な検出光として所要の光路に沿って導く領域）を有する。液晶光学素子３４を透過した光は、リレー光学系１４を介して、液晶光学素子３４上に形成されたパターンの四次像と受光スリットの光透過部の共役像とを、受光センサ１５の受光面１５ａ上に形成する。

図５の変形例においても、図１の実施形態と同様に、偏角プリズム７の作用により液晶光学素子３１への入射角度が小さく抑えられるので、高い検出精度を確保することができる。また、偏角プリズム１０の作用により液晶光学素子３４への入射角度が小さく抑えられるので、高い検出精度を確保することができる。同様に、偏角プリズム１０の作用により受光面１５ａに入射する光束の入射角度が十分に小さくなるので、受光面１５ａにおける光束の入射角に起因する受光量の低下が回避される。

なお、上述の実施形態では、露光装置が単一の位置検出装置を備えている例を説明しているが、これに限定されることなく、必要に応じて複数組の位置検出装置で検出視野を分割することもできる。この場合、第１の位置検出装置の検出視野と第２の位置検出装置の検出視野との共通の視野における検出結果に基づいて、各装置のキャリブレーションを行うこともできる。

また、上述の実施形態では、投影露光装置の感光性基板の面位置の検出に対して本発明を適用しているが、投影露光装置のマスクの面位置の検出に本発明を適用することもできる。また、上述の実施形態では、投影露光装置における感光性基板の面位置の検出に対して本発明を適用しているが、一般の被検面の面位置の検出に本発明を適用することもできる。

上述の実施形態にかかる露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように組み立てることにより製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続などが含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は、温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。

上述の実施形態の露光装置では、照明装置によってレチクル（マスク）を照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、本実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図６のフローチャートを参照して説明する。

先ず、図６のステップ３０１において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、その１ロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、本実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ３０４において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。

その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。なお、ステップ３０１〜ステップ３０５では、ウェハ上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチングの各工程を行っているが、これらの工程に先立って、ウェハ上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない。

また、本実施形態の露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図７のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図７において、パターン形成工程４０１では、本実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィ工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程４０２へ移行する。

次に、カラーフィルター形成工程４０２では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列されたりしたカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程４０２の後に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立て工程４０３では、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルター等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。

セル組み立て工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。その後、モジュール組み立て工程４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。

本発明の実施形態にかかる位置検出装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。 被検面上にパターンの二次像が形成されている状態を示す斜視図である。 ５つのＸ方向に細長く延びる矩形状の反射部を有する受光スリットの構成を概略的に示す図である。 図３の受光スリットの反射部に光学的に対応するように、５つのシリコン・フォト・ダイオードが受光センサの受光面上に設けられている様子を示す図である。 パターン表示素子として液晶光学素子を用いる変形例の構成を概略的に示す図である。 マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法のフローチャートである。 マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。

符号の説明

１ 光源
３ コンデンサーレンズ
４，１２ ＤＭＤ
６，１１，１４ リレー光学系
７，１０ 偏角プリズム（アオリ解消プリズム）
８，９ 対物光学系
１５ 受光センサ
１６ 位置検出部
１７ 補正量算出部
２１ ウェハホルダ
２２ ホルダ保持機構
２３ ホルダ駆動部
３１，３４ 液晶表示素子
ＩＬ 照明系
Ｒ レチクル
ＲＨ レチクルホルダ
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウェハ

Claims (8)

1. 被検面上に斜め方向から光束を投射する投射系と、前記被検面で反射された光束を受光する受光系とを備え、該受光系の出力に基づいて前記被検面の位置を検出する位置検出装置において、
   前記投射系は、パターンを可変的に表示するパターン表示素子と、該パターン表示素子の前記パターンの像を前記被検面上に形成するための結像光学系と、前記パターン表示素子への入射光の入射角度を前記被検面への入射光の入射角度よりも実質的に小さく変更するための入射角変更素子とを有することを特徴とする位置検出装置。
2. 前記入射角変更素子は、前記結像光学系の光路中に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記入射角変更素子は、前記被検面への入射光に対して一方向にのみ倍率を付与する光学素子を有することを特徴とする請求項１または２に記載の位置検出装置。
4. 前記光学素子は、前記被検面への入射光に対して、前記被検面へ光が入射する方向と前記被検面の法線の方向とで規定される入射面においてのみ拡大倍率を付与することを特徴とする請求項３に記載の位置検出装置。
5. 前記光学素子は、前記被検面と光学的にほぼ共役な射出面と、該射出面とは非平行な入射面とを有することを特徴とする請求項３または４に記載の位置検出装置。
6. 前記光学素子は、偏角プリズムを有することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の位置検出装置。
7. 投影光学系を介して所定のパターンを感光性基板上へ露光する露光装置において、
   前記所定のパターン面または前記感光性基板の露光面の前記投影光学系に対する位置を、前記被検面の位置として検出するための請求項１乃至６のいずれか１項に記載の位置検出装置と、
   前記位置検出装置の検出結果に基づいて、前記所定のパターン面または前記感光性基板の露光面を前記投影光学系に対して位置合わせするための位置合わせ手段とを備えていることを特徴とする露光装置。
8. 請求項７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、
   前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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