CN103091840A - 光学设备、位置检测设备、显微镜设备以及曝光设备 - Google Patents

光学设备、位置检测设备、显微镜设备以及曝光设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了光学设备、位置检测设备、显微镜设备以及曝光设备。该光学设备包括：孔径光阑，包括第一孔和第二孔并且被固定在照明光学系统的光瞳面上，第一孔被配置为将用于照射照明表面的照明条件限定为第一条件，第二孔被配置为将照明条件限定为第二条件；遮光板；以及驱动单元，被配置为在将照明条件设定为第一条件时定位遮光板以使得遮光区域遮蔽从光源通过第二孔延伸到照明表面的第二路径，以及在将照明条件设定为第二条件时定位遮光板以使得遮光区域遮蔽从光源通过第一孔延伸到照明表面的第一路径。

Description

光学设备、位置检测设备、显微镜设备以及曝光设备
技术领域
本发明涉及光学设备、位置检测设备、显微镜设备以及曝光设备。
背景技术
近来，随着半导体集成电路的集成化和微图形化发展，电路图形的线宽度已经变得非常小。因此，在光刻处理中，要求要被形成在衬底上的图形（抗蚀剂图形）的进一步微图形化。作为实现像这样的微图形化的技术，使用具有比紫外光短的波长的EUV光（波长=10～15nm）的曝光设备（EUV曝光设备）以及通过使用带电粒子束在衬底上执行绘制的绘制设备（drawing apparatus）（带电粒子束绘制设备）是已知的。注意，因为EUV光和带电粒子束（电子束）由于大气环境中的吸收而衰减，所以EUV曝光设备和带电粒子束绘制设备被收纳在真空室中并且被放置在大约10-4～10-5 Pa或更大的真空环境中。
在曝光设备中，通过将曝光光会聚（聚焦）到衬底上的预定位置来将图形转印到衬底上。因此，为了转印精细图形，需要将衬底和曝光光精确地对准（align）。当将衬底和曝光光对准时，一般通过检测衬底上的对准标记来检测衬底的位置。
该对准标记的检测使用两种模式，即，亮场检测（亮场照明）和暗场检测（暗场照明），以便精确地检测来自标记的光。亮场检测是将照明光学系统的数值孔径（NA）与图像形成光学系统的数值孔径匹配并且主要检测透射通过标记（被检体）的0次光、由此获得标记的亮场图像的方法。另一方面，暗场检测是故意将照明光学系统和图像形成光学系统的NA彼此偏移并且检测通过标记散射或者衍射的二次光、由此获得标记的暗场图像的方法。通过在切换亮场检测和暗场检测的同时检测对准标记，可以通过抑制由晶圆工艺（wafer process）或者标记上的台阶所引起的检测信号（对准信号）的S/N比的降低来防止检测误差和检测的不可能性。在日本专利公开No.11-87222、7-169429和2001-154103中提出了切换亮场检测和暗场检测的技术。
例如，日本专利公开No.11-87222已经公开了用于通过切换照明光学系统的孔径光阑来检测对准标记的位置检测设备。在该位置检测设备中，根据晶圆工艺或者标记上的台阶通过使用驱动装置（诸如致动器或者马达）来切换亮场孔径光阑和暗场孔径光阑。
日本专利公开No.7-169429和2001-154103已经公开了用于通过根据样本（被检体）的结构或者形状切换亮场检测和暗场检测来观察样本的显微镜设备。更具体地说，日本专利公开No.7-169429已经公开了在公共的光阑台子上包括亮场检测光阑和暗场检测光阑的透射电子显微镜。在该透射电子显微镜中，经由放置在大气环境中的驱动装置将亮场检测光阑或者暗场检测光阑放置在放置在真空环境中的透射电子检测器和样本之间的光轴上。此外，日本专利公开No.2001-154103已经公开了包括亮场照明光源和暗场照明光源并且能够通过使用这些光源切换亮场检测和暗场检测的显微镜设备。
然而，在EUV曝光设备或者带电粒子束绘制设备中，用于使衬底和曝光光或者带电粒子束对准的位置检测设备也被放置在真空环境中，因此驱动装置（诸如致动器或者马达）被用在真空环境中。例如，在日本专利公开No.11-87222中公开的位置检测设备通过使用马达来切换亮场检测孔径光阑和暗场检测孔径光阑，当在真空环境中使用马达时必须考虑来自马达的发热和放气（outgas）。因此，必须通过使用减少发热和放气的影响的粘合剂和部件（材料）来形成要在真空环境中使用的驱动装置（诸如马达）。这通常使得性能低于要在大气环境中使用的驱动装置的性能。因此，要在真空环境中使用的驱动装置的冲程（stroke）或者驱动精度变得不够，并且这使得不可能精确定位亮场孔径光阑或者暗场孔径光阑，因此对准标记检测精度有时降低（有时出现检测误差）。此外，当要在真空环境中使用的驱动装置被制造为使得具有与要在大气环境中使用的驱动装置的性能相同的性能时，制造成本增加非常多。
在日本专利公开No.7-169429中公开的透射电子显微镜中，因为驱动装置被放置在大气环境中，所以来自驱动装置的发热和放气不必被考虑，因此可以使用要在大气环境中使用的驱动装置。然而，由于驱动装置经由真空室的隔墙连接到亮场检测光阑和暗场检测光阑，隔墙的结构复杂，因此驱动装置的性能没有被充分地传送到亮场检测光阑和暗场检测光阑。因此，通过驱动装置执行的亮场检测光阑和暗场检测光阑的位置控制变得不够。这使得不可能精确地在真空环境中定位亮场孔径光阑和暗场孔径光阑，并且降低透射电子显微镜的精度。
在日本专利公开No.2001-154103中公开的显微镜设备中，亮场照明光源和暗场照明光源被布置在真空环境中并且在没有使用任何驱动装置（诸如致动器或者马达）的情况下被切换。这消除了考虑来自驱动装置的发热和放气的需要。然而，当包括半导体元件的光源被放置在真空环境中时，来自光源的发热或者放气可以使周边的部件变形或者沉积污染物。这降低显微镜设备的精度。此外，当通过切换光源来切换亮场检测和暗场检测时，光学系统（即，设备）的结构复杂。
发明内容
本发明提供在没有增大成本的情况下在切换用于照射照明表面的照明条件方面有利的技术。
根据本发明的第一方面，提供了一种光学设备，其包括：照明光学系统，被配置为利用来自光源的光照射照明表面；孔径光阑，包括第一孔和第二孔并且被固定在照明光学系统的光瞳面上，第一孔被配置为将用于照射照明表面的照明条件限定为第一条件，第二孔被配置为将照明条件限定为与第一条件不同的第二条件；遮光板，包括遮光区域；以及驱动单元，被配置为驱动遮光板，其中在将照明条件设定为第一条件时，驱动单元定位遮光板以使得遮光区域遮蔽从光源通过第二孔延伸到照明表面的第二路径，以及在将照明条件设定为第二条件时，驱动单元定位遮光板以使得遮光区域遮蔽从光源通过第一孔延伸到照明表面的第一路径。
根据本发明的第二方面，提供了一种位置检测设备，其包括被配置为利用来自光源的光照射被检体的照明光学系统以及被配置为在检测表面上形成来自被检体的光的图像的图像形成光学系统，并且检测被检体的位置，其中照明光学系统包括：孔径光阑，包括第一孔和第二孔并且被固定在照明光学系统的光瞳面上，第一孔被配置为将用于照射被检体的照明条件限定为第一条件，第二孔被配置为将照明条件限定为与第一条件不同的第二条件；遮光板，包括第一区域和第二区域，第一区域包括第一孔区域和第一遮光区域，第二区域包括第二孔区域和第二遮光区域；以及驱动单元，被配置为驱动遮光板，以及在将照明条件设定为第一条件时，驱动单元定位第一区域以使得第一孔区域不遮蔽从光源通过第一孔延伸到被检体的第一路径，并且第一遮光区域遮蔽从光源通过第二孔延伸到被检体的第二路径，以及在将照明条件设定为第二条件时，驱动单元定位第二区域以使得第二孔区域不遮蔽第二路径，并且第二遮光区域遮蔽第一路径。
根据本发明的第三方面，提供了一种位置检测设备，其包括被配置为利用来自光源的光照射被检体的照明光学系统以及被配置为在检测表面上形成来自被检体的光的图像的图像形成光学系统，并且检测被检体的位置，其中图像形成光学系统包括：孔径光阑，包括第一孔和第二孔并且被固定在图像形成光学系统的光瞳面上，第一孔被配置为将用于在检测表面上检测来自被检体的光的检测条件限定为第一条件，第二孔被配置为将检测条件限定为与第一条件不同的第二条件；遮光板，包括第一区域和第二区域，第一区域包括第一孔区域和第一遮光区域，第二区域包括第二孔区域和第二遮光区域；以及驱动单元，被配置为驱动遮光板，以及在将检测条件设定为第一条件时，驱动单元定位第一区域以使得第一孔区域不遮蔽从被检体通过第一孔延伸到检测表面的第一路径，并且第一遮光区域遮蔽从被检体通过第二孔延伸到检测表面的第二路径，以及在将检测条件设定为第二条件时，驱动单元定位第二区域以使得第二孔区域不遮蔽第二路径，并且第二遮光区域遮蔽第一路径。
根据本发明的第四方面，提供了一种显微镜设备，其包括被配置为利用电子束照射被检体的照射系统以及被配置为将透射通过被检体的电子束引导到检测表面的检测系统，并且观察被检体，其中检测系统包括：孔径光阑，包括第一孔和第二孔并且被固定在检测系统的光瞳面上，第一孔被配置为将用于在检测表面上检测透射通过被检体的电子束的检测条件限定为第一条件，第二孔被配置为将检测条件限定为与第一条件不同的第二条件；遮光板，包括第一区域和第二区域，第一区域包括第一孔区域和第一遮光区域，第二区域包括第二孔区域和第二遮光区域；以及驱动单元，被配置为驱动遮光板，以及在将检测条件设定为第一条件时，驱动单元定位第一区域以使得第一孔区域不遮蔽从被检体通过第一孔延伸到检测表面的第一路径，并且第一遮光区域遮蔽从被检体通过第二孔延伸到检测表面的第二路径，以及在将检测条件设定为第二条件时，驱动单元定位第二区域以使得第二孔区域不遮蔽第二路径，并且第二遮光区域遮蔽第一路径。
根据本发明的第五方面，提供了一种用于使衬底曝光的曝光设备，其包括：位置检测设备，被配置为检测衬底上的标记的位置作为被检体的位置；以及定位机构，被配置为基于由位置检测设备检测的标记的位置来定位衬底，其中位置检测设备包括被配置为利用来自光源的光照射被检体的照明光学系统以及被配置为在检测表面上形成来自被检体的光的图像的图像形成光学系统，并且检测被检体的位置，其中照明光学系统包括：孔径光阑，包括第一孔和第二孔并且被固定在照明光学系统的光瞳面上，第一孔被配置为将用于照射被检体的照明条件限定为第一条件，第二孔被配置为将照明条件限定为与第一条件不同的第二条件；遮光板，包括第一区域和第二区域，第一区域包括第一孔区域和第一遮光区域，第二区域包括第二孔区域和第二遮光区域；以及驱动单元，被配置为驱动遮光板，以及在将照明条件设定为第一条件时，驱动单元定位第一区域以使得第一孔区域不遮蔽从光源通过第一孔延伸到被检体的第一路径，并且第一遮光区域遮蔽从光源通过第二孔延伸到被检体的第二路径，以及在将照明条件设定为第二条件时，驱动单元定位第二区域以使得第二孔区域不遮蔽第二路径，并且第二遮光区域遮蔽第一路径。
从以下参考附图的示例性实施例的描述中本发明更多的方面将变得清晰。
附图说明
图1A～1D是示出了作为本发明的一个方面的照明设备的布置的视图。
图2A～2C是示出了传统的照明设备的布置的视图。
图3是示出了作为本发明的一个方面的位置检测设备的布置的视图。
图4是示出了使用图3中示出的位置检测设备的曝光设备的布置的视图。
图5是示出了使用图3中示出的位置检测设备的绘制设备的布置的视图。
图6是示出了作为本发明的一个方面的显微镜设备的布置的视图。
图7A和图7B是各示出了作为本发明的一个方面的遮光板的布置的视图。
具体实施方式
下面将参考附图描述本发明的优选实施例。注意，在整个附图中相同的附图标记表示相同的部件，并且不会给出其重复描述。
<第一实施例>
图1A～1D是示出了作为本发明的一个方面的照明设备100的布置的视图。照明设备100是对照明表面执行Koehler照明的光学设备。Koehler照明是在没有任何照明不均匀的情况下照射照明表面的照明方法。然而，照明设备100的照明方法不限于Koehler照明，而还可以是例如临界照明。照明设备100包括光源1、照明光学系统2、孔径光阑3、遮光板4和驱动单元5。在本实施例中，照明设备100被收纳在例如真空室中，并且光源1、照明光学系统2、孔径光阑3、遮光板4和驱动单元5被布置在真空环境中。
照明光学系统2是将从光源1发射的光引导到照明表面IS、即利用来自光源1的光照射照明表面IS的光学系统。在本实施例中，照明光学系统2包括集光透镜（collector lens）L1、场透镜（field lens）L2、反射镜M以及聚光透镜（condenser lens）L3。孔径光阑3被固定在照明光学系统2的光瞳面上（在本实施例中，在聚光透镜L3的入射侧焦点位置（入射光瞳面上）中），并且限定用于照射照明表面IS的照明条件。遮光板4被放置在照明光学系统2的光瞳面附近，并且遮蔽经过孔径光阑3的光的一部分。驱动单元5通过例如致动器或者马达来形成，并且驱动遮光板4。在本实施例中，驱动单元5在与照明光学系统2的光轴垂直的方向上驱动遮光板4。此外，通过使用减少发热和放气的影响的粘合剂和部件（材料）将驱动单元5设计成可用在真空环境中。
在照明设备100中，来自光源1的光通过集光透镜L1被成形为几乎平行的光，并且进入场透镜L2。光由场透镜L2集中，由反射镜M反射，并且通过聚光透镜L3引导到照明表面IS。
如上所述，孔径光阑3被固定在照明光学系统2的光瞳面上，并且因此在照明光学系统2中具有与光源1共轭的位置关系。因此，孔径光阑3可以控制（改变）由场透镜L2集中的光的数值孔径。注意，数值孔径还可以通过在照明光学系统2的光瞳面附近额外布置虹彩光阑（iris stop）并且改变虹彩光阑的阻挡量来控制。还可以通过在与照明表面IS共轭的位置中布置视场光阑（field stop）来限制照明光学系统2的视场。
在照明设备100中，通过使用包括亮场照明孔和暗场照明孔的孔径光阑3以及遮光板4来切换照明条件，所述遮光板4包括用于通过与亮场照明对应的光和与暗场照明对应的光的孔区域以及用于遮蔽其它光的遮光区域。图1A示出了其中照明条件被设定为亮场照明的照明设备100。图1B示出了其中照明条件被设定为暗场照明的照明设备100。
在说明孔径光阑3和遮光板4的细节之前，将参考图2A～2C说明在传统的照明设备1000中由于孔径光阑1100的位置偏移在照射照明表面IS时照明精度降低的原因。图2A示出了其中照明条件被设定为亮场照明的照明设备1000。图2B示出了其中照明条件被设定为暗场照明的照明设备1000。与照明设备100类似，照明设备1000被收纳在例如真空室中，并且光源1、照明光学系统2、孔径光阑1100和驱动单元1200被布置在真空环境中。
与照明设备100相比，照明设备1000没有遮光板4，并且包括孔径光阑1100来代替孔径光阑3。此外，照明设备1000包括用于驱动孔径光阑1100的驱动单元1200，来代替用于驱动遮光板4的驱动单元5。在照明设备1000中，来自光源1的光通过照明光学系统2被引导到照明表面IS，如照明设备100中一样。
当在照明设备1000中切换照明条件时，如图2A和图2B所示，驱动单元1200驱动孔径光阑1100，并且在照明光学系统2的光轴上定位亮场照明光阑区域1110或者暗场光阑区域1120。
图2C是示出了照明设备1000的孔径光阑1100的布置的视图。孔径光阑1100包括亮场光阑区域1110和暗场光阑区域1120，该亮场光阑区域1110包括用于将照明条件限定为亮场照明的孔部分1112和遮光部分1114，该暗场光阑区域1120包括用于将照明条件限定为暗场照明的孔部分1122和遮光部分1124。因此，当相对于来自光源1的光（照明光学系统2的光轴）精确地定位亮场光阑区域1110或者暗场光阑区域1120时，可以在不降低照明精度的情况下切换照明条件。
然而，为了使得驱动单元1200可用在真空环境中，通过减少发热和放气的影响的粘合剂和部件（材料）来形成驱动单元1200。这使得在与大气环境相比时难以精确地驱动孔径光阑1100。因此，在相对于来自光源1的光定位亮场光阑区域1110或者暗场光阑区域1120时出现位置偏移，并且照明精度由于由场透镜L2集中的光的数值孔径的偏移而降低。
如上所述，当通过使用放置在真空环境中的驱动单元来切换孔径光阑时，孔径光阑的位置由于驱动单元的性能而偏移，并且照明精度降低。因此，在本实施例的照明设备100中，如上所述，通过使用孔径光阑3和遮光板4来切换照明条件。更具体地说，要求高定位精度的孔径光阑3被固定在照明光学系统2的光瞳面上，并且其要求的定位精度低于孔径光阑3要求的定位精度的遮光板4被驱动。这使得可以在不降低照明精度的情况下切换照明条件。
图1C是示出了孔径光阑3的布置的视图。如图1C所示，孔径光阑3包括用于将照明条件限定为亮场照明（第一条件）的亮场孔（第一孔）32以及用于将照明条件限定为暗场照明（与第一条件不同的第二条件）的暗场孔（第二孔）34。此外，如先前描述的，孔径光阑3被固定在照明光学系统2的光瞳面上，并且相对于来自光源1的光（照明光学系统2的光轴）被精确地定位。
图1D是示出了遮光板4的布置的视图。如图1D所示，遮光板4包括亮场区域（第一区域）42和暗场区域（第二区域）44。亮场区域42包括亮场孔区域（第一孔区域）42a和遮光区域（第一遮光区域）42b。暗场区域44包括暗场孔区域（第二孔区域）44a和遮光区域（第二遮光区域）44b。
当设定照明条件时，驱动单元5通过驱动遮光板4来定位亮场区域42或者暗场区域44。例如，当将照明条件设定为亮场照明时，驱动单元5相对于孔径光阑3来定位亮场区域42。更具体地说，驱动单元5定位亮场区域42，以使得亮场孔区域42a不遮蔽从光源1通过亮场孔32延伸到照明表面IS的第一路径，并且遮光区域42b遮蔽从光源1通过暗场孔34延伸到照明表面IS的第二路径。在本实施例中，遮光板4被定位为比孔径光阑3更接近照明表面。因此，亮场孔区域42a使经过亮场孔32的光通过，并且遮光区域42b遮蔽经过暗场孔34的光。
此外，当将照明条件设定为暗场照明时，驱动单元5相对于孔径光阑3来定位暗场区域44。更具体地说，驱动单元5定位暗场区域44，以使得暗场孔区域44a不遮蔽从光源1通过暗场孔34延伸到照明表面IS的第二路径，并且遮光区域44b遮蔽从光源1通过亮场孔32延伸到照明表面IS的第一路径。在该状态下，暗场孔区域44a使经过暗场孔34的光通过，并且遮光区域44b遮蔽经过亮场孔32的光。
在如上所述的本实施例的照明设备100中，可以通过驱动遮光板4相对于孔径光阑3定位亮场区域42或者暗场区域44，来切换照明条件。
下面将说明通过使用驱动单元5驱动的遮光板4的定位精度。如上所述，遮光板4必须实现使经过孔径光阑3的亮场孔32和暗场孔34中的一个的光通过并且遮蔽经过另一个的光的功能。因此，遮光板4的亮场孔区域42a的尺寸被设定为比孔径光阑3的亮场孔32的尺寸大，并且遮光板4的暗场孔区域44a的尺寸被设定为比孔径光阑3的暗场孔34的尺寸大。因此，在驱动遮光板4时要求的定位精度可以被设定为比在传统的照明设备1000中驱动孔径光阑1100时要求的定位精度低。因此，即使在驱动单元5的性能（驱动精度或者冲程）比要在大气环境中使用的驱动单元的性能低时，驱动单元5也可以利用遮光板4要求的定位精度来定位遮光板4。
在如上所述的本实施例中，包括用于限定照明条件的多个孔的孔径光阑3被固定（不被驱动），并且包括用于使经过该多个孔之一的光通过的孔区域的遮光板4被驱动。由于这减少由场透镜L2集中的光的数值孔径的偏移，因此可以在不降低照明精度的情况下切换照明条件。
现在将说明孔径光阑3和遮光板4之间的位置关系。如上所述，孔径光阑3被布置（固定）在照明光学系统2的光瞳面上，并且遮光板4被布置在孔径光阑3附近并且比孔径光阑3更接近照明表面。因为在切换照明条件时要由孔径光阑3和遮光板4实现的功能不同，所以孔径光阑3和遮光板4被布置的位置不同。在本实施例中，固定在照明光学系统2的光瞳面上的孔径光阑3使与亮场照明对应的光和与暗场照明对应的光通过，并且遮光板4遮蔽与亮场照明对应的光和与暗场照明对应的光之一。如果例如孔径光阑3被布置在除照明光学系统2的光瞳面以外的位置中，则经过孔径光阑3的光的孔径角（angularaperture）不能被充分地限制。这使得不可能将与亮场照明对应的光和与暗场照明对应的光引导到照明表面IS。因此，孔径光阑3必须被布置在照明光学系统2的光瞳面上以便限制孔径角。
另一方面，遮光板4不必被布置在照明光学系统2的光瞳面上，只要遮光板4可以遮蔽与亮场照明对应的光和与暗场照明对应的光之一即可。例如，可以将遮光板4布置在从照明光学系统2的光瞳面在光轴方向上偏移的位置中，并且遮蔽经过孔径光阑3且与亮场照明对应的光和经过孔径光阑3且与暗场照明对应的光之一。
注意，基于孔径光阑3的亮场孔32和暗场孔34的尺寸、遮光板4的亮场孔区域42a和暗场孔区域44a的尺寸以及光的数值孔径来确定布置遮光板4的位置相对于照明光学系统2的光瞳面的偏移量。设r1为孔径光阑3的亮场孔32的外直径，r2为孔径光阑3的暗场孔34的内直径，R1为遮光板4的亮场孔区域42a的外直径，并且R2为遮光板4的暗场孔区域44a的内直径。此外，设θ为经过孔径光阑3的光与照明光学系统2的光轴形成的角度。在该情况下，布置遮光板4的位置相对于照明光学系统2的光瞳面的偏移量X必须满足
X<(r2-R1)/2×tanθ...(1)
X<(R2-r1)/2×tanθ...(2)
当满足表达式（1）和（2）时，遮光板4可以遮蔽经过孔径光阑3且与亮场照明对应的光和经过孔径光阑3且与暗场照明对应的光中的一个并且使另一个通过。
此外，在照明设备100中，由于例如安装空间的限制，有时难以将孔径光阑3和遮光板4分别布置在照明光学系统2的光瞳面上和在照明光学系统2的光瞳面附近。在该情况下，孔径光阑3被布置（固定）在照明光学系统2的多个光瞳面中的一个上，并且遮光板4被布置在另一个光瞳面上或者在另一个光瞳面附近。因此，在照明设备100中，孔径光阑3被布置在照明光学系统2的光瞳面上，并且遮光板4被布置在照明光学系统2的光瞳面附近或者在与光瞳面共轭的位置中（或者附近）。
在如上所述的本实施例的照明设备100中，通过使用遮光板4使经过孔径光阑3的亮场孔32和暗场孔34的光成分中的一个通过并且遮蔽另一个，来切换照明条件。换句话说，通过驱动其要求的定位精度比孔径光阑3要求的定位精度低的遮光板4而不驱动要求高定位精度的孔径光阑3，来切换照明条件。因此，即使在使用性能比要在大气环境中使用的驱动单元的性能低的驱动单元5时，也可以在不降低照明精度的情况下切换照明条件。另外，因为驱动单元5不必被设计为使得具有与要在大气环境中使用的驱动单元的性能相同的性能，所以可以抑制成本的增大。
注意，在本实施例中遮光板4被放置为比孔径光阑3更接近照明表面，但是遮光板4还可以被放置为比孔径光阑3更接近光源。当在该情况下将照明条件设定为亮场照明时，亮场孔区域42a使来自光源1的光之中的到达亮场孔32的光通过，并且遮光区域42b遮蔽来自光源1的光之中的到达暗场孔34的光。当将照明条件设定为暗场照明时，暗场孔区域44a使来自光源1的光之中的到达暗场孔34的光透过，并且遮光区域44b遮蔽来自光源1的光之中的到达亮场孔32的光。
此外，在本实施例的照明设备100中遮光板4包括亮场孔区域42a和暗场孔区域44a，但是本发明不限于此布置。例如，还可以通过使用没有孔区域的遮光板来遮蔽经过孔径光阑3且与亮场照明对应的光和经过孔径光阑3且与暗场照明对应的光之一。
图7A和图7B是示出了遮光板4的其它布置的视图。图7A示出了其中具有独立驱动单元（未示出）的两个遮光板（第一遮光板）110a和110b被用来使来自光源1的光之中的到达亮场孔32的光透过并且遮蔽到达暗场孔34的光的布置。因此，即使在其中没有孔区域的两个遮光板110a和110b代替图1D中示出的遮光板4的亮场区域42被驱动的布置中，也可以实现亮场照明。
图7B示出了其中没有孔区域的遮光板（第二遮光板）120被用来使来自光源1的光之中的到达暗场孔34的光透过并且遮蔽到达亮场孔32的光的布置。因此，即使在其中没有孔区域的遮光板120代替图1D中示出的遮光板4的暗场区域44被使用的布置中，也可以实现暗场照明。注意，当然，即使在使用通过在透过光的透过板中形成用于仅仅遮蔽来自光源1的光之中的到达亮场孔32的光的遮光区域而获得的遮光板的布置中，也还可以类似地实现暗场照明。
如上所述，无论使用哪种遮光板，都可以在不驱动要求高定位精度的孔径光阑3的情况下切换照明条件。
<第二实施例>
图3是示出了作为本发明的一个方面的位置检测设备200的布置的视图。位置检测设备200包括用于利用来自光源61的光照射衬底SB（上形成的标记MK）的照明光学系统60以及用于在检测单元75（检测表面75a）上形成来自标记MK的光的图像的图像形成光学系统80，并且检测作为被检体的衬底SB（标记MK）的位置。
照明光学系统60包括孔径光阑3、遮光板4、驱动单元5、照明透镜62、63和66、反射镜M2、中继透镜67、偏振光束分光器68、λ/4板70以及物镜透镜（objective lens）71。图像形成光学系统80包括物镜透镜71、λ/4板70、检测孔径光阑69、偏振光束分光器68以及图像形成透镜74。
在位置检测设备200中，来自光源61的光经过照明透镜62和63并且到达布置在与衬底SB共轭的位置中的孔径光阑3。在该状态下，孔径光阑3的光束直径比光源61的光束直径小得多。经过孔径光阑3的光通过遮光板4、照明透镜66、反射镜M2和中继透镜67被引导到偏振光束分光器68。偏振光束分光器68透射与Y轴方向平行的P偏振光，并且反射与X轴平行的S偏振光。透射通过偏振光束分光器68的P偏振光通过检测孔径光阑69被引导到λ/4板70。通过λ/4板70被转换为圆偏振光的光经过物镜透镜71，并且通过Koehler照明照射在衬底SB上形成的标记MK。
通过标记MK反射、衍射和散射的光通过物镜透镜71和λ/4板70被从圆偏振光转换为S偏振光，并且到达检测孔径光阑69，在其处来自标记MK的光的偏振状态被转换为与已经照射标记MK的圆偏振光相反的方向上的圆偏振光。换句话说，当已经照射标记MK的光的偏振状态为顺时针的圆偏振光时，来自标记MK的光的偏振状态为逆时针的圆偏振光。此外，来自标记MK的光的数值孔径可以通过改变检测孔径光阑69的阻挡量来控制。经过检测孔径光阑69的光被偏振光束分光器68反射，并且通过图像形成透镜74被引导到检测单元75。因此，在衬底SB上形成的标记MK的图像被形成在检测单元75的检测表面75a上。
在本实施例的位置检测设备200中，遮光板4被用来使经过孔径光阑3的亮场孔32和暗场孔34的光成分中的一个通过并且遮蔽另一个。例如，当相对于孔径光阑3定位遮光板4的亮场区域42时，遮光板4使经过孔径光阑3的亮场孔32的光通过，并且遮蔽经过孔径光阑3的暗场孔34的光。因此，检测单元75可以检测在衬底SB上形成的标记MK的亮场图像。此外，当相对于孔径光阑3定位遮光板4的暗场区域44时，遮光板4使经过孔径光阑3的暗场孔34的光通过，并且遮蔽经过孔径光阑3的亮场孔32的光。因此，检测单元75可以检测在衬底SB上形成的标记MK的暗场图像。
在如上所述的本实施例的位置检测设备200中，通过驱动其要求的定位精度比孔径光阑3要求的定位精度低的遮光板4而不驱动要求高定位精度的孔径光阑3，来切换照明条件。因此，即使在使用性能比要在大气环境中使用的驱动单元的性能低的驱动单元5时，也可以在不降低照明精度的情况下切换照明条件，因此可以减少标记MK的检测精度的降低。换句话说，位置检测设备200可以在不降低标记MK的检测精度的情况下精确地检测衬底SB和标记MK的位置。因为驱动单元5不必被设计为使得具有与要在大气环境中使用的驱动单元的性能相同的性能，所以还可以抑制成本的增大。
注意，在本实施例中照明光学系统60包括孔径光阑3、遮光板4和驱动单元5，但是图像形成光学系统80可以包括这些组件。在该情况下，遮光板4被用来使经过孔径光阑3的亮场孔32和暗场孔34的光成分中的一个通过并且遮蔽另一个，由此切换用于通过检测单元75（检测表面75a）检测来自标记MK的光的检测条件。换句话说，可以通过驱动其要求的定位精度比孔径光阑3要求的定位精度低的遮光板4而不驱动要求高定位精度的孔径光阑3，来切换检测条件。
例如，当将检测条件设定为亮场检测时，驱动单元5相对于孔径光阑3来定位亮场区域42。更具体地说，驱动单元5定位亮场区域42，以使得亮场孔区域42a不遮蔽从标记MK通过亮场孔32延伸到检测表面75a的路径，并且遮光区域42b遮蔽从标记MK通过暗场孔34延伸到检测表面75a的路径。因此，检测单元75可以检测在衬底SB上形成的标记MK的亮场图像。
此外，当将检测条件设定为暗场检测时，驱动单元5相对于孔径光阑3来定位暗场区域44。更具体地说，驱动单元5定位暗场区域44，以使得暗场孔区域44a不遮蔽从标记MK通过暗场孔34延伸到检测表面75a的路径，并且遮光区域44b遮蔽从标记MK通过亮场孔32延伸到检测表面75a的路径。因此，检测单元75可以检测在衬底SB上形成的标记MK的暗场图像。
下面将说明使用位置检测设备200的绘制设备和曝光设备。
图4是示出了使用位置检测设备200的曝光设备400的布置的视图。曝光设备400是用于通过使用具有约10～15nm的波长的EUV（超紫外）光将分划板（reticle）的图形转印到衬底（例如，晶圆）的光刻设备。
曝光设备400包括光源单元401、照明光学系统402、分划板台（stage）403、投影光学系统404、衬底台405和真空室406。真空室406收纳照明光学系统402、分划板台403、投影光学系统404和衬底台405。真空室406的内部压强被维持在10-4到10-5 Pa。
光源单元401包括靶供应单元407、激发脉冲激光辐射单元408和聚光透镜409。在光源单元401中，来自激发脉冲激光辐射单元408的脉冲激光通过聚光透镜409被辐射到从靶供应单元407供应到真空室406的靶材料，由此产生辐射EUV光的等离子体410。
照明光学系统402包括多个反射镜411、光学积分器412和孔413，该多个反射镜411包括多层膜反射镜和倾斜入射的反射镜。照明光学系统402将从等离子体410辐射的EUV光集中，并且照射分划板台403上保持的分划板415。
投影光学系统404包括多个反射镜416和孔422，并且将由分划板415反射的EUV光投影到衬底台405上保持的衬底418上。
在曝光设备400中，位置检测设备200可以被应用于将分划板415和衬底418对准并且对准衬底418上的多个曝光场（shot）区域。如先前描述的，位置检测设备200可以精确地检测衬底418的位置以及衬底418上的曝光场区域的位置。因此，曝光设备400可以将分划板415和衬底418精确地对准并且对准衬底418上的多个曝光场区域，并且因此可以将分划板415的图形精确地转印到衬底418。
图5是示出了使用位置检测设备200的绘制设备500的布置的视图。绘制设备500是用于通过使用带电粒子束（电子束）在衬底上绘制图形的光刻设备。
绘制设备500包括电子枪521、带电粒子光学系统501、用于检测带电粒子束的检测系统524、用于保持衬底506的衬底台502以及真空室550。真空室550收纳电子枪521、带电粒子光学系统501、检测系统524以及衬底台502。带电粒子光学系统501包括用于使来自电子枪521的带电粒子束会聚的带电粒子透镜522以及用于使带电粒子束偏转的偏转器523。
在绘制设备500中，位置检测设备200可被应用于将带电粒子束和衬底506对准并且对准衬底506上的多个曝光场区域。如先前描述的，位置检测设备200可以精确地检测衬底506的位置以及衬底506上的曝光场区域的位置。因此，绘制设备500可以将带电粒子束和衬底506精确地对准并且对准衬底506上的多个曝光场区域，并且因此可以在衬底506上精确地绘制图形。
<第三实施例>
图6是示出了作为本发明的一个方面的显微镜设备600的布置的视图。在本实施例中，显微镜设备600被具体实现为透射电子显微镜，并且观察作为被检体的样本620。然而，显微镜设备600不限于透射电子显微镜，并且可应用于在切换照明条件或者检测条件的同时观察样本620的任何显微镜。
显微镜设备600包括用于产生电子束的电子枪601以及保持样本620的持样器（sample holder）621。显微镜设备600还包括照射系统602和检测系统603，该照射系统602用于利用来自电子枪601的电子束照射样本620，该检测系统603用于将透射通过样本620的电子束引导到检测单元622（检测表面622a）。
照射系统602包括会聚透镜（convergent lens）612、球面像差校正透镜614以及传送透镜系统（转印透镜系统）615。传送透镜系统615包括沿着照射系统602的光轴布置的第一、第二和第三传送透镜615a、615b和615c。检测系统603包括孔径光阑3、遮光板4、驱动单元5、物镜透镜616和检测单元622。由于来自电子枪601的电子束具有高能量，因此照射系统602和检测系统603中的透镜优选地为电磁透镜。然而，如果电介质耐压是可容许的，则照射系统602和检测系统603中的透镜也可以是静电透镜。
在显微镜设备600中，来自电子枪601的电子束通过会聚透镜612、球面像差校正透镜614和传送透镜系统615被会聚在样本620上。透射通过样本620的电子束通过孔径光阑3、遮光板4和物镜透镜616被检测单元622检测。
下面将说明显微镜设备600中的样本620的亮场图像和暗场图像的观察。在本实施例的显微镜设备600中，通过使用遮光板4将透射通过样本620的电子束的一部分（与亮场检测对应的电子束或者与暗场检测对应的电子束）引导到检测单元622。
例如，当相对于孔径光阑3定位遮光板4的亮场区域42时，遮光板4使经过孔径光阑3的亮场孔32的电子束通过，并且遮蔽经过孔径光阑3的暗场孔34的电子束。因此，检测单元622检测透射通过样本620的电子束（非散射电子束）以及通过碰撞样本620而损失能量并且透射通过样本620的电子束（非弹性散射电子束）。这是因为非散射电子束和非弹性散射电子束以与到样本620的入射角（照射角）对应的小散射角（一般约10mrad或更小）透射。因此检测单元622检测样本620的亮场图像。
此外，当相对于孔径光阑3定位遮光板4的暗场区域44时，遮光板4使经过孔径光阑3的暗场孔34的光通过，并且遮蔽经过孔径光阑3的亮场孔32的光。因此，非散射电子束和非弹性散射电子束被遮蔽，并且检测单元622检测在不损失能量的情况下透射通过样本620的电子束（弹性散射电子束）。这是因为弹性散射电子的散射角比非散射电子束和非弹性散射电子束的散射角大。因此，检测单元622检测样本620的暗场图像。
在本实施例的显微镜设备600中，通过驱动其要求的定位精度比孔径光阑3要求的定位精度低的遮光板4而不驱动要求高定位精度的孔径光阑3，来切换在检测单元622检测透射通过样本620的光时的检测条件。因此，即使在使用性能比要在大气环境中使用的驱动单元的性能低的驱动单元5时，也可以在不降低检测单元622的检测精度的情况下切换检测条件。这使得可以减少样本620的观察精度的降低。另外，因为驱动单元5不必被设计为使得具有与要在大气环境中使用的驱动单元的性能相同的性能，所以可以抑制成本的增大。
虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围将被给予最宽的解释从而包括所有这样的修改、等同的结构与功能。

Claims (13)

1.一种光学设备，包括：
照明光学系统，被配置为利用来自光源的光照射照明表面；
孔径光阑，包括第一孔和第二孔并且被固定在照明光学系统的光瞳面上，第一孔被配置为将用于照射照明表面的照明条件限定为第一条件，第二孔被配置为将照明条件限定为与第一条件不同的第二条件；
遮光板，包括遮光区域；以及
驱动单元，被配置为驱动遮光板，
其中在将照明条件设定为第一条件时，驱动单元定位遮光板以使得遮光区域遮蔽从光源通过第二孔延伸到照明表面的第二路径，以及
在将照明条件设定为第二条件时，驱动单元定位遮光板以使得遮光区域遮蔽从光源通过第一孔延伸到照明表面的第一路径。
2.根据权利要求1所述的光学设备，其中
遮光板包括第一遮光区域和第二遮光区域，以及
在将照明条件设定为第一条件时，驱动单元定位遮光板以使得第一遮光区域遮蔽第二路径，以及
在将照明条件设定为第二条件时，驱动单元定位遮光板以使得第二遮光区域遮蔽第一路径。
3.根据权利要求2所述的光学设备，其中
遮光板包括第一区域和第二区域，第一区域包括第一孔区域和第一遮光区域，第二区域包括第二孔区域和第二遮光区域，
遮光板被布置为比孔径光阑更接近照明表面，
在将照明条件设定为第一条件时，第一孔区域使经过第一孔的光通过，并且第一遮光区域遮蔽经过第二孔的光，以及
在将照明条件设定为第二条件时，第二孔区域使经过第二孔的光通过，并且第二遮光区域遮蔽经过第一孔的光。
4.根据权利要求3所述的光学设备，其中
第一孔区域的尺寸比第一孔的尺寸大，以及
第二孔区域的尺寸比第二孔的尺寸大。
5.根据权利要求2所述的光学设备，其中
遮光板包括第一区域和第二区域，第一区域包括第一孔区域和第一遮光区域，第二区域包括第二孔区域和第二遮光区域，
遮光板被布置为比孔径光阑更接近光源，
在将照明条件设定为第一条件时，第一孔区域使来自光源的光之中的到达第一孔的光通过，并且第一遮光区域遮蔽来自光源的光之中的到达第二孔的光，以及
在将照明条件设定为第二条件时，第二孔区域使来自光源的光之中的到达第二孔的光通过，并且第二遮光区域遮蔽来自光源的光之中的到达第一孔的光。
6.根据权利要求5所述的光学设备，其中
第一孔区域的尺寸比第一孔的尺寸大，以及
第二孔区域的尺寸比第二孔的尺寸大。
7.根据权利要求1所述的光学设备，其中
遮光板包括具有第一遮光区域的第一遮光板和具有第二遮光区域的第二遮光板，以及
在将照明条件设定为第一条件时，驱动单元定位第一遮光板以使得第一遮光区域遮蔽第二路径，以及
在将照明条件设定为第二条件时，驱动单元定位第二遮光板以使得第二遮光区域遮蔽第一路径。
8.根据权利要求1所述的光学设备，其中照明光学系统、孔径光阑、遮光板和驱动单元被布置在真空环境中。
9.根据权利要求1所述的光学设备，其中
第一条件为亮场照明，以及
第二条件为暗场照明。
10.一种位置检测设备，包括被配置为利用来自光源的光照射被检体的照明光学系统以及被配置为在检测表面上形成来自被检体的光的图像的图像形成光学系统，并且检测被检体的位置，其中
照明光学系统包括：
孔径光阑，包括第一孔和第二孔并且被固定在照明光学系统的光瞳面上，第一孔被配置为将用于照射被检体的照明条件限定为第一条件，第二孔被配置为将照明条件限定为与第一条件不同的第二条件；
遮光板，包括第一区域和第二区域，第一区域包括第一孔区域和第一遮光区域，第二区域包括第二孔区域和第二遮光区域；以及
驱动单元，被配置为驱动遮光板，以及
在将照明条件设定为第一条件时，驱动单元定位第一区域以使得第一孔区域不遮蔽从光源通过第一孔延伸到被检体的第一路径，并且第一遮光区域遮蔽从光源通过第二孔延伸到被检体的第二路径，以及
在将照明条件设定为第二条件时，驱动单元定位第二区域以使得第二孔区域不遮蔽第二路径，并且第二遮光区域遮蔽第一路径。
11.一种位置检测设备，包括被配置为利用来自光源的光照射被检体的照明光学系统以及被配置为在检测表面上形成来自被检体的光的图像的图像形成光学系统，并且检测被检体的位置，其中
图像形成光学系统包括：
孔径光阑，包括第一孔和第二孔并且被固定在图像形成光学系统的光瞳面上，第一孔被配置为将用于在检测表面上检测来自被检体的光的检测条件限定为第一条件，第二孔被配置为将检测条件限定为与第一条件不同的第二条件；
遮光板，包括第一区域和第二区域，第一区域包括第一孔区域和第一遮光区域，第二区域包括第二孔区域和第二遮光区域；以及
驱动单元，被配置为驱动遮光板，以及
在将检测条件设定为第一条件时，驱动单元定位第一区域以使得第一孔区域不遮蔽从被检体通过第一孔延伸到检测表面的第一路径，并且第一遮光区域遮蔽从被检体通过第二孔延伸到检测表面的第二路径，以及
在将检测条件设定为第二条件时，驱动单元定位第二区域以使得第二孔区域不遮蔽第二路径，并且第二遮光区域遮蔽第一路径。
12.一种显微镜设备，包括被配置为利用电子束照射被检体的照射系统以及被配置为将透射通过被检体的电子束引导到检测表面的检测系统，并且观察被检体，其中
检测系统包括：
孔径光阑，包括第一孔和第二孔并且被固定在检测系统的光瞳面上，第一孔被配置为将用于在检测表面上检测透射通过被检体的电子束的检测条件限定为第一条件，第二孔被配置为将检测条件限定为与第一条件不同的第二条件；
遮光板，包括第一区域和第二区域，第一区域包括第一孔区域和第一遮光区域，第二区域包括第二孔区域和第二遮光区域；以及
驱动单元，被配置为驱动遮光板，以及
在将检测条件设定为第一条件时，驱动单元定位第一区域以使得第一孔区域不遮蔽从被检体通过第一孔延伸到检测表面的第一路径，并且第一遮光区域遮蔽从被检体通过第二孔延伸到检测表面的第二路径，以及
在将检测条件设定为第二条件时，驱动单元定位第二区域以使得第二孔区域不遮蔽第二路径，并且第二遮光区域遮蔽第一路径。
13.一种用于使衬底曝光的曝光设备，包括：
位置检测设备，被配置为检测衬底上的标记的位置作为被检体的位置；以及
定位机构，被配置为基于由位置检测设备检测的标记的位置来定位衬底，
其中
位置检测设备包括被配置为利用来自光源的光照射被检体的照明光学系统以及被配置为在检测表面上形成来自被检体的光的图像的图像形成光学系统，并且检测被检体的位置，其中
照明光学系统包括：
孔径光阑，包括第一孔和第二孔并且被固定在照明光学系统的光瞳面上，第一孔被配置为将用于照射被检体的照明条件限定为第一条件，第二孔被配置为将照明条件限定为与第一条件不同的第二条件；
遮光板，包括第一区域和第二区域，第一区域包括第一孔区域和第一遮光区域，第二区域包括第二孔区域和第二遮光区域；以及
驱动单元，被配置为驱动遮光板，以及
在将照明条件设定为第一条件时，驱动单元定位第一区域以使得第一孔区域不遮蔽从光源通过第一孔延伸到被检体的第一路径，并且第一遮光区域遮蔽从光源通过第二孔延伸到被检体的第二路径，以及
在将照明条件设定为第二条件时，驱动单元定位第二区域以使得第二孔区域不遮蔽第二路径，并且第二遮光区域遮蔽第一路径。
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