JP2004311774A

JP2004311774A - 光学装置、位置検出装置および露光装置

Info

Publication number: JP2004311774A
Application number: JP2003104113A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Osaki; 達哉大崎
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-04-08
Filing date: 2003-04-08
Publication date: 2004-11-04

Abstract

【課題】対物レンズ鏡筒等の保持部材に無用のストレスを与えることなく光軸方向の移動を可能とし、対物レンズを所定の位置に固定する。
【解決手段】光学素子を保持し、第１方向に移動可能な保持部材５０を有する。保持部材５０の第１方向への移動を案内する案内部５５と、保持部材５０と案内部５５とを連結する連結部５１とを有する。連結部５１は、第１方向に関して剛性を有するとともに第１方向と交差する少なくとも一方向に関して第１方向よりも低い剛性を有する。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学装置、位置検出装置および露光装置に関し、例えば物体を光学的に観察して前記物体の位置情報を検出する際に用いて好適な光学装置、位置検出装置および検出した位置情報を用いてマスクと基板との位置合わせが行われる露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子、液晶表示素子等のデバイスの製造工程では、フォトマスク（あるいはレチクル）上に形成されたパターンの像を感光材が塗布された基板（ウエハやガラスプレートなど）上の所定のショット領域に転写する露光装置が使用されている。この種の露光装置としては、例えば、基板を二次元的に移動自在なステージ上に載置し、このステージにより基板をステッピング移動させて、レチクルのパターン像を基板上の各ショット領域に順次露光する動作を繰り返す、いわゆるステップ・アンド・リピート方式の露光装置が知られている。また、この露光装置による処理後、基板に対して所定の後処理を施すことにより回路パターンが形成され、その回路パターンの層を多数重ねることによってデバイスの配線回路が形成される。露光装置では、例えば２層目以降のパターン像を基板上に転写する際、既に回路パターンが形成された基板上のショット領域とこれから露光するレチクルのパターンとを正確に重ね合わせるための二次元方向の基板の位置決め（アライメント）を行う。
【０００３】
アライメントは、通常、基板上に形成されたマークの位置に関する位置情報に基づいて行われる。例えば、特許文献１に開示されているＥＧＡ（エンハンスド・グローバル・アライメント）法に代表されるグローバル・アライメントでは、一の感光基板内の数ケのショット領域におけるマークの像位置をＣＣＤ等のセンサーを有するアライメント光学系によりそれぞれ光電検出し、その検出結果に基づいて各マークの二次元方向の位置をそれぞれ計測している。
【０００４】
この位置計測においては、位置決め対象物の像がデフォーカスすることなくセンサーの感度面に結像させることが高い精度で位置計測を行う上で重要である。同時に、高い位置決め精度を安定的に維持するために最良のフォーカス位置を安定して保つ必要がある。そのため、アライメント光学系のフォーカス調整は、従来から標準的に行われており、そのフォーカス調整機構として、対物レンズを保持する対物レンズ鏡筒の外周に設けた精密ネジ部を、対物レンズ鏡筒を保持する対物レンズホルダの雌ネジ部に螺合させ、対物レンズ鏡筒を光軸周りに回転させることにより光軸方向に移動させる構造が用いられていた。
一方、フォーカス調整後の対物レンズ固定構造としては、いわゆるセットビスで対物レンズホルダに対して鏡筒を固定するか、或いは対物レンズホルダに例えば光軸方向にすり割り（スリット）を設け、すり割りが小さくなる方向に力を加えることで対物レンズ鏡筒をクランプし、対物レンズを固定する構造が採られていた。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６１−４４４２９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来技術には、以下のような問題が存在する。
近年の半導体素子の集積化に伴い、より高いアライメント精度が要求されるようになり、対物レンズの有するディストーションや球面収差等がアライメント精度に及ぼす影響を無視できなくなってきている。
具体的には、フォーカス調整時、対物レンズ鏡筒を回転させた場合にネジ部の螺合状態により対物レンズ鏡筒に好ましくないストレスがかかる可能性がある。また、調整時にストレスがかからない場合であっても、調整後の対物レンズ固定時にセットビスで一点を固定すると固定点に集中的に応力がかかることになる。さらに、対物レンズ鏡筒をクランプする場合には、対物レンズ鏡筒を挟み込むので何れかの方向からストレスがかかることになってしまう。
【０００７】
以上のようなストレスが加わると、対物レンズのレンズ間隔が変動したり、一部のレンズが偏心したりする虞があるため、対物レンズの性能に変動が生じ、所定の基準値以下に抑えられていた対物レンズの収差が基準値を超える事態が生じていた。これにより、アライメント精度が低下し、ひいては露光装置の露光精度（パターン転写精度）が悪化する等の問題が生じていた。また、上記の従来技術では、フォーカス調整後に対物レンズを固定する際、対物レンズが動いてしまい、フォーカス位置がずれてしまうという問題も生じていた。
さらに、対物レンズ鏡筒と対物レンズホルダとを同じ材質で構成できない場合には、温度変動による半径方向の線膨張差により対物レンズにストレスが加わり収差が悪化するという問題も生じる。
【０００８】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、対物レンズ鏡筒等の保持部材に無用のストレスを与えることなく光軸方向の移動を可能とし、対物レンズを所定の位置に固定できる光学装置、位置検出装置および露光装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明は、実施の形態を示す図１ないし図７に対応付けした以下の構成を採用している。
本発明の光学装置は、光学素子（３３）を保持し、第１方向（Ｘ）に移動可能な保持部材（５０）を有する光学装置（１１ｃ）であって、保持部材（５０）の第１方向への移動を案内する案内部（５５）と、保持部材（５０）と案内部（５５）とを連結する連結部（５１）とを有し、連結部（５１）は、第１方向に関して剛性を有するとともに第１方向と交差する少なくとも一方向（Ｚ）に関して第１方向よりも低い剛性を有することを特徴とするものである。
【００１０】
従って、本発明の光学装置では、案内部（５５）に沿ってフォーカス方向である第１方向（Ｘ）に保持部材（５０）を移動させることで、保持部材（５０）を介して光学素子（３３）を所定位置に位置決めしてフォーカス調整を行うことができる。このとき、案内部（５５）と保持部材（５０）とは、連結部（５１）の剛性によりフォーカス方向の位置が変動することなく固定される。また、保持部材（５０）を介して光学素子（３３）を固定した際に、第１方向（Ｘ）と交差する一方向、例えばＺ方向に力が加わった場合、この方向に関する連結部（５１）の剛性が低いため、光学素子（３３）を拘束しない。従って、光学素子（３３）にストレスが加わることを防止して、収差が悪化することを回避することが可能になる。
また、保持部材（５０）は、連結部（５１）と異なる位置に設けられその保持部材（５０）を少なくとも第１方向（Ｘ）に関して固定する固定部（５８）を有するものとすることができる。この場合において、本発明の光学装置はその案内部（５５）が設けられたホルダ（１４）を有し、その固定部（５８）は、そのホルダ（１４）に設けられ保持部材（５０）の第１方向（Ｘ）への移動に関する基準面（１４ｄ）に固定されることが望ましい。これにより、光学素子（３３）の位置を基準となる面に沿って確実に固定することができる。
また、本発明の光学装置は、保持部材（５０）とホルダ（１４）とを、第１方向（Ｘ）と略直交する第２方向（Ｚ）に関しては弾性をもって結合し、且つ前記第２方向（Ｚ）と交差する少なくとも一方向（Ｙ）に関しては第２方向（Ｚ）よりも高い剛性で結合する結合部材（５２ｂ、５３ｂ）を有するものとすることができる。これにより、光学素子（３３）に不要なストレスを与えることなく、保持部材（５０）をホルダ（１４）に対して安定的に固定することができる。
また、連結部（５１）は、第１方向（Ｘ）と交差する少なくとも一方向（Ｚ）に弾性を有するフレクシャ構造部材とすることができ、案内部（５５）は第１方向（Ｘ）に摺動するリニアガイドとすることができる。
また、第１方向は前記光学素子を通過する光の光軸方向と平行であることが望ましい。
また、本発明の光学装置は、連結部（５１）を介して保持部材（５０）を第１方向（Ｘ）へ駆動する駆動装置（５６）と、連結部（５１）をその駆動装置に向けて付勢する付勢装置（５７）とを有することが望ましい。これにより、保持部材（５０）、ひいては光学素子（３３）の精密な位置決めを機械的誤差なく行うことができ、フォーカス調整を精密かつ容易に行うことができる。
【００１１】
また、本発明の位置検出装置は、物体（２）を光学的に観察して物体（２）の位置情報を検出する位置検出装置（１１）において、請求項１から８のいずれかに記載の光学装置（１１ｃ）を有することを特徴とするものである。
従って、本発明の位置検出装置では、ストレスによる収差低下が生じることなく物体（２）の位置情報を検出することが可能になり、アライメント精度を維持することができる。
【００１２】
そして、本発明の露光装置は、マスク（Ｒ）の位置情報と基板（２）の位置情報とを用いてマスク（Ｒ）と基板（２）との位置合わせが行われる露光装置において、マスク（Ｒ）の位置情報と、基板（２）の位置情報との少なくとも一方を検出する装置として、請求項９記載の位置検出装置（１１）を有することを特徴とするものである。
【００１３】
従って、本発明の露光装置では、ストレスによる収差低下が生じることなくマスク（Ｒ）の位置情報と基板（２）の位置情報を検出することが可能になり、マスク（Ｒ）と基板（２）とを高精度に位置合わせ（アライメント）することができる。そのため、マスク（Ｒ）のパターンを高精度に基板（２）上に転写することが可能になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光学装置、位置検出装置および露光装置の実施の形態を、図１ないし図８を参照して説明する。
本実施形態はレチクルのパターンをウエハ上の各ショット領域に一括露光するステッパー型の投影露光装置に備えられたオフ・アクシス方式で、且つ画像処理によりパターンの位置計測を行うＦＩＡ（ＦｉｅｌｄＩｍａｇｅＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式のアライメントセンサに本発明を適用するものとして説明する。
【００１５】
図１は、本例のアライメントセンサ（位置検出装置）の構成を一部断面で示し、図２は本例の投影露光装置全体の概略構成を示す。この図１において、露光時にはマスクとしてのレチクルＲ（図２参照）のパターンが投影光学系１を介して基板としてのウエハ（物体）２上の各ショット領域に転写される。以下、投影光学系１の光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、このＺ軸に垂直な平面上で図１の紙面に平行にＸ軸、図１の紙面に垂直にＹ軸を取り説明する。先ず、図２は図１をＸ方向に見た側面図であり、この図２に示すように、ウエハ２は、ウエハホルダ（不図示）を介してＺチルトステージ３Ｚ上に載置されている。Ｚチルトステージ３Ｚは内部の駆動系により光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）へのウエハ２の移動、ウエハ２の傾斜、及び光軸ＡＸの回りでのウエハ２の回転を行うことできる。また、Ｚチルトステージ３Ｚは、図１のウエハステージ駆動系５により投影光学系１に対してＸ方向及びＹ方向に移動可能なＸＹステージ３ＸＹ上に載置されている。このＸＹステージ３ＸＹ及びＺチルトステージ３Ｚによりウエハステージ３が構成されている。
【００１６】
図１に戻り、ウエハステージ３の端部には外部のレーザ干渉計４ａからのレーザビームを反射する移動鏡４ｂが固定されており、レーザ干渉計４ａ及び移動鏡４ｂによりウエハステージ３のＸ方向、Ｙ方向の位置及び回転角が計測されている。レーザ干渉計４ａの位置情報は、装置全体を統轄的に制御する中央制御系６に供給されており、中央制御系６はこの位置情報に基づき、ウエハステージ駆動系５を介してウエハステージ３の位置決め動作を制御する。
【００１７】
また、図２に示すようにウエハ２の表面に向けてピンホール像、あるいはスリット像を形成するための検出光を光軸ＡＸに対して斜め方向に供給する照射光学系９ａと、その検出光のウエハ２の表面での反射光束よりピンホール像等を振動スリット上に再結像し、その振動スリットを透過した光束を受光する受光光学系９ｂとからなる斜入射方式の焦点位置検出系（以下、「焦点位置検出系９ａ，９ｂ」という）が設置されている。焦点位置検出系９ａ，９ｂはウエハ２の表面の投影光学系１の最良結像面に対するＺ方向の位置偏差に対応するフォーカス信号を中央制御系６に供給し、中央制御系６はこのフォーカス信号に基づいてオートフォーカス方式でＺチルトステージ３ＺをＺ方向に駆動する。なお、本例では結像面が零点基準となるように予め受光光学系９ｂ内の内部に設けられた不図示の平行平板ガラス（プレーンパラレル）の角度が調整され、受光光学系９ｂからのフォーカス信号が０になるようにオートフォーカスが行われる。
【００１８】
次に、本例のオフ・アクシス方式で且つＦＩＡ方式のアライメントセンサの構成について説明する。図１に示すように、本例のアライメントセンサ（位置検出装置）１１は、第１の光源２１等をケーシング１２内に配置して構成され、本例の投影露光装置が収納されたチャンバの外部に設置されたランプハウス部１１ａと、第２の光源２６及び撮像素子４１，４２等をケーシング１３内に配置して構成され、投影光学系１の下方側面に固定されたセンサ本体部１１ｂと、第１対物レンズ（光学素子）３３（実際には複数のレンズ群で構成されているが本実施形態では便宜上一つの光学素子として図示）、指標板３４や落射プリズム３６等を対物レンズホルダ（ホルダ）１４内に配置して構成され、投影光学系１の−Ｙ方向の端部の下部に固定された指標対物部（光学装置）１１ｃとから構成されている。投影光学系１の鏡筒１５は、所定のコラム（不図示）に固定されている。コラムはインバー等の低熱膨張率の合金等の低熱膨張材からなり、チャンバ内部の温度変動が投影光学系１やアライメントセンサ１１にできるだけ影響を及ぼさないように配慮されている。
【００１９】
センサ本体部１１ｂのケーシング１３は上述したコラムに固定されている。また、指標対物部１１ｃの対物レンズホルダ１４は、コラムと同様に低熱膨張率の合金等の低熱膨張材から形成され、当該コラムに固定されている。この場合、アライメントセンサ１１の計測位置をできるだけ投影光学系１の光軸ＡＸに近づけて配置することが好適である。
【００２０】
対物レンズホルダ１４内には、第１対物レンズ３３を保持する対物レンズ鏡筒（保持部材）５０が第１方向であるＸ方向に移動可能に保持されている。図３は、対物レンズ鏡筒５０の外観斜視図である。対物レンズ鏡筒５０は、Ｘ方向を軸線とする円筒形状を呈しており、その外周面には＋Ｙ方向に突出させて連結部材（連結部）５１、５１がＸ方向に間隔をあけて設けられており、さらに連結部材５１、５１のＸ方向外側には、支持部材（結合部材）５２ａ、５２ａ（図３中、奥側の支持部材は不図示）が突設され、この支持部材５２ａ、５２ａを介して板バネからなる弾性部材（結合部材）５３ａ、５３ａがＺ方向に延在して設けられている。同様に、対物レンズ鏡筒の外周面には、Ｘ方向に間隔をあけて支持部材５２ｂ、５２ｂ（図３では不図示、図４乃至図６参照）が−Ｚ方向に突設されており、この支持部材５２ｂ、５２ｂを介して板バネからなる弾性部材５３ｂ、５３ｂがＹ方向に延在して設けられている。
【００２１】
支持部材５２ｂは、図４に示すように、対物レンズホルダ１４に形成された開口部１４ｂを介して対物レンズ鏡筒５０に取り付けられ、弾性部材５３ｂは支持部材５２ｂが対物レンズ鏡筒５０に取り付けられたときに対物レンズホルダ１４に係合し、且つその弾性力により支持部材５２ｂを介して対物レンズ鏡筒５０を対物レンズホルダ１４に対してＺ方向に弾性をもって結合する構成となっている。同様に、支持部材５２ａは、対物レンズホルダ１４に形成された開口部（図示せず）を介して対物レンズ鏡筒５０に取り付けられ、弾性部材５３ａは支持部材５２ａが対物レンズ鏡筒５０に取り付けられたときに対物レンズホルダ１４に係合し、且つその弾性力により支持部材５２ａを介して対物レンズ鏡筒５０を対物レンズホルダ１４に対してＹ方向に弾性をもって結合する構成となっている。
なお、弾性部材５３ａ、５３ｂは、それぞれ長さ方向両端部近傍において取付ネジ等の締結部材５４ａ、５４ｂにより対物レンズホルダ１４に解除自在に締結固定される。
【００２２】
図４に戻り、連結部材５１は、対物レンズ鏡筒５０と、図５に右側面図として示すように、対物レンズホルダ１４に設けられＸ方向に延在するリニアガイド（案内部）５５とを連結するものであって、対物レンズホルダ１４に形成された開口部１４ａを介して対物レンズ鏡筒５０に取り付けられる取付部５１ａ、リニアガイド５５に案内されて移動自在な移動部５１ｂ、これら取付部５１ａ、移動部５１ｂ間に設けられたフレクシャ部５１ｃから構成されている。なお、図５及び後述する図６においては、図面の理解を容易にするために対物レンズホルダ１４の図示を省略（一部図示）している。
【００２３】
フレクシャ部５１ｃは、ＸＹ平面に沿ってＸ方向に延びる薄板形状に形成されており、取付部５１ａと移動部５１ｂとをＸ方向（第１対物レンズ３３の光軸方向）及びＹ方向（光軸と直交する半径方向）に関しては剛性をもって連結するとともに、Ｚ方向（光軸と平行な軸周りの方向）に関してはＸ方向よりも低い剛性をもって柔に連結する構成となっている。換言すると、このフレクシャ部５１ｃにより連結部材５１は、光軸方向及び半径方向については非弾性で、光軸と平行な軸周りの方向には弾性を有することで、方向によって剛性の異なるフレクシャ構造部材として機能する。従って、対物レンズ鏡筒５０は、連結部材５１を介してＸ軸方向に関して剛にリニアガイド５５に連結されるため、リニアガイド５５をヨーイング方向の基準として光軸方向（Ｘ方向）に移動させる構成となっている。
【００２４】
図５に示されるように、＋Ｘ側の連結部材５１の移動部５１ｂには、Ｘ軸方向に可動であり連結部材５１を介して対物レンズ鏡筒５０をＸ軸方向に駆動するフォーカス調整部（駆動装置）５６が対向配置されている。そして、−Ｘ側の連結部材５１には、一端が対物レンズホルダ１４に固定された引張バネ等の付勢部材５７の他端が固定され、当該連結部材５１を＋Ｘ方向に、すなわちフォーカス調整部５６に向けて付勢する構成となっている。
【００２５】
図４に戻り、対物レンズ鏡筒５０の外周面の−Ｙ側には、対物レンズホルダ１４に形成された開口部１４ｃを介して支持部材５２ｃが取り付けられており、支持部材５２ｃの先端には固定部材（固定部）５８が設けられている。図６に示すように、固定部材５８は、対物レンズ鏡筒５０に対してＸ方向の略中央部に配置されており、その下面（−Ｚ側の面）が対物レンズホルダ１４のフォーカス調整基準面（対物レンズ鏡筒５０を光軸方向に移動させる際、ピッチング方向及びローリング方向の基準となる基準面）１４ｄに当接する。固定部材５８のＸ方向両端には切欠部５８ａ、５８ａが形成されており、各切欠部５８ａには雌ネジが形成された雌ネジ部材５９が固定部材５８とＺ軸周りに回転不能にそれぞれ載置される。雌ネジ部材５９には、ヘッド部が対物レンズホルダ１４に係合し、固定部材５８を貫通する取付ネジ等の締結部材６０が螺着することで、固定部材５８が対物レンズホルダ１４に締結固定される。
なお、固定部材５８に形成され締結部材６０が貫通する貫通孔（不図示）は、対物レンズ鏡筒５０の移動ストロークをカバーできる（対物レンズ鏡筒５０が移動した際にも締結部材６０により固定部材５８を対物レンズホルダ１４に固定できる）大きさの長穴状に形成されている。
【００２６】
続いて、上記のアライメントセンサ１１においてフォーカス調整を行う手順について説明する。
まず、予め締結部材６０による締結を解除して固定部材５８と対物レンズホルダ１４との固定状態を解放するとともに、締結部材５４ａ、５４ｂによる締結を解除して弾性部材５３ａ、５３ｂと対物レンズホルダ１４との固定状態を解放することにより、対物レンズ鏡筒５０をＸ方向に移動可能状態とする。
【００２７】
次に、フォーカス調整部５６を操作することにより、連結部材５１を介して対物レンズ鏡筒５０を移動させて焦点を合わせる。このとき、フォーカス調整部５６と対向する連結部材５１は、付勢部材５７により付勢されることでガタ等が生じることなく常にフォーカス調整部５６の先端に当接した状態で追従するため、光軸方向について対物レンズ鏡筒５０を確実に合焦位置に位置決めすることが可能となる。また、連結部材５１はリニアガイド５５に案内されるため円滑にＸ方向に移動することができるが、連結部材５１におけるフレクシャ部５１ｃがＸ方向について剛であるので、リニアガイド５５をヨーイング方向の基準としてフォーカス調整部５６の位置に応じて所定の位置に移動させることができる。
【００２８】
対物レンズ鏡筒５０の位置が決まると、上記の締結部材６０、５４ａ、５４ｂをそれぞれ締結することにより、固定部材５８及び弾性部材５３ａ、５３ｂを対物レンズホルダ１４に固定する。このとき、Ｘ方向に延在する固定部材５８を対物レンズホルダ１４の基準面１４ｄに当接して固定することで、対物レンズ鏡筒５０を光軸に対してローリング誤差及びピッチング誤差なく固定することができる。
【００２９】
ここで、リニアガイド５５と基準面１４ｄとの間にピッチング誤差又はローリング誤差が生じた場合、すなわち対物レンズ鏡筒５０と連結部材５１との間にＸ軸周りに相対移動する方向の力、又はＹ軸周りに相対移動する方向の力が加わった場合であっても、この方向に関して柔のフレクシャ部５１ｃが弾性変形することでこの力を吸収するため、フォーカス調整時に対物レンズ鏡筒５０にストレスが加わることを防止できる。
また、弾性部材５３ａ、５３ｂが光軸方向及び対物レンズ鏡筒５０の外周の接線方向に関して剛であるので、光軸方向の位置が安定的に維持される。一方、この弾性部材５３ａ、５３ｂは、対物レンズ鏡筒５０（すなわち第１対物レンズ３３）の半径方向については柔であるので、対物レンズ鏡筒５０にストレスを与えることはない。
このように、外周に無用のストレスを与えることなく、安定した状態で対物レンズ鏡筒５０が所定の合焦位置に位置決めされる。
【００３０】
そして、対物レンズ鏡筒５０が位置決めされたアライメントセンサ１１においては、アライメントセンサ１１を構成するランプハウス部１１ａに設置されたハロゲンランプ等からなる第１の光源２１より射出された広帯域波長の照明光は、波長制限光学フィルター２２の作用により適当な波長幅を有する可視照明光となる。その可視照明光よりなる照明光ＡＬ１は、次に集光レンズ２３により光ファイバー等からなるライトガイド２４の入射端面に集光される。ライトガイド２４の他端はケーシング１２から外部に取り出されて、センサ本体部１１ｂのケーシング１３の外側面を経てケーシング１３の内側に設置されている。ライトガイド２４の射出端面から＋Ｘ方向に射出された照明光ＡＬ１は、コンデンサレンズ２５で集光され、照明光ＡＬ１の光路に対して４５°の傾斜角をもって斜設されたダイクロイックミラー２８に入射する。
【００３１】
ダイクロイックミラー２８は可視光を反射し、赤外光を透過する波長選択性を有し、可視光である照明光ＡＬ１はダイクロイックミラー２８で殆ど減光されることなく下方に反射された後、視野絞り２９を均一に照射する。なお、後述するように、ダイクロイックミラー２８には、センサ本体部１１ｂ内に設置された第２の光源２６から射出された赤外光よりなる照明光ＡＬ２が、照明光ＡＬ１と直交する方向から入射している。視野絞り２９を通過した照明光ＡＬ１は、リレーレンズ３０で集光されて、照明光ＡＬ１の光路に対して４５°の傾斜角で配設されたハーフプリズム３１に入射する。ハーフプリズム３１のハーフミラー面で＋Ｘ方向に反射された照明光ＡＬ１は、次にケーシング１３の下部側面に設けられた窓１３ａを通過した後、指標対物部１１ｃの対物レンズホルダ１４の側面の窓１４ａを介して対物レンズホルダ１４の内部に入射する。
【００３２】
次に、照明光ＡＬ１は、第１対物レンズ３３の入射瞳面にライトガイド２４の射出端面の投影像を形成した後、第１対物レンズ３３を透過して落射プリズム３６により下方に偏向され、指標マーク（不図示）が形成された透明なガラス板からなる指標板３４に入射する。指標板３４の被検面側（ウエハ側）には、可視光を透過させ、且つ赤外光を反射する特性を有する赤外反射膜が形成されている。赤外反射膜は、例えば誘電体多層膜で構成することができる。また、指標板３４の光源側の面には指標マークが形成されている。
【００３３】
照明光ＡＬ１は指標板３４を通過した後、第１対物レンズ３３の焦平面に相当するウエハ２の表面上に配設された所定形状を有するウエハマーク（ウエハ上のアライメントマーク）３８にほぼ垂直に照射される。なお、ウエハ２上の照明領域は視野絞り２９により所望の大きさに設定される。また、ウエハマーク３８は１００μｍ角程度の大きさで形成されており、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ数μｍのピッチで形成された２次元の格子状のパターン構造を持つ。但し、ウエハマーク３８として１次元の格子状等のパターンを使用してもよい。
【００３４】
このウエハマーク３８に照射された照明光ＡＬ１は、ウエハマーク３８で反射回折され、ウエハマーク検出光としてウエハ２上から光軸ＡＸに沿って上方に戻っていく。ウエハマーク検出光は、再び指標板３４に入射し、赤外反射膜で殆ど減光されることなく指標板３４を透過後、落射プリズム３６にて−Ｙ方向に偏向され、第１対物レンズ３３に入射する。ウエハマーク検出光により、第１対物レンズ３３の入射瞳面上にはウエハマーク３８によるフラウンホーファ回折像が形成される。
【００３５】
第１対物レンズ３３の入射瞳面から射出されたウエハマーク検出光はハーフプリズム３１を通過し、第２対物レンズ３９に入射する。第２対物レンズ３９にて集光されたウエハマーク検出光はダイクロイックミラー４０に入射する。ダイクロイックミラー４０は前述のダイクロイックミラー２８と同様に可視光を反射し、赤外光を透過する波長選択性を有し、ウエハマーク検出光は、ダイクロイックミラー４０で殆ど減光されることなく反射され、２次元ＣＣＤ等からなる２次元の撮像素子４１の撮像面上にウエハマーク３８のウエハマーク像を形成する。なお、ウエハマーク３８が１次元のマークであれば、撮像素子４１も１次元ＣＣＤ等でよい。このウエハマーク３８のウエハマーク像は指標マークによる「けられ」の影響を殆ど受けることがなく、理想結像と見なせる。従って、そのウエハマーク像よりウエハマーク３８の位置が正確に検出される。ウエハマーク３８のウエハマーク像の光強度は撮像素子４１で電気信号に変換されて、中央制御系６に供給される。
【００３６】
一方、センサ本体部１１ｂ内の第２の光源２６より射出された赤外光よりなる照明光ＡＬ２はコンデンサレンズ２７で集光され、ダイクロイックミラー２８を殆ど減光されることなく透過し、視野絞り２９を通過してリレーレンズ３０により集光されてハーフプリズム３１に入射する。なお、その光源２６もセンサ本体部１１ｂの外部に配置して、可視光である照明光ＡＬ１と同様にライトガイド等を介して赤外光の照明光ＡＬ２をセンサ本体部１１ｂに導入するようにしてもよい。ハロゲンランプ等の発熱源をセンサ本体部１１ｂの外部に配置することにより熱による各部材の変形を防止し、より高精度の位置決めを行うことが可能となる。
【００３７】
ハーフプリズム３１に入射した照明光ＡＬ２は、ハーフプリズム３１で反射され、第１対物レンズ３３、落射プリズム３６を介して指標板３４に入射する。指標板３４に入射した赤外光は、その内部を伝搬した後、赤外反射膜で反射され、指標マークを照明する。照明された指標マークからの赤外反射光（回折光を含む）は、指標板３４の内部を伝搬した後、赤外反射膜で反射される。赤外反射膜で反射された指標マークからの赤外反射光（指標マーク検出光）は、指標板３４の内部を伝搬した後、落射プリズム３６、第１対物レンズ３３からハーフプリズム３１を通過し、第２対物レンズ３９に入射する。
【００３８】
第２対物レンズ３９により集光された指標マーク検出光は、ダイクロイックミラー４０を殆ど減光されることなく透過し、指標マーク用の２次元ＣＣＤからなる２次元の撮像素子４２の撮像面上に指標マークの指標マーク像を形成する。なお、指標マークが１次元マークであれば、撮像素子４２も１次元ＣＣＤ等でよい。指標マークの指標マーク像の光強度は撮像素子４２により電気信号に変換され、中央制御系６に供給される。
【００３９】
中央制御系６は撮像素子４１，４２からそれぞれ供給されたウエハマーク３８のウエハマーク像及び指標マークの指標マーク像の各々の電気信号、及びレーザ干渉計４ａからのウエハステージ３の位置情報を演算処理することで、指標マークの指標マーク像の中心に対するウエハマーク３８のウエハマーク像の中心の２次元的な位置ずれを検出する。また、撮像素子４１，４２の撮像面での像とウエハ２の表面との間の倍率は予め分かっているため、その位置ずれ量がウエハ２上での位置ずれ量に換算される。そして、この換算された位置ずれ量に、その計測時点でのレーザ干渉計４ａの計測値を加算することによって、ウエハマーク３８のステージ座標系（ウエハステージ３の位置を示す座標系）での２次元の位置が算出される。この場合、指標マークの指標マーク像の中心にウエハマーク３８のウエハマーク像の中心が合致しているときの、そのウエハマーク３８の中心の位置をアライメントセンサ１１の計測中心とみなすことができる。
【００４０】
ウエハ２上には複数のショット領域が形成されており、それらの各ショット領域にはそれぞれウエハマーク３８と同様のウエハマークが所定の位置に形成されている。それらのショット領域のウエハマークが順次アライメントセンサ１１の検出領域に入るようにウエハステージ３を移動させ、指標マークに対する位置ずれ量を検出すると共に、ウエハステージ３の位置をレーザ干渉計４ａで検出することにより、当該ショット領域のウエハマークのステージ座標系での位置を検出することができる。
【００４１】
本例では、一例として露光に際しウエハ２上から選択された所定個数のショット領域（サンプルショット）に付設されたウエハマークの座標位置をアライメントセンサ１１を用いて計測し、この計測結果を統計処理してウエハ２上の各ショット領域の配列座標を算出するエンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）方式により各ショット領域のアライメントが行われる。また、例えばウエハステージ３上の不図示の基準マーク部材を使用することによって、レチクルＲのパターンの投影光学系１を介した投影像の中心（露光中心）と、アライメントセンサ１１の計測中心（指標マーク３４の像の中心）との位置ずれ量であるベースライン量は計測されているので、中央制御系６は各ショット領域の配列座標をそのベースライン量で補正した座標に基づいて、ウエハステージ３を位置決めする。以上の動作により、ウエハ２の各ショット領域はそれぞれレチクルＲのパターンの投影像に対して正確に位置決めすることができ、この状態で露光を行うことによって、各ショット領域について高い重ね合わせ精度が得られる。
【００４２】
以上のように、本実施の形態では、リニアガイド５５に案内されたフレクシャ構造部材の連結部材５１を用いて対物レンズ鏡筒５０のフォーカス調整を実施するので、フォーカス調整時に対物レンズ鏡筒５０を回転させずに済み、外周部に無用のストレスを与えることを防止できる。また、本実施の形態では、対物レンズ鏡筒５０を固定する際にも弾性部材５３ａ、５３ｂが対物レンズ鏡筒５０（すなわち第１対物レンズ３３）の半径方向については柔構造であるので、対物レンズ鏡筒５０にストレスを与えることはなく、対物レンズの性能が維持された安定した状態で対物レンズ鏡筒５０を光軸方向（Ｘ方向）について所定の合焦位置に位置決めすることが可能である。従って、本実施の形態では、波面収差等の収差が基準値を超えずにアライメント精度を維持することが可能になり、露光処理におけるパターン転写精度の低下を防止することができる。
【００４３】
さらに、本実施の形態では、付勢部材５７の付勢力により連結部材５１をフォーカス調整部５６の先端に当接させているので、連結部材５１を常時フォーカス調整部５６に追従させることができ、光軸方向について対物レンズ鏡筒５０を確実に合焦位置に位置決めすることが可能となり、パターン転写精度をより向上させることができる。
また、本実施の形態では、固定部材５８を対物レンズホルダ１４に固定する際に、固定部材５８にではなく雌ネジ部材５９に締結部材６０を螺着させているので、締結時の回転方向の力が固定部材５８を介して対物レンズ鏡筒５０に伝わってストレスがかかることを防止できるとともに、締結時に対物レンズ鏡筒の姿勢がずれてフォーカスがずれることを防ぐことができる。
【００４４】
なお、上記実施の形態では、弾性部材５３ａ、５３ｂが光軸方向に剛である構成としたが、これに限定されるものではなく、例えば対物レンズ鏡筒５０と対物レンズホルダ１４との線膨張係数が異なる場合等においては、温度変動の範囲によっては半径方向のみならず、光軸方向の線膨張差が問題となりうる。このような場合、光軸方向にそれぞれ２つ設けた弾性部材の一方については光軸方向に柔構造とする等、光軸方向の剛性を選択的に持たせることが好ましい。
【００４５】
また、上記実施の形態では、連結部材５１と固定部材５８とを対物レンズ鏡筒５０の対向方向にそれぞれ設ける構成としたが、同一方向でなければ対向方向に限られるものではない。さらに、上記実施の形態における弾性部材５３ａ、５３ｂは必須の構成でなく、例えば連結部材５１とリニアガイド５５との間にガタがない状態であれば弾性部材５３ａ、５３ｂを設けない構成とすることも可能である。なお、実際には多少なりともガタが存在するため、このガタに起因する振動等を吸収するためにも弾性部材５３ａ、５３ｂを設けることが望ましい。
【００４６】
そして、上記実施形態では、連結部材５１におけるフレクシャ部５１ｃを薄板形状とする構成としたが、これに限定されるものではなく、例えば図７に示すように、取付部５１ａと移動部５１ｂとの間に、それぞれ外側端縁に開口して設けられ互いに間隔をあけて配置された正面視円形の切欠部４９、４９を光軸方向に沿って形成し、これら切欠部４９、４９の間の薄肉部をフレクシャ部５１ｃとすることも可能である。
また、上記実施の形態では、本発明の位置検出装置をウエハマーク検出用のアライメントセンサに適用する構成としたが、これに限定されず、レチクルＲに形成されたレチクルマークの位置情報を検出するためのアライメントセンサに適用することも可能である。
【００４７】
なお、本実施の形態の基板としては、半導体デバイス用の半導体ウエハ２のみならず、液晶ディスプレイデバイス用のガラス基板や、薄膜磁気ヘッド用のセラミックウエハ、あるいは露光装置で用いられるマスクまたはレチクルの原版（合成石英、シリコンウエハ）等が適用される。
【００４８】
露光装置としては、レチクルＲとウエハ２とを静止した状態でレチクルＲのパターンを露光し、ウエハ２を順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパー）の他に、レチクルＲとウエハ２とを同期移動してレチクルＲのパターンを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置（スキャニング・ステッパー；ＵＳＰ５，４７３，４１０）にも適用することができる。また、本発明はウエハ２上で少なくとも２つのパターンを部分的に重ねて転写するステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置にも適用可能である。
【００４９】
露光装置の種類としては、ウエハ２に半導体素子パターンを露光する半導体素子製造用の露光装置に限られず、液晶表示素子製造用又はディスプレイ製造用の露光装置や、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ）あるいはレチクル又はマスクなどを製造するための露光装置などにも広く適用できる。
【００５０】
また、不図示の露光用光源として、超高圧水銀ランプから発生する輝線（ｇ線（４３６ｎｍ）、ｈ線（４０４．ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ））、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、Ｆ_２レーザ（１５７ｎｍ）、Ａｒ_２レーザ（１２６ｎｍ）のみならず、電子線やイオンビームなどの荷電粒子線を用いることができる。例えば、電子線を用いる場合には電子銃として、熱電子放射型のランタンヘキサボライト（ＬａＢ_６）、タンタル（Ｔａ）を用いることができる。また、ＹＡＧレーザや半導体レーザ等の高調波などを用いてもよい。
【００５１】
例えば、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域又は可視域の単一波長レーザを、例えばエルビウム（又はエルビウムとイットリビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、かつ非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を露光光として用いてもよい。なお、単一波長レーザの発振波長を１．５４４〜１．５５３μｍの範囲内とすると、１９３〜１９４ｎｍの範囲内の８倍高調波、即ちＡｒＦエキシマレーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られ、発振波長を１．５７〜１．５８μｍの範囲内とすると、１５７〜１５８ｎｍの範囲内の１０倍高調波、即ちＦ２レーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られる。
【００５２】
また、レーザプラズマ光源、又はＳＯＲから発生する波長５〜５０ｎｍ程度の軟Ｘ線領域、例えば波長１３．４ｎｍ、又は１１．５ｎｍのＥＵＶ（ＥｘｔｒｅｍｅＵｌｔｒａＶｉｏｌｅｔ）光を露光光として用いてもよく、ＥＵＶ露光装置では反射型レチクルが用いられ、かつ投影光学系が複数枚（例えば３〜６枚程度）の反射光学素子（ミラー）のみからなる縮小系となっている。
【００５３】
投影光学系１の倍率は、縮小系のみならず等倍系および拡大系のいずれでもよい。また、投影光学系１としては、エキシマレーザなどの遠紫外線を用いる場合は硝材として石英や蛍石などの遠紫外線を透過する材料を用い、Ｆ_２レーザやＸ線を用いる場合は反射屈折系または屈折系の光学系にし（レチクルＲも反射型タイプのものを用いる）、また電子線を用いる場合には光学系として電子レンズおよび偏向器からなる電子光学系を用いればよい。なお、電子線が通過する光路は、真空状態にすることはいうまでもない。
【００５４】
ウエハステージ３やレチクルステージ（不図示）にリニアモータ（ＵＳＰ５，６２３，８５３またはＵＳＰ５，５２８，１１８参照）を用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上型およびローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもよい。また、各ステージは、ガイドに沿って移動するタイプでもよく、ガイドを設けないガイドレスタイプであってもよい。
【００５５】
各ステージの駆動機構としては、二次元に磁石を配置した磁石ユニット（永久磁石）と、二次元にコイルを配置した電機子ユニットとを対向させ電磁力により各ステージを駆動する平面モータを用いてもよい。この場合、磁石ユニットと電機子ユニットとのいずれか一方をステージに接続し、磁石ユニットと電機子ユニットとの他方をステージの移動面側（ベース）に設ければよい。
【００５６】
以上のように、本願実施形態の露光装置は、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、組み立てることで製造される。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等が含まれる。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、露光ユニット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。
【００５７】
半導体デバイス等のマイクロデバイスは、図８に示すように、マイクロデバイスの機能・性能設計を行うステップ２０１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２０２、シリコン材料からウエハを製造するステップ２０３、前述した実施形態の露光装置によりレチクルのパターンをウエハに露光する露光処理ステップ２０４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）２０５、検査ステップ２０６等を経て製造される。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、対物レンズ鏡筒等の保持部材に無用のストレスを与えることなく光軸方向の移動を可能とし、対物レンズを所定の位置に固定でき、露光処理によるパターン転写精度の向上に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るアライメントセンサの構成を示す断面図である。
【図２】本発明に係る投影露光装置全体の概略構成を示す図である。
【図３】アライメントセンサを構成する対物レンズ鏡筒の外観斜視図である。
【図４】対物レンズ鏡筒が対物レンズホルダに保持された図である。
【図５】図４における右側面図である。
【図６】図４における左側面図である。
【図７】フレクシャ部の別形態を示す図である。
【図８】半導体デバイスの製造工程の一例を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
Ｒレチクル（マスク）
２ウエハ（基板、物体）
１１アライメントセンサ（位置検出装置）
１１ｃ指標対物部（光学装置）
１４対物レンズホルダ（ホルダ）
３３第１対物レンズ（光学素子）
５０対物レンズ鏡筒（保持部材）
５１連結部材（連結部）
５３ａ、５３ｂ弾性部材（結合部材）
５５リニアガイド（案内部）
５６フォーカス調整部（駆動装置）
５７付勢部材
５８固定部材（固定部）

Claims

光学素子を保持し、第１方向に移動可能な保持部材を有する光学装置であって、
前記保持部材の前記第１方向への移動を案内する案内部と、
前記保持部材と前記案内部とを連結する連結部とを有し、
前記連結部は、前記第１方向に関して剛性を有するとともに前記第１方向と交差する少なくとも一方向に関して前記第１方向よりも低い剛性を有することを特徴とする光学装置。
請求項１記載の光学装置において、
前記保持部材は、前記連結部と異なる位置に設けられ前記保持部材を少なくとも前記第１方向に関して固定する固定部を有することを特徴とする光学装置。
請求項２記載の光学装置において、
前記案内部が設けられたホルダを有し、
前記固定部は、前記ホルダに設けられ前記保持部材の前記第１方向への移動に関する基準面に固定されることを特徴とする光学装置。
請求項３記載の光学装置において、
前記保持部材と前記ホルダとを、前記第１方向と略直交する第２方向に関しては弾性をもって結合し、且つ前記第２方向と交差する少なくとも一方向に関しては前記第２方向よりも高い剛性で結合する結合部材を有することを特徴とする光学装置。
請求項１から４のいずれかに記載の光学装置において、
前記連結部は、前記第１方向と交差する少なくとも前記一方向に弾性を有するフレクシャ構造部材であることを特徴とする光学装置。
請求項１から５のいずれかに記載の光学装置において、
前記案内部は、前記第１方向に摺動するリニアガイドであることを特徴とする光学装置。
請求項１から６のいずれかに記載の光学装置において、
前記第１方向は、前記光学素子を通過する光の光軸方向と平行であることを特徴とする光学装置。
請求項１から７のいずれかに記載の光学装置において、
前記連結部を介して前記保持部材を前記第１方向へ駆動する駆動装置と、
前記連結部を前記駆動装置に向けて付勢する付勢部材とを有することを特徴とする光学装置。
物体を光学的に観察して前記物体の位置情報を検出する位置検出装置において、
請求項１から８のいずれかに記載の光学装置を有することを特徴とする位置検出装置。
マスクの位置情報と基板の位置情報とを用いて前記マスクと前記基板との位置合わせが行われる露光装置において、
前記マスクの位置情報と、前記基板の位置情報との少なくとも一方を検出する装置として、請求項９記載の位置検出装置を有することを特徴とする露光装置。