JP2007048818A - 面位置検出装置、露光装置及びマイクロデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 光学系の大型化及び検出光の光量の損失を抑制することができる面位置検出装置を提供する。
【解決手段】 被検面Ａ上に斜め方向から検出光を投射する送光光学系ＳＬと、前記被検面Ａで反射された前記検出光を受光する受光光学系ＲＬと、該受光光学系ＲＬを介した前記検出光を検出する検出器３８とを備え、該検出器３８の出力に基づいて前記被検面Ａの面位置を検出する面位置検出装置２において、前記送光光学系ＳＬは拡大倍率を有し、前記受光光学系ＲＬは縮小倍率を有する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、半導体素子や液晶表示素子等を製造するためのリソグラフィ工程で用いられる面位置検出装置、該面位置検出装置を備えた露光装置及び該露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法に関するものである。

マスク上に形成されたパターンを投影光学系を介して基板上に投影露光する投影露光装置においては、投影光学系の焦点深度が比較的浅く、かつ、基板面が平坦でない場合もあるため、基板上の露光領域における投影光学系に対するフォーカス位置の調整を正確に行なう必要がある。

投影光学系の光軸方向における基板位置の検出装置としては、例えば、被検面としての基板に対して斜め方向からスリットの像を投影し、このスリットの像を斜め方向から検出する斜入射型オートフォーカスセンサ（面位置検出装置）が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載されている面位置検出装置は、被検面に対して斜め方向から検出光を投射する投射光学系（送光光学系）及び被検面で反射された検出光を受光する集光光学系（受光光学系）が等倍率を有するように構成されている。

特開２０００−１８２９２９号公報

ところで、送光光学系及び受光光学系が等倍率を有している場合、面位置検出装置の検出領域が大きく（長く）なるに従い、送光光学系及び受光光学系を構成する光学部材であって、基板面（被検面）と共役な位置に配置される屈折光学部材が大きくなりすぎるという問題があった。

また、検出光の光量の損失を少なくし、且つ基板面の下地の影響を少なくするめには、屈折光学部材から射出する検出光の射出角は小さいほうがよく、基板面で反射される検出光の入射角は大きいほうがよい。しかしながら、送光光学系及び受光光学系が等倍率を有している場合、この屈折光学部材の射出面に対する検出光の射出角と基板面に対する検出光の入射角とを等しくする必要があるため、検出光の光量の損失が多かった。

この発明の課題は、光学部材の大型化及び検出光の光量の損失を抑制することができる面位置検出装置、該面位置検出装置を備えた露光装置及び該露光装置を用いたマイクロデバイスの製造方法を提供することである。

この発明の面位置検出装置は、被検面上に斜め方向から検出光を投射する送光光学系と、前記被検面で反射された前記検出光を受光する受光光学系と、該受光光学系を介した前記検出光を検出する検出器とを備え、該検出器の出力に基づいて前記被検面の面位置を検出する面位置検出装置において、前記送光光学系は拡大倍率を有し、前記受光光学系は縮小倍率を有することを特徴とする。

この発明の面位置検出装置によれば、送光光学系が拡大倍率を有し、受光光学系が縮小倍率を有しているため、送光光学系及び受光光学系を構成する光学部材であって、被検面と共役な位置に配置されている屈折光学部材の大型化を防止することができ、装置本体をコンパクトにすることができる。また、前記屈折光学部材から検出光が射出する射出角を、検出光が被検面に入射する入射角より小さくすることができるため、検出光の光量の損失を抑制することができる。

また、この発明の露光装置は、所定のパターンを感光性基板上に露光する露光装置において、この発明の前記感光性基板の面位置を検出するための面位置検出装置を備えることを特徴とする。

この発明の露光装置によれば、検出光の光量の損失を抑制することができるコンパクトな面位置検出装置により感光性基板の面位置を良好に検出することができる。したがって、感光性基板上に所定のパターンを精度良く露光することができる。

また、この発明のマイクロデバイスの製造方法は、この発明の露光装置を用いて所定のパターンを感光性基板上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。

この発明のマイクロデバイスの製造方法によれば、この発明の露光装置を用いて露光するため、感光性基板上に所定のパターンを精度良く露光することができ、良好なマイクロデバイスを得ることができる。

この発明の面位置検出装置によれば、送光光学系が拡大倍率を有し、受光光学系が縮小倍率を有しているため、送光光学系及び受光光学系を構成する光学部材であって、被検面と共役な位置に配置されている屈折光学部材の大型化を防止することができ、装置本体をコンパクトにすることができる。また、前記屈折光学部材から検出光が射出する射出角を、検出光が被検面に入射する入射角より小さくすることができるため、検出光の光量の損失を抑制することができる。

また、この発明の露光装置によれば、検出光の光量の損失を抑制することができるコンパクトな面位置検出装置により感光性基板の面位置を良好に検出することができる。したがって、感光性基板上に所定のパターンを精度良く露光することができる。

また、この発明のマイクロデバイスの製造方法によれば、この発明の露光装置を用いて露光するため、感光性基板上に所定のパターンを精度良く露光することができ、良好なマイクロデバイスを得ることができる。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態にかかる投影露光装置について説明する。図１は、この発明の実施の形態にかかる投影露光装置の概略構成を示す図である。以下の説明においては、図１中に示すＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸がウエハＷに対して平行となるよう設定され、Ｚ軸がウエハＷに対して直交する方向に設定されている。図中のＸＹＺ座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。

図１に示すように、光源を含む照明光学系ＩＬから射出された露光光は、折り曲げミラーＭにより反射され、レチクルステージＲＳＴに載置されているレチクルＲを照明する。レチクルステージＲＳＴの位置は、図示しないレチクルステージ干渉計によって計測され且つ位置制御されている。レチクルＲに形成されている露光パターンを通過した露光光は、投影光学系ＰＬを介して、ウエハステージＷＳＴに載置されているウエハＷ上に、レチクルＲのパターン像を投影する。このウエハＷを載置しているウエハステージＷＳＴは、ウエハＷを投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直な平面（ＸＹ平面）内で平行移動、微小回転可能に構成されており、かつ光軸ＡＸに沿ったフォーカシング方向（Ｚ方向）へ移動可能に構成されている。また、ウエハステージＷＳＴの位置は、図示しないウエハステージ干渉計によって計測され且つ位置制御されている。

この投影露光装置は、面位置検出装置２を備えている。この面位置検出装置２は、投影光学系ＰＬによる結像面に対する焦点深度の幅内にウエハＷの露光領域を収めるために、投影光学系ＰＬの光軸方向（Ｚ方向）におけるウエハＷの検出領域Ａの位置を検出する。

面位置検出装置２を構成する光源（図示せず）から射出した検出光は、コリメートレンズ等（図示せず）を介して、ライトガイドファイバ１０の入射端（図示せず）に入射する。ライトガイドファイバ１０の内部を伝播した検出光は、図１に示すように、ライトガイドファイバ１０の射出端１０ａから射出し、コンデンサレンズ１１を通過して、送光スリットプリズム１２に入射する。

図２は、送光スリットプリズム１２の射出面１２ａの構成を示す図である。図２に示すように、射出面１２ａには、複数の送光スリットＳ１〜Ｓ１０が配列されている。ここで、射出面１２ａに形成されている複数の送光スリットＳ１〜Ｓ１０は、送光光学系ＳＬの光軸を後述するウエハ（被検面）Ｗの検出領域Ａ上に投影した場合に、投影された光軸の軸線方向に沿った長手方向を有する検出領域Ａに複数の送光スリットＳ１〜Ｓ１０の像が拡大されて投影されるように配列されている。

送光スリットプリズム１２は、後述する送光光学系ＳＬが拡大倍率を有しているため、その射出面１２ａに形成される送光スリットＳ１〜Ｓ１０を含むスリット形状を小さくすることができ、その大きさを小さくすることができる。図３は、従来の等倍率を有する送光光学系ＳＬ´を用いた場合における送光スリットプリズム１２´の構成を示す図である。また、図４は、この実施の形態にかかる送光スリットプリズム１２の構成を示す図である。図３に示す送光スリットプリズム１２´は、検出領域Ａが細長形状になると、その射出面に形成されるスリット形状を同一の大きさにする必要があるため、巨大化する。これに対し、送光スリットプリズム１２の大きさは、図４に示すように、送光スリットプリズム１２´の大きさと比較して小型化することができる。

射出面１２ａの複数のスリットを通過した検出光は、送光スリットプリズム１２から、射出面１２ａに対する射出角が８４度より小さい角度、即ち、射出面１２ａと射出面１２ａから射出する検出光とが成す角度θｏ（図４参照）が６度より大きい角度で射出する。ここで、図３に示すような等倍率を有する送光光学系ＳＬ´を用いた場合においては、送光スリットプリズム１２´の射出面と射出面から射出する検出光との成す角度θｏ´と、検出領域Ａと検出領域Ａに入射する検出光との成す角度θｉ´とを等しくする必要がある。よって、θｉ´を６度としたときθｏ´は６度となり、送光スリットプリズム１２´の射出面から射出する射出角が大きくなるため、検出光の光量の損失が大きかった。

これに対し、この実施の形態にかかる送光光学系ＳＬは拡大倍率を有しているため、図４に示すように、送光スリットプリズム１２の射出面１２ａと射出面１２ａから射出する検出光とが成す角度θｏは、検出領域Ａと検出領域Ａに入射する検出光との成す角度θｉより大きくなる。よって、θｉを６度としたときθｏは６度より大きくなり、射出面１２ａから射出する射出角が小さくなるため、検出光の光量の損失を抑制することができる。

送光スリットプリズム１２から射出した検出光は、送光光学系ＳＬに入射する。この実施の形態では、送光光学系ＳＬは１．２倍以上の拡大倍率を有している。検出光は、送光光学系ＳＬを構成する電動位置ハービング１６を通過する。電動位置ハービング１６は、平行平面板の形態を有し送光光学系ＳＬの光軸に垂直な相互に直交する２方向に傾斜可能に構成されている。電動位置ハービング１６の送光光学系ＳＬの光軸に対する傾斜角度を変更し、検出光を送光光学系ＳＬの光軸と平行に移動させることにより、電動位置ハービング１６から射出する検出光の射出位置の調整を行うことができる。これにより、検出光がウエハＷ上の検出領域Ａに入射する際の入射位置の調整を行うことができる。なお、電動位置ハービング１６は、送光光学系ＳＬからウエハＷへ向かう検出光がウエハＷ上でＺ方向へ移動する方向（計測方向）のみに移動可能となるように、送光光学系ＳＬの光軸に垂直な１方向に傾斜可能に構成されていてもよい。

電動位置ハービング１６を通過した検出光は、第２対物レンズ１７、送光光学系ＳＬの光軸に対して傾斜可能に構成されている電動チルトハービング１８を通過する。なお、電動チルトハービング１８も電動位置ハービング１６と同様に、平行平面板の形態を有し送光光学系ＳＬの光軸に垂直な相互に直交する２方向に傾斜可能に構成されている。電動チルトハービング１８の送光光学系ＳＬの光軸に対する傾斜角度を変更することにより、電動チルトハービング１８から射出する検出光の射出位置の調整を行うことができる。これにより、検出光がウエハＷ上の検出領域Ａに入射する際の入射角度の調整を行なうことができる。なお、電動チルトハービング１８は、送光光学系ＳＬからウエハＷへ向かう検出光がウエハＷ上でＺ方向へ移動する方向（計測方向）と送光光学系ＳＬの光軸とを含む面内のみで移動可能となるように、送光光学系ＳＬの光軸に垂直な１方向に傾斜可能に構成されていてもよい。

この実施の形態においては、面位置検出装置２のウエハＷ上の検出領域Ａが細長形状を有しているため、ウエハＷ面が傾いた場合、検出領域Ａ内の位置によって面位置検出装置２の検出可能な範囲を外れる。即ち、ウエハＷ面の傾斜量により、スリットＳ５，Ｓ６（図２参照）を通過した検出光が到達する細長形状の検出領域Ａ内の中心部については検出可能な範囲にあるが、スリットＳ１やＳ１０を通過した検出光が到達する検出領域Ａの長手方向の両端部については検出可能な範囲を外れる場合がある。したがって、ウエハＷ面の傾斜量に応じて電動チルトハービング１８を電動駆動させることにより、ウエハＷ面が傾斜した場合においても検出領域Ａが検出可能な範囲内に収まるように、検出光が検出領域Ａに入射する入射角度の調整を行なう。

電動チルトハービング１８を通過した検出光は、駆動可能に構成されている振動ミラー２１により反射される。振動ミラー２１は、後述する第１対物レンズ２３の焦点面に位置するように配置されている。検出光が振動ミラー２１により反射されることにより、送光光学系ＳＬの光軸がウエハＷに近い方向へ折り曲げられる。

次に、振動ミラー２１により反射された検出光は、第１対物レンズ２３を通過して、菱形断面を有する四角柱状の菱形プリズム２４に入射する。菱形プリズム２４の入射面を透過した検出光は、互いに平行な一対の反射面で順次反射され、入射面に平行な射出面から射出する。菱形プリズム２４の反射面は、全反射面であってもよいし、その反射面の裏面に例えば銀などの金属コートを設けたものであってもよい。菱形プリズム２４を通過することにより送光光学系ＳＬを通過した検出光は、ウエハＷ上の検出領域Ａに斜め方向から入射する。この実施の形態においては、検出領域Ａに対する入射角は８４度である。

検出領域Ａは、送光光学系ＳＬの光軸をウエハＷ面上に投影した軸線方向に沿った長手方向を有している。検出領域Ａ上においては、所定のピッチで複数の検出点が配列されている。送光スリットプリズム１２の射出面１２ａを通過した検出光が検出領域Ａを照射することにより複数の検出点のそれぞれに送光スリットＳ１〜Ｓ１０の形状を有する光照射領域が形成される。図５は、射出面１２ａの１０個の送光スリットＳ１〜Ｓ１０を通過した検出光が検出領域Ａを照射することにより複数の検出点のそれぞれに形成されるスリット像（スリット形状の光照射領域）Ｔ１〜Ｔ１０を示す図である。

検出領域Ａにより反射された検出光は、受光光学系ＲＬに入射する。この実施の形態では、受光光学系ＲＬは１／１．２倍以下の縮小倍率を有している。検出光は、受光光学系ＲＬを構成する菱形プリズム２５に入射する。菱形プリズム２５は、菱形プリズム２４と同様に、菱形断面を有する四角柱状のプリズムである。従って、菱形プリズム２５の入射面を通過した検出光は、互いに平行な一対の反射面で順次反射された後、入射面に平行な射出面を通過し、菱形プリズム２５から射出する。なお、菱形プリズム２５の反射面は、全反射面であってもよいし、その反射面の裏面に例えば銀などの金属コートを設けたものであってもよい。

菱形プリズム２５から射出した検出光は、第１対物レンズ２６を通過して、ミラー２７により反射される。ミラー２７により反射された検出光は、受光光学系ＲＬの光軸に対して傾斜可能に構成されている電動チルトハービング３０に入射する。なお、電動チルトハービング３０も電動チルトハービング１８と同様に、平行平面板の形態を有し受光光学系ＲＬの光軸に垂直な相互に直交する２方向に傾斜可能に構成されている。電動チルトハービング３０の受光光学系ＲＬの光軸に対する傾斜角度を変更することにより、電動チルトハービング３０から射出する検出光の射出位置の調整を行うことができる。これにより、検出光が後述する受光スリットプリズム３５に入射する際の入射角度の調整を行うことができる。なお、電動チルトハービング３０は、受光光学系ＲＬから受光スリットプリズム３５へ向かう検出光の角度がＸＺ平面内で調整可能となるように、受光光学系ＲＬの光軸に垂直な１方向に傾斜可能に構成されていてもよい。

次に、検出光は、第２対物レンズ３１、受光光学系ＲＬの光軸に対して傾斜可能に構成されている電動位置ハービング３３を通過する。なお、電動位置ハービング３３も電動位置ハービング１６と同様に、平行平面板の形態を有し、受光光学系ＲＬの光軸に垂直な相互に直交する２方向に傾斜可能に構成されている。電動位置ハービング３３の受光光学系ＲＬの光軸に対する傾斜角度を変更することにより、電動位置ハービング３３から射出する検出光の射出位置の調整を行うことができる。これにより、検出光が受光スリットプリズム３５に入射する際の入射位置の調整を行うことができる。なお、電動位置ハービング３３は、受光光学系ＲＬから受光スリットプリズム３５へ向かう検出光が計測方向に対応する方向のみに移動可能となるように、受光光学系ＲＬの光軸に垂直な１方向に傾斜可能に構成されていてもよい。

電動位置ハービング３３を通過することにより受光光学系ＲＬを通過した検出光は、受光スリットプリズム３５に、受光スリットプリズム３５の入射面３５ａに対する入射角が８４度より小さい角度、即ち、入射面３５ａと入射面３５ａに入射する検出光とが成す角度が６度より大きい角度で入射する。ここで、従来の等倍率を有する受光光学系を用いた場合においては、従来の受光スリットプリズムの入射面と入射面に入射する検出光との成す角度と、検出領域Ａと検出領域Ａに入射する（検出領域Ａにより反射される）検出光との成す角度とが等しかった。よって、受光スリットプリズムの入射面に入射する入射角が大きくなるため、検出光の光量の損失が大きかった。

これに対し、この実施の形態にかかる受光光学系ＲＬは縮小倍率を有しているため、受光スリットプリズム３５の入射面３５ａと入射面３５ａに入射する検出光とが成す角度は、検出領域Ａと検出領域Ａに入射する（検出領域Ａにより反射される）検出光との成す角度より大きくなる。よって、入射面３５ａに入射する入射角が小さくなるため、検出光の光量の損失を抑制することができる。

受光スリットプリズム３５の入射面３５ａには、図２に示す送光スリットプリズム１２の射出面１２ａに形成されている１０個の送光スリットＳ１〜Ｓ１０に対応する１０個のスリット形状の開口部（受光スリット）が形成されている。

また、受光スリットプリズム３５は、受光光学系ＲＬが縮小倍率を有しているため、その入射面３５ａに形成される１０個の受光スリットを含むスリット形状を小さくすることができ、その大きさを小さくすることができる。即ち、従来の受光スリットプリズムは、受光光学系が等倍率を有していたため、検出領域Ａが細長形状になると、その入射面に形成されるスリット形状を同一の大きさにする必要があり、巨大化していた。これに対し、受光スリットプリズム３５の大きさは、従来の受光スリットプリズムの大きさと比較して小型化することができる。

受光スリットプリズム３５の入射面３５ａ上に形成されている１０個の受光スリットを通過した検出光は、リレーレンズ３６を通過して受光センサ（検出器）３８に入射する。図６は、受光センサ３８の受光面を示す図である。図６に示すように、受光センサ３８の受光面には図５に示すスリット像Ｔ１〜Ｔ１０のそれぞれに対応して受光素子ＲＳ１〜ＲＳ１０が配置されており、各受光素子ＲＳ１〜ＲＳ１０は各スリット像Ｔ１〜Ｔ１０が形成された検出領域Ａ上の各検出点により反射されて受光スリットを通過した検出光を受光する。受光センサ３８の１０個の受光素子ＲＳ１〜ＲＳ１０からの検出信号強度は、振動ミラー２１の振動に伴って変化し、図示しない制御部に対して出力される。

制御部は、振動ミラー２１の振動周期と同一の位相の交流信号の位相を基準として各受光スリットを通過した検出光の検出信号強度の同期検波を行っている。制御部は、この同期検波の結果に基づいてウエハステージＷＳＴのＺ方向における補正量を算出し、算出結果に基づいてウエハステージＷＳＴをベストフォーカス位置となるように駆動する。

ところで、送光光学系ＳＬ及び受光光学系ＲＬの取付け精度や装置の設置環境の変化等の様々な要因により、ウエハＷ面が理想的な状態（ベストフォーカス位置）にある場合にも、スリット像の形成される位置が基準となる設計位置からずれて、スリット像が形成されるべき位置と実際のスリット像が形成される位置とがずれる検出位置のずれが生じることがある。そこで、この面位置検出装置２においては、ウエハＷ面の面位置を検出するのに先立って、送光光学系ＳＬ及び受光光学系ＲＬによる検出位置のずれを小さくするために、予めウエハステージＷＳＴ上に設けられている基準板Ｓ（図１参照）及び基準板Ｓ´（図１においては図示せず）を用いて、スリット像が形成される位置の検出を行なう。

図７は、基準板Ｓの構成を示す図である。図７に示すように、基準板Ｓは、異なる反射率を有する２つの領域Ｓａ及びＳｂを有している。この実施の形態においては、領域Ｓａの反射率は５０％、領域Ｓｂの反射率は８０％である。制御部は、面位置検出装置２が基準板Ｓの面位置を検出できる位置まで、ウエハステージＷＳＴを移動する。そして、送光光学系ＳＬから射出される検出光を基準板Ｓに対して送光し、基準板Ｓにより反射された検出光を受光光学系ＲＬの受光センサ３８により受光する。受光センサ３８は受光素子ＲＳ１〜ＲＳ１０から出力された検出信号強度を制御部に対して出力する。制御部は、受光センサ３８から出力された検出信号強度に基づいて、ウエハＷ面上の各検出点におけるＸ方向の位置ずれ量を計測する。

例えば、スリットＳ１（図２参照）を通過した検出光が形成するスリット像Ｔ１（図５参照）が、図８に示す基準板Ｓの中心部に形成される位置までウエハステージＷＳＴを移動した場合について説明する。検出位置のずれが生じていない場合、領域Ｓａに入射する検出光の光量Ｉａと領域Ｓｂに入射する検出光の光量Ｉｂとは等しくなる。したがって、受光素子ＲＳ１は、光量Ｉａ×５０％＋光量Ｉｂ×８０％の光量を有する検出光を受光する。例えば、基準板Ｓに入射する検出光の光量が１００のとき、光量ＩａとＩｂは５０となり、６５の光量を有する検出光を受光する。受光センサ３８は受光素子ＲＳ１から出力された検出光の検出信号強度を制御部に対して出力する。制御部は、受光センサ３８から出力された検出信号強度に基づいて、ウエハＷ面上のスリット像Ｔ１に対応する検出点における位置ずれが生じていないと判別する。

図９に示すような検出位置のずれが生じている場合、領域Ｓａに入射する検出光の光量Ｉａは０となる。したがって、受光素子ＲＳ１は、領域Ｓｂに入射する検出光の光量Ｉｂ×８０％の光量を有する検出光を受光する。例えば、基準板Ｓに入射する検出光の光量が１００のとき、光量Ｉａは０、光量Ｉｂは１００となり、８０の光量を有する検出光を受光する。受光センサ３８は受光素子ＲＳ１から出力された検出光の検出信号強度を制御部に対して出力する。制御部は、受光センサ３８から出力された検出信号強度に基づいて、ウエハＷ面上のスリット像Ｔ１に対応する検出点における位置ずれが生じていると判別する。即ち、位置ずれが生じていない場合に検出される検出光の光量より検出された検出光の光量が多いことから、＋Ｘ方向に位置ずれが生じていると判別する。

図１０に示すような検出位置のずれが生じている場合、領域Ｓｂに入射する検出光の光量Ｉｂは０となる。したがって、受光素子ＲＳ１は、領域Ｓａに入射する検出光の光量Ｉａ×５０％の光量を有する検出光を受光する。例えば、基準板Ｓに入射する検出光の光量が１００のとき、光量Ｉａは１００、光量Ｉｂは０となり、５０の光量を有する検出光を受光する。受光センサ３８は受光素子ＲＳ１から出力された検出光の検出信号強度を制御部に対して出力する。制御部は、受光センサ３８から出力された検出信号強度に基づいて、ウエハＷ面上のスリット像Ｔ１に対応する検出点における位置ずれが生じていると判別する。即ち、位置ずれが生じていない場合に検出される検出光の光量より検出された検出光の光量が少ないことから、−Ｘ方向に位置ずれが生じていると判別する。

なお、他のスリットＳ２〜Ｓ１０（図２参照）を通過した検出光が形成するスリット像Ｔ２〜Ｔ１０（図５参照）が基準板Ｓの中心部に形成される位置までウエハステージＷＳＴを移動させ、受光素子ＲＳ２〜ＲＳ１０により検出光を受光することにより、ウエハＷ面上のスリット像Ｔ２〜Ｔ１０に対応する検出点における位置ずれ量も計測することができる。

図１１は、基準板Ｓ´の構成を示す図である。図１１に示すように、基準板Ｓ´は、基準板Ｓと同様の形状を有しており、異なる反射率を有する２つの領域Ｓａ´及びＳｂ´を有している。この実施の形態においては、領域Ｓａ´の反射率は５０％、領域Ｓｂ´の反射率は８０％である。制御部は、面位置検出装置２に対して基準板Ｓの面位置を検出するのと同様に、基準板Ｓ´の面位置を検出するよう制御信号を出力する。制御部は、受光センサ３８から出力された検出信号強度に基づいて、ウエハＷ面上の各検出点におけるＹ方向の位置ずれ量を計測する。Ｙ方向における位置ずれ量の具体的な計測方法は、Ｘ方向における位置ずれ量の計測方法と同一であるため詳細な説明を省略する。

この実施の形態にかかる面位置検出装置によれば、送光光学系が拡大倍率を有し、受光光学系が縮小倍率を有しているため、送光スリットプリズム及び受光スリットプリズムの大型化を防止することができ、装置本体をコンパクトにすることができる。また、送光スリットプリズムから検出光が射出する射出角及び受光スリットプリズムに検出光が入射する入射角を、ウエハ面に検出光が入射する入射角より小さくすることができるため、検出光の光量の損失を抑制することができる。さらに、検出光のウエハ面への入射角を大きくすることにより、基板上の感光材料表面での反射光量を基板の下地による反射光量よりも十分に大きくして検出精度の向上を図った場合でも、検出光の光量の損失を抑制することができる。

また、この実施の形態にかかる露光装置によれば、検出光の光量の損失を抑制することができるコンパクトな面位置検出装置によりウエハの面位置を良好に検出することができる。したがって、ウエハ上にレチクルのパターンを精度良く露光することができる。

なお、この実施の形態においては、ウエハ（被検面）に対する入射角が８４度、送光光学系が１．２倍以上の拡大倍率を有する場合の例を示しているが、ウエハに対する入射角が８５度以下、送光光学系が１．２倍以上の拡大倍率を有するようにしてもよい。また、送光光学系がウエハに対する入射角が８５度より大きく８６度以下のとき１．５倍以上の拡大倍率を有するようにしてもよい。また、送光光学系がウエハに対する入射角が８５度より大きく８６度以下のとき２．０倍以上の拡大倍率を有するようにしてもよい。これらの場合においては、送光スリットプリズムの射出面と射出面に入射する検出光とが成す角度を６度より大きい角度で射出させることができ、検出光の光量の損失を抑制することができる。

また、この実施の形態においては、ウエハ（被検面）に対する入射角が８４度、受光光学系が１／１．２倍の縮小倍率を有する場合の例を示しているが、ウエハに対する入射角が８５度以下、受光光学系が１／１．２倍以上の縮小倍率を有するようにしてもよい。また、受光光学系がウエハに対する入射角が８５度より大きく８６度以下のとき１／１．５倍以下の縮小倍率を有するようにしてもよい。また、受光光学系がウエハに対する入射角が８５度より大きく８６度以下のとき０．５倍以下の縮小倍率を有するようにしてもよい。これらの場合においては、受光スリットプリズム入射面と入射面に入射する検出光とが成す角度を６度より大きい角度で入射させることができ、検出光の光量の損失を抑制することができる。

上述の実施の形態にかかる露光装置では、照明光学系ＩＬによってマスクＭを照明し（照明工程）、投影光学系ＰＬを用いてマスクＭに形成された転写用のパターンを感光性基板（ウエハ）Ｗ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、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いて感光性基板としてもウエ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１２のフローチャートを参照して説明する。

先ず、図１２のステップＳ３０１において、１ロットのウエハ上に金属膜が蒸着される。次のステップＳ３０２において、その１ロットのウエハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、上述の実施の形態にかかる露光装置に備えられている面位置検出装置によりウエハ表面の面位置を検出し、面位置の調整が行われる。次に、ステップＳ３０３において、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いて、レチクル（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ロットのウエ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Ｓ３０４において、その１ロットのウエハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップＳ３０５において、その１ロットのウエ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、各ウエ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、面位置検出装置により正確にウエハ等の面位置が調整された露光装置を用いて露光を行なっているため、良好な半導体デバイスを得ることができる。なお、ステップＳ３０１〜ステップＳ３０５では、ウエ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、ウエ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、上述の実施の形態にかかる露光装置では、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１３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。まず、上述の実施の形態にかかる露光装置に備えられている面位置検出装置によりプレート表面の面位置を検出し、調整する。次に、図１３において、パターン形成工程Ｓ４０１では、上述の実施の形態にかかる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形成工程Ｓ４０２へ移行する。

次に、カラーフィルタ形成工程Ｓ４０２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を形成する。そして、カラーフィルタ形成工程Ｓ４０２の後に、セル組み立て工程Ｓ４０３が実行される。セル組み立て工程Ｓ４０３では、パターン形成工程Ｓ４０１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形成工程Ｓ４０２にて得られたカラーフィルタ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Ｓ４０３では、例えば、パターン形成工程Ｓ４０１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形成工程Ｓ４０２にて得られたカラーフィルタ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Ｓ４０４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、面位置検出装置により正確にプレート等の面位置が調整された露光装置を用いて露光しているため、良好な液晶表示素子を得ることができる。

実施の形態にかかる露光装置の概略構成を示す図である。 実施の形態にかかる面位置検出装置が備える送光スリットプリズムの射出面の構成を示す図である。 従来の面位置検出装置が備える送光スリットプリズムの大きさ、並びに送光スリットプリズム、送光光学系及び検出領域との配置関係を説明するための図である。 実施の形態にかかる面位置検出装置が備える送光スリットプリズムの大きさ、並びに送光スリットプリズム、送光光学系及び検出領域との配置関係を説明するための図である。 実施の形態にかかるウエハ面上の検出領域に投影されるスリット像を示す図である。 実施の形態にかかる面位置検出装置が備える受光センサの受光面の構成を示す図である。 実施の形態にかかる基準板の構成を示す図である。 実施の形態にかかる基準板の面位置の検出について説明するための図である。 実施の形態にかかる基準板の面位置の検出について説明するための図である。 実施の形態にかかる基準板の面位置の検出について説明するための図である。 実施の形態にかかる他の基準板の構成を示す図である。 この発明の実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての半導体デバイスの製造方法を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての液晶表示素子の製造方法を示すフローチャートである。

符号の説明

ＩＬ…照明光学系、ＰＬ…投影光学系、Ｒ…レチクル、Ｗ…ウエハ、ＲＳＴ…レチクルステージ、ＷＳＴ…ウエハステージ、２…面位置検出装置、ＳＬ…送光光学系、ＲＬ…受光光学系、１２…送光スリットプリズム、１６，３３…電動位置ハービング，２３，２６…第１対物レンズ、１７，３１…第２対物レンズ、１８，３０…電動チルトハービング、２１…振動ミラー、２４，２５…菱形プリズム、３５…受光スリットプリズム、３８…受光センサ。

Claims (5)

1. 被検面上に斜め方向から検出光を投射する送光光学系と、前記被検面で反射された前記検出光を受光する受光光学系と、該受光光学系を介した前記検出光を検出する検出器とを備え、該検出器の出力に基づいて前記被検面の面位置を検出する面位置検出装置において、
   前記送光光学系は拡大倍率を有し、
   前記受光光学系は縮小倍率を有することを特徴とする面位置検出装置。
2. 前記送光光学系は、
   前記被検面に対する入射角が８５度以下のとき１．２倍以上の拡大倍率を有し、
   前記被検面に対する入射角が８５度より大きく８６度以下のとき１．５倍以上の拡大倍率を有し、
   前記被検面に対する入射角が８６度より大きく８７度以下のとき２．０内以上の拡大倍率を有し、
   前記受光光学系は、
   前記被検面に対する入射角が８５度以下のとき１／１．２倍以下の縮小倍率を有し、
   前記被検面に対する入射角が８５度より大きく８６度以下のとき１／１．５倍以下の縮小倍率を有し、
   前記被検面に対する入射角が８６度より大きく８７度以下のとき０．５倍以下の縮小倍率を有することを特徴とする請求項１記載の面位置検出装置。
3. 前記面位置検出装置の前記被検面上の検出領域は、前記送光光学系の光軸を前記被検面上に投影した軸線方向に沿った長手方向を有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の面位置検出装置。
4. 所定のパターンを感光性基板上に露光する露光装置において、
   前記感光性基板の面位置を検出するための請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の面位置検出装置を備えることを特徴とする露光装置。
5. 請求項４記載の露光装置を用いて所定のパターンを感光性基板上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マイクロデバイスの製造方法。

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