JP2013098262A - 光学装置、位置検出装置及び顕微鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コストの増加を招くことなく、被照明面を照明する際の照明条件の切り替えに有利な技術を提供する。
【解決手段】光源からの光で被照明面を照明する照明光学系と、前記被照明面を照明する際の照明条件を、第１条件に規定するための第１開口と、前記第１条件とは異なる第２条件に規定するための第２開口とを含み、前記照明光学系の瞳面に固定された開口絞りと、遮光領域を有する遮光板と、前記遮光板を駆動する駆動部と、を有し、前記駆動部は、前記照明条件を前記第１条件に設定する場合には、前記遮光領域が前記光源から前記第２開口を通して前記被照明面に至る第２経路を遮るように前記遮光板を位置決めし、前記照明条件を前記第２条件に設定する場合には、前記遮光領域が前記光源から前記第１開口を通して前記被照明面に至る第１経路を遮るように前記遮光板を位置決めすることを特徴とする光学装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学装置、位置検出装置及び顕微鏡装置に関する。

近年、半導体集積回路の高集積化及び微細化が進み、回路パターンの線幅は非常に小さくなってきているため、リソグラフィ工程においては、基板上に形成するパターン（レジストパターン）の更なる微細化が要求されている。このようなパターンの微細化を実現する技術として、紫外線よりも波長が短いＥＵＶ光（波長１０ｎｍ〜１５ｎｍ）を用いた露光装置（ＥＵＶ露光装置）や荷電粒子線で基板に描画を行う描画装置（荷電粒子線描画装置）が知られている。なお、ＥＵＶ光や荷電粒子線（電子線）は大気環境下では吸収されて減衰するため、ＥＵＶ露光装置や荷電粒子線描画装置は真空チャンバに収納され、１０^−４〜１０^−５Ｐａ程度又はそれを超える真空環境下に配置される。

露光装置では、基板上の所定の位置に露光光を収束（結像）させることで、基板上にパターンを転写する。従って、微細なパターンを転写するためには、基板と露光光との位置合わせを高精度に行う必要がある。基板と露光光との位置合わせの際には、一般に、基板上のアライメントマークを検出することで基板の位置を検出している。

アライメントマークの検出においては、マークからの光を高精度に検出するために、明視野検出（明視野照明）と暗視野検出（暗視野照明）の２種類のモードが用いられる。明視野検出は、照明光学系の開口数（ＮＡ）と投影光学系の開口数（ＮＡ）とを一致させ、主に、マーク（被検体）を透過する０次光を検出することでマークの明視野像を取得する方法である。一方、暗視野検出は、照明光学系のＮＡと結像光学系のＮＡとを意図的にずらし、マークで散乱や回折された２次光を検出することでマークの暗視野像を取得する方法である。明視野検出と暗視野検出とを切り替えながらアライメントマークの検出を行うことで、ウエハプロセスやマークの段差に起因する検出信号（アライメント信号）のＳ／Ｎ比の低下を抑え、誤検出や検出不可能となることを防止することが可能となる。明視野検出と暗視野検出との切り替えに関する技術については、従来から幾つか提案されている（特許文献１乃至３参照）。

例えば、特許文献１には、照明光学系の開口絞りを切り替えてアライメントマークを検出する位置検出装置が開示されている。かかる位置検出装置では、ウエハプロセスやマークの段差に応じて、アクチュエータやモータなどの駆動装置を用いて明視野用開口絞りと暗視野用開口絞りとを切り替えている。

特許文献２及び３には、試料（被検体）の形状や構造に応じて、明視野検出と暗視野検出とを切り替えて試料を観察する顕微鏡装置が開示されている。具体的には、特許文献２には、共通の絞り台の上に明視野検出用絞りと暗視野検出用絞りとを備えた透過電子顕微鏡が開示されている。かかる透過電子顕微鏡では、大気環境下に配置された駆動装置を介して、真空環境下に配置された試料と透過電子検出器との間の光軸上に明視野検出用絞り又は暗視野検出用絞りを配置している。また、特許文献３には、明視野照明用光源と暗視野照明用光源とを備え、いずれかの光源を用いることで明視野検出と暗視野検出とを切り替え可能な顕微鏡装置が開示されている。

特開平１１−８７２２２号公報 特開平７−１６９４２９号公報 特開２００１−１５４１０３号公報

しかしながら、ＥＵＶ露光装置や荷電粒子線描画装置では、基板と露光光又は荷電粒子線との位置合わせに用いる位置検出装置も真空環境下に配置されるため、アクチュエータやモータなどの駆動装置が真空環境下で使用されることになる。例えば、特許文献１に開示された位置検出装置は、モータを用いて明視野検出用開口絞りと暗視野検出用開口絞りとを切り替えているため、真空環境下で使用する場合には、モータの発熱やアウトガスを考慮する必要がある。そこで、真空環境下で使用するモータなどの駆動装置は、発熱やアウトガスによる影響が小さい部材（材質）や接着剤で構成しなければならず、大気環境下で使用される駆動装置よりも性能が低下する傾向にある。従って、真空環境下で使用される駆動装置の駆動精度やストロークが不十分となり、明視野用開口絞りや暗視野用開口絞りを高精度に位置決めすることができず、アライメントマークの検出精度が低下してしまう（検出誤差が発生する）ことがある。また、大気環境下で使用される駆動装置と同等の性能を有するように真空環境下で使用される駆動装置を構成する場合には、製造コストが非常に高くなってしまう。

特許文献２に開示された透過電子顕微鏡では、駆動装置を大気環境下に配置するため、駆動装置からの発熱やアウトガスを考慮する必要はなく、大気環境下で使用される駆動装置を用いることができる。但し、真空チャンバの隔壁を介して、駆動装置と明視野検出用絞り及び暗視野検出用絞りとが接続されるため、隔壁部分の構成が複雑になり、駆動装置の性能が明視野検出用絞りや暗視野検出用絞りに十分に伝わらなくなる。その結果、駆動装置による明視野検出用絞りや暗視野検出用絞りの位置制御が不十分となり、真空環境下において明視野用開口絞りや暗視野用開口絞りを高精度に位置決めすることができず、透過電子顕微鏡の精度の低下を招いてしまう。

特許文献３に開示された顕微鏡装置は、明視野照明用光源と暗視野照明用光源とを真空環境下に配置し、アクチュエータやモータなどの駆動装置を用いることなく、光源を切り替えているため、駆動装置からの発熱やアウトガスを考慮する必要がない。但し、半導体素子で構成された光源を真空環境下に配置すると、光源からの発熱やアウトガスによって、周辺部材の変形や汚染物質の付着などが生じることがあり、顕微鏡装置の精度の低下を招いてしまう。また、光源の切り替えで明視野検出と暗視野検出とを切り替える場合には、光学系（即ち、装置）の構成が複雑になってしまう。

本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、コストの増加を招くことなく、被照明面を照明する際の照明条件の切り替えに有利な技術を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての光学装置は、光源からの光で被照明面を照明する照明光学系と、前記被照明面を照明する際の照明条件を、第１条件に規定するための第１開口と、前記第１条件とは異なる第２条件に規定するための第２開口とを含み、前記照明光学系の瞳面に固定された開口絞りと、遮光領域を有する遮光板と、前記遮光板を駆動する駆動部と、を有し、前記駆動部は、前記照明条件を前記第１条件に設定する場合には、前記遮光領域が前記光源から前記第２開口を通して前記被照明面に至る第２経路を遮るように前記遮光板を位置決めし、前記照明条件を前記第２条件に設定する場合には、前記遮光領域が前記光源から前記第１開口を通して前記被照明面に至る第１経路を遮るように前記遮光板を位置決めすることを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、コストの増加を招くことなく、照明条件の切り替えに有利な技術を提供することができる。

本発明の一側面としての照明装置の構成を示す図である。 従来の照明装置の構成を示す図である。 本発明の一側面としての位置検出装置の構成を示す図である。 図３に示す位置検出装置を適用した露光装置の構成を示す図である。 図３に示す位置検出装置を適用した描画装置の構成を示す図である。 本発明の一側面としての顕微鏡装置の構成を示す図である。 本発明の一側面としての遮光板の構成を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の一側面としての照明装置１００の構成を示す図である。照明装置１００は、本実施形態では、被照明面をケーラー照明する光学装置である。ここで、ケーラー照明とは、被照明面に対して、照明むらのない照明を与える照明法である。但し、照明装置１００は、照明法をケーラー照明に限定するものではなく、例えば、クリティカル照明を照明法として適用することも可能である。照明装置１００は、光源１と、照明光学系２と、開口絞り３と、遮光板４と、駆動部５とを有する。また、本実施形態では、照明装置１００は、例えば、真空チャンバなどに収納され、光源１、照明光学系２、開口絞り３、遮光板４及び駆動部５は、真空環境下に配置されている。

照明光学系２は、光源１から射出された光を被照明面ＩＳに導く、即ち、光源１からの光で被照明面ＩＳを照明する光学系である。照明光学系２は、本実施形態では、コレクタレンズＬ１と、フィールドレンズＬ２と、ミラーＭと、コンデンサレンズＬ３とを含む。開口絞り３は、照明光学系２の瞳面（本実施形態では、コンデンサレンズＬ３の入射側焦点位置（入射瞳面上））に固定され、被照明面ＩＳを照明する際の照明条件を規定する。遮光板４は、照明光学系２の瞳面の近傍に配置され、開口絞り３を通過した光の一部を遮光する。駆動部５は、例えば、アクチュエータやモータで構成され、遮光板４を駆動する。駆動部５は、本実施形態では、照明光学系２の光軸に垂直な方向に遮光板４を駆動する。また、駆動部５は、発熱やアウトガスによる影響が小さい部材（材質）や接着剤を用いて、真空環境下で使用可能に構成されている。

照明装置１００において、光源１からの光は、コレクタレンズＬ１を通過して略平行な光となり、フィールドレンズＬ２に入射する。フィールドレンズＬ２で集光された光は、ミラーＭで反射され、コンデンサレンズＬ３を介して、被照明面ＩＳに導かれる。

開口絞り３は、上述したように、照明光学系２の瞳面に固定されるため、照明光学系２において、光源１と開口絞り３とは、共役な位置関係となる。従って、開口絞り４は、フィールドレンズＬ２で集光された光の開口数を制御する（変化させる）ができる。なお、照明光学系２の瞳面の近傍に光彩絞りを別途配置して、かかる光彩絞りの絞り量を変えることで開口数を制御してもよい。また、被照明面ＩＳと共役な位置に視野絞りを配置することで、照明光学系２の視野を制限することも可能である。

照明装置１００では、明視野照明用の開口と、明視野照明用の開口とを含む開口絞り３と、明視野照明及び暗視野照明のそれぞれに対応した光を通過させる開口領域と、それ以外の光を遮光する遮光領域とを含む遮光板４とを用いて、照明条件を切り替える。図１（ａ）は、照明条件が明視野照明に設定された状態の照明装置１００を示しており、図１（ｂ）は、照明条件が暗視野照明に設定された状態の照明装置１００を示している。

まず、開口絞り３や遮光板４などの詳細を説明する前に、図２を参照して、従来の照明装置１０００において、開口絞り１１００の位置ずれによって、被照明面ＩＳを照明する際の照明精度が低下する理由について説明する。図２（ａ）は、照明条件が明視野照明に設定された状態の照明装置１０００を示しており、図２（ｂ）は、照明条件が暗視野照明に設定された状態の照明装置１０００を示している。照明装置１０００は、照明装置１００と同様に、例えば、真空チャンバなどに収納され、光源１、照明光学系２、開口絞り１１００及び駆動部１２００は、真空環境下に配置されている。

照明装置１０００は、照明装置１００と比較して、遮光板４を有しておらず、開口絞り３の代わりに開口絞り１１００を有する点が異なる。また、照明装置１０００は、遮光板４を駆動する駆動部５ではなく、開口絞り１１００を駆動する駆動部１２００を有する点も異なる。照明装置１０００では、照明装置１００と同様に、光源１からの光は、照明光学系２を介して、被照明面ＩＳに導かれる。

照明装置１０００において照明条件を切り替える際には、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、駆動部１２００で開口絞り１１００を駆動して、明視野照明用絞り領域１１１０又は暗視野用絞り領域１１２０を照明光学系２の光軸上に位置決めする。

図２（ｃ）は、照明装置１０００の開口絞り１１００の構成を示す図である。開口絞り１１００は、照明条件を明視野照明に規定するための開口部１１１２及び遮光部１１１４を含む明視野用絞り領域１１１０と、照明条件を暗視野照明に規定するための開口部１１２２及び遮光部１１２４を含む暗視野用絞り領域１１２０とを有する。従って、光源１からの光（照明光学系２の光軸）に対して、明視野用絞り領域１１１０又は暗視野用絞り領域１１２０を高精度に位置決めすれば、照明精度を低下させることなく、照明条件を切り替えることができる。

但し、駆動部１２００は、真空環境下で使用可能とするために、発熱やアウトガスによる影響が小さい部材（材質）や接着剤で構成されており、大気環境下と比較して、開口絞り１１００を高精度に駆動することが難しい。従って、光源１からの光に対して明視野用絞り領域１１１０や暗視野用絞り領域１１２０を位置決めする際に位置ずれが生じ、フィールドレンズＬ２で集光された光の開口数のずれに起因して照明精度が低下してしまう。

このように、真空環境下に配置された駆動部を用いて開口絞りを切り替える場合には、かかる駆動部の性能に起因して開口絞りの位置合わせにずれが生じ、照明精度が低下することになる。そこで、本実施形態の照明装置１００では、上述したように、開口絞り３と遮光板４とを用いて、照明条件を切り替えている。具体的には、高い位置決め精度が必要とされる開口絞り３を照明光学系２の瞳面に固定し、開口絞り３よりも必要とされる位置決め精度が低い遮光板４を駆動することで、照明精度を低下させることなく、照明条件を切り替えることを可能としている。

図１（ｃ）は、開口絞り３の構成を示す図である。開口絞り３は、図１（ｃ）に示すように、照明条件を明視野照明（第１条件）に規定するための明視野用開口（第１開口）３２と、照明条件を暗視野照明（第１条件とは異なる第２条件）に規定するための暗視野用開口（第２開口）３４とを含む。また、開口絞り３は、上述したように、照明光学系２の瞳面に固定され、光源１からの光（照明光学系２の光軸）に対して、高精度に位置決めされている。

図１（ｄ）は、遮光板４の構成を示す図である。遮光板４は、図１（ｄ）に示すように、明視野用領域（第１領域）４２と、暗視野用領域（第２領域）４４とを有する。明視野用領域４２は、明視野用開口領域（第１開口領域）４２ａと遮光領域（第１遮光領域）４２ｂとを含み、暗視野用領域４４は、暗視野用開口領域（第２開口領域）４４ａと遮光領域（第２遮光領域）４４ｂとを含む。

駆動部５は、照明条件を設定する際に、遮光板４を駆動して明視野用領域４２又は暗視野用領域４４を位置決めする。例えば、照明条件を明視野照明に設定する際には、駆動部５は、開口絞り３に対して、明視野用領域４２を位置決めする。具体的には、明視野用開口領域４２ａが光源１から明視野用開口３２を通して被照明面ＩＳに至る第１経路を遮断せず、遮光領域４２ｂが光源１から暗視野用開口３４を通して被照明面ＩＳに至る第２経路を遮断するように明視野用領域４２を位置決めする。この際、本実施形態では、遮光板４は、開口絞り３よりも被照明面側に配置されているため、明視野用開口領域４２ａは明視野用開口３２を通過した光を通過させ、遮光領域４２ｂは暗視野用開口３４を通過した光を遮光する。

また、照明条件を暗視野照明に設定する際には、駆動部５は、開口絞り３に対して、暗視野用領域４４を位置決めする。具体的には、暗視野用開口領域４４ａが光源１から暗視野用開口３４を通して被照明面ＩＳに至る第２経路を遮断せず、遮光領域４４ｂが光源１から明視野用開口３２を通して被照明面ＩＳに至る第１経路を遮断するように暗視野用領域４４を位置決めする。この際、暗視野用開口領域４４ａは暗視野用開口３４を通過した光を通過させ、遮光領域４４ｂは明視野用開口３２を通過した光を遮光する。

このように、本実施形態の照明装置１００では、遮光板４を駆動して、開口絞り３に対して明視野用領域４２又は暗視野用領域４４を位置決めすることで、照明条件を切り替えることができる。

駆動部５を用いて駆動する遮光板４の位置決め精度について説明する。上述したように、遮光板４は、開口絞り３の明視野用開口３２及び暗視野用開口３４のうちいずれか一方を通過した光を通過させ、他方を通過した光を遮光する機能を実現する必要がある。そこで、遮光板４の明視野用開口領域４２ａの大きさは、開口絞り３の明視野用開口３２の大きさよりも大きく、遮光板４の暗視野用開口領域４４ａの大きさは、開口絞り３の暗視野用開口３４の大きさよりも大きくなるように構成されている。これにより、遮光板４を駆動する際に必要となる位置決め精度を、従来の照明装置１０００における開口絞り１１００を駆動する際に必要となる位置決め精度よりも低くすることができる。従って、大気環境下で使用される駆動部と比べて、駆動部５の性能（駆動精度やストローク）が低い場合であっても、駆動部５は、遮光板４に必要とされる位置決め精度で遮光板４を位置決めすることができる。

このように、本実施形態では、照明条件を規定するための複数の開口を含む開口絞り３を固定し（駆動せず）、かかる複数の開口のうちいずれか一方を通過した光を通過させる開口領域を含む遮光板４を駆動する。従って、フィールドレンズＬ２で集光された光の開口数のずれが低減され、照明精度を低下させることなく、照明条件を切り替えることができる。

開口絞り３と遮光板４との配置関係について説明する。上述したように、開口絞り３は、照明光学系２の瞳面に配置（固定）され、遮光板４は、開口絞り３よりも被照明面側の開口絞り３の近傍に配置されている。開口絞り３を配置する位置と遮光板４を配置する位置とが異なる理由は、照明条件の切り替えにおいて開口絞り３が実現する機能と遮光板４が実現する機能との違いにある。本実施形態においては、照明光学系２の瞳面に固定された開口絞り３で明視野照明に対応する光及び暗視野照明に対応する光を通過させ、遮光板４で明視野照明に対応する光及び暗視野照明に対応する光のうち一方の光を遮光する。ここで、例えば、開口絞り３を照明光学系２の瞳面以外の位置に配置した場合には、開口絞り３を通過する光の開口角を十分に制限することができないため、明視野照明に対応する光及び暗視野照明に対応する光を被照明面ＩＳに導くことができない。従って、開口絞り３は、開口角を制限するために、照明光学系２の瞳面に配置しなければならない。

一方、遮光板４は、明視野照明に対応する光及び暗視野照明に対応する光のうち一方の光を遮光することができれば、照明光学系２の瞳面に配置する必要はない。例えば、遮光板４を照明光学系２の瞳面から光軸方向にずれた位置に配置して、開口絞り３を通過した明視野照明に対応する光及び暗視野照明に対応する光のうち一方の光を遮光してもよい。

但し、遮光板４を配置する位置の照明光学系２の瞳面からのずれ量は、開口絞り３の明視野用開口３２及び暗視野用開口３４の大きさ、遮光板４の明視野用開口領域４２ａ及び暗視野用開口領域４４ａの大きさ及び光の開口数に基づいて決定する。ここで、開口絞り３の明視野用開口３２の外径をｒ１、開口絞り３の暗視野用開口３４の内径をｒ２、遮光板４の明視野用開口領域４２ａの外径をＲ１、遮光板４の暗視野用開口領域４４ａの内径をＲ２とする。また、開口絞り３を通過した光と照明光学系２の光軸とのなす角度をθとする。この場合、遮光板４を配置する位置の照明光学系２の瞳面からのずれ量Ｘは、以下の式（１）及び（２）を満たさなければならない。

Ｘ＜（ｒ２−Ｒ１）／２×ｔａｎθ ・・・（１）
Ｘ＜（Ｒ２−ｒ１）／２×ｔａｎθ ・・・（２）

式（１）及び（２）を満たすことで、遮光板４は、開口絞り３を通過した明視野照明に対応する光及び暗視野照明に対応する光のうち一方の光を遮光し、他方の光を通過させることができる。

また、照明装置１００においては、配置スペースの制約などによって、開口絞り３及び遮光板４のそれぞれを照明光学系２の瞳面及びその近傍に配置することが困難となる場合もある。このような場合には、照明光学系２の複数の瞳面のうち、１つの瞳面に開口絞り３を配置（固定）し、他の瞳面又はその近傍に遮光板４を配置すればよい。従って、照明装置１００において、開口絞り３は、照明光学系２の瞳面に配置され、遮光板４は、照明光学系２の瞳面の近傍、或いは、瞳面と共役な位置（及びその近傍）に配置される。

このように、本実施形態の照明装置１００では、遮光板４を用いて、開口絞り３の明視野用開口３２及び暗視野用開口３４を通過した光のうち、いずれか一方の光を通過させ、他方の光を遮光することで、照明条件を切り替える。換言すれば、高い位置決め精度が必要となる開口絞り３を駆動することなく、開口絞り３よりも必要とされる位置決め精度が低い遮光板４を駆動することで、照明条件を切り替える。従って、大気環境下で使用される駆動部よりも性能が低い駆動部５を用いても、照明精度を低下させることなく、照明条件を切り替えることができる。また、大気環境下で使用される駆動部と同等の性能を有するように駆動部５を構成する必要がないため、コストの増加を抑えることができる。

なお、本実施形態では、遮光板４は、開口絞り３よりも被照明面側に配置されているが、開口絞り３よりも光源側に配置されていてもよい。この場合、照明条件を明視野照明に設定する際には、明視野用開口領域４２ａは、光源１からの光のうち明視野用開口３２に到達する光を通過させ、遮光領域４２ｂは、光源１からの光のうち暗視野用開口３４に到達する光を遮光する。また、照明条件を暗視野照明に設定する際には、暗視野用開口領域４４ａは、光源１からの光のうち暗視野用開口３４に到達する光を透過させ、遮光領域４４ｂは、光源１からの光のうち明視野用開口３２に到達する光を遮光する。

また、本実施形態の照明装置１００においては、遮光板４が明視野用開口領域４２ａと暗視野用開口領域４４ａを有する構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、開口領域を有していない遮光板を用いて、開口絞り３を通過した明視野照明に対応する光及び暗視野照明に対応する光のうち一方の光を遮光してもよい。

図７は、遮光板４の別の構成を示す図である。図７（ａ）は、それぞれ独立した駆動部（不図示）を有する２つの遮光板（第１遮光板）１１０ａ及び１１０ｂを用いて、光源１からの光のうち明視野用開口３２に到達する光を透過させ、暗視野用開口３４に到達する光を遮光する場合の構成を示している。これにより、図１（ｄ）に示す遮光板４の明視野用領域４２の代わりに、開口領域を有していない２つの遮光板１１０ａ及び１１０ｂを駆動する構成においても、明視野照明を実現することができる。

図７（ｂ）は、開口領域を有していない遮光板（第２遮光板）１２０を用いて、光源１からの光のうち暗視野用開口３４に到達する光を透過させ、明視野用開口３２に到達する光を遮光する場合の構成を示している。これにより、図１（ｄ）に示す遮光板４の暗視野用領域４４の代わりに、開口領域を有していない遮光板１２０を用いる構成においても、暗視野照明を実現することができる。なお、光を透過する透過板に、光源１からの光のうち明視野用開口３２に到達する光のみを遮光する遮光領域を設けた遮光板を用いる構成においても、同様に、暗視野照明を実現できることは言うまでもない。

このように、いずれの遮光板を用いた場合でも、高い位置決め精度が必要となる開口絞り３を駆動させることなく照明条件を切り替えることができる。

＜第２の実施形態＞
図３は、本発明の一側面としての位置検出装置２００の構成を示す図である。位置検出装置２００は、光源６１からの光で基板ＳＢ（に形成されたマークＭＫ）を照明する照明光学系６０と、マークＭＫからの光を検出部７５（検出面７５ａ）に結像する結像光学系７０とを備え、被検体としての基板ＳＢ（マークＭＫ）の位置を検出する。

照明光学系６０は、開口絞り３と、遮光板４と、駆動部５と、照明レンズ６２、６３及び６６と、ミラーＭ２と、リレーレンズ６７と、偏光ビームスプリッタ６８と、λ／４板７０と、対物レンズ７１とを含む。また、結像光学系７０は、対物レンズ７１と、λ／４板７０と、検出系開口絞り６９と、偏光ビームスプリッタ６８と、結像レンズ７４とを含む。

位置検出装置２００において、光源６１からの光は、照明レンズ６２及び６３を介して、基板ＳＢと共役な位置に配置された開口絞り３に到達する。この際、開口絞り３での光束径は、光源６１での光束径よりも十分に小さいものとなる。開口絞り３を通過した光は、遮光板４、照明レンズ６６、ミラーＭ２及びリレーレンズ６７を通過して、偏光ビームスプリッタ６８に導かれる。偏光ビームスプリッタ６８は、Ｙ軸方向に平行なＰ偏光の光を透過し、Ｘ軸に平行なＳ偏光の光を反射する。偏光ビームスプリッタ６８を透過したＰ偏光の光は、検出系開口絞り６９を介して、λ／４板７０に導かれる。λ／４板７０を通過して円偏光に変換された光は、対物レンズ７１を介して、基板ＳＢに形成されたマークＭＫをケーラー照明する。

マークＭＫで反射、回折、散乱された光は、対物レンズ７１及びλ／４板７０を通過して円偏光からＳ偏光に変換され、検出系開口絞り６９に到達する。ここで、マークＭＫからの光の偏光状態は、マークＭＫを照明した円偏光の光とは逆回りの円偏光となる。換言すれば、マークＭＫを照明した光の偏光状態が右回りの円偏光であれば、マーク７２からの光の偏光状態は左回りの円偏光となる。また、検出系開口絞り６９の絞り量を変えることで、マークＭＫからの光の開口数を制御することができる。検出系開口絞り６９を通過した光は、偏光ビームスプリッタ６８で反射され、結像レンズ７４を介して、検出部７５に導かれる。従って、基板ＳＢに形成されたマークＭＫの像が検出部７５の検出面７５ａに形成される。

本実施形態の位置検出装置２００では、遮光板４を用いて、開口絞り３の明視野用開口３２及び暗視野用開口３４を通過した光のうち、いずれか一方の光を通過させ、他方の光を遮光する。例えば、開口絞り３に対して遮光板４の明視野用領域４２を位置決めした場合、遮光板４は、開口絞り３の明視野用開口３２を通過した光を通過させ、開口絞り３の暗視野用開口３４を通過した光を遮光する。これにより、基板ＳＢに形成されたマークＭＫの明視野像を検出部７５で検出することができる。また、開口絞り３に対して遮光板４の暗視野用領域４４を位置決めした場合、遮光板４は、開口絞り３の暗視野用開口３４を通過した光を通過させ、開口絞り３の明視野用開口３２を通過した光を遮光する。これにより、基板ＳＢに形成されたマークＭＫの暗視野像を検出部７５で検出することができる。

このように、本実施形態の位置検出装置２００では、高い位置決め精度が必要となる開口絞り３を駆動することなく、開口絞り３よりも必要とされる位置決め精度が低い遮光板４を駆動することで、照明条件を切り替えている。従って、大気環境下で使用される駆動部よりも性能が低い駆動部５を用いても、照明精度を低下させることなく、照明条件を切り替えることができるため、マークＭＫの検出精度の低下を低減することができる。換言すれば、位置検出装置２００は、マークＭＫの検出精度を低下させることなく、基板ＳＢやマークＭＫの位置を高精度に検出することができる。また、大気環境下で使用される駆動部と同等の性能を有するように駆動部５を構成する必要がないため、コストの増加を抑えることができる。

なお、本実施形態では、開口絞り３、遮光板４及び駆動部５は、照明光学系６０に含まれているが、結像光学系７０に含まれていてもよい。この場合、遮光板４を用いて、開口絞り３の明視野用開口３２及び暗視野用開口３４を通過した光のうち、いずれか一方の光を通過させ、他方の光を遮光することで、マークＭＫからの光を検出部７５（検出面７５ａ）で検出する際の検出条件を切り替える。換言すれば、高い位置決め精度が必要となる開口絞り３を駆動することなく、開口絞り３よりも必要とされる位置決め精度が低い遮光板４を駆動することで、検出条件を切り替えることが可能となる。

例えば、検出条件を明視野検出に設定する際には、駆動部５は、開口絞り３に対して、明視野用領域４２を位置決めする。具体的には、明視野用開口領域４２ａがマークＭＫから明視野用開口３２を通して検出面７５ａに至る経路を遮断せず、遮光領域４２ｂがマークＭＫから暗視野用開口３４を通して検出面７５ａに至る経路を遮断するように明視野用領域４２を位置決めする。これにより、基板ＳＢに形成されたマークＭＫの明視野像を検出部７５で検出することができる。

また、検出条件を暗視野検出に設定する際には、駆動部５は、開口絞り３に対して、暗視野用領域４４を位置決めする。具体的には、暗視野用開口領域４４ａがマークＭＫから暗視野用開口３４を通して検出面７５ａに至る経路を遮断せず、遮光領域４４ｂがマークＭＫから明視野用開口３２を通して検出面７５ａに至る経路を遮断するように暗視野用領域４４を位置決めする。これにより、基板ＳＢに形成されたマークＭＫの暗視野像を検出部７５で検出することができる。

以下、位置検出装置２００を適用した露光装置及び描画装置について説明する。

図４は、位置検出装置２００を適用した露光装置４００の構成を示す図である。露光装置４００は、１０ｎｍ〜１５ｎｍ程度の波長を有するＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）光を用いて、レチクルのパターンを基板（ウエハなど）に転写するリソグラフィ装置である。

露光装置４００は、光源部４０１と、照明光学系４０２と、レチクルステージ４０３と、投影光学系４０４と、基板ステージ４０５と、真空チャンバ４０６とを有する。真空チャンバ４０６は、照明光学系４０２、レチクルステージ４０３、投影光学系４０４及び基板ステージ４０５を収納する。また、真空チャンバ４０６の内部の圧力は、１０^−４Ｐａ〜１０^−５Ｐａに維持される。

光源部４０１は、ターゲット供給部４０７と、励起用パルスレーザ照射部４０８と、集光レンズ４０９とを含む。光源部４０１では、励起用パルスレーザ照射部４０８からのパルスレーザを、集光レンズ４０９を介して、ターゲット供給部４０７から真空チャンバ４０６に供給されたターゲット材に照射して、ＥＵＶ光を放射するプラズマ４１０を生成する。

照明光学系４０２は、多層膜ミラーや斜入射ミラーなどを含む複数のミラー４１１と、オプティカルインテグレータ４１２と、アパーチャ４１３とを含む。照明光学系４０２は、プラズマ４１０から放射されたＥＵＶ光を集光し、レチクルステージ４０３に保持されたレチクル４１５を照明する。

投影光学系４０４は、複数のミラー４１６と、アパーチャ４２２とを含み、レチクル４１５で反射されたＥＵＶ光を、基板ステージ４０５に保持された基板４１８に投影する。

露光装置４００において、レチクル４１５と基板４１８との位置合わせや基板４１８の上の複数のショット領域間の位置合わせを行うために、位置検出装置２００を適用することが可能である。位置検出装置２００は、上述したように、基板４１８の位置や基板４１８の上のショット領域の位置を高精度に検出することができる。従って、露光装置４００は、レチクル４１５と基板４１８との位置合わせや基板４１８の上の複数のショット領域間の位置合わせを高精度に行うことができるため、レチクル４１５のパターンを基板４１８に高精度に転写することができる。

図５は、位置検出装置２００を適用した描画装置５００の構成を示す図である。描画装置５００は、荷電粒子線（電子線）を用いて基板にパターンを描画するリソグラフィ装置である。

描画装置５００は、電子銃５２１と、荷電粒子光学系５０１と、荷電粒子線を検出する検出系５２４と、基板５０６を保持する基板ステージ５０２と、真空チャンバ５５０とを有する。真空チャンバ５５０は、電子銃５２１、荷電粒子光学系５０１、検出系５２４及び基板ステージ５０２を収納する。荷電粒子光学系５０１は、電子銃５２１からの荷電粒子線を収束する荷電粒子レンズ５２２と、荷電粒子線を偏向する偏向器５２３とを含む。

描画装置５００において、荷電粒子線と基板５０６との位置合わせや基板５０６の上の複数のショット領域間の位置合わせを行うために、位置検出装置２００を適用することが可能である。位置検出装置２００は、上述したように、基板５０６の位置や基板５０６の上のショット領域の位置を高精度に検出することができる。従って、描画装置５００は、荷電粒子線と基板５０６との位置合わせや基板５０６の上の複数のショット領域間の位置合わせを高精度に行うことができるため、基板５０６にパターンを高精度に描画することができる。

＜第３の実施形態＞
図６は、本発明の一側面としての顕微鏡装置６００の構成を示す図である。顕微鏡装置６００は、本実施形態では、透過電子顕微鏡として具現化され、被検体としての試料６２０を観察する。但し、顕微鏡装置６００は、透過電子顕微鏡に限定されるものではなく、照明条件や検出条件を切り替えながら試料６２０を観察する顕微鏡に適用可能である。

顕微鏡装置６００は、電子線を発生する電子銃６０１と、試料６２０を装着した試料ホルダ６２１とを有する。また、顕微鏡装置６００は、電子銃６０１からの電子線を試料６２０に照射する照射系６０２と、試料６２０を透過した電子線を検出部６２２（検出面６２２ａ）に導く検出系６０３とを有する。

照射系６０２は、収束レンズ６１２と、球面収差補正レンズ６１４と、伝達レンズ系（転送レンズ系）６１５とを含む。伝達レンズ系６１５は、照射系６０２の光軸に沿って配置された第１伝達レンズ６１５ａ、第２伝達レンズ６１５ｂ及び第３伝達レンズ６１５ｃで構成されている。また、検出系６０３は、開口絞り３と、遮光板４と、駆動部５と、対物レンズ６１６と、検出部６２２とを含む。電子銃６０１からの電子線は高いエネルギーを有するため、照射系６０２及び検出系６０３における各レンズは磁界型レンズであるとよい。但し、絶縁耐圧が許容される場合には、照射系６０２及び検出系６０３における各レンズは静電型レンズであってもよい。

顕微鏡装置６００において、電子銃６０１からの電子線は、収束レンズ６１２、球面収差補正レンズ６１４及び伝達レンズ系６１５を介して、試料６２０の上に収束する。試料６２０を透過した電子線は、開口絞り３、遮光板４及び対物レンズ６１６を介して、検出部６２２で検出される。

顕微鏡装置６００における試料６２０の明視野像及び暗視野像の観察について説明する。本実施形態の顕微鏡装置６００では、遮光板４を用いて、試料６２０を透過した電子線の一部（明視野検出に対応する電子線又は暗視野検出に対応する電子線）を通過させて検出部６２２に導く。

例えば、開口絞り３に対して遮光板４の明視野用領域４２を位置決めした場合、遮光板４は、開口絞り３の明視野用開口３２を通過した電子線を通過させ、開口絞り３の暗視野用開口３４を通過した電子線を遮光する。従って、試料６２０を透過した電子線（非散乱電子線）と、試料６２０に衝突してエネルギーを失って試料６２０を透過した電子線（非弾性散乱電子線）が検出部６２２で検出される。これは、非散乱電子線及び非弾性散乱電子線は、試料６２０への入射角（照射角）に応じた小さな散乱角（一般には、約１０ｍｒａｄ以下）で透過するからである。このようにして、試料６２０の明視野像が検出部６２２で検出される。

また、開口絞り３に対して遮光板４の暗視野用領域４４を位置決めした場合、遮光板４は、開口絞り３の暗視野用開口３４を通過した光を通過させ、開口絞り３の明視野用開口３２を通過した光を遮光する。従って、非散乱電子線や非弾性散乱電子線は遮光され、エネルギーを失わずに試料６２０を透過した電子線（弾性散乱電子線）が検出部６２２で検出される。これは、弾性散乱電子の散乱角が非散乱電子線や非弾性散乱電子線よりも大きいからである。このようにして、試料６２０の暗視野像が検出部６２２で検出される。

本実施形態の顕微鏡装置６００では、高い位置決め精度が必要となる開口絞り３を駆動することなく、開口絞り３よりも必要とされる位置決め精度が低い遮光板４を駆動することで、試料６２０を透過した光を検出部６２２で検出する際の検出条件を切り替えている。従って、大気環境下で使用される駆動部よりも性能が低い駆動部５を用いても、検出部６２２での検出精度を低下させることなく、検出条件を切り替えることができるため、試料６２０の観察精度の低下を低減することができる。また、大気環境下で使用される駆動部と同等の性能を有するように駆動部５を構成する必要がないため、コストの増加を抑えることができる。

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ないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

Claims (11)

1. 光源からの光で被照明面を照明する照明光学系と、
   前記被照明面を照明する際の照明条件を、第１条件に規定するための第１開口と、前記第１条件とは異なる第２条件に規定するための第２開口とを含み、前記照明光学系の瞳面に固定された開口絞りと、
   遮光領域を有する遮光板と、
   前記遮光板を駆動する駆動部と、
   を有し、
   前記駆動部は、
   前記照明条件を前記第１条件に設定する場合には、前記遮光領域が前記光源から前記第２開口を通して前記被照明面に至る第２経路を遮るように前記遮光板を位置決めし、
   前記照明条件を前記第２条件に設定する場合には、前記遮光領域が前記光源から前記第１開口を通して前記被照明面に至る第１経路を遮るように前記遮光板を位置決めすることを特徴とする光学装置。
2. 前記遮光板は、第１遮光領域と、第２遮光領域とを有し、
   前記駆動部は、
   前記照明条件を前記第１条件に設定する場合には、前記第１遮光領域が前記第２経路を遮るように前記遮光板を位置決めし、
   前記照明条件を前記第２条件に設定する場合には、前記第２遮光領域が前記第１経路を遮るように前記遮光板を位置決めすることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. 前記遮光板は、第１開口領域と前記第１遮光領域とを含む第１領域と、第２開口領域と前記第２遮光領域とを含む第２領域とを有し、
   前記遮光板は、前記開口絞りよりも前記被照明面側に配置され、
   前記照明条件を前記第１条件に設定する際には、前記第１開口領域は前記第１開口を通過した光を通過させ、前記第１遮光領域は前記第２開口を通過した光を遮光し、
   前記照明条件を前記第２条件に設定する際には、前記第２開口領域は前記第２開口を通過した光を通過させ、前記第２遮光領域は前記第１開口を通過した光を遮光することを特徴とする請求項２に記載の光学装置。
4. 前記遮光板は、第１開口領域と前記第１遮光領域とを含む第１領域と、第２開口領域と前記第２遮光領域とを含む第２領域とを有し、
   前記遮光板は、前記開口絞りよりも前記光源側に配置され、
   前記照明条件を前記第１条件に設定する際には、前記第１開口領域は、前記光源からの光のうち前記第１開口に到達する光を通過させ、前記第１遮光領域は、前記光源からの光のうち前記第２開口に到達する光を遮光し、
   前記照明条件を前記第２条件に設定する際には、前記第２開口領域は、前記光源からの光のうち前記第２開口に到達する光を通過させ、前記第２遮光領域は、前記光源からの光のうち前記第１開口に到達する光を遮光することを特徴とする請求項２に記載の光学装置。
5. 前記第１開口領域の大きさは、前記第１開口の大きさよりも大きく、
   前記第２開口領域の大きさは、前記第２開口の大きさよりも大きいことを特徴とする請求項３又は４のうちいずれか１項に記載の光学装置。
6. 前記遮光板は、第１遮光領域を有する第１遮光板と、第２遮光領域を有する第２遮光板とを有し、
   前記駆動部は、
   前記照明条件を前記第１条件に設定する場合には、前記第１遮光領域が前記第２経路を遮るように前記第１遮光板を位置決めし、
   前記照明条件を前記第２条件に設定する場合には、前記第２遮光領域が前記第１経路を遮るように前記第２遮光板を位置決めすることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
7. 前記照明光学系、前記開口絞り、前記遮光板及び前記駆動部は、真空環境下に配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の光学装置。
8. 前記第１条件は、明視野照明であり、
   前記第２条件は、暗視野照明であることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の光学装置。
9. 光源からの光で被検体を照明する照明光学系と、前記被検体からの光を検出面に結像する結像光学系とを備え、前記被検体の位置を検出する位置検出装置であって、
   前記照明光学系は、
   前記被検体を照明する際の照明条件を、第１条件に規定するための第１開口と、前記第１条件とは異なる第２条件に規定するための第２開口とを含み、前記照明光学系の瞳面に固定された開口絞りと、
   第１開口領域と第１遮光領域とを含む第１領域と、第２開口領域と第２遮光領域とを含む第２領域とを有する遮光板と、
   前記遮光板を駆動する駆動部と、
   を有し、
   前記駆動部は、
   前記照明条件を前記第１条件に設定する際には、前記第１開口領域が前記光源から前記第１開口を通して前記被検体に至る第１経路を遮断せず、前記第１遮光領域が前記光源から前記第２開口を通して前記被検体に至る第２経路を遮断するように前記第１領域を位置決めし、
   前記照明条件を前記第２条件に設定する際には、前記第２開口領域が前記第２経路を遮断せず、前記第２遮光領域が前記第１経路を遮断するように前記第２領域を位置決めすることを特徴とする位置検出装置。
10. 光源からの光で被検体を照明する照明光学系と、前記被検体からの光を検出面に結像する結像光学系とを備え、前記被検体の位置を検出する位置検出装置であって、
    前記結像光学系は、
    前記被検体からの光を前記検出面で検出する際の検出条件を、第１条件に規定するための第１開口と、前記第１条件とは異なる第２条件に規定するための第２開口とを含み、前記結像光学系の瞳面に固定された開口絞りと、
    第１開口領域と第１遮光領域とを含む第１領域と、第２開口領域と第２遮光領域とを含む第２領域とを有する遮光板と、
    前記遮光板を駆動する駆動部と、
    を有し、
    前記駆動部は、
    前記検出条件を前記第１条件に設定する際には、前記第１開口領域が前記被検体から前記第１開口を通して前記検出面に至る第１経路を遮断せず、前記第１遮光領域が前記被検体から前記第２開口を通して前記検出面に至る第２経路を遮断するように前記第１領域を位置決めし、
    前記検出条件を前記第２条件に設定する際には、前記第２開口領域が前記第２経路を遮断せず、前記第２遮光領域が前記第１経路を遮断するように前記第２領域を位置決めすることを特徴とする位置検出装置。
11. 被検体に電子線を照射する照射系と、前記被検体を透過した電子線を検出面に導く検出系とを備え、前記被検体を観察する顕微鏡装置であって、
    前記検出系は、
    前記被検体を透過した電子線を前記検出面で検出する際の検出条件を、第１条件に規定するための第１開口と、前記第１条件とは異なる第２条件に規定するための第２開口とを含み、前記検出系の瞳面に固定された開口絞りと、
    第１開口領域と第１遮光領域とを含む第１領域と、第２開口領域と第２遮光領域とを含む第２領域とを有する遮光板と、
    前記遮光板を駆動する駆動部と、
    を有し、
    前記駆動部は、
    前記検出条件を前記第１条件に設定する際には、前記第１開口領域が前記被検体から前記第１開口を通して前記検出面に至る第１経路を遮断せず、前記第１遮光領域が前記被検体から前記第２開口を通して前記検出面に至る第２経路を遮断するように前記第１領域を位置決めし、
    前記検出条件を前記第２条件に設定する際には、前記第２開口領域が前記第２経路を遮断せず、前記第２遮光領域が前記第１経路を遮断するように前記第２領域を位置決めすることを特徴とする顕微鏡装置。

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