JP2015125424A - 光学装置、リソグラフィ装置、及び物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 １本のファイバを用いて波長の異なる複数光源全てからの光を導光した場合よりも光量損失のばらつきを低減可能な光学装置を提供する。
【解決手段】 本発明は被照射面に光を照明する光学系を有する光学装置に関する。互いに波長が異なる光を射出する３個以上の光源１と、光源１からの３以上の光を前記光学系に導く複数のファイバ７ａ〜７ｄとを有する。複数のファイバは、３以上の光のうち２以上の光が入射する第１のファイバ７ｄと、２以上の光以外の波長の光が入射する第２のファイバ７ａとを有し、第１のファイバ７ｄと第２のファイバ７ａとは互いにカットオフ波長が異なることを特徴とする。
【選択図】 図５

Description

本発明は、光学装置、リソグラフィ装置、及び物品の製造方法に関する。

特許文献１は、互いに波長の異なる光を放射する３つ、あるいは４つの光源から射出した３または４つの光を、コリメータレンズを介して合成し、１本のファイバに入射する顕微鏡に関する。このファイバに入射する合成光の入射角がファイバの臨界角よりも小さくかつ光源の像がファイバの入射端面を超えない範囲で最大の大きさとなるように、各光源からの光に、互いに光学特性が異なるコリメータレンズを使用する旨が記載されている。

特開２００８−１３９８２０号公報

特許文献１のように、１本のファイバを用いて波長の異なる複数光源全てからの光を導光すると、ファイバに対して外部から振動や曲げ応力が加わった際に、波長ごとの応力耐性の違いに起因して各光源からの光の光量損失の度合いがばらつく恐れがある。

これにより、光を照明する対象物の違い又は対象物上の照明位置の違いによって反射特性の良い波長が異なる場合には、得られる像のコントラストや像から求める位置の計測精度が低下する恐れがある。

そこで本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、１本のファイバを用いて波長の異なる複数光源全てからの光を導光した場合よりも光量損失のばらつきを低減可能な光学装置を提供することを目的とする。

本発明の光学装置は、被照射面に光を照明する光学系を有する光学装置であって、互いに波長が異なる光を射出する３個以上の光源と、前記３個以上の光源からの３以上の光を前記光学系に導く複数のファイバとを有し、前記複数のファイバは、前記３以上の光のうち２以上の光が入射する第１のファイバと、前記２以上の光以外の波長の光が入射する第２のファイバとを有し、前記第１のファイバと前記第２のファイバとは互いにカットオフ波長が異なることを特徴とする。

本発明の光学装置は、１本のファイバを用いて波長の異なる複数光源全てからの光を導光した場合よりも光量損失のばらつきを低減可能である。

第１実施形態に係る光学装置１００の構成図。 第２実施形態に係る光学装置２００ａ、２００ｂの構成図。 第３実施形態に係る光学装置３００の構成図。 第４実施形態に係るピックアップ光学系４００の構成図。 第５実施形態に係る位置検出装置５００の構成図。 第６実施形態に係るリソグラフィ装置６００、位置検出装置５００の構成図。

以下の各実施形態は、互いに波長が異なる光を射出する光源を３個以上有しており、各々の光源からの光量損失のばらつきをなるべく抑えながら、各々の光源からの３以上の光を導光して被照射面に照射する（照明する）光学装置に関する。

［第１実施形態］
図１は第１実施形態に係る光学装置１００の構成を示す図である。光学装置１００は、所定の偏光方向の直線偏光光を照明したいという要求のある顕微鏡である。

光学装置１００は、光源１（１ａ、１ｂ、１ｃ）、導光手段２、照明光学系３を有している。光源１から射出された光を導光手段２を介して照明光学系（光学系）３に導光し、照明光学系３内のダイクロイックプリズム４で異なる光路から入射した光を合成して、同じく照明光学系３内の対物レンズ５を介して被照射面１１に照明する。

３つの光源１ａ、１ｂ、１ｃは互いに波長の異なる光を出射するレーザ光源である。光源１ａの光の波長をλ１、光源１ｂの光の波長をλ２、光源１ｃの光の波長をλ３（λ１＜λ２＜λ３）とする。ただし、λ１とλ２の波長差に比べて、λ２とλ３の波長差は短いとする。

光源１のレーザ光源として、半導体レーザ、ＡｒやＨｅ−Ｎｅを媒質とするガスレーザ等を使用する。なお、光源１ａ、１ｂ、１ｃとして種類の異なる光源を組み合わせて使用しても構わない。

導光手段２は、光源１ａの光を導光するファイバ７ａ（第２のファイバ）及びその両端に設けられたコネクタ８ａ、光源１ｂの光を導光するファイバ７ｂ及びその両端に設けられたコネクタ８ｂを有している。光源１ｃの光を導光するファイバ７ｃ及びその両端に設けられたコネクタ８ｃを有している。さらに、ファイバ７ｂとファイバ７ｃにより導光した光を合成してファイバ７ｄ（第１のファイバ）に射出するカプラ９と、ファイバ７ｄの両端に設けられたコネクタ８ｄを有している。

ファイバ７ａ〜７ｄ（複数のファイバ）のうち、最終的には光源１ａの光をファイバ７ａで、光源１ｂ、１ｃの光をファイバ７ｄで照明光学系３に導いている。ファイバ７ａ、ファイバ７ｄには異なるカットオフ波長を示すファイバを使用する。なお、カットオフ波長は、シングルモードファイバにおいて光がマルチモードとシングルモードのどちらの分散モードで伝搬するかどうかの境界波長である。製造工程に起因してばらつきが生じるため、カットオフ波長は所定範囲の波長帯域で表される。

一般に、ファイバに対して曲げ応力が加わった場合、光量損失が生じる。これは曲げ応力が加わった際に、ファイバのコア及びクラッドの境界面に入射する光の角度が臨界角よりも小さくなった光が全反射できず、一部の光が外部に放出されることによる。波長ごとに曲げ応力耐性がことなるため、同じファイバに対して波長の帯域差が大きな光を入射したときほど、光量損失がばらつくことになる。

そのため、光量損失のばらつきを低減するためには、図１に示すように、ファイバ７ｄで導光する複数の波長の光は全ての光源の波長のうちλ２とλ３のように相対的に近い波長の光であることが好ましい。すなわち、ファイバ７ｄに対して波長がλ１とλ３の光を組み合わせて入射することは避けることが好ましい。

さらに、ファイバ７ａ〜７ｄは、各光源からの光をシングルモードで伝搬可能なシングルモードファイバであることが好ましい。シングルモードファイバであれば、レーザ光源のような直線偏光光の偏波面をなるべく保持して伝搬することが可能である。マルチモードファイバを使用してしまうと、所望の偏波面を保持できなくなってしまう。

光量損失をなるべく抑えてシングルモードで光を導光するために、ファイバ７ａは波長λ１の光を、ファイバ７ｄは波長λ２及びλ３の光をシングルモードで伝送できるカットオフ波長を有するファイバを各々選択する。そのためには、ファイバで導光する光の最短の波長よりも短い長さの波長帯域をカットオフ波長として示すファイバを選択すれば良い。そこで、ファイバ７ｄを選択する際には、そのカットオフ波長の波長帯域が波長λ２よりも短い波長帯域からなり、かつ比較的波長λ２やλ３の光の光量損失が少ないファイバを選択する。

照明光学系３は、コリメータレンズＬ１、Ｌ２を有している。光源１ａからの光を平行にするコリメータレンズＬ１と、光源１ｂ及び光源１ｃからの光を各々平行にするコリメータレンズＬ２を有している。さらに、コリメータレンズＬ２を通過した光をダイクロイックプリズム４に向けて反射するミラー１０、コリメータレンズＬ１、Ｌ２とダイクロイックプリズム４との間に配置されている開口絞り６も有している。その他、コリメータレンズＬ１、Ｌ２で平行にした光の形状を維持するために不図示のレンズを配置していても構わない。

コリメータレンズＬ１、Ｌ２は、焦点位置、レンズの厚さ等の光学特性が異なるレンズを使用することが好ましい。例えば、各々適切な焦点位置を有しているコリメータレンズＬ１、Ｌ２を選択することで、ファイバ７ａ、７ｄから射出される光の径を揃えることが可能となる。これにより、各々のファイバ７ａ，７ｄのモードフィールド径が異なることに起因して生じる各々の光の結像倍率の違いを補正することが可能となる。

また、コリメータレンズを配置する光路の数を１つに集約しないことにより、各々の光路に配置するコリメータレンズＬ１、Ｌ２ごとにレンズの曲率、レンズの厚さ、硝材等を選ぶことが可能である。よって、これらを適切に選択すれば被照射面１１における色収差の影響を低減する効果もある。コリメータレンズをユニットとして複数のコリメータレンズで構成している場合には、レンズ間の距離を調整して色収差を補正することも可能である。

照明光学系３の瞳面に配置している開口絞り６によって、被照射面１１の像のコントラストや分解能を調整することができる。なお、光源１ａ、１ｂ、１ｃの波長間の差異が小さい場合には、ダイクロイックプリズム４と対物レンズ５との間にのみ開口絞り６を置くことで開口数を一律に調整し、省スペース化を図っても良い。これらの開口絞り６の開口数の調整は、開口の絞り量を虹彩絞りを用いて調整する。

所定の偏光方向の偏光光を照明するには、ファイバ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄに入射する各々の偏光光同士の偏光方向の角度ずれよりも、ダイクロイックプリズム４で合成後の各々の偏光光同士の偏光方向の角度ずれは少ない方が好ましい。本実施形態では、ファイバ７ａ及び７ｄの光の射出口を所定量回転させた状態でダイクロイックプリズム４に向けて光を射出することで、合成光に含まれる各々の波長の光の偏光方向を一致させている。

偏光光の偏波面をより保持した状態で光を導光したい場合には、ファイバ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄとして、シングルモードファイバのうち偏波面保持ファイバを使用することが好ましい。コアに対して非軸対称な応力を加えてファイバ内の複屈折を誘起する構造となっているため、外部からの振動や応力による偏光特性の変化を抑制することができる。

このように光学装置１００を構成すれば、曲げ応力に伴う光量の損失を低減しつつ、前述の光の射出口の回転位置調整と組み合わせることによって、ダイクロイックプリズム４から射出される偏光方向が一致するように調整することが容易となる。

なお、本実施形態の光学装置１００は、クリティカル照明の光学装置であってもケーラー照明の光学装置であっても良い。

本実施形態における光学装置は、互いに波長が異なる光を射出するＭ（Ｍは３以上の整数）個の光源をＮ個の群に分けて、照明光学系に直接的に光を入射させるＮ（Ｍ＞Ｎ≧２）本のファイバを有している。以下、Ｎ個の群に分けられた光源のうち、出射光が同じ１本のファイバで導光される複数の光源のことを光源群と称す。

光源の数よりも照明光学系に直接的に光を入射させるファイバの本数を少なくし、かつ異なるカットオフ波長を示すファイバを用いて光学装置を構成している。

照明光学系に直接的に光を入射させるファイバのうち、少なくとも１本のファイバでは２以上の光源からの入射光を、さらに他のファイバでは前記少なくとも１本のファイバに入射する光以外の波長の入射光を導光する。これにより、１本のファイバで複数の異なる波長の光を全て導光する場合に比べて、異なる波長間の光量損失のばらつきを低減することが可能となる。より偏波面を維持したい場合には、偏向面を維持しながら導光することが可能な偏波面保持ファイバを使用することによってさらに高めることが可能となる。

また、光量損失が大きくなりやすい光源の出力を無理に上げて光量損失のばらつきを抑制する場合に比べて、光源の寿命や出力の安定性を確保することが可能となる。さらに光源と同数のファイバで導光しないため、ファイバから射出された照明光学系における光路の数が少ない分、光学装置の小型化を実現することができる。

［第２実施形態］
本実施形態の光学装置は、第１実施形態と同様、所定の偏光方向の直線偏光光を照明したいという要求のある顕微鏡である。

図２（Ａ）は第２実施形態に係る光学装置２００ａ、図２（Ｂ）は第２実施形態に係る光学装置２００ｂの構成を示す図である。第２の実施形態は、光源１ｂ、光源１ｃの光を合成する手段として、カプラ９を使用しない点で第１の実施形態とは異なる。

図２（Ａ）では、第１実施形態におけるファイバ７ｂ、７ｃ、コネクタ８ｂ、８ｃ、カプラ９の代わりに、レンズ系２０ｂ、２０ｃ、ミラー２１、ダイクロイックプリズム４’を用いて、同一の光源群（光源１ｂ、１ｃ）からの光を合成している。光源１ｂから射出した光をレンズ系２０ｂでダイクロイックプリズム４’に導光し、光源１ｃから射出した光をレンズ系２０ｃで導光してその光路をミラー２１で曲げてからダイクロイックプリズム４’に入射している。

ダイクロイックプリズム４’は光源１ｂ、１ｃから射出した光を合成する。カプラ９を使用しないことにより、同一の光源群の光の合成に伴う、光量損失を低減することができるという利点がある。

図２（Ｂ）では、第１実施形態におけるファイバ７ｂ、７ｃ、コネクタ８ｂ、８ｃはそのまま使用する点で図２（Ａ）の実施形態とは異なる。カプラ９を使用せずに光源１ｂから射出する光をレンズ系２０ｂでダイクロイックプリズム４’に導光している。一方、光源１ｃから射出する光をレンズ系２０ｃで導光して、その光路をミラー２１で曲げてからダイクロイックプリズム４’に入射している。

光学装置２００ａと同様、カプラを用いずにダイクロイックプリズム４’を用いて同一の光源群の光を合成することで光量損失がばらつくことを低減することができるという利点がある。ファイバ７ｂ、７ｃの長さ調整により、光源１ｂ、１ｃの配置の自由度が増すことと、光源１ｂ、１ｃからの発熱が他の周囲の機器に影響を及ぼすことを防ぐこととが可能となる。さらに、光源１ｂ、１ｃやファイバ７ｂ、７ｃの交換はコネクタ８ｂ、８ｃにおける接続の取り外しによって行うため、導光手段２や照明光学系３における光軸の再調整が不要となるという効果もある。

［第３実施形態］
本実施形態の光学装置は、第１、第２実施形態と同様、所定の偏光方向の直線偏光光を照明したいという要求のある顕微鏡である。図３は第３実施形態に係る光学装置３００の構成を示す図である。光源１の数が計５つである点と、それらの光の合成方法が異なる点で、第１の実施形態とは異なる。

光源１ａ（波長λ１）、１ｂ（波長λ２）、１ｃ（波長λ３）から射出する光の導光手段２の構成は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。光源１ｅの波長をλ４、光源１ｆの波長をλ５（λ１＜λ２＜λ３＜λ４＜λ５）とする。

さらに導光手段２は、光源１ｅの光を導光するファイバ７ｅ及びその両端に設けられたコネクタ８ｅ、光源１ｆの光を導光するファイバ７ｆ及びその両端に設けられたコネクタ８ｆを有している。また、ファイバ７ｅ、７ｆにより導光した光を合成してファイバ７ｇに射出するためのカプラ９ｂと、ファイバ７ｇの両端に設けられたコネクタ８ｇとを有している。光源１の偏光方向をなるべく保持するためにも、ファイバ７ａ〜７ｇとしてシングルモードファイバを使用している。

全ての波長をシングルモードで導光するためには、各ファイバ７ａ〜７ｇのカットオフ波長は、各ファイバに入射する最短の波長よりも短い長さの波長帯域を示すことが好ましい。すなわち、ファイバ７ａとしてカットオフ波長がλ１よりも短いファイバを、ファイバ７ｄとしてカットオフ波長がλ２よりも短いファイバを、ファイバ７ｇとしてカットオフ波長がλ４よりも短いファイバを選ぶことが好ましい。このようにファイバ７ａ、７ｄ、７ｇは、カットオフ波長が各々異なるものを使用する。

本実施形態では、ファイバ７ａ、７ｄ、７ｇから射出した光を各々コリメータレンズで平行光にしてからダイクロイックプリズム４で合成するのではなく、ファイバ７ｄ、７ｇから射出した光は一度ダイクロイックプリズム４’で合成している。そして、ダイクロイックプリズム４’で合成した光をコリメータレンズＬ２に入射させている。このように、ファイバ７ａ〜７ｇから照明光学系３に射出した光路であってコリメータレンズを配置する光路の数Ｐを、照明光学系に直接的に光を入射させるファイバの本数Ｎよりも少なくしている。

波長λ２、λ３、λ４、λ５が所定の波長帯域幅内であり、同一のコリメータレンズＬ２を通過させることにより生じる色収差が被照射面１１上で許容範囲内となる場合には、本実施形態を適用することが好ましい。光学装置３００内に配置するレンズの個数をなるべく少ない構成にすることで、色収差補正に伴う光学装置３００の大型化及び複雑化を低減することが可能となる。また、第１及び第２実施形態と同様、光源数Ｍよりもファイバ７ａ、７ｄ、７ｇの本数Ｎ（Ｎ≧２）を少なくすることにより、光学装置３００を小型化しつつ、光量損失のばらつきを低減する効果も得られる。

以上の第１〜第３実施形態に示す光学装置１００、２００ａ、２００ｂ、３００は、顕微鏡の光学装置としてはもちろんのこと、後述のピックアップ光学系４００や位置検出装置５００に適用することも可能である。

［第４実施形態］
図４に第４実施形態に係るピックアップ光学系４００の構成を示す。ピックアップ光学系４００は、被照射面であるＣＤやＤＶＤ等の光ディスク４０に光を照射して、光ディスク４０内の情報の読取が可能なピックアップ光学系である。ピックアップ光学系４００は光源１から射出した光を、導光手段２、照明光学系３を介して光ディスク４０に照射する。光ディスク４０で反射した光は検出光学系４１を介して検出器４２で検出される。検出器４２における出力信号を用いて、光ディスク４０に記録されている情報を読み取る。

光源１、導光手段２、及び照明光学系３において光源１ａ、１ｂ、１ｃの光をダイクロイックプリズム４で合成するまでの構成は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。なお、ピックアップ光学系４００は、後述の偏光ビームスプリッタ４３（以下、ビームスプリッタ４３と称す）を使用するため、光源１は直線偏光光であり、ファイバ７ａ〜７ｄはシングルモードファイバであることが好ましい。このように構成して偏波面を保持したまま光を導光することにより、ビームスプリッタ４３を通過できない光による大幅な光量損失が生じることを防ぐことが可能となる。

光源１として半導体レーザを使用して直線偏光光を得る。また、被照射面１１である光ディスク４０の種類に応じた光源１を用意するため、例えば光源１ａの波長λ１＝４０５ｎｍ、光源１ｂの波長λ２＝６５０ｎｍ、光源１ｃの波長λ３＝７８０ｎｍとする。４００ｎｍ程度の波長の光源としては、ＧａＮ系青紫色半導体レーザやＳＨＧ青紫色レーザ等を使用する。

照明光学系３は、さらに、ダイクロイックプリズム４によって合成した光を反射するミラー１０ｂ、ビームスプリッタ４３、λ／４板４４、開口絞り６、対物レンズ５を有している。ビームスプリッタ４３はビームスプリッタ４３に対する光の入射面に平行な面内（ＹＺ平面と平行な面）に振動するＰ偏光の光を透過し、光の入射面に垂直な方向（ＸＺ平面と平行な面）に振動するＳ偏光の光を入射方向とは直角方向に反射する。

Ｐ偏向の光はλ／４板４４を通過して円偏光に変換され、変換された円偏光の光は開口絞り６を介して、対物レンズ５によって光ディスク４０に光を結像する。対物レンズ５の開口数は、ピックアップ光学系４００において一般的な値である０．６以上とする。

検出光学系４１は、対物レンズ５、開口絞り６、λ／４板４４、ビームスプリッタ４３、結像用のレンズ４５を有している。すなわち、対物レンズ５、開口絞り６、λ／４板４４、ビームスプリッタ４３は照明光学系３及び検出光学系４１の両方に属している。

対物レンズ５によって照射された光は、光ディスク４０からの光（正反射光、反射回折光、反射散乱光のいずれか、あるいはこれらの組み合わせを含む）は、照明した円偏光に対して回転方向が逆回りの円偏光となる。よって再び対物レンズ５及び開口絞り６を通過した円偏光は、λ／４板４４によって直線偏光に戻るが、反射光はＳ偏光の直線偏光となるため、ビームスプリッタ４３によって入射方向と直角方向に反射される。その後、結像用のレンズ４５によって検出器４２光を結像し、検出器４２は光信号を検出することで情報を読み出す。

本実施形態のように、ビームスプリッタ４３を使用する場合は、ファイバ７ａ〜７ｄとして偏波面保持ファイバを使用し、かつその偏波面保持ファイバの射出口から射出される偏光光が所定の方向に偏向するように射出口の向きを調整しておく。このようにして、ファイバ７ａ、７ｄに入射する各々の偏光光同士の偏光方向の角度ずれよりも、ダイクロイックプリズム４で合成後の各々の偏光光同士の偏光方向の角度ずれは少なくして合成光の偏光方向を揃えることが好ましい。

ビームスプリッタ４３を透過後の光量損失の度合いを減らし、光量損失のばらつきを低減することによって、照明光のコントラストの低下を抑制して光信号の読み出し精度の低下を抑えることが可能となる。

ピックアップ光学系は通常配置スペースに十分な余裕のないことが多い。そのため、光源数Ｍよりも照明光学系に対して直接的に光を入射するファイバの本数Ｎ（Ｎ≧２）を少なくする構成は、光量損失のばらつきを低減しつつもピックアップ光学系を小型化可能であるという点で優れている。また、光量損失のばらつきを低減できることから、波長によって光量偏差の少ない円偏光を形成することが可能となり光ディスク上の各位置における情報の読み取り誤差を軽減することが可能となる。

［第５実施形態］
図５に第５実施形態に係る位置検出装置５００の構成を示す。位置検出装置５００は光源１から射出した光をウエハ（基板）等の被照射面１１に照射し、被照射面１１上に形成されているマーク５０の位置を検出する光学装置である。位置検出装置５００は、光源１、導光手段２、照明光学系３、位置検出用の検出光学系５１を有している。

光源１、導光手段２、及び照明光学系３において光源１ａ、１ｂ、１ｃの光をダイクロイックプリズム４で合成するまでの構成は第４実施形態と同様であるため説明を省略する。位置検出装置５００も、ビームスプリッタ４３を使用するため、光源１は直線偏光光であり、ファイバ７ａ〜７ｄはシングルモードファイバであることが好ましい。このように構成して偏波面を保持したまま光を導光することにより、ビームスプリッタ４３で大幅な光量損失が生じることを防ぐことが可能となる。

光源１ａ〜１ｃとして、互いに波長の異なる直線偏光の光を射出する光源を使用する。本実施例の光源１ａ〜１ｃの波長は、λ１＝４５０ｎｍ、λ２＝６３５ｎｍ、λ３＝７８０ｎｍである。光源１ａ〜１ｃの波長が特定の狭帯域のみに分散しないようにすることが好ましい。これにより、被照射面１１上の各位置における反射率の波長依存性の影響を受けて、異なる位置に形成されているマーク５０ごとに計測精度が変化してしまうことを低減することができる。

また、導光時の光量損失のばらつきが大きくなりやすいため、λ２＝４５０ｎｍ、λ３＝７８０ｎｍというように波長差の大きい光源同士を組み合わせてファイバ７ｄで導光することは避けるべきである。

ダイクロイックプリズム４で合成した光は、ビームスプリッタ４３に入射する。ビームスプリッタ４３はＹ軸に平行なＰ偏光の光を透過し、Ｘ軸方向に平行なＳ偏光の光を被照射面１１の方向に反射する。ビームスプリッタ４３で反射されたＳ偏光の光は、λ／４板４４、開口絞り６、対物レンズ５を介して、被照射面１１に光を照明する。

検出光学系５１は対物レンズ５、開口絞り６、λ／４板４４、ビームスプリッタ４３、結像用のレンズ４５、検出器５２を有している。検出器５２としてはＣＭＯＳやＣＣＤ等の撮像素子を使用する。対物レンズ５、開口絞り６、λ／４板４４、ビームスプリッタ４３は照明光学系３及び検出光学系５１の両方に属している。

マーク５０からの光（正反射光、反射回折光、反射散乱光のいずれか、あるいはこれらの組み合わせを含む）は、再び対物レンズ５、開口絞り６、λ／４板４４を透過して、ビームスプリッタ４３に入射する。なお、ビームスプリッタ４３で反射されたＳ偏光の光は、第４実施形態と同様の作用によって円偏光の光としてマーク５０に照明され、再びλ／４板４４を透過することで直線偏光に戻る。

Ｓ偏光由来の円偏光はその回転方向が変化し、再びビームスプリッタ４３に入射する。そしてレンズ４５で検出器５２にマーク５０の像を結像する。検出器５２はマーク５０の像から、被照射面１１上におけるマーク５０の位置を求める。

光源数Ｍよりも照明光学系に対して直接的に光を入射するファイバの本数Ｎ（Ｎ≧２）を少なくする構成は、同一のファイバ内を透過する複数波長の光の光量損失のばらつきや収差発生の影響を低減しつつも光学装置を小型化可能であるという点で優れている。

［第６実施形態］
図６（ａ）はリソグラフィ装置６００の図である。第５実施形態の位置検出装置５００を、光や電子線等のビームを露光する露光装置やインプリント装置等のリソグラフィ装置６００に適用することが可能である。被照射面であるウエハ６２上に形成しているマーク５０の位置検出するために使用する。

本実施形態の場合は、ウエハ６２上に塗布されている不図示のレジストを感光しないようにするためにも、光源１の波長が４５０ｎｍ以上の光を使用することが好ましい。４５０ｎｍ〜８００ｎｍの波長帯域の光を使用することがより好ましい。

図６（ａ）に示すリソグラフィ装置６００は、真空雰囲気（減圧状態）やガス雰囲気の露光空間６１０（以下、チャンバー６１０と称す）内に、リソグラフィ装置６００のビームの被照射面であるウエハ６２がある。このような場合、位置検出装置５００の光源１から生じる発熱がチャンバー６１０内の他の計測機器の計測精度に悪影響を及ぼす可能性がある。

そこで、光源１はチャンバー６１０の隔壁６０を隔ててチャンバーの外部に配置することが好ましい。このとき、チャンバー６１０内に光を導光するために、ファイバ７ａ、７ｄが隔壁６０を貫通するように配置する。

図６（ｂ）は、図６（ａ）における位置検出装置５００の周辺部の拡大図である。複数の波長の光源１から射出した光を１本のファイバで導光すると、隔壁６０の振動や応力によってファイバが曲がることにより、ファイバ内を透過する光の波長ごとに光量損失がばらついたり色収差が生じたりする。一方、光源の数と同じ数のファイバを用意して隔壁６０を挟んで導光する構成にすると、ファイバを固定するためのフランジ６１の数の増大や、チャンバー６１０内における照明光学系３のスペース増大を引き起こしてしまう。

そのため、本実施形態においても、波長の異なる光を射出するＭ（Ｍ≧３）の光源からの光をＮ本のファイバで導光する光源群に分割して、隔壁６０を隔てて光源１からの光を導光する構成にする。なお、各ファイバで導光する光は、なるべく波長の近い光同士にしておくことが好ましい。これにより、ダイクロイックプリズム４で合成するまでの間に生じる波長間の光量損失のばらつきを、１本のファイバのみで導光する場合に比べて低減することができる効果を得る。

さらに、広帯域の波長を射出する白色ＬＥＤ等を光源１として用いた位置検出装置に比べて位置検出装置５００は小型であるため、被照射面１１に露光するビームの近くに位置検出装置５００の照明光学系３を配置することが可能となる。これにより、マーク５０の位置検出に伴う被照射面１１を保持して駆動する、図６（ａ）に示すステージ６３の移動量を小さくすることが可能となる。

なお、位置検出装置５００はウエハ６２の高さ計測としても、ウエハ上に形成した各層のパターンの重ね合わせ精度を検査する、検査装置用の光学装置としても適用することも可能である。

［その他の実施形態］
異なる波長を射出する光源１の個数が３個以上の場合に適用可能であり、例示した３個や５個に限定されるわけではない。また、光源群単位で１つの筐体に収められている形態でも良い。

また、光源１はレーザ光源の他に、各色ＬＥＤやハロゲンランプ等が挙げられる。光源が射出する光が非偏光の場合は、非偏光の光を、偏光板等の偏光素子（不図示）に入射させることよって直線偏光の光を取り出して使用する。また、ハロゲンランプの場合は、ハロゲンランプ同士を組み合わせて使用する場合には、異なる波長で切り出して使用する。また、ハロゲンランプとその他の種類の光源を組み合わせて使用しても構わない。

［物品の製造方法］
本発明の物品（半導体集積回路素子、液晶表示素子、ＣＤ−ＲＷ、フォトマスク等）の製造方法は、前述の光学装置を有する、光や電子線等のビームを露光する露光装置やインプリント装置等のリソグラフィ装置を用いてＳｉウエハやガラス等の基板上にパターンを形成する工程を有する。さらに、パターンが形成された基板に対してエッチング処理及びイオン注入処理の少なくともいずれか一方を施す工程を有している。さらに、他の周知の工程（現像、酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含んでいても良い。

１ 光源
３ 照明光学系
７ａ〜７ｇ 複数のファイバ（７ａ：第２のファイバ、７ｄ、７ｇ：第１のファイバ）
１１ 被照射面
１００、２００、３００ 光学装置
４００ ピックアップ光学系（光学装置）
５００ 位置検出装置（光学装置）
Ｌ１、Ｌ２ コリメータレンズ
６００ リソグラフィ装置
６２ ウエハ（基板）

Claims (10)

1. 被照射面に光を照明する光学系を有する光学装置であって、
   互いに波長が異なる光を射出する３個以上の光源と、
   前記３個以上の光源からの３以上の光を前記光学系に導く複数のファイバとを有し、
   前記複数のファイバは、前記３以上の光のうち２以上の光が入射する第１のファイバと、前記２以上の光以外の波長の光が入射する第２のファイバとを有し、前記第１のファイバと前記第２のファイバとは互いにカットオフ波長が異なることを特徴とする光学装置。
2. 前記第１のファイバのカットオフ波長の波長帯域は、前記２以上の光の最短の波長よりも短い波長よりなることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. 前記第１のファイバは、前記３以上の光のうち波長が近い２以上の光を導光することを特徴とする請求項１又は２に記載の光学装置。
4. 前記複数のファイバに入射する光は偏光光であって、前記第１及び前記第２のファイバに入射する偏光光同士の偏波面の角度ずれよりも、前記被照射面に照明する偏光光同士の偏波面の角度ずれのほうが小さいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学装置。
5. 前記複数のファイバは偏波面保持ファイバであり、かつ前記光学系は偏光ビームスプリッタを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学装置。
6. 前記３個以上の光源の波長が４５０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光学装置。
7. 被照射面を偏光光で照明する光学系を有する光学装置であって、
   互いに波長が異なる３以上の偏光光を前記光学系に導く複数の偏波面保持ファイバを有し、
   前記複数の偏波面保持ファイバは、
   前記３以上の偏光光のうち波長が近い２以上の偏光光が入射する第１の偏波面保持ファイバと、
   前記２以上の偏光光のどれよりも波長が長い偏光光が入射するか、前記２以上の偏光光のどれよりも波長が短い偏光光が入射する第２の偏波面保持ファイバとを有し、
   前記第２の偏波面保持ファイバのカットオフ波長は、入射光の波長が前記２以上の偏光光のどれよりも長い場合には、前記第１の偏波面保持ファイバのカットオフ波長より長く、入射光の波長が前記２以上の偏光光のどれよりも短い場合には、前記第１の偏波面
   保持ファイバのカットオフ波長より短いことを特徴とする光学装置。
8. 基板に形成されているマークの位置を検出する位置検出装置を有し、前記位置検出装置が請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光学装置であることを特徴とするリソグラフィ装置。
9. 露光空間内を減圧状態に保持するチャンバーを有し、前記位置検出装置の複数のファイバが前記チャンバーの隔壁を貫通していることを特徴とする請求項８に記載のリソグラフィ装置。
10. 請求項８又は９に記載のリソグラフィ装置を用いて基板を露光する工程と、前記基板に対してエッチング処理及びイオン注入処理の少なくともいずれか一方を施す工程とを有することを特徴とする物品の製造方法。
    

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