JP2020122930A - 計測装置、露光装置及び物品の製造方法 - Google Patents

計測装置、露光装置及び物品の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】被検物体の位置を計測する計測精度の点で有利な計測装置を提供する。【解決手段】被検物体3の位置を計測する計測装置であって、被検物体を照明光で照明する照明系ILと、被検物体からの検出光を、前記被検物体の像を検出する光電変換素子に結像する結像系IMと、照明系と結像系との間に配置された反射型偏光子27及びλ/4板30とを含み、反射型偏光子及びλ/4板を介して照明光と検出光とを分離する分離系DSと、を有し、前離系は、反射型偏光子と前記λ/4板との間に配置された少なくとも1つの光学部材を含み、照明系及び結像系の少なくとも一方は、偏光子55,56を含む。【選択図】図21

Description

本発明は、計測装置、露光装置及び物品の製造方法に関する。
半導体デバイスの製造に用いられる露光装置においては、近年、微細化とともに、基板の重ね合わせ精度(オーバーレイ精度)の高精度化が求められている。オーバーレイ精度には、一般的に、解像度の1/5程度が必要とされるため、半導体デバイスの微細化が進むにつれて、益々、オーバーレイ精度の向上が重要となる。
オーバーレイ精度の向上のためには、位置計測系を高精度に調整することが必要となる。例えば、位置計測系の計測だまされを低減するために、位置計測系のコマ収差と光軸ずれとを分離して高精度に調整する技術が提案されている(特許文献1参照)。
また、オーバーレイ精度の更なる向上のためには、アライメントマークを検出するための光(検出光)の波長の広帯域化が考えられる。特に、近年では、カラーフィルタ工程など、可視光ではコントラストが低く、精度が低いプロセスが増えており、可視光以外の青波長の光や近赤外光などを含む幅広い波長帯の光を使用可能な位置計測系が求められている。
特許第5036429号公報
しかしながら、従来の位置計測系では、検出光の波長を広帯域化した際に、コントラストが低下し、その結果、計測精度やオーバーレイ精度の低下を招いてしまう。これは、照明光学系と結像光学系との合成に用いられる偏光ビームスプリッタなどのS偏光とP偏光とで反射率が異なる部分反射材の特性(膜特性)が完全ではないことに起因する。具体的には、波長帯域が狭ければ、高精度な偏光ビームスプリッタの特性を実現することができるが、波長帯域が広帯域化すると、高精度な偏光ビームスプリッタの特性を実現することができない。これにより、偏光ビームスプリッタでカットしきれなかった偏光成分がフレアとなり、かかるフレアによって位置計測系のコントラストが低下してしまう。
本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、被検物体の位置を計測する計測精度の点で有利な計測装置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計測装置は、被検物体の位置を計測する計測装置であって、前記被検物体を照明光で照明する照明系と、前記被検物体からの検出光を、前記被検物体の像を検出する光電変換素子に結像する結像系と、前記照明系と前記結像系との間に配置された反射型偏光子及びλ/4板とを含み、前記反射型偏光子及び前記λ/4板を介して前記照明光と前記検出光とを分離する分離系と、を有し、前記分離系は、前記反射型偏光子と前記λ/4板との間に配置された少なくとも1つの光学部材を含み、前記照明系及び前記結像系の少なくとも一方は、偏光子を含むことを特徴とする。
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、被検物体の位置を計測する計測精度の点で有利な計測装置を提供することができる。
本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略図である。 基板ステージに配置されるステージ基準プレートの構成を示す図である。 基板アライメント計測系の具体的な構成を示す概略図である。 AF計測系を詳細に説明するための図である。 AF計測系を詳細に説明するための図である。 カラーフィルタを説明するための図である。 RGBカラーフィルタを示す図である。 RGBカラーフィルタの透過率の一例を示す図である。 偏光ビームスプリッタの特性の一例を示す図である。 偏光ビームスプリッタの特性の一例を示す図である。 偏光ビームスプリッタの特性の一例を示す図である。 反射防止膜の特性の一例を示す図である。 基板アライメント計測系の偏光ビームスプリッタの近傍の構成を示す概略図である。 暗視野照明の原理を説明するための図である。 理想的なアライメント信号の波形を示す図である。 アライメント信号の波形の一例を示す図である。 アライメント信号の波形の一例を示す図である。 本実施形態における基板アライメント計測系の偏光ビームスプリッタの近傍の構成を示す概略図である。 本実施形態における基板アライメント計測系の偏光ビームスプリッタの近傍の構成を示す概略図である。 アライメント信号の波形の一例を示す図である。 本実施形態における基板アライメント計測系の具体的な構成を示す概略図である。 明視野照明の原理を説明するための図である。 アライメント信号の波形の一例を示す図である。 アライメント信号の波形の一例を示す図である。 本実施形態における基板アライメント計測系の偏光ビームスプリッタの近傍の構成を示す概略図である。 本実施形態における基板アライメント計測系の偏光ビームスプリッタの近傍の構成を示す概略図である。
以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。更に、添付図面においては、同一もしくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。
図1は、本発明の一側面としての露光装置100の構成を示す概略図である。露光装置100は、パターンを基板に形成するリソグラフィ装置である。露光装置100は、レチクル1を保持するレチクルステージ2と、基板3を保持する基板ステージ4と、レチクルステージ2に保持されたレチクル1を照明する照明光学系5とを有する。また、露光装置100は、レチクル1のパターン(の像)を基板ステージ4に保持された基板3に投影する投影光学系6と、露光装置100の全体の動作を統括的に制御する制御部17とを有する。
露光装置100は、本実施形態では、レチクル1と基板3とを走査方向に互いに同期走査しながら(即ち、ステップ・アンド・スキャン方式で)、レチクル1のパターンを基板3に転写する走査型露光装置(スキャナー)である。但し、露光装置100は、レチクル1を固定して(即ち、ステップ・アンド・リピート方式で)、レチクル1のパターンを基板3に転写する露光装置(ステッパー)であってもよい。
以下では、投影光学系6の光軸と一致する方向(光軸方向)をZ軸方向、Z軸方向に垂直な平面内でレチクル1及び基板3の走査方向をY軸方向、Z軸方向及びY軸方向に垂直な方向(非走査方向)をX軸方向とする。また、X軸周り、Y軸周り及びZ軸周りのそれぞれの方向を、θX方向、θY方向及びθZ方向とする。
照明光学系5は、レチクル1、具体的には、レチクル上の所定の照明領域を、均一な照度分布の光(露光光)で照明する。露光光としては、例えば、超高圧水銀ランプのg線やi線、KrFエキシマレーザ、ArFエキシマレーザ、Fレーザなどが用いられる。また、より微細な半導体デバイスを製造するために、数nm〜数百nmの極端紫外光(Extreme Ultra Violet:EUV光)を露光光として用いてもよい。
レチクルステージ2は、レチクル1を保持し、投影光学系6の光軸に垂直な平面内、即ち、XY平面内で2次元移動可能に、且つ、θZ方向に回転可能に構成されている。レチクルステージ2は、リニアモータなどの駆動装置(不図示)によって駆動される。
レチクルステージ2には、ミラー7が設けられている。また、ミラー7に対応する位置には、レーザ干渉計9が設けられている。レチクルステージ2の2次元方向の位置及び回転角はレーザ干渉計9によってリアルタイムで計測され、かかる計測結果は制御部17に出力される。制御部17は、レーザ干渉計9の計測結果に基づいて駆動装置を制御し、レチクルステージ2に保持されたレチクル1を位置決めする。
投影光学系6は、複数の光学素子を含み、レチクル1のパターンを所定の投影倍率βで基板3に投影する。投影光学系6は、本実施形態では、例えば、1/4又は1/5の投影倍率βを有する縮小光学系である。
基板ステージ4は、チャックを介して基板3を保持するZステージと、Zステージを支持するXYステージと、XYステージを支持するベースとを含む。基板ステージ4は、リニアモータなどの駆動装置(不図示)によって駆動される。
基板ステージ4には、ミラー8が設けられている。また、ミラー8に対向する位置には、レーザ干渉計10及び12が設けられている。基板ステージ4のX軸方向、Y軸方向及びθZ方向の位置はレーザ干渉計10によってリアルタイムで計測され、かかる計測結果は制御部17に出力される。同様に、基板ステージ4のZ軸方向の位置、θX方向及びθY方向の位置はレーザ干渉計12によってリアルタイムで計測され、かかる計測結果は制御部17に出力される。制御部17は、レーザ干渉計10及び12の計測結果に基づいて駆動装置を制御し、基板ステージ4に保持された基板3を位置決めする。
レチクルアライメント計測系13は、レチクルステージ2の近傍に設けられている。レチクルアライメント計測系13は、レチクルステージ2に保持されたレチクル1に設けられたレチクル基準マーク(不図示)と、投影光学系6を介して基板ステージ4に配置されたステージ基準プレート11に設けられた基準マーク38とを検出する。レチクルアライメント計測系13は、基板3を実際に露光する際に用いられる光源と同一の光源を用いて、レチクル1に設けられたレチクル基準マークと、投影光学系6を介して基準マーク38とを検出する。具体的には、レチクルアライメント計測系13は、レチクル基準マーク及び基準マーク38からの反射光を撮像素子(例えば、CCDカメラなどの光電変換素子)で検出する。かかる撮像素子からの検出信号に基づいて、レチクル1と基板3との位置合わせ(アライメント)が行われる。この際、レチクル1に設けられたレチクル基準マークとステージ基準プレート11に設けられた基準マーク38との位置及びフォーカスを合わせることで、レチクル1と基板3との相対的な位置関係(X、Y、Z)を合わせることができる。
レチクルアライメント計測系14は、基板ステージ4に配置されている。レチクルアライメント計測系14は、透過型の計測系であって、基準マーク38が透過型のマークである場合に用いられる。レチクルアライメント計測系14は、基板3を実際に露光する際に用いられる光源と同一の光源を用いて、レチクル1に設けられたレチクル基準マーク及び基準マーク38を検出する。具体的には、レチクルアライメント計測系14は、レチクル基準マーク及び基準マーク38を通過した透過光を光量センサで検出する。この際、基板ステージ4をX軸方向(又はY軸方向)及びZ軸方向に移動させながら、レチクルアライメント計測系14は、透過光の光量を検出する。これにより、レチクル1に設けられたレチクル基準マークとステージ基準プレート11に設けられた基準マーク38との位置及びフォーカスを合わせることができる。
このように、レチクルアライメント計測系13、或いは、レチクルアライメント計測系14のどちらの計測系を用いても、レチクル1と基板3との相対的な位置関係(X、Y、Z)を合わせることができる。
ステージ基準プレート11は、基板ステージ4に保持された基板3の表面とほぼ同じ高さになるように、基板ステージ4のコーナーに配置されている。ステージ基準プレート11は、基板ステージ4の1つのコーナーに配置されていてもよいし、基板ステージ4の複数のコーナーに配置されていてもよい。
ステージ基準プレート11は、図2に示すように、レチクルアライメント計測系13又は14によって検出される基準マーク38と、基板アライメント計測系16によって検出される基準マーク39とを有する。ステージ基準プレート11は、複数の基準マーク38や複数の基準マーク39を有していてもよい。また、基準マーク38と基準マーク39との位置関係(X軸方向及びY軸方向)は、所定の位置関係に設定されている(即ち、既知である)。なお、基準マーク38と基準マーク39とは、共通のマークであってもよい。
フォーカス計測系15は、基板3の表面に光を斜入射で投光する投光系と、基板3の表面で反射した光を受光する受光系とを含む。フォーカス計測系15は、基板3のZ軸方向の位置を計測し、かかる計測結果を制御部17に出力する。制御部17は、フォーカス計測系15の計測結果に基づいて基板ステージ4を駆動する駆動装置を制御し、基板ステージ4に保持された基板3のZ軸方向の位置及び傾斜角を調整する。
基板アライメント計測系16は、後述するように、照明系ILと、結像系IMとを含む。照明系ILは、基板3に設けられたアライメントマーク19やステージ基準プレート11に設けられた基準マーク39を光(照明光)で照明する。結像系IMは、基板3に設けられたアライメントマーク19やステージ基準プレート11に設けられた基準マーク39からの光(検出光)を、これらの像を検出する光電変換素子に結像する。基板アライメント計測系16は、アライメントマーク19や基準マーク39の位置を計測し、かかる計測結果を制御部17に出力する。制御部17は、基板アライメント計測系16の計測結果に基づいて基板ステージ4を駆動する駆動装置を制御し、基板ステージ4に保持された基板3のX軸方向及びY軸方向の位置を調整する。
基板アライメント計測系の構成は、一般的には、オフアクシスアライメント(OA)計測系と、TTL(Through the Lens Alignment)計測系との2つに大別される。OA計測系は、投影光学系を介さずに、基板に設けられたアライメントマークを光学的に検出する。TTL計測系は、投影光学系を介して、露光光の波長とは異なる波長の光(非露光光)を用いて基板に設けられたアライメントマークを検出する。基板アライメント計測系16は、本実施形態では、OA計測系であるが、本発明は、アライメントの検出方式を限定するものではない。例えば、基板アライメント計測系16がTTL計測系である場合には、投影光学系6を介して、基板に設けられたアライメントマークを検出するが、基本的な構成は、OA計測系と同様である。
制御部17は、例えば、CPUやメモリなどを含むコンピュータで構成され、記憶部に記憶されたプログラムに従って露光装置100の各部を統括的に制御する。制御部17は、レチクル1のパターンを基板3に転写する、即ち、基板3を露光する露光処理を制御する。露光処理において、制御部17は、例えば、基板アライメント計測系16の計測結果に基づいて、基板ステージ4の位置を制御する。
図3を参照して、基板アライメント計測系16について詳細に説明する。図3は、基板アライメント計測系16の具体的な構成を示す概略図である。基板アライメント計測系16は、被検物体である基板3に設けられたアライメントマーク19を検出して基板3の位置を計測する計測装置として機能する。
基板アライメント計測系16は、光源20と、第1コンデンサ光学系21と、波長フィルタ板22と、第2コンデンサ光学系23と、開口絞り板24と、第1照明系25と、第2照明系26と、偏光ビームスプリッタ27と、NA絞り28とを含む。また、基板アライメント計測系16は、AFプリズム29と、λ/4板30と、対物レンズ31と、リレーレンズ32と、第1結像系33と、開口絞り34と、第2結像系35と、波長シフト差調整用光学部材36と、光電変換素子37とを含む。
本実施形態では、第1コンデンサ光学系21、波長フィルタ板22、第2コンデンサ光学系23、開口絞り板24、第1照明系25及び第2照明系26は、照明系ILを構成する。リレーレンズ32、第1結像系33、開口絞り34、第2結像系35及び波長シフト差調整用光学部材36は、結像系IMを構成する。また、照明系ILと結像系IMとの間に配置された偏光ビームスプリッタ27、NA絞り28、AFプリズム29、λ/4板30及び対物レンズ31は、分離系DSを構成する。分離系DSは、照明系ILと結像系IMとを合成する光学系である。分離系DSは、本実施形態では、照明光と検出光とを分離する機能を有する。
光源20は、アライメントマーク19を照明するための光(照明光)として、300nm以上の波長帯域の幅を有する光を射出(出力)する。光源20は、本実施形態では、可視光(例えば、500nm以上700nm以下の波長の光)、青波長の光(例えば、450nm以上550nm以下の波長の光(青波長光))及び赤外光(例えば、700nm以上1500nm以下の波長の光)を射出する。光源20からの光(照明光)は、第1コンデンサ光学系21、波長フィルタ板22及び第2コンデンサ光学系23を通過して、基板アライメント計測系16の瞳面(物体面に対する光学的なフーリエ変換面)に位置する開口絞り板24に到達する。
波長フィルタ板22は、光源20と光電変換素子37との間の光路に配置されている。波長フィルタ板22には、光を通過させる波長帯が互いに異なる複数の波長フィルタが配置され、制御部17の制御下において、複数の波長フィルタから1つの波長フィルタが選択されて基板アライメント計測系16の光路に配置される。本実施形態では、波長フィルタ板22には、赤外光を通過させる波長フィルタと、可視光を通過させる波長フィルタと、青波長光を通過させる波長フィルタとが配置されている。波長フィルタ板22において、これらの波長フィルタを切り替えることによって、基板3に設けられたアライメントマーク19を照明する光の波長帯を選択することができる。また、波長フィルタ板22は、予め設けられた複数の波長フィルタの他に、新たな波長フィルタを追加することが可能な構成を有していてもよい。
開口絞り板24には、照明σが互いに異なる複数の開口絞りが配置され、制御部17の制御下において、基板アライメント計測系16の光路に配置する開口絞りを切り替えることで、アライメントマーク19を照明する光の照明σを変更することができる。また、開口絞り板24は、予め設けられた複数の開口絞りの他に、新たな開口絞りを追加することが可能な構成を有していてもよい。
開口絞り板24に到達した光は、第1照明系25及び第2照明系26を介して、偏光ビームスプリッタ27に導かれる。偏光ビームスプリッタ27に導かれた光のうち紙面に垂直なS偏光は、偏光ビームスプリッタ27で反射され、NA絞り28、AFプリズム29及びλ/4板30を通過して円偏光に変換される。λ/4板30を通過した光は、対物レンズ31を介して、基板3に設けられたアライメントマーク19を照明する。NA絞り28は、制御部17の制御下において、絞り量を変えることでNAを変更することができる。
アライメントマーク19からの反射光、回折光及び散乱光(検出光)は、対物レンズ31及びλ/4板30を通過して紙面に平行なP偏光に変換され、NA絞り28を介して、偏光ビームスプリッタ27を透過する。偏光ビームスプリッタ27を透過した光は、リレーレンズ32、第1結像系33、開口絞り34、第2結像系35及び波長シフト差調整用光学部材36を介して、光電変換素子(例えば、CCDイメージセンサなどの撮像素子)37に到達する。光電変換素子37に到達する光は、光電変換素子上にアライメントマーク19の像を形成し、かかる像を光電変換素子37が検出する。光電変換素子37は、アライメントマーク19からの光を検出するが、かかる光の強度がある一定の閾値を超えるまで、蓄積時間を延ばすことが可能である。光電変換素子37の蓄積時間は、制御部17によって制御される。また、制御部17は、光電変換素子37からの出力信号(光電変換素子上に形成されたアライメントマーク19の像に対応するアライメント信号)に基づいて、基板3の位置を求める。
また、基板アライメント計測系16は、基板アライメント計測用のフォーカス計測系(AF計測系)40を含む。図4及び図5を参照して、AF計測系40を詳細に説明する。図4及び図5は、AF計測系40がフォーカス計測をしている状態を示している。具体的には、図4は、AF計測系40が基板3にフォーカス計測光(AF光)を照射している状態を示し、図5は、AF計測系40が基板3で反射されたAF光を受光している状態を示している。
図4を参照するに、AF光源41から射出されたAF光は、レンズ42を介して、AF計測用パターン43をケーラー照明する。AF光源41は、基板アライメントに用いない波長帯の光をAF光として射出し、かかるAF光は、AFプリズム29で反射される。AFプリズム29は、本実施形態では、ダイクロイックプリズムで構成されている。AF計測用パターン43は、ガラス基板にスリットパターンを描画することで構成されている。AF計測用パターン43のスリットパターンを通過したAF光は、レンズ44を介してミラー45で反射され、レンズ46に到達する。この際、AF光は、レンズ46の中心ではなく、レンズ46の中心から偏心した部分に到達し、レンズ46で屈折することによって、基準ミラー47を通過し、レンズ48に到達する。レンズ48に到達するAF光も同様に、レンズ48の中心ではなく、レンズ48の中心から偏心した部分に到達する。なお、図4では、AF計測用パターン43よりも後段においては、AF光の主光線のみを示しているが、実際には、AF光はNAを有する光線である。
レンズ48に到達したAF光は、レンズ48で屈折し、AFプリズム29に到達する。AFプリズム29は、AF光源41からのAF光を反射し、光源20からの光を透過する特性を有するプリズムで構成されている。AFプリズム29で反射されたAF光は、λ/4板30を透過し、対物レンズ31に到達する。この際、AF光は、対物レンズ31の中心ではなく、対物レンズ31の中心から偏心した部分に到達し、対物レンズ31で屈折することによって、図4に示すように、基板3に対して角度θを有して入射(斜入射)する。
図5を参照するに、基板3に入射したAF光は、角度θで反射され、対物レンズ31に到達する。この際、AF光は、対物レンズ31の中心ではなく、対物レンズ31の中心から偏心した部分に到達し、対物レンズ31で屈折することによって、λ/4板30を透過し、AFプリズム29に到達する。なお、図5では、AF光の主光線のみを示しているが、実際には、AF光はNAを有する光線である。
AFプリズム29で反射したAF光は、レンズ48に到達する。この際、AF光は、レンズ48の中心ではなく、レンズ48の中心から偏心した部分に到達し、レンズ48で屈折することによって、基準ミラー47を通過し、レンズ46に到達する。この際、AF光は、レンズ46の中心ではなく、レンズ46の中心から偏心した部分に到達し、レンズ46で屈折することによって、レンズ49の中心に到達する。レンズ49に到達したAF光は、レンズ49を通過して、AFセンサ50で受光される。
本実施形態では、AF計測系40において、基板3に対してAF光を斜入射で照射し、基板3で反射したAF光をAFセンサ50で受光する場合を説明した。この場合、基板3がZ軸方向(フォーカス方向)に移動すると、それに応じて、AFセンサ50で受光するAF光がシフトする(ずれる)ことがわかる。このように、AF計測系40は、基板3を斜入射照明することによって、基板3のフォーカス計測をすることが可能となる。
基板アライメント計測系16が基板3に設けられたアライメントマーク19を検出する場合、アライメントマーク19の上には、レジスト(透明層)が塗布(形成)されているため、単色光又は狭い波長帯の光では干渉縞が発生してしまう。従って、光電変換素子37からのアライメント信号に干渉縞の信号が加算され、アライメントマーク19を高精度に検出することができなくなる。そこで、一般的には、広帯域の波長の光を射出する光源を光源20として用いて、光電変換素子37からのアライメント信号に干渉縞の信号が加算されることを低減している。
上述したように、基板アライメント計測系16では、レジストに起因する干渉縞を低減するために、広帯域の波長の光を用いているが、近年では、特定の波長の光しか通さないカラーフィルタを扱う工程(カラーフィルタ工程)が増えている。カラーフィルタは、図6に示すように、CCDイメージセンサやCMOSイメージセンサなどのセンサ上に配置される色選択用フィルタである。カラーフィルタを通すことで、センサの画素に色の情報をもたせることができる。具体的には、図6に示すように、カラーフィルタにブロードな波長の光51が入射すると、カラーフィルタを通過することができる光52のみがセンサに到達し、センサの画素に色の情報をもたせることができる。
例えば、RGBカラーフィルタ工程では、図7に示すように、赤波長(R)の光、緑波長(G)の光及び青波長(B)の光のそれぞれを通すカラーフィルタがセンサ上に並列に配置される。RGBカラーフィルタ工程におけるデバイス製造では、各カラーフィルタを介してアライメントを行わなければならないため、青波長から赤波長まで幅広く波長帯を切り替える必要がある。
図8は、RGBカラーフィルタの透過率の一例を示す図である。図8では、横軸は波長[nm]を示し、縦軸は透過率[%]を示している。図8を参照するに、Rカラーフィルタは、600nm以上の波長の光に対して高い透過率を有しているが、550nm未満の波長の光を殆ど透過しない。従って、Rカラーフィルタを介してアライメントを行うためには、600nm以上の波長の光を用いる必要がある。また、Gカラーフィルタは、530nmの波長の近傍に透過率のピークを有する。従って、Gカラーフィルタを介してアライメントを行うためには、530nm近傍の波長の光、或いは、850nm以上の波長の光を用いる必要がある。また、Bカラーフィルタは、450nmの波長の近傍に透過率のピークを有する。従って、Bカラーフィルタを介してアライメントを行うためには、450nm近傍の波長の光、或いは、850nm以上の波長の光を用いる必要がある。
このように、RGBカラーフィルタ工程では、各カラーフィルタを透過する波長の光、或いは、全てのカラーフィルタを透過する850nm以上の波長の光を用いてアライメントを行う必要がある。そこで、全てのカラーフィルタを透過する850nm以上の波長の光、即ち、赤外光だけを用いることが考えられる。但し、実際のプロセスでは、カラーフィルタ以外にも多種多様なレイヤーが重なっているため、干渉条件によっては、赤外光だけではコントラストが得られないことがある。従って、RGBカラーフィルタ工程では、カラーフィルタを透過し、且つ、コントラストを得られる波長の光を選択してアライメントを行うことが重要となる。
本発明者が鋭意検討した結果、高精度なアライメントを行うためには、Bカラーフィルタに対しては450nm近傍の波長を用いつつ、Rカラーフィルタ及びGカラーフィルタに対しては800nm近傍の波長の光を用いる必要があることを見出した。従って、RGBカラーフィルタ工程では、300nm以上の広帯域な波長の光を用いることが可能なアライメント計測系、具体的には、可視光以外の青波長の光や赤外光までを含む広帯域な波長の光を用いることが可能なアライメントシステムを実現する必要がある。
図9は、従来技術で偏光ビームスプリッタ27として用いられる偏光ビームスプリッタの特性の一例を示す図である。図9には、580nm以上620nm以下の波長の光に対する偏光ビームスプリッタのS偏光反射率(S偏光に対する反射率)及びP偏光透過率(P偏光に対する透過率)を示している。また、図9では、横軸は波長[nm]を示し、縦軸は反射率及び透過率[%]を示している。図9を参照するに、580nm以上620nm以下のような波長帯域の幅が狭い、具体的には、40nm程度である場合には、S偏光反射率及びP偏光透過率の双方が98%以上となっている。この場合、偏光ビームスプリッタは、非常に高い精度でS偏光とP偏光とを分離(分岐)することができる。
図10は、450nm以上950nm以下の波長の光に対する図9に示す偏光ビームスプリッタの特性の一例、具体的には、S偏光反射率及びP偏光反射率を示す図である。図10では、横軸は波長[nm]を示し、縦軸は反射率及び透過率[%]を示している。図10を参照するに、450nm以上950nm以下のような波長帯域の幅が広い場合には、650nm以上の長波長側でS偏光反射率が急激に低下し、550nm以下の短波長側でP偏光透過率が急激に低下している。これは、580nm以上620nm以下のような狭い波長帯域に対して設計(最適化)された偏光ビームスプリッタであるため、それ以外の波長帯域では、S偏光とP偏光とを分離できないことを示している。
近年では、上述したように、可視光以外の青波長の光や赤外光までを含む広帯域な波長の光をアライメントに用いる必要性が高まっている。しかしながら、図10に示したように、狭い波長帯域に対して最適化された偏光ビームスプリッタを、青波長の光や赤外光に対して用いることはできない。
そこで、青波長や赤外波長までを含む広い波長帯域に対して設計(最適化)された偏光ビームスプリッタを用いる必要がある。図11は、450nm以上950nm以下の広い波長帯域に対して設計された偏光ビームスプリッタの特性の一例を示す図である。図11では、横軸は波長[nm]を示し、縦軸は反射率及び透過率[%]を示している。図11を参照するに、図10で見られた650nm以上の長波長側でのS偏光反射率の急激な低下や550nm以下の短波長側でのP偏光透過率の急激な低下がなくなり、広い波長帯域でS偏光が反射し、P偏光が透過していることがわかる。一方、580nm以上620nm以下の波長帯域では98%以上であったS偏光反射率及びP偏光透過率が95%近傍にまで大きく低下している。これは、広い波長帯域に対して偏光ビームスプリッタを設計(膜設計)すると、S偏光反射率及びP偏光透過率を100%に近づけるのが困難になるためである。このように、ブロードな波長特性(膜特性)とS偏光反射率及びP偏光透過率の絶対値とは、トレードオフの関係にある。一般的に、ブロードな波長特性を実現しようとすると膜の層数を増やす必要があり、膜の層数を増やすと膜の吸収が増えたり、多層膜間での干渉による光量ロスが発生したりするため、S偏光反射率やP偏光透過率の絶対値が低下する傾向にある。また、P偏光透過率には、図11に示すように、周期的なうねりのような成分が現れているが、かかる成分も膜の層数を増やしたために起こる現象である。
S偏光反射率やP偏光透過率の絶対値が低下したり、周期的なうねりが現れたりする現象は、偏光ビームスプリッタ以外の光学部材でも生じる。図12は、レンズなどの光学部材に用いられる反射防止膜(AR(Anti Reflection)膜)の特性の一例を示す図である。図12では、横軸は波長[nm]を示し、縦軸は反射率[%]を示している。広帯域AR膜特性53は、450nm以上950nm以下の広い波長帯域に対して設計された8層構造のAR膜の特性を示している。また、狭帯域AR膜特性54は、580nm以上620nm以下の狭い波長帯域に対して設計された3層構造のAR膜の特性を示している。
図12を参照するに、狭帯域AR膜特性54は、580nm以上620nm以下の波長帯域で反射率が0.2%以下に抑えられている。一方、広帯域AR膜特性53は、450nm以上950nm以下の波長帯域での反射率が0.8%から1.0%程度にしか抑えられていない。これは、偏光ビームスプリッタの特性と同様に、ブロードな波長特性(膜特性)と反射率の絶対値とがトレードオフの関係にあり、両立しないことを示している。これも、AR膜の層数を増やしたことによる膜の吸収や多層膜間での干渉による光量ロスが原因である。また、広帯域AR膜特性53では、狭帯域AR膜特性54と比べて、周期的なうねりも現れている。また、λ/4板30などの位相板も広い波長帯域に対して優れた特性を実現することは困難であるため、偏光ビームスプリッタやAR膜と同様な問題が生じる。
このように、アライメントで用いる波長帯域を広げれば広げるほど、偏光ビームスプリッタや位相板などの各種光学部材、及び、AR膜などの膜の設計(製造)の難易度が上がり、それらの特性が低下してしまう。
図13を参照して、図11に示す特性を有する偏光ビームスプリッタや図12に示す特性を有するAR膜を基板アライメント計測系16に用いた場合に生じる問題について説明する。図13は、基板アライメント計測系16の偏光ビームスプリッタ27の近傍の構成を示す概略図である。
光源20から射出される光は、図13に示すように、無偏光であり、S偏光とP偏光とを同じ量含んでいる。従って、S偏光100%及びP偏光100%の光が偏光ビームスプリッタ27に導光される。偏光ビームスプリッタ27は、図11に示す特性、即ち、S偏光に対する反射率がP偏光に対する反射率よりも高い反射型偏光子であるため、S偏光を100%反射することはできず、基板側に95%のみ反射される。この際、偏光ビームスプリッタ27は、P偏光も基板側に5%反射してしまう。一方、P偏光95%及びS偏光5%は偏光ビームスプリッタ27を透過するが、偏光ビームスプリッタ27の光源20とは反対側の面には傾斜が設けられているため、かかる面からの反射光が戻ってこないようになっている。
偏光ビームスプリッタ27で基板側に反射されたS偏光95%及びP偏光5%は、偏光ビームスプリッタ27とλ/4板30との間に配置されたAFプリズム29を透過し、対物レンズ31を介して、基板3を照明する。ここで、図12に示す特性を有するAR膜がAFプリズム29の表面に形成されているとすると、光源20から射出される光の波長帯にもよるが最大で1.0%程度の表面反射がAFプリズム29で発生する。従って、S偏光95%及びP偏光5%の1%がAFプリズム29で反射され、基板3に到達せずに、光電変換素子37に到達する。換言すれば、入射光量をS偏光とP偏光との合計で200%とすると、S偏光0.95%とP偏光0.05%との合計である1.0%が基板3を照明せずに、光電変換素子37に直接到達するフレア光となる。入射光量に対するフレア光量の比(フレア率)は、1.0%/200%=0.5%である。但し、アライメントに暗視野照明を用いる場合、或いは、プロセスウエハの吸収率が高い場合には、信号強度が低いため、アライメント信号がフレア光に埋もれてしまう。
ここで、図14を参照して、暗視野照明の原理について説明する。図14は、開口絞り板24と開口絞り34との関係を中心に基板アライメント計測系16を簡略化して示している。暗視野照明では、基板3に設けられたアライメントマーク19に対して斜入射で光を照射し、アライメントマーク19からの0次回折光を検出せずに、アライメントマーク19からの高次回折光や散乱光などを検出する。アライメントマーク19に対して斜入射で光を照射するために、開口絞り板24に設けられた開口絞りから、輪帯形状で中心部分に遮光部が設けられ、かかる遮光部の周辺部分に光透過部が設けられた開口絞りを選択する。また、開口絞り34には、アライメントマーク19からの0次回折光を検出せずに、高次回折光や散乱光を検出するための開口絞りを用いる。具体的には、開口絞り34として、中心部分に光透過部が設けられ、かかる光透過部の周辺部分に遮光部が設けられた開口絞り、即ち、開口絞り板24で選択した開口絞りの遮光部とは排他的な位置に遮光部が設けられた開口絞りを用いる。
暗視野照明では、アライメントマーク19からの0次回折光を検出しないため、アライメントマーク19が設けられていない非マーク部などの段差がない平坦部からは高次回折光や散乱光を検出することができず、平坦部からの信号強度がゼロとなる。換言すれば、暗視野照明では、平坦部からの信号強度がゼロとなるために、アライメントマーク19以外の部分が暗くなる。
平坦部からの信号強度がゼロであるのに対して、アライメントマーク19からは、高次回折光や散乱光など弱いながらも信号強度がある。従って、基板アライメント計測系16においてフレア光を小さく抑えることができれば、アライメント信号(マーク信号)のみが得られ、高コントラストを実現することができる。一方、暗視野照明では、アライメント信号に0次回折光が含まれていないため、アライメント信号の強度が低く、アライメント信号を検出可能なレベルまで光量(照明光量)を上げる必要がある。但し、光量を上げると、基板アライメント計測系16で発生するフレア光によってコントラストが低下してしまう。
図15は、基板アライメント計測系16でフレア光が発生しない場合に得られる理想的なアライメント信号の波形を示す図である。図15を参照するに、アライメントマーク19からの信号強度が強く、ベースにはフレア光が乗っていないため、その強度はゼロである。暗視野照明では、アライメント信号の強度は絶対値としては小さいが、光量を上げたり、光電変換素子37の蓄積時間を延ばしたりすることで、ベースにフレア光が乗っていなければ、信号強度としては大きくなる。なお、図15では、アライメント信号の強度を1で規格化している。
図16は、基板アライメント計測系16でアライメント信号の強度の半分に相当するフレア光が発生した場合に得られるアライメント信号の波形を示す図である。図16を参照するに、理想的なアライメント信号と比べると、アライメントマーク19からの規格化された信号強度は1で同じであるが、フレア光による信号強度がある(フレア強度が0.5である)ため、ベースの信号強度が上がっている。
コントラストは、一般的に、アライメント信号の強度からベースの信号強度を差し引いた値で評価される。従って、図15に示すアライメント信号のコントラストは、(アライメント信号の強度1)−(ベースの信号強度0)で1となるが、図16に示すアライメント信号のコントラストは、(アライメント信号の強度1)−(ベースの信号強度0.5)で0.5となる。
コントラストは高ければ高いほど計測に有利であるため、暗視野照明では、一般的に、アライメント信号の強度を1とすると、ベースの信号強度を0.3以下に抑える必要がある。ベースの信号強度が0.3を超えると、計測エラーが発生したり、計測ができたとしても、プロセスばらつきなどで基板内での信号強度にばらつきが生じ、計測精度が低下したりする。
図13に示すように、入射光量に対するフレア率が0.5%である場合、暗視野照明において、アライメントマーク19からの信号強度が0.55%程度と低ければ、図17に示すように、アライメント信号がフレア強度(フレア光)に埋もれてしまう。暗視野照明では、上述したように、アライメントマーク19からの0次回折光を検出せずに、微弱な高次回折光や散乱光などを検出するため、アライメントマーク19からの信号強度が0.55%程度となることがある。アライメントマーク19からの信号強度0.55%に対してフレア率が0.5%である場合、アライメント信号の強度を1とすると、フレア強度が0.9(≒0.5%/0.55%)近くあることを意味する。図17を参照するに、アライメント信号の強度1に対してフレア強度が0.9もあり、ベースの信号強度が暗視野照明のターゲット(閾値)である0.3を大きく超えている。
このように、入射光量に対するフレア率が高い場合(図13に示す基板アライメント計測系16)では、アライメント信号の強度が低いと、計測精度が低下したり、計測エラーが発生したりする可能性が高くなる。従って、基板アライメント計測系16で発生するフレア光を低減(抑制)することが重要である。
そこで、本実施形態では、広帯域な波長の光を用いながら、基板アライメント計測系16で発生するフレア光を低減することを実現する技術を提供する。図18は、本実施形態における基板アライメント計測系16の偏光ビームスプリッタ27の近傍の構成を示す概略図である。基板アライメント計測系16は、本実施形態では、図18に示すように、照明系ILに偏光子55を含む。偏光子55は、本実施形態では、S偏光に対する透過率がP偏光に対する透過率よりも高く、具体的には、S偏光のみを100%透過し、P偏光に対する透過率を1%に抑えた透過型偏光子である。偏光子55は、例えば、偏光ビームスプリッタやワイヤーグリッドなどで構成されている。
光源20から射出される光は、図18に示すように、無偏光であり、S偏光とP偏光とを同じ量含んでいる。従って、S偏光100%及びP偏光100%の光が偏光子55に導光される。偏光子55は、上述したように、S偏光に対する透過率が100%であり、P偏光に対する透過率が1%であるため、S偏光100%及びP偏光1%が偏光子55を透過して、偏光ビームスプリッタ27に到達する。偏光ビームスプリッタ27は、図11に示す特性、即ち、S偏光に対する反射率がP偏光に対する反射率よりも高い反射型偏光子であるため、S偏光を100%反射することはできず、S偏光が基板側に95%のみ反射され、P偏光も基板側に5%反射される。従って、S偏光95%とP偏光0.05%とが偏光ビームスプリッタ27とλ/4板30との間に配置されたAFプリズム29に到達する。
AFプリズム29は、AR膜が設けられた透過部材である。本実施形態では、AFプリズム29の表面には、図12に示す特性を有するAR膜が形成されているため、上述したように、1.0%程度の表面反射がAFプリズム29で発生する。従って、S偏光の0.95%及びP偏光の0.0005%がAFプリズム29で反射され、基板3に到達せずに、光電変換素子37に到達する。換言すれば、S偏光0.95%とP偏光0.0005%との合計である0.9505%が基板3を照明せずに、光電変換素子37に直接到達するフレア光となる。入射光量に対するフレア率は、本実施形態では、0.47525%である。このように、本実施形態では、入射光量に対するフレア率が図13に示す基板アライメント計測系16におけるフレア率(5%)よりも改善している。従って、偏光子55は、偏光ビームスプリッタ27で反射されるP偏光の影響を低減することに効果がある。
図19は、本実施形態における基板アライメント計測系16の偏光ビームスプリッタ27の近傍の別の構成を示す概略図である。基板アライメント計測系16は、本実施形態では、図19に示すように、照明系ILに偏光子55を含むことに加えて、更に、結像系IMに偏光子56を含む。偏光子56は、本実施形態では、P偏光に対する透過率がS偏光に対する透過率よりも高く、具体的には、P偏光のみを100%透過し、S偏光に対する透過率を1%に抑えた透過型偏光子である。偏光子56は、例えば、偏光ビームスプリッタやワイヤーグリッドなどで構成されている。偏光子55と偏光子56とは、透過する偏光軸が光学的に直交している。
光源20から射出される光は、図19に示すように、無偏光であり、S偏光とP偏光とを同じ量含んでいる。従って、S偏光100%及びP偏光100%の光が偏光子55に導光される。偏光子55は、上述したように、S偏光に対する透過率が100%であり、P偏光に対する透過率が1%であるため、S偏光100%及びP偏光1%が偏光子55を透過して、偏光ビームスプリッタ27に到達する。偏光ビームスプリッタ27は、図11に示す特性、即ち、S偏光に対する反射率がP偏光に対する反射率よりも高い反射型偏光子であるため、S偏光を100%反射することはできず、S偏光が基板側に95%のみ反射され、P偏光も基板側に5%反射される。従って、S偏光95%とP偏光0.05%とが偏光ビームスプリッタ27とλ/4板30との間に配置されたAFプリズム29に到達する。
AFプリズム29は、AR膜が設けられた透過部材である。本実施形態では、AFプリズム29の表面には、図12に示す特性を有するAR膜が形成されているため、上述したように、1.0%程度の表面反射がAFプリズム29で発生する。従って、S偏光の0.95%及びP偏光の0.0005%がAFプリズム29で反射され、基板3に到達せずに、結像系側に反射される。
結像系側に反射されたS偏光0.95%及びP偏光0.0005%は、偏光子56に到達する。偏光子56は、上述したように、P偏光に対する透過率が100%であり、S偏光に対する透過率が1%であるため、S偏光0.0095%及びP偏光0.0005%が偏光子56を透過して、光電変換素子37に到達する。従って、S偏光0.0095%とP偏光0.0005%との合計である0.01%が基板3を照明せずに、光電変換素子37に直接到達するフレア光となる。入射光量に対するフレア率は、本実施形態では、0.005%である。このように、本実施形態では、入射光量に対するフレア率が図13に示す基板アライメント計測系16におけるフレア率(5%)の1/100にまで改善している。従って、偏光子56は、偏光ビームスプリッタ27を透過するS偏光の影響を低減することに効果がある。
暗視野照明において、アライメントマーク19からの信号強度が0.55%程度と低い場合、上述したように、フレア率が0.5%である(図13)と、図17に示すように、アライメント信号がフレア強度に埋もれてしまう。但し、図18や図19に示す本実施形態では、このようなアライメント信号がフレア強度に埋もれてしまうことを改善することができる。例えば、図19に示す本実施形態では、アライメントマーク19からの信号強度が0.55%であっても、フレア率が0.005%と低減しているため、図20に示すようなアライメント信号が得られる。図20は、図19に示す基板アライメント計測系16で得られるアライメント信号の波形を示す図である。アライメントマーク19からの信号強度0.55%に対してフレア率が0.05%であることは、アライメント信号の強度を1とすると、フレア強度は0.01(≒0.005%/0.55%)程度であることを意味する。図20を参照するに、アライメント信号の強度1に対してフレア強度が0.01程度であり、ベースの信号強度が暗視野照明のターゲット(閾値)である0.3以下となっている。
本実施形態では、偏光ビームスプリッタ27とλ/4板30との間に少なくとも1つの光学部材(例えば、AFプリズム29)を有する基板アライメント計測系16において、照明系IL、或いは、照明系IL及び結像系IMが偏光子を含む。これにより、基板アライメント計測系16で得られるアライメント信号のコントラストを大幅に改善することができる。
また、本実施形態では、アライメント信号のコントラストが改善すると説明したが、これは、アライメントマーク19からの信号強度がより低いプロセスでもアライメントマーク19が検出可能であることも意味する。例えば、暗視野照明でのベースの信号強度のターゲットである0.3以下を実現するために、図13に示す基板アライメント計測系16では、フレア率が0.5%であるため、アライメント信号の強度が1.6%(≒0.5/(1/0.3))程度必要となる。一方、図19に示す基板アライメント計測系16では、フレア率が0.05%であるため、アライメント信号の強度が0.016%(≒0.005/(1/0.3))程度であっても、アライメントマーク19が検出可能となる。換言すれば、図19に示す基板アライメント計測系16は、図13に示す基板アライメント計測系16と比べて、アライメントマーク19からの信号強度が100倍暗くてもアライメントマーク19を検出することができる。
なお、図19では、説明を簡単にするために、偏光ビームスプリッタ27の近傍の構成を中心に示したが、基板アライメント計測系16は、実際には、図21に示す構成を有する。図21は、本実施形態における基板アライメント計測系16の具体的な構成を示す概略図である。
また、これまでの説明では、アライメントマーク19からの信号強度が低い場合の一例として暗視野照明を挙げたが、本実施形態における基板アライメント計測系16は、明視野照明にも採用可能である。
図22を参照して、明視野照明の原理について説明する。図22は、開口絞り板24と開口絞り34との関係を中心に基板アライメント計測系16を簡略化して示している。明視野照明では、暗視野照明で用いた開口絞りとは異なる開口絞りを用いる(即ち、開口絞りを切り換える)。
明視野照明では、基板3に設けられたアライメントマーク19に対して垂直入射で光を照射して、アライメントマーク19からの0次回折光も検出するため、暗視野照明と比べて、アライメントマーク19からの光量が高い。一方、アライメントマーク19が設けられていない非マーク部などの段差がない平坦部からの0次回折光も検出してしまうため、平坦部からの光量も高い。従って、明視野照明では、アライメント信号のコントラストが暗視野照明よりも低くなる。
図23は、明視野照明において得られるアライメント信号の波形の一例を示す図である。図23を参照するに、明視野照明では、上述したように、平坦部からの0次回折光も検出するため、平坦部からの信号強度(平坦部強度)が高くなっている。図24は、明視野照明において、基板アライメント計測系16でフレア光が発生した場合に得られるアライメント信号の波形を示す図である。図24を参照するに、アライメント信号とは別のフレア強度が平坦部強度(ベース)に追加されるため、アライメント信号の強度が相対的に低減して、コントラストが低下している。明視野照明であっても、プロセスウエハの吸収率が高いと、アライメントマーク19からの光量と平坦部からの光量とがともに低下するため、基板アライメント計測系16で発生するフレア光を低減しなければ、フレア光の影響が相対的に高くなる。これにより、図24に示すように、アライメント信号のコントラストが低下してしまう。従って、暗視野照明や明視野照明に関わらず、基板アライメント計測系16で発生するフレア光を低減することは重要である。
本実施形態では、主に、図19及び図21に示すように、基板アライメント計測系16の照明系IL及び結像系IMのそれぞれが偏光子を含んでいる場合を例に説明した。但し、図18に示すように、基板アライメント計測系16の照明系ILのみが偏光子を含んでいる場合であっても、基板アライメント計測系16で発生するフレア光を低減することができる。また、基板アライメント計測系16の結像系IMのみが偏光子を含んでいる場合であっても、基板アライメント計測系16で発生するフレア光を低減することができる。このように、基板アライメント計測系16において、照明系IL及び結像系IMの少なくとも一方が偏光子を含んでいればよい。
また、本実施形態では、偏光ビームスプリッタ27とλ/4板30との間に配置された少なくとも1つの光学部材として、AFプリズム29を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図25に示すように、偏光ビームスプリッタ27とλ/4板30との間に配置された少なくとも1つの光学部材は、全反射プリズム57であってもよい。図25は、偏光ビームスプリッタ27とλ/4板30との間に全反射プリズム57が配置された基板アライメント計測系16の偏光ビームスプリッタ27の近傍の構成を示す概略図である。
全反射プリズム57は、光学系の光軸(光線)を折り曲げるミラー(反射部材)の1種である。全反射プリズム57は、全反射プリズム57の斜辺と空気層との屈折率差で生じる全反射効果によって、光量ロスなく、光の向きを90度回転させる。一般的な表面反射ミラーには、アルミなどの金属膜が形成(コーティング)されているため、かかる表面反射ミラーの反射率は、90%程度となり、光量を10%程度ロスしてしまう。従って、全反射プリズム57は、光量的に、即ち、光量ロスなく光を回転させる上で有利である。但し、全反射プリズム57には、偏光ビームスプリッタ27で反射された光が全反射プリズム57の硝材の表面に設けられたAR膜で反射されることでフレア光となる問題がある。このように、偏光ビームスプリッタ27とλ/4板30との間に全反射プリズム57を配置した場合にも、基板アライメント計測系16ではフレア光が発生する。従って、上述したように、基板アライメント計測系16の照明系IL及び結像系IMの少なくとも一方に偏光子を設けることで、基板アライメント計測系16で発生するフレア光を低減することができる。
本実施形態では、偏光ビームスプリッタ27とλ/4板30との間に、1つのAFプリズム29、或いは、1つの全反射プリズム57が配置されている場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、AFプリズム29と全反射プリズム57とを、偏光ビームスプリッタ27とλ/4板30との間に配置してもよい。このように、偏光ビームスプリッタ27とλ/4板30との間には、複数の光学部材が配置されてもよい。
また、本実施形態では、偏光ビームスプリッタ27をプリズムタイプで図示しているが、偏光ビームスプリッタ27は、平行平板を45度傾けて配置するミラータイプであってもよい。
また、基板アライメント計測系16において、照明系ILに含まれる偏光子55は、図26に示すように、照明系ILの光軸に対して傾けて配置されているとよい。同様に、結像系IMに含まれる偏光子56は、図26に示すように、結像系IMの光軸に対して傾けて配置されているとよい。図26は、本実施形態における基板アライメント計測系16の偏光ビームスプリッタ27の近傍の構成を示す概略図である。
照明系ILに含まれる偏光子55を光軸に対して傾けて配置することで、偏光子55の表面で反射される光を光軸から斜めに向けることができる。例えば、偏光子55は、P偏光を1%しか透過させないため、99%のP偏光は、偏光子55で反射される。ここで、偏光子55を光軸に対して傾けずに垂直に配置すると、偏光子55で反射された99%のP偏光が光源20に戻り、光源20で反射され、偏光子55に再度到達して透過することになるため、フレア光となってしまう。このようなフレア光は、微少量であり、通常は無視することができるが、より高精度なアライメントを実現するためには、このようなフレア光の影響も低減する必要がある。図26に示すように、偏光子55を光軸に対して傾けて配置することで、偏光子55で反射された99%のP偏光は、光源20に戻らず(即ち、光源20で反射されず)、偏光子55に再度到達することを防止することができる。換言すれば、偏光子55で反射された99%のP偏光からフレア光が発生することを防止することができる。
同様に、結像系IMに含まれる偏光子56を光軸に対して傾けずに垂直に配置すると、偏光子56で反射された99%のS偏光がAFプリズム29の表面で反射され、偏光子56に再度到達して透過することになるため、フレア光となってしまう。図26に示すように、偏光子56を光軸に対して傾けて配置することで、偏光子56で反射された99%のS偏光は、AFプリズム29に戻らず(即ち、AFプリズム29の表面で反射されず)、偏光子56に再度到達することを防止することができる。換言すれば、偏光子56で反射された99%のS偏光からフレア光が発生することを防止することができる。
このように、照明系ILに含まれる偏光子55及び結像系IMに含まれる偏光子56のそれぞれを光軸に対して傾けて配置することは、基板アライメント計測系16で発生するフレア光を低減する上で有効である。また、偏光子55及び56のそれぞれを傾ける方向(回転方向)は、透過軸に対して直交する方向を回転軸とし、照明系ILと結像系IMとで直交させるとよい。
また、偏光子55及び56は、図21に示すように、基板3と光学的に共役な面(共役面)58からシフトした面(位置)に配置されている。偏光子55及び56は、その性能を考慮すると、基本的には、入射光が角度を有していない面に配置するとよい。偏光子55及び56は、垂直入射光に対して所定の偏光のみを透過する特性を有する光学素子であるが、入射光が角度を有していると、所定外の偏光も透過する懸念がある。
基板アライメント計測系16の照明系ILでは、第1照明系25と第2照明系26との間や第1コンデンサ光学系21と第2コンデンサ光学系23との間に、光が角度を有していない領域、即ち、共役面58が存在する。但し、偏光子55を共役面58に配置すると、偏光子55の表面に存在するキズやゴミなどが基板3に写り込み、計測だまされとなる可能性がある。従って、偏光子55は、第1照明系25と第2照明系26との間又は第1コンデンサ光学系21と第2コンデンサ光学系23との間であって、共役面58を避けて配置するとよい。本実施形態では、図21に示すように、第1コンデンサ光学系21と第2コンデンサ光学系23との間であって、共役面58からシフトした面に偏光子55を配置している。
一方、基板アライメント計測系16の結像系IMでは、第1結像系33と第2結像系35との間や光電変換素子37の入射面に共役面58が存在する。従って、偏光子56は、図21に示すように、光が角度を有しておらず、且つ、共役面58を避けることが可能な第1結像系33と第2結像系35との間に配置するとよい。なお、対物レンズ31とリレーレンズ32との間も光が角度を有しておらず、且つ、共役面58を避けることができるが、偏光ビームスプリッタ27、AFプリズム29、λ/4板30などの複数の光学部材が既に配置されている。そこで、本実施形態では、第1結像系33と第2結像系35との間に偏光子56を配置することで、共役面58から偏光子56をシフトさせて配置している。これにより、偏光子56の像が光電変換素子37(基板3)に写り込むことなく、良好な計測が可能となる。
このように、照明系ILに含まれる偏光子55及び結像系IMに含まれる偏光子56のそれぞれを共役面58からシフトさせて配置することは、偏光子55及び56による計測精度の低下を抑制して良好な計測を実現する上で有効である。
また、本実施形態では、偏光ビームスプリッタ27を、S偏光に対する反射率がP偏光に対する反射率よりも高い反射型偏光子として説明した。但し、偏光ビームスプリッタ27を、P偏光に対する反射率がS偏光に対する反射率よりも高い反射型偏光子に置換することもできる。この場合、照明系ILに含まれる偏光子55をP偏光に対する透過率がS偏光に対する透過率よりも高い透過型偏光子とし、結像系IMに含まれる偏光子56をS偏光に対する透過率がP偏光に対する透過率よりも高い透過型偏光子とすればよい。
本実施形態における基板アライメント計測系16によれば、フレア光を低減し、アライメント信号のコントラストを大幅に改善することができるため、計測精度が向上し、基板3の位置を高精度に求めることができる。従って、基板アライメント計測系16を有する露光装置100は、レチクル1と基板3とのアライメントにおいて、高精度なオーバーレイ精度を達成することができる。
本発明の実施形態における物品の製造方法は、例えば、デバイス(半導体素子、磁気記憶媒体、液晶表示素子など)、カラーフィルタ、光学部品、MEMSなどの物品を製造するのに好適である。かかる製造方法は、上述した実施形態の露光装置100を用いて、感光剤が塗布された基板を露光する工程と、露光された感光剤を現像する工程とを含む。また、現像された感光剤のパターンをマスクとして基板に対してエッチング工程やイオン注入工程などを行い、基板上に回路パターンが形成される。これらの露光、現像、エッチングなどの工程を繰り返して、基板上に複数の層からなる回路パターンを形成する。後工程で、回路パターンが形成された基板に対してダイシング(加工)を行い、チップのマウンティング、ボンディング、検査工程を行う。また、かかる製造方法は、他の周知の工程(酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、レジスト剥離など)を含みうる。本実施形態における物品の製造方法は、従来に比べて、物品の性能、品質、生産性及び生産コストの少なくとも1つにおいて有利である。
発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。
100:露光装置 27:偏光ビームスプリッタ 29:AFプリズム 30:λ/4板 37:光電変換素子 55、56:偏光子 IL:照明系 IM:結像系 DS:分離系

Claims (15)

  1. 被検物体の位置を計測する計測装置であって、
    前記被検物体を照明光で照明する照明系と、
    前記被検物体からの検出光を、前記被検物体の像を検出する光電変換素子に結像する結像系と、
    前記照明系と前記結像系との間に配置された反射型偏光子及びλ/4板とを含み、前記反射型偏光子及び前記λ/4板を介して前記照明光と前記検出光とを分離する分離系と、
    を有し、
    前記分離系は、前記反射型偏光子と前記λ/4板との間に配置された少なくとも1つの光学部材を含み、
    前記照明系及び前記結像系の少なくとも一方は、偏光子を含むことを特徴とする計測装置。
  2. 前記偏光子は、透過型偏光子を含むことを特徴とする請求項1に記載の計測装置。
  3. 前記照明系及び前記結像系のそれぞれは、偏光子を含み、
    前記反射型偏光子は、S偏光に対する反射率がP偏光に対する反射率よりも高く、
    前記照明系に含まれる前記偏光子は、S偏光に対する透過率がP偏光に対する透過率よりも高く、
    前記結像系に含まれる前記偏光子は、P偏光に対する透過率がS偏光に対する透過率よりも高いことを特徴とする請求項2に記載の計測装置。
  4. 前記照明系に含まれる前記偏光子は、S偏光に対する透過率が100%であり、P偏光に対する透過率が1%であり、
    前記結像系に含まれる前記偏光子は、P偏光に対する透過率が100%であり、S偏光に対する透過率が1%であることを特徴とする請求項3に記載の計測装置。
  5. 前記照明系及び前記結像系のそれぞれは、偏光子を含み、
    前記反射型偏光子は、P偏光に対する反射率がS偏光に対する反射率よりも高く、
    前記照明系に含まれる前記偏光子は、P偏光に対する透過率がS偏光に対する透過率よりも高く、
    前記結像系に含まれる前記偏光子は、S偏光に対する透過率がP偏光に対する透過率よりも高いことを特徴とする請求項2に記載の計測装置。
  6. 前記少なくとも1つの光学部材は、前記照明光の反射を抑制する反射防止膜が設けられた透過部材を含むことを特徴とする請求項1乃至5のうちいずれか1項に記載の計測装置。
  7. 前記透過部材は、ダイクロイックプリズムを含むことを特徴とする請求項6に記載の計測装置。
  8. 前記少なくとも1つの光学部材は、前記照明光の反射を抑制する反射防止膜が設けられた全反射プリズムを含むことを特徴とする請求項1乃至5のうちいずれか1項に記載の計測装置。
  9. 前記照明系は、前記被検物体を前記照明光で暗視野照明することを特徴とする請求項1乃至8のうちいずれか1項に記載の計測装置。
  10. 前記照明系に含まれる前記偏光子は、前記照明系の光軸に対して傾けて配置され、
    前記結像系に含まれる前記偏光子は、前記結像系の光軸に対して傾けて配置されていることを特徴とする請求項1乃至9のうちいずれか1項に記載の計測装置。
  11. 前記偏光子は、前記被検物体と光学的に共役な面からシフトした面に配置されていることを特徴とする請求項1乃至10のうちいずれか1項に記載の計測装置。
  12. 前記照明光は、300nm以上の波長帯域の幅を有することを特徴とする請求項1乃至11のうちいずれか1項に記載の計測装置。
  13. 前記光電変換素子で検出された前記被検物体の像に基づいて、前記被検物体の位置を求める制御部を更に有することを特徴とする請求項1乃至12のうちいずれか1項に記載の計測装置。
  14. レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系と、
    前記基板を保持するステージと、
    前記基板の位置を被検物体の位置として計測する請求項1乃至13のうちいずれか1項に記載の計測装置と、
    前記計測装置の計測結果に基づいて、前記ステージの位置を制御する制御部と、
    を有することを特徴とする露光装置。
  15. 請求項14に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
    露光した前記基板を現像する工程と、
    現像された前記基板から物品を製造する工程と、
    を有することを特徴とする物品の製造方法。
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