JP3690536B2 - 観察方法及び装置、並びに露光方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の基板に形成された被検物の観察を行うための観察装置に関し、特に透過照明で被検物の観察を行う顕微鏡、半導体素子等を製造するための投影露光装置でマスクの位置検出を行うためのアライメント顕微鏡、又は液晶表示素子製造用のプロキシミティ方式の露光装置でマスクとガラス基板との位置合わせを行うためのアライメント顕微鏡等に使用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、所定の基板上に形成された被検物を観察又は検出するために、落射照明又は透過照明でその被検物を照明してその被検物の像を形成する顕微鏡等の観察装置が使用されている。この場合、落射照明と透過照明とは被検物若しくは基板の種類、又はその観察装置の用途により使い分けをしている。例えば、半導体素子等を製造する際に使用される投影露光装置（ステッパー等）で、マスクとしてのレチクルに形成されたアライメントマークの位置検出を行うためのアライメント顕微鏡、又は液晶表示素子製造用の投影露光装置で感光基板としてのガラス基板に形成されたアライメントマークの位置検出を行うためのアライメント顕微鏡には、透過照明系と落射照明系との双方又はその一方が装備されている。一方、半導体ウエハのように可視光に対して不透明な基板に形成されたアライメントマークの検出を行うためのアライメント顕微鏡には、落射照明系のみが装備されている。
【０００３】
また、例えば液晶表示素子製造用のプロキシミティ方式の露光装置では、マスクとガラス基板との位置合わせを行う際に、例えばガラス基板上の不透明膜の層の位置合わせを行う場合には落射照明系を用い、ガラス基板上の半透明膜又は透明膜の層（ＩＴＯ層、カラーフィルタ層、ブラックマトリックス層等）の位置合わせを行う場合には透過照明系を用いるといった切り換えを行う必要がある。そこで、そのようなプロキシミティ方式の露光装置では、落射照明系と透過照明系との両方を有するアライメント顕微鏡が備えられている。
【０００４】
図５は、従来の透過照明系、及び落射照明系の両方を備えた顕微鏡を示し、この図５において、不図示の光源からの照明光は、光ファイバ束１Ａ及び１Ｂによってそれぞれ透過照明系及び落射照明系に分岐される。先ず、透過照明系において、光ファイバ束１Ａの射出口２Ａから射出された照明光ＩＬＡは、第１リレーレンズ３Ａ、視野絞り４、第２リレーレンズ３Ｂ、光路折り曲げ用のミラー５、開口絞り６、及びコンデンサレンズ７を介して、光透過性の基板８上の被検物９を透過照明する。被検物９を含む照明領域は、視野絞り４によって制限され、透過照明系の開口数(N.A.)は開口絞り６、又は射出口２Ａの発光部（２次光源）の大きさによって制限されている。
【０００５】
また、射出口２Ａの射出面と被検物９が形成されている面（被検面）とは光学的にフーリエ変換の関係にある、即ちその射出面の発光部（２次光源）の像がコンデンサレンズ７の前側焦点面に形成されて、所謂ケーラー照明となっている。そして、被検物９からの照明光は、第１対物レンズ１０、開口絞り１１、ハーフミラー１２、及び第２対物レンズ１３を介して、２次元ＣＣＤよりなる撮像素子１４の撮像面に被検物９の像を形成する。
【０００６】
一方、落射照明系において、光ファイバ束１Ｂの射出口２Ｂから射出された照明光ＩＬＢは、リレーレンズ１５、視野絞り１６、及びコンデンサレンズ１７を介してハーフミラー１２に達し、ハーフミラー１２で反射された照明光ＩＬＢが開口絞り１１、及び第１対物レンズ１０を経て基板８上の被検物９を落射照明する。この際の照明領域は、視野絞り１６によって制限され、落射照明系の開口数は開口絞り１１、又は射出口２Ｂの発光部（２次光源）の大きさによって制限されている。この落射照明系においても、射出口２Ｂの射出面と被検面とは光学的にフーリエ変換の関係にあり、ケーラー照明となっている。そして、観察時には、被検物９が光透過性の基板８に形成されている場合には、例えば透過照明系を使用し、被検物９が形成されている基板が不透明である場合には、落射照明系を使用するというように、両照明系を切り換えて使用していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如き従来の技術において、例えば透明基板上に形成されている被検物のみを観察対象とする場合には、透過照明系のみを有する顕微鏡が使用できる。しかしながら、透過照明系はその透明基板を介して結像系と対向するように配置され、且つ光ファイバ束等の光源からコンデンサレンズまでを含む光学系であるため、顕微鏡が全体として大型化するという不都合があった。更に、被検物を挟んで対向して配置される結像系と透過照明系との光軸合わせ等の組立調整にも時間を要していた。
【０００８】
また、例えばプロキシミティ方式の露光装置では、落射照明系と透過照明系との両方を有するアライメント顕微鏡が使用されているが、この場合には結像系側に落射照明系が付加されているため、更に顕微鏡が大型化して、露光装置側に組み込む際に大きなスペースが必要であるという不都合があった。更に、そのアライメント顕微鏡では、ガラス基板を支持する基板ステージの内部に光ファイバ束等を含む透過照明系が配置されていたが、このように基板ステージの内部で光ファイバ束を引き回すのではステージ機構が複雑化すると共に、基板ステージの位置決め精度にも悪影響を及ぼすという不都合があった。
【０００９】
本発明は斯かる点に鑑み、簡単な構成で、被検物を透過照明してその像を形成できる観察方法及び装置を提供することを第１の目的とする。
更に本発明は、簡単な構成で落射照明と透過照明との何れの方式でも被検物を照明してその像を形成できる観察方法及び装置を提供することを第２の目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による観察装置は、例えば図１及び図２に示すように、光透過性の基板（８）に支持された被検物（９）を照明する照明光学系と、その被検物からの照明光を集光する対物光学系（１０）を含み、その被検物の像を形成する結像光学系（１０，１３）と、を有する観察装置において、その照明光学系は、照明光で対物光学系（１０）側から基板（８）上の被検領域外の光束通過領域（２３）を照明する第１照明光学系（１Ｃ，２Ｃ，２１，１２，１０）と、基板（８）に関して対物光学系（１０）に対向して配置された反射部材（２２ａ；２６）を含み、その被検領域外の光束通過領域（２３）を通過した照明光を反射してその被検領域に集光する第２照明光学系（２２；２４）と、を備えたものである。
【００１１】
斯かる本発明によれば、その第１照明光学系は従来の落射照明系のように対物光学系（１０）側から、光透過性の基板（８）上を照明するが、この際に被検物（９）を含む所定の被検領域外の光束通過領域（２３）を照明する。そして、光束通過領域（２３）を通過した照明光が反射部材（２２ａ；２６）を含む簡単な構成の第２照明光学系（２２；２４）で反射されてその被検領域に集光される。その第１照明光学系は従来の落射照明系と同様に調整でき、第２照明光学系（２２；２４）は光束通過領域（２３）からの光束をその被検領域に導くように調整すればよいため、組立調整は容易である。
【００１２】
この場合、その第１照明光学系からの照明光は対物光学系（１０）を通過してもよいが（明視野照明）、対物光学系（１０）の外側を通過して基板（８）に向かってもよい（暗視野照明）。
また、その光透過性の基板（８）上のその被検領域外の光束通過領域（２３）の形状は輪帯状であることが望ましい。その輪帯状の光束通過領域（２３）を通過した照明光をその第２照明光学系で反射集光することによって、その被検領域が等方的に均一に透過照明される。
【００１３】
また、本発明において、基板（８）上のその被検領域は第２照明光学系（２２；２４）の前側焦点面と実質的に同一の面上に配置される。この際に、その第１照明光学系によって光束通過領域（２３）に光源像を形成して臨界照明としておくことによって、その被検領域はほぼ所謂ケーラー照明で照明される。
更に、例えば図３に示すように、所定形状の光源（２Ｄａ）を有し、この光源からの照明光で対物光学系（１０）側から基板（８）上のその被検領域を落射照明する第３照明光学系（１Ｄ，２Ｄ，２７，２１，１２，１０）を設け、その第１照明光学系の光学部材とその第３照明光学系の光学部材との少なくとも一部（２１，１０）を共通化することが望ましい。斯かる本発明によれば、その第１照明光学系及び第２照明光学系より透過照明系が構成され、その第３照明光学系が落射照明系となり、落射照明系と透過照明系との一部の光学部材が共通化されている。
次に、本発明による露光装置は、マスク（２９）上の転写パターンを基板（３０）上に転写する露光装置において、そのマスク及びその基板の位置合わせを行うために、上記の本発明の観察装置を備えるものである。
この場合、その露光装置は、さらにその基板を載置するためのステージと、そのステージ上に設けられて、所定の基準マークが形成された光透過性の基板を有する基準部材とを備え、この基準部材がその被検物とされてもよい。
また、本発明による露光方法は、マスク（２９）上の転写パターンを基板（３０）上に転写する露光方法において、上記の本発明の観察装置を用いて、そのマスクとその基板との位置合わせを行うものである。
また、本発明による観察方法は、光透過性の基板（８）に支持された被検物（９）を対物光学系（１０）を介して照明し、かつその対物光学系によりその被検物の像を形成する観察方法において、その対物光学系側からの照明光でその基板上の被検領域外の光束通過領域（２３）を照明する第１工程と、その被検領域外の光束通過領域を通過した照明光を反射してその被検領域に集光する第２工程と、所定形状の光源からの照明光でその対物光学系側からその基板上のその被検領域を落射照明する第３工程とを備え、その第１工程及びその第３工程で少なくとも一部（２１，１０）が共通した光学部材を介して照明するものである。
この発明によれば、その対物光学系側からの照明光は、その基板上の被検領域外の光束通過領域（２３）を通過し、この通過した照明光が、反射されてその被検領域を透過照明する。
また、その被検領域外の光束通過領域を通過した照明光を反射した後にその被検領域を照明する透過照明と、その落射照明とを切り換える切り換え工程を備えることが望ましい。
また、その第２工程では、その被検領域外の光束通過領域を通過した照明光を反射してその被検領域に集光する反射部材であってその基板に関してその対物光学系に対向して配置された反射部材が用いられ、この反射部材からの反射光の０次光がその対物光学系に入射しないようにすることが望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による観察装置の第１の実施の形態につき図１を参照して説明する。本例は透過照明で被検物の観察を行う顕微鏡に本発明を適用したものであり、図１において図５に対応する部分には同一符号を付してその詳細説明を省略する。
【００１５】
図１（ａ）は、本例の顕微鏡を示し、この図１（ａ）において、不図示の光源からの照明光を光ファイバ束１Ｃ及び射出口２Ｃを介して所定の位置に導く。光ファイバ束１Ｃは、多数の光ファイバをランダムに束ねたものであり、射出口２Ｃの射出面ＨＣでの発光部を２次光源とみなすことができる。図１（ｂ）に示すように、その射出口２Ｃの発光部２Ｃａは輪帯状である。なお、被検物によっては、その発光部２Ｃａを例えば矩形の枠状等としてもよい。
【００１６】
その輪帯状の発光部から射出された照明光ＩＬＣは、光軸ＡＸ２に沿ってリレーレンズ２１を経てハーフミラー１２に至り、ハーフミラー１２で反射された照明光ＩＬＣは、光軸ＡＸ１に沿って開口絞り１１、及び第１対物レンズ１０を介して光透過性の基板８の表面の被検物９の周囲の輪帯状の光束通過領域２３を落射照明する。この場合、照明光ＩＬＣの射出面ＨＣと、基板８の被検面（ここでは表面）ＨＰとは共役であり、被検物９の周囲の光束通過領域２３は、射出面ＨＣに形成されている輪帯状の発光部（２次光源）２Ｃａの共役像となっている。即ち、光束通過領域２３は照明光ＩＬＣによって臨界照明されている。
【００１７】
本例では、基板８を挟んで第１対物レンズ１０と対向するように、反射型コンデンサレンズ２２が配置されている。この反射型コンデンサレンズ２２は、基板８側に凸面を向けた正の屈折力を有する平凸レンズからなり、基板８と反対側の平面部を反射面２２ａとしたものである。また、反射型コンデンサレンズ２２の前側焦点面と後側焦点面とは一致し、その前側焦点面が被検面ＨＰ上にくるように反射型コンデンサレンズ２２の位置が設定されている。
【００１８】
そして、被検面ＨＰ上の輪帯状の光束通過領域２３から基板８を透過した照明光ＩＬＣは、反射型コンデンサレンズ２２によって集光されつつ反射面２２ａで反射された後、更に反射型コンデンサレンズ２２で集光されて基板８を透過して、被検面ＨＰ上の光束通過領域２３の内側の円形の被検領域（観察視野）を均一な照度分布で照明する。この場合、被検面ＨＰは反射型コンデンサレンズ２２の前側焦点面で且つ後側焦点面でもあるため、その観察視野は輪帯状の光束通過領域２３と光学的にフーリエ変換の関係にあり、所謂輪帯のケーラー照明が行われている。
【００１９】
その観察視野内にある被検物９からの照明光ＩＬＣは、光軸ＡＸ１に沿って第１対物レンズ１０、開口絞り１１、ハーフミラー１２、及び第２対物レンズ１３を介して撮像素子１４の撮像面に被検物９の像を形成する。そして、撮像素子１４からの撮像信号を不図示の信号処理装置で画像処理することによって、被検物９の観察、又は位置検出が行われる。
【００２０】
このように本例によれば、光ファイバ束１Ｃ、射出口２Ｃ、リレーレンズ２１、ハーフミラー１２、及び第１対物レンズ１０よりなる第１照明光学系で本来の観察視野（被検領域）の周囲の光束通過領域２３を落射照明し、その光束通過領域２３を通過した照明光を、反射型コンデンサレンズ２２よりなる第２照明光学系で反射集光してその観察視野を透過照明している。従って、従来の透過照明系を備えた顕微鏡と比べて、顕微鏡の構成が簡略化され、且つ反射型コンデンサレンズ２２の調整は光束通過領域２３を通過した照明光を所望の観察視野に向けるようにするだけでよいため、光学系の組立調整も容易である。また、基板８に関して第１対物レンズ１０と対向する側の構成が反射型コンデンサレンズ２２のみで簡略であり、更に光ファイバ束等を含まないため、特に露光装置や検査装置等の各種機器への組み込みが極めて容易となっている。
【００２１】
なお、図１の例では構成を最も簡略化するために、照明光ＩＬＣの射出面ＨＣの共役面（光束通過領域２３）と被検面ＨＰと反射型コンデンサレンズ２２の前側焦点面とは同一面上になるように構成され、更に被検面ＨＰと反射型コンデンサレンズ２２の後側焦点面とが同一になるように構成されている。しかしながら、単に透過照明のみで被検物９を照明すればよい場合には、第１対物レンズ１０側から基板８に向かう照明光ＩＬＣが被検物９を含む所望の観察視野（被検領域）を照明しないように設定すればよい。また、その観察視野を単に均一な照度分布で照明したい場合には、照明光ＩＬＣの射出面ＨＣの像（光源像）を反射型コンデンサレンズ２２の前側焦点面にほぼ一致させてほぼケーラー照明とするだけでよい。
【００２２】
また、図１の例では射出口２Ｃの射出面ＨＣの発光部（光ファイバ束の断面形状）を輪帯状としていたが、その発光部を円形として絞り等によって輪帯状、又は矩形の枠状等に２次光源を制限してもよい。前者の場合には射出面ＨＣの光ファイバ束の断面形状によって照明系の開口数(N.A.)が制限され、後者の場合には絞り等によって照明系の開口数が制限される。更に、図１の例では明視野照明となっているが、射出口２Ｃの外径を大きくしたり、又は反射型コンデンサレンズ２２の焦点距離を短くして、反射型コンデンサレンズ２２からの照明光ＩＬＣの０次光が第１対物レンズ１０に入射しないようにして、実質的に暗視野照明としてもよい。
【００２３】
次に、上述の第１の実施の形態の変形例につき図２を参照して説明する。この変形例は図１の第２照明光学系としての反射型コンデンサレンズ２２を２つの部材に分けたものであり、この図２において図１に対応する部分には同一符号を付してその詳細説明を省略する。
図２は本変形例の構成を示し、この図２において、基板８を挟んで第１対物レンズ１０と対向するように反射集光光学系２４が配置され、この反射集光光学系２４は、基板８に近い側から順に正の屈折力を有するコンデンサレンズ２５、及び入射する光束をランダムに散乱する粗い反射面を有する反射型拡散板２６から構成されている。そして、反射型拡散板２６の粗い反射面がコンデンサレンズ２５の前側焦点面に位置し、基板８上で被検物９が形成された被検面ＨＰがコンデンサレンズ２５の後側焦点面となるように、コンデンサレンズ２５及び反射型拡散板２６が位置決めされている。その他の構成は図１の例と同様である。
【００２４】
図２において、光ファイバ束１Ｃの射出口２Ｃから射出された照明光ＩＬＣは、リレーレンズ２１等を介して被検面ＨＰ上の被検物９の周囲の輪帯状の光束通過領域２３を臨界照明する。そして、光束通過領域２３から基板８を透過した照明光ＩＬＣは、コンデンサレンズ２５により反射型拡散板２６の反射面に集光され、反射型拡散板２６の反射面の照射領域は、光ファイバをランダムに束ねた光ファイバ束と同様に疑似的な光源像となる。その反射面の照射領域で拡散された照明光ＩＬＣは、コンデンサレンズ２５によって集光されて再び基板８を透過して、被検物９を含む被検領域（観察視野）を透過照明する。この場合、被検面ＨＰはコンデンサレンズ２５によって反射型拡散板２６の表面（疑似的な光源像のある平面）と光学的にフーリエ変換の関係にあるため、疑似的なケーラー照明が行われ、その観察視野での照度分布の均一性は良好である。
【００２５】
また、本変形例においても、光ファイバ束１Ｃの射出口２Ｃの発光部（２次光源）の外径（若しくは絞りを使用する場合にはその絞りの開口部の大きさ）、又は反射型拡散板２６の反射面の大きさによって照明系の開口数を制限できる。更に、反射型拡散板２６の反射面の直前に絞り等を配置して、この絞り等によって照明系の開口数を制限するようにしてもよい。
【００２６】
次に、本発明の第２の実施の形態につき図３を参照して説明する。本例は、第１の実施の形態に対して更に落射照明系を付加したものであり、この図３において図１に対応する部分には同一符号を付してその詳細説明を省略する。
図３（ａ）は本例の顕微鏡を示し、この図３（ａ）において、不図示の光源からの照明光は、光ファイバ１Ｃ及び１Ｄを介してそれぞれ射出口２Ｃ及び２Ｄに導かれている。図３（ｂ）に示すように、一方の射出口２Ｃの発光部（２次光源）２Ｃａの形状は輪帯状であり、図３（ｃ）に示すように、他方の射出口２Ｄの発光部（２次光源）２Ｄａの形状は円形である。そして、一方の射出口２Ｃから射出された照明光ＩＬＣは、視野合成プリズム２８に入射する。視野合成プリズム２８は、２つの射出口２Ｃ及び２Ｄからの照明光の光量損失を小さくするために、２つの直角プリズムを斜辺部で貼り合わせてその接合面の輪帯状の外縁部２８ａを反射面として、円形の中央部２８ｂを透過面としたものである。しかしながら、視野合成プリズム２８の代わりに、ハーフミラーやハーフプリズムを使用しても構わない。
【００２７】
その照明光ＩＬＣは、視野合成プリズム２８の接合面の外縁部２８ａで反射された後、光軸ＡＸ２に沿ってリレーレンズ２１を経てハーフミラー１２に至り、ハーフミラー１２で反射された照明光ＩＬＣは、開口絞り１１、及び第１対物レンズ１０を介して、基板８の被検面ＨＰ上の被検物９の周囲の輪帯状の光束通過領域２３に光源像を形成する。そして、光束通過領域２３から基板８を透過した照明光ＩＬＣは、反射型コンデンサレンズ２２によって反射及び集光された後、再び基板８を透過して、被検面ＨＰ上の光束通過領域２３の内側の円形の被検領域（観察視野）をケーラ照明によって照明する。
【００２８】
他方の射出口２Ｄから射出された照明光ＩＬＤは、リレーレンズ２７を経て視野合成プリズム２８の接合面の円形の中央部２８ｂを透過した後、光軸ＡＸ２に沿ってリレーレンズ２１を経てハーフミラー１２に至り、ハーフミラー１２で反射された照明光ＩＬＤは、開口絞り１１、及び第１対物レンズ１０を介して基板８の被検面ＨＰ上の被検物９を含む円形の被検領域（観察視野）を均一な照度分布で落射照明する。即ち、射出口２Ｄの射出面ＨＤと被検面ＨＰとは光学的にフーリエ変換の関係にあり、照明光ＩＬＤによって通常のケーラー照明による落射照明が行われる。それ以外の構成は図１の例と同様であり、被検物９の像が撮像素子１４の撮像面に形成される。
【００２９】
このように本例では、光ファイバ束１Ｃ、射出口２Ｃ、リレーレンズ２１、ハーフミラー１２、及び第１対物レンズ１０よりなる第１照明光学系と、反射型コンデンサレンズ２２よりなる第２照明光学系によって透過照明系が構成され、光ファイバ束１Ｄ、射出口２Ｄ、リレーレンズ２７、リレーレンズ２１、ハーフミラー１２、及び第１対物レンズ１０よりなる第３照明光学系によって落射照明系が構成されている。そして、透過照明系と落射照明系とで、リレーレンズ２１、ハーフミラー１２、及び第１対物レンズ１０が共通化され、２つの照明光を合成するために１つの視野合成プリズム２８が使用されているため、従来のように透過照明系と落射照明系とが完全に独立に構成されている場合と比べて、全体の光学系の構成が簡略化されている。しかも、基板８を挟んで第１対物レンズ１０と対向する側に光ファイバ束等の光源を必要としないため、特に露光装置等への組み込みが容易となっている。
【００３０】
ここで、本例の顕微鏡における透過照明と落射照明との切り換えについて説明する。例えば、透明な基板８の代わりに、被検面が金属膜等の光反射性の膜で覆われている基板が使用されている場合には、透過照明及び落射照明の両照明系で同時にその基板を照明しても良い。このようにしても、透過照明系によって照明される光束通過領域２３は観察視野外となるため、撮像素子１４では射出口２Ｄを含む落射照明系のみで照明された被検物の像が観察されることになる。
【００３１】
一方、図３（ａ）に示すように、光透過性の基板８が使用されている場合に、透過照明及び落射照明の両照明系で同時に基板８を照明すると、撮像素子１４では透過照明にて照明された被検物９の像と、落射照明にて照明された被検物９の像とが重なって観察されることになる。しかも、落射照明系から照射された照明光ＩＬＤの内で、被検物９の周囲を通って基板８を透過した照明光が、反射型コンデンサレンズ２２により反射されて再び被検物９を照明することにもなる。このように反射型コンデンサレンズ２２で反射された照明光ＩＬＤのもとで、射出口２Ｄの射出面ＨＤと被検面ＨＰとは共役であるため、その被検物９を含む観察視野に射出口２Ｄにおける光ファイバ束の繊維による照度むらが引き起こされる。そのため、光透過性の基板８上の被検物９の観察を正確に行うためには、第１の方法として、光源から視野合成プリズム２８の間でシャッタ等で照明光ＩＬＤを遮光するか、又は照明光ＩＬＤを減光して実質的に透過照明系からの照明光ＩＬＣのみで被検物９を照明すれば良い。
【００３２】
また、第２の方法として、透過照明系の照明光ＩＬＣを遮光又は減光すると共に、基板８と反射型コンデンサレンズ２２との間に設けた開閉自在のシャッタを閉じて、実質的に落射照明系からで、且つ第１対物レンズ１０側からの照明光ＩＬＤのみで被検物９を照明するようにしても良い。このように透過照明系と落射照明系との切り換え手段（シャッタ等）や照度調整手段等を設けることによって、本例のような光学部材の一部が共通化された透過照明系及び落射照明系を用途に応じて使い分けることができる。
【００３３】
次に、本発明の第３の実施の形態につき図４を参照して説明する。本例は、図３に示した第２の実施の形態における落射照明系を輪帯照明とした顕微鏡を、液晶表示素子製造用のプロキシミティ方式の露光装置のアライメント顕微鏡に適用したものであり、この図４において、図３に対応する部分には同一符号を付してその詳細説明を省略する。
【００３４】
図４（ａ）は本例のアライメント顕微鏡を示し、この図４（ａ）において、転写用パターンが形成されたガラス基板よりなるマスク２９と、フォトレジストが塗布されたガラス基板３０とが所定の隙間を保って不図示のステージ系に保持されている。露光時には、露光光のもとでマスク２９の下面（パターン形成面）のパターンがガラス基板３０の上面に転写されるが、その前にマスク２９の下面のアライメントマーク３１等とガラス基板３０の上面のアライメントマーク３２等との位置合わせを行う必要がある。その位置合わせ用として、マスク２９及び基板３０を挟むように本例のアライメント顕微鏡が配置されている。
【００３５】
図４（ａ）において、透過照明時には、一方の光ファイバ束１Ｃの射出口２Ｃの輪帯状の発光部２Ｃａ（図４（ｂ）参照）から射出された照明光ＩＬＣは、ハーフプリズム３３で反射された後、リレーレンズ２１、ハーフミラー１２を経た後、光軸ＡＸ１に沿って開口絞り１１、及び第１対物レンズ１０を介してマスク２９とガラス基板３０との間で、光軸ＡＸ１の周囲の輪帯状の光束通過領域に光源像を形成する。この場合、予め光軸ＡＸ１の近傍にマスク２９上のアライメントマーク３１とガラス基板３０上のアライメントマーク３２とが大まかに位置決めされている。そして、マスク２９及びガラス基板３０を透過した照明光ＩＬＣは、反射型コンデンサレンズ２２で反射集光された後、再びガラス基板３０を透過してアライメントマーク３２及び３１を含む被検領域（観察視野）を輪帯のケーラー照明方式で透過照明する。
【００３６】
また、落射照明時には、他方の光ファイバ束１Ｅの射出口２Ｅの輪帯状の発光部（２次光源）２Ｅａ（図４（ｃ）参照）から射出された照明光ＩＬＥは、リレーレンズ２７、視野絞り３４を経てハーフプリズム３３を透過した後、リレーレンズ２１、ハーフミラー１２、開口絞り１１、及び第１対物レンズ１０を介してマスク２９のアライメントマーク３１、及びガラス基板３０のアライメントマーク３２を含む被検領域を落射照明する。この際に、射出口２Ｅの射出面はリレーレンズ２７及び２１によって、開口絞り１１の配置面と共役となっており、且つ開口絞り１１の配置面は第１対物レンズ１０の前側焦点面と一致しているため、その落射照明は輪帯のケーラー照明となっている。この結果、落射照明された照明光ＩＬＥの内でガラス基板３０を透過した光束は、反射型コンデンサレンズ２２によって反射された後、その被検領域（観察視野）の外側を通るようになり、その観察視野内で照度むらが生ずることがない。
【００３７】
それ以外の構成は図３の例と同様であり、対物レンズ１０及び１３によるアライメントマーク３１，３２の像が撮像素子１４上に形成される。そして、撮像素子１４からの撮像信号を画像処理することによってアライメントマーク３１と３２との位置ずれ量が検出され、この位置ずれ量を所定の許容範囲に収めるようにマスク２９又はガラス基板３０の位置が調整される。
【００３８】
このように本例によれば、透過照明、及び落射照明共に輪帯のケーラー照明を行うことによって、透過照明、又は落射照明の何れを用いた場合でも照度むらを生ずることなく、均一にアライメントマーク２９，３０を照明することができる。そのため、例えば射出口２Ｃ及び２Ｅの直前に設けたシャッタによって、透過照明と落射照明とを切り換えた場合には、それぞれ撮像素子１４上に良好な観察像を得ることができる。また、光ファイバ束１Ｃ及び１Ｅに供給する照明光の光量を調整する機構を設け、透過照明と落射照明とを同時に行った状態で、その光量調整機構を介して照明光ＩＬＣ及びＩＬＥの照度を調節することによって撮像素子１４上に最良な観察像を得ることもできる。
【００３９】
なお、本発明の観察装置は、例えば半導体素子、液晶表示素子等を製造する場合に使用され、投影光学系を介してレチクルのパターン像をウエハ又はガラスプレート等の上に転写する投影露光装置（ステッパー等）のアライメント系としても使用できる。即ち、このような投影露光装置では、ウエハ等が載置されるウエハステージ上に光透過性の基板よりなり所定の基準マークが形成された基準部材が固定され、この基準部材の底部に光ファイバ束等を含む透過照明系を備えたものがある。そして、その透過照明系でその基準マークを照明し、この基準マークの投影光学系による像をレチクル上のアライメントマークを介して受光することによって、その基準マークに対するアライメントマークの位置ずれ量が検出される。この場合、本発明を適用してその基準部材の底部に例えば図１の反射型コンデンサレンズ２２を配置することによって、ウエハステージ側の構成を簡略化できる。
【００４０】
このように、本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、第１照明光学系によって対物光学系側から基板上の被検領域外の光束通過領域を照明し、第２照明光学系によってその光束通過領域を通過した照明光を反射してその被検領域に集光するか、又は対物光学系側からの照明光で基板上の被検領域外の光束通過領域を照明する第１工程と、その被検領域外の光束通過領域を通過した照明光を反射してその被検領域に集光する第２工程と、を備えているため、従来の透過照明系を使用する場合と比べて簡単な構成で透過照明を行うことができる。且つ、その第２照明光学系はその光束通過領域を通過した照明光をその被検領域に向ければよいだけであるため、組立調整が容易である利点がある。また、本発明の観察装置はその基板に対してその対物光学系と対向するその第２照明光学系側の構成が簡略であり、且つその第２照明光学系には光ファイバ等の光源を備える必要がないため、露光装置や検査装置等に容易に組み込むことができる。
【００４２】
この場合、その基板上のその被検領域外の光束通過領域の形状が輪帯状であるときには、その被検領域を等方的に均一な照度分布で照明できる。
また、その基板上の被検領域がその第２照明光学系の前側焦点面と実質的に同一の面上に配置された場合には、特にその第１照明光学系でその光束通過領域を臨界照明しておくことによって、ほぼケーラー照明が実現されて、光源（２次光源）の輝度分布のむらの影響が軽減される。この際に、その光束通過領域の形状が輪帯状であると、輪帯のケーラー照明となる。
【００４３】
更に、所定形状の光源からの照明光でその対物光学系側からその基板上の被検領域を落射照明する第３照明光学系を設け、その第１照明光学系の光学部材とその第３照明光学系の光学部材との少なくとも一部を共通化した場合には、その第１照明光学系及び本発明の第２照明光学系より透過照明系が構成され、その第３照明光学系が落射照明系となり、落射照明系と透過照明系との一部の光学部材が共通化されたことになる。従って、簡単な構成で落射照明と透過照明との何れの方式でも被検物を照明してその像を形成できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明による観察装置の第１の実施の形態を示す一部を切り欠いた構成図、（ｂ）は図１（ａ）中の射出口２Ｃを示す正面図である。
【図２】その第１の実施の形態の変形例を示す一部を切り欠いた構成図である。
【図３】（ａ）は本発明の第２の実施の形態を示す一部を切り欠いた構成図、（ｂ）は図３（ａ）中の射出口２Ｃを示す正面図、（ｃ）は図３（ａ）中の射出口２Ｄを示す正面図である。
【図４】（ａ）は本発明の第３の実施の形態を示す一部を切り欠いた構成図、（ｂ）は図４（ａ）中の射出口２Ｃを示す正面図、（ｃ）は図４（ａ）中の射出口２Ｅを示す正面図である。
【図５】従来の透過照明系及び落射照明系を備えた観察装置の一例を示す一部を切り欠いた構成図である。
【符号の説明】
１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ 光ファイバ束
２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ 射出口
８ 基板
９ 被検物
１０ 第１対物レンズ
１１ 開口絞り
１３ 第２対物レンズ
１４ 撮像素子
２１ リレーレンズ
２２ 反射型コンデンサレンズ
２３ 光束通過領域
２５ コンデンサレンズ
２６ 反射型拡散板
２８ 視野合成プリズム

Claims (25)

1. 光透過性の基板に支持された被検物を照明する照明光学系と、前記被検物からの照明光を集光する対物光学系を含み、前記被検物の像を形成する結像光学系と、を有する観察装置において、
   前記照明光学系は、
   照明光で前記対物光学系側から前記基板上の被検領域外の光束通過領域を照明する第１照明光学系と；
   前記基板に関して前記対物光学系に対向して配置された反射部材を含み、前記被検領域外の光束通過領域を通過した照明光を反射して前記被検領域に集光する第２照明光学系と；を備え、
   前記基板上の前記被検領域は前記第２照明光学系の前側焦点面と実質的に同一の面上に配置されたことを特徴とする観察装置。
2. 請求項１記載の観察装置であって、
   前記基板上の前記被検領域外の光束通過領域の形状は輪帯状であることを特徴とする観察装置。
3. 請求項１又は２記載の観察装置であって、
   所定形状の光源からの照明光で前記対物光学系側から前記基板上の前記被検領域を落射照明する第３照明光学系を設け、
   前記第１照明光学系の光学部材と前記第３照明光学系の光学部材との少なくとも一部を共通化したことを特徴とする観察装置。
4. 請求項３記載の観察装置であって、
   前記第３照明光学系は前記基板上の前記被検領域をケーラー照明することを特徴とする観察装置。
5. 請求項３又は４記載の観察装置であって、
   前記第２照明光学系及び前記第３照明光学系の双方を用いて前記基板上の前記被検領域を照明することを特徴とする観察装置。
6. 請求項３〜５の何れか一項記載の観察装置であって、
   前記光源からの照明光を遮光するか、又は前記光源からの照明光を減光する照度調整手段を備えることを特徴とする観察装置。
7. 請求項６記載の観察装置であって、
   前記第２照明光学系及び前記第３照明光学系は前記照度調整手段をそれぞれ備えることを特徴とする観察装置。
8. 請求項３〜７の何れか一項記載の観察装置であって、
   前記被検領域外の光束通過領域を通過した照明光を反射した後に前記被検領域を照明する透過照明と、前記落射照明とを切り換える切り換え手段を備えることを特徴とする観察装置。
9. 請求項８記載の観察装置であって、
   前記切り換え手段は、前記基板と前記反射部材との間に設けられたシャッタを備えることを特徴とする観察装置。
10. 請求項８記載の観察装置であって、
    前記切り換え手段は、前記第１照明光学系及び前記第３照明光学系にそれぞれ設けられたシャッタを備えることを特徴とする観察装置。
11. 請求項１〜１０の何れか一項記載の観察装置であって、
    前記第２照明光学系は前記基板上の前記被検領域をケーラー照明することを特徴とする観察装置。
12. 請求項１〜１１の何れか一項記載の観察装置であって、
    前記第２照明光学系はレンズを備えることを特徴とする観察装置。
13. 請求項１〜１２の何れか一項記載の観察装置であって、
    前記反射部材は反射型拡散板を備えることを特徴とする観察装置。
14. マスク上の転写パターンを基板上に転写する露光装置において、
    前記マスク及び前記基板の位置合わせを行うために、請求項１〜１３の何れか一項記載の観察装置を備えることを特徴とする露光装置。
15. 請求項１４記載の露光装置であって、
    前記マスク上の前記転写パターンの像を前記基板上に形成する投影光学系をさらに備えることを特徴とする露光装置。
16. 請求項１５記載の露光装置であって、
    前記基板を載置するためのステージと；
    前記ステージ上に設けられて、所定の基準マークが形成された光透過性の基板を有する基準部材と；
    を備え、
    該基準部材を前記被検物とすることを特徴とする露光装置。
17. マスク上の転写パターンを基板上に転写する露光方法において、
    請求項１〜１３の何れか一項記載の観察装置を用いて、前記マスクと前記基板との位置合わせを行うことを特徴とする露光方法。
18. 光透過性の基板に支持された被検物を対物光学系を介して照明し、かつ前記対物光学系により前記被検物の像を形成する観察方法において、
    前記対物光学系側からの照明光で前記基板上の被検領域外の光束通過領域を照明する第１工程と；
    前記被検領域外の光束通過領域を通過した照明光を反射して前記被検領域に集光する第２工程と；
    所定形状の光源からの照明光で前記対物光学系側から前記基板上の前記被検領域を落射照明する第３工程と；を備え、
    前記第１工程及び前記第３工程で少なくとも一部が共通した光学部材を介して照明することを特徴とする観察方法。
19. 請求項１８記載の観察方法であって、
    前記基板上の前記被検領域外の光束通過領域の形状は輪帯状であることを特徴とする観察方法。
20. 請求項１８又は１９記載の観察方法であって、
    前記第３工程では、前記基板上の前記被検領域をケーラー照明することを特徴とする観察方法。
21. 請求項１８、１９、又は２０記載の観察方法であって、
    前記被検領域外の光束通過領域を通過した照明光を反射した後に前記被検領域を照明する透過照明と、前記落射照明とを切り換える切り換え工程を備えることを特徴とする観察方法。
22. 請求項２１記載の観察方法であって、
    前記第１工程では、前記対物光学系側からの照明光で前記基板上の被検領域外の光束通過領域のみを照明することを特徴とする観察方法。
23. 請求項１８〜２２の何れか一項記載の観察方法であって、
    前記第２工程では、前記被検領域外の光束通過領域を通過した照明光を反射して前記被検領域に集光する反射部材であって前記基板に関して前記対物光学系に対向して配置された反射部材が用いられ、該反射部材からの反射光の０次光が前記対物光学系に入射しないようにすることを特徴とする観察方法。
24. 請求項１８〜２３の何れか一項記載の観察方法であって、
    前記照明光を遮光又は減光する工程を備えることを特徴とする観察方法。
25. 請求項１８〜２４の何れか一項記載の観察方法であって、
    前記第２工程では、前記基板上の前記被検領域をケーラー照明することを特徴とする観察方法。

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