KR101484436B1

KR101484436B1 - 면 위치 검출 장치, 노광 장치 및 노광 방법

Info

Publication number: KR101484436B1
Application number: KR1020137030238A
Authority: KR
Inventors: 야스히로 히다카; 타다시 나가야마
Original assignee: 가부시키가이샤 니콘
Priority date: 2005-07-08
Filing date: 2006-06-28
Publication date: 2015-01-19
Also published as: KR101447407B1; US9519223B2; EP1909062A4; EP2520978B1; US20180188657A1; JP5673772B2; EP2993525B1; EP1909062B1; KR20080026121A; JPWO2007007549A1; EP2733535A3; KR101447391B1; KR20180067714A; HK1174103A1; US20150248064A1; EP2463716A2; KR20150142063A; JP2013070075A; CN103728848B; CN105204303B

Abstract

반사면을 통과한 광속에 발생하는 편광 성분에 의한 상대적인 위치 차이 등의 영향을 실질적으로 받는 일 없이, 피검면의 면 위치를 고정밀도로 검출할 수 있는 면 위치 검출 장치. 투사계는 제1 반사면(7b, 7c)을 갖는 투사측 프리즘 부재(7)를 구비하고 있다. 수광계는 투사측 프리즘 부재에 대응하도록 배치된 제2 반사면(8b, 8c)을 갖는 수광측 프리즘 부재(8)를 구비하고 있다. 제1 반사면 및 제2 반사면을 통과한 광속의 편광 성분에 의한 상대적인 위치 차이를 보상하기 위한 위치 차이 보상 부재를 추가로 구비하고 있다.

Description

면 위치 검출 장치, 노광 장치 및 노광 방법{SURFACE POSITION DETECTION APPARATUS, EXPOSURE APPARATUS, AND EXPOSURE METHOD}

본 발명은, 면 위치 검출 장치, 노광 장치 및 노광 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 반도체 소자, 액정 표시 소자, 촬상 소자, 박막 자기 헤드 등의 디바이스를 제조하기 위한 리소그래피 공정으로 마스크 패턴을 감광성 기판상에 전사하는데 사용되는 투영 노광 장치에 있어서의 감광성 기판의 면 위치의 검출에 관한 것이다.

종래 투영 노광 장치에 적합한 면 위치 검출 장치로서, 본 출원인에 의한 일본국 특개 2001-296105호 공보 및 그에 대응하는 미국 특허 제6,897,462호 공보(특허문헌 1)에 개시된 경사 입사형의 면 위치 검출 장치가 알려져 있다. 이와 같은 경사 입사형의 면 위치 검출 장치에 있어서 피검면의 면 위치의 검출 정밀도를 원리적으로 높이기 위해서는, 피검면에 대한 광속(光束)의 입사각을 크게 하는(90°에 가깝게 함) 것이 필요하다. 이 경우, 경사 입사형의 면 위치 검출 장치의 투사 광학계 및 집광 광학계의 구성 및 배치에 대해 피검면의 제약을 회피하기 위해, 투사 광학계의 광로 및 집광 광학계의 광로중에, 서로 평행한 한 쌍의 내면 반사면을 갖는 프리즘을 각각 배치하여, 투사 광학계 및 집광 광학계를 피검면으로부터 멀리하는 것이 제안되어 있다(일본 특허문헌 1의 도 7 참조).

특허문헌1 : 일본 특개2001-296105호 공보

그러나, 상술의 특허문헌 1의 도 7에 개시된 종래의 면 위치 검출 장치에서는, 투사측 마름모꼴 프리즘의 서로 평행한 2개의 내면 반사면에서 전(全)반사 된 광속에 편광 성분에 의한 상대적인 위치 차이가 발생하여, 선명한 패턴상이 피검면상에 형성되지 않을 가능성이 있다. 마찬가지로, 피검면으로부터 반사되어 수광측 마름모꼴 프리즘의 서로 평행한 2개의 내면 반사면에서 전반사된 광속에도 편광 성분에 의한 상대적인 위치 차이가 발생하여, 패턴 2차상(像)이 더욱 불선명하게 될 가능성이 있다.

한편, 노광 장치에 있어서 표면에 레지스트가 도포된 웨이퍼(감광성 기판)의 면 위치의 검출에 대해 종래의 면 위치 검출 장치를 적용하는 경우, 특정 편광 성분의 빛에 대한 반사율이 레지스트층의 두께에 의존하여 변화하는 것이 알려져 있다. 그 결과, 종래의 면 위치 검출 장치에서는, 마름모꼴 프리즘의 내면 반사면을 통과한 광속에 발생하는 편광 성분에 의한 상대적인 위치 차이와, 감광성 기판의 레지스트층의 두께에 의한 반사율의 변화에 기인하여, 피검면의 면 위치의 검출 오차가 발생하기 쉽다.

본 발명은 전술의 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 반사면을 통과한 광속에 발생하는 편광 성분에 의한 상대적인 위치 차이 등의 영향을 실질적으로 받는 일 없이, 피검면의 면 위치를 고정밀도로 검출할 수 있는 면 위치 검출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 본 발명은 피검면의 면 위치를 고정밀도로 검출할 수 있는 면 위치 검출 장치를 이용하여, 마스크의 패턴 면과 감광성 기판의 피노광면을 투영 광학계에 대해 고정밀도로 위치 맞춤시킬 수 있는 노광 장치 및 노광 방법 및 디바이스 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제1 형태에서는, 피검면상에 경사 방향으로부터 광속을 투사하는 투사계와, 상기 피검면에서 반사된 광속을 수광하는 수광계를 구비하고, 해당 수광계의 출력에 기초하여 상기 피검면의 면 위치를 검출하는 면 위치 검출 장치에 있어서,

상기 투사계는 제1 반사면을 구비하고,

상기 수광계는 제2 반사면을 구비하며,

상기 투사계의 상기 제1 반사면 및 상기 수광계의 상기 제2 반사면을 통과한 광속의 편광 성분에 의한 상대적인 위치 차이를 보상하기 위한 위치 차이 보상 부재를 추가로 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 면 위치 검출 장치를 제공한다.

본 발명의 제2 형태에서는, 피검면상에 경사 방향으로부터 광속을 투사하는 투사계와, 상기 피검면에서 반사된 광속을 수광하는 수광계를 구비하고, 해당 수광계의 출력에 기초하여 상기 피검면의 면 위치를 검출하는 면 위치 검출 장치에 있어서,

상기 투사계와 상기 수광계의 적어도 한쪽은 반사면을 구비하고,

상기 반사면을 통과한 광속의 편광 성분에 의한 상대적인 위치 차이를 보상하기 위한 위치 차이 보상 부재를 추가로 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 면 위치 검출 장치를 제공한다.

본 발명의 제3 형태에서는, 피검면상에 경사 방향으로부터 광속을 투사하는 투사계와, 상기 피검면에서 반사된 광속을 수광하는 수광계를 구비하고, 해당 수광계의 출력에 기초하여 상기 피검면의 면 위치를 검출하는 면 위치 검출 장치에 있어서,

상기 투사계는, 제1 반사면과, 상기 제1 반사면의 사출측에 배치된 투사측 편광 해소(解消) 소자를 구비하고,

상기 수광계는, 상기 제1 반사면에 대응하도록 배치된 제2 반사면과, 해당 제2 반사면의 입사측에 배치된 수광측 편광 해소 소자를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 면 위치 검출 장치를 제공한다.

본 발명의 제4 형태에서는, 투영 광학계를 통하여 소정의 패턴을 감광성 기판상에 투영 노광하는 노광 장치에 있어서,

상기 소정의 패턴 면 또는 상기 감광성 기판의 피노광면의 상기 투영 광학계에 대한 면 위치를, 상기 피검면의 면 위치로서 검출하기 위한 제1 형태 내지 제3 형태의 중 어느 한 면 위치 검출 장치와,

상기 면 위치 검출 장치의 검출 결과에 기초하여, 상기 소정의 패턴 면 또는 상기 감광성 기판의 피노광면을 상기 투영 광학계에 대해 위치 맞춤시키기 위한 위치 맞춤 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치를 제공한다.

본 발명의 제5 형태에서는, 투영 광학계를 통하여 소정의 패턴을 감광성 기판상에 투영 노광하는 노광 방법에 있어서,

제1 형태 내지 제3 형태 중 어느 한 면 위치 검출 장치를 이용하여, 상기 소정의 패턴 면 또는 상기 감광성 기판의 피노광면의 상기 투영 광학계에 대한 면 위치를, 상기 피검면의 면 위치로서 검출하는 검출 공정과,

상기 검출 공정에서의 검출 결과에 기초하여, 상기 소정의 패턴 면 또는 상기 감광성 기판의 피노광면을 상기 투영 광학계에 대해 위치 맞춤시키는 위치 맞춤 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법을 제공한다.

본 발명의 제6 형태에서는, 투영 광학계를 통하여 소정 패턴을 감광성 기판 위에 투영 노광하는 노광 공정과,

상기 검출 공정에서의 검출 결과에 기초하여, 상기 소정의 패턴 면 또는 상기 감광성 기판의 피노광면을 상기 투영 광학계에 대해 위치 맞춤시키는 위치 맞춤 공정과,

상기 노광 공정을 거친 상기 감광성 기판을 현상하는 현상 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 제7 형태에서는, 피검면상에 경사 방향으로부터 광속을 투사하는 투사계와, 상기 피검면에서 반사된 광속을 수광하는 수광계를 구비하고, 해당 수광계의 출력에 기초하여 상기 피검면의 면 위치를 검출하는 면 위치 검출 장치의 제조 방법에 있어서,

투사계중에 배치되는 제1 반사면을 준비하는 공정과,

수광계중에 배치되는 제2 반사면을 준비하는 공정과,

상기 투사계의 상기 제1 반사면 및 상기 수광계의 상기 제2 반사면을 통과한 광속의 편광 성분에 의한 상대적인 위치 차이를 보상하는 공정을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 면 위치 검출 장치의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 제8 형태에서는, 제1 반사면을 통하여 피검면상에 경사 방향으로부터 광속을 투사하는 투사계와, 상기 피검면에서 반사된 광속을 제2 반사면을 통하여 수광하는 수광계를 구비하고, 해당 수광계의 출력에 기초하여 상기 피검면의 면 위치를 검출하는 면 위치 검출 장치의 조정 방법에 있어서,

입사 광속의 편광 성분에 따라 다른 특성의 사출 광속을 생성하는 편광 부재를 준비하는 공정과,

해당 편광 부재를 이용하여, 상기 투사계의 상기 제1 반사면 및 상기 수광계의 상기 제2 반사면을 통과한 광속의 편광 성분에 의한 상대적인 위치 차이를 보상하는 공정을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 면 위치 검출 장치의 조정 방법을 제공한다.

본 발명의 전형적인 형태를 따르는 면 위치 검출 장치에서는, 투사계 및 수광계 중 적어도 한쪽 반사면을 통과한 광속의 편광 성분에 의한 상대적인 위치 차이를 보상하기 위한 위치 차이 보상 부재로서, 투사계의 눈동자(瞳) 공간 또는 수광계의 눈동자 공간에 배치되어 입사 광선의 편광 방향에 의해 사출 광선의 진행 방향을 다른 각도만큼 기울이는 보상 소자, 혹은 투사계의 물체 공간 또는 상(像) 공간 혹은 수광계의 물체 공간 또는 상 공간에 배치되어 입사 광선의 편광 방향에 의해 사출 광선의 진행 방향을 다른 거리만큼 평행 이동시키는 보상 소자를 구비하고 있다. 이 보상 소자의 작용에 의해, 반사면을 통과한 광속에 발생하는 편광 성분에 의한 상대적인 위치 차이 등의 영향을 실질적으로 받는 일 없이 피검면의 면 위치를 고정밀도로 검출할 수 있다.

또, 본 발명의 다른 전형적인 형태를 따르는 면 위치 검출 장치에서는, 투사계중의 반사면 및 수광계중의 반사면을 통과한 광속의 편광 성분에 의한 상대적인 위치 차이에 의한 영향을 감소시키기 위한 편광 해소 소자(디폴러라이저)를 구비하고 있다. 이 편광 해소 소자의 작용에 의해, 반사면을 통과한 광속에 발생하는 편광 성분에 의한 상대적인 위치 차이 등의 영향을 실질적으로 받는 일 없이 피검면의 면 위치를 고정밀도로 검출할 수 있다.

따라서, 노광 장치에 있어서 투영 광학계에 대한 감광성 기판의 면 위치의 검출에 본 발명의 면 위치 검출 장치를 적용하면, 반사면을 통과한 광속에 발생하는 편광 성분에 의한 상대적인 위치 차이 등의 영향을 실질적으로 받는 일 없이, 피검면의 면 위치를 고정밀도로 검출할 수 있으며, 나아가서는 마스크의 패턴 면과 감광성 기판의 피노광면을 투영 광학계에 대해 고정밀도로 위치 맞춤시킬 수 있으므로 양호한 디바이스를 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 면 위치 검출 장치를 구비한 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 투사 광학계 및 집광 광학계가 모두 양측 텔레센트릭인 것을 나타내는 광로도이다.
도 3은 본 실시형태의 면 위치 검출 장치에 있어서의 한 쌍의 펜타프리즘간의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 피검면(Wa)상에 격자 패턴(3a)의 1차상이 형성되어 있는 상태를 나타내는 사시도이다.
도 5는 5개의 X 방향으로 가늘고 길게 연장되는 직사각형 모양의 개구부(Sa1~Sa5)를 갖는 수광 슬릿(S)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 5개의 실리콘·포토·다이오드(PD1~PD5)가 수광 슬릿(S)의 개구부(Sa1~Sa5)에 광학적으로 대응하도록 수광부(14)의 수광면(14a)상에 마련되어 있는 모습을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 실시형태의 면 위치 검출 장치에 부설된 위치 차이 보상 부재의 구성 및 동작을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 실시형태의 제1 변형예의 주요부 구성 및 작용을 설명하는 도면이다.
도 9는 본 실시형태의 제2 변형예의 주요부 구성 및 작용을 설명하는 도면이다.
도 10은 본 실시형태의 제3 변형예의 주요부 구성 및 동작을 설명하는 도면이다.
도 11은 마이크로 디바이스로서의 반도체 디바이스를 얻을 때의 방법의 플로차트이다.
도 12는 마이크로 디바이스로서의 액정 표시 소자를 얻을 때의 방법의 플로차트이다.
* 부호의 설명 *
1 광원
2 콘덴서 렌즈
3 편향 프리즘
4, 5 투사 광학계
6, 9 펜타프리즘
7, 8 마름모꼴 프리즘
10, 11 집광 광학계
12 진동 미러
13 여파 보정 프리즘
14a, 14b 릴레이 광학계
15 수광부
16 미러 구동부
17 위치 검출부
18 보정량 산출부
19 노마르스키(nomarski) 프리즘(제1 보상 소자)
20 빔 디스플레이서(제2 보상 소자)
21 웨이퍼 홀더
22 홀더 유리 기구
23 홀더 구동부
31 1/2 파장판(위상 부재)
32, 33 편광 해소 소자
IL 조명계
R 레티클
RH 레티클 홀더
PL 투영 광학계
W 웨이퍼

본 발명의 실시형태를 첨부 도면에 기초하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시형태에 관한 면 위치 검출 장치를 구비한 노광 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 2는, 도 1의 투사 광학계 및 집광 광학계가 모두 양측 텔레센트릭인 것을 나타내는 광로도이다. 도 3은, 본 실시형태의 면 위치 검출 장치에 있어서의 한 쌍의 펜타프리즘간의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 2에서는, 도면의 명료화를 위해 한 쌍의 펜타프리즘(6, 9)간의 구성의 도시를 생략하고 있다. 도 1에 있어서, 투영 광학계(PL)의 광축(AX)에 평행하게 Z축을, 광축(AX)에 수직인 면 내에 있어서 도 1의 지면에 평행하게 Y축을, 도 1의 지면에 수직으로 X축을 설정하고 있다. 본 실시형태에서는, 투영 노광 장치에 있어서의 감광성 기판의 면 위치의 검출에 대해 본 발명의 면 위치 검출 장치를 적용하고 있다.

도시의 노광 장치는 노광용 광원(도시하지 않음)으로부터 사출된 조명광(노광광)으로, 소정의 패턴이 형성된 마스크로서의 레티클(R)을 조명하기 위한 조명계(IL)를 구비하고 있다. 레티클(R)은 레티클 홀더(RH)를 통하여, 레티클 스테이지(도시 생략)상에 있어서 XY 평면에 평행하게 유지되어 있다. 레티클 스테이지는, 도시를 생략한 구동계의 작용에 의해, 레티클 면(즉, XY 평면)을 따라 2차원적으로 이동 가능하고, 그 위치 좌표는 레티클 간섭계(도시 생략)에 의해 계측되며 또한 위치 제어되도록 구성되어 있다.

레티클(R)에 형성된 패턴으로부터의 빛은, 투영 광학계(PL)를 통하여, 감광성 기판인 웨이퍼(W)의 표면(피노광면)(Wa)상에 레티클 패턴상을 형성한다. 웨이퍼(W)는 웨이퍼 홀더(21)상에 얹어 놓여지고, 웨이퍼 홀더(21)는 홀더 유지 기구(22)에 의해 지지되고 있다. 홀더 유지 기구(22)는, 홀더 구동부(23)의 제어에 기초하여, 상하 방향(Z 방향)으로 이동 가능한 3개의 지지점(22a~22c)(도 1에서는 2개의 지지점(22a, 22b)만을 나타냄)에 의해 웨이퍼 홀더(21)를 지지하고 있다.

이렇게 하여, 홀더 구동부(23)는, 홀더 유지 기구(22)의 각 지지점(22a~22c)의 상하 이동을 각각 제어하는 것에 의해, 웨이퍼 홀더(21)의 레벨링(수평화) 및 Z 방향(포커싱 방향) 이동을, 나아가서는 웨이퍼(W)의 레벨링 및 Z 방향 이동을 실시한다. 웨이퍼 홀더(21) 및 홀더 유지 기구(22)는, 또한 웨이퍼 스테이지(도시하지 않음)에 의해 지지되어 있다. 웨이퍼 스테이지는, 도시를 생략한 구동계의 작용에 의해 웨이퍼 면(즉, XY 평면)을 따라 2차원적으로 이동 가능하고 또한 Z축 회전으로 회전 가능하며, 그 위치 좌표는 웨이퍼 간섭계(도시하지 않음)에 의해 계측되고 또한 위치 제어되도록 구성되어 있다.

여기서, 레티클(R)의 패턴면상에 마련된 회로 패턴을 웨이퍼(W)의 피노광면(Wa)의 각 노광 영역에 양호하게 전사하기 위해서는, 각 노광 영역으로의 노광마다, 투영 광학계(PL)에 의한 결상면을 중심으로 한 초점 심도의 폭 내에, 피노광면(Wa)의 현재의 노광 영역을 위치 맞춤시킬 필요가 있다. 그러기 위해서는, 현재의 노광 영역에 있어서의 각 점의 면 위치 즉 투영 광학계(PL)의 광축(AX)을 따른 면 위치를 정확하게 검출한 후에, 피노광면(Wa)이 투영 광학계(PL)의 초점 심도의 폭 범위 내에 들어가도록, 웨이퍼 홀더(21)의 레벨링 및 Z 방향의 이동을, 나아가서는 웨이퍼(W)의 레벨링 및 Z 방향의 이동을 행하면 좋다.

따라서, 본 실시형태의 투영 노광 장치는, 피노광면(Wa)의 현재의 노광 영역에 있어서의 각 점의 면 위치를 검출하기 위한 면 위치 검출 장치를 구비하고 있다. 도 1을 참조하면, 본 실시형태의 면 위치 검출 장치는, 검출광을 공급하기 위한 광원(1)을 구비하고 있다. 일반적으로, 피검면인 웨이퍼(W)의 표면(Wa)은 레지스트 등의 박막으로 덮여 있다. 따라서, 이 박막에 의한 간섭의 영향을 감소시키기 위해, 광원(1)은 파장 폭이 넓은 백색 광원(예를 들어, 파장 폭이 600~900 ㎚인 조명광를 공급하는 할로겐램프나, 이것과 같은 대역의 넓은 조명광를 공급하는 크세논 광원 등)인 것이 바람직하다. 또한, 광원(1)으로서 레지스트에 대한 감광성이 약한 파장대의 빛을 공급하는 발광 다이오드를 이용할 수도 있다.

광원(1)으로부터의 발산 광속은, 콘덴서 렌즈(2)를 통하여 대략 평행 광속으로 변환된 후, 편향 프리즘(3)에 입사한다. 편향 프리즘(3)은, 콘덴서 렌즈(2)로부터의 대략 평행 광속을 굴절 작용에 의해 -Z 방향을 따라 편향시킨다. 또, 편향 프리즘(3)의 사출측에는 X 방향으로 연장되는 가늘고 긴 투과부와 X 방향으로 연장되는 가늘고 긴 차광부가 일정한 피치로 번갈아 마련된 투과형 격자 패턴(3a)이 형성되어 있다. 또한, 투과형 격자 패턴 대신에, 요철 형상의 반사형 회절격자를 적용해도 되며, 혹은 반사부와 무반사부가 번갈아 형성된 반사형 격자 패턴을 적용해도 된다.

투과형 격자 패턴(3a)을 투과한 빛은, 투영 광학계의 광축(AX)에 평행한 광축(AX1)을 따라 배치된 투사 광학계(4, 5)에 입사한다. 투사 광학계(4,5)는 투사용 집광렌즈(4)와 투사용 대물렌즈(5)로 구성되어 있다. 투사 광학계(4, 5)를 통한 광속은 펜타프리즘(6)에 입사한다. 펜타프리즘(6)은 그 긴 쪽 방향 축선이 X 방향을 따라 연장된 5각 기둥 모양의 편향 프리즘이며, 광축(AX1)을 따라 입사한 빛을 굴절시키는 일 없이 그대로 투과시키기 위한 제1 투과면(6a)을 갖는다. 즉, 제1 투과면은 광축(AX1)에 대해 수직으로 설정되어 있다.

제1 투과면(6a)을 투과하여 펜타프리즘(6)의 내부를 광축(AX1)을 따라 전파한 빛은 제1 반사면(6b)에서 반사된 후, 제2 반사면(6c)에서 광축(AX2)을 따라 다시 반사된다. 제2 반사면(6c)에서 반사되어 펜타프리즘(6)의 내부를 광축(AX2)을 따라 전파한 빛은, 제2 투과면(6d)에서 굴절되는 일 없이 그대로 투과한다. 즉, 제2 투과면(6d)은 광축(AX2)에 대해 수직으로 설정되어 있다. 여기서, 펜타프리즘(6)은 석영 유리와 같은 저열팽창으로 또한 저분산의 광학 재료로 형성되며, 제1 반사면(6b) 및 제2 반사면(6c)에는 알루미늄이나 은 등으로 이루어진 반사막이 형성되어 있다.

이렇게 하여, 광축(AX1)을 따라 ―Z 방향으로 입사한 빛은 펜타프리즘(6)에 의해 크게 편향되고, 광축(AX2)을 따라 피검면(Wa)으로 유도된다. 이 때, 피검면(Wa)으로의 입사각이 충분히 커지도록 광축(AX2)의 방향이 마련되고, 나아가서는 펜타프리즘(6)에 의한 편향각이 설정되어 있다. 구체적으로는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 광축(AX2)을 따라 펜타프리즘(6)으로부터 사출된 광속은 투사측 마름모꼴 프리즘(7)에 입사한다.

마름모꼴 프리즘(7)은 마름모꼴 단면을 갖는 사각 기둥 모양의 프리즘으로서, 그 긴 쪽 방향 축선이 펜타프리즘(6)과 마찬가지로 X 방향을 따라 배치되어 있다. 마름모꼴 프리즘(7)에서는, 광축(AX2)에 수직인 제1 투과면(7a)을 투과한 빛이, 서로 평행한 한 쌍의 반사면(7b, 7c)에서 순차적으로 반사된 후, 제1 투과면(7a)에 평행한 제2 투과면(7d)을 투과하여, 광축(AX2)에 평행한 광축(AX21)을 따라 마름모꼴 프리즘(7)으로부터 사출된다. 마름모꼴 프리즘(7)으로부터 광축(AX21)을 따라 사출된 광속은 피검면(Wa)에 입사한다.

여기서, 피검면(Wa)이 투영 광학계(PL)의 결상면과 합치하고 있는 상태에 있어서, 투사 광학계(4, 5)가 격자 패턴(3a)의 형성면(즉, 편향 프리즘(3)의 사출면)과 피검면(Wa)을 공역으로 배치하도록 구성되어 있다. 또, 격자 패턴(3a)의 형성면과 피검면(Wa)이 투사 광학계(4, 5)에 관해 샤임플러그의 조건을 만족하도록 구성되어 있다. 그 결과, 격자 패턴(3a)으로부터의 빛은, 투사 광학계(4, 5)를 통하여 피검면(Wa)상의 패턴상 형성면의 전체에 걸쳐 정확하게 결상한다.

또, 도 2에 있어서 광로를 파선으로 나타내는 바와 같이, 투사용 집광렌즈(4)와 투사용 대물렌즈(5)로 구성되는 투사 광학계(4,5)는, 이른바 양측 텔레센트릭 광학계이다. 따라서, 격자 패턴(3a)의 형성면상의 각 점과 피검면(Wa)상의 각 공역점은 전면에 걸쳐 각각 동배율이다. 이렇게 해서, 피검면(Wa)상에는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 격자 패턴(3a)의 1차상이 그 전체에 걸쳐 정확하게 형성된다.

다시 도 1을 참조하면, 투영 광학계(PL)의 광축(AX)에 관해 광축(AX21)과 대칭인 광축(AX31)을 따라 피검면(Wa)에서 반사된 광속은 수광측 마름모꼴 프리즘(8)에 입사한다. 마름모꼴 프리즘(8)은, 마름모꼴 프리즘(7)과 마찬가지로, X 방향을 따라 긴 쪽 방향 축선을 가지며 또한 마름모꼴 단면을 갖는 사각 기둥 모양의 프리즘이다. 따라서, 마름모꼴 프리즘(8)에서는, 광축(AX31)에 수직인 제1 투과면(6a)을 투과한 빛이, 서로 평행한 한 쌍의 반사면(8b, 8c)에서 순차적으로 반사된 후, 제1 투과면(8a)에 평행한 제2 투과면(8d)을 투과하여, 광축(AX31)에 평행한 광축(AX3)을 따라 마름모꼴 프리즘(8)으로부터 사출된다.

광축(AX3)을 따라 마름모꼴 프리즘(8)으로부터 사출된 빛은, 상술의 펜타프리즘(6)과 같은 구성을 갖는 펜타프리즘(9)을 통하여 집광 광학계(10, 11)에 입사한다. 즉, 피검면(Wa)에서 반사된 빛은, 투영 광학계(PL)의 광축(AX)에 관해 광축(AX2)과 대칭인 광축(AX3)을 따라 펜타프리즘(9)에 입사한다. 펜타프리즘(9)에서는, 광축(AX3)에 수식인 제1 투과면(9a)을 투과한 빛이, 제1 반사면(9b) 및 제2 반사면(9c)에서 순차적으로 반사된 후, Z 방향으로 연장되는 광축(AX4)을 따라 제2 투과면(9d)에 도달한다. 광축(AX4)에 수직인 제2 투과면(9d)을 투과한 빛은 광축(AX4)을 따라 +Z 방향으로 집광 광학계(10, 11)에 입사한다.

집광 광학계(10, 11)는 수광용 대물렌즈(10)와 수광용 집광렌즈(11)로 구성되어 있다. 그리고, 수광용 대물렌즈(10)와 수광용 집광렌즈(11) 사이의 광로중에는, 주사 수단으로서의 진동 미러(12)가 마련되어 있다. 따라서, 광축(AX4)을 따라 수광용 대물렌즈(10)에 입사한 빛은, 진동 미러(12)를 통하여 편향되고 광축(AX5)을 따라 수광용 집광렌즈(11)에 도달한다. 또한, 본 실시형태에서는, 진동 미러(12)를 집광 광학계(10, 11)의 대략 동면(瞳面)의 위치에 배치되어 있으나, 이에 한정되지 않고, 피검면(Wa)과 후술의 여파 보정 프리즘(13) 사이의 광로중 또는 피검면(Wa)과 편향 프리즘(3) 사이의 광로중에 있어서 임의의 위치에 배치할 수 있다.

집광 광학계(10, 11)를 통한 빛은, 상술의 편향 프리즘(3)과 같은 구성을 갖는 여파 보정 프리즘(13)에 입사한다. 여기서, 피검면(Wa)이 투영 광학계(PL)의 결상면과 합치하고 있는 상태에 있어서, 집광 광학계(10, 11)가 피검면(Wa)과 여파 보정 프리즘(13)의 입사면(13a)을 공역으로 배치하도록 구성되어 있다. 이렇게 해서, 여파 보정 프리즘(13)의 입사면(13a)에는 격자 패턴(3a)의 2차상이 형성된다.

또한, 여파 보정 프리즘(13)의 입사면(13a)에는 차광 수단으로서의 수광 슬릿(S)이 마련되어 있다. 수광 슬릿(S)은, 도 5에 나타내는 바와 같이, 예를 들어 5개의 X 방향으로 가늘고 길게 연장되는 직사각형 모양의 개구부(Sa1~Sa5)를 갖는다. 집광 광학계(10, 11)를 통한 피검면(Wa)으로부터의 반사광은, 수광 슬릿(S)의 각 개구부(Sa1~Sa5)를 통과하여 여파 보정 프리즘(13)에 입사한다.

여기서, 수광 슬릿(S)의 개구부(Sa)의 수가 피검면(Wa)상에 있어서의 검출점의 수에 대응한다. 즉, 피검면(Wa)상에 격자 패턴(3a)의 1차상이 형성되어 있는 상태를 나타내는 도 4에 있어서, 피검면(Wa)상의 검출점(검출 영역)(Da1~Da5)은, 도 5에 나타내는 수광 슬릿(S)의 5개의 개구부(Sa1~Sa5)에 광학적으로 대응하고 있다. 따라서, 피검면(Wa)상에서의 검출점의 수를 늘리고 싶을 때에는 개구부(Sa)의 수를 늘리면 될 뿐이며, 검출점의 수를 늘려도 구성의 복잡화를 초래하는 일이 없다.

또한, 투영 광학계(PL)에 의한 결상면과 여파 보정 프리즘(13)의 입사면(13a)이 집광 광학계(10, 11)에 관해 샤임플러그 조건을 만족하도록 구성되어 있다. 따라서, 피검면(Wa)과 결상면이 합치하고 있는 상태에 있어서, 격자 패턴(3a)으로부터의 빛이, 집광 광학계(10, 11)를 통하여 프리즘 입사면(13a)상의 패턴상 형성면의 전체에 걸쳐 정확하게 재결상한다.

또, 도 2에 있어서 광로를 파선으로 나타내는 바와 같이, 집광 광학계(10, 11)가 양측 텔레센트릭 광학계로 구성되어 있다. 따라서, 피검면(Wa)상의 각 점과 프리즘 입사면(13a)상의 각 공역점은 전면에 걸쳐 동배율이다. 이렇게 해서, 여파 보정 프리즘(13)의 입사면(13a)상에는, 격자 패턴(3a)의 2차상이 그 전체에 걸쳐 정확하게 형성된다.

그런데, 여파 보정 프리즘(13)의 입사면(13a)의 위치에 수광면을 배치하면, 피검면(Wa)에 대한 광속의 입사각 θ가 크기 때문에, 수광면에 있어서의 광속의 입사각도 커진다. 이 경우, 수광면에 예를 들어 실리콘·포토·다이오드를 배치하면, 실리콘·포토·다이오드로의 광속의 입사각이 커지기 때문에, 실리콘·포토·다이오드에 있어서의 표면 반사가 커지는 동시에, 광속의 그늘 현상(vignetting)이 발생하여 수광량이 현저하게 저하될 우려가 있다.

따라서, 본 실시형태에서는, 수광면에 있어서의 광속의 입사각에 기인하는 수광량의 저하를 피하기 위해, 도 1에 나타내는 바와 같이, 집광 광학계(10, 11)에 관한 피검면(Wa)과의 공역면에 편향 광학계로서의 여파 보정 프리즘(13)의 입사면(13a)을 배치하고 있다. 그 결과, 집광 광학계(10, 11)를 통하여 광축(AX5)을 따라 여파 보정 프리즘(13)의 입사면(13a)에 입사한 광속은, 여파 보정 프리즘(13)의 꼭지각(입사면과 사출면이 이루는 각)과 같은 굴절각에 따라 편향되고, 사출면(13b)으로부터 광축(AX6)을 따라 사출된다. 여기서, 사출면(13b)은 광축(AX6)에 수직으로 설정되어 있다.

여파 보정 프리즘(13)의 사출면(13b)으로부터 광축(AX6)을 따라 사출된 빛은, 한 쌍의 렌즈(14a, 14b)로 구성되는 릴레이 광학계(14a, 14b)에 입사한다. 릴레이 광학계(14a, 14b)를 통한 빛은, 여파 보정 프리즘(13)의 입사면(13a)상에 형성된 격자 패턴(3a)의 2차상과 수광 슬릿(S)의 개구부(Sa1~Sa5)의 공역상을 수광부(15)의 수광면(15a)상에 형성한다. 수광면(15a)에는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 5개의 실리콘·포토·다이오드(PD1~PD5)가 수광 슬릿(S)의 개구부(Sa1~Sa5)에 광학적으로 대응하도록 마려되어 있다. 또한, 실리콘·포토·다이오드 대신에, CCD(2차원 전하 결합형 촬상 소자)나 포토멀티플라이어(photomultiplier)를 이용할 수도 있다.

이와 같이, 본 실시형태에 있어서는, 편향 광학계로서의 여파 보정 프리즘(13)을 이용하고 있기 때문에, 수광면(15a)에 입사하는 광속의 입사각이 충분히 작아지게 되어, 수광면(15a)에 있어서의 광속의 입사각에 기인하는 수광량의 저하가 회피된다. 또한, 릴레이 광학계(14a, 14b)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 양측 텔레센트릭 광학계인 것이 바람직하다. 또, 여파 보정 프리즘(13)의 입사면(13a)과 수광면(15a)이 릴레이 광학계(14a, 14b)에 관해서 샤임플러그의 조건을 만족하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.

그런데, 상술한 바와 같이, 여파 보정 프리즘(13)의 입사면(13a)상에는, 5의 개구부(Sa1~Sa5)를 갖는 수광 슬릿(S)이 마련되어 있다. 따라서, 입사면(13a)에 형성된 격자 모양 패턴(3a)의 2차상은 수광 슬릿(S)을 통하여 부분적으로 차광된다. 즉, 수광 슬릿(S)의 개구부(Sa1~Sa5)의 영역에 형성된 격자 모양 패턴(3a)의 2차상으로부터의 광속만이, 여파 보정 프리즘(13) 및 릴레이 광학계(14a,14b)를 통하여 수광면(15a)에 도달한다.

이렇게 해서, 도 6에 나타내는 바와 같이, 수광부(15)의 수광면(15a)상에 배치된 실리콘·포토·다이오드(PD1~PD5)상에는 수광 슬릿(S)의 개구부(Sa1~Sa5)의 상, 즉 슬릿상(SL1~SL5)이 각각 형성된다. 또한, 슬릿상(SL1~SL5)은 실리콘·포토·다이오드(PD1~PD5)의 직사각형 모양의 수광 영역의 내측에 각각 형성되도록 설정되어 있다.

여기서, 피검면(Wa)이 투영 광학계(PL)의 광축(AX)을 따라 Z 방향으로 상하 이동하면, 여파 보정 프리즘(13)의 입사면(13a)상에 형성되는 격자 패턴(3a)의 2차상은, 피검면(Wa)의 상하 이동에 대응하여 패턴의 피치 방향으로 주향 이동을 일으킨다. 본 실시형태에서는, 예를 들어 본 출원인에 의한 일본 특개평6-97045호 공보에 개시된 광전 현미경의 원리에 의해, 격자 패턴(3a)의 2차상의 주향 이동량을 검출하고, 검출한 주향 이동량에 기초하여 투영 광학계(PL)의 광학축(AX)을 따른 피검면(Wa)의 면 위치를 검출한다.

또한, 진동 미러(12)를 구동하는 미러 구동부(16), 미러 구동부(16)로부터의 교류 신호에 기초하여 실리콘·포토·다이오드(PD1~PD5)로부터의 검출 신호를 동기 검파하기 위한 위치 검출부(17), 피검면(Wa)을 투영 광학계(PL)의 초점 심도의 범위 내에 넣는데 필요한 기울기 보정량 및 Z 방향 보정량을 산출하는 보정량 산출부(18), 기울기 보정량 및 Z 방향 보정량에 기초하여 홀더 유지 기구(22)를 구동 제어하고, 웨이퍼 홀더(21)의 레벨링 및 Z 방향 이동을 행하게 하기 위한 홀더 구동부(23)의 동작은, 본 출원인에 의한 일본 특개 2001-296105호 공보 및 이에 대응하는 미국 특허 제6,897,462호 공보에 개시되는 장치와 같기 때문에, 여기서는 설명을 생략한다.

또, 샤임플러그 조건, 편향 프리즘(3) 및 여파 보정 프리즘(13)의 구성이나 작용 및 광전 현미경의 원리의 구체적인 적용 등에 대해서는, 미국 특허 제 5,633,721호 공보에 상세하게 개시되어 있다. 그리고, 펜타프리즘(6, 9)의 구성이나 작용에 대해서는, 특개 2001-296105호 공보 및 이에 대응하는 미국 특허 제6,897,462호 공보에 상세하게 개시되어 있다. 또한, 이들 펜타프리즘(6, 9)의 한쪽, 또는 쌍방을 생략하는 구성도 가능하다. 여기서는, 미국 특허 제5,633,721호 공보 및 미국 특허 제6,897,462호 공보를 참조로서 원용한다.

본 실시형태에서는, 투사 광학계(4,5)와 피검면(Wa) 사이의 광로중 및 집광 광학계(10, 11)와 피검면(Wa) 사이의 광로중에 펜타프리즘(6, 9)을 각각 마련하고, 피검면(Wa)으로의 입사 광속의 광로 및 피검면(Wa)으로부터의 반사광 광속의 광로를 펜타프리즘(6, 9)의 작용에 의해 크게 꺾어 구부려, 투사 광학계(4, 5) 및 집광 광학계(10, 11)를 피검면(Wa)으로부터 충분히 멀리하고 있다. 그 결과, 투사 광학계(4, 5) 및 집광 광학계(10, 11)의 구성 및 배치가 피검면(Wa)의 제약을 실질적으로 받는 일이 없다.

또, 본 실시형태에서는, 펜타프리즘(6)과 피검면(Wa) 사이의 광로중 및 펜타프리즘(9)과 피검면(Wa) 사이의 광로중에 마름모꼴 프리즘(7, 8)이 각각 부설되어 있기 때문에, 피검면(Wa)으로의 입사 광속의 광로 및 피검면(Wa)으로부터의 반사 광속의 광로가 마름모꼴 프리즘(7, 8)의 작용에 의해 각각 평행 이동한다. 그 결과, 한 쌍의 펜타프리즘(6, 9)을 피검면(Wa)으로부터 멀리할 수 있어, 한 쌍의 펜타프리즘(6, 9) 및 그 유지 부재의 구성 및 배치가 피검면(Wa)의 제약을 실질적으로 받는 일이 없다.

본 실시형태의 면 위치 검출 장치에서는, 투사계의 광로중에 배치되어 입사 광속의 광로를 평행 이동시키기 위한 한 쌍의 내면 반사면(7b, 7c)을 갖는 투사측 프리즘 부재, 즉 마름모꼴 프리즘(7)과, 수광계의 광로중에 있어서 투사측 프리즘 부재(7)에 대응하도록 배치되고, 피검면(Wa)으로부터의 입사 광속의 광로를 평행 이동시키기 위한 한 쌍의 내면 반사면(8b, 8c)을 갖는 수광측 프리즘 부재, 즉 마름모꼴 프리즘(8)을 구비하고 있다. 이 경우, 투사측의 마름모꼴 프리즘(7)의 서로 평행한 2개의 내면 반사면(7b, 7c)에서 전반사된 광속에 편광 성분에 의한 상대적인 위치 차이가 발생하여 선명한 패턴상이 피검면(Wa)상에 형성되지 않는다.

구체적으로는, 피검면(Wa)에 도달하는 광속 가운데, 피검면(Wa)에 대한 P 편광의 빛과 S 편광의 빛 사이에 상대적인 위치 차이가 발생하고, 나아가서는 P 편광의 빛이 피검면(Wa)상에 형성하는 패턴상과 S 편광의 빛이 피검면(Wa)상에 형성하는 패턴상 사이에 상대적인 위치 차이가 발생한다. 마찬가지로, 피검면(Wa)으로부터 반사되어 수광측의 마름모꼴 프리즘(8)의 서로 평행한 2개의 내면 반사면(8b, 8c)에서 전반사된 광속에도 편광 성분에 의한 상대적인 위치 차이가 발생하여, 여파 보정 프리즘(13)의 입사면(13a)상에 형성되는 패턴 2차상이 더욱 불선명하게 된다.

바꾸어 말하면, 수광측의 마름모꼴 프리즘(8)의 내면 반사면(8b, 8c)에서의 전반사의 영향에 의해, P 편광의 빛이 입사면(13a)상에 형성하는 패턴 2차 상과 S 편광의 빛이 입사면(13a)상에 형성하는 패턴 2차상 사이에 발생하는 상대적인 위치 차이가 조장된다(배가된다).

본 실시형태의 면 위치 검출 장치는, 반도체 노광 프로세스 도중에 있어서 각종 표면 상태를 갖는 웨이퍼(W)(예를 들어 웨이퍼(W)상의 구조물을 구성하는 물질이 복수종이거나, 웨이퍼(W)상의 구조 그 자체(다층 구조)가 복수종이거나 함)의 면 위치 검출에 대해 적용된다. 그리고, 일반적으로, 웨이퍼 표면은 레지스트가 도포된 상태로 되어 있다. 이와 같은 상황에서, 각종 표면 상태에 편차가 있는 경우(예를 들어, 웨이퍼상에 형성되는 층의 두께가 고르지 않거나, 그 층을 형성하는 재료의 순도 등의 성질이 고르지 않거나 하는 경우)나, 레지스트 두께에 편차가 있는 경우, 특정의 편광 성분의 빛(예를 들어, P 편광의 빛, S 편광의 빛 등)에 대한 반사율이 이들 격차에 의존하여 변화한다.

그 결과, 본 실시형태의 면 위치 검출 장치에서는, 특별한 대책을 강구하지 않는 한, 마름모꼴 프리즘(7, 8)의 내면 반사면(7b, 7c ; 8b, 8c)을 통과한 광속에 발생하는 편광 성분에 의한 상대적인 위치 차이와, 상기 웨이퍼(W)의 표면 상태의 편차나 레지스트 두께의 편차에 기인하는 특정 편광 성분의 반사율 변화에 의해 피검면(Wa)의 면 위치의 검출 오차가 발생하기 쉽다.

근년, 투영 노광 패턴의 미세화에 수반하여, 웨이퍼면의 평탄도에 대한 요구도 심해지는 동시에, 면 위치 검출 정밀도에 대한 요구도 매우 높아지고 있다. 또, ArF 엑시머 레이저 광원을 이용한 노광 장치 등에서는, 표면의 레지스트의 두께도 얇아지는 경향에 있어, 상기 각종 표면 상태나 레지스트 두께의 편차에 기인하는 면 위치 검출 오차를 무시할 수 없는 상황에 있다.

따라서, 본 실시형태에서는, 투사측 프리즘 부재(마름모꼴 프리즘)(7)의 내면 반사면(7b, 7c) 및 수광측 프리즘 부재(마름모꼴 프리즘)(8)의 내면 반사면(8b, 8c)을 통과한 광속의 편광 성분에 의한 상대적인 위치 차이를 보상하기 위한 위치 차이 보상 부재를 부설하고 있다.

도 7은, 본 실시형태의 면 위치 검출 장치에 부설된 위치 차이 보상 부재의 구성 및 작용을 설명하는 도면이다. 단, 도 7에서는, 설명의 명료화를 위해서, 피검면(Wa)으로부터 여파 보정 프리즘(13)의 입사면(13a)까지의 광로를 직선 모양의 광축(AX)을 따라 전개하여 나타내는 동시에, 진동 미러(12)의 도시를 생략하고 있다. 이 점은, 도 7에 관련된 도 8에 있어서나 마찬가지이다. 도 7을 참조하면, 본 실시형태의 면 위치 검출 장치에서는, 수광용 대물렌즈(10)와 수광용 집광렌즈(11) 사이의 광로중에 있어서 집광 광학계(10, 11)의 눈동자 위치 또는 그 근방에 위치 차이 보상 부재로서의 노마르스키 프리즘(19)을 배치하고 있다.

노마르스키 프리즘(19)은, 입사 광선의 편광 방향에 의해 사출 광선의 진행 방향을 다른 각도만큼 기울이는 기능을 갖는 광학 소자(제1 보상 소자)이다. 구체적으로는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 마름모꼴 프리즘(7, 8)의 내면 반사면(7b, 7c ; 8b, 8c)에서의 전반사의 영향에 의해, P 편광의 빛과 S 편광의 빛 사이에 상대적인 위치 차이가 발생하여, 대표적인 P 편광의 빛(71a) 및 S 편광의 빛(72a)이 서로 다른 각도로 광축(AX)에 대해 경사진 상태로 노마르스키 프리즘(19)중의 광축(AX)상의 대략 1점에 입사한다. 노마르스키 프리즘(19)은, 입사 광선의 편광 방향에 의해 사출 광선의 진행 방향을 다른 각도만큼 기울이는 기능에 기초하여, 광축(AX)에 대해 경사지게 입사한 P 편광의 빛(71a)을 대략 광축(AX)을 따라 진행하는 P 편광의 사출광(71b)으로 변환하고, 또한 광축(AX)에 대해 경사지게 입사한 S 편광의 빛(72a)을 대략 광축(AX)을 따라 진행하는 S 편광의 사출광(72b)으로 변환한다.

이렇게 해서, 마름모꼴 프리즘(7, 8)의 내면 반사면(7b, 7c ; 8b, 8c)에서의 전반사에 기인하여 발생한 P 편광의 빛과 S 편광의 빛 사이의 상대적인 위치 차이가 노마르스키 프리즘(19)의 동작에 의해 보상되고, 노마르스키 프리즘(19)으로부터의 P 편광의 사출광(71b)과 S 편광의 사출광(72b)이 대략 같은 경로를 따라 진행하여 여파 보정 프리즘(13)의 입사면(13a)상의 대략 1점에 도달한다. 그 결과, 본 실시형태의 면 위치 검출 장치에서는, 위치 차이 보상 부재로서의 노마르스키 프리즘(19)의 작용에 의해, 프리즘 부재(마름모꼴 프리즘)(7, 8)의 내면 반사면(7b, 7c ; 8b, 8c)을 통과한 광속에 발생하는 편광 성분에 의한 상대적인 위치 차이 등의 영향을 실질적으로 받지 않고, 여파 보정 프리즘(13)의 입사면(13a)상에 선명한 패턴 2차상이 형성되며, 나아가서는 피검면(Wa)의 면 위치를 고정밀도로 검출할 수 있다. 덧붙여서, 노마르스키 프리즘(19)을 부설하지 않는 경우, 노마르스키 프리즘(19)으로부터의 P 편광의 사출광(도면 중 파선으로 나타냄)(71c)과 S 편광의 사출광(도면중 파선으로 나타냄)(72c)이 서로 다른 경로를 따라 진행하여 여파 보정 프리즘(13)의 입사면(13a)상의 서로 다른 위치에 이르게 되어, 여파 보정 프리즘(13)의 입사면(13a)상에 있어서 선명한 패턴 2차상은 얻을 수 없다.

또한, 상술의 설명에서는, 입사 광선의 편광 방향에 의해 사출 광선의 진행 방향을 다른 각도만큼 기울이는 기능을 갖는 위치 차이 보상 부재로서 노마르스키 프리즘을 이용하고 있으나, 이에 한정되지 않고, 노마르스키 프리즘 대신에, 예를 들어 울러스턴 프리즘을 이용해도 된다. 또, 위치 차이 보정 부재로서 노마르스키 프리즘이나 울러스턴 프리즘을 이용하는 경우에는, 노마르스키 프리즘이나 울러스턴 프리즘의 근방에 직시 프리즘을 배치하여, 색 차이를 보정해도 된다.

또, 보다 간편하게는 상기 프리즘 대신에, 방해석, 수정, 이트륨·오르토바나데이트 결정, 루틸 결정 등의 복굴절성의 결정 재료에 의해 형성되고, 입사 하는 상광선과 이상광선에 각도 차이를 발생시키는 쐐기 프리즘판을 이용해도 된다. 이 경우, 예를 들어 결정 광축과 쐐기는 각도 차이를 발생시키는 방향으로 설정한다. 또, 이와 같은, 쐐기 프리즘판과 통상의 광학 유리에 의한 쐐기 프리즈판을 붙인 것을 사용해도 된다. 그 효과에 관해서는, 전술의 노마르스키 프리즘을 이용한 것과 같다.

또, 상술의 설명에서는, 수광용 대물렌즈(10)와 수광용 집광렌즈(11) 사이의 광로중에 있어서 집광 광학계(10, 11)의 눈동자 위치 또는 그 근방에 노마르스키 프리즘(19)을 배치하고 있으나, 이에 한정되지 않고, 일반적으로 투사계의 눈동자 공간 또는 수광계의 눈동자 공간에 노마르스키 프리즘을 배치할 수 있다. 또한, 투사계의 눈동자 공간에 배치하는 경우, 투사용 집광 렌즈(4)와 투사용 대물렌즈(5) 사이의 광로중에 있어서 투사 광학계(4, 5)의 눈동자 위치 또는 그 근방에 배치하면 된다. 또, 위치 차이 보상 부재로서 울러스턴 프리즘을 이용하는 경우에도, 투사계의 눈동자 공간 또는 수광계의 눈동자 공간에 울러스턴 프리즘을 배치하면 된다. 단, 기성 장치의 성능 향상을 위해, 노마르스키 프리즘이나 울러스턴 프리즘과 같은 위치 차이 보상 부재를 부록하는 경우에는, 수광계의 눈동자 공간에 배치하는 쪽이 투사계의 눈동자 공간에 배치하는 것보다도 광학 조정이 용이하다.

또, 상술의 설명에서는, 위치 차이 보상 부재로서 입사 광선의 편광 방향에 의해 사출 광선의 진행 방향을 다른 각도만큼 기울이는 기능을 갖는 광학 소자(노마르스키 프리즘, 울러스턴 프리즘 등)를 이용하고 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 도 8에 나타내는 바와 같이, 입사 광선의 편광 방향에 의해 사출 광선의 진행 방향을 다른 거리만큼 평행 이동시키는 광학 소자(제2 보상 소자)를 위치 차이 보상 부재로서 이용하는 변형예도 가능하다. 또, 도 9에 나타내는 바와 같이, 투사측 프리즘 부재(마름모꼴 프리즘)(7)와 수광측 프리즘 부재(마름모꼴 프리즘)(8) 사이의 광로중에 배치되어 입사 광선의 편광 방향을 변화시키기 위한 위상 부재를 위치 차이 보상 부재로서 이용하는 변형예도 가능하다.

도 8을 참조하면, 제1 변형예에 관한 위치 차이 보상 부재로서의 빔 디스플레이서(20)가, 수광용 집광렌즈(11)와 여파 보정 프리즘(13) 사이의 광로중에 배치되어 있다. 빔 디스플레이서(20)는, 예를 들어 방해석, 수정, 이트륨·오르토버나데이트(YVO₄) 결정, 루틸(TiO₂) 결정 등의 복굴절성의 결정 재료에 의해 형성되고, 입사하는 상광선과 이상 광선을 서로 평행하게 되도록 사출하는 기능을 갖는다. 다시 말하면, 빔 디스플레이서(20)는, 입사 광선의 편광 방향에 의해 사출 광선의 진행 방향을 다른 거리만큼 평행 이동시키는 기능을 갖는다.

구체적으로는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 마름모꼴 프리즘(7, 8)의 내면 반사면(7b, 7c ; 8b, 8c)에서의 전반사의 영향에 의해, P 편광의 빛과 S 편광의 빛 사이에 상대적인 위치 차이가 발생하고, 대표적인 P 편광의 빛(73a) 및 S 편광의 빛(74a)이 광축(AX)에 대략 평행한 서로 다른 경로를 따라 빔 디스플레이서(20)에 입사한다. 빔 디스플레이서(20)는, 입사 광선의 편광 방향에 의해 사출 광선의 진행 방향을 다른 거리만큼 평행 이동시키는 기능에 기초하여, 입사한 P 편광의 빛(73a)을 그대로 투과시켜 광축(AX)에 대략 평행한 경로를 따라 진행하는 P 편광의 사출광(73b)으로 변환하고, 또한 입사한 S 편광의 빛(74a)을 평행 이동시켜 P 편광의 사출광(73b)의 진행 경로와 대략 같은 경로를 따라 진행하는 S 편광의 사출광(74b)으로 변환한다.

이렇게 해서, 마름모꼴 프리즘(7, 8)의 내면 반사면(7b, 7c ; 8b, 8c)에서의 전반사에 기인하여 발생한 P 편광의 빛과 S 편광의 빛 사이의 상대적인 위치 차이가 빔 디스플레이서(20)의 작용에 의해 보상되고, 빔 디스플레이서(20)로부터의 P 편광의 사출광(73b)과 S 편광의 사출광(74b)이 대략 같은 경로를 따라 진행하여 여파 보정 프리즘(13)의 입사면(13a)상의 대략 1점에 도달한다. 그 결과, 도 8의 제1 변형예에 있어서도, 위치 차이 보상 부재로서의 빔 디스플레이서(20)의 작용에 의해, 여파 보정 프리즘(13)의 입사면(13a)상에 선명한 패턴 2차상이 형성되고, 나아가서는 피검면(Wa)의 면 위치를 고정밀도로 검출할 수 있다. 덧붙여서, 빔 디스플레이서(20)를 부설하지 않는 경우, 빔 디스플레이서(20)로부터의 P 편광의 사출광(73c)과 S 편광의 사출광(도면중 파선으로 나타냄)(74c)이 서로 다른 경로를 따라 진행하여 여파 보정 프리즘(13)의 입사면(13a)상의 서로 다른 위치에 도달하게 되어, 여파 보정 프리즘(13)의 입사면(13a)상에 있어서 선명한 패턴 2차상은 얻을 수 없다.

또한, 상술의 제1 변형예에서는, 수광용 집광렌즈(11)와 여파 보정 프리즘(13) 사이의 광로중에, 즉 수광계의 상 공간에, 빔 디스플레이서(20)를 배치하고 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 일반적으로 편향 프리즘(3)과 여파 보정 프리즘(13) 사이의 광로중에 있어서, 투사계의 물체 공간 또는 상 공간, 혹은 수광계의 물체 공간 또는 상 공간에 빔 디스플레이서를 배치할 수 있다. 단, 기제 장치의 성능 향상을 위해, 빔 디스플레이서와 같은 위치 차이 보상 부재를 참조하는 경우에는, 수광계의 상 공간에 배치하는 쪽이 광학 조정을 용이하게 실시할 수 있다.

도 9를 참조하면, 제2 변형예에 관한 위치 차이 보상 부재로서의 1/2 파장판(31)이, 한 쌍의 프리즘 부재(마름모꼴 프리즘)(7, 8) 사이의 광로중에 있어서 수광측의 마름모꼴 프리즘(8)에 근접한 위치에 배치되어 있다. 1/2 파장판(31)은, 입사 광선의 편광 방향을 변화시키기 위한 위상 부재로서, 입사하는 P 편광의 빛을 S 편광의 빛으로 변환하여 사출하며 또한 입사하는 S 편광의 빛을 P 편광의 빛으로 변환하여 사출하는 기능을 갖는다.

이 경우, 투사측의 마름모꼴 프리즘(7)의 내면 반사면(7b, 7c)을 통과한 P 편광의 빛은, 1/2 파장판(31)의 작용에 의해 S 편광의 빛으로 변환되어 수광측의 마름모꼴 프리즘(8)의 내면 반사면(8b, 8c)을 통과한다. 마찬가지로, 투사측의 마름모꼴 프리즘(7)의 내면 반사면(7b, 7c)을 통과한 S 편광의 빛은, 1/2 파장판(31)의 작용에 의해 P 편광의 빛으로 변환되어 수광측의 마름모꼴 프리즘(8)의 내면 반사면(8b, 8c)을 통과한다. 즉, 제2 변형예에서는, 투사측의 마름모꼴 프리즘(7)의 내면 반사면(7b, 7c)에서의 전반사에 의해 P 편광의 빛이 받는 영향을, 수광측의 마름모꼴 프리즘(8)의 내면 반사면(8b, 8c)에서의 전반사에 의해 S 편광의 빛이 받는 영향에 의해 상쇄하고, 투사측의 마름모꼴 프리즘(7)의 내면 반사면(7b, 7c)에서의 전반사에 의해 S 편광의 빛이 받는 영향을, 수광측의 마름모꼴 프리즘(8)의 내면 반사면(8b, 8c)에서의 전반사에 의해 P 편광의 빛이 받는 영향에 의해 상쇄하게 된다. 그 결과, 도 9의 제2 변형예에 있어서도, 위치 차이 보상 부재로서의 1/2 파장판(31)의 작용에 의해, 여파 보정 프리즘(13)의 입사면(13a)상에 선명한 패턴 2차상이 형성되고, 나아가서는 피검면(Wa)의 면 위치를 고정밀도로 검출할 수 있다.

또, 상술의 제2 변형예에서는, 투사측 프리즘 부재(7)와 수광측 프리즘 부재(8) 사이의 광로중에 배치되어 입사 광선의 편광 방향을 변화시키기 위한 위상 부재로서 1/2 파장판(31)을 이용하고 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 1/2 파장판(31) 대신에, 패러데이 로테이터(패러데이 선광기)와 같은 위상 부재를 이용할 수 있다.

또, 상술의 제2 변형예에서는, 한 쌍의 프리즘 부재(마름모꼴 프리즘)(7, 8) 사이의 광로중에 있어서 수광측의 마름모꼴 프리즘(8)에 근접한 위치에, 위상 부재로서의 1/2 파장판(31)을 배치하고 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 한 쌍의 프리즘 부재(마름모꼴 프리즘)(7, 8) 사이의 광로중에 있어서 투사측의 적당한 위치 또는 수광측의 적당한 위치에 1/2 파장판과 같은 위상 부재를 배치할 수도 있다.

또, 상술의 실시형태 및 변형예에서는, 투사측 프리즘 부재(7)의 내면 반사면 및 수광측 프리즘 부재(8)의 내면 반사면을 통과한 광속의 편광 성분에 의한 상대적인 위치 차이를 보상하기 위한 위치 차이 보상 부재(19, 20, 31)를 이용하고 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 도 10에 나타내는 바와 같이, 입사 광선의 편광 방향을 램덤화하기 위한 편광 해소 소자를 이용하는 제3 변형예도 가능하다.

도 10의 제3 변형예에서는, 투사측 프리즘 부재(마름모꼴 프리즘)(7)의 사출측에 근접하여 투사측 편광 해소 소자(32)가 배치되고, 수광측 프리즘 부재(마름모꼴 프리즘)(8)의 입사측에 근접하여 수광측 편광 해소 소자(33)가 배치되어 있다. 여기서, 편광 해소 소자(32, 33)는, 예를 들어 수정, 불화 마그네슘과 같이 복굴절성을 갖는 결정 재료에 의해 형성된 편각 프리즘(쐐기 모양의 프리즘)으로서, 입사하는 P 편광의 빛 및 S 편광의 빛을 실질적으로 비편광화하는 기능을 갖는다.

이 경우, 한 쌍의 편광 해소 소자(32, 33)의 작용에 의해, 웨이퍼(W)로의 입사 전 및 웨이퍼(W)로부터의 사출 후에 있어서 빛의 편광 방향이 랜덤화되므로, 웨이퍼(W)에 도포된 레지스트층에 의한 P 편광이나 S 편광의 반사율 변동의 영향을 양호하게 억제할 수 있다. 그 결과, 제3 변형예에 있어서도, 프리즘 부재(마름모꼴 프리즘)(7, 8)의 내면 반사면(7b, 7c ; 8b, 8c)을 통과한 광속에 발생하는 편광 성분에 의한 상대적인 위치 차이 등의 영향을 실질적으로 받는 일 없이 피검면(Wa)의 면 위치를 고정밀도로 검출할 수 있다.

또, 본 실시형태에서는, 투사측의 마름모꼴 프리즘(7) 및 수광측의 마름모꼴 프리즘(8)의 내면 반사면(7b, 7c ; 8b, 8c)의 외측면에, 예를 들어 알루미늄 등으로 이루어진 금속 코트와 같은 반사막을 형성하는 구성도 가능하다. 이 구성에 의해, 마름모꼴 프리즘(7, 8)에 있어서의 전반사 현상을 회피하고, 나아가서는 마름모꼴 프리즘(7, 8)을 통과한 광속에 발생하는 편광 성분에 의한 상대적인 위치 차이의 발생을 실질적으로 억제할 수 있다.

또, 본 실시형태에서는, 투사측 마름모꼴 프리즘(7)에 인접하여 투사측 제2 마름모꼴 프리즘을 배치하고, 수광측 마름모꼴 프리즘(8)에 인접하여 수광측 제2 마름모꼴 프리즘을 배치하는 구성도 가능하다. 이 구성에 의해, 투사측 마름모꼴 프리즘(7)의 내면 반사면(7b, 7c)의 전반사에 의한 영향을 투사측 제2 마름모꼴 프리즘의 내면 반사면의 전반사에 의한 영향으로 상쇄하고, 수광측 마름모꼴 프리즘(8)의 내면 반사면(8b, 8c)의 전반사에 의한 영향을 수광측 제2 마름모꼴 프리즘의 내면 반사면의 전반사에 의한 영향으로 상쇄하며, 나아가서는 마름모꼴 프리즘(7, 8)을 통과한 광속에 발생하는 편광 성분에 의한 상대적인 위치 차이의 발생을 실질적으로 억제할 수 있다.

또, 본 실시형태에서는, 투사계의 광로중 또는 수광계의 광로중에, 입사 광속 중 특정한 편광 성분만을 선택적으로 통과시키기 위한 편광자를 배치하는 구성도 가능하다. 이 경우, 웨이퍼(W)에 도포된 레지스트층에 의한 반사율은 P 편광보다 S 편광 쪽이 높기 때문에, 피검면(Wa)에 관해 S 편광의 빛만을 선택적으로 통과시키는 특성을 갖는 편광자를 이용하는 것이 바람직하다. 이 구성에서는, 특정의 편광 성분의 빛만이 수광되므로, 프리즘 부재의 내면 반사면을 통과한 광속에 발생하는 편광 성분에 의한 상대적인 위치 차이 등의 영향을 받는 일 없이 피검면의 면 위치를 고정밀도로 검출할 수 있다. 단, 편광자를 배치하는 구성은 광량 손실의 관점에서 실용적이지 않다.

또, 상술의 실시형태에서는, 내면 반사면을 갖는 마름모꼴 프리즘(7, 8)에 있어서의 전반사의 영향에 의해 발생하는 P 편광의 빛과 S 편광의 빛 사이의 상대적인 위치 차리에 대해 설명하였으나, 표면 반사면에서의 반사에 의해도 P 편광의 빛과 S 편광의 빛 사이의 상대적인 위치 차이가 생기는 경우가 있다. 상술의 실시형태에 있어서는, 이와 같은 표면 반사면에서의 반사에 의해 생기는 P 편광의 빛과 S 편광의 빛 사이의 상대적인 위치 차이를 보상하는 변형예도 취할 수 있다.

또, 상술의 실시형태에서는, 노광 장치가 단일의 면 위치 검출 장치를 구비하고 있는 예를 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않고, 필요에 따라 복수 세트의 면 위치 검출 장치로 검출 시야를 분할할 수도 있다. 이 경우, 제1 면 위치 검출 장치의 검출 시야와 제2 면 위치 검출 장치의 검출 시야 공통의 시야에 있어서의 검출 결과에 기초하여, 각 장치의 캘리브레이션을 실시할 수도 있다.

또, 상술의 실시형태에서는, 투영 노광 장치의 감광성 기판의 면 위치의 검출에 대해 본 발명을 적용하고 있으나, 투영 노광 장치의 마스크의 면 위치의 검출에 본 발명을 적용할 수도 있다. 또, 상술의 실시형태에서는, 투영 노광 장치에 있어서의 감광성 기판의 면 위치의 검출에 대해 본 발명을 적용하고 있으나, 일반적인 피검면의 면 위치의 검출에 본 발명을 적용할 수도 있다.

그런데, 상술의 실시형태에 관한 면 위치 검출 장치 및 노광 장치는, 본원 청구의 범위에 거론된 각 구성 요소를 포함하는 각종 서브시스템을, 소정의 기계적 정밀도, 전기적 정밀도, 광학적 정밀도를 유지하도록 조립함으로써 제조된다. 이들 각종 정밀도를 확보하기 위해, 이 조립의 전후에는, 각종 광학계에 대해서는 광학적 정밀도를 달성하기 위한 조정, 각종 기계계에 대해서는 기계적 정밀도를 달성하기 위한 조정, 각종 전기계에 대해서는 전기적 정밀도를 달성하기 위한 조정이 행해진다. 각종 서브시스템으로부터 노광 장치로의 조립 공정은, 각종 서스시스템 상호의, 기계적 접속, 전기 회로의 배선 접속, 기압 회로의 배관 접속 등이 포함된다. 이 각종 서브시스템으로부터 노광 장치로의 조립 공정 전에, 각 서브 시스템 개개의 조립 공정이 있음은 말할 것도 없다. 각종 서브시스템의 노광 장치로의 조립 공정이 종료하면, 총합 조정이 행해져서 노광 장치 전체적인 각종 정밀도가 확보된다. 또한, 노광 장치의 제조는 온도 및 클린도 등이 관리된 클린 룸에서 실시하는 것이 바람직하다.

예를 들어, 상술의 실시형태에 관한 면 위치 검출 장치의 제조 방법은, 투사계중에 배치되는 제1 반사면(7b, 7c)을 준비하는 공정과, 수광계중에 배치되는 제2 반사면(8b, 8c)을 준비하는 공정과, 상기 투사계의 제1 반사면 및 상기 수광계의 제2 반사면을 통과한 광속의 편광 성분에 의한 상대적인 위치 차이를 보상하는 공정을 구비하고 있다.

또, 상술의 실시형태에 관한 면 위치 검출 장치의 조정 방법은, 입사 광속의 편광 성분에 따라 다른 특성의 사출 광속을 생성하는 편광 부재(19, 20, 31, 33)를 준비하는 공정과, 상기 편광 부재를 이용하여, 상기 투사계의 제1 반사면 및 상기 수광계의 제2 반사면을 통과한 광속의 편광 성분에 의한 상대적인 위치 차이를 보상하는 공정을 구비하고 있다.

상술의 실시형태의 노광 장치에서는, 조명 장치에 의해서 레티클(마스크)을 조명하고(조명 공정), 투영 광학계를 이용하여 마스크에 형성된 전사용의 패턴을 감광성 기판에 노광하는(노광 공정) 것에 의해, 마이크로 디바이스(반도체 소자, 촬상 소자, 액정 표시 소자, 박막 자기 헤드 등)를 제조할 수 있다. 이하, 본 실시형태의 노광 장치를 이용하여 감광성 기판으로서의 웨이퍼 등에 소정의 회로 패턴을 형성함으로써, 마이크로 디바이스로서의 반도체 디바이스를 얻을 때의 방법의 일례에 대해 도 11의 플로차트를 참조하여 설명한다.

우선, 도 11의 스텝301에 있어서, 1 로트의 웨이퍼상에 금속막이 증착된다. 다음의 스텝302에 있어서, 그 1 로트의 웨이퍼상의 금속막상에 포토레지스트가 도포된다. 그 후, 스텝303에 있어서, 본 실시형태의 노광 장치를 이용하여, 마스크상의 패턴의 상이 그 투광 광학계를 통하여, 그 1 로트의 웨이퍼상의 각 쇼트 영역에 순차적으로 노광 전사된다. 그 후, 스텝304에 있어서, 그 1 로트의 웨이퍼상의 포토레지스트의 현상이 이루어진 후, 스텝305에 있어서, 그 1 로트의 웨이퍼상에서 레지스트 패턴을 마스크로서 에칭을 하는 것에 의해, 마스크상의 패턴에 대응하는 회로 패턴이 각 웨이퍼상의 각 쇼트 영역에 형성된다.

그 후, 추가로 위의 레이어의 회로 패턴의 형성 등을 행하는 것에 의해, 반도체 소자 등의 디바이스가 제조된다. 상술의 반도체 디바이스 제조 방법에 의하면, 극히 미세한 회로 패턴을 갖는 반도체 디바이스를 스루풋 좋게 얻을 수 있다. 또한, 스텝301~스텝305에서는, 웨이퍼상에 금속을 증착하고, 그 금속막상에 레지스트를 도포, 그리고 노광, 현상, 에칭의 각 공정을 행하고 있으나, 이들 공정에 앞서, 웨이퍼상에 실리콘의 산화막을 형성 후, 그 실리콘의 산화막상에 레지스트를 도포, 그리고 노광, 현상, 에칭 등의 각 공정을 행해도 되는 것은 말할 것도 없다.

또, 본 실시형태의 노광 장치에서는, 플레이트(유리 기판)상에 소정의 패턴(회로 패턴, 전극 패턴 등)을 형성함으로써, 마이크로 디바이스로서의 액정 표시 소자를 얻을 수도 있다. 이하, 도 12의 플로차트를 참조하여, 이 때의 방법의 일례에 대해 설명한다. 도 12에 있어서, 패턴 형성 공정(401)에서는, 본 실시형태의 노광 장치를 이용하여 마스크의 패턴을 감광성 기판(레지스트가 도포된 유리 기판 등)에 전사 노광하는, 소위 광 리소그래피 공정이 실행된다. 이 광 리소그래피 공정에 의해, 감광성 기판상에는 다수의 전극 등을 포함하는 소정 패턴이 형성된다. 그 후, 노광된 기판은, 현상 공정, 에칭 공정, 레지스트 박리 공정 등의 각 공정을 거침으로써, 기판상에 소정의 패턴이 형성되고, 다음의 컬러 필터 형성 공정(402)으로 이행한다.

다음에, 컬러 필터 형성 공정(402)에서는 R(Red), G(Green), B(Blue)에 대응한 3개의 도트의 세트가 매트릭스 모양으로 다수 배열되거나, 또는 R, G, B의 3개의 스트라이프의 필터 세트를 복수 수평 주사선 방향으로 배열되거나 한 컬러 필터를 형성한다. 그리고, 컬러 필터 형성 공정(402) 후에, 셀 조립 공정(403)이 실행된다. 셀 조립 공정(403)에서는, 패턴 형성 공정(401)에서 얻어진 소정 패턴을 갖는 기판 및 컬러 필터 형성 공정(402)에서 얻어진 컬러 필터 등을 이용하여 액정 패널(액정 셀)을 조립한다.

셀 조립 공정(403)에서는, 예를 들어, 패턴 형성 공정(401)에서 얻어진 소정 패턴을 갖는 기판과 컬러 필터 형성 공정(402)에서 얻어진 컬러 필터 사이에 액정을 주입하고, 액정 패널(액정 셀)을 제조한다. 그 후, 모듈 조립 공정(404)에서, 조립된 액정 패널(액정 셀)의 표시 동작을 행하게 하는 전기 회로, 백라이트 등의 각 부품을 장착하여 액정 표시 소자로서 완성시킨다. 상술의 액정 표시 소자의 제조 방법에 의하면, 지극히 미세한 회로 패턴을 갖는 액정 표시 소자를 스루풋 좋게 얻을 수 있다.

Claims

피검면에 대하여 경사진 방향으로부터 그 피검면에 광을 투사하는 투사계와, 상기 피검면에서 반사된 상기 광을 수광하는 수광계와, 상기 수광계에 의한 상기 광의 수광 결과에 기초하여, 상기 피검면과 교차하는 방향에 관한 상기 피검면의 위치를 검출하는 검출부를 구비하는 위치 검출 장치로서,
상기 투사계에 있어서의 상기 광의 광로와 상기 수광계에 있어서의 상기 광의 광로의 적어도 일방에 배치되고, 상기 광을 반사하는 반사면과,
상기 광이 상기 반사면에서 반사됨으로써 상기 광 중의 편광 방향이 서로 상이한 제 1 편광 성분과 제 2 편광 성분 사이에 발생하는 상대적인 위치 차이를 보정하도록, 상기 광의 광로에 배치된 보정 부재를 구비하는, 위치 검출 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 보정 부재는, 상기 상대적인 위치 차이가 상기 수광계 내의 소정면에 있어서 보정되어 있도록 상기 광로에 배치되는, 위치 검출 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 보정 부재는, 상기 반사면에 의해 상기 상대적인 위치 차이가 발생한 상기 제 1 편광 성분과 상기 제 2 편광 성분을 상기 소정면의 동일한 위치에 입사시키도록 상기 광로에 배치되는, 위치 검출 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 보정 부재는, 상기 반사면에 의해 상기 상대적인 위치 차이가 발생한 상기 제 1 편광 성분과 상기 제 2 편광 성분을 동일한 경로를 통해 상기 소정면에 입사시키도록 상기 광로에 배치되는, 위치 검출 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 보정 부재는, 상기 제 1 편광 성분과 상기 제 2 편광 성분을 상대적으로 편향시키는 편광 광학 소재를 포함하는, 위치 검출 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 편광 광학 소자는, 복굴절성을 갖는 결정 재료에 의해 형성된 제 1 프리즘을 포함하는, 위치 검출 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 보정 부재는, 상기 광의 색 차이를 보정하기 위한 제 2 프리즘을 포함하는, 위치 검출 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 투사계 및 상기 수광계의 적어도 일방은, 상기 피검면에 대하여 광학적으로 공역인 위치를 형성하는 결상 광학계를 포함하고,
상기 편광 광학 소자는, 상기 결상 광학계의 눈동자 (瞳) 공간에 배치되는, 위치 검출 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 투사계는, 소정 패턴을 통한 상기 광이 입사하고, 상기 소정 패턴의 제 1 상을 형성하는 제 1 결상 광학계를 포함하고,
상기 편광 광학 소자는, 상기 제 1 결상 광학계의 눈동자 공간에 배치되는 제 1 편광 광학 소자를 포함하는, 위치 검출 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 피검면에서 반사된 상기 광이 입사하고, 상기 소정 패턴의 제 2 상을 형성하는 제 2 결상 광학계를 포함하고,
상기 편광 광학 소자는, 상기 제 2 결상 광학계의 눈동자 공간에 배치되는 제 2 편광 광학 소자를 포함하는, 위치 검출 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 투사계는, 소정 패턴을 통한 상기 광이 입사하고, 상기 소정 패턴의 제1 상을 형성하는 제 1 결상 광학계를 포함하고,
상기 수광계는, 상기 피검면에서 반사된 상기 광이 입사하고, 상기 소정 패턴의 제 2 상을 형성하는 제 2 결상 광학계를 포함하고,
상기 편광 광학 소자는, 상기 제 2 결상 광학계의 눈동자 공간에 배치되는, 위치 검출 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 보정 부재는, 상기 제 1 편광 성분과 상기 제 2 편광 성분의 광로를 상대적으로 이동시키는 편광 광학 소자를 포함하는, 위치 검출 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 편광 광학 소자는, 복굴절성을 갖는 결정 재료에 의해 형성되는, 위치 검출 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 투사계 및 상기 수광계의 적어도 일방은, 상기 피검면에 대하여 광학적으로 공역인 위치를 형성하는 결상 광학계를 포함하고,
상기 편광 광학 소자는, 상기 광의 광로 중 상기 결상 광학계의 입사측의 광로 또는 사출측의 광로에 배치되는, 위치 검출 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 투사계는, 소정 패턴을 통한 상기 광이 입사하고, 상기 소정 패턴의 제 1 상을 형성하는 제 1 결상 광학계를 포함하고,
상기 편광 광학 소자는, 상기 광의 투사측의 광로 중 상기 제 1 결상 광학계의 입사측의 광로 또는 사출측의 광로에 배치되는 제 1 편광 광학 소자를 포함하는, 위치 검출 장치.
제 15 항에 있어서,
상기 피검면에서 반사된 상기 광이 입사하고, 상기 소정 패턴의 제 2 상을 형성하는 제 2 결상 광학계를 포함하고,
상기 편광 광학 소자는, 상기 광의 수광측의 광로 중 상기 제 2 결상 광학계의 광로 또는 사출측의 광로에 배치되는 제 2 편광 광로 소자를 포함하는, 위치 검출 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 투사계는, 소정 패턴을 통한 상기 광이 입사하고, 상기 소정 패턴의 제 1 상을 형성하는 제 1 결상 광학계를 포함하고,
상기 수광계는, 상기 피검면에서 반사된 상기 광을 입사하고, 상기 소정 패턴의 제 2 상을 형성하는 제 2 결상 광학계를 포함하고,
상기 편광 광학 소자는, 상기 광의 수광측의 광로 중 상기 제 2 결상 광학계의 입사측의 광로 또는 사출측의 광로에 배치되는, 위치 검출 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 보정 부재는, 상기 제 1 편광 성분과 상기 제 2 편광 성분의 편광 방향을 상호 변환하는 편광 광학 소자를 포함하고,
상기 편광 광학 소자는, 상기 투사계에 있어서의 상기 광의 광로 중 상기 반사면의 사출측의 광로와, 상기 수광계에 있어서의 상기 광의 광로 중 상기 반사면의 입사측의 광로의 적어도 일방에 배치되는, 위치 검출 장치.
제 18 항에 있어서,
상기 편광 광학 소자는, 파장판 또는 선광 (旋光) 소자를 포함하는, 위치 검출 장치.
제 18 항에 있어서,
상기 투사계 및 상기 수광계의 적어도 일방은, 상기 피검면에 대하여 광학적으로 공역인 위치를 형성하는 결상 광학계를 포함하고,
상기 반사면은, 상기 투사계에 있어서의 상기 광의 광로 중 상기 결상 광학계의 사출측의 광로와, 상기 수광계에 있어서의 상기 광의 광로 중 상기 결상 광학계의 입사측의 광로의 적어도 일방에 배치되는, 위치 검출 장치.
제 18 항에 있어서,
상기 투사계는, 소정 패턴을 통한 상기 광이 입사하고, 상기 소정 패턴의 제 1 상을 형성하는 제 1 결상 광학계를 포함하고,
상기 반사면은, 상기 투사계에 있어서의 상기 광의 광로 중 상기 제 1 결상 광학계의 사출측의 광로에 배치된 제 1 반사면을 포함하고,
상기 편광 광학 소자는, 상기 투사계에 있어서의 상기 광의 광로 중 상기 제 1 반사면의 사출측의 광로에 배치되는 제 1 편광 광학 소자를 포함하는, 위치 검출 장치.
제 21 항에 있어서,
상기 피검면에서 반사된 상기 광이 입사하고, 상기 소정 패턴의 제 2 상을 형성하는 제 2 결상 광학계를 포함하고,
상기 반사면은, 상기 수광계에 있어서의 상기 광의 광로 중 상기 제 2 결상 광학계의 입사측의 광로에 배치된 제 2 반사면을 포함하고,
상기 편광 광학 소자는, 상기 수광계에 있어서의 상기 광의 광로 중 상기 제 2 반사면의 입사측의 광로에 배치된 제 2 편광 광학 소자를 포함하는, 위치 검출 장치.
제 18 항에 있어서,
상기 투사계는, 소정 패턴을 통한 상기 광이 입사하고, 상기 소정 패턴의 제 1 상을 형성하는 제 1 결상 광학계를 포함하고,
상기 수광계는, 상기 피검면에서 반사된 상기 광이 입사하고, 상기 소정 패턴의 제 2 상을 형성하는 제 2 결상 광학계를 포함하고,
상기 반사면은, 상기 수광계에 있어서의 상기 광의 광로 중 상기 제 2 결상 광학계의 입사측의 광로에 배치되고,
상기 편광 광학 소자는, 상기 수광계에 있어서의 상기 광의 광로 중 상기 반사면의 입사측의 광로에 배치되는, 위치 검출 장치.
제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반사면을 포함하는 프리즘 부재를 구비하고,
상기 반사면은, 상기 광을 상기 프리즘 부재의 내부에서 반사시키는, 위치 검출 장치.
제 24 항에 있어서,
상기 반사면은, 상기 광을 전반사시키는, 위치 검출 장치.
제 10 항, 제 11 항, 제 16 항, 제 17 항, 제 22 항 및 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 검출부는, 상기 제 2 결상 광학계에 의해 형성되는 상기 소정 패턴의 제 2 상을 통한 상기 광의 수광 결과에 기초하여, 상기 제 2 상의 주향 이동량을 검출하고, 그 주향 이동량에 기초하여 상기 피검면의 위치를 검출하는, 위치 검출 장치.
제 26 항에 있어서,
상기 소정 패턴은, 소정 피치를 갖는 패턴을 포함하고,
상기 검출부는, 상기 소정 피치의 방향에 관한 상기 주향 이동량에 기초하여 상기 피검면의 위치를 검출하는, 위치 검출 장치.
피검면에 대하여 경사진 방향으로부터 그 검사면에 광을 투사하고, 상기 피검면에서 반사된 상기 광을 수광하고, 상기 광의 수광 결과에 기초하여, 상기 피검면과 교차하는 방향에 관한 그 파검면의 위치를 검출하는 위치 검출 방법으로서,
상기 피검면에 대한 상기 광의 투사측의 광로와 상기 광의 반사측의 광로의 적어도 일방에 배치된 반사면에서 상기 광을 반사하는 것과,
상기 광이 상기 반사면에서 반사됨으로써 상기 광 중 편광 방향이 서로 상이한 제 1 편광 성분과 상기 제 2 편광 성분 사이에 발생하는 상대적인 위치 차이를, 상기 광의 광로에 배치된 보정 부재에 의해 보정하는 것을 포함하는, 위치 검출 방법.
제 28 항에 있어서,
상기 피검면에서 반사된 상기 광은, 소정면을 통하여 수광되고,
상기 보정 부재는, 상기 상대적인 위치 차이가 상기 소정면에 있어서 보정되어 있도록 상기 광로에 배치되는, 위치 검출 방법.
제 29 항에 있어서,
상기 보정 부재는, 상기 반사면에 의해 상기 상대적인 위치 차이가 발생한 상기 제 1 편광 성분과 상기 제 2 편광 성분을 상기 소정면의 동일한 위치에 입사시키도록 상기 광로에 배치되는, 위치 검출 방법.
제 29 항에 있어서,
상기 보정 부재는, 상기 반사면에 의해 상기 상대적인 위치 차이가 발생한 상기 제 1 편광 성분과 상기 제 2 편광 성분을 동일한 경로를 통하여 상기 소정면에 입사시키도록 상기 광로에 배치되는, 위치 검출 방법.
제 30 항에 있어서,
상기 보정 부재는, 상기 제 1 편광 성분과 상기 제 2 편광 성분을 상대적으로 편향시키는 편광 광학 소자를 포함하는, 위치 검출 방법.
제 32 항에 있어서,
상기 편광 광학 소자는, 복굴절성을 갖는 결정 재료에 의해 형성된 프리즘을 포함하는, 위치 검출 방법.
제 33 항에 있어서,
상기 광의 색 차이를 보정하는 것을 포함하는, 위치 검출 방법.
제 32 항에 있어서,
상기 광의 광로에 배치된 결상 광학계에 의해, 상기 피검면에 대하여 광학적으로 공역인 위치를 형성하는 것을 포함하고,
상기 편광 광학 소자는, 상기 결상 광학계의 눈동자 공간에 배치되는, 위치 검출 방법.
제 32 항에 있어서,
상기 광의 투사측의 광로에 배치된 소정 패턴과 제 1 결상 광학계에 의해, 상기 소정 패턴의 제 1 상을 상기 피검면 상에 형성하는 것을 포함하고,
상기 편광 광학 소자는, 상기 제 1 결상 광학계의 눈동자 공간에 배치되는 제 1 편광 광학 소자를 포함하는, 위치 검출 방법.
제 36 항에 있어서,
상기 광의 수광측의 광로에 배치된 제 2 결상 광학계에 의해 상기 소정 패턴의 제 2 상을 형성하는 것을 포함하고,
상기 편광 광학 소자는, 상기 제 2 결상 광학계의 눈동자 공간에 배치되는 제 2 편광 광학 소자를 포함하는, 위치 검출 방법.
제 32 항에 있어서,
상기 광의 투사측의 광로에 배치된 소정 패턴과 제 1 결상 광학계에 의해, 상기 소정 패턴의 제 1 상을 상기 피검면 상에 형성하는 것과,
상기 광의 수광측의 광로에 배치된 제 2 결상 광학계에 의해 상기 소정 패턴의 제 2 상을 형성하는 것을 포함하고,
상기 편광 광학 소자는, 상기 제 2 결상 광학계의 눈동자 공간에 배치되는, 위치 검출 방법.
제 31 항에 있어서,
상기 보정 부재는, 상기 제 1 편광 성분과 상기 제 2 편광 성분의 광로를 상대적으로 이동시키는 편광 광학 소자를 포함하는, 위치 검출 방법.
제 39 항에 있어서,
상기 편광 광학 소자는, 복굴절성을 갖는 결정 재료에 의해 형성되는, 위치 검출 방법.
제 39 항에 있어서,
상기 광의 광로에 배치된 결상 광학계에 의해, 상기 피검면에 대하여 광학적으로 공역인 위치를 형성하는 것을 포함하고,
상기 편광 광학 소자는, 상기 광의 광로 중 상기 결상 광학계의 입사측의 광로 또는 사출측의 광로에 배치되는, 위치 검출 방법.
제 39 항에 있어서,
상기 광의 투사측의 광로에 배치된 소정 패턴과 제 1 결상 광학계에 의해, 상기 소정 패턴의 제 1 상을 상기 피검면 상에 형성하는 것을 포함하고,
상기 편광 광학 소자는, 상기 광의 투사측의 광로 중 상기 제 1 결상 광학계의 입사측의 광로 또는 사출측의 광로에 배치되는, 위치 검출 방법.
제 42 항에 있어서,
상기 광의 수광측의 광로에 배치된 제 2 결상 광학계에 의해 상기 소정 패턴의 제 2 상을 형성하는 것을 포함하고,
상기 편광 광학 소자는, 상기 광의 수광측의 광로 중 상기 제 2 결상 광학계의 입사측의 광로 또는 사출측의 광로에 배치되는, 위치 검출 방법.
제 39 항에 있어서,
상기 광의 투사측의 광로에 배치된 소정 패턴과 제 1 결상 광학계에 의해, 상기 소정 패턴의 제 1 상을 상기 피검면 상에 형성하는 것과,
상기 광의 수광측의 광로에 배치된 제 2 결상 광학계에 의해 상기 소정 패턴의 제 2 상을 형성하는 것을 포함하고,
상기 편광 광학 소자는, 상기 광의 수광측의 광로 중 상기 제 2 결상 광학계의 입사측의 광로 또는 사출측의 광로에 배치되는, 위치 검출 방법.
제 31 항에 있어서,
상기 보정 부재는, 상기 제 1 편광 성분과 상기 제 2 편광 성분의 편광 방향을 상호 변환하는 편광 광학 소자를 포함하고,
상기 편광 광학 소자는, 상기 광의 투사측의 광로 중 상기 반사면의 사출측의 광로와, 상기 광의 수광측의 광로 중 상기 반사면의 입사측의 광로의 적어도 일방에 배치되는, 위치 검출 방법.
제 45 항에 있어서,
상기 편광 광학 소자는, 파장판 또는 선광 소자를 포함하는, 위치 검출 방법.
제 45 항에 있어서,
상기 광의 투사측의 광로에 배치된 제 1 결상 광학계에 의해, 상기 피검면에 대하여 광학적으로 공역인 위치를 형성하는 것과,
상기 광의 수광측의 광로에 배치된 제 2 결상 광학계에 의해, 상기 피검면에 대하여 광학적으로 공역인 위치를 형성하는 것을 포함하고,
상기 반사면은, 상기 광의 투사측의 광로 중 상기 제 1 결상 광학계의 사출측의 광로와, 상기 광의 수광측의 광로 중 상기 제 2 결상 광학계의 입사측의 광로의 적어도 일방에 배치되는, 위치 검출 방법.
제 45 항에 있어서,
상기 광의 투사측의 광로에 배치된 소정 패턴과 제 1 결상 광학계에 의해, 상기 소정 패턴의 제 1 상을 형성하는 것을 포함하고,
상기 반사면은, 상기 광의 투사측의 광로 중 상기 제 1 결상 광학계의 사출측의 광로에 배치된 제 1 반사면을 포함하고,
상기 편광 광학 소자는, 상기 광의 투사면의 광로 중 상기 제 1 반사면의 사출측의 광로에 배치된 제 1 편광 광학 소자를 포함하는, 위치 검출 방법.
제 48 항에 있어서,
상기 광의 수광측의 광로에 배치된 제 2 결상 광학계에 의해 상기 소정 패턴의 제 2 상을 형성하는 것을 포함하고,
상기 반사면은, 상기 광의 수광측의 광로 중 상기 제 2 결상 광학계의 입사측의 광로에 배치된 제 2 반사면을 포함하고,
상기 편광 광학 소자는, 상기 광의 수광측의 광로 중 상기 제 2 반사면의 입사측의 광로에 배치된 제 2 편광 광학 소자를 포함하는, 위치 검출 방법.
제 45 항에 있어서,
상기 광의 투사측의 광로에 배치된 소정 패턴과 제 1 결상 광학계에 의해, 상기 소정 패턴의 제 1 상을 형성하는 것과,
상기 광의 수광측의 광로에 배치된 제 2 결상 광학계에 의해 상기 소정 패턴의 제 2 상을 형성하는 것을 포함하고,
상기 반사면은, 상기 광의 수광측의 광로 중 상기 제 2 결상 광학계의 입사측의 광로에 배치되고, 상기 편광 광학 소자는, 상기 광의 수광측의 광로 중 상기 반사면의 입사측의 광로에 배치되는, 위치 검출 방법.
제 28 항 내지 제 50 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반사면을 포함하는 프리즘 부재를 구비하고,
상기 광은, 상기 반사면에 의해 상기 프리즘 부재의 내부에서 반사되는, 위치 검출 방법.
제 51 항에 있어서,
상기 광은, 상기 반사면에 의해 전반사되는, 위치 검출 방법.
제 37 항, 제 38 항, 제 43 항, 제 44 항, 제 49 항 및 제 50 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 결상 광학계에 의해 형성되는 상기 소정 패턴의 제 2 상을 통한 상기 광의 수광 결과에 기초하여, 상기 제 2 상의 주향 이동량을 검출하고, 그 주향 이동량에 기초하여 상기 피검면이 위치를 검출하는 것을 포함하는, 위치 검출 방법.
제 53 항에 있어서,
상기 소정 패턴은, 소정 피치를 갖는 패턴을 포함하고,
상기 피검면의 위치는, 상기 소정 피치의 방향에 관한 상기 주향 이동량에 기초하여 검출되는, 위치 검출 방법.
패턴을 통한 노광광을 기판에 조사하고, 그 기판을 노광하는 노광 장치로서,
상기 기판을 유지하는 기판 유지 장치와,
상기 기판 유지 장치에 유지된 상기 기판의 표면의 위치를 검출하는 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 기재된 위치 검출 장치와,
상기 위치 검출 장치의 검출 결과에 기초하여, 상기 기판을 유지한 상기 기판 유지 장치를 구동하는 구동 장치를 구비하는, 노광 장치.
제 55 항에 있어서,
상기 패턴의 상을 투영하는 투영 광학계를 구비하고,
상기 위치 검출 장치는, 상기 투영 광학계의 광축을 따른 방향에 관한 상기 기판의 표면의 위치를 검출하고,
상기 구동 장치는, 상기 위치 검출 장치의 검출 결과에 기초하여 상기 기판 유지 장치를 구동하고, 그 기판 유지 장치가 유지하는 상기 기판의 위치 및 기울기의 적어도 일방을 상기 투영 광학계에 대하여 변화시키는, 노광 장치.
제 56 항에 있어서,
상기 구동 장치는, 상기 위치 검출 장치의 검출 결과에 기초하여 상기 기판 유지 장치를 구동하고, 그 기판 유지 장치가 유지하는 상기 기판의 표면의 적어도 일부를 상기 투영 광학계의 초점 심도의 범위 내에 이동시키는, 노광 장치.
패턴을 통한 노광광을 기판에 조사하고, 그 기판을 노광하는 노광 방법으로서,
제 28 항 내지 제 50 항 중 어느 한 항에 기재된 위치 검출 방법을 사용하여 상기 기판의 표면의 위치를 검출하는 것과,
상기 기판의 표면의 위치를 검출 결과에 기초하여 상기 기판을 이동시키는 것을 포함하는, 노광 방법.
제 58 항에 있어서,
투영 광학계를 통하여 상기 패턴의 상을 상기 기판의 표면에 투영하는 것과,
상기 위치 검출 방법을 사용하여, 상기 투영 광학계의 광축을 따른 방향에 관한 상기 기판의 표면의 위치를 검출하는 것과,
상기 광축을 따른 방향에 관한 상기 기판의 표면의 위치의 검출 결과에 기초하여, 상기 기판의 위치 및 기울기의 적어도 일방을 상기 투영 광학계에 대하여 변화시키는 것을 포함하는, 노광 방법.
제 59 항에 있어서,
상기 광축을 따른 방향에 관한 상기 기판의 표면의 위치의 검출 결과에 기초하여, 상기 기판의 표면의 적어도 일부를 상기 투영 광학계의 초점 심도의 범위 내에 이동시키는 것을 포함하는, 노광 방법.
삭제
제 58 항에 기재된 노광 방법을 사용하여 기판을 노광하고, 그 기판에 패턴을 전사하는 것과,
상기 패턴이 전사된 상기 기판을 현상하는 것을 포함하는, 디바이스 제조 방법.