专利名称：位置检测装置、曝光装置以及元件制造方法
技术领域：
本发明关于面位置检测装置、曝光装置以及元件的制造方法。本发明尤其是关于在用以制造半导体元件、液晶显示元件、摄像元件、薄膜磁头(thin film magnetic head)等元件的微影(lithography)步骤中，用于将光掩模图案转印至感光性基板上的投影曝光装置中的感光性基板的面位置的检测。
背景技术：
先前，作为适用于投影曝光装置的面位置检测装置，众所周知有由本申请人所提出的日本专利特开2001-296105号公报(专利文献I)中所揭示的倾斜入射型面位置检测装置。在上述倾斜入射型面位置检测装置中，为了理论上提高被检面的面位置的检测精度，必须使射向被检面的光束的入射角变大(接近90° )。此时，关于倾斜入射型面位置检测装置的投射光学系统以及聚光光学系统的构成以及配置，为了避免被检面的限制，而提出了在投射光学系统的光路以及聚光光学系统的光路中，分别配置具有互相平行的一对内面反射面的平行四边形棱镜(以下，称为“菱形棱镜”)，且使投射光学系统以及聚光光学系统远离被检面(参照专利文献I的图7)。[专利文献I]日本专利特开2001-296105号公报然而，上述专利文献I的图7中所揭示的先前的面位置检测装置中，在投射侧菱形棱镜的互相平行的两个内面反射面所全反射的光束可能会产生藉由偏光成分而引起的相对性的位置偏移，且被检面上未形成清晰的图案像。同样地，自被检面反射后在受光侧菱形棱镜的互相平行的两个内面反射面所全反射的光束中亦可能会产生偏光成分从而引起相对性的位置偏移，且图案二次像变得更不清晰。另一方面，众所周知有当对曝光装置中表面涂敷有光刻胶的晶圆(感光性基板)的面位置的检测适用先前的面位置检测装置时，相对于特定偏光成分的光的反射率根据光刻胶层的厚度而改变。其结果为，先前的面位置检测装置中，因为在菱形棱镜的内面反射面所全反射的光束所产生的藉由偏光成分而引起的相对性的位置偏移、以及藉由感光性基板的光刻胶层的厚度而引起的反射率的变化，所以容易产生被检面的面位置的检测误差。
发明内容
本发明鉴于上述问题研究而成，且其目的在于提供一种面位置检测装置，可抑制在棱镜构件的内面反射面所全反射的光束所产生的藉由偏光成分而引起的相对性的位置偏移对被检面的面位置的检测造成的影响，并且可高精度地检测被检面的面位置。另外，本发明的目的在于提供一种曝光装置，使用可高精度地检测被检面的面位置的面位置检测装置，可将光掩模的图案面与感光性基板的曝光面相对于投影光学系统高精度地进行位置对准。另外，本发明的目的在于提供可抑制在光学构件的全反射面所产生的光的藉由偏光成分而引起的相对性的位置偏移的光学装置及测量装置等。另外，本发明的目的在于提供可调整在光学构件的全反射面所产生的光的藉由偏光成分而引起的相对性的位置偏移的光学装置及调整方法等。为了解决上述问题，本发明的第I形态提供一种位置检测装置，包括接受导向被检面且由上述被检面所反射的光，且根据上述光的受光结果检测关于上述被检面的位置的资讯。上述位置检测装置包括棱镜构件，配置在导向上述被检面的上述光的光路中与由上述被检面所反射的上述光的光路中的至少一者的光路中，且具有用以使上述光反射的反射面，且在使构成上述棱镜构件的光学材料的折射率、与对于上述反射面的上述光的入射角满足的关系使上述反射面所反射的上述光的藉由偏光成分而引起的相对的位置偏移量的大小在规定范围内的状态下，上述棱镜构件使上述光在上述棱镜构件的内部反射。 本发明的第2形态提供一种位置检测装置，其中上述棱镜构件的上述反射面使上述光全反射。本发明的第3形态提供一种位置检测装置，其中上述棱镜构件的上述反射面包括一对反射面。本发明的第4形态提供一种位置检测装置，更包括光学系统，配置在导向上述被检面的上述光的光路中与由上述被检面所反射的上述光的光路中的至少一者的光路中，且形成在相对于上述被检面的光学的共轭位置上，上述棱镜构件配置在上述光学系统与与上述被检面之间的上述光路中。本发明的第5形态提供一种位置检测装置，其中上述光学系统至少在上述被检面侧构成远心。本发明的第6形态提供一种位置检测装置，其中将上述光自倾斜方向导向上述被检面。本发明的第7形态提供一种位置检测装置，其中关于上述被检面的位置的资讯包括关于沿着被检面的法线的位置的资讯。本发明的第8形态提供一种位置检测方法，包括接受导向被检面并由上述被检面所反射的光，且根据上述光的受光结果检测关于上述被检面的位置的资讯。上述位置检测方法的特征在于，包括在导向上述被检面的上述光的光路中与由上述被检面所反射的上述光的光路中的至少一者的光路中配置棱镜构件，藉由上述棱镜构件的反射面使上述光在上述棱镜构件的内部反射，且构成上述棱镜构件的光学材料的折射率、与对于上述反射面的上述光的入射角满足的关系使上述反射面所反射的上述光的藉由偏光成分而引起的相对的位置偏移量的大小在规定范围内。本发明的第9形态提供一种位置检测方法，其中藉由上述棱镜构件的上述反射面使上述光全反射。本发明的第10形态提供一种位置检测方法，其中上述棱镜构件的上述反射面包括一对反射面，藉由上述一对反射面使上述光束依次反射。
本发明的第11形态提供一种位置检测方法，更包括在导向上述被检面的上述光束的光路中与由上述被检面所反射的上述光的光路中的至少一者的光路中配置光学系统，且上述光学系统形成在相对于上述被检面的光学的共轭位置上，使上述光束在配置于上述光学系统与上述被检面之间的上述光路中的上述棱镜构件的内部反射。本发明的第12形态提供一种位置检测方法，其中上述光学系统至少在上述被检面侧构成远心。
本发明的第13形态提供一种位置检测方法，其中将上述光束自倾斜方向导向上述被检面。本发明的第14形态提供一种位置检测方法，其中关于上述被检面的位置的资讯包括关于沿着上述被检面的法线的位置的资讯。本发明的第15形态提供一种曝光装置，将图案像曝光至基板上，且上述曝光装置包括第I形态至第7形态中的任一种位置检测装置，用以检测关于上述基板的曝光面的位置的资讯；驱动装置，根据上述位置检测装置的检测结果使上述基板移动；以及投影光学系统，将上述图案像投影至藉由上述驱动装置所移动的上述基板的上述曝光面。本发明的第16形态提供一种曝光装置，其中关于上述曝光面的位置的资讯包括关于沿着上述曝光面的法线的位置的资讯，上述驱动装置根据关于沿着上述曝光面的法线的位置的资讯，进行沿着上述基板的上述法线的位置的移动以及上述基板的校平的至少一者。本发明的第17形态提供一种曝光装置，其中上述驱动装置移动上述基板，使得上述曝光面收纳于上述投影光学系统的焦点深度的范围内。本发明的第18形态提供一种曝光方法，将图案像曝光至基板上，且上述曝光装置包括根据第8形态至第14形态中的任一种位置检测方法，检测出关于上述基板的曝光面的位置的资讯；根据上述位置检测装置的检测结果使上述基板移动；以及将上述图案像投影至根据上述位置检测装置的检测结果所移动的上述基板的上述曝光面。本发明的第19形态提供一种曝光方法，其中关于上述曝光面的位置的资讯包括关于沿着上述曝光面的法线的位置的资讯，使上述基板移动包括根据关于沿着上述曝光面的法线的位置的资讯，进行沿着上述基板的上述法线的位置的移动以及上述基板的校平的至少一者。本发明的第20形态提供一种曝光方法，其中使上述基板移动包括使上述曝光面收纳于用于投影上述图案像的投影光学系统的焦点深度的范围内。本发明的第21形态提供一种元件的制造方法，用于制造具有电路图案的元件，包括根据第18形态的曝光方法，将对应上述电路图案的图案像曝光至基板上；以及使上述图案像在所曝光的上述基板显影。[发明的效果]根据本发明的典型性的形态的面位置检测装置中，藉由设定形成全反射棱镜构件的光学材料的折射率、以及相对于其内面反射面的入射光束的入射角满足规定关系，由此在内面反射面所全反射的光束实际上不会产生藉由偏光成分而引起的相对性的位置偏移。其结果为，可在被检面上形成清晰的图案一次像，在受光面(或者其共轭面)上形成清晰的图案二次像，而且可高精度地检测被检面的面位置。
如此，本发明的面位置检测装置中，可抑制棱镜构件的内面反射面所全反射的光束所产生的藉由偏光成分而引起的相对性的位置偏移对被检面的面位置的检测所造成的影响，并且可高精度地检测被检面的面位置。因此，若将本发明的面位置检测装置适用于曝光装置中相对于投影光学系统的感光性基板的面位置的检测，则可高精度地检测感光性基板的面位置，而且可将光掩模的图案面与感光性基板的曝光面相对于投影光学系统高精度地进行位置对准，因此可制造良好的元件。
图I是概略性地表示包括本发明实施形态的面位置检测装置的曝光装置的构成的图。图2是表示图I的投射光学系统以及聚光光学系统均为两侧远心的光路图。
图3是概略性地表示本实施形态的面位置检测装置中的一对五角棱镜之间的构成的图。图4是表示被检面Wa上形成有光栅图案3a的一次像的状态的立体图。图5是概略性地表示具有5个在X方向细长地延伸的矩形状开口部Sal Sa5的受光狭缝S的构成图。图6是表不5个娃光二极管PDl F1DS以与受:光狭缝S的开口部Sal Sa5光学性地对应的方式，而设置于受光部14的受光面14a上的情况的图。图7是概略性地表不在棱镜的内面反射面所全反射的光束产生的藉由偏光成分而引起的相对性的位置偏移的情况的图。图8是表示全反射中所产生的藉由偏光成分而引起的相对性的位置偏移量A (GHS)与AF面的测量值的关系的图。图9是图8的部分放大图。图10是表不向全反射面的入射角与藉由偏光成分而引起的相对位置偏移量的关系的图。图11是表示棱镜的折射率与藉由偏光成分而引起的相对位置偏移量的关系的图。图12是概略性地表示本实施形态的变形例的主要部分构成的图。图13是对当全反射棱镜构件的折射率n为I. 45时，相对位置偏移量A的绝对值为0. 3iim或0. 3iim以下的入射角0的范围进行说明的图。图14是对当全反射棱镜构件的折射率n为I. 5时，相对位置偏移量A的绝对值为0. 3iim或0. 3iim以下的入射角0的范围进行说明的图。图15是对当全反射棱镜构件的折射率n为I. 6时，相对位置偏移量A的绝对值为0. 3iim或0. 3iim以下的入射角0的范围进行说明的图。图16是对当全反射棱镜构件的折射率n为I. 7时，相对位置偏移量A的绝对值为0. 3iim或0. 3iim以下的入射角0的范围进行说明的图。图17是表示将本发明适用于测量被检面的面形状的装置中的示例图。图18是表示将本发明适用于测量被检面的位置的装置的示例图。图19是说明使用四边形棱镜作为全反射棱镜构件，抑制在两个全反射面依次全反射的光中最终所产生的相对位置偏移量较小的想法的图。图20是将图13的一部分放大的图，且是对相对位置偏移量A的绝对值为0. 05iim或0. 05iim以下的入射角0的范围进行说明的图。图21是将图14的一部分放大的图，且是对相对位置偏移量A的绝对值为
0.05iim或0. 05iim以下的入射角0的范围进行说明的图。图22是将图15的一部分放大的图，且是对相对位置偏移量A的绝对值为
0.05iim或0. 05iim以下的入射角0的范围进行说明的图。图23是将图16的一部分放大的图，且是对相对位置偏移量A的绝对值为 0.05iim或0. 05iim以下的入射角0的范围进行说明的图。图24是获得作为微型元件的半导体元件时的方法的流程图。图25是获得作为微型元件的液晶显示元件时的方法的流程图。1、41 :光源2 :聚光透镜3 :偏向棱镜3a :光栅图案4、5 :投射光学系统6、9 :五角棱镜6a、7a、8a、9a、31a、32a :第 I 透过面6b、9b :第I反射面6c、9c :第2反射面6d、7d、8d、9d、31c、32c :第 2 透过面7、8 :菱形棱镜7b、7c、8b、8c、71 :内面反射面10、11 :聚光光学系统12 :振动镜13 :歪斜校正棱镜13a :射面13b:出射面14、15:受光部14a、15a:受:光面14a、14b :中继光学系统16 :镜片驱动部17 :位置检测部18:校正量计算部21:晶圆固持器22:固持器保持机构22a、22b:支持点23:固持器驱动部31、32、54 :施密特棱镜31b、32b、54a :全反射面42 :送光光学系统(投射光学系统)43,45 :全反射光学构件44、55 :被检面46:受光光学系统47、56:图像检测器51、IL:照明系统52 :对物光学系统53 :半镜面61 :边形棱镜61a :第I全反射面61b :第2全反射面70 :棱镜Dal Da5 :检测点(检测区域)AX、AX1、AX2、AX3、AX4、AX5、AX6、AX21、AX31 :光轴LdLp :P偏光状态的光Ls :S偏光状态的光PO:基准反射位置PDl PD5 :硅光二极管PL :投影光学系统R :主光掩模RH :主光掩模固持器S :受光狭缝Sal Sa5 :开口部
SLl SL5:狭缝像W:晶圆Wa :晶圆W的表面、曝光面、被检面n :折射率A :相对位置偏移量Ap、As :位置偏移量Q、9 1、9 2 :身寸角相位变化
具体实施例方式根据随附图式说明本发明的实施形态。图I是概略性地表示包括本发明实施形态的面位置检测装置的曝光装置的构成的图。图2是表示图I的投射光学系统以及聚光光学系统均为两侧远心(telecentric)的光路图。图3是概略性地表示本实施形态的面位置检测装置中的一对五角棱镜(penta prism)之间的构成的图。图I以及图2中，为了使图式明了化，而省略了一对五角棱镜6与9之间的构成的图示。在图I中，与投影光学系统PL的光轴AX平行地设定Z轴，在垂直于光轴AX的面内与图I的纸面平行地设定Y轴，与图I的纸面垂直地设定X轴。本实施形态中，将本发明的面位置检测装置适用于投影曝光装置中的感光性基板的面位置的检测。图示的曝光装置包括照明系统IL，利用自曝光用光源(未图示)所射出的照明光(曝光光)，来用以照亮作为形成有规定图案的光掩模的主光掩模(reticle)R。主光掩模R介隔主光掩模固持器(reticle holder) RH，与XY平面平行地保持于主光掩模平台(reticle stage)(未图示)上。主光掩模平台构成为藉由省略了图示的驱动系统的作用，而可沿着主光掩模面(亦即XY平面)二维地移动，并且其位置座标藉由主光掩模干涉仪(interferometer)(未图示)测量而且位置得到控制。来自形成于主光掩模R上的图案的光，经由投影光学系统PL，在作为感光性基板的晶圆(wafer)W的表面(曝光面)Wa上形成主光掩模图案像。晶圆W载置于晶圆固持器21上，晶圆固持器21藉由固持器保持机构22而得到支持。固持器保持机构22根据固持器驱动部23的控制，且藉由可在上下方向(Z方向)移动的三个支持点22a 22c (图I中仅表示两个支持点22a以及22b)，而支持晶圆固持器21。如此，固持器驱动部23分别控制固持器保持机构22的各支持点22a 22c的上下移动，藉此进行晶圆固持器21的校平(levelling)(水平校正)以及Z方向(聚焦(focusing)方向)移动，且进行晶圆W的校平以及Z方向移动。晶圆固持器21以及固持器保持机构22,进一步藉由晶圆平台(wafer stage)(未图示)而得到支持。晶圆平台构成为藉由省略了图示的驱动系统的作用而可沿着晶圆面(亦即XY平面)二维地移动，且可围绕Z轴旋转，并且其位置座标藉由晶圆干涉仪(未图示)而测量且位置得到控制。此处，为了将设置于主光掩模R的图案面上的电路图案(circuitpattern)良好地转印至晶圆W的曝光面Wa的各曝光区域，当每次向各曝光区域曝光时，必须在以藉由投影光学系统PL而形成的成像面为中心的焦点深度的范围内，将曝光面Wa的现在的曝光区域进行位置对准。因此，可在正确地检测出现在的曝光区域中的各点的面位置、亦即沿着投影光学系统PL的光轴AX的面位置之后，进行晶圆固持器21的校平以及Z方向的移动，而且进行晶圆W的校平以及Z方向的移动，使得曝光面Wa收纳于投影光学系统PL的焦点深度的范围内。
本实施形态的投影曝光装置包括面位置检测装置，用以检测曝光面Wa的现在的曝光区域中的各点的面位置。参照图1，本实施形态的面位置检测装置包括用以供给检测光的光源I。一般而言，作为被检面的晶圆W的表面Wa，由光刻胶等薄膜覆盖。因此，为了降低藉由该薄膜而引起的干涉的影响，较理想的是光源I为波长间隔(wavelength interval)较宽的白色光源(例如，供给波长间隔为600 900nm的照明光的卤素灯(halogen lamp),或供给与此相同的频带较宽的照明光的氣气光源(xenon light source)等)。另外,作为光源1，也可使用供给对于光刻胶的感光性较弱的波长带(wavelength band)的光的发光二极管(light-emitting diode)。来自光源I的发散光束(divergent pencil of rays),经由聚光透镜2而转换为大致平行光束之后,入射至偏向棱镜(deviation prism) 3 偏向棱镜3使来自聚光透镜2的大致平行光束，藉由折射作用而沿着-Z方向偏向。另外，在偏向棱镜3的射出侧形成有透过型光栅图案3a，在X方向延伸的细长的透过部与在X方向延伸的细长的遮光部以固定的间距(Pitch)交替地设置。另外，代替透过型光栅图案，也可适用凹凸形状的反射型绕射光栅，或者也可适用交替地形成有反射部与无反射部的反射型光栅图案。已透过透过型光栅图案3a的光，入射至沿着与投影光学系统的光轴AX平行的光轴AXl而配置的投射光学系统(4、5)。投射光学系统(4、5)由投射用聚光透镜4与投射用物镜(objective lens)5而构成。经由投射光学系统(4、5)的光束入射至五角棱镜6。五角棱镜6是其长度方向轴线沿着X方向而延伸的五角柱状的偏向棱镜，且具有第I透过面6a，用以使沿着光轴AXl所入射的光不折射而直接透过。亦即，第I透过面6a与光轴AXl垂直地设定。透过第I透过面6a后沿着光轴AXl而在五角棱镜6的内部传播的光，在第I反射面6b反射之后，在第2反射面6c沿着光轴AX2再次反射。在第2反射面6c反射后沿着光轴AX2而在五角棱镜6的内部传播的光，不在第2透过面6d折射而直接透过。亦即，第2透过面6d与光轴AX2垂直地设定。此处,五角棱镜6由如石英玻璃(silica glass)般的低热膨胀且低分散的光学材料而形成，且在第I反射面6b以及第2反射面6c上形成有由铝或银等而形成的反射膜。如此,沿着光轴AXl向-Z方向所入射的光，藉由五角棱镜6而较大地偏向，且沿着光轴AX2而导向被检面Wa。此时,设定光轴AX2的方向，而且设定五角棱镜6的偏向角，使得向被检面Wa的入射角变得十分大。具体而言，如图3所示，沿着光轴AX2自五角棱镜6所射出的光束，入射至投射侧菱形棱镜7。菱形棱镜7是具有平行四边形状(或者菱形状)的剖面的四角柱状的棱镜，且其长度方向轴线与五角棱镜6同样地沿着X方向而配置。菱形棱镜7中,透过与光轴AX2垂直的第I透过面7a的光，在互相平行的一对反射面7b以及7c依次反射之后，透过与第I透过面7a平行的第2透过面7d,沿着与光轴AX2平行的光轴AX21自菱形棱镜7射出。自菱形棱镜7沿着光轴AX21所射出的光束，入射至被检面Wa。此处，在被检面Wa与投影光学系统PL的成像面一致的状态下，投射光学系统(4,5)以光栅图案3a的形成面(亦即偏向棱镜3的出射面)与被检面Wa共轭地配置的方式而构成。另外，光栅图案3a的形成面与被检面Wa以关于投射光学系统(4、5)满足Scheimpflug条件的方式而构成。其结果为,来自光栅图案3a的光,经由投射光学系统(4、、5)，遍及被检面Wa上的整个图案像形成面而正确地成像。另外，在图2中用虚线表示光路，由投射用聚光透镜4与投射用物镜5而构成的投射光学系统(4、5)，是所谓两侧远心光学系统。因此，光栅图案3a的形成面上的各点与被检面Wa上的各共轭点,遍及整个面分别为同倍率。如此,在被检面Wa上,如图4所示,遍及其整体正确地形成有光栅图案3a的一次像。再次参照图1，沿着光轴AX31在被检面Wa所反射的光束，入射至受光侧菱形棱镜
8,该光轴AX31与光轴AX21关于投影光学系统PL的光轴AX对称。菱形棱镜8与菱形棱镜7同样地，是沿着X方向具有长度方向轴线且具有平行四边形状(或者菱形状)的剖面的四角柱状的棱镜。因此，菱形棱镜8中，透过与光轴AX31垂直的第I透过面8a的光，在互相平行的一对反射面8b以及Sc依次反射之后，透过与第I透过面8a平行的第2透过面8d，沿着与光轴AX31平行的光轴AX 3自菱形棱镜8射出。沿着光轴AX3自菱形棱镜8所射出的光,经由具有与上述五角棱镜6相同的构成 的五角棱镜9,入射至聚光光学系统(10、11)。亦即,在被检面Wa所反射的光,沿着光轴AX3入射至五角棱镜9，该光轴AX3与光轴AX2是以投影光学系统PL的光轴AX为中心互相对称。五角棱镜9中，透过与光轴AX3垂直的第I透过面9a的光，在第I反射面9b以及第2反射面9c依次反射之后，沿着在Z方向延伸的光轴AX4到达第2透过面9d。透过与光轴AX4垂直的第2透过面9d的光，沿着光轴AX4在+Z方向入射至聚光光学系统(10、11)。聚光光学系统(10、11),由受光用物镜10与受光用聚光透镜11而构成。并且， 在受光用物镜10与受光用聚光透镜11之间的光路中，设置有作为扫描元件的振动镜(vibrating mirror) 12。因此,沿着光轴AX4入射至受光用物镜10的光,经由振动镜12而偏向，并沿着光轴AX5到达受光用聚光透镜11。另外，本实施形态中，在聚光光学系统(10、11)的大致光瞳面(pupil plane)的位置配置振动镜12，但并不限定于此，可在被检面Wa与下述歪斜校正棱镜13之间的光路中或者被检面Wa与偏向棱镜3之间的光路中，在任意位置配置振动镜12。经由聚光光学系统(10、11)的光，入射至具有与上述偏向棱镜3相同的构成的歪斜校正棱镜13。此处，在被检面Wa与投影光学系统PL的成像面一致的状态下，聚光光学系统(10、11)以与被检面Wa及歪斜校正棱镜13的入射面13a共轭地配置的方式而构成。如此，在歪斜校正棱镜13的入射面13a上，形成有光栅图案3a的二次像。另外，在歪斜校正棱镜13的入射面13a上，设置有作为遮光元件的受光狭缝S。受光狭缝S，如图5所示，例如具有5个在X方向细长地延伸的矩形状的开口部Sal Sa 5。经由聚光光学系统(10、11)的来自被检面Wa的反射光，分别通过受光狭缝S的各开口部Sal Sa5，入射至歪斜校正棱镜13。此处，受光狭缝S的开口部Sa的数量与被检面Wa上的检测点的数量对应。亦即，在表示被检面Wa上形成有光栅图案3a的一次像的状态的图4中，被检面Wa上的检测点(检测区域)Dal Da5，与图5所示的受光狭缝S的5个开口部Sal Sa5光学性地对应。因此，在欲增加被检面Wa上的检测点的数量时，只要增加开口部Sa的数量即可，且即使增加检测点的数量也不会导致构成的复杂化。另外，藉由投影光学系统PL而形成的成像面与歪斜校正棱镜13的入射面13a以对于聚光光学系统(10、11)满足Scheimpflug条件的方式而构成。因此,在被检面Wa与成像面一致的状态下，来自光栅图案3a的光经由聚光光学系统(10、11)，遍及棱镜入射面13a上的整个图案像形成面而正确地再成像。另外，在图2中用虚线表不光路,聚光光学系统(10、11)由两侧远心光学系统而构成。因此，被检面Wa上的各点与棱镜入射面13a上的各共轭点，遍及整个面分别为同倍率。如此，在歪斜校正棱镜13的入射面13a上，遍及其整体正确地形成有光栅图案3a的二次像。然而，若在歪斜校正棱镜13的入射面13a的位置配置受光面，则相对于被检面Wa的光束的入射角9较大，故而受光面中的光束的入射角也变大。此时，若在受光面上配置例如娃光二极管(silicon photodiode),则向娃光二极管的光束的入射角变大,故而担心硅光二极管中的表面反射变大，并且担心产生光束的遮蔽(sha ding)现象，而受光量明显降低。 本实施形态中，为了避免因受光面中的光束的入射角而引起的受光量的降低，如图I所示，在与关于聚光光学系统(10、11)的被检面Wa的共轭面上，配置有作为偏向光学系统的歪斜校正棱镜13的入射面13a。其结果为，经由聚光光学系统(10、11)沿着光轴AX5而入射至歪斜校正棱镜13的入射面13a的光束，按照与歪斜校正棱镜13的顶角(入射面与出射面所形成的角)相同的折射角而偏向，并自出射面13b沿着光轴AX6而射出。此处，出射面13b与光轴AX6垂直地设定。自歪斜校正棱镜13的出射面13b沿着光轴AX6所射出的光，入射至由一对透镜14a以及14b而构成的中继(relay)光学系统(14a、14b)。经由中继光学系统(14a、14b)的光，使在歪斜校正棱镜13的入射面13a上所形成的光栅图案3a的二次像及与受光狭缝S的开口部Sal Sa5的共轭像,形成于受光部15的受光面15a上。在受光面15a上,如图6所示，5个硅光二极管PDl TO5以与受光狭缝S的开口部Sal Sa5光学性地对应的方式而设置。另外，代替娃光二极管，也可使用CCD(Charge CoupledDevice,电荷藕合元件)(二维电荷藕合型摄像元件)或光电倍增器(photomultiplier)。如此，在本实施形态中，使用了作为偏向光学系统的歪斜校正棱镜13，因此所入射至受光面15a的光束的入射角变得十分小，且避免因受光面15a中的光束的入射角而引起的受光量的降低。另外，较理想的是中继光学系统(14a、14b)如图2所示是两侧远心光学系统。另外，较理想的是歪斜校正棱镜13的入射面13a与受光面15a以对于中继光学系统(14a、14b)满足Scheimpflug条件的方式而构成。如上所述，在歪斜校正棱镜13的入射面13a上，设置有具有5个开口部Sal Sa5的受光狭缝S。因此，在入射面13a上所形成的光栅状图案3a的二次像，经由受光狭缝S而部分性地受到遮光。亦即，仅来自形成于受光狭缝S的开口部Sal Sa5的区域的光栅状图案3a的二次像的光束，经由歪斜校正棱镜13以及中继光学系统(14a、14b)，到达受光面15a。如此，如图6所不，在配置于受光部15的受光面15a上的娃光二极管PDl PD5上，分别形成有受光狭缝S的开口部Sal Sa5的像、亦即狭缝像SLl SL5。另外，狭缝像SLl SL5以分别形成于硅光二极管PDl PD5的矩形状的受光区域的内侧的方式而设定。此处，若被检面Wa沿着投影光学系统PL的光轴AX而在Z方向上下移动，则在歪斜校正棱镜13的入射面13a上所形成的光栅图案3a的二次像，与被检面Wa的上下移动对应而在图案的间距方向产生横向偏移。本实施形态中，例如根据如由本申请人所提出的日本专利特开平6-97045号公报中所揭示的光电显微镜的原理，来检测光栅图案3a的二次像的横向偏移量，并根据所检测出的横向偏移量来检测沿着投影光学系统PL的光轴AX的被检面Wa的面位置。另外，以下构件的动作与由本申请人所提出的日本专利特开2001-296105号公报中所揭示的装置相同，故而此处省略说明，即，镜片驱动部16，驱动振动镜12 ;位置检测部17，用以根据来自镜片驱动部16的交流信号而对来自硅光二极管PDl PD5的检测信号进行同步检波；校正量计算部18，计算使被检面Wa收纳于投影光学系统PL的焦点深度的范围内所必须的倾斜校正量以及Z方向校正量；以及固持器驱动部23，用以根据倾斜校正量以及Z方向校正量来驱动控制固持器保持机构22，且进行晶圆固持器21的校平以及Z方向移动。另外，关于Scheimpflug条件、偏向棱镜3以及歪斜校正棱镜13的构成或作用、以及光电显微镜的原理的具体的应用等，在日本专利特开平6-97045号公报中有详细地揭 示。并且，关于五角棱镜6以及9的构成或作用，在日本专利特开2001-296105号公报中有详细地揭示。另外，也可为省略该等五角棱镜6以及9的一者、或两者的构成。本实施形态中，在投射光学系统(4、5)与被检面Wa之间的光路中以及聚光光学系统(10、11)与被检面Wa之间的光路中，分别设置五角棱镜6以及9，且藉由五角棱镜6以及9的作用使向被检面Wa的入射光束的光路以及来自被检面Wa的反射光束的光路较大地弯曲，并使投射光学系统(4、5)以及聚光光学系统(10、11)充分远离被检面Wa。其结果为，投射光学系统(4、5)以及聚光光学系统(10、11)的构成以及配置，实际上不会受到被检面Wa的限制。另外，本实施形态中，在五角棱镜6与被检面Wa之间的光路中以及五角棱镜9与被检面Wa之间的光路中，分别附设菱形棱镜7以及8，因此向被检面Wa的入射光束的光路以及来自被检面Wa的反射光束的光路，藉由菱形棱镜7以及8的作用而分别平行移动。其结果为，可使一对五角棱镜6以及9远离被检面Wa，且一对五角棱镜6以及9以及其保持构件的构成以及配置，实际上不会受到被检面Wa的限制。本实施形态的面位置检测装置中，包括投射侧棱镜构件亦即菱形棱镜7、以及受光侧棱镜构件亦即菱形棱镜8，上述投射侧棱镜构件7配置于投射系统的光路中且具有用以使入射光束的光路平行移动的一对内面反射面(7b、7c),上述受光侧棱镜构件8在受光系统的光路中以与投射侧棱镜构件7对应的方式而配置，且具有用以使来自被检面Wa的入射光束的光路平行移动的一对内面反射面(8b、8c)。此时，如上所述，在投射侧的菱形棱镜7的互相平行的两个内面反射面(7b、7c)所全反射的光束产生藉由偏光成分而引起的相对性的位置偏移，且未在被检面Wa上形成清晰的图案像。另外，投射光学系统(4、5)的被检面侧与聚光光学系统(10、11)的被检面侧构成为远心的，故而入射至菱形棱镜(7、8)的全反射面(7b、7c、8b、8c)主光线全部为相同的入射角。图7是概略性地表示在棱镜的内面反射面所全反射的光束(通过光轴上的主光线)产生藉由偏光成分而引起的相对性的位置偏移的情况的图。如图7所示，在棱镜70的内部传播且以大于规定值的入射角向内面反射面71所入射的光L，在内面反射面71全反射。此时，在内面反射面71所全反射的光束之中，在与图7的纸面垂直的方向具有偏光方向的S偏光状态的光Ls、以及在与图7的纸面平行的方向具有偏光方向的P偏光状态的光Lp，沿着隔开距离△的间隔的互相平行的两个光路而分别于棱镜70的内部传播。此处，在棱镜70的内面反射面71所全反射的光束所产生的藉由偏光成分而引起的相对性的位置偏移量A，称为古斯-亨琴相位平移(Goos-Haenchen Shift)。如此，由于投射侧的菱形棱镜7的互相平行的两个内面反射面(7b、7c)的全反射，而到达被检面Wa的光束之中，在相对于被检面Wa的P偏光的光与S偏光的光之间产生相对性的位置偏移,而且P偏光的光在被检面Wa上所形成的图案像与S偏光的光在被检面Wa上所形成的图案像之间，产生相对性的位置偏移。同样地，在自被检面Wa反射后在受光侧的菱形棱镜8的互相平行的两个内面反射面(8b、8c)所全反射的光束也产生藉由偏光成分而引起的相对性的位置偏移，且在歪斜校正棱镜13的入射面13a上所形成的图案二次像变得更不清晰。换而言之，由于受光侧的菱形棱镜8的内面反射面(8b、8c)的全反射的影响，而在P偏光的光在入射面13a上所形成的图案二次像与S偏光的光在入射面13a上所形成的图案二次像之间所产生的相对性的位 置偏移增加(倍增)。本实施形态的面位置检测装置，适用于半导体曝光制程过程中具有各种表面状态的晶圆w(例如构成晶圆W上的构造物的物质为多种，或者晶圆W上的构造本身(多层构造)为多种)的面位置检测。并且，一般而言，晶圆表面为涂敷有光刻胶的状态。在如此状况下，各种表面状态存在不均一时(例如在晶圆上所形成的层的厚度不均一，或者形成该层的材料的纯度等性质不均一时)，或光刻胶厚度存在不均一时，相对于特定偏光成分的光(例如P偏光的光、S偏光的光等)的反射率根据该等不均一而改变。其结果为，本实施形态的面位置检测装置中，除非研究特别的对策，因为在菱形棱镜(7 ；8)的内面反射面(7b、7c ;8b、8c)所全反射的光束所产生的藉由偏光成分而引起的相对性的位置偏移、以及由上述晶圆W的表面状态的不均一或光刻胶厚度的不均一而引起的特定偏光成分的反射率变化，而容易产生被检面Wa的面位置的检测误差。近年来，伴随投影曝光图案的微细化，相对于晶圆面的平坦度的要求也变得严格，并且相对于面位置检测精度的要求也变得非常高。另外，使用有ArF准分子激光(excimerlaser)光源的曝光装置等中，存在表面的光刻胶的厚度也变薄的倾向，且由于上述各种表面状态或光刻胶厚度的不均而引起的面位置检测误差无法忽视的状况。因此，本实施形态中，藉由设定形成作为全反射棱镜构件的菱形棱镜(7；8)的光学材料的折射率n、与相对于其内面反射面(7b、7c ;8b、8c)的入射光束(沿着光轴前进的主光线)的入射角9满足规定关系，而抑制菱形棱镜(7 ；8)的内面反射面(7b、7c ;8b、8c)所全反射的光束的藉由偏光成分而引起的相对性的位置偏移对被检面Wa的面位置的检测所造成的影响。以下，对形成菱形棱镜(7;8)的光学材料的折射率n与相对于内面反射面(7b、7c ;8b、8c)的入射光束(沿着光轴上的主光线)的入射角9应满足的关系进行说明的。现在，在作为全反射面的各内面反射面(7b、7c、8b、8c)中，若将0设为向反射面的主光线的入射角(0° < 0 <90° )，将\设为光的波长，将n设为玻璃等的光学材料的折射率，则P偏光与S偏光的成分中的相位变化4>p、4>s利用以下式⑴以及⑵来表不。
[数I]
权利要求
1.一种位置检测装置，包括接受导向被检面且由上述被检面所反射的光，且根据上述光的受光结果检测关于上述被检面的位置的资讯， 上述位置检测装置的特征在于，包括 棱镜构件，配置在导向上述被检面的上述光的光路中与由上述被检面所反射的上述光的光路中的至少一者的光路中，且具有用以使上述光反射的反射面，且 在使构成上述棱镜构件的光学材料的折射率、与对于上述反射面的上述光的入射角满足的关系使上述反射面所反射的上述光的藉由偏光成分而引起的相对的位置偏移量的大小在规定范围内的状态下，上述棱镜构件使上述光在上述棱镜构件的内部反射。
2.如权利要求I所述的位置检测装置，其特征在于其中 上述棱镜构件的上述反射面使上述光全反射。
3.如权利要求I所述的位置检测装置，其特征在于其中 上述棱镜构件的上述反射面包括一对反射面。
4.如权利要求I所述的位置检测装置，其特征在于更包括 光学系统，配置在导向上述被检面的上述光的光路中与由上述被检面所反射的上述光的光路中的至少一者的光路中，且形成在相对于上述被检面的光学的共轭位置上， 上述棱镜构件配置在上述光学系统与与上述被检面之间的上述光路中。
5.如权利要求4所述的位置检测装置，其特征在于其中上述光学系统至少在上述被检面侧构成远心。
6.如权利要求I所述的位置检测装置，其特征在于其中将上述光自倾斜方向导向上述被检面。
7.如权利要求I所述的位置检测装置，其特征在于其中关于上述被检面的位置的资讯包括关于沿着被检面的法线的位置的资讯。
8.—种位置检测方法，包括接受导向被检面并由上述被检面所反射的光，且根据上述光的受光结果检测关于上述被检面的位置的资讯， 上述位置检测方法的特征在于，包括 在导向上述被检面的上述光的光路中与由上述被检面所反射的上述光的光路中的至少一者的光路中配置棱镜构件，藉由上述棱镜构件的反射面使上述光在上述棱镜构件的内部反射，且 构成上述棱镜构件的光学材料的折射率、与对于上述反射面的上述光的入射角满足的关系使上述反射面所反射的上述光的藉由偏光成分而引起的相对的位置偏移量的大小在规定范围内。
9.如权利要求8所述的位置检测方法，其特征在于其中 藉由上述棱镜构件的上述反射面使上述光全反射。
10.如权利要求8所述的位置检测方法，其特征在于其中 上述棱镜构件的上述反射面包括一对反射面， 藉由上述一对反射面使上述光束依次反射。
11.如权利要求8所述的位置检测方法，其特征在于更包括 在导向上述被检面的上述光束的光路中与由上述被检面所反射的上述光的光路中的至少一者的光路中配置光学系统，且上述光学系统形成在相对于上述被检面的光学的共轭位置上， 使上述光束在配置于上述光学系统与上述被检面之间的上述光路中的上述棱镜构件的内部反射。
12.如权利要求11所述的位置检测方法，其特征在于其中上述光学系统至少在上述被检面侧构成远心。
13.如权利要求8所述的位置检测方法，其特征在于其中将上述光束自倾斜方向导向上述被检面。
14.如权利要求8所述的位置检测方法，其特征在于其中关于上述被检面的位置的资讯包括关于沿着上述被检面的法线的位置的资讯。
15.一种曝光装置，将图案像曝光至基板上，且上述曝光装置的特征在于包括 如权利要求I至7中任一项所述的位置检测装置，用以检测关于上述基板的曝光面的位置的资讯； 驱动装置，根据上述位置检测装置的检测结果使上述基板移动；以及 投影光学系统，将上述图案像投影至藉由上述驱动装置所移动的上述基板的上述曝光面。
16.如权利要求15所述的曝光装置，其特征在于其中关于上述曝光面的位置的资讯包括关于沿着上述曝光面的法线的位置的资讯， 上述驱动装置根据关于沿着上述曝光面的法线的位置的资讯，进行沿着上述基板的上述法线的位置的移动以及上述基板的校平的至少一者。
17.如权利要求16所述的曝光装置，其特征在于其中上述驱动装置移动上述基板，使得上述曝光面收纳于上述投影光学系统的焦点深度的范围内。
18.一种曝光方法，将图案像曝光至基板上，且上述曝光装置的特征在于包括 根据如权利要求8至14中任一项所述的位置检测方法，检测出关于上述基板的曝光面的位置的资讯； 根据上述位置检测装置的检测结果使上述基板移动；以及 将上述图案像投影至根据上述位置检测装置的检测结果所移动的上述基板的上述曝光面。
19.如权利要求18所述的曝光方法，其特征在于其中关于上述曝光面的位置的资讯包括关于沿着上述曝光面的法线的位置的资讯， 使上述基板移动包括根据关于沿着上述曝光面的法线的位置的资讯，进行沿着上述基板的上述法线的位置的移动以及上述基板的校平的至少一者。
20.如权利要求19所述的曝光方法，其特征在于其中使上述基板移动包括使上述曝光面收纳于用于投影上述图案像的投影光学系统的焦点深度的范围内。
21.—种元件的制造方法，用于制造具有电路图案的元件，其特征在于包括 根据如权利要求18所述的曝光方法，将对应上述电路图案的图案像曝光至基板上；以及 使上述图案像在所曝光的上述基板显影。
全文摘要
本发明提供一种面位置检测装置，可抑制棱镜构件的内面反射面所全反射的光束所产生的藉由偏光成分而引起的相对性的位置偏移对被检面的面位置的检测所造成的影响，并且可高精度地检测被检面的面位置。投射系统以及受光系统之中的至少一者包括全反射棱镜构件(7；8)，该全反射棱镜构件(7；8)具有用以使入射光束全反射的内面反射面(7b、7c；8b、8c)。为了抑制在全反射棱镜构件的内面反射面所全反射的光束的藉由偏光成分而引起的相对性的位置偏移对被检面(Wa)的面位置的检测所造成的影响，而设定形成全反射棱镜构件的光学材料的折射率与相对于全反射棱镜构件的内面反射面的入射光束的入射角满足规定关系。
文档编号G03F7/20GK102722093SQ20121015019
公开日2012年10月10日 申请日期2006年11月14日 优先权日2005年11月15日
发明者日高康弘 申请人:株式会社尼康