面位置检测装置、曝光装置以及元件制造方法

专利名称：面位置检测装置、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1)中所揭 示的倾斜入射型面位置检测装置。于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 出了于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l的图7)。
日本专利特开2001 — 296105号公报
然而，上述专利文献l的图7中所揭示的先前的面位置检测装置中，
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i晰的图 案像。同样地，自被检面反射后于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，因为于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，可抑制于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。
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于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1形态提供一种面位置检测装置，包
括投射系统，将光束自倾斜方向投射至被检面上；以及受光系统，接受 于上述被检面所反射的光束；且根据该受光系统的输出来检测上述被检面 的面4立置，
该面位置检测装置的特征在于
上述投射系统以及上述受光系统之中的至少一者包括全反射棱镜构 件，该全反射棱镜构件具有用以使入射光束全反射的内面反射面，且
为了抑制于上述全反射棱镜构件的上述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上述被检面的面位置的检测所
于上述全反射棱镜构件的上述内面反射面;上述7^射光束的入射角^足规 定关系。
本发明的第2形态提供一种曝光装置，经由投影光学系统将规定图案 投影曝光至感光性基板上，
且该曝光装置的特征在于包括
第1形态的面位置检测装置，用以将上述规定图案面或者上述感光性 基板的曝光面的相对于上述投影光学系统的面位置，为上述被检面的面位 置而检测；以及
位置对准装置，用以根据上述面位置检测装置的检测结果，将上述规 定图案面或者上述感光性基板的曝光面相对于上述投影光学系统进行位置 对准。
本发明的第3形态提供一种元件的制造方法，其特征在于包括曝光 步骤，使用第2形态的曝光装置，将上述规定图案曝光至上述感光性基板 上；以及显影步骤，使藉由上述曝光步骤所曝光的上述感光性基板显影。
本发明的第4形态提供一种光学装置，光路中配置有具有全反射面的 光学构件，该光学装置的特征在于分而引起的相对性的位置偏移，而设定上述光学构件的折射率以及相对于 上述全反射面的光的入射角。
本发明的第5形态提供一种光学装置，其特征在于 光路中具有N个内面反射面，且
设定相对于各上述N个内面反射面的光的入射角以及形成上述N个内 面反射面的各光学构件的折射率，使得上述N个内面反射面所全反射的光 的由偏光成分而引起的相对性的位置偏移大致为零。
本发明的第6形态提供一种测量装置，测量光路中配置有具有全反射 面的光学构件，该测量装置特征在于
为了抑制上述光学构件的上述全反射面所全反射的测量光的由偏光成 分而引起的相对性的位置偏移，而设定上述光学构件的折射率以及相对于 上述全反射面的测量光的入射角。
本发明的第7形态提供一种测量装置，用于测量被检面，其特征在于 包括
检测器，检测来自上述被;险面的测量光；以及
光学构件，包括配置于上述被检面与上述检测器之间的光路中的全反 射面；且
成分而引起的相对性的位置偏移，而设定上述光学构件的折射率以及相对 于上述光学构件的上述全反射面的测量光的入射角。
本发明的第8形态提供一种测量装置，用于测量被检面，其特征在于 包括
投射系统，将测量光导向上述被检面； 受光系统，接受来自上述被;险面的测量光；以及 光学构件，包括配置于上述投射系统的光路与上述受光系统的光路的 至少一者中的全反射面；且
成分而引起的相对性的位置偏移，而设定上述光学构件的折射率以及相对 于上述光学构件的上述全反射面的测量光的入射角。
本发明的第9形态提供一种测量装置，其特征在于
光路中具有N个内面反射面，且
设定相对于各上述N个内面反射面的光的入射角以及形成上述N个内 面反射面的各光学构件的折射率，使得上述N个内面反射面所全反射的光 的藉由偏光成分而引起的相对性的位置偏移大致为零。
本发明的第IO形态提供一种曝光装置，将规定图案曝光至感光性基板上，
该曝光装置的特征在于使用包括第6形态、第7形态、第8形态或者
第9形态的测量装置，测量上述感光性基板的位置。
本发明的第ll形态提供一种元件的制造方法，其特征在于包括 曝光步骤，使用第IO形态的曝光装置，将上述规定图案曝光至上述感
光性基板上；以及
显影步骤，使藉由上述曝光步骤所曝光的上述感光性基板显影。 本发明的第12形态提供一种光学装置，包括 至少一个光学构件，配置于光路中且具有全反射面；以及 调整装置，调整上述至少一个光学构件的全反射面所全反射的光的藉
由偏光成分而引起的相对性的位置偏移。
本发明的第13形态提供一种调整方法，包括 将具有全反射面的至少一个光学构件配置于光路中的步骤；以及 调整上述至少一个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步骤。
本发明的第14形态提供一种调整方法，其特征在于包括 将,导，具，全反射面的至少一个光学构件的步骤；及，'。
起的相对性的位置偏移的步骤；以及
调整入射至上述至少一个光学构件的全反射面的光的入射角度的步骤。
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，由此于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，可于被检面上形成 清晰的图案一次像，于受光面(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
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1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1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个于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是表示5个硅光二极体PD1 PD5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是概略性地表示于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。
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IO是表示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1. 45时，相对位置偏移量
A的绝对值为O. 3 )am或O. 3 jam以下的入射角6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1. 5时，相对位置偏移量A
的绝对值为O. 3 jum或O. 3 iam以下的入射角6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1. 6时，相对位置偏移量A
的绝对值为0. 3 nm或O. 3 ]um以下的入射角e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1. 7时，相对位置偏移量A
的绝对值为O. 3 jum或O. 3 iam以下的入射角e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，抑制于两个全反射
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O. 05 jum或O. 05 jum以下的入射角6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O. 05 iam或O. 05 jam以下的入射角6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O. 05 jam或O. 05 nm以下的入射角6的范围进行i兌明的图。
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O. 05 iuni或O. 05 jlim以下的入射角6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4册图案
4、 5:投射光学系统
6、 9:五角棱镜
6a、 7a、 8a、 9a、 31a、 32a:第1透过面 6b、 9b:第1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:入射面
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:位置纟企测部
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
5 3:半镜面 61:四边形棱镇 61a:第1全反射面 61b:第2全反射面 70:棱镜
AX、 AX1、 AX2、 AX3、 AX4、 AX5、 AX6、 AX21、 AX31:光轴 Da 1 ~ Da 5:检测点(检测区域) L:光
Lp: P偏光状态的光 Ls: S偏光状态的光 PO:基准反射位置 PD1-PD5:硅光二极体 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 SL1 SL5:狭缝像 W:晶圆
Wa:晶圓W的表面、曝光面、被检面
n:折射率
△:相对位置偏移量
△ p、 As:位置偏移量
6 、 6 1、 6 2:入射角
cj)p、 cj)s: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1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1的
投射光学系统以及聚光光学系统均为两侧远心(telecentric)的光3各图。 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1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。于图1中，与投影光学系统PL的光轴AX平行地设定Z 轴，于垂直于光轴AX的面内与图1的纸面平行地设定Y轴，与图l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,于作为 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，晶圓固持器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，且藉由可于 上下方向(Z方向)移动的三个支持点22a ~ 22c (图1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，藉此进行晶圓固持器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，进一步藉由晶圓平台 (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(circuit pattern)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，必须于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 于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，而且进行晶圓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;险测光的光源1。 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1为波长间隔(wavelength interval )较宽的白色光 源(例如，供给波长间隔为600 ~ 900 nm的照明光的卣素灯(halogen lamp), 或供给与此相同的频带较宽的照明光的氙气光源(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)的光的发光二才及体(1 ight—emitting diode )。
来自光源1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，于偏向棱镜3的射出侧形成有透过型光栅图案3a，于X方向 延伸的细长的透过部与于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AX1而配置的投射光学系统(4、 5)。 4殳射光学系统(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1透过面6a,用以使沿 着光轴AX1所入射的光不折射而直接透过。亦即，第1透过面6a与光轴AX1 垂直地设定。
透过第l透过面6a后沿着光轴AXl而于五角棱镜6的内部传播的光， 于第1反射面6b反射之后，于第2反射面6c沿着光轴AX2再次反射。于 第2反射面6c反射后沿着光轴AX2而于五角棱镜6的内部传播的光，不于 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，且于第1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AX1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AXZ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1透过面7a的光，于互相平行的一对反 射面7b以及7c依次反射之后，透过与第l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，于被检面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4册图案3a的形成面(亦即偏向棱4竟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，于图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，于被;险面Wa上，如图4所示，遍及其整体正确地形成有光4册 图案3a的一次像。
再次参照图1,沿着光轴AX31于被检面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1透过面8a的光，于互相平行的一 对反射面8b以及8c依次反射之后，透过与第1透过面8a平行的第2透过 面8d，沿着与光轴AX31平行的光轴AX3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，于被检 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1透过面9a的光，于第1反射面％以及第2反射面9c 依次反射之后，沿着于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于+Z方向入射至聚光光 学系统(10、 11)。
聚光光学系统UO、 11)，由受光用物镜10与受光用聚光透镜11而构 成。并且，于受光用物镜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ll。另外，本实施形态中，于聚光光学系统(IO、 11)的大 致光瞳面(p叩il plane)的位置配置振动镜12,但并不限定于此，可于被 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，于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，于被检面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(IO、 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，于歪斜校正棱镜13 的入射面13a上，形成有光栅图案3a的二次像。
另外，于歪斜校正棱镜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个于X方向细长地延伸的 矩形状的开口部Sal-Sa5。经由聚光光学系统(IO、 ll)的来自被;险面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，于表示被检面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，于欲增加被检面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，于被检面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(IO、 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，于图2中用虚线表示光路，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，于歪斜校正棱镜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，若于歪斜校正棱镜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e较大，故而受光面中的光束的入射角也变 大。此时，若于受光面上配置例如,圭光二极体(silicon photodiode),则
向硅光二极体的光束的入射角变大，故而担心硅光二极体中的表面反射变 大，并且担心产生光束的遮蔽(shading)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^f氐，如图1所示，于与关于聚光光学系统(10、 11)的净皮;险面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，使于歪斜校正棱镜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。于受光面15a上，如图6所示，5 个硅光二极体PD1 -PD5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，代替硅光二极体，也可使用CCD (Charge Coupled Device,电荷藕合元件)(二维电荷藕合型摄像元件)或光电倍增器 (photomul t ipl ier )。
如此，于本实施形态中，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、 l仆) 满足Scheimpflug条j牛的方式而构成。
如上所述，于歪斜校正棱镜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，于入射面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(1"、 Mb),到达受光面1&。
如此，如图6所示，于配置于受光部15的受光面15a上的硅光二极体 PD1-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 SL1 SL5。另外，狭缝像SL1 SL5以分别形成于硅光二极体PD1 PD5的 矩形状的受光区域的内侧的方式而设定。
此处，若被;险面Wa沿着投影光学系统PL的光轴AX而于Z方向上下移 动，则于歪斜校正棱镜13的入射面13a上所形成的光栅图案3a的二次像， 与祐j全面Wa的上下移动对应而于图案的间距方向产生^f黄向偏移。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;险面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体PD1 ~ 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,且进行晶圓固持 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，于日本专利特开平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，于日本专利特开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，于投射光学系统(4、 5)与被检面Wa之间的光路中以 及聚光光学系统(IO、 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^L检面Wa的限制。
另外，本实施形态中，于五角棱镜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于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，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)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，且未于被检面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是概略性地表示于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，于棱镜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,于内面反射面71全反射。此时，于内面反射面71所全 反射的光束之中，于与图7的纸面垂直的方向具有偏光方向的S偏光状态 的光Ls、以及于与图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A的间隔的互相平行的两个光3各而分别于棱镜70的内 部传播。
此处，于棱镜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，于相对 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偏光的光于被检面Wa上所形成的图案像与S偏光的光于被检面Wa上所形 成的图案像之间，产生相对性的位置偏移。
同样地，于自被检面Wa反射后于受光侧的菱形棱镜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，且于歪斜校正棱镜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，而于P偏光的光于入射面13a上所形成的图案二次 像与S偏光的光于入射面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。于如此状况下，各种表面状态存在不均一 时(例如于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， 因为于菱形棱镜(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;险面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(excimer laser)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e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e应满足的关系进行说明的。
现在，于作为全反射面的各内面反射面(7b、 7c、 8b、 8c)中，若将 e设为向反射面的主光线的入射角(O。 ^es9(T )，将入设为光的波长， 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 变化小p、 cbs利用以下式(1)以及(2)来表示。 _
^<formula>formula see original document page 24</formula>此处，于P偏光成分的反射光中，相对于沿着反射面的方向的P偏光 成分的基准反射位置P0的相对性的位置偏移量Ap (称为P偏光成分的古 斯-亨琴相位平移(GHS )。)，使P偏光成分的相位变化为P = n/人■ cos 8 , 且成为P偏光成分的相位变化4>对P的偏孩1分3*/<9 3。另外，于S偏光 成分的反射光中，相对于沿着反射面的方向的S偏光成分的基准反射位置 P0的相对性的位置偏移量As (称为S偏光成分的古斯-亨琴相位平移 (GHS)。)，使S偏光成分的相位变化为cos e ，且成为S偏光成 分的相位变化小对P的偏《效分3 4)/3P 。
各偏光成分的反射光的相对性的位置偏移量Ap、 As，利用以下式(3) 以及(4)来表示。 [数2]
<formula>formula see original document page 24</formula>械 A
,。
(-= tan P/("2sin20 + sin2^ - 1) (S偏光) (4)
3々4" 2 sin 2^-l /
若根据该等求反射光线中的P偏光成分的光与S偏光成分的光的垂直 方向的相对性的相位偏移量的差△(古斯-亨琴相位平移(GHS)),则沿着 反射面的方向的各偏光成分的反射光之间的相对性的相位偏移量GHS为Ap -As，故而以下式(5)的关系成立。
A = cos 0 X ( Ap - As ) (5)
因此，如以下式(6)所示，于P偏光与S偏光的光轴产生△的差。 [数3]
"2 sin 2 6 - 1
1
、
w 2 sin 2 (9 + sin 2 6> — 1
一l
cos <9 (6)
乂
因此，棱镜(7; 8)的内部的一次全反射(内面反射)中所产生的藉 由偏光成分而引起的相对性的位置偏移量△，可藉由上述式(6)而表示。
条件，亦即，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△(古斯-亨琴相位平移(GHS))为零的条件，满足以下式(7)。 [数4]
sin26>("2+l)=2 (7) 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Ob、 7c; 8b、 8c)的入射 光束的入射角e大致满足式(7)所示的关系，而于菱形棱镜(7; 8)的 内面反射面(7b、 7c; 8b、 8c)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，于作为被检面的晶圆W的表 面Wa上形成清晰的图案一次像，且于歪斜校正棱镜13的入射面13a上形 成清晰的图案二次像，而且可高精度地检测被检面Wa的面位置。
因此，本实施形态的曝光装置中，使用可高精度地检测被检面的面位 置的面位置检测装置，可高精度地检测晶圆(感光性基板)W的曝光面Wa 的面位置，而且可使主光掩模(光掩模)R的图案面与晶圓W的曝光面Wa 相对于投影光学系统PL高精度地进行位置对准。
另外，当将本实施形态的面位置检测装置适用于曝光装置中的感光性 基板的面位置的检测或光掩模的面位置的检测等时，使一次全反射中所产 生的藉由偏光成分而引起的相对性的位置偏移量△的大小(绝对值)抑制 在例如0.3iim以内，故而于实用方面较好。亦即，当满足如下条件式(8) 时，关于感光性基板的面位置的检测或光掩模的面位置的检测等实用方面 没有问题。其中，于式(8)中，光的波长A的单位是ym。[数5]
1
_1
cos^ S 0.3 (戶)(8)
sin2^ —1 、w sin夕+ sin ^-1
此处，对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 (古斯-亨琴相位平移(GHS))的大小为0. 3 ym或0. 3 um以下实用 性较好进行说明。作为焦点检测AF (面纟企测、焦点测量)所要求的精度， 条件是相对于投影光学系统PL的焦点深度较小，但是相对于最近的大NA 的投影透镜(焦点深度约300 nm或300 nm以下)，若考虑其他误差则现 状是作为藉由光刻胶膜厚而引起的AF误差不容许宽度为50 nin或50 nm以 上。图8是表示藉由偏光成分而引起的相对性的位置偏移量A为0. 3 um 时的、相对于光刻胶膜厚度的变化的AF测量值的变化的情况。可知宽度为 250 nm左右，AF测量值改变。
图9是放大了图8的一部分的区域的图。光刻胶膜厚藉由制膜机的性 能，而于晶圓内或晶圆之间产生土10mn左右的偏差。因此，若于图9中根 据图读取光刻胶膜厚为宽度改变20 nm的情形，则可知AF测量值最多改变
置偏移量△为0. 3 : ni或J. 3 u ri^以下较好。此外，为了实现高精度化且 实现更稳定的检测，如以下式(9)所示，使藉由偏光成分而引起的相对性 的位置偏移量A为O. 2 um或O. 2 以下更加好。 [数6]
义tan(9 r 1 人
/72 sin2 <9 + sin 6 — 1
一l
cos" 0.2 (戸) (9)
sin P-l
量A (古斯:亨琴相位平移(GHS))的大小为0.2 um或0,2 um以下实用 性较好进行说明。另外，AF测量值的变化与藉由偏光成分而引起的相对性 的位置偏移量△成比例，当藉由偏光成分而引起的相对性的位置偏移量△ 为0. 2 um或O. 2 um以下时，AF测量值的变化量为30 nm左右。如果误 差为30 nm,则相对于最低必要量的50歷可富余20 nm左右，且该量相当 于AF光学系统中产生藉由制造上的误差而引起色差(color aberration) 时的AF测量误差。因此，即使由于制造误差而产生藉由色差而引起的误差 只要藉由偏光成分而引起的相对性的位置偏移量△为0. 2 um或O. 2 urn
以下，可实现总是高精度且稳定的测量。
以下，进一步根据具体的形态，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 )的入射光束的入射角 e应满足的关系进行研究。图10是表示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。于图10中，纵轴表示藉由偏光成分而引起的相对位置偏移量A (ym)，横轴表示向全反射面的入射角9 (度)。
当经全反射的S偏光状态的光Ls与P偏光状态的光Lp处于图7的位 置关系时(S偏光状态的光Ls较P偏光状态的光Lp处于更内侧时)，相对 位置偏移量A取正的值，当P偏光状态的光Lp较S偏光状态的光Ls处于 更内侧时，相对位置偏移量△取负的值。该点于下述图11、图13~图16 中也相同。
另外，图10表示所形成棱镜的光学材料(例如石英)的折射率n为1. 45、 且使用光(检测光)的中心波长Ac为750 nm时的入射角9与相对位置 偏移量a的关系。参照图10，于入射角9为约43度时开始全反射，随着 入射角e变得大于全反射角而为正的值的相对位置偏移量△单调地减少。 不久，入射角e到达约53度则相对位置偏移量a大致为0，随着入射角 6自约53度变得更大而相对位置偏移量a变为负的值，且其大小单调地 增大。
此时，若改变使用光的中心波长Ac,则相对于相同入射角e的相对
位置偏移量△的值改变。然而，参照上述式(6)以及(7)可知，即使改
变使用光的中心波长入c，相对位置偏移量△为o时的入射角e的值实际 上也不会改变。换而言之，相对位置偏移量a为o时的入射角e的值， 实际上不依赖于使用光的中心波长入c。
如此，本实施形态中，当菱形棱镜(7; 8)藉由具有规定折射率n的 光学材料而形成时，可决定相对于内面反射面(7b、 7c; 8b、 8c)的入射 光束的入射角e,使得该内面反射面(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量a大致为Q，亦即使得相对 位置偏移量△的绝对值为例如O. 3 um或0. 3 um以下，更好的是为0. 2 " m 或O. 2 ym以下。另外，参照图10可知，相对于入射角e的变动的相对 位置偏移量△的变化的程度小，且菱形棱镜(7; 8)的安装误差等对检测 精度所造成的影响也小。
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。于图11中，纵轴表示藉由偏光成分而引起的相对位置偏移量△ (um)，横轴表示形成棱镜的光学材料的折射率n。图ll表示向全反射面的 入射角e为45度、且使用光的中心波长Ac为750 nm时的折射率n与相 对位置偏移量a的关系。参照图11，随着折射率n自I."变大而为正的 值的相对位置偏移量a单调地减少，折射率n到达约1."则相对位置偏 移量△大致为0。并且，随着折射率n自约1. 73变得更大而相对位置偏移 量a变为负的值，且其大小单调地增大。
此时，也改变使用光的中心波长Ac，则相对于相同折射率n的相对位置偏移量△的值改变，但是相对位置偏移量△为0时的折射率n的值实 际上不会改变。如此，本实施形态中，当菱形棱镜(7; 8)以使相对于内 面反射面(7b、 7c; 8b、 8c)以规定入射角e所入射的光全反射的方式而 构成时，可决定形成菱形棱镜(7; 8)的光学材料的折射率n，使得经全反 射的光束的藉由偏光成分而引起的相对性的位置偏移量A大致为G,亦即 使得相对位置偏移量△的绝对值为例如0. 2 u m或0. 2 u m以下。
另外，图1~图3所示的上述实施形态中，于光路中配置四个全反射面 (7b、 7c; 8b、 8c )，且使来自投射光学系统(4、 5)的光经由五角棱镜6 以及菱形棱镜7导向被检面Wa，并且使来自被检面Wa的光经由菱形棱镜8 以及五角棱镜9导向聚光光学系统(10、 11)。然而，全反射面的数量以及 配置并未限定，如图12所示，也可为例如于光路中配置有两个全反射面 (31b; 32b)的构成。
图12的变形例中，使来自4殳射光学系统(4、 5)的光，经由作为施密 特棱镜(Schmitt prism)的三角棱镜31导向被检面Wa，并且使来自被检 面Wa的光，经由作为施密特棱镜的三角棱镜32导向聚光光学系统(10、 11)。另外，图12中，与图3对应，省略了投射用聚光透镜4以及受光用 聚光透镜ll的图示。
图12的变形例中，自投射光学系统(4、 5)沿着光轴AX1所射出的光 入射至光施密特棱镜31。施密特棱镜31中，透过第1透过面31a的光于全 反射面31b全反射之后，透过第2透过面31c，沿着光轴AX2自施密特棱镜 31射出。自施密特棱镜31沿着光轴AX2所射出的光，入射至被检面Wa。
于被检面Wa所反射的光，沿着对投影光学系统PL的光轴AX，与光轴 AX2对称的光轴AX3，入射至施密特棱镜32。施密特棱镜32中，透过第1 透过面32a的光于全反射面32b全反射之后，透过第2透过面3k，沿着光 轴AX4自施密特棱镜32射出。沿着光轴AX4自施密特棱镜32所射出的光， 入射至聚光光学系统(10、 11)。
于图12的变形例中，也藉由设定形成作为全反射棱镜构件的施密特棱 镜(31; 32)的光学材料的折射率n、与相对于其全反射面(31b; 32b )的 光的入射角e大致满足式(7)所示的关系，可抑制施密特棱镜(31; 32) 的全反射面(31b; 32b)所全反射的光产生的藉由偏光成分而引起的相对 性的位置偏移对被;险面Wa的面位置的检测所造成的影响，并且可高精度地 才企测纟皮4企面Wa的面位置。
换而言之，为了抑制施密特棱镜(31; 32)的全反射面(31b; 32b )
的面位置的检测所造成的影响，并且高精度地检测被检面Wa的面位置，可 决定施密特棱镜(31; 32)的折射率n以及相对于全反射面(31b; 32b )的入射光的入射角e，使得全反射面(31b; 32b)所全反射的光的藉由偏 光成分而引起的相对性的位置偏移量△大致为0,亦即使得一次全反射中 所产生的藉由偏光成分而引起的相对位置偏移量A的绝对值为例如0.3
um或O. 3 ym以下，更好的是为O. 2 y m或0. 2 um以下。
以下，参照图13 图16，就使全反射棱镜构件的折射率n改变时，一 次全反射中所产生的藉由偏光成分而引起的相对位置偏移量A的绝对值为 0.3 um或O. 3 ixm以下的入射角9的范围进行说明。图13表示全反射棱 镜构件的折射率n为1.45、且光的中心波长Ac为750 nm时的藉由一次全 反射而引起的相对位置偏移量A与入射角9的关系。参照图13可知，为 了将一次全反射中所产生的藉由偏光成分而引起的相对位置偏移量△的绝 对值抑制在0. 3 u m或0. 3 u m以下，且满足条件式(8 )，可设定入射角
6的范围为约48度 90度。另外，相对位置偏移量A大致为O的入射角
6为约53度。
图14表示全反射棱镜构件的折射率n为1. 5、且光的中心波长A c为 750 nm时的藉由一次全反射而引起的相对位置偏移量△与入射角e的关 系。参照图14可知，为了将一次全反射中所产生的藉由偏光成分而引起的 相对位置偏移量A的绝对值抑制在0. 3 u m或0. 3 u m以下，且满足条件 式(8)，可设定入射角0的范围为约45度 90度。另外，相对位置偏移 量A大致为Q的入射角e为约52度。
图15表示全反射棱镜构件的折射率n为1. 6、且光的中心波长入c为 750 nm时的藉由一次全反射而引起的相对位置偏移量△与入射角6的关 系。参照图15可知，为了将一次全反射中所产生的藉由偏光成分而引起的 相对位置偏移量A的绝对值抑制在0, 3 p m或0. 3 y m以下，且满足条件 式(8),可设定入射角e的范围为约42度-90度。另外，相对位置偏移 量△大致为0的入射角e为约49度。
图16表示全反射棱镜构件的折射率n为1. 7、且光的中心波长人c为 750 nm时的藉由一次全反射而引起的相对位置偏移量A与入射角9的关 系。参照图16可知，为了将一次全反射中所产生的藉由偏光成分而引起的 相对位置偏移量△的绝对值抑制在0. 3 "m或O. 3 "m以下，且满足条件 式(S),可设定入射角e的范围为约39度 90度。另外，相对位置偏移 量A大致为0的入射角e为约46度。
另外，上述实施形态中，对曝光装置包括单一的面位置检测装置的例 进行了说明，但并不限定于此，也可因应需要于多组面位置检测装置中对 检测视野进行分割。此时，也可根据第1面位置检测装置的检测视野与第2 面位置检测装置的检测视野的共用的视野中的检测结果，进行各装置的校 准(cal ibration )。另外，上述实施形态中，将本发明适用于投影曝光装置的感光性基板 的面位置的检测，但也可将本发明适用于投影曝光装置的光掩模的面位置 的检测。另外，上述实施形态中，将本发明适用于投影曝光装置中的感光 性基板的面位置的检测，但也可将本发明适用于一般的被检面的面位置的 检测。
另外，上述实施形态中，将本发明适用于被检面的面位置(沿着被检 面的法线的位置)的检测。然而，并不限定于此，例如可将本发明适用于 测量光路中配置有具有全反射面的光学构件的测量装置，此外一般而言， 可将本发明适用于光路中配置有具有全反射面的光学构件的光学装置。具
体而言，可将本发明适用于如图17所示的测量祐j企面的面形状的装置，或 如图18所示的测量被检面的位置(沿着面内方向的被检面的二维位置)的 装置。
图17所示的测量装置中，来自光源41的测量光经由送光光学系统(投 射光学系统)42，入射至例如菱形棱镜般的全反射光学构件(具有全反射 面的光学构件)43。于全反射光学构件43的全反射面(未图示)所全反射 的测量光，入射至被检面44。于被检面44所反射的测量光，入射至例如具 有与全反射光学构件43相同构成的全反射光学构件45。于全反射光学构件 45的全反射面(未图示)所全反射的测量光，经由受光光学系统46,入射 至例如CCD般的图像检测器47。
该装置中，若测量光所入射的被检面44的高度位置改变，则向图像检 测器47的测量光的入射位置(像位置)改变。因此， 一面使被检面44沿 着面内方向二维地移动并使向被检面44的测量光的入射位置改变，或者一 面藉由送光光学系统42中的4展动4竟或多面4竟(polygon mirror)的作用而 使向被检面44的测量光的入射位置改变， 一面测定向图像检测器47的测 量光的入射位置，藉此被检面44的面形状(面内的每个位置的高度分布) 得到测量。当于净皮^r面44上存在薄膜时，或当浮皮^r面44存在偏光性时， 若于全反射光学构件43、 45的全反射中产生藉由偏光成分而引起的相对位 置偏移，则无法高精度地测量被检面44的面形状。
为了抑制全反射光学构件43、 45所全反射的光所产生的藉由偏光成分 而引起的相对性的位置对偏移被检面44的面形状的测量所造成的影响，并 且高精度地测量被;险面44的面形状，可决定全反射光学构件43、 45的折 射率n以及相对于全反射面的入射光的入射角e ,使得全反射光学构件43、 45所全反射的光的藉由偏光成分而引起的相对性的位置偏移量△大致为 0，亦即使得一次全反射中所产生的藉由偏光成分而引起的相对位置偏移量 △的绝对值为例如0. 3 u m或0. 3 u m以下，更好的是为0. 2 u m或0. 2 y m 以下。图18所示的测量装置中，来自照明系统51的测量光于对物光学系统 52中的半镜面(half mirror) 53反射之后，自对物光学系统52射出后入 射至施密特棱镜(具有全反射面的光学构件)54。例如于三角棱镜般的施 密特棱镜54的全反射面54a所全反射的测量光，照亮被;险面55。设置于被 检面55上的光掩模(未图示)所反射的测量光，再次入射至施密特棱镜54。 于施密特棱镜54的全反射面54a所全反射的测量光，经由对物光学系统52 以及对物光学系统52中的半镜面53，入射至例如CCD般的图像检测器56。
图18所示的测量装置中，根据图像检测器56的输出，被检面55上的 光掩模的位置、以及被检面55的位置(沿着面内方向的被检面55的二维 位置)得到测量。当被检面55存在偏光性时，若于施密特棱镜54的全反 射中产生藉由偏光成分而引起的相对位置偏移，则无法高精度地测量被检 面55的位置。
为了抑制施密特棱镜54所全反射的光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55的位置的测量所造成的影响，并且高精度地 测量被检面55的位置，可决定施密特棱镜54的折射率n以及相对于全反 射面54a的入射光的入射角0 ，使得施密特棱镜54所全反射的光的藉由偏 光成分而引起的相对性的位置偏移量△大致为Q，亦即使得一次全反射中 所产生的藉由偏光成分而引起的相对位置偏移量△的绝对值为例如0.3 um或O. 3 um以下，更好的是为O. 2 y m或0. 2 um以下。
如此，若被检面具有影响偏光的薄膜或偏光特性，则于配置于光路(照 射光路或检测光路等)中的内面反射面(全反射面)，产生古斯-亨琴相位 平移(Goos-Haenchen Shift )，故而为了使古斯-亨琴相位平移不产生，较 理想的是适当地设定构成内面反射面(全反射面)的光学构件的折射率、 及相对于内面反射面(全反射面)的入射角。
然而，图1~图3所示的上述实施形态中，使用具有互相平行的两个全 反射面的平行四边形棱镜(菱形棱镜)作为全反射棱镜构件。并且，决定 棱镜的折射率n以及相对于各全反射面的入射光的入射角e，以抑制各全
反射面中所产生的相对位置偏移量△较小。然而，并不限定于此，例如也 可使用如图19所示的具有互相对向的两个全反射面(一般而言不是平行的 两个全反射面)的四边形棱镜61作为全反射棱镜构件，并且决定棱镜的折 射率n以及相对于两个全反射面的入射光的入射角ei(o。 ^eiS90。) 以及6 2(0。 ^ 6 2^90° ),以抑制两个全反射面61a以及61b所依次全 反射之后的光最终所产生的相对位置偏移量，亦即于第1全反射面61a所 产生的相对位置偏移量Al与于第2全反射面61b所产生的相对位置偏移 量A2的和Al + A2 4交小。
此时，于两个全反射面61a以及61b所依次全反射之后的光最终所产生的相对位置偏移量A12= Al + A2，利用以下式(10)来表示。式(IO) 右边的第1项与于第1全反射面61a所产生的相对位置偏移量Al对应， 右边的第2项与于第2全反射面61b所产生的相对位置偏移量A2对应。 [数7]
A12 =
义tan《
7T、/w sin《—1 义tan仗
1
7T、/w sin《一l
"sin《+ sin《—1
1
一l
w sin P， + sin《一l
一l
cos
COS0，
(10)
此处，为了抑制藉由经全反射的光的藉由偏光成分而？I起 位置偏移对检测精度等所造成的影响，而将所谓使于一个全反射面所产生 的相对位置偏移量抑制在0. 3 um或0. 3 um以下的上述实施形态的想法 适用于式(10)所表示的相对位置偏移量A12，则作为用以抑制于两个全 反射面61a以及61b所依次全反射之后的光最终所产生的相对位置偏移量 A12较小的条件式，得到使上限值为0.3 limX2-0.6 p m、使下限值为 -0.3 umX2 = _0. 6 u m的如下条件式(11 )。
A tan 0
+ -
7T
sin《
A tan 62 ▽n2 sin2 02 -1
1
sin2《+sin 0, — l
一 1
cos a
cos<92 S0.6(戸)(11)
"2sin2^2+sin P2_l y 作为具体的数值例，当四边形棱镜61由折射率11 = 1.45的石英形成， 向第1全反射面61a的入射角9 1为47度，向第2全反射面61b的入射角 6 2为70度时，于第1全反射面61a所产生的相对位置偏移量△ 1为+0. 48 um,于第2全反射面61b所产生的相对位置偏移量A2为-O. n P m。亦 即，于第1全反射面61a所产生的相对位置偏移量Al与于第2全反射面 61b所产生的相对位置偏移量A2互相抵消，于两个全反射面61a以及61b 所依次全反射之后的光最终所产生的相对位置偏移量A12为+0. 27 "m, 且小于等于0. 3 y m。
另外，作为其他数值例，当四边形棱镜61藉由折射率n-l."的石英 而形成，向第1全反射面61a的入射角ei为50度，向第2全反射面61b 的入射角9 2为60度时，于第l全反射面61a所产生的相对位置偏移量Al 为+0. 155 um，于第2全反射面61b所产生的相对位置偏移量A2为-0. 136 ym。亦即，于第l全反射面61a所产生的相对位置偏移量Al与于第2全 反射面61b所产生的相对位置偏移量A2互相抵消，于两个全反射面61a以及61b所依次全反射之后的光最终所产生的相对位置偏移量A12为 +0.019 um，且小于等于O. 05 um。另外，参照图19的说明中，使用具有两个全反射面的四边形棱镜61 作为全反射棱镜构件，但当 一般使用的具有两个或两个以上的全反射面的 多边形棱镜时也可同样地考虑。亦即，为了抑制于一个多边形棱镜(一般 而言光学构件)的多个(N个N为2或2以上的整数)的全反射面所依次 全反射之后的光中最终所产生的相对位置偏移量较小，可决定棱镜的折射 率n以及相对于第a个全反射面(内面反射面)的入射光的入射角0a (0°空eaS90。 ； a = 1 ~ N )。此时，于N个全反射面所依次全反射之后的 光最终所产生的相对位置偏移量A1N，利用以下式(12)来表示。[数9]<formula>formula see original document page 33</formula>(12)乂偏移对检测精度等所造成的影响，而将所谓使于一个全反射面所产生的相 对位置偏移量抑制在0. 3 um或0. 3 um以下的上述实施形态的想法适用 于式(12 )所表示的相对位置偏移量△ 1N，则作为用以抑制N个全反射面 所依次全反射之后的光最终所产生的相对位置偏移量A 1N较小的条件式， 得到4吏上限值为0.3 "mXN-O. 3N n m、使下限值为-O， 3 umXN = -0. 3N ym的如下条件式(13)。 [数IO]<formula>formula see original document page 33</formula><formula>formula see original document page 33</formula> (13)此外，并不限定于一个光学构件，于多个光学构件中，为了抑制多个 (N个N为2或2以上的整数)全反射面所依次全反射之后的光最终所产 生的相对位置偏移量较小，可决定形成第a个全反射面(内面反射面)的 光学构件的折射率na以及相对于第a个全反射面的入射光的入射角9a (0° ^ea^9(T ; a = 1 ~ N )。此时，于多个光学构件中于N个全反射面所 依次全反射之后的光最终所产生的相对位置偏移量A1N，利用以下式(14) 来表示。[数ll]<formula>formula see original document page 33</formula>(14)此处，为了抑制经全反射的光的藉由偏光成分而引起的相对性的位置 偏移对检测精度等所造成的影响，而将使一个全反射面所产生的相对位置偏移量抑制在0. 3 pm或0. 3 um以下的上述实施形态的想法适用于式(14) 所表示的相对位置偏移量A1N，则作为用以抑制于N个全反射面所依次全 反射之后的光最终所产生的相对位置偏移量A1N较小的条件式，得到使上 限^直为0. 3 umXN = 0.3N u m、 4吏下限{直为一0. 3 umXN = -0. 3N u m的如 下条件式(15)。 [数12]-0.3tV(m m)《。=i W"。2 sin2《-lcos《S0.3雖w) (15)、wa sin <9。 + sin S。 一 1另外，上述条件式(8)以及(9)中未设定下限值，但较好的是将条 件式(8 )的下限值设定为「 -0. 3 u m或-0. 3 P m以上」，将条件式(9 ) 的下限值设定为r-O. 2 iim或-0. 2 um以上J。若低于条件式(8)的下限 值，则变为入射角度较大的斜入射的构成，且棱镜等光学构件变得复杂且 大型，并且进一步导致装置整体的复杂化或大型化，故而较不理想。另一 方面，若低于条件式(9)的下限值，则于斜入射的构成中入射角度更趋于 变大，且导致棱镜等光学构件更趋于复杂化与大型化，并且进一步导致装 置整体的复杂化或大型化，故而较不理想。另外，条件式(8)中将上限值设定为「+0. 3 nm或+0. 3 um以下J， 但为了实现光学构件或装置的简单化(simplification )或精简(compact ) 化，并且进一步实现高精度且稳定的检测，较好的是将条件式(8)的上限 值设定为「+0. 05 pm或+0. 05 um以下」，将条件式(8)的下限值设定为 r-0. 05 um或-O. 05 um以上」。亦即，为了实现光学构件或装置的简单化 或精简化，并且进一步实现高精度且稳定的检测，较好的是满足如下条件 式(16)。[数13]Atan61 ' 、—0.05 (戶);ta/w2 sin2 S - l1 icos6" S 0.05 (戸)(16)乂w sin 夕+ sin以下，参照与图13 ~图16对应的图20 ~图23,对当使全反射棱镜构 件的折射率n改变时， 一次全反射中所产生的藉由偏光成分而引起的相对 位置偏移量△的绝对值为0.05 um或O. 05 um以下的入射角6的范围 进行说明。图20是表示将图13的一部分放大的图，且表示当全反射棱镜 构件的折射率n为1.45、且光的中心波长入c为"0nm时的藉由一次全反 射而引起的相对位置偏移量△与入射角e的关系。参照图20可知，为了 将一次全反射中所产生的藉由偏光成分而引起的相对位置偏移量A的绝对 值抑制在O. 05 iim或O. 05 ixm以下，且满足条件式U6)，可设定入射角 6的范围为约52度 55度。图21是表示将图14的一部分放大的图，且表示当全反射棱镜构件的折射率n为1. 5、且光的中心波长人c为750 nm时的藉由一次全反射而引 起的相对位置偏移量A与入射角0的关系。参照图21可知，为了将一次 全反射中所产生的藉由偏光成分而引起的相对位置偏移量A的绝对值抑制 在0.05 ixm或O. 05 um以下，且满足条件式(16),可设定入射角0的 范围为约49.5度-56度。图22是表示将图15的一部分放大的图，且表示当全反射棱镜构件的 折射率n为1.6、且光的中心波长入c为750 nm时的藉由一次全反射而引 起的相对位置偏移量A与入射角e的关系。参照图22可知，为了将一次 全反射中所产生的藉由偏光成分而引起的相对位置偏移量△的绝对值抑制 在0. 05 ym或O. 05 nm以下，且满足条件式(16)，可设定入射角0的 范围为约46. 5度-53度。图23是表示将图16的一部分放大的图，且表示当全反射棱镜构件的 折射率n为1.7、且光的中心波长入c为750 nm时的藉由一次全反射而引 起的相对位置偏移量A与入射角e的关系。参照图23可知，为了将一次 全反射中所产生的藉由偏光成分而引起的相对位置偏移量△的绝对值抑制 在O. 05 um或O. 05 ym以下，且满足条件式(16),可设定入射角e的 范围为约43.5度 50度。同样地，若将于一个光学构件中于多个全反射面所依次全反射时的条 件式(13)的上限值设为0.05 pmXN = 0.05N um，将下限值设为-0. 05 umXN = -0. 05N n m，则作为用以实现光学构件或装置的简单化或精简化， 并且进一步实现高精度且稳定的检测的条件式，得到较条件式(13)更好 的条件式U7)。[数14]<formula>formula see original document page 35</formula>同样地，若将于多个光学构件中于多个全反射面所依次全反射时的条件式(15)的上限值设为0.05 umXN=0.05N um，将下限值设为-0. 05 umXN = -0. 05N um，则作为用以实现光学构件或装置的简单化或精简化， 并且进一步实现高精度且稳定的检测的条件式，得到较条件式(15)更好 的条件式(18)。 [数15]<formula>formula see original document page 35</formula> 另外，本发明中，率，而抑制了于多个全反射面所产生的GHS，但也可藉由使具有全反射面的 光学构件的一个或一个以上(具有全反射面的光学构件的一个或一个以上)为可利用调整装置来调整入射角的构成，并且使各全反射面的入射角改变，来调整古斯-亨琴相位平移(GHS)量，并且控制古斯-亨琴相位平移(GHS) 量。此处，可以使光学构件可手动(manual)地或者自动地调整的方式而 构成调整装置，但较好的是以使光学构件可自动调整的方式而构成调整装 置。此时，可利用检测装置来检测经由各全反射面的光，并且根据来自检 测装置的输出资讯(检测信号、驱动信号等)，而使包括马达等的调整装置 驱动，使得可自动设定适当的古斯-亨琴相位平移(GHS)量。例如，于图12所示的实施的形态中，于透镜10的检测器侧(透镜10 的上方)配置光分割构件(半镜面等)，并且于利用该光分割构件而被分支 的光路中，配置检测古斯-亨琴相位平移(GHS )量的检测装置(检测器等)。 并且，根据来自该检测装置(检测器等)的输出，而配置使各施密特棱镜 (31、 32)分别独立地倾斜的驱动装置(调整装置)，经由该驱动装置(调 整装置)，而分别独立地调整入射至各施密特棱镜(31、 32)的各全反射面 (31b、 32b)的光的入射角度，藉此可适当地设定装置整体的GHS量。上述实施形态的曝光装置中，藉由照明装置而照亮主光掩模(光掩模) (照明步骤)，并使用投影光学系统将形成于光掩模上的转印用的图案曝光 至感光性基板上(曝光步骤)，藉此可制造微型元件(micro device)(半 导体元件、摄像元件、液晶显示元件、及薄膜磁头等)。以下，参照图24 的流程图对如下一例进行说明，即，使用本实施形态的曝光装置于作为感 光性基板的晶圆等上形成规定电路图案，藉此获得作为微型元件的半导体 元件时的方法的一例。首先，于图24的步骤301中，于一个批次的晶圆上蒸镀金属膜。于如 下步骤302中，于该一个批次的晶圓上的金属膜上涂敷光刻胶。其后，于 步骤303中，使用本实施形态的曝光装置，使光掩模上的图案的像经由该 投影光学系统，而依次曝光转印至该一个批次的晶圆上的各拍摄(shot) 区域。其后，于步骤304中，进行了该一个批次的晶圆上的光刻胶的显影 之后，于步骤305中，于该一个批次的晶圓上使光刻胶图案作为光掩模而 进行蚀刻，藉此与光掩模上的图案对应的电路图案形成于各晶圆上的各拍 摄区域。其后，藉由形成更上层的电路图案等，而制造半导体元件等元件。根 据上述半导体元件的制造方法，可高产量(throughput)地获得具有极微 细的电路图案的半导体元件。另外，步骤301 步骤305中，于晶圆上蒸镀 金属，于该金属膜上涂敷光刻胶，然后进行曝光、显影、蚀刻的各步骤， 但也可于该等步骤之前，于晶圆上形成硅的氧化膜之后，于该硅的氧化膜 上涂敷光刻胶，然后进行曝光、显影、蚀刻等的各步骤。另外，本实施形态的曝光装置中，也可藉由于平板(玻璃基板)上形成规定图案(电路图案、电极图案等)，而获得作为微型元件的液晶显示元
件。以下，参照图25的流程图，对此时的方法的一例进行说明。于图25 中，图案形成步骤401中，执行所谓光微影步骤，即，使用本实施形态的 曝光装置而将光掩模的图案转印曝光至感光性基板(涂敷有光刻胶的玻璃 基板等)上。藉由该光微影步骤，而于感光性基板上形成包括多数电极等 的规定图案。其后，经曝光的基板经过显影步骤、蚀刻步骤、光刻胶剥离 步骤等各步骤，藉此于基板上形成规定图案，并过渡至如下彩色滤光片 (color filter)形成步骤402。
其次，彩色滤光片形成步骤402中，利用以下方式形成彩色滤光片， 即，使与R(Red)、 G ( Green )、 B ( Blue )对应的三个点的组矩阵(matrix ) 状地排列为多个，或者将R、 G、 B的三根条状(stripe)的滤光片的组排 列于多个水平扫描线方向。然后，于彩色滤光片形成步骤402之后，执行 单元组装步骤403。单元组装步骤403中，使用具有于图案形成步骤401中 所得到的规定图案的基板、以及于彩色滤光片形成步骤402中所得到的彩 色滤光片等，来组装液晶面板(液晶单元)。
单元组装步骤403中，例如，于具有于图案形成步骤401中所得到的 规定图案的基板与彩色滤光片形成步骤402中所得到的彩色滤光片之间注 入液晶，从而制造液晶面板(液晶单元)。其后，于模块组装步骤404中， 安装使组装后的液晶面板(液晶单元)进行显示动作的电性电路、背光等 各零件作为液晶显示元件，从而结束组装。根据上述液晶显示元件的制造 方法，可高产量地获得具有极微细的电路图案的液晶显示元件。
权利要求
1. 一种面位置检测装置，包括投射系统，将光束自倾斜方向投射至被检面上；以及受光系统，接受于上述被检面所反射的光束；且根据该受光系统的输出检测上述被检面的面位置，该面位置检测装置的特征在于上述投射系统以及上述受光系统之中的至少一者包括全反射棱镜构件，该全反射棱镜构件具有用以使入射光束全反射的内面反射面，且为了抑制上述全反射棱镜构件的上述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上述被检面的面位置的检测所造成的影响，而设定形成上述全反射棱镜构件的光学材料的折射率、与对于上述全反射棱镜构件的上述内面反射面的上述入射光束的入射角满足规定关系。
2. 如权利要求1所述的面位置检测装置，其中 上述全反射棱镜构件藉由具有规定折射率的光学材料而形成，且决定对于上述全反射棱镜构件的上述内面反射面的上述入射光束的入 射角，使得上述全反射棱镜构件的上述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量大致为0。
3. 如权利要求1所述的面位置检测装置，其中上述全反射棱镜构件，以使相对于上述内面反射面以规定入射角所入 射的上述入射光束全反射的方式而构成，且决定形成六迷全反射棱镜构件的光，材料的折射，，、使得上，全反射性的位置偏移量大致为0。
4. 如权利要求1至3中任一项所述的面位置检测装置，其中 当将上述光束的波长设为入(um),将上述全反射棱镜构件的折射率设为n，将入射至上述内面反射面的光轴上的主光线的入射角设为e (0。〇9 ^90° )时，满足 [数16]<formula>formula see original document page 2</formula>
5.如权利要求1至3中任一项所述的面位置检测装置，其中 当将上述光束的波长设为A (um)，将上述全反射棱镜构件的折射率设为n，将入射至上述内面反射面的光轴上的主光线的入射角设为9(0。 S 9芸90° )时，满足 [数17]<formula>formula see original document page 3</formula>
6.如权利要求1至3中任一项所述的面位置检测装置，其中 上述全反射棱镜构件具有N个内面反射面，且当将上述光束的波长设为A (um)，将上述全反射棱镜构件的折射率 设为n，将入射至第a个内面反射面的光轴上的主光线的入射角0a设为 (0°〇e 90° )时，满足[数18]<formula>formula see original document page 3</formula>
7.如权利要求1至3中任一项所述的面位置检测装置，其中 上述全反射棱镜构件具有N个内面反射面，且当将上述光束的波长设为A (Jim),将上述全反射棱镜构件的折射率 设为n，将入射至第a个内面反射面的光轴上的主光线的入射角e a设为 (0。 ^ 0 a〇90° )时，满足[数19]<formula>formula see original document page 3</formula>
8.如权利要求1至7中任一项所述的面位置检测装置，其中 上述投射系统具有投射侧棱镜构件作为上述全反射棱镜构件，上述投射侧棱镜构件具有用以使入射光束的光路大致平行移动的内面反射面，上述受光系统具有受光侧棱镜构件作为上述全反射棱镜构件，上述受光侧棱镜构件以与上述投射侧棱镜构件对应的方式而配置，且具有用以使
9. 如权利要求1至8中任一项所述的面位置检测装置，其中 上述投射系统具有用以于上述被检面上形成规定图案的一次像的投射光学系统，上述受光系统具有聚光光学系统以及检测部，上述聚光光学系统用以 使于上述被检面所反射的光束聚光并形成上述规定图案的二次像，上述检 测部用以检测经由该聚光光学系统所形成的上述规定图案的二次像，且根据上述检测部的输出检测上述被检面的面位置。
10. —种曝光装置，经由投影光学系统将规定图案投影曝光至感光性基 板上，且该曝光装置的特征在于包括如权利要求1至9中任一项所述的面位置检测装置，用以将上述规定图案面或者上述感光性基板的曝光面的相对于上述投影光学系统的面位置，作为上述被检面的面位置进行检测；以及位置对准装置，用以根据上述面位置检测装置的检测结果，将上述规 定图案面或者上述感光性基板的曝光面相对于上述投影光学系统进行位置对准。
11. 一种元件的制造方法，其特征在于包括曝光步骤，使用如权利要求IO所述的曝光装置，将上述规定图案曝光 至上述感光性基板上；以及显影步骤，使藉由上述曝光步骤所曝光的上述感光性基板显影。
12. —种光学装置，光路中配置有具有全反射面的光学构件， 该光学装置的，征，于、 ， '、，'、，"-而引起的相对性的位置偏移，而设定上述光学构件的折射率以及相对于上 述全反射面的光的入射角。
13. 如权利要求12所述的光学装置，其中上述光学构件，由具，规定折射率的光学材料而开^成，且 的位置^移量大致为零。' '、"''"、 ''
14. 如权利要求12或13所述的光学装置，其中 当将上述光的波长设为入(Pm),将上述光学构件的折射率设为n，将入射至上述全反射面的光轴上的主光线的入射角设为e (0° ^ e ^90° )时，满足 [数20]<formula>formula see original document page 4</formula>
15.如权利要求12或13所述的光学装置，其中 当将上述光的波长设为入("m)，将上述光学构件的折射率设为n, .射至上述全反射面的光轴上的主光线的入射角设为e (0° ^ e S 90° )时，满足 [数21]义<formula>formula see original document page 4</formula>
16.如权利要求12或13所述的光学装置，其中 上述光学构件具有N个全反射面，且当将上述光的波长设为入(wm),将上述光学构件的折射率设为n，将入射至第a个全反射面的光轴上的主光线的入射角设为ea (0° S9a 〇90° )时，满足 [数22]<formula>formula see original document page 5</formula>。
17.如权利要求12或13所述的光学装置，其中 上述光学构件具有N个全反射面，且当将上述光的波长设为A (um)，将上述光学构件的折射率设为n， 将入射至第a个全反射面的光轴上的主光线的入射角设为ea(o°〇ea ^90° )时，满足[数23]<formula>formula see original document page 5</formula>。
18. —种光学装置，其特征在于 光路中具有N个内面反射面，且设定相对于各上述N个内面反射面的光的入射角以及形成上述N个内 面反射面的各光学构件的折射率，使得上述N个内面反射面所全反射的光 的藉由偏光成分而引起的相对性的位置偏移大致为零。
19. 如权利要求18所述的光学装置，其中当将上述光的波长设为人(ym),将形成第a个内面反射面的光学构 件的折射率设为na,将入射至第a个内面反射面的光轴上的主光线的入射 角设为9a (0° ^ ea^90° )时，满足[数24]<formula>formula see original document page 5</formula>。
20.如权利要求18所述的光学装置，其中当将上述光的波长设为人(urn),将形成第a个内面反射面的光学构 件的折射率设为na,将入射至第a个内面反射面的光轴上的主光线的入射 角设为0a (0°〇ea^90° )时，满足[数25]<formula>formula see original document page 5</formula>。
21. —种测量装置，在测量光路中配置有具有全反射面的光学构件， 该测量装置的特征在于为了抑制上述光学构件的上述全反射面所全反射的测量光的藉由偏光 成分而引起的相对性的位置偏移，而设定上述光学构件的折射率以及相对 于上述全反射面的测量光的入射角。
22. —种测量装置，用以测量被;险面，其特征在于包括 ^^测器，；险测来自上述被;险面的测量光；以及光学构件，包括配置于上述被检面与上述检测器之间的光路中的全反 射面；且为了抑制上述光学构件的上述全反射面所全反射的测量光的藉由偏光 成分而引起的相对性的位置偏移，而设定上述光学构件的折射率以及相对 于上述光学构件的上述全反射面的测量光的入射角。
23. —种测量装置，用以测量被检面， 其特征在于包括投射系统，将测量光导向上述被检面； 受光系统，接受来自上述被检面的测量光；以及 光学构件，包括配置于上述投射系统的光路与上述受光系统的光路的 至少一者中的全反射面；且成分而引起的相对性的位置偏移，而设定上述光学构件的折射率以及相对 于上述光学构件的上述全反射面的测量光的入射角。
24. 如权利要求22或23所述的测量装置，其中 上述测量装置测量上述^皮;险面的位置。
25. 如权利要求22或23所述的测量装置，其中 上述测量装置测量上述^皮^r面的面位置。
26. 如权利要求22或23所述的测量装置，其中 上述测量装置，测量上述纟皮;险面的面形状。
27. 如权利要求21至26中任一项所述的测量装置，其中为了抑制藉由上述偏光成分而引起的相对性的位置偏移对测量精度所述测量光的入射角满足规定关系:。、'；''
28. 如权利要求21至27中任一项所述的测量装置，其中 上述光学构件藉由具有规定折射率的光学材料而形成，且 设定相对于上述光学构件的上述全反射面的上述测量光的入射角，使得上述光学构件的上述全反射面所全反射的测量光的藉由偏光成分而引起 的相对性的位置偏移量大致为零。
29. 如权利要求21至28中任一项所述的测量装置，其中 当将上述测量光的波长设为A (wm)，将上述光学构件的折射率设为n，将入射至上述全反射面的光轴上的主光线的入射角设为e (o。〇e s 90° )时，满足 [数26]<formula>formula see original document page 7</formula>
30.如权利要求21至28中任一项所迷的测量装置，其中 当将上述测量光的波长设为入(ixm),将上述光学构件的折射率设为n，将入射至上述全反射面的光轴上的主光线的入射角设为0 (0° ^e^90° )时，满足 [数27]<formula>formula see original document page 7</formula>
31.如权利要求21至28中任一项所迷的测量装置，其中 上述光学构件具有N个全反射面，且当将上述测量光的波长设为入(pm)，将上述光学构件的折射率设为 n，将入射至第a个全反射面的光轴上的主光线的入射角设为0a(O° ^ ea $90° )时，满足[数28]<formula>formula see original document page 7</formula>
32.如权利要求21至28中任一项所述的测量装置，其中 上述光学构件具有N个全反射面，且当将上述测量光的波长设为入(um)，将上述光学构件的折射率设为 n,将入射至第a个全反射面的光轴上的主光线的入射角设为6a(0° ^9a 巨90° )时，满足[数29]<formula>formula see original document page 7</formula>
33. —种测量装置，其特征在于光路中具有N个内面反射面，且 设定相对于各上述N个内面反射面的光的入射角以及形成上述N个内面反射面的各光学构件的折射率，4吏得上述N个内面反射面所全反射的光 的藉由偏光成分而引起的相对性的位置偏移大致为零。
34. 如权利要求33所述的测量装置，其中当将上述光的波长设为入(um),将形成第a个内面反射面的光学构 件的折射率设为na,将入射至第a个内面反射面的光轴上的主光线的入射角设为e a ( 0° s e a^90° )时，满足 [数30]<formula>formula see original document page 8</formula>
35.如权利要求33所述的测量装置，其中当将上述光的波长设为入(um),将形成第a个内面反射面的光学构 件的折射率设为na，将入射至第a个内面反射面的光轴上的主光线的入射 角设为9a (0° 6aS90° )时，满足[数31]<formula>formula see original document page 8</formula>
36. —种曝光装置，其将规定图案曝光至感光性基板上， 该曝光装置的特征在于包括如权利要求21至35中任一项所述的测量装置，该测量装置用以测量上述感光性基板的位置。
37. —种元件的制造方法，其特征在于包括曝光步骤，使用如权利要求36所述的曝光装置，将上述规定图案曝光 至上述感光性基板上；以及显影步骤，使藉由上述曝光步骤所曝光的上述感光性基板显影。
38. —种光学装置，包括至少一个光学构件，配置于光路中且具有全反射面；以及 调整装置，调整上述至少一个光学构件的全反射面所全反射的光的藉 由偏光成分而引起的相对性的位置偏移。
39. 如权利要求38所述的光学装置，包括检测装置，根据经由上述至 少一个光学构件的全反射面的光，来检测上述至少一个光学构件的全反射 面所全反射的光的藉由偏光成分而引起的相对性的位置偏移，且上述调整装置根据上述检测装置的输出资讯，来调整上述至少一个光 学构件。
40. 如权利要求38或39所述的光学装置，其中上述调整装置使入射至上述至少一个光学构件的全反射面的光的入射 角改变。
41. 如权利要求38至40中任一项所述的光学装置，其中 入射至上述至少一个光学构件的全反射面或者自上述至少一个光学构件的全反射面射出的光的光路，经由具有偏光特性的物体。
42. —种调整方法，包括将具有全反射面的至少一个光学构件配置于光路中的步骤；以及调整上述至少一个光学构件的全反射面所产生的光的藉由偏光成分而 《I起的相对性的位置偏移的步骤。
43. 如权利要求42所述的调整方法，更包括检测经由上述至少一个光 学构件的全反射面的光的步骤。
44. 如权利要求42或43所述的调整方法，包括以下步骤，即，使入射 至上述至少一个光学构件的全反射面或者自上述至少一个光学构件的全反 射面射出的光经由具有偏光特性的物体。
45. —种调整方法，其特征在于包括 将光导向具有全反射面的至少一个光学构件的步骤； 检测上述至少一个光学构件的全反射面所产生光的藉由偏光成分而引起的相对性的位置偏移的步骤；以及调整入射至上述至少一个光学构件的全反射面的光的入射角度的步骤。
46. 如权利要求45所述的调整方法，包括以下步骤，即，使入射至上 述至少一个光学构件的全反射面或者自上述至少一个光学构件的全反射面 射出的光经由具有偏光特性的物体。
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)。为了抑制于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H01L21/027GK101305259SQ20068004226
公开日2008年11月12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