法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2015-09-30
未缴年费专利权终止 IPC(主分类):H01L21/027 授权公告日:20090722 终止日期:20140809 申请日:20050809
专利权的终止
2009-07-22
授权
授权
2007-09-12
实质审查的生效
实质审查的生效
2007-07-18
公开
公开
技术领域
本发明涉及光学特性测量装置及光学特性测量方法、曝光装置及曝光方法、以及组件制造方法，详言地涉及测量受检光学系统之光学特性的光学测量装置及光学特性测量方法、具备该光学特性测量装置的曝光装置及使用上述光学特性测量方法的曝光方法、以及使用该曝光方法的组件制造方法。
背景技术
一直以来，于制造半导体元件(集成电路)、液晶显示组件等电子组件的光刻步骤中，使用将掩模或标线片(以下通称为「标线片」)的图案像，透过投影光学系统，转印至涂布有抗腐剂(感光剂)之晶片或玻璃板等感光性基板(以下，称为「基板」或「晶片」)上各照射区域的投影曝光装置。作为此种投影曝光装置，虽然以往较常使用的系步进重复式缩小投影曝光装置(即所谓的步进器)，但是最近一面进行同步扫瞄标线片与晶片，一面进行曝光之步进扫描式投影曝光装置(即所谓的扫描步进器)亦逐渐受到注目。
该投影曝光装置，随着半导体元件的高集成化，被要求以高分辨率来转印更微细之图案。作为实现这些的方法，将照明光入射至标线片之入射角度设定在预定角度以提升分辨率之环带照明、2极照明及4极照明等所谓超解析技术被实用化。
又，亦提出尝试根据标线片上的图案排列方向将照明光的偏振状态最佳化，以提升分辨率及焦点深度。此方法系使直线偏振之照明光偏振方向为正交于图案周期方向之方向(图案之长边方向与平行方向)，从而提升转印像之对比等(例如非专利文献1)。
又，其它之方法，系尝试在环带照明中，使照明光学系统光瞳面内之照明光之分布区域的照明光偏振方向与以光轴为中心之圆的圆周方向一致，以提升投影像之分辨率及对比等(例如，参照专利文献1)。
以上述方式，将照明光之偏振状态予以最佳化，以提升投影像之分辨率及对比等时，较佳系对照明光之偏振状态加以确认。此时，可以考虑在照明光学系统光瞳面内的共轭面来测量照明光之偏振状态的方法，但是此方法，有必要对照明之尺寸、形状及位置等照明光学系统及投影光学系统的各种光学特性加以测量，希望提出这些之总括的测量方法。
又，在照明光学系统光瞳面内的不同位置将照明光之偏振方向设定为不同时，因构成投影光学系统一部分之光学元件的各向异性等，照明光的进行速度亦会根据其偏振方向而变得不同。因此，即使透过同一投影光学系统之照明光，根据该照明光的偏振方向，透过该投影光学系统之照明光的波面亦会不同。如上述，由于照明光学系统及投影光学系统的各种光学特性并非完全独立，因此被期待可提供对这些依存性加以考量过之光学特性测量方法。
非专利文献1：Thimothy A.Brunner，et al.：“High NALithographic imaging at Brewster′s angle”，SPIE(美国)Vol.4691，pp.1-24(2002)
专利文献1：日本特开平6-53120号公报
发明内容
本发明系为了解决上述问题而完成的，由第1观点，为一种测量受检光学系统之光学特性的第1光学特性测量装置，具备：透过该受检光学系统之光入射的入射光学系统；光学单元，具有第1光学系统和第2光学系统，该笫1光学系统为了测量该受检光学系统之光学特性中第1光学特性，而将入射至该入射光学系统之该光转换成第1测量光，该第2光学系统为了测量该受检光学系统之光学特性中第2光学特性，而将入射至该入射光学系统之该光转换成第2测量光；以及感光器，用以接收该第1测量光及该第2测量光之至少一个。
只要根据上述第1光学特性测量装置，即可由接收该第1测量光及该第2测量光中至少一个之感光器的感光结果，个别或并行测量第1、第2光学特性。又，由于可将用以测量第1、第2光学特性之感光器加以共通化，因此可使装置构成小型化、轻量化。
本发明第2观点，为一种测量受检光学系统之光学特性的第2光学特性测量装置，具备：偏振测量器，用以测量透过该受检光学系统之光的偏振状态；以及光学特性测量器，用以测量该受检光学系统之光学特性中至少一种的光学特性。
只要根据上述第2光学特性测量装置，即可测量透过受检光学系统之光的偏振状态与受检光学系统之光学特性中至少一种的光学特性。
本发明第3观点，为一种将预定图案像投影在感光物体上的曝光装置，具备：照明光学系统，以照明光对该预定图案像加以照明；投影光学系统，将透过该预定图案之该照明光投射至该感光物体上；载台，具备本发明之第1及第2光学特性测量装置中任一个；以及调整机构，基于该光学特性测量装置之测量结果，对该照明光学系统及该投影光学系统中至少一个的光学特性加以调整。
只要根据上述曝光装置，由于具备使用本发明之第1、第2光学特性测量装置中任一个的测量结果，来调整该照明光学系统及该投影光学系统中至少一个之光学特性的调整机构，因此能以优异的精度调整该光学特性，结果可实现高精度之曝光。
本发明第4观点，为一种对受检光学系统之光学特性加以测量的光学特性测量方法，包含：第1步骤，对该受检光学系统之光学特性中笫1光学特性加以测量；第2步骤，基于该测量结果，来对该受检光学系统的第1光学特性加以调整；以及第3步骤，在对该受检光学系统的该第1光学特性加以调整后，对该受检光学系统之光学特性中第2光学特性加以测量。
根据上述光学特性测量方法，在第1步骤中对受检光学系统的第1光学特性加以测量，且在第2步骤中根据该测量结果调整该第1光学特性后，而在第3步骤中测量随第1光学特性变化的第2光学特性。如此，即使第2光学特性取决于第1光学特性，亦能在第1光学特性之调整后，以优异的精度测量第2光学特性。
本发明第5观点，为一种曝光方法，含有：测量步骤，以照明光学系统与投影光学系统作为受检光学系统，并使用本发明之光学特性测量方法，对该照明光学系统及该投影光学系统至少一个的光学特性加以测量，其中，上述之照明光学系统以照明光对预定图案加以照明，上述之投影光学系统将透过该预定图案之该照明光投射至感光物体上；调整步骤，使用该测量之结果，对该照明光学系统及该投影光学系统至少一个的光学特性加以调整；以及曝光步骤，在该调整后，以该预定图案像曝光该感光物体上面。
根据上述曝光方法，由于使用本发明之光学特性测量方法，测量该照明光学系统及该投影光学系统至少一个的光学特性，并使用该测量结果，调整照明光学系统及投影光学系统至少一个的光学特性后，以预定图案像曝光感光物体上面，因此可实现高精度之曝光。
又，在光刻步骤中，通过本发明之曝光方法将图案形成于感光物体上，而能以优异之精度将微细的图案形成在感光物体上，从而，可以优异之产出率制造更高集成度之微组件。因此，就本发明另一观点而言，亦为使用本发明之曝光方法的组件制造方法。
附图说明
图1系显示本发明一实施形式之曝光装置100概略之构成。
图2系偏振转换单元之俯视图。
图3A系显示于环带照明之偏振转换构件的基准方向。
图3B系显示通过于环带照明之偏振转换构件所转换之光的偏振方向。
图4A系显示于4重极照明之偏振转换构件的基准方向。
图4B系显示通过于4重极照明之偏振转换构件所转换之光的偏振方向。
图5系照明系统孔径板之俯视图。
图6系显示光学特性测量装置之构成。
图7系显示偏振检测系统之构成。
图8系用以说明偏振照明之原理。
图9系显示曝光动作时主控制装置20处理的流程图。
图10系显示光学特性之测量处理的流程图(其1)。
图11系显示光学特性之测量处理的流程图(其2)。
图12系显示光学特性之测量处理的流程图(其3)。
图13系显示测量用标线片之一例。
图14A系显示测量光瞳像时之光学配置。
图14B系显示测量波面像差时之光学配置。
图15系显示测量偏振状态时测量结果之一例。
图16系显示光瞳像摄影结果之一例。
图17系显示光学特性测量装置之变形例的构成。
图18系显示将本发明应用于液浸型曝光装置时光学特性测量装置构成之一例。
具体实施方式
以下，根据图1～图16说明本发明之一实施形式。
图1中，概略显示适于实施本发明一实施形式之光学特性测量方法之曝光装置100的整体构成。此曝光装置100，系步进扫瞄方式的投影曝光装置(扫瞄步进器(亦称为扫瞄器))。
如图1所示，曝光装置100，具备：含有光源1及照明光学系统12之照明系统，保持标线片R之标线片载台RST，载置晶片W之晶片载台WST，以及统筹控制装置整体之主控制装置20等。
该光源1，此处系使用ArF(氩氟)准分子激光(输出波长193nm)。光源1系根据窄频化及波长选择之至少一个来生成并输出以直线偏振光为主成分之激光(照明光)。
该光源1，实际上系设置在洁净度低的服务室，该服务室系不同于设置有腔室(未图示)的洁净室，其中该腔室收纳有照明光学系统12、标线片载台RST、投影光学系统PL以及晶片载台WST等，且该光源1系透过未图示之送光光学系统而连接在该腔室，该送光光学系统系至少含有一部分之称为光束匹配单元(BMU)的光轴调整用光学系统。此光源1，根据来自主控制装置20的控制数据，通过控制器来控制激光光束LB之输出开关、激光光束LB每一脉冲之能量、振荡频率(重复频率)、中心波长以及频谱半值宽等。
该照明光学系统12，具备圆柱透镜、扩束器、偏振控制单元2、变焦光学系统、衍射光学元件单元、偏振转换单元3、以及光学积分器(均质器)5、照明系统孔径光阑板6、第1中继透镜8A、第2中继透镜8B、固定标线片遮帘(ブラインド)9A与可动标线片遮帘9B、光路曲折用镜M与聚光透镜10等。其中，于图1，省略了圆柱透镜、扩束器、变焦光学系统以及衍射光学元件单元之图示。此处，光学积分器5，可使用复眼透镜(flyeye lens)、内面反射型积分器(棒状积分器等)或衍射光学元件等，但本实施形式中，由于使用复眼透镜，因此以下亦记载为「复眼透镜5 」。
照明光学系统12，系透过未图示之光透射窗而连接于上述送光光学系统。由光源1脉冲发光，且透过光透射窗所入射的激光光束LB，例如，系使用圆柱透镜或扩束器来对其截面形状加以调整。
该偏振控制单元2，例如系具备能以旋转轴为中心来旋转的1/2波长板，该旋转轴系与照明光学系统12之光轴(使为与投影光学系统之光轴AX一致)一致。由于当上述经调整之激光光束LB入射于此1/2波长板时，进相轴方向成分的相位，会相对正交于进相轴方向之方向的成分前进1/2波长，因此其偏振方向会发生变化。由于该变化系由入射之激光光束LB的偏振方向与1/2波长板的进相轴之各旋转位置来决定，因此于偏振控制单元2，通过调整此1/2波长板的旋转位置，而能控制射出之激光光束LB的偏振方向。1/2波长板的旋转位置系在主控制装置20的指示下，通过未图示之驱动装置的驱动来进行。
又，从光源1发出的激光光束LB为椭圆偏振时，亦可在偏振控制单元2，除了上述1/2波长板外，具备能以旋转轴为中心来旋转的1/4波长板，该旋转轴系与照明光学系统12的光轴AX一致。此时，椭圆偏振的激光光束在通过1/4波长板转换成直线偏振后，再通过1/2波长板来调整其偏振方向。又，于偏振控制单元2，亦可将能解除激光光束LB之偏振性的元件以可装卸之方式配置在激光光束LB的光路上。由此，于曝光装置100，在对标线片R进行照明时，亦可进行随机偏振照明。
于偏振控制单元2，其偏振方向经调整之激光光束LB，经过由凹透镜与凸透镜组合构成之未图示的变焦光学系统，而入射至未图示的衍射光学元件单元。于此衍射光学元件单元，衍射光之衍射角及方向不同的多个相位型衍射光学元件系排列在转台状的构件。此多个衍射光学元件中任一的衍射光学元件，系在主控制装置20的指示下，选择性地配置于激光光束的光路上。通过将配置于激光光束LB光路上之衍射光学元件加以切换，可使激光光束LB之截面形状为所欲之形状。通常，系由能量效率的观点，根据后述之照明系统孔径光阑板6中所选择之光阑的形状，来决定配置于光路上的衍射光学元件。以上述方式进行时，激光光束LB大部分将聚光于照明系统孔径光阑3之开口部，在能量效率方面是有利的。
以配置于光路上之衍射光学元件规定截面形状之激光光束LB，系入射至偏振转换单元3。图2显示偏振转换单元3的俯视图。如图2所示，于偏振转换单元3，偏振转换构件3A，3B，开口构件3C及开口部3D大致以等角度间隔配置。图2中，遮光部分系以斜线表示。偏振转换单元3，系通过驱动装置4(以来自主控制装置20之控制信号控制的马达等)之驱动而旋转信号，偏振转换构件3A，3B、开口构件3C及开口部3D任一者系选择性地配置在激光光束LB的光路上。而是否将偏振转换构件3A，3B、开口构件3C及开口部3D任一者配置于光路上，系根据在后述之照明系统孔径光阑板中所配置于光路上的光阑来决定。
图3(A)、3(B)，系显示配置于偏振转换单元3之偏振转换构件3A的一例。此偏振转换构件3A，系在后述照明系统孔径光阑板6之后述环带照明光阑配置于光路上时，在主控制装置20的指示下，配置于激光光束LB光路上的构件。此偏振转换构件3A，系由单轴晶体等双折射材料所构成的1/2波长板3Aa，3Ab，3Ac，3Ad，3Ae，3Af，3Ag，3Ah。如图3(A)所示，这些系以照明光学系统12之光轴AX为中心，而分别相邻配置于其周围。这些1/2波长板3Aa～3Ah系通过配置于激光光束LB之光路外的保持构件来保持。
于1/2波长板3Aa～3Ah，系将平行于其方向之直线偏振光的相位，相对垂直于其方向之直线偏振光的相位移动半波长的方向定为「基准方向」。图3(A)中，此基准方向系以白底箭头来表示。如图3(A)所示，于1/2波长板3Aa～3Ah，各基准方向为不同之方向。此处，系使激光光束LB为具有偏振方向在X轴方向之直线偏振(将此称为「 H偏振」)。此时，以1/2波长板3Aa～3Ah转换之激光光束LB的偏振方向系如图3(B)所示。亦即，激光光束LB的偏振方向，系通过偏振转换构件3A，转换为以光轴AX为中心之圆的圆周方向(切线方向)。
图4(A)、图4(B)系显示配置于偏振转换单元3之偏振转换构件3B。此偏振转换构件3B，系在后述照明系统孔径光阑板6之4极照明光阑配置于光路上时，在主控制装置20的指示下，配置于该光路上。此偏振转换构件3B具备由单轴晶体等双折射材料所构成的1/2波长板3Ba，3Bb，3Bc，3Bd。这些如图4(A)所示，系以照明光学系统12之光轴AX为中心，以预定间隔配置于其周围。这些之1/2波长板3Ba～3Bd系通过以斜线表示之遮光构件来保持。
于图4(A)，系显示在1/2波长板3Ba～3Bd中的基准方向。此处，若使激光光束LB为H偏振(偏振方向为X轴方向之直线偏振)时，则以1/2波长板3Ba～3Bd转换的激光光束LB之偏振方向系如图4(B)所示。亦即，激光光束LB之偏振方向，系通过偏振转换构件3B，转换为以光轴AX为中心之圆的圆周方向(切线方向)。
回到图2，开口构件3C具有两开口部，该两开口部对应后述照明系统孔径光阑板6之后述2极照明光阑，且在该2极照明光阑配置于照明光IL之光路上时，在主控制装置20的指示下，开口构件3C系配置于激光光束LB之光路上。又，开口部3D具有较大之圆形开口部，该开口部系对应于后述之照明系统孔径光阑板6的后述之通常照明光阑，且在该通常照明光阑配置于照明光IL的光路上时，在主控制装置20的指示下，开口部3D系配置于激光光束LB之光路上。
回到图1，由偏振转换单元3射出之激光光束LB系入射至复眼透镜5。此复眼透镜5，为了以均匀的照度分布照明标线片R，系通过此激光光束LB的入射，在其射出侧焦点面(与照明光学系统12之光瞳面大致一致)形成由多数点光源(光源像)所构成的面光源。以下将由此2次光源所射出之激光光束称为「照明光IL 」。
在复眼透镜5之射出侧焦点面旁，配置有由圆板形构件所形成的照明系统孔径光阑板6。于此照明系统孔径光阑板6，如图5所示，大致以等角度间隔，配置有例如环带照明用之环带状孔径光阑(环带照明光阑6A)、以及用于变形光源法之使多开口偏心配置而成的变形孔径光阑(4极照明光阑6B，2极照明光阑6C)、通过通常之圆形开口所形成的孔径光阑(通常照明光阑6D)等。
此照明系统孔径光阑板6，系以通过从图1所示之主控制装置20传来的控制信号控制的马达等驱动装置7之驱动来旋转，而将任一孔径光阑选择设定在照明光IL的光路上，由此将光瞳面之2次光源的形状及大小(照明光的光量分布)限制为环带、大圆形或四个孔洞等。又，本实施形式，虽系使用照明系统孔径光阑板6，来改变在照明光学系统12之光瞳面上的照明光IL的光量分布(2次光源的形状及大小)，亦即标线片R的照明条件，但是较佳为使在光学积分器(复眼透镜)5之入射面上的照明光强度分布或照明光入射角度为可变，以将伴随前述照明条件之改变而造成的光量损失抑制在最小限度。因此，亦可取代照明系统孔径光阑板6、或与其组合，而采用例如将包含更换配置在照明光学系统12之光路上的多个衍射光学元件、可沿照明光学系统12之光轴移动的至少一棱镜(圆锥棱镜或多面体棱镜等)、以及变焦光学系统之至少一者的光学单元，配置在光源1与光学积分器(复眼透镜)5之间的构成。
回到图1，在从照明系统孔径光阑板6射出之照明光IL的光路上，配置有使固定标线片屏蔽9A、可动标线片屏蔽9B介于其间而由第1中继透镜8A及第2中继透镜8B所构成的中继光学系统。
固定标线片屏蔽9A，系配置在从相对于标线片R之图案面的共轭面稍为离焦之面，而形成用以规定标线片R上照明区域的矩形开口。又，于此固定标线片屏蔽9A旁(相对标线片R之图案面的共轭面)配置具有分别对应于扫描方向(此处定为Y轴方向)及非扫描方向(X轴方向)之方向的位置及宽度为可变之开口部的可动标线片屏蔽9B。在扫描曝光开始时及结束时，通过主控制装置20的控制，透过该可动标线片屏蔽9B对标线片R上的照明区域作更进一步地限制，从而防止不需要的曝光。
于构成中继光学系统之第2中继透镜8B后方之照明光IL的光路上，配置有使通过该第2中继透镜8B之照明光IL朝向标线片R反射的弯折镜M，于此镜M后方之照明光IL的光路上配置有聚光透镜10。
以上之构成中，复眼透镜5之入射面、可动标线片屏蔽9B之配置面及标线片R之图案面系设定为光学上互相共轭，而未图示之衍射光学元件单元的衍射光学元件、偏振转换单元3之偏振转换构件、复眼透镜5之射出侧焦点面(照明光学系统12之光瞳面)、投影光学系统PL之光瞳面则设定为光学上互相共轭。又，标线片R之图案面与投影光学系统PL之光瞳面具有傅利叶转换关系。
接着，简单说明以上述方式构成之照明光学系统12的作用，从光源1脉冲发光之激光光束LB，在一边被调整其截面形状、一边通过偏振控制单元2及偏振转换单元3将其截面内之偏振方向规定于所欲方向的状态，入射于复眼透镜5。由此，于复眼透镜5的射出侧焦点面形成上述2次光源。
从上述2次光源射出的照明光IL，通过照明系统孔径光阑板6上的任一孔径光阑，经过第1中继透镜8A而通过固定标线片屏蔽9A、可动标线片屏蔽9B的矩形开口。接着，通过第2中继透镜8B并通过弯折镜M将光路弯折于垂直下方，经过聚光透镜10，而以均匀的照度分布来照明保持于标线片载台RST上之标线片R上的矩形照明区域。
在该标线片载台RST上，标线片R例如可通过真空吸附来固定。标线片载台RST在此处系通过线性马达等所构成之未图示的标线片载台驱动系统，而可在与投影光学系统PL之光轴垂直的XY平面内进行微小驱动，且能以指定之扫描速度驱动于预定之扫描方向(Y轴方向)。
标线片载台RST于载台移动面内的位置，系通过标线片激光干涉仪(以下称为标线片干涉仪)16，透过移动镜15，例如以0.5～1nm程度的分解能力随时加以检测。来自标线片干涉仪16之标线片载台RST位置数据(或速度数据)被送至主控制装置20，主控制装置20根据该位置数据(或速度数据)透过标线片载台RST驱动系统(省略图示)使标线片载台RST移动。
前述投影光学系统PL，系配置于标线片载台RST之图1的下方，将其光轴AX之方向定为Z轴方向。投影光学系统PL例如为两侧远心之缩小系统，含有未图示之多透镜元件，该多透镜元件系具有共通之Z轴方向的光轴AX。此投影光学系统PL，系使用投影倍率β例如为1/4、1/5、1/6等者。因此，当采取上述方式，以照明光IL(曝光用光)对标线片R上的照明区域进行照明时，形成于该标线片R之图案即通过投影光学系统PL将以投影倍率β缩小之像(部分倒立像)，投影至表面涂布有抗腐剂(感光剂)之晶片W上的狭缝状曝光区域。
又，本实施形式，上述多透镜元件中，特定之透镜元件(例如，预定之5个透镜元件)可分别独立移动。该特定之透镜元件的移动，系通过设置在每一特定之透镜元件的3个压电元件等驱动元件来进行。亦即，通过个别驱动这些驱动元件，即能使特定之透镜元件分别独立地根据各驱动元件的位移量沿光轴AX平行移动、且可相对于与光轴AX垂直之平面给予所欲之倾斜。本实施形式中，用以驱动上述驱动元件之驱动指示信号，系根据来自主控制装置20之指令以成像特性修正控制器51加以输出，由此控制各驱动元件的位移量。
以上述方式构成之光学投影系统PL，系通过主控制装置20对透过成像特性修正控制器51之透镜元件的移动控制，而可调整畸变、像面弯曲、像散、彗形像差或球面像差等诸像差(光学特性之一种)。
前述晶片载台WST，系配置在投影光学系统PL之图1下方、未图示之底座上，其上面载置有晶片保持具25。晶片W系通过真空吸附等被固定在此晶片保持具25上。
晶片载台WST，系通过含有马达等之晶片载台驱动系统24驱动于扫描方向(Y轴方向)及垂直于扫描方向之非扫描方向(X轴方向)。并且，通过晶片载台WST来实行步进扫瞄动作，此步进扫瞄动作系重复为了将晶片W上各照射区域加以扫描(scan)曝光而相对标线片R对晶片W进行相对扫描之动作、与移动至为进行次一照射曝光的扫描开始位置(加速开始位置)之动作。
晶片载台WST于XY平面内的位置，系通过晶片激光干涉仪(以下称为「晶片干涉仪」)18，透过移动镜17，例如以0.5～1nm程度的分解能力随时检测。晶片载台WST之位置数据(或速度数据)被送至主控制装置20，主控制装置20根据该位置数据(或速度数据)透过晶片载台驱动系统24进行晶片载台WST的驱动控制。
又，晶片载台WST，亦通过晶片载台驱动系统24微小驱动于Z轴方向、θx方向(绕X轴之旋转方向：纵摇方向)、θy方向(绕Y轴之旋转方向：横摇方向)以及θz方向(绕Z轴之旋转方向：偏摇方向)。又，于晶片载台WST之+Y侧设置有后述光学特性测量装置90。
于该投影光学系统PL之侧面，配置有对准检测系统AS。本实施形式，系将用以观测在晶片W上所形成之划线及位置检测用标记(微细对准标记)的成像式对准传感器使用作为对准检测系统AS。此对准检测系统AS之详细构成，例如，已揭示在日本特开平9-219354号公报以及与此对应之美国专利第5,859,707号案等。对准检测系统AS之观测结果供给至主控制装置20。在本国际申请案所指定之指定国(或所选择之选择国)的国内法令允许范围内，援用上述公报以及美国专利之揭示作为本说明书记载的1部分。
此外，图1之装置中，设置有斜入射方式之聚焦检测系统(焦点检测系统)其中之一的多点聚焦位置检测系统(21，22)，系用以检测晶片W表面之曝光区域内部以及其附近区域之Z轴方向(光轴AX方向)的位置。此多点聚焦位置检测系统(21，22)之详细构成等，例如，已揭示于日本特开平6-283403号公报以及与其对应之美国专利第5,448,332号案等。多点聚焦位置检测系统(21，22)之检测结果供给至主控制装置20。在本国际申请案所指定之指定国(或所选择之选择国)的国内法令允许范围内，援用上述公报以及美国专利之揭示作为本说明书记载的1部分。
接着，说明设置于晶片载台WST之光学特性测量装置90。图6，系以示意方式显示配置于图1所示之光学特性测量装置90框体上面或内部的构成要件。如图6所示，光学特性测量装置90具备标示板91、准直光学系统92、光学系统单元93与感光器95。
该标示板91，系配置在与保持于晶片载台WST上之晶片W表面同高的位置(Z轴方向位置)而与光轴AX正交(参照图1)。在此标示板91的表面，通过蒸镀铬等之金属以形成兼具反射膜之遮光膜，在该遮光膜中央部形成有圆形的开口91a。通过此遮光膜在投影光学系统PL测量波面像差时可遮蔽相对准直光学系统92之多余光线的入射。又，在遮光膜开口92a的周边，形成有与该开口91a之位置关为设计上已知之3组以上(于图6为4组)的2维位置检测用标记91b。此2维位置检测用标记91b，于本实施形式，系采用十字标记。此十字标记可通过上述对准检测系统AS检测出。
该准直光学系统92系配置于标示板91的下方。透过标示板之开口91a的照明光IL，系通过准直光学系统92转换为垂直向下的平行光。
于该光学系统单元93，以预定之旋转轴为中心，且以预定之角度间隔配置有开口部97、微透镜阵列98与偏振检测系统99。通过此旋转轴之旋转，可将开口部97、微透镜阵列98与偏振检测系统99任一者选择性的配置在透过准直光学系统92之光的光路上(对应于光轴AX1之位置)。此旋转轴之旋转，系在主控制装置20的指示下以未图示之驱动装置来进行。
该开口部97，系使从准直光学系统92射出之平行光直接通过。通过将此开口部97配置于照明光IL的光路上，感光器95即能测量光瞳像。此处，光瞳像系指通过透过后述针孔图案入射于投影光学系统PL之光，而形成在投影光学系统PL之光瞳面的光源像。另，开口部97亦可具备能使平行光直接通过的透射构件。
该微透镜阵列98，系将多之微小透镜(微透镜)在相对光路成正交之面内配置成阵列状而构成。若对此做更进一步详述，微透镜阵列98系一边之长度相等的正方形的多数微透镜稠密地排列成矩阵状。又，微透镜阵列98系通过对平行平面玻璃板施以蚀刻处理来制作。于微透镜阵列98，每一微透镜将透过后述之针孔图案之像的成像光束予以射出，其中，该透过后述之针孔图案之像系形成于标示板91之开口91a。
图7，系以示意方式显示该偏振检测系统99之光学构成。如图7所示，偏振检测系统99具备有1/4波长板99A与偏振分光镜99B。另，此偏振分光镜99B本来是用以根据偏振方向将光束分支成2道光束，但是此处，由于系作用为仅使特定方向之偏振成分通过的偏振狭缝板，因此于图7作如此之图示。图7中，1/4波长板99A与偏振分光镜99B系设置成能以位于同一直在线之旋转轴为中心来旋转。该其之旋转位置，可在主控制装置20的指示下，通过未图示之驱动装置的驱动来控制。因此，1/4波长板99A与偏振分光镜99B通过主控制装置20可调整其相对的旋转位置。从准直光学系统92射出的平行光通过1/4波长板99A与偏振分光镜99B。
该感光器95系由2维CCD等构成之感光元件(以下称为「CCD」)95a与例如电荷转送控制电路等之电子电路95b等所构成。CCD95a为了可接受全部入射于准直光学系统92、从微透镜阵列98射出之光束，故具有充分之面积。又，CCD95a在开口91a之形成面的光学共轭面具有感光面，该光学共轭面为形成于开口91a之后述针孔图案之像通过微透镜阵列98的各微透镜再成像的成像面。又，此感光面在开口部97配置于上述光路上之状态下，位于稍微从投影光学系统PL之光瞳面的共轭面偏离之面。
主控制装置20，含有由CPU(中央演算处理装置)、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)等内部存储器所构成之所谓的微电脑(或工作站)，通过此CPU实行下载于内部存储器(RAM)之程序，而可实现曝光装置100的总括控制。
此处，参照图8简单说明于曝光装置100可进行曝光照明之原理。于图8，系示意地显示照明光学系统12之光瞳面与标线片R的关系。照明光学系统12的其它构成要件等系省略其图示。又，于标线片R上，形成有在X轴方向具有周期性之等间隔线图案(以下称为「L/S图案」)与在Y轴方向具有周期性之L/S图案。
于图8中，在主控制装置20的指示下，系将照明系统孔径光阑6之环带照明光阑6A配置于照明光IL的光路上。又，通过偏振控制单元2，将激光光束LB之偏振方向设定为H偏振(以X轴方向为偏振方向之偏振)，偏振转换单元3之偏振转换构件3A则配置于激光光束LB的光路上。由此，通过环带照明光阑6A之照明光IL的偏振方向，如图8所示，系被规定为以光轴AX为中心之圆的圆周方向。由此，照明光IL系倾斜预定之角度入射于标线片R，其中，该预定之角度以入射角_为中心。此入射角_之正弦值，系正比于从照明光学系统12之光轴AX至环带开口部(以下，令为「环带区域」)之中心位置的距离。
照明光IL，于照明光学系统之光瞳面上，为大致平行于环带区域之圆周方向的直线偏振光时，如图8所示，照明光IL系相对标线片R成为S偏振。此处，S偏振系指与光学一般所定义的S偏振为同义，且相对于含有照明光IL之进行方向以及与标线片R相对之法线的面，偏振方向为垂直之偏振。以此种入射方位(入射角_及偏振状态)对标线片R加以照明时，可提高透过投影光学系统PL所投影之L/S图案像的对比等。又，此理由系揭示于日本特开平6-53120号公报、国际公开第2004/051717号小册子以及与其对应之美国专利申请案第11/140,103号等。只要于本国际申请案所指定之指定国(或所选择之选择国)的国内法令允许，系援用上述小册子以及所对应之美国专利申请案之揭示作为本说明书记载的1部分。
又，本实施形式，将照明系统孔径光阑板6的4极照明光阑6B及偏振转换单元3的偏振转换构件3B配置于光轴AX上时，照明光IL之偏振状态，如图4(B)所示，为以光轴AX为中心之圆的圆周方向，因此可使照明光IL之偏振状态相对标线片R之面为S偏振，可提升像面上之图案像的对比。
接着，省略主控制装置20之处理算法且沿着所显示之图9～图12的流程图，并适当参照其它图式说明本实施形式之曝光装置100的曝光动作。又，此处，系以晶片W上的第1层曝光全部结束，欲进行第2层之后的曝光者来说明。又，光学特性测量装置90内部之光学系统的像差系视为可忽略的程度。
如图9所示，首先，于步骤102，进行光学特性测量之子程序处理。此子程序102，首先，系在图10之步骤122，设定用以进行光学特性测量之照明条件。具体而言，主控制装置20，于偏振控制单元2，将激光光束LB的偏振设定为H偏振，并驱动驱动装置7使照明系统孔径光阑板6旋转，而将通常照明光阑6D配置于照明光IL的光路上，且驱动驱动装置4使偏振转换单元3旋转，而将开口部3D配置于激光光束LB的光路上。由此，曝光装置100可通过通常孔径光阑对标线片R进行照明。此时，形成于投影光学系统PL之光瞳面内的光瞳像形状为圆形。
接着，于步骤124，使用未图示之标线片装载器，将图13所示之测量用标线片RT装载于标线片载台RST，且进行预定之准备作业。
于测量用标线片RT，如图13所示，系在将多个(于图13，系3×11＝33之针孔图案PHn(n＝1～33))装载于标线片载台RST的状态下，分别以X轴方向及Y轴方向为行方向及列方向配置成矩阵状。另，针孔图案PH1～PH33，于图13中，系形成在以虚线所示之狭缝状照明区域大小的区域内。
此处，上述预定准备作业，系进行测量用标线片RT对投影光学系统PL之相对位置的检测、对准检测系统AS之基线的测量等。亦即，使用未图示之标线片对准系统，来进行晶片载台WST上未图示之基准标记板上所形成的一对第1基准标记，和与此对应之测量用标线片RT上标线片对准标记透过投影光学系统PL之像之位置关系的检测。此位置关系的检测，系在移动标线片载台RST，以使测量用标线片RT上之图13中以虚线所示之区域与前述照明区域大致一致之位置的状态进行。接着，在XY面内使晶片载台WST移动预定距离，测量出与对准检测系统AS之检测中心相对之位置关系，根据上述两位置关系与各位置关系检测出时干涉仪16，18之测量值来测量对准检测系统AS的基线。
下一个步骤126，系旋转光学特性测量装置90之光学系统单元93而将微透镜阵列98配置于光轴AX1上。
于次一步骤128，系进行安装于晶片载台WST之光学特性测量装置90与晶片载台WST之位置关系的测量。具体而言，系依序移动晶片载台WST并使用对准检测系统AS来进行光学特性测量装置90之标示板91上至少两个2维位置标记91b分别在晶片载台坐标系上之位置的检测，根据该位置的检测结果，例如通过最小平方法等预定之统计演算以正确求出光学特性测量装置90之标示板91的开口91a与晶片载台WST的位置关系。
其结果，能根据从晶片干涉仪18输出的位置数据(速度数据)，正确检测出开口91a的XY位置，并且根据此XY位置的检测结果与先前测量的基线，控制晶片载台WST的位置，从而能以准确的精度将开口91a定位在所欲之XY位置。
下一个步骤130，系使用多点聚焦位置检测系统(21，22)测量相对于与投影光学系统PL之光轴AX正交之面(XY平面)的标示板91之倾斜。于次一步骤132，系根据上述倾斜之测量结果来调整晶片载台WST的倾斜，以使标示板91上面的倾斜与投影光学系统PL之像面(或像面的近似平面)的倾斜一致。
于次一步骤134，移动晶片载台WST使光学特性测量装置90之标示板91的开口91a与投影光学系统PL视野内的基准测量点，例如视野中心的测量点，亦即图13所示之针孔图案PH17之和投影光学系统PL相关的共轭位置(光轴AX上)的测量点一致。由此，使受检光学系统(照明光学系统12及投影光学系统PL)之光轴AX与光学特性测量装置90之光轴AX1一致。
接着步骤136系对照明光IL之偏振状态加以设定。具体而言，主控制装置20使偏振控制单元2之1/2波长板等旋转，来调整激光光束LB的偏振方向。此处，系调整1/2波长板的旋转量使照明光IL为H偏振。
下一个步骤138，系根据摄影资料IMD1来搜寻晶片载台WST的最佳Z位置(最佳聚焦位置)，该摄影数据IMD1为通过构成微透镜阵列98之各微透镜而再成像于CCD95a感光面上的针孔图案PH17之像的摄影结果。以下具体说明此搜寻处理。
图14(A)，显示沿光学特性测量装置90之光轴AX1及投影光学系统PL之光轴AX展开此最佳Z位置之搜寻进行时的光学配置。于图14(A)所显示之光学配置中，当主控制装置20使光源1射出之激光光束LB振荡，从照明光学系统12射出照明光IL时，到达测量用标线片RT之针孔图案PH17的光(照明光IL)成为球面波而从针孔图案PH17射出。接着，此光透过投影光学系统PL后，聚光于光学特性测量装置90之标示板91的开口91a。另，通过针孔图案PH17以外的针孔图案PH1～PH16、PH18～PH33之光并不会到达开口91a。以上述方式聚光于开口91a之光(成像于标示板91表面之开口91a内部之针孔图案PH17的像光束)之波面，系包含投影光学系统PL之波面像差的略球面。
通过开口91a之光，通过准直光学系统92转换成平行光而入射于微透镜阵列98。微透镜阵列98，系就各微透镜(参照图14(A))将成像于标示板91表面之开口91a内部之针孔图案PH17的像，成像在标示板91之光学共轭面、亦即CCD95a的摄影面(感光面)。因此，于CCD95a的摄影面，形成有对应构成微透镜阵列98之微透镜的配置及数目的点像(针孔图案PH17的像)。通过CCD95a，进行这些形成于摄影面(感光面)之点像的摄影。以CCD95a摄得之摄影数据IMD1则传送至主控制装置20。
接着，透过晶片载台驱动系统24使晶片载台WST步进移动于Z轴方向，且进行上述摄影资料IMD1的取得，根据其取得之摄影资料IMD1，寻找例如点像之对比最大的Z轴方向的位置，从而搜寻晶片载台WST的最佳Z位置。
下一个步骤140，系使光学系统单元93旋转，将偏振检测系统99配置于照明光IL的光轴AX1上，且于步骤142中，测量照明光IL的偏振状态。以下，说明照明光IL之偏振状态的检测方法。
如图7所示，使偏振分光镜99B的透过方位与X轴一致。此状态下，使1/4波长板99A旋转。以X轴为基准用θ来表示此旋转量。此处，可使1/4波长板在0°＜θ＜360°的范围旋转，CCD95a在每一次1/4波长板99A旋转预定之旋转角度时会受到照明光IL的照射，由此感光结果算出照明光IL的偏振状态。
而透过偏振分光镜99B之光的强度I(θ)如下式。
[式1]
I(θ)＝I0(2+cos2α+cos2αcos4θ-2sin2αsinδsin2θ+sin2αcos2δsin4θ) ...(1)
此处，I0为在全角度的光强度的平均，α为将照明光IL视为椭圆偏振时X轴与Y轴振幅的正切，δ为照明光IL之振动方向为X轴方向及Y轴方向之两电矢量的相位差。
图15，系显示通过旋转1/4波长板99A所得之照明光IL强度测量结果之一例。本实施形式，照明光IL系以CCD95a接收，将此感光结果送至主控制装置20，测量如图15所示之相对于旋转量θi的光强度变化。接着，于主控制装置20进行高速傅利叶转换(FFT)，具体演算下列式子，算出斯托克斯(stokes parameter)参数S0，S1，S2，S3。
[式2]
