(57)【要約】【課題】照明条件を迅速に且つ多様に切り換えて、マークの特性に応じた適切な照明条件のもとでその位置を高精度に検出することのできる位置検出装置。【解決手段】照明系（１〜１４）は、物体（Ｗ）に照射される照明光の光量、物体に照射される照明光の波長域、および物体に照射される照明光の光路のうちの少なくとも１つに関する条件を切り換えるために、入射光束の反射方向を独立的に変更可能な複数の微小ミラーを有する反射型空間変調素子（４）を備えている。反射型空間変調素子は、照明光の光量の切り換えのために、反射光を照明光路に沿って導くための第１群の微小ミラーの数と、反射光を照明光路の外へ導くための第２群の微小ミラーの数との比率を変化させる。【選択図】  図２
2004327769.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察すべき物体に照明光を照射するための照明系を備え、前記照明光により照明された前記物体からの光に基づいて前記物体を観察する観察装置において、
前記照明系は、前記物体に照射される照明光の光量、前記物体に照射される照明光の波長域、および前記物体に照射される照明光の光路のうちの少なくとも１つに関する条件を切り換えるために、入射光束の反射方向を独立的に変更可能な複数の微小ミラーを有する反射型空間変調素子を備えていることを特徴とする観察装置。
【請求項２】
前記反射型空間変調素子は、前記照明光の光量の切り換えのために、反射光を照明光路に沿って導くための第１群の微小ミラーの数と、反射光を照明光路の外へ導くための第２群の微小ミラーの数との比率を変化させることを特徴とする請求項１に記載の観察装置。
【請求項３】
前記反射型空間変調素子は、前記照明光の光量の切り換えのために、前記複数の微小ミラーが反射光を照明光路に沿って導くＯＮ時間と、前記複数の微小ミラーが反射光を照明光路の外へ導くＯＦＦ時間との比率を変化させることを特徴とする請求項１に記載の観察装置。
【請求項４】
前記照明系は、光源からの光を第１波長域の照明光と第２波長域の照明光とに分割して前記第１波長域の照明光を第１照明光路に沿って導き且つ前記第２波長域の照明光を第２照明光路に沿って導くための光分割手段と、前記第１照明光路に沿って導かれた前記第１波長域の照明光と前記第２照明光路に沿って導かれた前記第２波長域の照明光とを合成するための光合成手段とをさらに備え、
前記反射型空間変調素子は、前記第１照明光路の光路中に配置された第１空間変調素子と、前記第２照明光路の光路中に配置された第２空間変調素子とを有することを特徴とする請求項１に記載の観察装置。
【請求項５】
前記反射型空間変調素子は、前記照明光の波長域の切り換えのために、前記第１空間変調素子が反射光を前記第１照明光路に沿って導き且つ前記第２空間変調素子が反射光を前記第２照明光路の外へ導く状態と、前記第１空間変調素子が反射光を前記第１照明光路の外へ導き且つ前記第２空間変調素子が反射光を前記第２照明光路に沿って導く状態との間で切り換えることを特徴とする請求項４に記載の観察装置。
【請求項６】
前記照明系は、第１の照明σに対応する第１照明光路と、第２の照明σに対応する第２照明光路とを有し、
前記反射型空間変調素子は、前記第１照明光路の光路中に配置された第１空間変調素子と、前記第２照明光路の光路中に配置された第２空間変調素子とを有することを特徴とする請求項１に記載の観察装置。
【請求項７】
前記反射型空間変調素子は、前記照明光の光路の切り換えのために、前記第１空間変調素子が反射光を前記第１照明光路に沿って導き且つ前記第２空間変調素子が反射光を前記第２照明光路の外へ導く状態と、前記第１空間変調素子が反射光を前記第１照明光路の外へ導き且つ前記第２空間変調素子が反射光を前記第２照明光路に沿って導く状態との間で切り換えることを特徴とする請求項６に記載の観察装置。
【請求項８】
位置検出すべき物体に形成されたマークに照明光を照射するための照明光学系と、前記照明光により照明された前記マークからの光に基づいて前記マークの像を形成するための結像光学系とを備え、前記結像光学系を介して形成された前記マークの像の位置情報に基づいて前記物体の位置を検出する位置検出装置において、
前記照明光学系の照明瞳面における光強度分布を切り換えるために、前記照明瞳面に配置されて入射光束の反射方向を独立に変更可能な複数の微小ミラーを有する第１の反射型空間変調素子と、
前記結像光学系の結像瞳面における光強度分布を切り換えるために、前記結像瞳面に配置されて入射光束の反射方向を独立に変更可能な複数の微小ミラーを有する第２の反射型空間変調素子とを備えていることを特徴とする位置検出装置。
【請求項９】
マスクを照明するための露光照明系と、前記マスクのパターン像を感光性基板上に形成するための投影光学系と、前記マスクまたは前記感光性基板を観察するための請求項１乃至７のいずれか１項に記載の観察装置とを備えていることを特徴とする露光装置。
【請求項１０】
マスクを照明するための露光照明系と、前記マスクのパターン像を感光性基板上に形成するための投影光学系と、前記マスクまたは前記感光性基板の位置を検出するための請求項８に記載の位置検出装置とを備えていることを特徴とする露光装置。
【請求項１１】
マスクを照明し、前記マスクのパターン像を感光性基板上に露光する露光方法において、
請求項８に記載の位置検出装置を用いて前記マスクまたは前記感光性基板の位置を検出する位置検出工程を含むことを特徴とする露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、観察装置、位置検出装置、露光装置、および露光方法に関する。さらに詳細には、本発明は、半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスを製造するリソグラフィー工程で用いる露光装置に搭載される位置検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体素子等のデバイスの製造に際して、感光材料の塗布されたウェハ（またはガラスプレート等の基板）上に複数層の回路パターンを重ねて形成する。このため、回路パターンをウェハ上に露光するための露光装置には、マスクのパターンと既に回路パターンの形成されているウェハの各露光領域との相対位置合わせ（アライメント）を行うためのアライメント装置が備えられている。近年、回路パターンの線幅の微細化に伴い、高精度のアライメントが必要とされるようになってきている。
【０００３】
従来、この種のアライメント装置として、特開平４−６５６０３号公報、特開平４−２７３２４６号公報等に開示されているように、オフ・アクシス方式で且つ撮像方式のアライメント装置が知られている。この撮像方式のアライメント装置の検出系は、ＦＩＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｉｍａｇｅ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）系の位置検出装置とも呼ばれている。ＦＩＡ系の位置検出装置では、ハロゲンランプ等の光源から射出される波長帯域幅の広い光で、ウェハ上のアライメントマーク（ウェハマーク）を照明する。そして、結像光学系を介してウェハマークの拡大像を撮像素子上に形成し、得られた撮像信号を画像処理することによりウェハマークの位置検出を行う。
【０００４】
【特許文献１】
特開平４−６５６０３号公報
【特許文献２】
特開平４−２７３２４６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ウェハマークの位置（ひいてはウェハＷの位置）を高精度に検出するには、ウェハマークの特性に応じて適切な照明条件を実現することが必要である。具体的には、ウェハマークに対する照明光の光量、照明光の波長域、照明σなどに関する条件を、ウェハマークの特性に応じて適切に且つ迅速に切り換えることが必要である。しかしながら、従来技術にしたがう位置検出装置では、照明条件を迅速に且つ多様に切り換えて、ウェハマークの特性に応じた適切な照明条件のもとでウェハマークの位置を高精度に検出することができないという不都合があった。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、照明条件を迅速に且つ多様に切り換えて、マークの特性に応じた適切な照明条件のもとでマークの位置を高精度に検出することのできる位置検出装置を提供することを目的とする。さらに、本発明の高精度な位置検出装置を用いて、たとえば投影光学系に対してマスクと感光性基板とを高精度に位置合わせして良好な露光を行うことのできる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、観察すべき物体に照明光を照射するための照明系を備え、前記照明光により照明された前記物体からの光に基づいて前記物体を観察する観察装置において、
前記照明系は、前記物体に照射される照明光の光量、前記物体に照射される照明光の波長域、および前記物体に照射される照明光の光路のうちの少なくとも１つに関する条件を切り換えるために、入射光束の反射方向を独立的に変更可能な複数の微小ミラーを有する反射型空間変調素子を備えていることを特徴とする観察装置を提供する。
【０００８】
第１形態の好ましい態様によれば、前記反射型空間変調素子は、前記照明光の光量の切り換えのために、反射光を照明光路に沿って導くための第１群の微小ミラーの数と、反射光を照明光路の外へ導くための第２群の微小ミラーの数との比率を変化させる。あるいは、前記反射型空間変調素子は、前記照明光の光量の切り換えのために、前記複数の微小ミラーが反射光を照明光路に沿って導くＯＮ時間と、前記複数の微小ミラーが反射光を照明光路の外へ導くＯＦＦ時間との比率を変化させることが好ましい。
【０００９】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記照明系は、光源からの光を第１波長域の照明光と第２波長域の照明光とに分割して前記第１波長域の照明光を第１照明光路に沿って導き且つ前記第２波長域の照明光を第２照明光路に沿って導くための光分割手段と、前記第１照明光路に沿って導かれた前記第１波長域の照明光と前記第２照明光路に沿って導かれた前記第２波長域の照明光とを合成するための光合成手段とをさらに備え、前記反射型空間変調素子は、前記第１照明光路の光路中に配置された第１空間変調素子と、前記第２照明光路の光路中に配置された第２空間変調素子とを有する。この場合、前記反射型空間変調素子は、前記照明光の波長域の切り換えのために、前記第１空間変調素子が反射光を前記第１照明光路に沿って導き且つ前記第２空間変調素子が反射光を前記第２照明光路の外へ導く状態と、前記第１空間変調素子が反射光を前記第１照明光路の外へ導き且つ前記第２空間変調素子が反射光を前記第２照明光路に沿って導く状態との間で切り換えることが好ましい。
【００１０】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記照明系は、第１の照明σに対応する第１照明光路と、第２の照明σに対応する第２照明光路とを有し、前記反射型空間変調素子は、前記第１照明光路の光路中に配置された第１空間変調素子と、前記第２照明光路の光路中に配置された第２空間変調素子とを有する。この場合、前記反射型空間変調素子は、前記照明光の光路の切り換えのために、前記第１空間変調素子が反射光を前記第１照明光路に沿って導き且つ前記第２空間変調素子が反射光を前記第２照明光路の外へ導く状態と、前記第１空間変調素子が反射光を前記第１照明光路の外へ導き且つ前記第２空間変調素子が反射光を前記第２照明光路に沿って導く状態との間で切り換えることが好ましい。
【００１１】
本発明の第２形態では、位置検出すべき物体に形成されたマークに照明光を照射するための照明光学系と、前記照明光により照明された前記マークからの光に基づいて前記マークの像を形成するための結像光学系とを備え、前記結像光学系を介して形成された前記マークの像の位置情報に基づいて前記物体の位置を検出する位置検出装置において、
前記照明光学系の照明瞳面における光強度分布を切り換えるために、前記照明瞳面に配置されて入射光束の反射方向を独立に変更可能な複数の微小ミラーを有する第１の反射型空間変調素子と、
前記結像光学系の結像瞳面における光強度分布を切り換えるために、前記結像瞳面に配置されて入射光束の反射方向を独立に変更可能な複数の微小ミラーを有する第２の反射型空間変調素子とを備えていることを特徴とする位置検出装置を提供する。
【００１２】
本発明の第３形態では、マスクを照明するための露光照明系と、前記マスクのパターン像を感光性基板上に形成するための投影光学系と、前記マスクまたは前記感光性基板を観察するための第１形態の観察装置とを備えていることを特徴とする露光装置を提供する。
【００１３】
本発明の第４形態では、マスクを照明するための露光照明系と、前記マスクのパターン像を感光性基板上に形成するための投影光学系と、前記マスクまたは前記感光性基板の位置を検出するための第２形態の位置検出装置とを備えていることを特徴とする露光装置を提供する。
【００１４】
本発明の第５形態では、マスクを照明し、前記マスクのパターン像を感光性基板上に露光する露光方法において、
第２形態の位置検出装置を用いて前記マスクまたは前記感光性基板の位置を検出する位置検出工程を含むことを特徴とする露光方法を提供する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の各実施形態にかかる位置検出装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。図１では、投影光学系ＰＬの光軸に対して平行にＺ軸が、Ｚ軸に垂直な平面内において図１の紙面に平行な方向にＸ軸が、Ｚ軸に垂直な平面内において図１の紙面に垂直な方向にＹ軸がそれぞれ設定されている。各実施形態では、ウェハＷに形成されたウェハマークを照明し、結像光学系を介して得られたウェハマーク像の位置情報に基づいてウェハＷの位置を検出する位置検出装置に対して本発明を適用している。
【００１６】
図示の露光装置は、適当な露光光でマスク（投影原版）としてのレチクルＲを照明するための露光用照明系ＩＬを備えている。レチクルＲはレチクルステージＲＳ上においてＸＹ平面とほぼ平行に支持されており、そのパターン領域ＰＡには転写すべき回路パターンが形成されている。露光用照明系ＩＬで照明されてレチクルＲを透過した光は、投影光学系ＰＬを介してウェハＷに達し、ウェハＷ上にはレチクルＲのパターン像が形成される。
【００１７】
なお、ウェハＷは、ウェハホルダＷＨを介してＺステージＺＳ上においてＸＹ平面とほぼ平行に支持されている。ＺステージＺＳは、ステージ制御系ＳＣによって、投影光学系ＰＬの光軸に沿って駆動されるように構成されている。さらに、ＺステージＺＳは、ＸＹステージＸＹ上に支持されている。ＸＹステージＸＹは、同じくステージ制御系ＳＣによって、投影光学系ＰＬの光軸に対して垂直なＸＹ平面内において二次元的に駆動されるように構成されている。
【００１８】
なお、ステージ制御系ＳＣは、主制御系ＭＣによって制御されるように構成されている。前述したように、露光装置では、投影露光に先立って、投影光学系ＰＬに対してウェハＷの露光面を高精度に位置決めする必要がある。そこで、露光装置には、投影光学系ＰＬに対するウェハＷの相対位置（ＸＹ平面に沿った位置およびＺ方向に沿った位置）を検出するための位置検出装置ＰＤが搭載されている。
【００１９】
図２は、本発明の第１実施形態にかかる位置検出装置の構成を概略的に示す図である。図２を参照すると、第１実施形態にかかる位置検出装置ＰＤは、ハロゲンランプのような光源１と、ＬＥＤ（発光ダイオード）のように赤外光（たとえば波長８７０ｎｍ）を供給するための赤外光源（不図示）とを備えている。光源１から供給された照明光は、リレーレンズ系２およびその光路中に配置された波長選択フィルター３を介して、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）４に入射する。波長選択フィルター３は、光源１からの照明光から、たとえば波長５３０ｎｍ〜８００ｎｍの白色光だけを選択的に透過させる特性を有する。
【００２０】
ＤＭＤ４は、入射光束の反射方向を独立に変更することのできる多数の微小ミラー（マイクロミラー）を有する反射型空間変調素子である。換言すれば、ＤＭＤ４は、碁盤の目状に配列された多数の微小ミラーからなる光変調素子であって、各微小ミラーの向きはそれぞれ個別に駆動制御されるように構成されている。ＤＭＤ４では、各微小ミラーの向きをそれぞれ適宜駆動することにより、所望の光強度分布を形成することができる。なお、ＤＭＤ４の第１実施形態における具体的な作用については後述する。
【００２１】
ＤＭＤ４で反射された照明光（白色光）は、リレーレンズ系５を介して、光ファイバーのようなライトガイド６に入射する。ライトガイド６の内部を伝搬した照明光は、その射出端から射出された後、コンデンサーレンズ７を介して、光ファイバーのようなライトガイド８の入射端をケーラー照明する。ライトガイド８の内部を伝搬した照明光は、その射出端から射出された後、コンデンサーレンズ９を介して、照明絞り１０を照明する。
【００２２】
照明絞り１０は、被検物体であるウェハＷの表面（物体面）と光学的に共役な位置またはその近傍に配置されている。そして、照明絞り１０には、図３に示すように、ある程度正方形に近い矩形状の第１開口部（光透過部）１０ａと、Ｙ方向に沿って細長く延びたスリット状（細長い矩形状）の第２開口部（光透過部）１０ｂとがＸ方向に沿って隣接するように形成されている。後述するように、第１開口部１０ａはアライメント用開口部であり、第２開口部１０ｂはフォーカス用開口部である。ここで、ライトガイド８の射出端面に相当する二次光源の均一性がそれほど問題にならない場合には、コンデンサーレンズ７およびライトガイド８を用いず、ライトガイド６をライトガイド８の射出端位置に直接取り付けてもかまわない。
【００２３】
照明絞り１０を通過した照明光は、リレーレンズ系１１を介してハーフプリズム１２で反射された後、第１対物レンズ１３に入射する。第１対物レンズ１３の第１群に入射した光束は、その光路中に配置されたミラー１４で反射された後、第１対物レンズ１３の第２群を介して、指標板１５に入射する。一方、赤外光源からの赤外光は、図示を省略した所定光路を経た後に、第１対物レンズ１３を介して指標板１５に入射する。
【００２４】
指標板１５は、たとえば石英ガラスで形成された平行平面板状の光学部材であって、その上側面（第１対物レンズ１３側の面）には指標マークが形成され、その下側面（ウェハＷ側の面）には赤外反射膜が形成されている。赤外反射膜は、赤外光源からの赤外光を反射し且つ光源１からの白色光（可視光）を透過させる特性を有し、たとえば誘電体多層膜で構成されている。したがって、光源１からの白色光は、指標板１５を透過して、ウェハＷの表面（露光面）を照明する。
【００２５】
こうして、照明絞り１０の第１開口部１０ａを介した照明光は、ウェハＷの表面に形成されたアライメントマークとしてのウェハマーク（不図示）を照明する。一方、照明絞り１０の第２開口部１０ｂを介した照明光は、ウェハＷの表面においてＹ方向に沿って細長く延びたスリット状の領域を斜めから照明する。照明されたウェハマークからのマーク反射光（回折光を含む）およびウェハＷの表面で反射されたスリット状のフォーカス光束は、指標板１５および第１対物レンズ１３を介して、ハーフプリズム１２に入射する。
【００２６】
一方、指標板１５に入射した赤外光は、指標板１５の内部を伝搬し、赤外反射膜で反射され、指標板１５の内部を伝搬した後、指標マークを照明する。そして、照明された指標マークからの反射光（回折光を含む）は、指標板１５の内部を伝搬し、赤外反射膜で反射され、指標板１５の内部を伝搬した後、第１対物レンズ１３を介して、ハーフプリズム１２に入射する。ハーフプリズム１２を透過したマーク反射光、フォーカス光束および赤外光は、ミラー１６および第２対物レンズ１７を介して、視野絞り１８に入射する。
【００２７】
視野絞り１８は、ウェハＷの表面と光学的に共役な位置またはその近傍に配置され、照明絞り１０に光学的に対応するように、矩形状の第１開口部とＹ方向に沿って細長く延びたスリット状の第２開口部とを有する。視野絞り１８の第１開口部を通過したマーク反射光および赤外光は、第３対物レンズ１９、開口絞り２０、第４対物レンズ２１、およびミラー２２を介して、ダイクロイックミラー２３に入射する。ダイクロイックミラー２３は、白色光を反射し且つ赤外光を透過させる特性を有する。
【００２８】
したがって、マーク反射光すなわちウェハマークからの白色光は、ダイクロイックミラー２３で反射されてウェハマーク検出用ＣＣＤ２４に入射する。こうして、ウェハマーク検出用ＣＣＤ２４の撮像面には、ウェハマークの像が形成される。ウェハマーク検出用ＣＣＤ２４からの出力信号は、信号処理系２５に供給される。一方、指標マークからの赤外光は、ダイクロイックミラー２３を透過し、ミラー２６で反射された後、指標マーク検出用ＣＣＤ２７に入射する。こうして、指標マーク検出用ＣＣＤ２７の撮像面には、指標マークの像が形成される。指標マーク検出用ＣＣＤ２７からの出力信号は、信号処理系２５に供給される。
【００２９】
信号処理系２５では、ウェハマーク検出用ＣＣＤ２４からの出力信号および指標マーク検出用ＣＣＤ２７からの出力信号を信号処理（波形処理）することにより、指標マークを基準としたウェハマークの位置情報が得られる。信号処理系２５で検出されたウェハマークの位置情報（すなわちウェハＷの位置情報）は、主制御系ＭＣに供給される。主制御系ＭＣでは、信号処理系２５から供給されたウェハＷの位置情報に基づいて、ＸＹステージＸＹを駆動させるための指令をステージ制御系ＳＣに供給する。こうして、主制御系ＭＣからの指令に基づいて作動するステージ制御系ＳＣの作用により、レチクルＲ上のパターン領域ＰＡとウェハＷ上の各露光領域とのアライメント（位置合わせ）が行われる。
【００３０】
一方、視野絞り１８の第２開口部を通過したフォーカス光束は、ミラー２８およびリレーレンズ系２９を介して、２つの反射面を有する瞳分割ミラー３０に入射する。瞳分割ミラー３０は、ウェハＷの表面とフーリエ変換の関係にある瞳面位置またはその近傍に配置された瞳分割素子であり、２つの反射面の交線は光軸を通ってＹ方向に沿って延びるように設定されている。こうして、瞳分割ミラー３０で反射されたフォーカス光束は、集光光学系としての結像レンズ３１およびシリンドリカルレンズ３２を介して、撮像素子（たとえばラインセンサ）３３の撮像面（検出面）においてＹ方向に沿って長手方向を有する２つのスリット像を形成する。撮像素子３３は、その撮像面に形成された２つのスリット像を光電検出し、検出信号を信号処理系２５に供給する。
【００３１】
信号処理系２５では、２つのスリット像の中心間距離を計測し、計測した中心間距離に基づいて第１対物レンズ１３の焦点位置に対するウェハＷの表面の相対位置ずれ量を検出する。信号処理系２５で検出されたウェハＷの相対位置ずれ量に関する情報は、主制御系ＭＣに供給される。主制御系ＭＣでは、信号処理系２５から供給された相対位置ずれ量に関する情報に基づいて、検出した相対位置ずれ量だけＺステージＺＳを光軸ＡＸに沿って駆動させるための指令をステージ制御系ＳＣに供給する。こうして、主制御系ＭＣからの指令に基づいて作動するステージ制御系ＳＣの作用により、第１対物レンズ１３の焦点位置に、ひいては投影光学系ＰＬの結像面に、ウェハＷの露光面が設定される。
【００３２】
図４は、第１実施形態におけるＤＭＤの動作を示す図である。図４において、矩形状の斜線部は反射光を照明光路の外へ導くためにＯＦＦ状態に設定された微小ミラーを示し、矩形状の白抜き部は反射光を照明光路に沿って導くためにＯＮ状態に設定された微小ミラーを示している。ここで、「反射光を照明光路の外へ導く」という表現は、反射光を照明光路に沿って光源側へ逆進させる場合も含む広い概念である。
【００３３】
図４（ａ）に示す状態では、ＤＭＤ４のすべての微小ミラーがＯＮ状態に設定されているので、すべての反射光が照明光路に沿って導かれ、１００％の光量でウェハマークが照明される。一方、図４（ｂ）に示す状態では、ＤＭＤ４のすべての微小ミラーがＯＦＦ状態に設定されているので、すべての反射光が照明光路の外へ導かれ、いわゆる０％の光量でウェハマークが照明されることになる。ＤＭＤ４では、反射光を照明光路に沿って導くためのＯＮ状態に設定された微小ミラーの数と、反射光を照明光路の外へ導くためのＯＦＦ状態に設定された微小ミラーの数との比率を適宜変化させることにより、ウェハマークに対する照明光の光量を１００％と０％との間で瞬時に切り換えることができる。
【００３４】
具体的には、図４（ｃ）に示す状態では、ＤＭＤ４の１／２の微小ミラーがＯＮ状態に設定され、５０％の光量でウェハマークが照明される。同様に、図４（ｄ）に示す状態では３／４の微小ミラーがＯＮ状態に設定され７５％の光量でウェハマークが照明され、図４（ｅ）に示す状態では１／４の微小ミラーがＯＮ状態に設定され２５％の光量でウェハマークが照明され、図４（ｆ）に示す状態では７／８の微小ミラーがＯＮ状態に設定され８７．５％の光量でウェハマークが照明され、図４（ｇ）に示す状態では１／８の微小ミラーがＯＮ状態に設定され１２．５％の光量でウェハマークが照明される。なお、上述の例では、照明光の光量を１００％、７５％、５０％、２５％、０％の間で切り換える態様としたが、この態様には限定されない。さらに、図４に示したＤＭＤ４における微小ミラーのＯＮ／ＯＦＦパターンにも限定されず、減光効果があるものであれば任意のＯＮ／ＯＦＦパターンでもかまわない。
【００３５】
以上のように、第１実施形態の位置検出装置ＰＤでは、入射光束の反射方向を独立的に変更可能な多数の微小ミラーを有する反射型空間変調素子としてのＤＭＤ４の作用により、反射光を照明光路に沿って導くためのＯＮ状態に設定された微小ミラー（第１群の微小ミラー）の数と、反射光を照明光路の外へ導くためのＯＦＦ状態に設定された微小ミラー（第２群の微小ミラー）の数との比率を適宜変化させて、ウェハマークに対する照明光の光量を１００％と０％との間で瞬時に切り換えることができる。
【００３６】
その結果、第１実施形態の位置検出装置ＰＤでは、ウェハマークに対する照明条件を迅速に且つ多様に切り換えて、ウェハマークの特性に応じた適切な照明条件のもとで、ウェハマークの位置ひいてはウェハＷの位置を高精度に検出することができる。したがって、第１実施形態の露光装置では、高精度な位置検出装置ＰＤを用いて、投影光学系ＰＬに対してレチクルＲとウェハＷとを高精度に位置合わせして、すなわちレチクルＲ上のパターン領域ＰＡとウェハＷ上の各露光領域とを高精度に位置合わせして良好な露光を行うことができる。
【００３７】
なお、上述の第１実施形態では、ＯＮ状態の微小ミラーの数とＯＦＦ状態の微小ミラーの数との比率を適宜変化させて照明光の光量を切り換えている。しかしながら、これに限定されることなく、ＤＭＤ４の作用により照明光をパルス光に変換し、パルス間隔を適宜制御することにより照明光の光量を切り換えることもできる。具体的には、たとえばＤＭＤ４のすべて（あるいは所定数）の微小ミラーが反射光を照明光路に沿って導くＯＮ時間と、すべて（あるいは所定数）の微小ミラーが反射光を照明光路の外へ導くＯＦＦ時間との比率を変化させて、ウェハマークに対する照明光の光量を切り換えることもできる。
【００３８】
なお、上述の第１実施形態では、ライトガイド８の射出端においてほぼ均一な光強度分布が求められるが、コンデンサーレンズ７を介してライトガイド８の入射端をケーラー照明しているので、ライトガイド８として必ずしもランダム光ファイバーを用いる必要がない。すなわち、ライトガイド８として、多数の光ファイバー素線をランダムな配列で編み込んだランダム光ファイバーではなく、多数のファイバー素線が高密度に充填されたライトガイドを用いることができる。
【００３９】
図５は、本発明の第２実施形態にかかる位置検出装置の構成を概略的に示す図である。第２実施形態の位置検出装置は第１実施形態と類似の構成を有するが、リレーレンズ系２とリレーレンズ系５との間の光路中の構成が第１実施形態と相違している。以下、第１実施形態との相違点に着目して第２実施形態を説明する。なお、図５では図面の明瞭化のために信号処理系２５の図示を省略しているが、この点は図６〜図８においても同様である。
【００４０】
図５を参照すると、第２実施形態では、リレーレンズ系２を介した光源１からの照明光（５３０ｎｍ〜８００ｎｍ）は、第１ダイクロイックミラー４１に入射する。第１ダイクロイックミラー４１は、５３０ｎｍ〜６１０ｎｍの波長を有する光すなわち緑色光を反射し且つ他の波長域の光を透過させる特性を有する光分割手段である。したがって、第１ダイクロイックミラー４１で反射された緑色光は、第１ＤＭＤ４２で反射された後、第２ダイクロイックミラー４３に入射する。
【００４１】
第２ダイクロイックミラー４３は、第１ダイクロイックミラー４１と同様に、緑色光を反射し且つ他の波長域の光を透過させる特性を有する。こうして、第１ＤＭＤ４２を介して第２ダイクロイックミラー４３に入射した緑色光は、光合成手段としての第２ダイクロイックミラー４３で反射された後、リレーレンズ系５を介してライドガイド６に入射する。一方、第１ダイクロイックミラー４１を透過した光（６１０ｎｍ〜８００ｎｍ）は、第３ダイクロイックミラー４４に入射する。第３ダイクロイックミラー４４は、６１０ｎｍ〜７００ｎｍの波長を有する光すなわちオレンジ光を反射し且つ他の波長域の光を透過させる特性を有する光分割手段である。
【００４２】
したがって、第３ダイクロイックミラー４４で反射されたオレンジ光は、第２ＤＭＤ４５で反射された後、第４ダイクロイックミラー４６に入射する。第４ダイクロイックミラー４６は、第３ダイクロイックミラー４４と同様に、オレンジ光を反射し且つ他の波長域の光を透過させる特性を有する。こうして、第２ＤＭＤ４５を介して第４ダイクロイックミラー４６に入射したオレンジ光は、光合成手段としての第４ダイクロイックミラー４６で反射された後、リレーレンズ系５を介してライドガイド６に入射する。
【００４３】
さらに、第３ダイクロイックミラー４４を透過した光（７００ｎｍ〜８００ｎｍ）すなわち赤色光は、第３ＤＭＤ４７で反射された後、第４ダイクロイックミラー４６に入射する。第４ダイクロイックミラー４６に入射した赤色光は、第２ダイクロイックミラー４３を透過した後、リレーレンズ系５を介してライドガイド６に入射する。ライドガイド６に入射した光、すなわち緑色光、オレンジ光および赤色光は、第１実施形態と同様の光路を介して、ウェハＷの表面に形成されたウェハマークを照明する。
【００４４】
第２実施形態では、３つのＤＭＤ４２、４５および４７のうち、任意の１つのＤＭＤをＯＮ状態に設定することにより、緑色光、オレンジ光および赤色光から選択された１つの光でウェハマークを照明することができる。具体的には、第１ＤＭＤ４２をＯＮ状態に設定し且つ第２ＤＭＤ４５および第３ＤＭＤ４７をＯＦＦ状態に設定することにより、緑色光でウェハマークを照明することができる。同様に、第２ＤＭＤ４５をＯＮ状態に設定し且つ第１ＤＭＤ４２および第３ＤＭＤ４７をＯＦＦ状態に設定することによりオレンジ光で、第３ＤＭＤ４７をＯＮ状態に設定し且つ第１ＤＭＤ４２および第２ＤＭＤ４５をＯＦＦ状態に設定することにより赤色光で、ウェハマークを照明することができる。
【００４５】
また、３つのＤＭＤ４２、４５および４７のうち、任意の２つのＤＭＤをＯＮ状態に設定することにより、緑色光、オレンジ光および赤色光から選択された２つの光を組み合わせた任意の波長域の光でウェハマークを照明することができる。もちろん、第１ＤＭＤ４２、第２ＤＭＤ４５および第３ＤＭＤ４７をＯＮ状態に設定することにより、白色光でウェハマークを照明することもできる。さらに、各ＤＭＤにおいて、ＯＮ状態の微小ミラーの数とＯＦＦ状態の微小ミラーの数との比率を適宜変化させたり、照明光をパルス光に変換して微小ミラーのＯＮ時間とＯＦＦ時間との比率を適宜変化させたりして、照明光の光量を切り換えることもできる。
【００４６】
以上のように、第２実施形態の位置検出装置ＰＤでは、３つのＤＭＤ４２と４５と４７との協働作用により、ウェハマークに対する照明光の波長域の切り換えおよび光量の切り換えを瞬時に行うことができる。この場合、ウェハマークに対する照明光の波長域の切り換えや光量の切り換えに際して照明光をパルス光に変換し、撮像素子３３における時分割により各波長域や各光量の照明光に対応するウェハマークの画像信号を順次迅速に得ることができる。例えば、ＣＣＤのような撮像素子を用いた場合、１／６０秒毎に１枚の画像データを得ることができるものが多い。よって、ＣＣＤの画像形成タイミングと同期させて波長を切り換えていくと、次々と波長の異なる照明光を用いた画像データが得られる。また、光量を切り換えたデータも同様に逐次得られる。これらの画像データを順次画像処理し最も良好なものを自動的に選択し、位置計測に使用することもできる。こうして、第２実施形態の位置検出装置ＰＤにおいても第１実施形態と同様に、ウェハマークに対する照明条件を迅速に且つ多様に切り換えて、ウェハマークの特性に応じた適切な照明条件のもとで、ウェハマークの位置ひいてはウェハＷの位置を高精度に検出することができる。
【００４７】
図６は、本発明の第３実施形態にかかる位置検出装置の構成を概略的に示す図である。第３実施形態の位置検出装置は第１実施形態と類似の構成を有するが、光源１とリレーレンズ系１１との間の光路中の構成が第１実施形態と相違している。以下、第１実施形態との相違点に着目して第３実施形態を説明する。図６を参照すると、第２実施形態では、リレーレンズ系２を介した光源１からの照明光（５３０ｎｍ〜８００ｎｍ）は、ライトガイド５１に入射する。
【００４８】
ライトガイド５１は、１つの入射端と２つの射出端とを有する２分岐ライトガイドである。２分岐ライトガイド５１の内部を伝搬し、その第１射出端５１ａから射出された光は第１照明光路へ導かれ、第２射出端５１ｂから射出された光は第２照明光路へ導かれる。第１射出端５１ａから射出されて第１照明光路へ導かれた照明光は、リレーレンズ系５２ａを介して、第１ＤＭＤ５３ａに入射する。第１ＤＭＤ５３ａで反射された照明光は、コンデンサーレンズ５４ａを介して、ライトガイド５５ａの入射端をケーラー照明する。
【００４９】
ライトガイド５５ａの内部を伝搬した照明光は、その射出端から射出された後、コンデンサーレンズ５６ａを介して、照明絞り５７ａを照明する。照明絞り５７ａを通過した光は、ハーフプリズム５８で反射された後、第１実施形態と同様の光路を介して、ウェハＷの表面に形成されたウェハマークを照明する。一方、第２射出端５１ｂから射出されて第２照明光路へ導かれた照明光は、リレーレンズ系５２ｂを介して、第２ＤＭＤ５３ｂに入射する。第２ＤＭＤ５３ｂで反射された照明光は、コンデンサーレンズ５４ｂを介して、ライトガイド５５ｂの入射端をケーラー照明する。
【００５０】
ライトガイド５５ｂの内部を伝搬した照明光は、その射出端から射出された後、コンデンサーレンズ５６ｂを介して、照明絞り５７ｂを照明する。照明絞り５７ｂを通過した光は、ハーフプリズム５８を透過した後、第１実施形態と同様の光路を介して、ウェハＷの表面に形成されたウェハマークを照明する。照明絞り５７ａおよび照明絞り５７ｂは、第１実施形態における照明絞り１０と同様に、ウェハＷの表面と光学的に共役な位置またはその近傍に配置され、矩形状の第１開口部とスリット状の第２開口部とを有する。
【００５１】
第３実施形態では、第１照明光路（５２ａ〜５７ａ）が照明σ（シグマ）の比較的小さい小σ光路に対応し、第２照明光路（５２ｂ〜５７ｂ）が照明σ（シグマ）の比較的大きい大σ光路に対応している。ここで、照明σは、ウェハマークを照明する照明系の開口数／ウェハマークの像を形成する結像系の開口数で定義される。具体的には、コンデンサーレンズ５６ａの焦点距離とコンデンサーレンズ５６ｂの焦点距離とが同じ場合には、ライトガイド５５ａの射出端面の方がライトガイド５５ｂの射出端面よりも小さく設定されている。あるいは、ライトガイド５５ａの射出端面とライトガイド５５ｂの射出端面とが同じ場合には、コンデンサーレンズ５６ａの焦点距離の方がコンデンサーレンズ５６ｂの焦点距離よりも大きく設定されている。
【００５２】
第３実施形態では、第１ＤＭＤ５３ａをＯＮ状態に設定し且つ第２ＤＭＤ５３ｂをＯＦＦ状態に設定することにより、小σ状態でウェハマークを照明することができる。逆に、第２ＤＭＤ５３ｂをＯＮ状態に設定し且つ第１ＤＭＤ５３ａをＯＦＦ状態に設定することにより、大σ状態でウェハマークを照明することができる。さらに、各ＤＭＤにおいて、ＯＮ状態の微小ミラーの数とＯＦＦ状態の微小ミラーの数との比率を適宜変化させたり、照明光をパルス光に変換して微小ミラーのＯＮ時間とＯＦＦ時間との比率を適宜変化させたりして、照明光の光量を切り換えることもできる。
【００５３】
以上のように、第３実施形態の位置検出装置ＰＤでは、比較的小さい照明σに対応した第１照明光路（５２ａ〜５７ａ）中に配置された第１ＤＭＤ５３ａと比較的大きい照明σに対応した第２照明光路（５２ｂ〜５７ｂ）中に配置された第２ＤＭＤ５３との協働作用により、ウェハマークに対する照明光の光路（ひいては照明σ）の切り換えおよび光量の切り換えを瞬時に行うことができる。この場合、ウェハマークに対する照明光の光路の切り換えや光量の切り換えに際して照明光をパルス光に変換し、撮像素子３３における時分割により各波長域または各光量の照明光に対応するウェハマークの画像信号を順次迅速に得ることができる。例えば、ＣＣＤのような撮像素子を用いた場合、１／６０秒毎に１枚の画像データを得ることができるものが多い。よって、ＣＣＤの画像形成タイミングと同期させて照明光の光路ひいては照明σ条件を切り換えていくと、２種類の照明条件を用いた画像データが高速に得られる。また、更にそれぞれの条件で光量を切り換えたデータも同様に逐次得ることができる。これらの画像データを順次画像処理し最も良好なものを自動的に選択し、位置計測に使用することもできる。こうして、第３実施形態の位置検出装置ＰＤにおいても第１実施形態と同様に、ウェハマークに対する照明条件を迅速に且つ多様に切り換えて、ウェハマークの特性に応じた適切な照明条件のもとで、ウェハマークの位置ひいてはウェハＷの位置を高精度に検出することができる。
【００５４】
図７は、本発明の第３実施形態の変形例にかかる位置検出装置の構成を概略的に示す図である。図７の変形例の位置検出装置は第３実施形態と類似の構成を有するが、リレーレンズ系５２およびＤＭＤ５３に代えてシャッター部材５９を用いている点が第３実施形態と相違している。以下、第３実施形態との相違点に着目して図７の変形例を説明する。
【００５５】
図７を参照すると、第３実施形態の変形例では、２分岐ライトガイド５１の第１射出端５１ａから射出されて第１照明光路へ導かれた照明光は、コンデンサーレンズ５４ａを介して、ライトガイド５５ａの入射端をケーラー照明する。一方、２分岐ライトガイド５１の第２射出端５１ｂから射出されて第２照明光路へ導かれた照明光は、コンデンサーレンズ５４ｂを介して、ライトガイド５５ｂの入射端をケーラー照明する。第１射出端５１ａとコンデンサーレンズ５４ａとの間には第１照明光路に対して挿脱自在に構成された第１シャッター部材５９ａが配置され、第２射出端５１ｂとコンデンサーレンズ５４ｂとの間には第２照明光路に対して挿脱自在に構成された第２シャッター部材５９ｂが配置されている。
【００５６】
したがって、第３実施形態の変形例では、第２シャッター部材５９ｂを第２照明光路中に挿入し且つ第１シャッター部材５９ａを第１照明光路から退避させることにより、小σ状態でウェハマークを照明することができる。逆に、第１シャッター部材５９ａを第１照明光路中に挿入し且つ第２シャッター部材５９ｂを第２照明光路から退避させることにより、大σ状態でウェハマークを照明することができる。ただし、第３実施形態の変形例では、第３実施形態とは異なり、照明光の光量を切り換えることはできない。
【００５７】
図８は、本発明の第４実施形態にかかる位置検出装置の構成を概略的に示す図である。第４実施形態の位置検出装置は第１実施形態と類似の構成を有するが、ライトガイド８とコンデンサーレンズ９との間の光路中にリレーレンズ６１および第１ＤＭＤ６２が付設されていること、および開口絞り２０に代えて第２ＤＭＤ６３が配置されていることが第１実施形態と相違している。以下、第１実施形態との相違点に着目して第４実施形態を説明する。なお、図８では、図面の明瞭化のために、信号処理系２５だけでなく、光源１からライトガイド８までの構成の図示を省略している。
【００５８】
第４実施形態では、ライトガイド８から射出された照明光が、リレーレンズ６１を介して、第１ＤＭＤ６２に入射する。第１ＤＭＤ６２で反射された照明光は、コンデンサーレンズ９の集光作用を受けた後、第１実施形態と同様の光路を介して、ウェハＷの表面に形成されたウェハマークを照明する。ここで、ライトガイド８の射出面は、リレーレンズ６１を介して、第１ＤＭＤ６２の反射面と光学的にほぼ共役に配置されている。また、第１ＤＭＤ６２の反射面は、ウェハＷの表面とフーリエ変換の関係にある瞳面位置またはその近傍に配置されている。換言すれば、第１ＤＭＤ６２の反射面は、照明瞳面（またはその近傍）に配置されている。
【００５９】
また、第４実施形態では、視野絞り１８を通過したマーク反射光が、第３対物レンズ１９を介して、第２ＤＭＤ６３に入射する。第２ＤＭＤ６３で反射された照明光は、第４対物レンズ２１の集光作用を受けた後、第１実施形態と同様の光路を介して、ウェハマーク検出用ＣＣＤ２４に達する。ここで、第２ＤＭＤ６３の反射面も第１ＤＭＤ６２と同様に、ウェハＷの表面とフーリエ変換の関係にある瞳面位置またはその近傍に配置されている。換言すれば、第２ＤＭＤ６３の反射面は、結像瞳面（またはその近傍）に配置されている。
【００６０】
図９は、第４実施形態において照明瞳面に配置された第１ＤＭＤおよび結像瞳面に配置された第２ＤＭＤの動作を示す図である。図９において、斜線部は反射光を照明光路の外へ導くためにＯＦＦ状態に設定された微小ミラー領域を示し、白抜き部は反射光を照明光路に沿って導くためにＯＮ状態に設定された微小ミラー領域を示している。図９においては説明を容易にするために、光軸と平行な方向から第１および第２ＤＭＤを観察した際の形状、すなわち第１および第２ＤＭＤを光軸に垂直な面内に投影した際の微小ミラーの分布形状を示している。図８に示した配置では、第１および第２ＤＭＤが光軸に対して４５度に近い角度に設置されているので、例えば図９に示す円形形状は、第１および第２ＤＭＤの面の法線方向から観察すると楕円形状となる。図９（ａ）に示す状態では、照明瞳面に配置された第１ＤＭＤ６２において、光軸を中心とする大きな円形状領域７１の微小ミラーがＯＮ状態に設定されている。
【００６１】
図９（ｂ）に示す状態では、第１ＤＭＤ６２において、光軸を中心とする輪帯状領域７２の微小ミラーがＯＮ状態に設定されている。図９（ｃ）に示す状態では、第１ＤＭＤ６２において、光軸を中心とする円形状領域であって図９（ａ）の円形状領域７１よりも小さい円形状領域７３の微小ミラーがＯＮ状態に設定されている。図９（ｄ）に示す状態では、第１ＤＭＤ６２において、光軸を中心とする円形状領域であって図９（ｃ）の円形状領域７３よりも小さい円形状領域７４の微小ミラーがＯＮ状態に設定されている。
【００６２】
図９（ｅ）に示す状態では、結像瞳面に配置された第２ＤＭＤ６３において、光軸を中心とする大きな円形状領域７５の微小ミラーがＯＮ状態に設定されている。図９（ｆ）に示す状態では、第２ＤＭＤ６３において、光軸を中心とする円形状領域であって図９（ｅ）の円形状領域７５よりも小さい円形状領域７６の微小ミラーがＯＮ状態に設定されている。図９（ｇ）に示す状態では、第２ＤＭＤ６３において、光軸を中心とする輪帯状領域７７の微小ミラーがＯＮ状態に設定されている。
【００６３】
第４実施形態では、第１ＤＭＤ６２を図９（ａ）に示す状態に設定し且つ第２ＤＭＤ６３を図９（ｅ）に示す状態に設定することにより、照明σの比較的大きい状態すなわち大σ状態でウェハマークの照明および位置検出を行うことができる。また、第１ＤＭＤ６２を図９（ｃ）に示す状態に設定し且つ第２ＤＭＤ６３を図９（ｅ）に示す状態に設定することにより、照明σが中程度に大きい状態すなわち中σ状態でウェハマークの照明および位置検出を行うことができる。また、第１ＤＭＤ６２を図９（ｄ）に示す状態に設定し且つ第２ＤＭＤ６３を図９（ｅ）に示す状態に設定することにより、照明σが比較的小さい状態すなわち小σ状態でウェハマークの照明および位置検出を行うことができる。
【００６４】
さらに、第１ＤＭＤ６２を図９（ｂ）に示す状態に設定し且つ第２ＤＭＤ６３を図９（ｅ）に示す状態に設定することにより、いわゆる輪帯照明状態でウェハマークの照明および位置検出を行うことができる。また、第１ＤＭＤ６２を図９（ｂ）に示す状態に設定し且つ第２ＤＭＤ６３を図９（ｆ）に示す状態に設定することにより、いわゆる暗視野照明状態でウェハマークの照明および位置検出を行うことができる。また、第１ＤＭＤ６２を図９（ｄ）に示す状態に設定し且つ第２ＤＭＤ６３を図９（ｇ）に示す状態に設定することにより、いわゆる中心遮蔽の暗視野照明状態でウェハマークの照明および位置検出を行うことができる。
【００６５】
以上のように、第４実施形態の位置検出装置ＰＤでは、照明瞳面に配置された第１ＤＭＤ６２と結像瞳面に配置された第２ＤＭＤ６３との協働作用により、照明σや変形照明などに関する照明条件の切り換えを瞬時に行うことができる。こうして、第４実施形態の位置検出装置ＰＤにおいても第１実施形態と同様に、ウェハマークに対する照明条件を迅速に且つ多様に切り換えて、ウェハマークの特性に応じた適切な照明条件のもとで、ウェハマークの位置ひいてはウェハＷの位置を高精度に検出することができる。
【００６６】
さらにより能動的な使用方法として、ウェハマークが非常に観察しにくい場合に有効な手法を以下に説明する。たとえば、図８のウェハＷ上のウェハマークが非常に低段差でコントラストが無いマークの場合や、マーク表面が滑らかではなく荒れている場合等には、照明結像条件を任意に可変させてマークが良く見える状態を見つけ出し、その状態で検出することが可能となる。その場合、第１ＤＭＤ６２および第２ＤＭＤ６３によって形成される照明系内の瞳位置における反射光分布パターンと、結像系内の瞳位置における反射光分布パターンとは、図９に示すパターンには限られず、いかようなパターン分布であっても設定することができる。
【００６７】
また、図９に示す円形状パターンの中心点をシフトさせたパターンを用いることにより、照明系、結像系の各瞳位置の反射光束を平行シフトさせることが可能となる。その結果、ウェハマークを斜め方向から照明したり、受光光束の中心線（受光光束の光量重心線）を倒したり（受光側のテレセントリック性を倒したり）といったことも可能となる。ウェハの平面度が悪い場合やウェハが傾いている場合等には、結像特性を向上させるための有効な補正手段となる。また、ウェハマーク形状誤差が大きい場合には、ウェハがデフォーカスした状態で計測すると位置がずれて計測されてしまうケースかあるが、このような誤差を減らす効果もある。
【００６８】
このように、各ＤＭＤの反射パターンを適宜変え、光学系の照明結像特性をウェハマークに対して最適化することができる。また、そのような最適化は、予め最適化プログラムを装置制御系に設定しておけば、ＤＭＤの微細ミラー配置を高速に可変させ、画像処理を行うことで自動的に行うことも可能である。
【００６９】
また、第４実施形態の構成を光学系の検査に用いると、ウェハＷから撮像素子２４に至る光路からなる結像光学系の収差を計測することも可能である。検査用のウェハマークとして、例えば暗視野のピンホール物体（ピンホール部分のみが強度分布を持つマーク）を用い、その像を撮像素子２４で計測できるようにしておく。また、ＤＭＤ６２は図９（ａ）の状態とし、ＤＭＤ６３は図９（ｅ）の状態とする。この状態では、照明ＮＡ（開口数）は受光ＮＡ（開口数）よりも大きく設定される。このような状態で、ＤＭＤ６３の図９（ｅ）内のＯＮとなっている円形領域部分を形成するミラーを、例えば一旦すべてＯＦＦし、端から順に逐次一つずつＯＮさせる動作を全ての前記領域内のミラーに対して行い、各状態でピンホール像を検出し更にピンホール位置を計測する。この際のピンホール位置のずれは、いわゆるハルトマン法による収差計測に相当し、微小ミラーにより反射された光束が十分小さければ、いわゆる光線追跡と同様の光線収差を表す。よって、通常の光線追跡のように、円形領域部分の中心にある微小ミラーによるピンホール像位置を基準に、その他の微小ミラーによるピンホール像横ずれ量を求めれば、いわゆる光線追跡を行ったと同様の疑似光線追跡が可能となる。物体ピンホール位置を視野内で適宜変えることにより、ディストーションや像面湾曲を含め、いわゆるザイデル５収差を疑似光線追跡結果として得ることができる。なお、この擬似光線追跡結果に基づいて、より高次の収差や、波面収差、波面収差のツェルニケ係数をも求めることが可能である。また、複数の波長ごとに計測を行えば色収差も得ることができる。
【００７０】
上述の実施形態にかかる露光装置では、照明光学装置によってマスク（レチクル）を照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、上述の実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図１０のフローチャートを参照して説明する。
【００７１】
先ず、図１０のステップ３０１において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、そのｌロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、上述の実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ３０４において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。
【００７２】
また、上述の実施形態の露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図１１のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図１１において、パターン形成工程４０１では、上述の実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィー工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程４０２へ移行する。
【００７３】
次に、カラーフィルター形成工程４０２では、Ｒ（Ｒｅｄ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程４０２の後に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立て工程４０３では、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルター等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。セル組み立て工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。
【００７４】
その後、モジュール組み立て工程４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。
【００７５】
なお、上述の各実施形態では、ウェハＷに形成されたウェハマークを照明し、結像光学系を介して得られたウェハマーク像の位置情報に基づいてウェハＷの位置を検出する位置検出装置に対して本発明を適用している。しかしながら、これに限定されることなく、物体に形成されたマークを照明し、結像光学系を介して形成されたマーク像の位置情報に基づいて物体の位置を検出する一般的な位置検出装置に対して本発明を適用することもできる。また、物体に照明光を照射し、照明された物体からの光に基づいて物体を観察する観察装置に対しても同様に、本発明を適用することができる。また、上述の各実施形態は、本実施例で示したＤＭＤと同様の機能を持つ反射型位相変調素子に対して適用することができる。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の位置検出装置または観察装置では、入射光束の反射方向を独立的に変更可能な多数の微小ミラーを有する反射型空間変調素子の作用により、照明光の光量、照明光の波長域、照明光の光路などに関する条件を瞬時に切り換えることができる。その結果、たとえばマークに対する照明条件を迅速に且つ多様に切り換えて、マークの特性に応じた適切な照明条件のもとで、マークの位置を高精度に検出することができる。
【００７７】
したがって、本発明にしたがう高精度な位置検出装置または観察装置を用いる露光装置および露光方法では、たとえば投影光学系に対してマスクと感光性基板とを高精度に位置合わせして良好な露光を行うことができ、ひいては良好な露光により良好なマイクロデバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の各実施形態にかかる位置検出装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態にかかる位置検出装置の構成を概略的に示す図である。
【図３】図２中の照明絞りの構成を概略的に示す図である。
【図４】第１実施形態におけるＤＭＤの動作を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態にかかる位置検出装置の構成を概略的に示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態にかかる位置検出装置の構成を概略的に示す図である。
【図７】本発明の第３実施形態の変形例にかかる位置検出装置の構成を概略的に示す図である。
【図８】本発明の第４実施形態にかかる位置検出装置の構成を概略的に示す図である。
【図９】第４実施形態において照明瞳面に配置された第１ＤＭＤおよび結像瞳面に配置された第２ＤＭＤの動作を示す図である。
【図１０】マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法のフローチャートである。
【図１１】マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。
【符号の説明】
ＰＤ  位置検出装置
ＩＬ  露光用照明系
Ｒ  レチクル
ＲＳ  レチクルステージ
ＰＬ  投影光学系
Ｗ  ウェハ
ＷＨ  ウェハホルダ
ＺＳ  Ｚステージ
ＸＹ  ＸＹステージ
ＳＣ  ステージ制御系
ＭＣ  主制御系
１  ハロゲンランプ
６，８  ライトガイド
１３  第１対物レンズ
１５  指標板
１７  第２対物レンズ
２３  ダイクロイックミラー
２４，２７  ＣＣＤ
２５  信号処理系
３０  瞳分割ミラー
３１  結像レンズ
３２  シリンドリカルレンズ
３３  撮像素子（ラインセンサ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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