(57)【要約】【課題】圧力の異なる領域を隔離する部材に変形が起きても、かかる部材を光路中に有する光学系の光学性能を劣化させることなく、高精度に計測可能な位置計測装置を提供する。【解決手段】被検出体の位置を光を用いて検出する位置検出装置であって、前記被検出体を光学的にフーリエ変換した面及び前記フーリエ変換した面と共役な面のうち光線有効径が最も大きい面以外の面の近傍に、圧力の異なる２つの空間を隔離する光学素子を配置したことを特徴とする位置検出装置を提供する。【選択図】          図１
2004239648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出体の位置を光を用いて検出する位置検出装置であって、
前記被検出体を光学的にフーリエ変換した面及び前記フーリエ変換した面と共役な面のうち光線有効径が最も大きい面以外の面の近傍に、圧力の異なる２つの空間を隔離する光学素子を配置したことを特徴とする位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般には、位置検出装置に係り、特に、微細な回路パターンを転写するための露光装置に設けられる位置検出装置に関する。本発明は、例えば、露光光源として紫外線や極紫外線（ＥＵＶ：Ｅｘｔｒｅｍｅ  ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）を用いて、露光光路をパージする露光装置に好適である。
【０００２】
【従来の技術】
フォトリソグラフィー（焼き付け）技術を用いて半導体メモリや論理回路などの微細な半導体素子を製造する際に、レチクル又はマスク（本出願ではこれらの用語を交換可能に使用する。）に描画された回路パターンを投影光学系によってウェハ等に投影して回路パターンを転写する縮小投影露光装置が従来から使用されている。
【０００３】
縮小投影露光装置で転写できる最小の寸法（解像度）は、露光に用いる光の波長に比例し、投影光学系の開口数（ＮＡ）に反比例する。従って、波長を短くすればするほど、解像度はよくなる。このため、近年の半導体素子の微細化への要求に伴い露光光源は、超高圧水銀ランプ（ｉ線（波長約３６５ｎｍ））、ＫｒＦエキシマレーザー（波長約２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（波長約１９３ｎｍ）と用いられる紫外線光の波長は短くなってきた。しかし、半導体素子は急速に微細化しており、紫外線光を用いたリソグラフィーでは限界がある。そこで、非常に微細な回路パターンを効率よく転写するために、より短波長紫外線光のＦ２レーザー（波長約１５７ｎｍ）や紫外線光よりも更に波長が短い、波長１０ｎｍ乃至１５ｎｍ程度の極端紫外線（ＥＵＶ：ｅｘｔｒｅｍｅ  ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光を露光光源として用いた縮小投影露光装置（以下、「ＥＵＶ露光装置」と称する。）が開発されている。
【０００４】
また、投影露光装置においては、スループット（単位時間当たり処理される枚数）の向上も要求されている。スループットの向上には、各被処理体に対する露光時間を短縮するため、露光光の照度、即ち、被処理体に照射される単位時間当たりの光量を増加させる必要がある。しかし、短波長化した光は、物質による吸収も非常に大きくなり、空気（酸素）中を通過するだけでも光強度が著しく減少する。そこで、短波長化した光、即ち、Ｆ２レーザーやＥＵＶ光を露光光源として用いる縮小投影露光装置では、露光光が通過する光路領域を密閉空間とし、かかる密閉空間を有機物や酸素等の不純物が除去された高純度の気体（例えば、高純度のヘリウムや窒素などのパージガス）で置換する、又は、露光光が通過する光路領域を真空にすることによって光強度の減少を抑え、ウェハに到達する光量を確保している。
【０００５】
特に、ＥＵＶ光では、レンズを透過することによる光量減少が著しいため、可視光や紫外光で用いられるようなレンズを用いた光学系を介した後では、ウェハに到達する光はほとんどゼロとなる。そこで、ＥＵＶ露光装置では、密閉した露光光路付近を高真空状態に維持すると共に反射ミラーのみで構成された光学系を用いることによってウェハに到達する光量を確保している。
【０００６】
従来の露光装置は、光源、照明光学系、レチクル、投影光学系、ステージ及び露光光の光路付近をパージガスで置換した（又は真空にした）パージ領域と、かかるパージ領域以外の外部領域とを隔てる隔壁を設けることで密閉空間を形成している。また、露光装置には、オフアクシス（Ｏｆｆａｘｉｓ）アライメント光学系（以下、「ＯＡ光学系」と称する。）、レチクルアライメント光学系、フォーカス検出系、ウェハ位置検出干渉計などの各種検出光学系を構成する必要がある。
【０００７】
ウェハ上のアライメントマークを検出することでウェハ位置の検出をするＯＡ光学系の対物レンズは、ベースライン量と呼ばれる露光位置とＯＡ光学系の計測位置の間隔をなるべく小さくするため、露光領域のできるだけ近傍に配置することが好ましい。ＯＡ光学系でのアライメント後にベースライン量の分だけ露光位置までウェハを送り込むため、ベースライン量が安定していること及びベースライン量を小さくして誤差を小さくすることがアライメント精度にとって極めて重要だからである。従って、ＯＡ光学系の一部をパージ領域内に配置することとなる。
【０００８】
また、レチクルの位置を検出するレチクルアライメント光学系は、レチクルが露光光路中に配置されているため、検出系の一部をパージ領域内に配置しなければならない。その他、被検出物体がパージ領域内に存在するフォーカス検出系、ウェハ位置検出干渉計なども、その光学系の一部をパージ領域内に配置する必要がある。
【０００９】
従って、パージ領域と外部領域とを跨ぐこれらの検出光学系は、光路中且つパージ領域と外部とを隔てる隔壁に透過窓部材を設けることで、密封空間を維持しながらその光学系の一部をパージ領域内に配置することを達成している。ここで、透過窓部材は、透過率の高い硝材であればよく、検出光の波長などに基づいて最適なものを適宜選んでいる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、パージ領域内は、パージガスを供給していることや真空にしていることから外部領域とは異なる圧力となっている（特に、パージ領域を真空にしている場合には、２つの領域の圧力差は非常に大きい）ため、２つの領域を隔てる隔壁に設けられた透過窓部材に大きな力が加わり、透過窓部材の形状が変形している場合がある。これにより、本来の設計値では想定していなかった変形や偏心が検出光学系の光路中に設けた透過窓部材で発生し、かかる検出光学系の倍率や色ずれ、ディストーションなどの収差を引き起こして検出精度が劣化してしまう。
【００１１】
ここで、図１４を参照して、圧力差に起因する透過窓部材の形状の変形について説明する。図１４は、圧力差に起因する透過窓部材の形状の変形を示す概略断面図である。図１４（ａ）は、パージ領域ＰＥと外部領域ＯＥとを隔てる隔壁１１００に透過窓部材１０００が設けられている。この時点では、透過窓部材１０００に力が加わっておらず、形状の変形などもない。
【００１２】
パージ領域ＰＥを、例えば、真空にすると、パージ領域ＰＥ内の圧力が減少して図１４（ｂ）に示すように、透過窓部材１０００にパージ領域ＰＥ内へ向かう力Ｐ１が加わる。これにより、透過窓部材１０００は、メニスカスレンズ状に変形する。なお、例えば、パージ領域ＰＥに高純度のパージガスを供給し、パージ領域ＰＥの圧力が上昇した場合は、透過窓部材１０００に力Ｐ１と逆向きの力が加わる。
【００１３】
また、このとき透過窓部材１０００には垂直な方向の力Ｐ１が加わっているので、発生する複屈折は入射する光の偏光方向と垂直な方向を有し、光学性能にはほとんど影響しない。しかし、透過窓部材１０００は、隔壁１１００で保持されているため、透過窓部材１０００に力Ｐ１が加わった場合、力Ｐ２が発生する。透過窓部材１０００に力Ｐ２が加わると、入射する光の偏光方向と平行な方向で複屈折を発生させるために入射光の偏光に対して影響を起こす。
【００１４】
また、パージ領域ＰＥ内を真空にした場合、極めて大きな力が隔壁１１００や透過窓部材１０００に加わることになる。従って、図１４（ｃ）に示すように、隔壁１１００の撓みや歪みも十分に考えられる。図１４（ｃ）には、隔壁１１００がパージ領域ＰＥ内に角度θだけ撓んだ状態を模式的に示した。このとき、透過窓部材１０００は、圧力差による変形を受けたまま隔壁１１００と共に角度θだけ撓む。即ち、光軸に対して傾く角度θ（以下、「傾き偏心」と称する。）だけを偏心の要素と考えるのではなく、傾き偏心に伴って光軸に対して垂直方向にずれるΔｄ（以下、「平行偏心」と称する。）も考慮に入れる必要がある。
【００１５】
こうした透過窓部材の変形は、製造時のものや装置を使用している際の経時変化として発生する可能性がある。特に、経時変化が発生した場合、最初の調整だけではなく定期的な調整が必要となり、定期的な調整を行わないと大きな計測精度の劣化が生じてしまう。
【００１６】
一方、パージ領域と外部領域とを跨ぐ検出光学系の全ての要素をパージ領域内に配置することも考えられるが、かかる要素の中には熱源となるものも含まれているため、保持機構や他部材に熱変形を与えてしまい投影光学系のずれや計測精度の劣化などを引き起こしてしまう場合がある。従って、検出光学系の全てをパージ領域内に配置することもできない。
【００１７】
そこで、本発明は、圧力の異なる領域を隔離する部材に変形が起きても、かかる部材を光路中に有する光学系の光学性能を劣化させることなく、高精度に計測可能な位置計測装置を提供することを例示的目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての位置検出装置は、被検出体の位置を光を用いて検出する位置検出装置であって、前記被検出体を光学的にフーリエ変換した面及び前記フーリエ変換した面と共役な面のうち光線有効径が最も大きい面以外の面の近傍に、圧力の異なる２つの空間を隔離する光学素子を配置したことを特徴とする。
【００１９】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明について説明する。なお、各図において同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００２１】
本発明者は、圧力の異なる領域を隔離する部材に変形が起きても、かかる部材を光路中に有する光学系の光学性能を劣化させることなく、高精度に計測可能な位置計測装置を提供するにあたり、図１４に示した変形した透過窓部材１０００の代替として平行な平面で構成された光学部材にある特定の曲率を与え、かかる光学部材を検出光学系の光路中に配置し、その状態での光学部材の裏表格面の傾き偏心、曲率変形を有する光学部材の平行偏心及び傾き偏心を考慮することで、光学部材の変形により生じる結像光学系の性能の変化について鋭意検討を行った。
【００２２】
図６は、基本的な検出光学系１０において、曲率変形を有する光学部材の配置位置を示す概略模式図である。ここでは、両側テレセントリックな光学系を例示しているが、この限りではなく、物体側のみがテレセンの片側テレセントリックでも、像面側のみがテレセンの片側テレセントリックでも、テレセントリックでない光学系であっても構わない。
【００２３】
検討した検出光の波長は５００ｎｍ乃至７００ｎｍで基本波長として中心の６００ｎｍ、検出光の波長の違いによる光学性能の変化の差（以下、「色ずれ」と称する。）を見るときは両端の５００ｎｍでの結果と７００ｎｍでの結果の差を見ている。
【００２４】
図６に示す検出光学系１０は、物体面から射出した軸上及び軸外光線を対物レンズ１１及びリレーレンズ１２で１度結像し中間像面１３を形成している。１４は対物レンズ１１及びリレーレンズ１２の瞳位置に設置した絞り（瞳）を示している。中間像面１３で１度結像した光線は、結像レンズ前群１５及び結像レンズ１６によって像面に再結像される。１７は結像光学系である結像レンズ前群１５及び結像レンズ１６の瞳位置に設置した絞り（瞳）を示している。なお、対物レンズ１１及びリレーレンズ１２では１０倍、結像光学系（結像レンズ前群１５及び結像レンズ１６）では５倍、トータル５０倍の横倍率βを有する検出光学系１０を想定している。また、瞳１４と瞳１７との径の大きさの比は、
瞳１４：瞳１７＝６．２：１．０
である。
【００２５】
ここで、光学部材を配置する場所として、対物レンズ１１とリレーレンズ１２との間にある絞り（瞳：物体面とはフーリエ変換の関係）１４近傍（図中位置ａ）、リレーレンズ１２と中間像面１３との間のリレーレンズ１２近傍（図中位置ｂ）、中間像面１３近傍（図中位置ｃ）、絞り（瞳）１７と結像レンズ後群１６との間（図中物体面側から位置ｄ、位置ｅ及び位置ｆ）、結像レンズ後群１６と像面の間（図中位置ｇ）の７箇所について、光学部材を配置し、曲率を与えて偏心させることにより結像光学系の光学的性能の変化を調べた。
【００２６】
図７は、図６に示す検出光学系１０において、各位置に配置した光学部材を変形させて検討した結果を示す表である。図７を参照するに、光学部材を所定の場所（位置ａ乃至位置ｇ）へ配置した状態から光学部材の各面へ変形（曲率）を加えたとき、光学部材の各面へ変形（曲率）を加えた後、光学部材を平行偏心させたとき、光学部材の各面へ変形（曲率）を加えた後、光学部材を傾き偏心させたときの光学性能の変化量をそれぞれ示している。なお、図７に示す表中の数値は位置ｄでの値を基準（１．００）とし、基準との相対比を示している（但し、位置ｄでの値が０の場合は、位置ｂを基準とした）。
【００２７】
まず、光学部材の各面に変形（曲率）を加えたときの光学性能の変化の結果について検討する（図７に示す表中Ａ参照）。図７に示すように、光学部材の各面Ｒ１Ａ及びＲ２Ａに別々に曲率を与え、それぞれで発生した個別の収差を足し合わせることで、光学部材が変形した際の光学性能の変化量を見積もる。なお、ここで示す結果は、波長が基本波長６００ｎｍのときの結果である。
【００２８】
このとき、レンズ最終面である結像レンズ後群１６の像面側乃至像面までの距離ＳｋＡが位置ａ及び位置ｂに光学部材を配置すると大きく変化していることがわかる。特に、位置ｂでは位置ｄの２５５．４倍の変化と大きな値を示す。これは、像の結像位置が、例えば、パージ領域を真空する前に比べて、フォーカス方向に大きな変化をしていることを意味する。このため、距離ＳｋＡが大きな値となっている位置は透過窓部材の配置場所としては不適であると考えられる。
【００２９】
また、横倍率βＡも位置ｂで最も大きな変化量を示している。横倍率βＡが変化すると予定していた倍率の像とは違うものが撮像され、アライメント計測における位置ずれを引き起こすことが考えられる。
【００３０】
次に、光学部材の各面に変形（曲率）を加えたまま、各面をそれぞれ傾けたときに現れる光学性能への影響について検討する（図７に示す表中Ｂ参照）。図７に示すように、光学部材の各面Ｒ１Ｂ及びＲ２Ｂにそれぞれ曲率を与え、更に、光学部材の各面Ｒ１Ｂ及びＲ２Ｂに傾き偏心を加えることによって発生した光学性能への影響を光学部材の各面Ｒ１Ｂ及びＲ２Ｂ毎に算出する。これを足し合わせることで、光学部材の各面Ｒ１Ｂ及びＲ２Ｂが変形及び偏心した際の光学性能の変化量を見積もる。
【００３１】
このとき、顕著に表れた光学性能の変化は、光軸に対して垂直平面での波長毎の位置ずれ量の差異ｄｙＢ色ずれであった。特に、光学部材を配置した位置のうち最も大きな変化を示したのは位置ａでの位置ずれ量の差異ｄｙＢ色ずれであった。これは、広い波長領域を有する光をアライメント検出光として用いたときに、その波長によって結像位置が光軸と垂直な平面上で位置ずれを起こすことを示している。
【００３２】
また、光学部材の各面における波長に対する位置ずれ量ｄｙＢ単面色ずれについて見てみる。ここでは、光学部材の単面での敏感度を比較するため、光学部材を配置した各位置における各面での位置ずれ量の絶対値をそれぞれ算出し、平均したものを比較している。これによると、対物レンズ１１及びリレーレンズ１２での瞳位置（絞り１４）である位置ａと結像レンズ後群１６近傍の位置ｆ、結像レンズ後群１６と像面との間の位置ｇで大きな値を示している。光学部材の変形は、光学部材の両面が同じ曲率を有するとは限らないため、単面での敏感度が高い場合は大きなずれ量を示すことが考えられる。
【００３３】
また、光学部材の単面の変形が検出光学系１０へ与える影響の変化量を見ると、位置ｄ及び位置ｅが位置ｆと比べて小さいことがわかった。これは、位置ｄが瞳１７に近く、光線の有効径が小さいためであると考えられる。本実施形態における位置ｄ、位置ｅ及び位置ｆの有効径は、
位置ｄ：位置ｅ：位置ｆ＝１：２．４：３．６
となっている。従って、光線の有効径が小さい位置に透過窓部材を配置するとよいという結論を得た。
【００３４】
次に、傾き偏心（中心波長）として光学部材に変形（曲率）を加えたまま、光学部材自身を傾けたときの中心波長での光学性能の変化について検討する（図７に示す表中Ｃ参照）。まず、光軸に垂直な平面内での位置ずれ量ｄｙｃでは、位置ｂ及び位置ｃで大きな変化が見られた。次いで、位置ｇでも比較的大きな変化が見られる。
【００３５】
また、軸外に発生する球面収差（ハロ）ｗａｈｃでも、位置ｂ及び位置ｃに大きな変化が見られる。
【００３６】
軸外のコマ収差ｗａｃｃは、位置ｄ、位置ｅ、位置ｆ及び位置ｇでは見られず（ほぼゼロ）、位置ａ、位置ｂ及び位置ｃで変化量が見られた。これら収差が大きくなると、像のぼけなど本来のマーク像を撮像素子へ伝えるのではなく、本体の像とは違った像を撮像解析することとなるため、計測値の信頼性が落ちると共に計測値の安定にも影響を及ぼす。
【００３７】
ここでの色ずれｄｙｃ色ずれを見てみると、位置ｄ、位置ｅ及び位置ｆが大きく、それ以外の位置は小さな値を示している。しかし、光学部材の傾き偏心では、位置ｄ、位置ｅ及び位置ｆでの色ずれｄｙｃ色ずれが大きく出るとの結果を得たが、絶対量がそれほど大きくないため、問題にはならない。但し、実用上問題になる場合は、後述する色ずれ補正で十分補正できると考えられる。
【００３８】
更に、同程度の光線有効径での配置位置による光学性能への影響の与え方について検討する。例えば、図７に示す表を参照して位置ｃと位置ｄとを比較する。位置ｃは中間像面１３近傍、位置ｄは結像光学系の瞳１７位置近傍である。両者の光線有効径は、
位置ｃ：位置ｄ＝１：１．５
であり、位置ｄの方が大きい。しかしながら、図７に示す表中の数値を比較すると位置ｃの方が検出光学系１０に与える影響が大きいことがわかった。つまり、光線有効径がほぼ同じでも、透過窓部材を構成する位置によって光学性能への影響が変わることがわかる。
【００３９】
以上の結果から、位置ａ、位置ｂ及び位置ｃに透過窓部材を配置することにより検出光学系１０の性能が敏感に変化すること、光線有効径が小さい位置に透過窓部材を配置する必要があること、配置位置としては瞳近傍がよいことがわかった。
【００４０】
また、像面近傍の位置ｇでは、色ずれ量ｄｙｃが発生するが、それ以外は低い変化量を示しているので、色ずれの補正を行えば、透過窓部材の配置位置として有用であると考えられる。
【００４１】
そこで、透過窓部材を配置する場合は、図６に示す絞り（瞳）１７乃至結像レンズ後群１６の間がよく、特に、位置ｄが総合的に見てよいと結論づけた。
【００４２】
また、位置ｇも透過窓部材を配置する位置として有用であるが、色ずれが発生するので、これを補正する構成が必須である。
【００４３】
検出光学系１０の光学性能に影響を及ぼさない位置への透過窓部材の配置については、上述した通りであるが、図７の表に示すように、影響を及ぼさないといってもゼロではない。そこで、透過窓部材の代替として平行な平面で構成された光学部材を配置し、力がかかることによる光学部材の変形によって発生する検出光学系への影響の補正について説明する。
【００４４】
まず、図６を参照して、レンズ最終面である結像レンズ後群１６の像面側乃至像面までの距離ＳｋＡの補正について説明する。距離ＳｋＡの変化は、光軸のフォーカス方向へ結像位置がずれることで現れる。そこで、結像位置にある撮像素子の像面を光軸のフォーカス方向に動かすことにより距離ＳｋＡの変化を調整することができる。
【００４５】
経時変化を考えた場合、かかる調整は自動化することが望ましい。例えば、パージ領域と外部領域の圧力差を圧力計で常に測定しておく。測定した圧力値がある一定量以上変化したとき、透過窓部材の変形量が変わり、オフセット量が変化している可能性がある。そこで、撮像素子に駆動系を構成してアライメントマークの検出を行いながら撮像素子を駆動し、検出信号から最適な撮像素子の位置を決定する。又は、被検出体（ウェハなど）をフォーカス方向に駆動しながらアライメントマークを検出することにより最適な位置を決定してもよい。
【００４６】
次に、横倍率βＡの補正に関しては、透過窓部材を配置することにより変化した横倍率βＡをオフセット量として信号処理系で認識させ、それを反映した処理を行うことにより調整することができる。
【００４７】
こちらも経時変化を考えた場合、かかる調整は自動化することが望ましい。例えば、予めマーク間隔のわかっているアライメントマークを測定する。測定したマーク間隔を信号処理したとき、予めマーク間隔がわかっているので、現在の倍率オフセット量を考慮した画像上のマーク間隔もわかる。しかし、経時変化により透過窓部材の変形（曲率）量が変わっていると画像上のマークが変わるため、真の横倍率βＡを知ることができる。かかる真の横倍率βＡを使用して倍率補正を行う。
【００４８】
像面上での像の位置ずれｄｙに関しては、光路中に補正用の光学部材を配置することで調整を行う。図８は、光路中に配置した補正用の光学部材を傾けた場合の光軸と垂直に交わる平面上での像位置の変化を示す概略模式図である。
【００４９】
図８（ａ）は、画角をもった光線の結像状態を模式的に示したものであり、このとき、図示しない透過窓部材の変形により予め想定していた位置とは異なる位置ＩＰ´で結像していたとする。そこで、図８（ｂ）に示すように、補正用の光学部材２０を配置し、位置ずれ量に合わせて光学部材２０を傾ける。光学部材２０に入射した光線は、スネルの法則に従って光学部材２０の両面２０ａ及び２０ｂで屈折されて射出する。このとき、光学部材２０への入射光線と光学部材２０からの射出光線は平行である。光線が光学部材２０を透過した後に結像する位置ＩＰは、光学部材２０の傾けの度合いによって光軸と垂直な平面上での位置とフォーカスが変化する（図８（ｃ）参照）。しかし、検出光学系のような拡大系の場合、撮像素子付近ではＮＡが小さいためフォーカスの変化は無視することができる。そこで、像面上での像の位置ずれｄｙの変化に対して調整するには、補正用の光学部材２０を配置して傾けるのがよいと考えられる。
【００５０】
あるいは、撮像素子自体の平行偏心による調整も考えられる。距離ＳｋＡの調整の際には、フォーカス方向に撮像素子を動かし距離ＳｋＡを調整すると説明したが、ここでは像面上での像の位置ずれｄｙの変化に補正を加えるため光軸に垂直な平面内で移動できるようにしておけばよい。
【００５１】
また、像面上での像の位置ずれｄｙの変化は、例えば、ＯＡ系におけるベースライン量の変動に直結するため、位置ずれｄｙを補正した場合はベースライン量の再計測も必要となる。
【００５２】
図９を参照して、透過窓部材の変形により生じる色ずれの補正について説明する。図９は、色ずれを補正するための色楔３０を示す概略模式図である。色楔３０は、断面楔形状の２枚の透過部材３２及び３４を対向させて配置する。このとき、透過部材３２と透過部材３２との間隔をｄとする。
【００５３】
図中左方向から透過部材３２の側面３２ａへ入射した広帯域の光（波長：λ１＜λ２＜λ３）は傾斜を有する側面３２ｂから射出するとき、光の波長に対する屈折率の違いから波長ごとに違った射出角（θλ１＞θλ２＞θλ３）で射出される。透過部材３２の側面３２ｂから射出された光は、透過部材３２と透過部材３２との間隔ｄを通過した後、２枚目の透過部材３４の側面３４ａに入射する。透過部材３４の側面３４ａにおいても波長による屈折率の違いで各波長での屈折角は違うのだが、２枚の透過部材３２及び３４は、同じ傾斜（θ）の側面３２ｂ及び３４ａを有しているため、２枚目の透過部材３４の側面３４ｂから射出された光は、透過部材３２の側面３２ａへ入射したときの光と平行となっている。
【００５４】
また、色楔３０を透過した光の像高の色ずれΔＸは、透過部材３２と透過部材３２との間隔ｄに比例している。これにより、色楔３０を用いて透過窓部材の変形により生じた色ずれを補正することができる。
【００５５】
経時変化を考えた場合、色ずれの補正も自動化することが望ましい。例えば、各検出系の基準マークを照明光の波長を変更しながら計測する。そして、得られた計測値を使用して照明光の波長による計測値の違いを求め、かかる違いから色楔３０の２つの透過部材３２及び３４の間隔ｄを決定する。色楔３０の２つの透過部材３２及び３４の間隔ｄは、自動駆動により自由に調整できるように構成し、決定した間隔（即ち、色ずれの補正量に最もよい間隔）ｄに調整する。
【００５６】
軸外に発生する球面収差（ハロ）ｗａｈｃや軸外のコマ収差ｗａｃｃの測定及び補正について説明する。
【００５７】
測定方法としては、例えば、軸外に発生する球面収差（ハロ）ｗａｈｃであれば、コントラストカーブを描くことで収差量を見積もることができる。フォーカスを変化させねがらアライメントマークを測定していくと、あるデフォーカス位置でコントラスト量のピーク値をもつような山型の波形が描かれる。かかる山型の波形の半値全幅が小さい及びピーク値が低いと球面収差量が少なく、半値全幅が大きいと球面収差量が多いとわかる。
【００５８】
また、軸外のコマ収差ｗａｃｃの場合、例えば、ＯＡ光学系において段差マークを検出すると、コマ収差は検出信号の非対称性として発生する。かかる非対称性とコマ収差量の相関関係を予め求めておくことで、現在の光学系のコマ収差量を見積もることができる。
【００５９】
軸外に発生する球面収差（ハロ）ｗａｈｃや軸外のコマ収差ｗａｃｃの収差量がわかれば補正することは可能である。例えば、透過窓部材を配置した位置での敏感度とほぼ同じ敏感度を有する位置に、変形した透過窓部材の変形量（曲率や偏心）を異符号にした光学部材（例えば、変形した透過窓部材の形状を透過窓部材の中心軸に軸対称にした形状を有する光学部材）を構成してやればよい。
【００６０】
光線の有効径が小さい位置に透過窓部材を配置すると透過窓部材の単面による光学性能への敏感度が小さいという結果が得られたので、本発明者は、倍率は同じまま焦点位置を短くし、検出光学系の全長を短くすることで結像光学系の瞳の光線有効径を小さくすることについて検討した。図１０は、図６に示した基本的な検出光学系１０の一部（結像レンズ前群１５、絞り１７、結像レンズ後群１６）を示す概略模式図である。
【００６１】
図１０（ａ）を参照するに、図示しない対物レンズ及びリレーレンズ（なお、図示しない対物レンズ及びリレーレンズは、図１０に示した対物レンズ１１及びリレーレンズ１２と同じである。）によって一度中間像面１３で結像された光線は、結像レンズ系である結像レンズ前群１５及び結像レンズ後群１６によって像面で結像される。ここで、１７は、結像レンズ系（結像レンズ前群１５及び結像レンズ後群１６）における瞳面に置かれた絞りである。
【００６２】
絞り１７における光線有効径は、結像レンズ系（結像レンズ前群１５及び結像レンズ後群１６）によって小さくすることができる。具体的には、結像レンズ前群１５の焦点距離を短くすることにより、絞り１７における光線有効径は小さくすることができる。
【００６３】
しかし、結像レンズ系の倍率は、結像レンズ前群１５の焦点距離ｆ１５と結像レンズ後群１６の焦点距離ｆ１６の比によって決定する。そこで、結像レンズ前群１５の焦点距離ｆ１５を短く設定した場合、結像レンズ系の倍率を一定にするためには、結像レンズ後群１６の焦点距離ｆ１６も短くしなければならない。
【００６４】
これらを考慮して、倍率は同じとしながら、絞り（瞳）１７の径をΔｄだけ小さくした検出光学系を図１０（ｂ）に示す。図１０（ｂ）を参照するに、結像レンズ前群１５の焦点距離ｆ１５を短くすると共に結像レンズ後群１６の焦点距離ｆ１６も短くし、結像レンズ系の倍率が変わらないようにしている。但し、図１０（ｂ）に示す絞り（瞳）１７の位置での光線有効径は、絞り（瞳）１７近傍を拡大した図１０（ｃ）に示すように、図１０（ａ）における絞り１７（図１０（ｃ）中実線）よりも小さくなっている（図１０（ｃ）中点線）。
【００６５】
これによって、瞳近傍に光線有効径の小さな位置を形成することができるので、かかる位置に透過窓部材を配置すれば、検出光学系への性能劣化を低減することができる。
【００６６】
以上、結像レンズ前群１５の焦点距離ｆ１５を短くし、それに伴って結像レンズ系を短くすることで絞り（瞳）１７近傍の光線有効径を小さくすることができることを説明したが、結像レンズ系が短くなることで検出光学系に必要な全長でレンズ構成ができなくなる場合がある。
【００６７】
そこで、検出光学系を３群の光学系から構成して第２群の瞳での光線有効径を小さくし、第２群の瞳位置に透過窓部材を配置することもできる。第２群の光学系は、倍率を大きくしているため全長が短くなっているので、第３群の光学系で全長を必要な長さに補正する。また、検出光学系を３群の光学系から構成することで、第２群の光学系での倍率を最終的に必要な倍率より大きくして更に光線有効径を小さくすることができる。なお、第２群の光学系で必要な倍率よりも大きくした倍率は、第３群の光学系で必要な倍率に補正する。
【００６８】
図１１は、図６に示す検出光学系１０の変形例である検出光学系１０Ａを示す概略模式図である。図１１を参照するに、検出光学系１０Ａは、３群の光学系からなるトータル５０倍の光学系を想定している。透過窓部材を配置する位置には、第２群の結像レンズ系の瞳（絞り）１７近傍の光線有効径がなるべく小さいところがよいということがわかっている。
【００６９】
そこで、検出光学系１０Ａでは、第２群の結像レンズ前群１５によって第２群の瞳（絞り）１７の光線有効径が決まることから、第２群の瞳（絞り）１７の光線有効径を小さすることを最優先とし、それ以外の条件（例えば、倍率や全長など）ではなるべく制約がなうようにして結像レンズ前群１５を設定する。
【００７０】
第２群の瞳（絞り）１７近傍の光線有効径をなるべく小さくするためには、例えば、結像レンズ系（結像レンズ前群１５及び結像レンズ後群１６）の倍率の増加又は結像レンズ前群１５の焦点距離の短縮などが考えられる。これによって、光線有効径が小さくなった第２群の瞳（絞り）１７付近に透過窓部材を配置する。
【００７１】
第３群は、第２群の結像レンズ系（結像レンズ前群１５及び結像レンズ後群１６）によって中間像面１８で結像した光線を第３群の結像レンズ群１９により像面に再結像する。また、第３群において、必要とされる検出光学系１０Ａの性能が実現されるように補正する。倍率に関しては、例えば、第１群の対物レンズ１１及びリレーレンズ１２が１０倍、第２群の結像レンズ前群１５及び結像レンズ後群１６が透過窓部材を配置する位置での光線有効径を小さくするために、高めの倍率、例えば、８倍を設定したとする。これにより、検出光学系１０Ａの第２群までの倍率は８０倍となる。
【００７２】
そこで、第３群の倍率を０．６２５倍に設定すると、検出光学系１０Ａに本来必要な倍率５０倍となる。他にも、第２群の瞳（絞り）１７近傍の光線有効径を小さくするために第２群を短くしたため、第３群で必要な全長にすることやミラーなどを配置する位置を考慮したときの場所の確保などを第３群で調整することができる。
【００７３】
なお、瞳径を小さくするために第２群の倍率を大きくした場合、色ずれが大きく発生することが考えられる。そこで、第３群において、色ずれの補正を行うことも重要である。
【００７４】
以下、具体的に露光装置の検出光学系に適用した例を説明する。図１は、本発明の一側面としての露光装置１００の例示的一形態を示す概略模式図である。露光装置１００は、レチクル１１２に形成された回路パターンをウェハ１１５に露光する縮小投影露光装置である。
【００７５】
露光装置１００は、光源１１０、照明光学系１１１、レチクル１１２、レチクルステージ１１３、投影光学系１１４、ウェハ１１５、ウェハステージ１１６、各種検出光学系及び露光光の光路付近を密閉空間としパージガスで置換した（又は真空にした）パージ領域ＰＥ、パージ領域ＰＥ以外の外部領域ＯＥ、これらの領域を隔てる隔壁１２０、パージ領域ＰＥ及び外部領域ＯＥ領域を跨ぐ光学系のために隔壁１２０に設けられた透過窓部材１３０などで構成される。
【００７６】
なお、レチクル１１２の上方から照射光を照射し、投影光学系１１４を介して固定位置でレチクルパターンをウェハ１１５上に順次露光する露光装置がステッパーと呼ばれ、レチクル１１２及びウェハ１１５が相対的に移動（レチクル１１２とウェハ１１５を投影光学系１１４の縮小倍率比の速度比で走査）する露光装置をスキャナー（走査型露光装置）と呼ぶ。
【００７７】
また、露光光にＥＵＶ光を用いた場合は、投影光学系１１４などをレンズで構成すると、レンズによる光吸収のために著しい光量減少が生じる。そのため、照明光学系１１１及び投影光学系１１４を反射ミラーで構成し、レチクル１１２も反射型となる。
【００７８】
一方、ウェハ１１５には、セカンドウェハと呼ばれる既にパターンが形成されている種類のものがあり、かかるウェハにパターンを形成する場合には、予めウェハの位置を検出しておかなければならない。また、レチクル１１２の位置合わせやウェハ１１５の凹凸にあわせたフォーカス位置などの検出も必要となる。図１には、代表的な６種類の検出系を示している。
【００７９】
ＯＡ光学系１４０は、投影光学系１１４を介さず、ウェハ１１５上のアライメントマークを光学的に検出する検出光学系である。また、ＯＡ光学系１４０は、投影光学系１１４を介さずウェハアライメントを行うために、光学的な制約が少なく、一般的に投影光学系１１４を介した検出より高精度な検出を行うことができる。
【００８０】
ここで、図２を参照して、本発明の一側面としての位置検出装置であるＯＡ光学系１４０について説明する。図２は、図１に示すＯＡ光学系１４０を拡大した概略模式図である。ＯＡ光学系１４０には、ハロゲンランプなどを用いた広帯域波長の光やＨｅ−Ｎｅレーザーなどを用いた単色光を供給するためのＯＡ光学系１４０用の照明光源１４１を備えている。
【００８１】
まず、ウェハステージ１１６は、横方向距離を後述するウェハステージ位置検出干渉計１７０を用いて計測し、これに基づいてＯＡ光学系１４０で検出できる範囲内に、ウェハ１１５上にあるアライメントマークＭがくるように駆動し、位置決めする。照明光源１４１を射出した照明光は照明系レンズ１４２を介し、ハーフミラー１４３で反射された後、パージ領域ＰＥ及び外部領域ＯＥを隔離する隔壁１２０に設けられた透過窓部材１３０を透過する。
【００８２】
透過窓部材１３０を透過した照明光は、結像レンズ１４４及びリレーレンズ１４５を介し、反射ミラー１４６で反射され対物レンズ１４７へ入射する。対物レンズ１４７で集光された照明光は、ウェハステージ位置検出干渉計１７０の検出結果により駆動し、観察可能範囲内に位置決めされたウェハ１１５上にあるアライメントマークＭを照明する。
【００８３】
アライメントマークＭからの反射散乱光は、対物レンズ１４７を介し反射ミラー１４６で反射された後、リレーレンズ１４５へ入射する。その後、結像レンズ１４４及び透過窓部材１３０を介し、ハーフミラー１４３を透過した後、結像レンズ１４８で集光されＣＣＤ等の撮像素子１４９上でアライメントマークＭの像を結像する。
【００８４】
撮像素子１４９上に形成されたアライメントマークＭの像の撮像信号は、処理部２００へ送られ、信号処理することによりウェハ１１５上のアライメントマークＭの位置を検出し、更に、ウェハステージ位置検出干渉計１７０からの情報に基づいてウェハ１１５内に形成された素子の配列情報を得ることができる。
【００８５】
なお、ＯＡ光学系１４０の光路中の透過窓部材１３０は、光線有効径が最も小さい瞳の位置に配置されている。従って、ＯＡ光学系１４０は、パージ領域ＰＥ及び外部領域ＯＥの圧力差によって変形する透過窓部材１３０に起因する光学性能の劣化を低減し、高精度に計測を行うことができる。
【００８６】
ＯＡ光学系１４０は、結像レンズ１４４と結像レンズ１４８との間で、且つ、光線有効径が最も小さい位置に透過窓部材１３０が配置されている。これにより、収差や光学性能の敏感度を他の位置に透過窓部材１３０を配置するより抑えることができる。しかし、これだけでは完全に抑えきれない収差や像の位置ずれが残っている。
【００８７】
そこで、図３に示すように、レンズ最終面である結像レンズ１４８の像面側から撮像素子１４９上の像面間での距離Ｓｋを撮像素子１４９自体を光軸のフォーカス方向に駆動可能な構成とすることにより、透過窓部材１３０の変形によって変化した距離Ｓｋに対して補正を行うことができる。ここで、図３は、補正手段を構成したＯＡ光学系１４０を示す概略模式図である。
【００８８】
横倍率βに関しては、光学的補正や構成による補正は行わず、撮像素子１４９での撮像後に処理部２００で倍率補正を行って調整する。図３では、アライメントマークＭで反射した反射散乱光はＯＡ光学系１４０を介し、撮像素子１４９へ結像される。この撮像された信号は処理部２００へ送られ信号処理される。このときのイメージ処理における像の倍率βは所定の値で行えるため、透過窓部材１３０の変形による横倍率βの変化に応じてオフセット量を与えて補正する。
【００８９】
像面上の像の位置ずれｄｙについては、検出光が透過窓部材１３０を透過後、ＣＣＤ等の撮像素子１４９上で結像するまでの適当な位置に補正用の光学部材２１０を配置し、光学部材２１０を傾けることで位置ずれｄｙを補正する。光学部材２１０は、その傾きと像のシフト量が比例しているため、撮像素子１４９に結像された像を見ながら光学部材２１０を傾け位置ずれｄｙを調整する。
【００９０】
像面上の色ずれ（波長によって像の結像位置がずれている）に関しては、検出光が透過窓部材１３０を透過した後、ＣＣＤ等の撮像素子１４９上で結像するまでの適当な位置に色楔２２０を配置することで補正する。色楔２２０は、断面楔形状の２枚の透過部材２２２及び２２４を対向して構成されており、透過部材２２２と透過部材２２４との間隔を変化させることに比例して、像面上の波長ごとのずれ量が変化するため、これを用いて色ずれを補正する。
【００９１】
以上により、瞳の有効径が最も小さい位置に透過窓部材１３０を配置することでも抑えきれない収差や像の位置ずれを補正することが可能となり、ＯＡ光学系１４０は高精度に計測を行うことができる。
【００９２】
また、透過窓部材１３０には圧力が加わっているため複屈折が発生する可能性がある。複屈折は、図３を用いて説明したような補正手段で補正をするのは難しい。しかし、複屈折は偏光に対して影響を及ぼすため、偏光を規定する偏光部材の後段に透過窓部材１３０を配置すれば、ＯＡ光学系１４０の光学性能への影響は少ないと考えられる。そこで、例えば、偏光ビームスプリッタなどを用いて、透過窓部材１３０を偏光ビームスプリッタの後段（像側）に配置することで、透過窓部材１３０の変形による光学性能への影響は低減できる。
【００９３】
図４は、図３に示すＯＡ光学系１４０の変形例であるＯＡ光学系１４０Ａを示す概略模式図である。ＯＡ光学系１４０Ａは、図３に示すＯＡ光学系１４０と同じであるが、透過窓部材１３０の変形による複屈折の影響を低減することを考慮した光学系になっている。
【００９４】
図４を参照するに、照明光源１４１から射出した光は、照明系レンズ１４２を介して偏光ビームスプリッタ２３０に入射する。偏光ビームスプリッタ２３０は、入射光の偏光方向によって透過率及び反射率が異なる。本実施形態で用いられている偏光ビームスプリッタ２３０では、照明光のうちＳ偏光成分が反射し、Ｐ偏光成分は透過する。
【００９５】
偏光ビームスプリッタ２３０で反射された照明光は、結像レンズ１４４を介した後、リレーレンズ１４５を透過して反射ミラー１４６で反射される。反射ミラー１４６で反射された照明光は、λ／４板２４０を透過し、対物レンズ１４７を介してアライメントマークＭへ照射される。λ／４板２４０では、Ｓ偏光が円偏光に変換されており、ウェハ１１５上のアライメントマークＭへ照射される。
【００９６】
アライメントマークＭからの反射散乱光は、対物レンズ１４７、λ／４板２４０、反射ミラー１４６、リレーレンズ１４５及び結像レンズ１４４を介し、偏光ビームスプリッタ２３０に入射する。なお、偏光ビームスプリッタ２３０は、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する性質を有していることは上述した通りである。アライメントマークＭからの反射散乱光は、λ／４板２４０を透過したことで円偏光がＰ偏光へと変換されている。従って、アライメントマークＭからの反射散乱光は、偏光ビームスプリッタ２３０を透過し、透過窓部材１３０、結像レンズ１４８、光学部材２１０及び色楔２２０を介して撮像素子１４９で結像する。
【００９７】
ＯＡ光学系１４０Ａは、偏光部材の後段に透過窓部材１３０を配置することで、透過窓部材１３０の変形による複屈折の影響を抑えることができ、高精度に計測を行うことができる。
【００９８】
なお、ＯＡ光学系１４０Ａでは、照明光源１４１をパージ領域ＰＥ内に配置しているが、照明光源１４１からの熱放射の問題がある。従って、熱排気の問題等が解決できればパージ領域ＰＥ内に照明光源１４１を配置してもよいが、解決できない場合は、外部領域ＯＥへ配置し、透過窓部材１３０を介して照射する方がよい。
【００９９】
ウェハ面位置検出光学系１５０は、斜入射方式で、基板としてのウェハ１１５の表面の凹凸のフォーカス位置（投影光学系１１４の光軸方向の位置）を計測する検出光学系である。露光装置１００は、解像力を高めるために投影光学系１１４の開口数を大きく設定しているために焦点深度が浅くなっている。このため、ウェハ面位置検出光学系１５０のような、斜入射方式の焦点位置検出系によるウェハ１１５の表面状態の計測結果に基づいてウェハ１１５の表面を投影光学系の像面に合わせこむオートフォーカス機構が必要となる。
【０１００】
図５は、図１に示すウェハ面位置検出光学系１５０を拡大した概略模式図である。図５を参照するに、光源１５１から射出した光は、スリット板１５２を照明する。ウェハ１１５のチルト量やフォーカスを同時に計測するためには多点での計測が必要となる。そこで、スリット板１５２には図示しない複数のスリット（例えば、３×３の９点）が設けられている。
【０１０１】
スリット板１５２を透過した光は、位置すれを補正する光学部材２１０、色ずれを補正する色楔２２０、リレーレンズ１５３ａ、結像レンズ１５３ｂから構成される投影系前群１５３及びリレーレンズ１５４ａを介し、パージ領域ＰＥと外部領域ＯＰを隔離する透過窓部材１３０ａへ入射する。透過窓部材１３０を透過した光は、結像レンズ１５４ｂによってウェハ１１５上に結像される。
【０１０２】
ここで、スリット板１５２からウェハ１１５上の結像点までは、図６に示した検出光学系１０と同様の構成になっている。透過窓部材１３０ａは、スリット板１５２をフーリエ変換した面又はフーリエ変換した面と共役な面のうち、光線有効径が最も小さい面の近傍（投影系後群１５４の瞳位置近傍）に配置されており、透過窓部材１３０ａの変形による光学性能への影響が低減されている。
【０１０３】
また、スリット板１５２の後段に構成している光学部材２１０及び色楔２２０は、ウェハ１１５上での結像点における像の位置ずれ及び色ずれを補正するものである。
【０１０４】
ウェハ１１５表面で正反射した光は、リレーレンズ１５５ａ及び結像レンズ１５５ｂで構成される受光系前群１５５、リレーレンズ１５６ａを介して、パージ領域ＰＥと外部領域ＯＰとを隔離する透過窓部材１３０ｂへ入射する。透過窓部材１３０ｂを透過した光は、結像レンズ１５６ｂ、位置ずれ補正用の光学部材２１０及び色ずれ補正用の色楔２２０を介して撮像素子１５７上で結像する。
【０１０５】
ウェハ１１５が投影光学系１１４に対してデフォーカス方向にずれを生じたとき、ウェハ面位置検出系１５０の撮像素子１５７上では、ウェハ面位置検出系１５０の光軸と垂直な平面で位置ずれを生じる。また、ウェハ１１５においてチルトが発生した場合、既知の計測点のスパン量からＹ軸回りのチルト量を算出している。
【０１０６】
これにより、ウェハ１１５のデフォーカス量及びチルト量を把握し、かかる結果を処理部２００へ送る。その後、処理部２００で求めたデフォーカス量及びチルト量の最適値をウェハステージ１１６へ伝え、ウェハ１１５のフォーカス位置及びチルト量の補正を行う。
【０１０７】
ここで、ウェハ１１５上の受光系の物体面（投光系から見れば結像面）から撮像素子１５７までは、投影系と同様に、受光系後群１５６の瞳位置近傍に透過窓部材１３０ｂを配置することで、透過窓部材１３０ｂの変形によるウェハ面位置検出系１５０の光学性能への影響を低減することができる。
【０１０８】
光学部材２１０及び色楔２２０は、投光系で説明したのと同様の役割を果たし、それぞれ撮像素子１５７での像面上の位置ずれの補正、色ずれの補正を行う。特に、シフト量の補正に関しては、ウェハ１１５表面のデフォーカス方向の計測を撮像素子１５７上の像シフトとして検出する光学系であるため、注意が必要であり、定期的にずれ量の確認及び位置合わせを行う必要ある。
【０１０９】
このような構成により、ウェハ面位置検出系１５０は、透過窓部材１３０ａ及び１３０ｂの変形による収差や位置ずれを低減して、高精度にウェハ１１５の位置を計測することができる。
【０１１０】
レチクルアライメント光学系１６０は、レチクル１１２とレチクルステージ１１３の位置が相対的にあっているかどうかを検出するための光学系である。レチクルアライメント光学系１６０は、レチクル１１２に設けられたアライメントマークとレチクルステージ１１３に設けられたレチクル基準マークを同一視野内で観察することにより、その相対位置を測定しレチクル１１２の位置合わせを行う。
【０１１１】
ウェハステージ位置検出干渉計１７０は、ウェハステージ１１６側面に設けられた面と基準となる面（基準面）にレーザー光を照射し、基準面からの光との干渉を測定することによりウェハステージ１１６の位置を高精度に測定する。
【０１１２】
レチクル面位置検出光学系１８０は、斜入射方式で、レチクル１１２の表面形状を計測する検出光学系である。露光装置１００の解像力向上により、レチクル１１２の自重での撓みや、レチクルパターン面の平坦度、レチクルフォルダに吸着保持する際の接触面の平坦度などに影響されるレチクル１１２の変形が無視できなくなってきている。かかるレチクル１１２の変形は、レチクル毎で変化するものであるため、露光装置１００上でレチクル１１２をセットした後に計測する必要がある。そこで、レチクル面位置検出光学系１８０によりレチクル１１２の面形状を測定し、レチクルパターン面の高さ方向の位置を補正することで、結像性能を補償する。
【０１１３】
位置検出光学系１９０は、ＴＴＬ−ＡＡ（Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｔｈｅ  ＬｅｎｓＡｕｔｏ  Ａｌｉｇｍｅｎｔ）方式で、露光光等を用いてレチクル１１２及び投影光学系１１４を介して、レチクル１１２とウェハ１１５の相対位置を測定するための検出系である。位置検出光学系１９０において、光源１９１を射出した照明光は、ハーフミラー１９２によって反射され、レンズ１９３を介して透過窓部材１３０へ入射する。
【０１１４】
透過窓部材１３０を透過した照明光は、反射ミラー１９４で反射され、レチクル１１２に設けられた図示しないアライメントマークを照射する。アライメントマークからの反射散乱光は、反射ミラー１９４、透過窓部材１３０、レンズ１９３及びハーフミラー１９２を介して撮像素子１９５で結像される。
【０１１５】
また、レチクル１１２上のアライメントマーク以外の透過領域を透過した検出光は、投影光学系１１４を介してウェハ１１５上のアライメントマークを照明する。ウェハ１１５上のアライメントマークからの反射散乱光は、投影光学系１１４を通って、レチクル１１２のアライメントマーク以外の透過領域、反射ミラー１９４、透過窓部材１３０、レンズ１９３及びハーフミラー１９２を介して撮像素子１９５で結像される。
【０１１６】
これにより、レチクル１１２上のアライメントマークとウェハ１１５上のアライメントマークを同時に観察することができ、レチクル１１２とウェハ１１５の相対位置関係（投影光学系１１４の光軸と垂直方向）やレチクル１１２とウェハ１１５との共役関係（フォーカス合わせ）を測定することができる。
【０１１７】
なお、露光装置１００においては、最も光線有効径が小さい位置に透過窓部材１３０を配置することをＯＡ光学系１４０及びウェハ面位置検出光学系１５０に適用したが、特に限定するものではなく、その光学系内に圧力が違う二つの領域を隔てる透過窓部材を構成している光学系であれば適用することができる。例えば、レチクルアライメント光学系１６０、ウェハステージ位置検出干渉計１７０、レチクル面位置検出光学系１８０及び位置検出光学系１９０にも適用できる。
【０１１８】
また、パージ領域ＰＥと外部領域ＯＥとを隔離する隔壁１２０に設けられた透過窓部材１３０についても説明する。パージ領域ＰＥと外部領域ＯＥの圧力差による透過窓部材１３０の変形量を低減させれば光学性能に与える影響も小さくなる。
【０１１９】
例えば、本実施形態において透過窓部材１３０は、厚さ数ｍｍと設定して検討を行っている。しかし、透過窓部材１３０をより厚くすることにより透過窓部材１３０の変形量を減らし、光学性能に対する影響を低減することができる。また、透過窓部材１３０に圧力がかかっても変形しにくい物性（材質）を有する硝材を用いてもよい。
【０１２０】
このように、透過窓部材１３０に厚みをもたせたり、材質を選択したりすることで透過窓部材１３０の変形を小さくすることができる。しかし、パージ領域ＰＥと外部領域ＯＥとを隔離する隔壁１２０の撓みなどがあった場合、傾き偏心及び平行偏心が生じる。そこで、上述したように、傾き偏心及び平行偏心に対して光学性能に影響を及ぼしにくい位置に透過窓部材１３０を配置することにより、収差や像変位の影響を減らすことができる。
【０１２１】
露光において、光源１１０から発せられた光は、照明光学系１１１により、レチクル１１２をケーラー照明する。レチクル１１２を通過してレチクルパターンを反映する光は、投影光学系１１４によりウェハ１１５に結像される。露光装置１００が使用する各種検出光学系は、被検出体の位置を高精度に検出して位置合わせを行うことができるので、高いスループットで経済性よく従来よりも高品位なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。
【０１２２】
次に、図１２及び図１３を参照して、露光装置１００を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１２は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は、前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いてリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。
【０１２３】
図１３は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置１００によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。かかるデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置１００を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。
【０１２４】
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【０１２５】
本出願は、更に以下の事項を開示する。
【０１２６】
〔実施態様１〕  被検出体の位置を光を用いて検出する位置検出装置であって、
前記被検出体を光学的にフーリエ変換した面及び前記フーリエ変換した面と共役な面のうち光線有効径が最も大きい面以外の面の近傍に、圧力の異なる２つの空間を隔離する光学素子を配置したことを特徴とする位置検出装置。
【０１２７】
〔実施態様２〕  前記光学素子は、前記光線有効径が最も大きい面以外の面の前記被検出体側で最も近接した光学部材と、前記光線有効径が最も大きい面以外の面の前記被検出体側と反対側で最も近接した光学部材との間に配置されていることを特徴とする実施態様１記載の位置検出装置。
【０１２８】
〔実施態様３〕  前記光学素子は、前記光線有効径が最も大きい面以外の面に配置されていることを特徴とする実施態様１又は２いずれか１項記載の位置検出装置。
【０１２９】
〔実施態様４〕  被検出体の位置を光を用いて検出する位置検出装置であって、
前記被検出体を光学的にフーリエ変換した面及び前記フーリエ変換した面と共役な面のうち光線有効径が最も小さい面の近傍に、圧力の異なる２つの空間を隔離する光学素子を配置したことを特徴とする位置検出装置。
【０１３０】
〔実施態様５〕  被検出体の位置を光を用いて検出する位置検出装置であって、
前記被検出体を光学的にフーリエ変換した第１の面及び前記フーリエ変換した面と共役な第２の面のうち光線有効径が最も小さい面の近傍に、圧力の異なる２つの空間を隔離する光学素子を配置したことを特徴とする位置検出装置。
【０１３１】
〔実施態様６〕  前記光学素子は、前記光線有効径が最も小さい面の前記被検出体側で最も近接した光学部材と、前記光線有効径が最も小さい面の前記被検出体側と反対側で最も近接した光学部材との間に配置されていることを特徴とする実施態様４又は５記載の位置検出装置。
【０１３２】
〔実施態様７〕  前記光学素子は、前記光線有効径が最も小さい面に配置されていることを特徴とする実施態様４乃至６のうちいずれか１項記載の位置検出装置。
【０１３３】
〔実施態様８〕  前記被検出体と実質的に共役な位置に配置された検出部を有することを特徴とする実施態様１乃至７のうちいずれか１項記載の位置検出装置。
【０１３４】
〔実施態様９〕  被検出体の位置を光を用いて検出する位置検出装置であって、
前記被検出体からの光を受光する検出部を有し、
前記検出部の前記被検出体側で最も近接した光学部材と前記検出部との間に、圧力の異なる２つの空間を隔離する光学素子を配置したことを特徴とする位置検出装置。
【０１３５】
〔実施態様１０〕  被検出体の位置を光を用いて検出する位置検出装置であって、
圧力の異なる２つの空間を隔てる光学素子を備え、前記圧力の違う２つの空間を隔てる光学素子から発生する光学的変化を補正する補正手段を備えることを特徴とする位置検出装置。
【０１３６】
〔実施態様１１〕  前記光学素子は、前記光を透過することを特徴とする実施態様１乃至１０のうちいずれか１項記載の位置検出装置。
【０１３７】
〔実施態様１２〕  前記光学素子は、平行平板であることを特徴とする実施態様１乃至１１のうちいずれか１項記載の位置検出装置。
【０１３８】
〔実施態様１３〕  前記光学素子は、屈折力を有するレンズであることを特徴とする実施態様１乃至１１のうちいずれか１項記載の位置検出装置。
【０１３９】
〔実施態様１４〕  前記光学素子の変形に起因する光学的変化を補正する補正手段を更に有することを特徴とする実施態様１１乃至１３のうちいずれか１項記載の位置検出装置。
【０１４０】
〔実施態様１５〕  前記補正手段は、前記光の波長に対する位置ずれを補正する断面楔形状の光学素子であることを特徴とする実施態様１４記載の位置検出装置。
【０１４１】
〔実施態様１６〕  前記補正手段は、前記被検出体の像面において光軸と垂直な面内での位置ずれを補正する平行平板であることを特徴とする実施態様１４記載の位置検出装置。
【０１４２】
〔実施態様１７〕  前記補正手段は、前記被検出体の像面に配置された前記検出部を駆動し、前記像面において光軸と垂直な面内での位置ずれを補正することを特徴とする実施態様１４記載の位置検出装置。
【０１４３】
〔実施態様１８〕  前記補正手段は、前記光学素子の変形に起因する光学的変化を同等の敏感度で生じる位置に配置されると共にコマ収差を補正する補正部材であることを特徴とする実施態様１４記載の位置検出装置。
【０１４４】
〔実施態様１９〕  前記補正手段は、前記光学素子の変形に起因する光学的変化を同等の敏感度で生じる位置に配置されると共に球面収差を補正する補正部材であることを特徴とする実施態様１４記載の位置検出装置。
【０１４５】
〔実施態様２０〕  前記補正手段は、光学的な倍率を演算処理によって補正する処理部であることを特徴とする実施態様１４記載の位置検出装置。
【０１４６】
〔実施態様２１〕  前記補正手段は、前記被検出体の像面に配置された前記検出部を駆動し、フォーカス位置のずれを補正することを特徴とする実施態様１４記載の位置検出装置。
【０１４７】
〔実施態様２２〕  前記補正手段は、前記被検出体を駆動し、フォーカスの位置ずれを補正することを特徴とする実施態様１４記載の位置検出装置。
【０１４８】
〔実施態様２３〕  第１の空間と前記第１の空間の圧力とは異なる圧力を有する第２の空間とに跨いで配置され、前記第１の空間に配置された被検出体の位置を光を用いて前記第２の空間に配置された検出部を用いて検出する位置検出装置であって、
前記光の偏光方向を規定する偏光部材を有し、
前記光を透過すると共に前記第１の空間と前記第２の空間とを隔離する光学素子を前記偏光部材より前記検出部側に配置することを特徴とする位置検出装置。
【０１４９】
〔実施態様２４〕  第１の空間と前記第１の空間の圧力とは異なる圧力を有する第２の空間とに跨いで配置され、前記第１の空間に配置された被検出体の位置を光を用いて前記第２の空間に配置された検出部を用いて検出する位置検出装置であって、
光路中に前記光を透過すると共に前記第１の空間と前記第２の空間とを隔離する光学素子が配置され、
収差を補正する補正手段を有することを特徴とする位置検出装置。
【０１５０】
〔実施態様２５〕  前記補正手段が、前記光学素子に起因する光学特性の変化を補正することを特徴とする実施態様２４記載の位置検出装置。
【０１５１】
〔実施態様２６〕  前記補正手段が、前記光学素子の変形に起因する光学特性の変化を補正することを特徴とする実施態様２４又は２５記載の位置検出装置。
【０１５２】
〔実施態様２７〕  前記光学素子は、前記第１の空間と前記第２の空間の圧力差によって生じる力に対して、変形量が所定の閾値よりも小さいことを特徴とする実施態様１乃至２６のうちいずれか一項記載の位置検出装置。
【０１５３】
〔実施態様２８〕  前記光学素子は、前記第１の空間と前記第２の空間の圧力差によって生じる力に対して、変形量が所定の閾値よりも小さくなる厚さを有することを特徴とする実施態様１乃至２６のうちいずれか１項記載の位置検出装置。
【０１５４】
〔実施態様２９〕  前記光学素子は、前記第１の空間と前記第２の空間の圧力差によって生じる力に対して、変形量が所定の閾値よりも小さい材料からなることを特徴とする実施態様１乃至２６のうちいずれか１項記載の位置検出装置。
【０１５５】
〔実施態様３０〕  前記光学素子で隔離された２つの空間のうち一方は真空（或いは高真空）であることを特徴とする実施態様１乃至２９のうちいずれか１項記載の位置検出装置。
【０１５６】
〔実施態様３１〕  実施態様１乃至３０のうちいずれか１項記載の位置検出装置を有することを特徴とする露光装置。
【０１５７】
〔実施態様３２〕  前記露光装置は、電子ビームを用いて基板を露光することを特徴とする実施態様３１記載の露光装置。
【０１５８】
〔実施態様３３〕  前記露光装置は、ＥＵＶ光を用いて基板を露光することを特徴とする実施態様３１記載の露光装置。
【０１５９】
〔実施態様３４〕  実施態様３１乃至３３のうちいずれか１項記載の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、
露光された前記被処理体に所定のプロセスを行うステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。
【０１６０】
〔実施態様３５〕  第１の空間と前記第１の空間の圧力とは異なる圧力を有する第２の空間とに跨いで配置され、光路上に複数の瞳を形成する光学系であって、
前記複数の瞳のうち最も径の小さい瞳の位置近傍に前記第１の空間と前記第２の空間とを隔離する光学素子とを有することを特徴とする光学系。
【０１６１】
〔実施態様３６〕  前記最も径の小さい瞳の縮小共役側に配置された最も近接した光学部材と前記最も径の小さい瞳の拡大共役側に配置された最も近接した光学部材との間に前記光学素子が配置されていることを特徴とする実施態様３５記載の光学系。（前記最も径の小さい瞳の両側それぞれで最も近接した光学部材、例えばレンズ等の間に前記光学素子が配置されている。）
〔実施態様３７〕  圧力の異なる２つの空間に跨いで配置され、光路上に複数の瞳と中間像を形成する光学系が有する光を透過すると共に前記２つの空間を隔離する光学素子を配置する方法であって、
前記光学素子の位置を変えながら、前記２つの空間の圧力差による前記光学系の光学性能の劣化を測定するステップと、
前記測定ステップで測定した前記光学性能の劣化から最も劣化が小さい位置を選択し、前記光学素子を前記最も劣化が小さい位置に配置するステップとを有することを特徴とする方法。
【０１６２】
【発明の効果】
本発明によれば、圧力の異なる領域を隔離する部材に変形が起きても、かかる部材を光路中に有する光学系の光学性能を劣化させることなく、高精度に計測可能な位置計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一側面としての露光装置の例示的一形態を示す概略模式図である。
【図２】図１に示すオフアクシスアライメント光学系を拡大した概略模式図である。
【図３】補正手段を構成したオフアクシスアライメント光学系を示す概略模式図である。
【図４】図３に示すオフアクシスアライメント光学系の変形例であるオフアクシスアライメント光学系を示す概略模式図である。
【図５】図１に示すウェハ面位置検出光学系を拡大した概略模式図である。
【図６】基本的な検出光学系において、曲率変形を有する光学部材の配置位置を示す概略模式図である。
【図７】図６に示す検出光学系において、各位置に配置した光学部材を変形させて検討した結果を示す表である。
【図８】光路中に配置した補正用の光学部材を傾けた場合の光軸と垂直に交わる平面上での像位置の変化を示す概略模式図である。
【図９】色ずれを補正するための色楔を示す概略模式図である。
【図１０】図６に示した基本的な検出光学系の一部を示す概略模式図である。
【図１１】図６に示す検出光学系の変形例である検出光学系を示す概略模式図である。
【図１２】デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。
【図１３】図１２のステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
【図１４】圧力差に起因する透過窓部材の形状の変形を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１０、１０Ａ                      検出光学系
１１                              対物レンズ
１２                              リレーレンズ
１３                              中間像面
１４                              絞り（瞳）
１５                              結像レンズ前群
１６                              結像レンズ後群
１７                              絞り（瞳）
１８                              中間像面
１９                              結像レンズ群
２０                              光学部材
３０                              色楔
３２、３４                        透過部材
１００                            露光装置
１２０                            隔壁
１３０                            透過窓部材
１４０                            オフアクシスアライメント光学系
１４１                            照明光源
１４２                            照明レンズ
１４３                            ハーフミラー
１４４                            結像レンズ
１４５                            リレーレンズ
１４６                            反射ミラー
１４７                            対物レンズ
１４８                            結像レンズ
１４９                            撮像素子
１５０                            ウェハ面位置検出光学系
１６０                            レチクルアライメント光学系
１７０                            ウェハステージ位置検出干渉計
１８０                            レチクル面位置検出光学系
１９０                            位置検出光学系
２００                            処理部
２１０                            光学部材
２２０                            色楔
２３０                            偏光ビームスプリッタ
２４０                            λ／４板
ＰＥ                              パージ領域
ＯＥ                              外部領域
【図１】
2004239648.tif 000003
【図２】
2004239648.tif 000004
【図３】
2004239648.tif 000005
【図４】
2004239648.tif 000006
【図５】
2004239648.tif 000007
【図６】
2004239648.tif 000008
【図７】
2004239648.tif 000009
【図８】
2004239648.tif 000010
【図９】
2004239648.tif 000011
【図１０】
2004239648.tif 000012
【図１１】
2004239648.tif 000013
【図１２】
2004239648.tif 000014
【図１３】
2004239648.tif 000015
【図１４】
2004239648.tif 000016