(57)【要約】【課題】たとえばペリクル膜の反射率分光特性による影響を抑えつつ、ペリクル膜で保護されたマスクの表面位置を安定的に且つ高精度に検出することのできる位置検出装置。【解決手段】薄膜（ＰＲ）により間隔を隔てて覆われた基板（Ｍ）の表面位置を検出する位置検出装置。基板の表面に検出光束を斜めから照射するための照射系（１〜１１）と、基板の表面で反射された検出光束を光電検出し、該光電出力に基づいて基板の表面位置を検出するための検出系（１２〜１５）とを備えている。照射系は、薄膜に起因する影響を抑えるために、薄膜の反射率分光特性に応じた分光特性を有する検出光束を基板の表面に照射する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜により間隔を隔てて覆われた基板の表面位置を検出する位置検出装置において、
前記基板の表面に検出光束を斜めから照射するための照射系と、
前記基板の表面で反射された前記検出光束を光電検出し、該光電出力に基づいて前記基板の表面位置を検出するための検出系とを備え、
前記照射系は、前記薄膜に起因する影響を抑えるために、前記薄膜の反射率分光特性に応じた分光特性を有する検出光束を前記基板の表面に照射することを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
前記検出光束は、前記薄膜に起因する前記光電出力のレベル変動を抑えるための所要の分光特性を有することを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記照射系は、前記薄膜の反射率分光特性の１周期よりも大きな波長域を有する検出光束を前記基板の表面に照射することを特徴とする請求項１または２に記載の位置検出装置。
【請求項４】
前記照射系は、最小中心波長と最大中心波長との間隔が前記薄膜の反射率分光特性の１周期よりも大きく設定された複数の波長光を含む検出光束を前記基板の表面に照射することを特徴とする請求項１または２に記載の位置検出装置。
【請求項５】
ペリクル膜で保護されたマスクを照明し、前記マスクに形成されたパターンを感光性基板上に露光する露光装置において、
前記マスクの表面位置を検出するための請求項１乃至４のいずれか１項に記載の位置検出装置を備えていることを特徴とする露光装置。
【請求項６】
ペリクル膜で保護されたマスクを照明し、前記マスクに形成されたパターンを感光性基板上に露光する露光方法において、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の位置検出装置を用いて前記マスクの表面位置を検出する工程を含むことを特徴とする露光方法。
【請求項７】
ペリクル膜で保護されたマスクを照明し、前記マスクに形成されたパターンを感光性基板上に露光する露光方法において、
前記ペリクル膜で保護された前記マスクの表面に対し、前記ペリクル膜の反射率分光特性による影響を抑えるための分光特性を有する光束を斜めから照射し、
該照射による前記表面からの反射光を検出して、前記マスクの表面の位置を計測する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、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、半導体素子や液晶表示素子等を製造するリソグラフィ工程で用いる露光装置においてペリクル膜付きのマスク（またはレチクル）の表面位置を検出する位置検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子や液晶表示素子等のデバイスの製造に際して、マスク（レチクル、フォトマスク等）のパターンを、投影光学系を介して、フォトレジストが塗布された感光性基板（ガラスプレート、半導体ウェハ等）上に転写する投影露光装置が使用されている。従来、いわゆるステップ・アンド・リピート方式により、感光性基板上の各ショット領域にマスクパターンを順次一括露光する投影露光装置（ステッパー）が多用されていた。
【０００３】
これに対して、たとえば特開平７−５７９８６号公報には、１つの大きな投影光学系を使用する代わりに、千鳥状に配置された小さな複数の部分投影光学系を用いて、マスクパターンを感光性基板上の各ショット領域に順次スキャン露光する露光装置が提案されている。この種の露光装置では、超高圧水銀ランプのような光源からの光が、ライトガイドを介して各部分投影光学系のための照明光路に分岐され、マスク上の複数の台形状領域を照明する。
【０００４】
マスク上の各台形状領域を透過した光は、たとえば等倍の正立正像を形成する各部分投影光学系を介して、感光性基板上にマスクパターン像を形成する。こうして、各部分投影光学系に対してマスクと感光性基板とを同方向へ相対移動させつつ走査露光を行う。その結果、互いに隣接する部分投影光学系を介して形成されるパターン像の一部をオーバーラップさせながら、比較的大きなマスクパターンを感光性基板上の１つのショット領域に露光することができる。
【０００５】
この種の露光装置に用いられる感光性基板は、液晶表示素子の大型化、高い歩留まりへの要求、面取り数の増大などにより、非常に大型化する傾向がある。たとえば、１ｍ角以上のサイズを有する大きな感光性基板の使用も余儀なくされ、これに伴って感光性基板へ投影すべき原版であるマスクも同様に大型化の道を辿っている。マスクが大型化しても、露光時の使用領域を確保するために、従来の小型マスクの場合と同様に、その周囲領域のみによりマスクを支持（保持）せざるを得ない。その結果、大型マスクでは中央部分のたわみが大きくなり、投影光学系の焦点深度に対するマスクパターンの焦点位置ずれが無視できなくなる。
【０００６】
従来の露光装置では、マスクを保持するホルダーに対する投影光学系の位置をあらかじめ調整し、投影光学系を介してマスクパターン像が形成される位置に設けられた感光性基板に対して、その表面の上下方向（投影光学系の光軸方向）の位置検出を行い、ひいては投影光学系に対する感光性基板のフォーカス調整を行っていた。しかしながら、マスクのたわみの影響を無視することができなくなってきたため、マスクの上下方向の表面位置も検出し、投影光学系に対するマスクのフォーカス調整も行うようになってきている。
【０００７】
たとえば特開平１１−２５８４９８号公報には、マスクや感光性基板の上下方向の表面位置を検出する装置が開示されている。この公報に開示された位置検出装置では、マスクや感光性基板に斜めからスリット状の光束を照射し、マスクや感光性基板の表面からの反射光を検出し、この反射光の検出位置に基づいてマスクや感光性基板の表面位置を検出する。この種の斜入射方式の位置検出装置では、長寿命、低コスト、省スペースの観点から、光源としてＬＥＤを用いている。
【０００８】
ところで、マスクのパターン面にゴミや異物が付着していると、これらが感光性基板上に転写されて回路断線等の原因になる場合がある。このため、ペリクルと呼ばれる薄膜をパターン面からある程度の間隔を隔てた位置に張架し、ゴミや異物の付着からパターン面を保護している。この場合、ペリクル膜にゴミや異物が付着しても、ペリクル膜とパターン面との間に所要距離が確保されているため、感光性基板上にゴミや異物の像が実質的に結像することなく、その影響を低減することができる。ペリクル膜は、露光光の光量損失を小さく抑えるために、露光波長域で光吸収の小さい材料により形成され、露光光の反射率が小さくなるように屈折率や厚さがコントロールされた単層構造または複層（３層、５層など）構造を有する。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−２５８４９８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の斜入射方式の位置検出装置において光源として現在広く使用されているＬＥＤは、その半値幅が３０ｎｍ程度であり、その中心波長が７８０ｎｍ程度であり、その波長シフト幅が６０ｎｍ程度（±３０ｎｍ程度）である。一方、現在使用されているペリクル膜は、斜入射光に対して、反射率の波長依存性が大きく、膜厚のばらつき（変動）も比較的大きい。
【００１１】
このため、波長域が狭く且つ波長シフトにより波長帯が変動し易いＬＥＤを用いる従来技術では、ペリクル膜の反射率分光特性に起因して、マスク表面からの反射光を光電検出したときに得られる光電出力のレベル変動が大きくなり易い。また、例え波長シフトが起こらなくても、ペリクル膜の膜厚のばらつきに伴って反射率分光特性に波長方向の変化が生じるので、この反射率分光特性の波長方向変化に起因して光電出力レベルの変動が発生し易い。その結果、従来技術では、受光センサのダイナミックレンジの確保や受光センサの出力レベルの調整が大きな負担になっていた。
【００１２】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、たとえばペリクル膜の反射率分光特性による影響を抑えつつ、ペリクル膜で保護されたマスクの表面位置を安定的に且つ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。また、本発明は、たとえばペリクル膜で保護されたマスクの表面位置を安定的に且つ高精度に検出することのできる位置検出装置を用いて、投影光学系に対してマスクを高精度に設定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。
【００１３】
【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、薄膜により間隔を隔てて覆われた基板の表面位置を検出する位置検出装置において、
前記基板の表面に検出光束を斜めから照射するための照射系と、
前記基板の表面で反射された前記検出光束を光電検出し、該光電出力に基づいて前記基板の表面位置を検出するための検出系とを備え、
前記照射系は、前記薄膜に起因する影響を抑えるために、前記薄膜の反射率分光特性に応じた分光特性を有する検出光束を前記基板の表面に照射することを特徴とする位置検出装置を提供する。
【００１４】
第１形態の好ましい態様によれば、前記検出光束は、前記薄膜に起因する前記光電出力のレベル変動を抑えるための所要の分光特性を有する。また、前記照射系は、前記薄膜の反射率分光特性の１周期よりも大きな波長域を有する検出光束を前記基板の表面に照射することが好ましい。あるいは、前記照射系は、最小中心波長と最大中心波長との間隔が前記薄膜の反射率分光特性の１周期よりも大きく設定された複数の波長光を含む検出光束を前記基板の表面に照射することが好ましい。
【００１５】
本発明の第２形態では、ペリクル膜で保護されたマスクを照明し、前記マスクに形成されたパターンを感光性基板上に露光する露光装置において、前記マスクの表面位置を検出するための第１形態の位置検出装置を備えていることを特徴とする露光装置を提供する。
【００１６】
本発明の第３形態では、ペリクル膜で保護されたマスクを照明し、前記マスクに形成されたパターンを感光性基板上に露光する露光方法において、第１形態の位置検出装置を用いて前記マスクの表面位置を検出する工程を含むことを特徴とする露光方法を提供する。
【００１７】
本発明の第４形態では、ペリクル膜で保護されたマスクを照明し、前記マスクに形成されたパターンを感光性基板上に露光する露光方法において、
前記ペリクル膜で保護された前記マスクの表面に対し、前記ペリクル膜の反射率分光特性による影響を抑えるための分光特性を有する光束を斜めから照射し、
該照射による前記表面からの反射光を検出して、前記マスクの表面の位置を計測することを特徴とする露光方法を提供する。
【００１８】
【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。本実施形態では、ペリクル膜で保護されたマスクの表面位置を検出するための位置検出装置に対して本発明を適用している。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。
【００１９】
図１を参照すると、本実施形態の露光装置は、たとえば水銀ランプのような適当な光源からの光でマスク（投影原版）Ｍを重畳的に照明するための露光用照明系ＩＬを備えている。マスクＭはマスクステージＭＳ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。マスクステージＭＳは、図示を省略した制御系によって、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。
【００２０】
露光用照明系ＩＬで照明されてマスクＭを透過した光は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板としてのプレートＰに達し、プレートＰ上にはマスクＭのパターン像が形成される。プレートＰは、プレートステージＰＳ上においてＸＹ平面とほぼ平行に支持されている。プレートステージＰＳは、同じく制御系によって、投影光学系ＰＬの光軸方向に駆動され且つ投影光学系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。
【００２１】
こうして、マスクＭおよびプレートＰを投影光学系ＰＬに対して相対移動させつつ走査露光を行うことにより、プレートＰ上の１つのショット領域にマスクパターンが転写される。露光装置では、投影露光に先立って、投影光学系ＰＬに対してマスクＭのパターン面およびプレートＰの露光面を設定する必要がある。そこで、図示の露光装置には、ペリクル膜で保護されたマスクＭの表面（パターン面）位置を検出するためのマスクＭ用の位置検出装置、およびプレートＰの表面（露光面）位置を検出するためのプレートＰ用の位置検出装置が搭載されている。
【００２２】
図２は、ペリクル膜で保護されたマスクの表面位置を検出す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、本実施形態にかかるマスクＭ用の位置検出装置は、たとえばハロゲンランプのような光源１を備えている。光源１から供給された光は、コレクタレンズ２を介してほぼ平行光になり、熱線吸収フィルタ３、第１波長選択フィルタ４、および第２波長選択フィルタ５に順次入射する。ここで、熱線吸収フィルタ３は、たとえば９００ｎｍ以上の波長を有する光を吸収する特性を有する。
【００２３】
また、第１波長選択フィルタ４は、たとえば７００ｎｍ以下の波長を有する光の透過を遮る（カットする）特性を有する。また、第２波長選択フィルタ５は、たとえば８００ｎｍ以上の波長を有する光をカットする特性を有する。こうして、熱線吸収フィルタ３、第１波長選択フィルタ４および第２波長選択フィルタ５の作用により選択された７００ｎｍ〜８００ｎｍの波長域を有する光は、コンデンサーレンズ６を介して、光ファイバーのようなライトガイド７に入射する。
【００２４】
ライトガイド７の内部を伝搬して射出端から射出された光は、コンデンサーレンズ８を介して、スリット照明絞り９を照明する。スリット照明絞り９は、マスクＭのパターン面と光学的にほぼ共役な位置に配置され、図２の紙面に垂直な方向に沿って細長く延びたスリット状（細長い矩形状）の開口部（光透過部）を有する。スリット照明絞り９の開口部を通過した光は、光源１と光学的にほぼ共役な位置に配置された開口絞り１０、および対物レンズ１１を介して、ペリクル膜ＰＲで保護されたマスクＭのパターン面を斜めからケーラー照明する。
【００２５】
こうして、マスクＭのパターン面には、図２の紙面に垂直な方向に沿って細長く延びたスリット状の検出光束が入射する。このように、光源１、コレクタレンズ２、熱線吸収フィルタ３、第１波長選択フィルタ４、第２波長選択フィルタ５、コンデンサーレンズ６、ライトガイド７、コンデンサーレンズ８、スリット照明絞り９、開口絞り１０、および対物レンズ１１は、ペリクル膜ＰＲで保護されたマスクＭのパターン面にスリット状の検出光束を斜めから照射するための照射系を構成している。この際の検出光束の入射角度θ１はほぼ６５°となっている。なお、入射角度θ１は６５°に限るものではなく、４５°〜８８°，８９°の範囲で設定するようにすればよい。
【００２６】
スリット状の検出光束で照明されたマスクＭからの反射光は、対物レンズ１２および開口絞り１３を介して、マスクＭのパターン面と光学的にほぼ共役な位置に配置された検出面を有する受光センサ１４に達する。受光センサ１４は、その検出面において図２の紙面に垂直な方向に沿って細長く延びるように形成されたスリット像を光電検出し、検出信号（光電出力）を信号処理系１５に供給する。信号処理系１５では、スリット像の検出位置に基づいて、投影光学系ＰＬの光軸に沿ったマスクＭのパターン面位置を検出する。
【００２７】
このように、対物レンズ１２、開口絞り１３、受光センサ１４、および信号処理系１５は、マスクＭのパターン面で反射された検出光束を光電検出し、該光電出力に基づいてマスクＭのパターン面位置を検出するための検出系を構成している。信号処理系１５で検出されたマスクＭのパターン面位置に関する情報は制御系に供給され、制御系からの指令にしたがってマスクステージＭＳが駆動され、ひいては投影光学系ＰＬの物体面にマスクＭのパターン面が設定される。
【００２８】
なお、照射系（１〜１１）において光学系がマスクＭ側にテレセントリックになるように、開口絞り１０は対物レンズ１１の前側焦点位置に配置されている。また、検出系（１２〜１５）において光学系がマスクＭ側にテレセントリックになるように、開口絞り１３は対物レンズ１２の後側焦点位置に配置されている。
【００２９】
プレートＰ用の位置検出装置も、マスクＭ用の位置検出装置と同様の構成を有する。すなわち、プレートＰ用の位置検出装置では、たとえばライトガイド７のもう１つの分岐射出端２１から射出された光は、コンデンサーレンズ２２を介して、スリット照明絞り２３を照明する。スリット照明絞り２３のスリット状の開口部を通過した光は、開口絞り２４および対物レンズ２５を介して、プレートＰの露光面を斜めからケーラー照明する。この際の検出光束の入射角度θ２もマスク側の入射角度θ１とほぼ同じで、ほぼ６５°の角度で入射される。なお、入射角度θ２も６５°に限るものではなく、４５°〜８８°，８９°の範囲であればよい。
【００３０】
スリット状の検出光束で照明されたプレートＰからの反射光は、対物レンズ２６および開口絞り２７を介して、受光センサ２８に達する。こうして、プレートＰ用の位置検出装置では、受光センサ２８の検出面に形成されたスリット像の位置に基づいて、投影光学系ＰＬの光軸に沿ったプレートＰの露光面位置が検出される。そして、プレートＰの露光面位置に関する情報が供給された制御系からの指令にしたがってプレートステージＰＳが駆動され、ひいてはプレートＰの露光面が投影光学系ＰＬの像面に設定される。
【００３１】
図３は、垂直入射光（入射角０度）に対するペリクル膜の反射率分光特性を示す図である。また、図４は、斜入射光（入射角６５度）に対するペリクル膜の反射率分光特性を示す図である。図３および図４において、縦軸は反射率（％）を示し、横軸は波長（ｎｍ）を示している。また、図４において、太い実線４１はＳ偏光の光に対する反射率を、細い実線４２はＰ偏光の光に対する反射率をそれぞれ示している。したがって、非偏光の斜入射光に対する反射率は、太い実線４１と細い実線４２との間にある。
【００３２】
図３を参照すると、ペリクル膜ＰＲによる露光光の光量損失を小さく抑えるために、垂直入射光に対するペリクル膜ＰＲの反射率が小さく抑えられていることがわかる。とりわけ、水銀ランプのｇ線（４３６ｎｍ）、ｈ線（４０５ｎｍ）およびｉ線（３６５ｎｍ）に対する反射率がほぼ０に抑えられている。一方、図４を参照すると、ペリクル膜ＰＲでは、垂直入射光を実質的に反射しないように構成されているため、斜入射光に対して反射率の波長依存性が非常に大きいことがわかる。
【００３３】
図５は、マスク反射光からペリクル膜反射光の損失を差し引いた受光反射光の分光特性を示す図である。図５において、縦軸は受光反射光の光量の大きさを示し、横軸は波長（ｎｍ）を示している。また、図５において、太い実線５１はペリクル膜ＰＲの膜厚が標準値である場合を、細い実線５２はペリクル膜ＰＲの膜厚が公差内において最も大きい場合を、細い破線５３はペリクル膜ＰＲの膜厚が公差内において最も小さい場合を、太い破線５４はペリクル膜ＰＲが介在しない場合をそれぞれ示している。
【００３４】
図５において、太い実線５１と太い破線５４とを比較すると、ペリクル膜ＰＲの反射率分光特性に起因して、マスク表面からの反射光に周期的な波長依存性が発生することがわかる。また、太い実線５１と細い実線５２および細い破線５３とを比較すると、ペリクル膜ＰＲの膜厚のばらつきに伴って、マスク表面からの反射光の波長依存性に波長方向の変化が生じることがわかる。
【００３５】
図６は、従来技術において広く使用されているＬＥＤの波長分布特性を示す図である。図６において、縦軸は相対放射光強度（％）を示し、横軸は波長（ｎｍ）を示している。図６において、実線６１は波長シフトが無いときのＬＥＤの波長分布を、破線６２はマイナス側に最大波長シフトが起きたときのＬＥＤの波長分布を、一点鎖線６３はプラス側に最大波長シフトが起きたときのＬＥＤの波長分布をそれぞれ示している。図６を参照すると、当該ＬＥＤの中心波長は７８０ｎｍ程度であり、半値幅は３０ｎｍ程度であり、波長シフト幅は６０ｎｍ程度（±３０ｎｍ程度）であることがわかる。
【００３６】
図７は、図６の波長分布特性を有する従来技術のＬＥＤを用いる場合に受光センサで得られる光電出力の分光特性を示す図である。図７において、縦軸は受光センサの光電出力レベルを示し、横軸は波長（ｎｍ）を示している。また、図７において、太い実線７１は波長シフトが無いときの光電出力レベルを、破線７２はマイナス側に最大波長シフト（−３０ｎｍ）が起きたときの光電出力レベルを、細い実線７３はプラス側に最大波長シフト（＋３０ｎｍ）が起きたときのＬＥＤの波長分布をそれぞれ示している。なお、図７では、ペリクル膜ＰＲの膜厚のばらつきを無視し、膜厚が標準値であるものと想定している。
【００３７】
図７を参照すると、ＬＥＤに波長シフトが起こらない標準状態では、受光センサ１４において比較的大きな光電出力レベルが得られることがわかる。しかしながら、マイナス側に最大波長シフト（−３０ｎｍ）が起きたシフト（−）状態では、ペリクル膜反射光の損失が大きくなり光電出力レベルが標準状態の１／２以下まで減少することがわかる。また、プラス側に最大波長シフト（＋３０ｎｍ）が起きたシフト（＋）状態では、ペリクル膜反射光の損失がさらに大きくなり光電出力レベルが標準状態の１／３以下まで減少することがわかる。
【００３８】
図８は、図７に対応する図であって、シフト（＋）状態における光電出力レベルを１に規格化したときの各状態における光電出力レベルを示している。図７および図８を参照すると、図６の波長分布特性を有する従来技術のＬＥＤでは波長域が狭く且つ波長シフトにより波長帯が変動し易いので、ペリクル膜ＰＲの膜厚のばらつきを無視したとしても、ペリクル膜ＰＲの反射率分光特性に起因して、マスクＭのパターン面からの反射光を光電検出したときに得られる光電出力のレベルの変動が大きくなり易いことがわかる。
【００３９】
また、図５に示すようにペリクル膜ＰＲの膜厚のばらつきに伴って反射率分光特性に波長方向の変化が生じるので、ペリクル膜ＰＲの膜厚のばらつきを無視することのできない現状では、光電出力レベルの変動がさらに大きくなることが考えられる。もちろん、例え波長シフトが起こらなくても、上述したようにペリクル膜ＰＲの膜厚のばらつきに伴って反射率分光特性に波長方向の変化が生じるので、この反射率分光特性の波長方向変化に起因して光電出力レベルの変動が発生し易い。
【００４０】
これに対し、本実施形態では、ハロゲンランプのような光源１が供給する白色光から選択された７００ｎｍ〜８００ｎｍの波長域を有する光を、すなわち波長シフトの起こらない光を、ペリクル膜ＰＲで保護されたマスクＭのパターン面に照射している。換言すれば、本実施形態では、図４に示す斜入射光に対するペリクル膜ＰＲの反射率分光特性の１周期（約６０ｎｍ：波長が７００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲における１周期）よりも大きな波長域（１００ｎｍ）を有し且つ波長シフトが起こることなく波長帯が変動することのない検出光束を、マスクＭのパターン面に照射している。
【００４１】
このように、ペリクル膜ＰＲの反射率分光特性の１周期よりも波長域が広く且つ波長シフトの起こらない（すなわちペリクル膜ＰＲの反射率分光特性に応じた分光特性を有する）検出光束を用いる本実施形態では、ペリクル膜ＰＲの膜厚のばらつきに伴って反射率分光特性に波長方向の変化が生じても、検出光束の波長域がペリクル膜ＰＲの反射率の比較的小さい波長域とペリクル膜ＰＲの反射率の比較的大きい波長域とを包含するので、いわゆる平均化効果によりペリクル膜ＰＲの反射率分光特性における波長方向変化の光電出力レベル変動に対する影響を小さく抑えることができる。
【００４２】
図９は、図８に対応して本実施形態の効果を説明する図であって、ペリクル膜の各膜厚状態における光電出力レベルを示している。図９において、標準状態はペリクル膜ＰＲの膜厚が標準値である状態を、膜厚（−）状態はペリクル膜ＰＲの膜厚が公差内において最も小さい状態を、膜厚（＋）状態はペリクル膜ＰＲの膜厚が公差内において最も大きい状態をそれぞれ示している。なお、図９では、膜厚（−）状態における光電出力レベルを１に規格化している。
【００４３】
図９に示すように、本実施形態では、ペリクル膜ＰＲの膜厚のばらつきに伴う反射率分光特性の波長方向変化に起因する光電出力レベルの変動幅を、光電出力レベルの最小値の約２０％程度に小さく抑えることができる。ちなみに、図８に示す従来技術では、ペリクル膜ＰＲの膜厚のばらつきを無視しても、ＬＥＤの波長シフトの影響により、光電出力レベルの変動幅が光電出力レベルの最小値の２００％以上に達している。
【００４４】
以上のように、本実施形態の位置検出装置では、ペリクル膜ＰＲの反射率分光特性による影響を抑えつつ、ペリクル膜ＰＲで保護されたマスクＭのパターン面位置を安定的に且つ高精度に検出することができる。したがって、本実施形態の露光装置では、ペリクル膜ＰＲで保護されたマスクＭのパターン面位置を安定的に且つ高精度に検出することのできる位置検出装置を用いて、投影光学系ＰＬに対してマスクＭを高精度に設定して良好な露光を行うことができる。
【００４５】
なお、上述の実施形態では、斜入射光の波長が７００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲のものを示したが、８００ｎｍ〜９００ｎｍや６００ｎｍ〜７００ｎｍの波長帯でもよく、また６００ｎｍ〜１μｍ程度の波長の範囲の中の任意の１００ｎｍの波長域を用いるようにしてもよい。また、さらに広い波長域の２００ｎｍあるいは３００ｎｍとするように波長帯を選択するようにしてもよい。
【００４６】
また、上述の実施形態では、光源としてハロゲンランプを用いているが、これに限定されることなく、たとえば白色ＬＥＤのような波長幅の広い光を供給する光源を用いることもできる。また、上述の実施形態では、検出光束として１つの波長光を用いているが、これに限定されることなく、最小中心波長と最大中心波長との間隔がペリクル薄膜ＰＲの反射率分光特性の１周期よりも大きく設定された複数の波長光を含む検出光束を用いることもできる。具体的には、発光波長の異なる複数のＬＥＤ、たとえば赤色ＬＥＤ（中心波長６４０ｎｍ）、緑色ＬＥＤ（中心波長５２０ｎｍ）および青色ＬＥＤ（中心波長４８０ｎｍ）からの光ダイクロイックミラー等を介して合成して用いることができる。
【００４７】
この場合、最小中心波長である青色ＬＥＤの中心波長４８０ｎｍと最大中心波長である赤色ＬＥＤの中心波長６４０ｎｍとの間隔がペリクル薄膜ＰＲの反射率分光特性の１周期よりも大きく設定されているので、各ＬＥＤの中心波長がシフトして各波長帯が変動しても、上述の平均化効果により光電出力レベル変動に対する影響を小さく抑えることができる。同様に、光源として水銀ランプ等を使用し、複数のスペクトル線、たとえばｇ線（４３６ｎｍ）、ｈ線（４０５ｎｍ）およびｉ線（３６５ｎｍ）を用いることもできる。
【００４８】
また、上述の実施形態では、マスクＭ用の位置検出装置とプレートＰ用の位置検出装置とで共通の光源を使用し、同じ波長帯の光を検出光束として用いている。しかしながら、これに限定されることなく、マスクＭ用の位置検出装置とプレートＰ用の位置検出装置とが別々の光源を使用したり、検出光束として互いに異なる波長帯の光を用いたりすることもできる。ただし、プレートＰ用の位置検出装置では、レジストに感光する恐れの無い光、たとえば赤色光〜赤外光（６００ｎｍ〜１μｍ程度）を用いる必要がある。こうして、たとえばプレートＰ用の位置検出装置では赤色光〜赤外光（６００ｎｍ〜１μｍ程度）を用い、マスクＭ用の位置検出装置では紫外光（露光波長）〜可視光（４００ｎｍ〜５００ｎｍ程度）を用いることもできる。
【００４９】
また、上述の実施形態では、マスクＭ用の位置検出装置とプレートＰ用の位置検出装置とで別々の受光センサを用いているが、これに限定されることなく、マスクＭからの反射光とプレートＰからの反射光とを共通の受光センサへ導き、この共通受光センサの出力に基づいて、マスクＭのパターン面位置およびプレートＰの露光面位置を検出することもできる。
【００５０】
また、上述の実施形態では、１つの投影光学系を備えた露光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、たとえば特開平７−５７９８６号公報に開示されたように千鳥状に配置された複数の部分投影光学系を備えた露光装置において、個々の投影光学系の視野中心におけるマスクＭのパターン面位置をそれぞれ検出するための複数の位置検出装置を設けることもできる。
【００５１】
上述の実施形態の露光装置では、照明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、本実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのプレート（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際の手法の一例を、図１０のフローチャートを参照して説明する。
【００５２】
図１０において、パターン形成工程４０１では、本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。
【００５３】
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されたり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。
【００５４】
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。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。同様に、本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などを得ることもできる。
【００５５】
なお、上述の実施形態では、露光装置においてペリクル膜で保護されたマスクのパターン面位置を検出するための位置検出装置に本発明を適用しているが、これに限定されることなく、薄膜により間隔を隔てて覆われた基板の表面位置を検出する一般的な位置検出装置に本発明を適用することもできる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の位置検出装置では、たとえばペリクル膜の反射率分光特性による影響を抑えつつ、ペリクル膜で保護されたマスクの表面位置を安定的に且つ高精度に検出することができる。したがって、本発明の露光装置および露光方法では、ペリクル膜で保護されたマスクの表面位置を安定的に且つ高精度に検出することのできる位置検出装置を用いて、投影光学系に対してマスクを高精度に設定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】ペリクル膜で保護されたマスクの表面位置を検出する位置検出装置の構成を概略的に示す図である。
【図３】垂直入射光（入射角０度）に対するペリクル膜の反射率分光特性を示す図である。
【図４】斜入射光（入射角６５度）に対するペリクル膜の反射率分光特性を示す図である。
【図５】マスク反射光からペリクル膜反射光の損失を差し引いた受光反射光の分光特性を示す図である。
【図６】従来技術において広く使用されているＬＥＤの波長分布特性を示す図である。
【図７】図６の波長分布特性を有する従来技術のＬＥＤを用いる場合に受光センサで得られる光電出力の分光特性を示す図である。
【図８】図７に対応する図であって、シフト（＋）状態における光電出力レベルを１に規格化したときの各状態における光電出力レベルを示している。
【図９】図８に対応して本実施形態の効果を説明する図であって、ペリクル膜の各膜厚状態における光電出力レベルを示している。
【図１０】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】
ＩＬ  露光用照明系
Ｍ  マスク
ＭＳ  マスクステージ
ＰＬ  投影光学系
Ｐ  プレート
ＰＳ  プレートステージ
ＰＲ  ペリクル膜
１  光源
２  コレクタレンズ
３  熱線吸収フィルタ
４，５  波長選択フィルタ
６，８  コンデンサーレンズ
７  ライトガイド
９  スリット照明絞り
１０，１３  開口絞り
１１，１２  対物レンズ
１４  受光センサ
１５  信号処理系
【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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