[发明专利]光学设备、位置检测设备、显微镜设备以及曝光设备

说明书

技术领域

本发明涉及光学设备、位置检测设备、显微镜设备以及曝光设备。

背景技术

近来，随着半导体集成电路的集成化和微图形化发展，电路图形的线宽度已经变得非常小。因此，在光刻处理中，要求要被形成在衬底上的图形（抗蚀剂图形）的进一步微图形化。作为实现像这样的微图形化的技术，使用具有比紫外光短的波长的EUV光（波长=10～15nm）的曝光设备（EUV曝光设备）以及通过使用带电粒子束在衬底上执行绘制的绘制设备（drawing apparatus）（带电粒子束绘制设备）是已知的。注意，因为EUV光和带电粒子束（电子束）由于大气环境中的吸收而衰减，所以EUV曝光设备和带电粒子束绘制设备被收纳在真空室中并且被放置在大约10^-4～10^-5 Pa或更大的真空环境中。

在曝光设备中，通过将曝光光会聚（聚焦）到衬底上的预定位置来将图形转印到衬底上。因此，为了转印精细图形，需要将衬底和曝光光精确地对准（align）。当将衬底和曝光光对准时，一般通过检测衬底上的对准标记来检测衬底的位置。

该对准标记的检测使用两种模式，即，亮场检测（亮场照明）和暗场检测（暗场照明），以便精确地检测来自标记的光。亮场检测是将照明光学系统的数值孔径（NA）与图像形成光学系统的数值孔径匹配并且主要检测透射通过标记（被检体）的0次光、由此获得标记的亮场图像的方法。另一方面，暗场检测是故意将照明光学系统和图像形成光学系统的NA彼此偏移并且检测通过标记散射或者衍射的二次光、由此获得标记的暗场图像的方法。通过在切换亮场检测和暗场检测的同时检测对准标记，可以通过抑制由晶圆工艺（wafer process）或者标记上的台阶所引起的检测信号（对准信号）的S/N比的降低来防止检测误差和检测的不可能性。在日本专利公开No.11-87222、7-169429和2001-154103中提出了切换亮场检测和暗场检测的技术。

例如，日本专利公开No.11-87222已经公开了用于通过切换照明光学系统的孔径光阑来检测对准标记的位置检测设备。在该位置检测设备中，根据晶圆工艺或者标记上的台阶通过使用驱动装置（诸如致动器或者马达）来切换亮场孔径光阑和暗场孔径光阑。

日本专利公开No.7-169429和2001-154103已经公开了用于通过根据样本（被检体）的结构或者形状切换亮场检测和暗场检测来观察样本的显微镜设备。更具体地说，日本专利公开No.7-169429已经公开了在公共的光阑台子上包括亮场检测光阑和暗场检测光阑的透射电子显微镜。在该透射电子显微镜中，经由放置在大气环境中的驱动装置将亮场检测光阑或者暗场检测光阑放置在放置在真空环境中的透射电子检测器和样本之间的光轴上。此外，日本专利公开No.2001-154103已经公开了包括亮场照明光源和暗场照明光源并且能够通过使用这些光源切换亮场检测和暗场检测的显微镜设备。

然而，在EUV曝光设备或者带电粒子束绘制设备中，用于使衬底和曝光光或者带电粒子束对准的位置检测设备也被放置在真空环境中，因此驱动装置（诸如致动器或者马达）被用在真空环境中。例如，在日本专利公开No.11-87222中公开的位置检测设备通过使用马达来切换亮场检测孔径光阑和暗场检测孔径光阑，当在真空环境中使用马达时必须考虑来自马达的发热和放气（outgas）。因此，必须通过使用减少发热和放气的影响的粘合剂和部件（材料）来形成要在真空环境中使用的驱动装置（诸如马达）。这通常使得性能低于要在大气环境中使用的驱动装置的性能。因此，要在真空环境中使用的驱动装置的冲程（stroke）或者驱动精度变得不够，并且这使得不可能精确定位亮场孔径光阑或者暗场孔径光阑，因此对准标记检测精度有时降低（有时出现检测误差）。此外，当要在真空环境中使用的驱动装置被制造为使得具有与要在大气环境中使用的驱动装置的性能相同的性能时，制造成本增加非常多。

在日本专利公开No.7-169429中公开的透射电子显微镜中，因为驱动装置被放置在大气环境中，所以来自驱动装置的发热和放气不必被考虑，因此可以使用要在大气环境中使用的驱动装置。然而，由于驱动装置经由真空室的隔墙连接到亮场检测光阑和暗场检测光阑，隔墙的结构复杂，因此驱动装置的性能没有被充分地传送到亮场检测光阑和暗场检测光阑。因此，通过驱动装置执行的亮场检测光阑和暗场检测光阑的位置控制变得不够。这使得不可能精确地在真空环境中定位亮场孔径光阑和暗场孔径光阑，并且降低透射电子显微镜的精度。