(57)【要約】【課題】被検面のパターン又は反射率分布の影響を低減させて、被検面の法線方向の位置情報を高精度に検出する。【解決手段】計測光Ｌ１をレチクル面Ｒａに照射し、レチクル面Ｒａからの反射光Ｌ２を光電センサ３７で受光して、レチクル面Ｒａの面位置情報を検出する装置において、計測光Ｌ１をレチクル面Ｒａに照射して反射光Ｌ２を受光する対物レンズ３５と、対物レンズ３５を介した反射光Ｌ２を光電センサ３７に通すピンホール板３６とを含む共焦点光学系と、計測光Ｌ１にレチクル面Ｒａ上での照射面積を広げるように、かつ反射光Ｌ２にピンホール板３６上での照射面積を狭くするように位相分布を付与する位相板３３とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出光を被検面に照射し、前記被検面からの反射光を光電検出器を介して受光して得られる検出情報に基づいて前記被検面の面位置情報を検出する面位置検出装置において、
前記検出光を前記被検面に照射して前記反射光を受光する対物レンズと、前記対物レンズを介した前記反射光を前記光電検出器に通す開口が形成された開口部材とを含む共焦点光学系と；
前記被検面に照射される前記検出光に、前記被検面上での照射面積を広げるように位相分布を付与する第１位相部材と；
前記反射光に、前記開口部材上での照射面積を狭くするように位相分布を付与する第２位相部材と；
を備えたことを特徴とする面位置検出装置。
【請求項２】
第１面またはその近傍に配置される被検面に検出光を照射し、該検出光の前記被検面による反射光を光電検出した結果に基づいて前記被検面の面位置情報を検出する面位置検出装置において、
前記第１面と第２面とを光学的に共役にする結像光学系と、前記第２面に配置され、前記反射光が通過可能な前記第２面上の領域を所定範囲に制限する開口が形成された開口部材とを含む共焦点光学系と、
前記結像光学系を介して前記第１面に照射される前記検出光に第１の位相分布を付与する第１位相部材と、
前記結像光学系を介して前記第２面に導かれる前記反射光に第２の位相分布を付与する第２位相部材と、を備え、
前記第１の位相分布は、前記第１面上での前記検出光の照射領域が前記結像光学系による前記開口の共役像より大きくなる位相分布であり、
前記第２の位相分布は、前記被検面からの前記反射光の前記第２面上での照射領域が前記開口より小さくなるかほぼ等しくなる位相分布であることを特徴とする面位置検出装置。
【請求項３】
前記第１位相部材は、通過する前記検出光に１８０°の位相差を付与する少なくとも２つの領域を有し、
前記第２位相部材は、通過する前記反射光に１８０°の位相差を付与する少なくとも２つの領域を有することを特徴とする請求項１または２に記載の面位置検出装置。
【請求項４】
第１面またはその近傍に配置される被検面に検出光を照射し、該検出光の前記被検面による反射光を光電検出した結果に基づいて前記被検面の面位置情報を検出する面位置検出装置において、
前記第１面と第２面とを光学的に共役にする結像光学系と、前記第２面に配置され、前記反射光が通過可能な前記第２面上の領域を所定範囲に制限する開口が形成された開口部材とを含む共焦点光学系と、
前記結像光学系を介して前記第１面に照射される前記検出光のうちの第１部分検出光と第２部分検出光との間に所定の位相差を付与する第１位相部材と、
前記結像光学系を介して前記第２面に導かれる前記反射光のうち前記第１部分検出光に対応する第１部分反射光と前記第２部分検出光に対応する第２部分反射光との間に、前記所定の位相差を解消する位相差を付与する第２位相部材と、
を備えることを特徴とする面位置検出装置。
【請求項５】
前記所定の位相差を解消する位相差は、前記第２面における前記第１部分反射光と前記第２部分反射光との位相差が３６０°の整数倍となる位相差であることを特徴とする請求項４に記載の面位置検出装置。
【請求項６】
前記第１位相部材は、前記第１部分検出光に対して第１位相を付与する第１位相領域と、前記第２部分検出光に対し、前記第１位相に比して１８０°の奇数倍だけ異なる第２位相を付与する第２位相領域と、を有することを特徴とする請求項４または５に記載の面位置検出装置。
【請求項７】
前記第１位相部材と前記第２位相部材とは、前記結像光学系の少なくとも一部および前記第１面を介して互いに光学的に共役な位置に配置されることを特徴とする請求項２および請求項４から６のいずれか一項に記載の面位置検出装置。
【請求項８】
前記第１位相部材は、前記共焦点光学系の射出瞳と光学的に共役な位置またはこの近傍の位置に配置されることを特徴とする請求項７に記載の面位置検出装置。
【請求項９】
前記第１位相部材は、前記第２位相部材を兼用することを特徴とする請求項７または８に記載の面位置検出装置。
【請求項１０】
前記第１位相部材は、前記共焦点光学系の光軸を中心とする円形の第１領域と、該第１領域を囲む輪帯状の第２領域とを有し、前記第１領域及び前記第２領域を通過した前記検出光に１８０°の位相差を付与することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の面位置検出装置。
【請求項１１】
前記第１位相部材は、前記被検面上での前記検出光の照射面積を少なくとも２倍に広げることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の面位置検出装置。
【請求項１２】
マスクのパターンの像を投影光学系を介して基板に投影して該基板を露光する露光装置であって、
請求項１から１１のいずれか一項に記載の面位置検出装置と、
前記面位置検出装置で検出される前記マスクのパターン面の前記投影光学系の光軸方向の面位置情報に基づいて、前記マスクのパターンの像と前記基板との合焦を行うステージ装置と、を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
前記露光された基板を処理する工程と、を含むデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被検面の面位置情報を検出する面位置検出装置、この面位置検出装置を備えた露光装置、及びこの露光装置を用いて半導体素子又は液晶表示素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するためのデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子等を製造するためのリソグラフィ工程において、レチクル（マスク）のパターンをフォトレジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に転写するために使用されるステッパー等の一括露光型の投影露光装置、又はスキャニングステッパー等の走査型の投影露光装置等の露光装置においては、ウエハの表面（ウエハ面）を投影光学系の像面に対して焦点深度（ＤＯＦ）の範囲内に合わせ込むために、ウエハ面に斜めに検出光を照射してその反射光を検出する斜入射方式のオートフォーカスセンサ（以下、ＡＦセンサという。）の計測値に基づいて、ウエハステージの高さ制御を行っている。
【０００３】
最近では、レチクルの撓み等よるフォーカス誤差を抑制するために、光軸方向に駆動される対物レンズを通してレチクルのパターン面（被検面）に検出光をほぼ垂直に照射し、被検面からの反射光をその対物レンズ及び被検面と共役な位置にあるピンホールを介して検出することによって、その被検面の法線方向の位置（面位置）を検出するレチクル用の共焦点方式のＡＦセンサも用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−４８８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のレチクル用の共焦点方式のＡＦセンサによれば、被検面に検出光をほぼ垂直に照射できるため、斜入射方式に比べて光学系の小型化が可能である。しかしながら、被検面であるレチクルのパターン面にはデバイス用の種々のパターンが形成されているため、検出光の被検面上の集光スポット内でのパターンの分布によっては、反射光の光量分布の中心とピンホールの中心とが比較的大きくずれて、面位置の検出誤差が生じる恐れがある。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑み、被検面のパターン又は反射率分布の影響を低減させて、被検面の面位置情報を高精度に検出できる面位置検出装置、この面位置検出装置を用いる露光装置、及びこの露光装置を用いるデバイス製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による第１の面位置検出装置は、検出光を被検面に照射し、その被検面からの反射光を光電検出器を介して受光して得られる検出情報に基づいてその被検面の面位置情報を検出する面位置検出装置において、その検出光をその被検面に照射してその反射光を受光する対物レンズと、その対物レンズを介したその反射光をその光電検出器に通す開口が形成された開口部材とを含む共焦点光学系と、その被検面に照射されるその検出光に、その被検面上での照射面積を広げるように位相分布を付与する第１位相部材と、その反射光に、その開口部材上での照射面積を狭くするように位相分布を付与する第２位相部材と、を備えたものである。
【０００８】
また、本発明による第２の面位置検出装置は、第１面またはその近傍に配置される被検面に検出光を照射し、該検出光のその被検面による反射光を光電検出した結果に基づいてその被検面の面位置情報を検出する面位置検出装置において、その第１面と第２面とを光学的に共役にする結像光学系と、その第２面に配置され、その反射光が通過可能なその第２面上の領域を所定範囲に制限する開口が形成された開口部材とを含む共焦点光学系と、その結像光学系を介してその第１面に照射されるその検出光に第１の位相分布を付与する第１位相部材と、その結像光学系を介してその第２面に導かれるその反射光に第２の位相分布を付与する第２位相部材と、を備え、その第１の位相分布は、その第１面上でのその検出光の照射領域がその結像光学系によるその開口の共役像より大きくなる位相分布であり、その第２の位相分布は、その被検面からのその反射光のその第２面上での照射領域がその開口より小さくなるかほぼ等しくなる位相分布であるものである。
【０００９】
また、本発明による第３の面位置検出装置は、その第２の面位置検出装置の第１及び第２位相部材として、その結像光学系を介してその第１面に照射されるその検出光のうちの第１部分検出光と第２部分検出光との間に所定の位相差を付与する第１位相部材と、その結像光学系を介してその第２面に導かれるその反射光のうちその第１部分検出光に対応する第１部分反射光とその第２部分検出光に対応する第２部分反射光との間に、その所定の位相差を解消する位相差を付与する第２位相部材と、を備えるものである。
【００１０】
また、本発明による露光装置は、マスクのパターンの像を投影光学系を介して基板に投影して該基板を露光する露光装置であって、本発明の面位置検出装置と、その面位置検出装置で検出されるそのマスクのパターン面のその投影光学系の光軸方向の面位置情報に基づいて、そのマスクのパターンの像とその基板との合焦を行うステージ装置と、を備えるものである。
【００１１】
また、本発明によるデバイス製造方法は、本発明の露光装置を用いて基板を露光する工程と、その露光された基板を処理する工程と、を含むものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の面位置検出装置によれば、第１位相部材によって被検面上での検出光の照射面積が大きくなるため、被検面のパターン又は反射率分布の影響が軽減される。さらに、第２位相部材によって反射光の開口部材の開口上での照射面積が小さくなるため、被検面の面位置情報を高精度に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態の露光装置の概略構成を示す一部を切り欠いた図である。
【図２】（Ａ）は図１中のＲＡＦセンサ２及びＲＡＦ制御系５２を示す一部を切り欠いた図、（Ｂ）は図２（Ａ）中の位相板３３を示す平面図、（Ｃ）は光電センサの検出信号を示す図、（Ｄ）はその検出信号を処理して得られるフォーカス信号を示す図である。
【図３】（Ａ）は計測光に対する位相板３３の作用を示す図、（Ｂ）は反射光に対する位相板３３の作用を示す図、（Ｃ）は計測光のレチクル面上の照射領域を示す拡大平面図、（Ｄ）は反射光のピンホール上の照射領域を示す拡大平面図である。
【図４】（Ａ）は位相板がない場合の計測光の照射領域を示す拡大平面図、（Ｂ）は図４（Ａ）の計測光による反射光の照射領域を示す拡大平面図である。
【図５】（Ａ）は位相差領域のない平板３３Ｕを示す平面図、（Ｂ）は平板３３Ｕを透過した計測光の照射領域を示す拡大図、（Ｃ）は位相板３３を示す平面図、（Ｄ）は位相板３３を透過した計測光の照射領域を示す拡大図である。
【図６】（Ａ）は位相板３３Ａを示す平面図、（Ｂ）は位相板３３Ａを透過した計測光の照射領域を示す拡大図、（Ｃ）は位相板３３Ｂを示す平面図、（Ｄ）は位相板３３Ｂを透過した計測光の照射領域を示す拡大図である。
【図７】第２の実施形態のＲＡＦセンサ２Ａを示す一部を切り欠いた図である。
【図８】電子デバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態につき図１〜図６を参照して説明する。本実施形態は、レチクル用のオートフォーカスセンサを備えた露光装置に本発明を適用したものである。
図１は、本実施形態のスキャニングステッパーよりなる走査露光型の露光装置（投影露光装置）の概略構成を示す図である。図１において、その露光装置は、露光光源（不図示）と、露光光源からの露光光でレチクルＲ（マスク）を照明する照明光学系ＩＬと、下面（パターン面）に転写用の回路パターンが形成されたレチクルＲを保持して移動するレチクルステージＲＳＴと、レチクルＲのパターンの像をフォトレジスト（感光材料）が塗布されたウエハＷ（基板）上に投影する投影光学系ＰＬと、ウエハＷを保持して移動するウエハステージＷＳＴとを備えている。さらに、その露光装置は、レチクルＲの下面で法線方向（ここでは投影光学系ＰＬの光軸に平行な方向）の位置を検出するためのレチクル用のオートフォーカスセンサ（以下、ＲＡＦセンサという。）２と、ウエハＷ表面の複数の計測点で投影光学系ＰＬの光軸方向の位置（フォーカス位置）を検出するためのウエハ用のオートフォーカスセンサ（以下、ＡＦセンサという。）６０と、ＲＡＦセンサ２及びＡＦセンサ６０の計測結果に基づいて投影光学系ＰＬの像面にウエハＷの表面を合焦させる合焦機構（像位置の補正機構）、及び装置全体の動作を統括制御するコンピュータよりなる主制御系５０等とを備えている。
【００１５】
以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面（ここではほぼ水平面）内において図１の紙面に垂直な方向にＸ軸を、図１の紙面に平行な方向にＹ軸を取って説明する。本実施形態では、Ｙ軸に平行な方向（Ｙ方向）が、走査露光時のレチクルＲ及びウエハＷの走査方向ＳＤである。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に平行な軸の回りの回転方向をθｘ、θｙ、θｚ方向とも呼ぶ。
【００１６】
図１において、照明光学系ＩＬは、光量調整用光学系、オプティカルインテグレータを含む照度均一化光学系、レチクルブラインド（視野絞り）、及びリレーレンズ系等を含む光学系４と、コンデンサレンズ６と、光路折り曲げ用のミラー８とを有する。露光光源（不図示）としては、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）若しくはＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）等の紫外レーザ光源、固体レーザ（半導体レーザ等）の高調波発生装置、又は水銀ランプ（ｉ線等の輝線の光源）等を用いることができる。
【００１７】
また、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴは、レチクルベースＲＢＳのＸＹ平面にほぼ平行な上面にエアベアリングを介して移動可能に載置され、リニアモータ等の駆動機構（不図示）によって、Ｙ方向に定速駆動されるとともに、Ｘ方向、及びθｚ方向にも微少駆動可能である。レチクルステージＲＳＴ上にレチクルＲに対してＹ方向に近接するように、下面に基準マーク等が形成されてレチクルＲよりもＹ方向の幅が狭いレチクルマーク板ＲＦＭが保持され、レチクルＲ及びレチクルマーク板ＲＦＭの底面側のレチクルステージＲＳＴに露光光及びＲＡＦセンサ２からの計測光を通過させるための開口１０ａ及び１０ｂが形成されている。レチクルベースＲＢＳの光軸ＡＸを含む領域に露光光を通過させる開口１０ｃが形成され、光軸ＡＸに対してＹ方向に離れた領域に開口１０ｄが形成され、開口１０ｄを通してレチクルＲ及びレチクルマーク板ＲＦＭの下面にＲＡＦセンサ２からの計測光（検出光）が照射される（詳細後述）。
【００１８】
また、レチクルステージＲＳＴ上に固定された移動鏡１２に対向するように、移動鏡１２に計測用のレーザビームを照射するレーザ干渉計１３が配置されている。移動鏡１２は実際にはＸ軸及びＹ軸の移動鏡を含み、レーザ干渉計１３も少なくとも２つのＹ軸のレーザ干渉計とＸ軸のレーザ干渉計とを含んでいる。レーザ干渉計１３は、例えば投影光学系ＰＬの側面に設けた参照鏡（不図示）を基準として、少なくともレチクルステージＲＳＴのＹ方向、Ｘ方向の位置を０．５〜０．１ｎｍ程度の分解能で計測し、θｚ方向の回転角をも計測する。この計測値は主制御系５０内のステージ制御部に供給され、ステージ制御部はその計測値に基づいて駆動機構（不図示）を介してレチクルステージＲＳＴの２次元的な位置及び速度を制御する。
【００１９】
投影光学系ＰＬは、両側（又はウエハ側に片側）テレセントリックで投影倍率が１／４又は１／５等の縮小倍率の屈折系又は反射屈折系であり、レチクルＲの下面のＸ方向に細長い照明領域内のパターンの像をウエハＷ上の一つのショット領域上の露光領域に投影する。投影光学系ＰＬの鏡筒の一部である分割鏡筒５５Ａ，５５Ｂ内にＺ方向に伸縮可能な３箇所の駆動素子（ピエゾ素子等）５７Ａ，５７Ｂ及びレンズ枠５６Ａ，５６Ｂを介してレンズエレメント５８Ａ，５８Ｂが支持されている。駆動素子５７Ａ，５７Ｂの駆動量は、主制御系５０の制御のもとで駆動系５４によって制御される。駆動素子５７Ａ，５７Ｂを介してレンズエレメント５８Ａ，５８ＢのＺ方向の位置及びθｘ方向、θｙ方向の傾斜角を制御することで、投影光学系ＰＬの像面湾曲、ベストフォーカス位置等の結像特性を制御することができる。駆動素子５７Ａ，５７Ｂ及び駆動系５４を含んで、投影光学系ＰＬの結像特性制御機構が構成されている。なお、結像特性制御機構によって駆動される投影光学系ＰＬ内のレンズエレメント（又は光学部材）の個数及び位置は、制御対象の結像特性の種類に応じて設定される。
【００２０】
一方、ウエハＷはウエハホルダＷＨを介してウエハステージＷＳＴ上に吸着保持されている。ウエハステージＷＳＴは、ウエハホルダＷＨが固定されたウエハテーブル２１と、ＸＹステージ２３と、ＸＹステージ２３に対してウエハテーブル２１のＺ方向の位置（フォーカス位置）及びθｘ方向、θｙ方向の傾斜角を制御するための３箇所のＺ駆動部２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃとを備えている。ＸＹステージ２３は、ウエハベースＷＢＳ上のＸＹ平面にほぼ平行なガイド面上に空気軸受を介して移動可能に載置され、リニアモータ等の駆動機構（不図示）によって、Ｙ方向に定速駆動されるとともに、Ｘ方向、Ｙ方向にステップ移動するように駆動される。
【００２１】
ウエハテーブル２１の直交する反射面（移動鏡でもよい）に対向するように、その反射面に計測用のレーザビームを照射するレーザ干渉計２４（実際には例えば少なくともＹ方向に１軸、Ｘ方向に２軸のレーザ干渉計より構成されている）が配置されている。レーザ干渉計２４は、例えば投影光学系ＰＬの側面に設けた参照鏡（不図示）を基準として、少なくともウエハテーブル２１（ウエハＷ）のＸ方向、Ｙ方向の位置を０．５〜０．１ｎｍ程度の分解能で計測し、θｚ方向の回転角も計測する。この計測値は主制御系５０内のステージ制御部に供給され、ステージ制御部はその計測値に基づいて駆動機構（不図示）を介してウエハステージＷＳＴの２次元的な位置及び速度を制御する。
【００２２】
また、投影光学系ＰＬの側面にはウエハＷ上のアライメントマークの位置を検出するアライメントセンサＡＬＧが設置され、ウエハテーブル２１のウエハＷの近傍には、スリット及び基準マークが形成された基準マーク板２５ａと、そのスリットを通過した露光光を集光するレンズ系２５ｂと、集光された光束を受光する光電センサ２５ｃとを含む空間像計測系２５が設置されている。空間像計測系２５によって、レチクルＲのアライメントマークの像の位置の計測も可能である。アライメントセンサＡＬＧ及び空間像計測系２５の検出信号は、主制御系５０内のアライメント制御部に供給され、その検出信号に基づいてアライメント制御部はレチクルＲとウエハＷとのアライメントを行う。
【００２３】
また、ＡＦセンサ６０は、ウエハＷ表面の複数の計測点に斜めにスリット像を投射する投光部６０ａと、その表面からの反射光を受光してスリット像を再形成し、それらの横ずれ量、ひいては計測点のＺ方向の位置（フォーカス位置）に対応する検出信号を出力する受光部６０ｂとから構成された、斜入射方式で多点のオートフォーカスセンサである。受光部６０ｂの検出信号は主制御系５０内のウエハ側フォーカス演算部に供給され、ウエハ側フォーカス演算部は、その検出信号を処理してウエハＷ表面のフォーカス位置及び傾斜角を求める。
【００２４】
また、主制御系５０内のレチクル側フォーカス演算部には、後述のように、ＲＡＦセンサ２及びＲＡＦ制御系５２を介して計測されるレチクルＲの下面（パターン面）のＺ方向の位置情報も供給される。この位置情報に基づいて、レチクル側フォーカス演算部は、投影光学系ＰＬによるレチクルＲのパターンの縮小像の像面のＺ方向の位置、及びθｘ方向、θｙ方向の傾斜角（又は像面湾曲の状態）を求める。そして、走査露光時に、主制御系５０内のフォーカス駆動部は、レチクル側フォーカス演算部によって算出される投影光学系ＰＬの像面に、ウエハ側フォーカス演算部によって求められるウエハＷ表面が合焦されるように、オートフォーカス方式でＺ駆動部２２Ａ〜２２Ｃを駆動するとともに、必要に応じて結像特性制御機構（駆動系５４）を介して投影光学系ＰＬの像面湾曲又はフォーカス位置を制御する。即ち、Ｚ駆動部２２Ａ〜２２Ｃ及び結像特性制御機構（駆動系５４）が合焦機構（像位置の補正機構）を構成している。これによって、レチクルＲの下面（パターン形成面）に微小な撓みが生じているような場合でも、投影光学系ＰＬの像面にウエハＷ表面を合焦させて、レチクルＲのパターンを高解像度でウエハＷの各ショット領域に転写することができる。
【００２５】
そして、走査露光時には、照明光学系ＩＬからの露光光の照明領域に対して、レチクルステージＲＳＴを介してレチクルＲをＹ方向に移動するのに同期して、ウエハステージＷＳＴを介してウエハＷ上の一つのショット領域を投影倍率を速度比としてＹ方向に移動する動作と、露光光の照射を停止して、ウエハステージＷＳＴを介してウエハＷをＸ方向、Ｙ方向にステップ移動する動作とが繰り返される。このようなステップ・アンド・スキャン動作によって、ウエハＷ上の各ショット領域にレチクルＲのパターンの像が露光される。
【００２６】
次に、本実施形態において、投影光学系ＰＬのフォーカス誤差の要因となるレチクルＲの下面（パターン面）の撓み等に起因するＺ方向の位置（Ｚ位置）の分布を計測するためのＲＡＦセンサ２、及びこの検出信号を処理するＲＡＦ制御系５２について詳細に説明する。なお、ＲＡＦセンサ２及びＲＡＦ制御系５２によるレチクルＲのＺ位置の計測は、例えば図１のレチクルステージＲＳＴ上でレチクルの交換を行った後に実行される。この後の同一のレチクルを用いる露光工程では、最初に計測されて記憶されているレチクルＲの走査方向の位置に応じたＺ位置に基づいてオートフォーカス制御が行われる。
【００２７】
図２（Ａ）は図１の投影光学系ＰＬの上端部の側面とレチクルベースＲＢＳとの間に配置されたＲＡＦセンサ２及びＲＡＦ制御系５２を示す。図２（Ａ）において、ＲＡＦセンサ２は、レチクルベースＲＢＳの開口１０ｄの下方に配置され、開口１０ｄの上方をレチクルステージＲＳＴに保持されたレチクルＲ及びレチクルマーク板ＲＦＭがＹ方向（走査方向ＳＤ）に移動する。図２（Ａ）においては、レチクルＲの下面のパターン面Ｒａが被検面としてＲＡＦセンサ２の上方に位置している。ＲＡＦセンサ２は、半導体レーザ又は発光ダイオード等の点光源として計測光Ｌ１を＋Ｙ方向に放射状に発生する光源３１を備えている。計測光Ｌ１は例えば可視域から近赤外域の単色光であり、その波長は一例として６７０ｎｍである。ＲＡＦ制御系５２が光源３１の発光タイミング及び出力を制御する。
【００２８】
また、ＲＡＦセンサ２は、レチクルＲのパターン面Ｒａの下方に光軸ａｘｒに沿って順次配列された対物レンズ３５と、開口絞り３４と、計測光Ｌ１を透過する後述の位相板３３と、プリズム型のビームスプリッタ３２と、ピンホール３６ａが形成されたピンホール板３６と、フォトダイオード等の光電センサ３７とを備えている。対物レンズ３５は、光源３１の発光部とパターン面Ｒａの計測光Ｌ１の照射領域とを実質的に光学的に共役にするとともに、パターン面Ｒａの計測光Ｌ１の照射領域とピンホール３６ａとを実質的に光学的に共役にする。言い換えると、対物レンズ３５及びピンホール板３６によって、パターン面Ｒａに対して共焦点光学系が構成されている。ただし、レチクルＲの自重によってパターン面Ｒａは僅かに例えば円弧状に撓む傾向があるため、例えば経験的に求められているパターン面ＲａのＹ方向の全面の平均的な平面を基準面１１とする。基準面１１は、一例として、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上では投影光学系ＰＬの設計上の物体面と同じＺ位置にあり、パターン面Ｒａの計測光Ｌ１の照射領域が基準面１１に合致するときに、その照射領域と光源３１の発光部及びピンホール３６ａとは正確に光学的に共役になる。なお、基準面１１としては、例えばレチクルマーク板ＲＦＭの下面（パターン面）を使用してもよい。
【００２９】
また、開口絞り３４の配置面は、共焦点光学系の射出瞳（ここでは対物レンズ３５の射出瞳と同じ）と光学的に共役であり、位相板３３は開口絞り３４の近傍の面上に配置されている。対物レンズ３５からパターン面Ｒａに照射される計測光Ｌ１の開口数ＮＡは例えば０．５である。この場合、光源３１から射出された計測光Ｌ１のうちビームスプリッタ３２でレチクルＲの方向（＋Ｚ方向）に反射された計測光（これもＬ１と呼ぶ）は、位相板３３、開口絞り３４を通過し、対物レンズ３５によってパターン面Ｒａに集光される。そして、計測光Ｌ１のうちパターン面Ｒａで反射された反射光Ｌ２は、対物レンズ３５、開口絞り３４及び位相板３３を介してビームスプリッタ３２に戻り、ビームスプリッタ３２を透過した反射光（これもＬ２と呼ぶ）が、ピンホール３６ａを通過して光電センサ３７で受光される。光電センサ３７の検出信号ＦＳ１がＲＡＦ制御系５２に出力される。
【００３０】
ピンホール３６ａの大きさは、パターン面Ｒａが基準面１１に合致している状態で、パターン面Ｒａからの反射光Ｌ２の照射領域（スポット光）よりも大きくなるように設定されている。そして、パターン面ＲａのＺ位置が基準面１１から離れると、反射光Ｌ２の照射領域が大きくなって、反射光Ｌ２のうちでピンホール３６ａを通過する光量が減少するため、検出信号ＦＳ１が小さくなる。従って、対物レンズ３５が静止しているときには、検出信号ＦＳ１は、図２（Ｃ）に示すように、パターン面Ｒａ上の計測光Ｌ１の照射領域のＺ位置ｚｆが、基準面１１のＺ位置であるｚ０に合致しているときに最大になり、Ｚ位置ｚｆがｚ０から離れると小さくなる。
【００３１】
また、図２（Ａ）において、対物レンズ３５を保持するレンズホルダ３８は、不図示のフレームに対して例えば板ばね（不図示）を介してＺ方向に変位可能に支持され、レンズホルダ３８に巻回されたコイル３９と、そのフレームに固定されてコイル３９を横切る磁場を生成する磁性部材４０とから、対物レンズ３５をＺ方向に振動させるボイスコイルモータが構成されている。ＲＡＦ制御系５２がコイル３９に流す電流を制御して、対物レンズ３５をＺ方向に所定周期で振動させる。また、ＲＡＦ制御系５２は、一例として光電センサ３７からの検出信号ＦＳ１をそのコイル３９の駆動電流に同期した信号で同期整流して、図２（Ｄ）に示すように、パターン面ＲａのＺ位置ｚｆと基準面１１（ここでは設計上の物体面）のＺ位置ｚ０との差分（デフォーカス量）に比例して変化するフォーカス信号ＦＳ２を生成する。
【００３２】
フォーカス信号ＦＳ２は図１の主制御系５０内のレチクル側フォーカス演算部に供給され、そのレチクル側フォーカス演算部は、そのフォーカス信号ＦＳ２に予め求められている換算係数を乗じて、このときのレチクルステージＲＳＴ（レチクルＲ）のＹ座標に対応させて、パターン面ＲａのＺ位置ｚｆを求める。この際に、ＲＡＦセンサ２の光軸ａｘｒと投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ（本実施形態では露光光による照明領域の中心と合致する）とのＹ方向の間隔（ＲＡＦセンサ２のベースライン）は、予め求められて主制御系５０内の記憶装置に記憶されている。そのレチクル側フォーカス演算部は、レチクルステージＲＳＴをＹ方向に所定間隔で移動させたときに得られる一連のパターン面ＲａのＺ位置ｚｆを求めることで、パターン面ＲａのＺ位置の分布（撓み量）を求める。このパターン面ＲａのＺ位置の分布に基づいて、レチクル側フォーカス演算部は、走査露光時のレチクルステージＲＳＴ（レチクルＲ）のＹ座標に対応させて、投影光学系ＰＬによるレチクルＲのパターンの像面のＺ方向の位置等の情報を求め、この情報を主制御系５０内のフォーカス駆動部に供給する。
【００３３】
次に、図２（Ａ）のＲＡＦセンサ２における位相板３３の構成及び作用につき説明する。図２（Ｂ）に示すように、位相板３３は、光軸ａｘｒを中心とした円周状の段差部３３ｂを挟んで内側の中心領域３３ａと外側の周辺領域３３ｃとに分かれている。位相板３３の外形は円板状であるが、この外形は正方形状等でもよい。この場合、計測光Ｌ１は中心領域３３ａの全面及び周辺領域３３ｃの一部を通過しており、中心領域３３ａを透過した計測光Ｌ１はパターン面Ｒａで反射され、反射光Ｌ２として再び位相板３３の中心領域３３ａを透過する。同様に、周辺領域３３ｃを透過した計測光Ｌ１はパターン面Ｒａで反射され、反射光Ｌ２として再び位相板３３の周辺領域３３ｃを透過する。
【００３４】
また、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）はそれぞれ図２（Ａ）中の位相板３３を示す拡大断面図である。図３（Ａ）に示すように、位相板３３の内側の中心領域３３ａとこれを囲む周辺領域３３ｃとの段差ｄは、中心領域３３ａを透過する計測光Ｌ１と周辺領域３３ｃを透過する計測光Ｌ１との間に、計測光Ｌ１の波長をλとして、次の光路長差ΔＯＰ１が生じるように設定されている。なお、ｋは任意の整数であるが、実用上はｋは０が好ましい。
【００３５】
ΔＯＰ１＝λ／２＋ｋ・λ  …（１）
なお、式（１）の光路長差ΔＯＰ１はλ／２と等価である。また、式（１）の光路長差ΔＯＰ１は位相差では（１８０°＋ｋ・３６０°）、即ち１８０°の奇数倍に相当するが、この位相差は１８０°と等価である。
この位相板３３の中心領域３３ａを通過した計測光Ｌ１の波面Ｌ１ａｗと、周辺領域３３ｃを通過した計測光Ｌ１の波面Ｌ１ｃｗとの光路長差はλ／２（位相差で１８０°）であるため、パターン面Ｒａの光軸ａｘｒ上に集光される計測光Ｌ１の強度分布は、位相差が１８０°の２つの光束の干渉によって小さくなる。従って、図３（Ｃ）に示すように、パターン面Ｒａ上での計測光Ｌ１の照射領域４１は、位相板３３がない場合の点線で示す照射領域４１Ａに比べて広くなる。一例として、位相板３３がない場合の照射領域４１Ａが直径１〜２μｍ程度の円形領域であるとすると、位相板３３を使用したときの照射領域４１は直径が数μｍ（例えば５μｍ）程度の面積で４倍以上の円形領域になる。
【００３６】
この結果、パターン面Ｒａに転写用の回路パターン４２（反射率の高い部分として作用する）が形成されていても、照射領域４１の面積に対する回路パターン４２の面積の割合が小さいため、パターン面Ｒａからの反射光Ｌ２の光量分布はあまり影響を受けないため、パターン面ＲａのＺ位置を高精度に検出可能である。
また、位相板３３の中心領域３３ａ及び周辺領域３３ｃを透過した計測光Ｌ１によるパターン面Ｒａからの反射光Ｌ２は、図３（Ｂ）に示すように、それぞれ再び位相板３３の中心領域３３ａ及び周辺領域３３ｃを透過する。従って、中心領域３３ａを透過した反射光Ｌ２の波面Ｌ２ａｗと、周辺領域３３ｃを透過した反射光Ｌ２の波面Ｌ２ｃｗとの間には、式（１）の２倍の次の光路長差ΔＯＰ２が生じる。
【００３７】
ΔＯＰ２＝λ＋２・ｋ・λ  …（２）
この光路長差ΔＯＰ２はλの整数倍であるため、実質的に光路長差が０の場合と等価である。また、式（２）の光路長差ΔＯＰ２は位相差では（３６０°＋２・ｋ・３６０°）、即ち３６０°の整数倍に相当するが、この位相差は０°と等価である。
従って、位相板３３の中心領域３３ａを透過する反射光Ｌ２の等価的な波面Ｌ２ａｗ’と周辺領域３３ｃを透過する反射光Ｌ２の波面Ｌ２ｃｗとの位相が等しくなるため、反射光Ｌ２の波面は位相板３３が存在しない場合の波面と実質的に等しくなる。この結果、図３（Ｄ）に示すように、ピンホール板３６のピンホール３６ａ内に集光される反射光Ｌ２の照射領域４３は、位相板３３を使用しない場合と同じ大きさの円形領域であり、パターン面ＲａのＺ位置を高感度に計測できる。
【００３８】
また、図３（Ａ）に示すように、パターン面Ｒａ上に回路パターン４２が存在しても、ピンホール３６ａ内の反射光Ｌ２の照射領域４３に対する回路パターン４２からの光束の割合は、パターン面Ｒａ上での広い照射領域４１に対する回路パターン４２の割合と同じで小さい。従って、ピンホール３６ａ内の照射領域４３の光量重心はほぼ光軸ａｘｒの近傍にあるため、図２（Ａ）の対物レンズ３５をＺ方向に振動させたときにも、ピンホール３６ａと照射領域４３との相対位置が殆ど変化しないため、パターン面ＲａのＺ位置を高精度に計測できる。
【００３９】
これに対して、ＲＡＦセンサ２において位相板３３を設けない場合には、図４（Ａ）に示すように、パターン面Ｒａ上での計測光Ｌ１の照射領域４１Ａは、パターン面Ｒａ上の回路パターン４２の幅の２倍程度の大きさとなり、照射領域４１Ａの強度分布はＹ方向に大きく非対称になる。従って、パターン面Ｒａからの反射光Ｌ２のピンホール３６ａ内での照射領域４３Ａは、図４（Ｂ）に示すように、光軸ａｘｒに関してＹ方向に大きく非対称となるため、ＲＡＦセンサ２（Ａ）の対物レンズ３５をＺ方向に駆動したときに光電センサ３７の検出信号ＦＳ１が歪む恐れがあるとともに、特にパターン面Ｒａの基準面１１からのデフォーカス量が大きくなると、フォーカス信号ＦＳ２の誤差が大きくなる恐れがある。
【００４０】
なお、パターン面Ｒａ上の回路パターンの形状及び線幅は種々であるが、本実施形態のようにパターン面Ｒａ上での計測光Ｌ１の照射領域４１が広い場合には、その照射領域４１の面積にほぼ比例してパターン面Ｒａ上の回路パターン又は反射率分布の影響を軽減できる。
次に、図２（Ａ）中の位相板３３の種々の実施例について、コンピュータ上のシミュレーションによってパターン面Ｒａ上での計測光Ｌ１の照射領域の形状を求めた結果を図５（Ａ）〜図５（Ｄ）及び図６（Ａ）〜図６（Ｄ）を参照して説明する。この際の条件は、計測光Ｌ１の波長λを６７０ｎｍ、対物レンズ３５の開口数ＮＡを０．５とした。また、以下では位相板の外形は正方形であるが、その外形は円形等でもよい。
【００４１】
先ず、比較例として、図５（Ａ）は位相板３３の代わりに計測光Ｌ１を透過する位相差のない平板３３Ｕを配置した場合を示す。この場合のパターン面Ｒａ上での計測光Ｌ１の照射領域は、図５（Ｂ）に示すように直径が０．８μｍ程度の円形領域である。
これに対して、図５（Ｃ）の位相板３３は、中心領域３３ａを囲む段差部３３ｂの半径を開口数ＮＡに換算して０．８×ＮＡとしたものである。この際に周辺領域３３ｃ中の計測光Ｌ１の半径が開口数ＮＡに対応しており、中心領域３３ａ及び周辺領域３３ｃを透過する計測光Ｌ１の間にλ／２の光路長差（１８０°の位相差）が付与される。この場合のパターン面Ｒａ上での計測光Ｌ１の照射領域は、図５（Ｄ）に示すように、直径が２μｍ程度の円形領域に拡張されるる。
【００４２】
また、図６（Ａ）の位相板３３Ａは、中心領域３３ａを囲む段差部３３ｂの半径を０．７×ＮＡとしたものである。この場合のパターン面Ｒａ上での計測光Ｌ１の照射領域は、図６（Ｂ）に示すように、内径が０．８μｍ程度で外径が３．５μｍ程度の輪帯領域である。このような輪帯状の照射領域であってもパターン面Ｒａ上の回路パターンの影響が軽減されるため、位相板３３Ａは図２（Ａ）の位相板３３の代わりに使用可能である。
【００４３】
また、図６（Ｃ）の位相板３３Ｂは、半径０．５×ＮＡの段差部３３ｂ３、半径０．７×ＮＡの段差部３３ｂ２、及び半径０．８７×ＮＡの段差部３３ｂ１によって、計測光Ｌ１の入射面を、光軸を含む中心領域、これを囲む第１輪帯領域、これを囲む第２輪帯領域、及びこれを囲む周辺領域に分けて、中心領域と第２輪帯領域とからなる第１領域３３ａを透過する計測光と、第１輪帯領域と周辺領域とからなる第２領域３３ｃを透過する計測光との間にλ／２の光路長差（１８０°の位相差）を付与したものである。
【００４４】
この場合のパターン面Ｒａ上での計測光Ｌ１の照射領域は、図６（Ｄ）に示すように、内径が０．８μｍ程度で外径が１．５μｍ程度の第１輪帯領域と、内径が５μｍ程度で外径が７μｍ程度の第２輪帯領域とに分かれる。このような２重の輪帯状の照射領域であってもパターン面Ｒａ上の回路パターンの影響が軽減されるため、位相板３３Ｂは図２（Ａ）の位相板３３の代わりに使用可能である。
【００４５】
本実施形態の作用効果は以下の通りである。
（１）本実施形態の図２（Ａ）のＲＡＦセンサ２及びＲＡＦ制御系５２を含む検出装置は、計測光Ｌ１をレチクルＲのパターン面Ｒａに照射し、パターン面Ｒａからの反射光Ｌ２を光電センサ３７を介して受光して得られる検出信号ＦＳ１に基づいてパターン面Ｒａの法線方向の位置（面位置）を検出する検出装置において、計測光Ｌ１をパターン面Ｒａに照射して反射光Ｌ２を受光する対物レンズ３５と、対物レンズ３５を介した反射光Ｌ２を光電センサ３７に通すピンホール３６ａが形成されたピンホール板３６とを含む共焦点光学系と、パターン面Ｒａに照射される計測光Ｌ１に、パターン面Ｒａ上での照射面積を広げるように、かつ反射光Ｌ２に、ピンホール板３６上での照射面積を狭くするように位相分布を付与する位相板３３とを備えたものである。
【００４６】
また、その検出装置は、基準面１１（第１面）又はその近傍に配置されるレチクルＲのパターン面Ｒａに計測光Ｌ１を照射し、計測光Ｌ１のレチクルＲによる反射光Ｌ２を光電検出した結果に基づいてパターン面Ｒａの面位置情報を検出する検出装置において、基準面１１とピンホール板３６の配置面（第２面）とを光学的に共役にする対物レンズ３５と、その配置面に配置され、反射光Ｌ２が通過可能なその配置面上の領域を所定範囲に制限するピンホール３６ａが形成されたピンホール板３６とを含む共焦点光学系と、対物レンズ３５を介して基準面１１（パターン面Ｒａ）に照射される計測光Ｌ１に第１の位相分布を付与するとともに、対物レンズ３５を介してその配置面に導かれる反射光Ｌ２に第２の位相分布を付与する位相板３３とを備えている。そして、その第１の位相分布は、基準面１１１（パターン面Ｒａ）上での計測光Ｌ１の照射領域４１が対物レンズ３５によるピンホール３６ａの共役像より大きくなるように設定され、その第２の位相分布は、パターン面Ｒａからの反射光Ｌ２のピンホール板３６の配置面上での照射領域がピンホール３６ａより小さくなる（又はほぼ等しくてもよい）ように設定される。
【００４７】
この実施形態によれば、位相板３３によってパターン面Ｒａ上での計測光Ｌ１の照射面積が大きくなるため、パターン面Ｒａのパターン又は反射率分布の影響が軽減される。さらに、位相板３３によって反射光Ｌ２のピンホール３６ａ上での照射面積が小さくなるため、パターン面Ｒａの面位置情報を高精度又は高感度に検出できる。
（２）また、位相板３３は透過する計測光Ｌ１に１８０°の位相差を付与する２つの領域（中心領域３３ａ及び周辺領域３３ｃ）を有し、位相板３３は、透過する反射光Ｌ２に１８０°の位相差を付与する２つの領域（中心領域３３ａ及び周辺領域３３ｃ）を有する。従って、位相板３３を容易に高精度に製造できる。
【００４８】
なお、式（１）を用いて説明したように、その１８０°の位相差は、１８０°の奇数倍の位相差と等価である。また、実際には位相板３３の製造誤差等を考慮して、その位相差は１８０°に対して例えば±１０％程度までの誤差は許容できる。
また、位相板３３上の異なる位相差を付与する領域は、図６（Ｃ）の位相板３３Ｂのように３つ以上に分かれていてもよい。
【００４９】
さらに、要はパターン面Ｒａ上での計測光Ｌ１の照射面積が広くなればよいため、位相板３３には１８０°以外の位相差（例えば４５°）を付与する少なくとも２つの領域を設けることも可能である。この場合には、例えば図２（Ａ）のビームスプリッタ３２と光電センサ３７との間に、ピンホール３６ａ上での反射光Ｌ２の照射面積を小さくするための別の位相板を追加してもよい。
【００５０】
（３）また、図２（Ａ）のＲＡＦセンサ２を含む検出装置において、位相板３３は、対物レンズ３５を介して基準面１１（パターン面Ｒａ）に照射される計測光Ｌ１のうちの中心領域３３ａを透過する第１部分計測光と周辺領域３３ｃを透過する第２部分計測光との間に所定の位相差（パターン面Ｒａでの照射面積を広くする位相差）を付与している。また、位相板３３は、対物レンズ３５を介してピンホール板３６の配置面に導かれる反射光Ｌ２のうち、その第１部分計測光に対応する第１部分反射光（中心領域３３ａを透過する反射光Ｌ２）とその第２部分計測光に対応する第２部分反射光（周辺領域３３ｃを透過する反射光Ｌ２）との間に、その所定の位相差を解消する位相差を付与している。
【００５１】
従って、位相板３３によってパターン面Ｒａ上での計測光Ｌ１の照射面積が大きくなるため、パターン面Ｒａのパターン又は反射率分布の影響が軽減される。さらに、位相板３３によって反射光Ｌ２のピンホール３６ａ上での照射面積が小さくなるため、パターン面Ｒａの面位置情報を高精度に検出できる。
（４）この場合、その所定の位相差を解消する位相差は、ピンホール板３６上におけるその第１部分反射光とその第２部分反射光との位相差が３６０°の整数倍となる位相差である。３６０°の整数倍の位相差は０°と等価であるため、その反射光Ｌ２の照射領域は実質的に位相板３３がないときと同じ大きさに縮小される。
【００５２】
（５）また、位相板３３は、その共焦点光学系の射出瞳と光学的に共役な位置の近傍に配置されている。従って、位相板３３上で計測光Ｌ１に位相差を付与することによって、物体面又は像面上の強度分布（照射領域）を制御できる。なお、位相板３３は、その共焦点光学系の射出瞳上、又はこの射出瞳と光学的に共役な位置上に配置してもよい。
（６）また、図２（Ａ）の例では、位相板３３が計測光Ｌ１用の位相部材と反射光Ｌ２用の位相部材とを兼用しているため、ＲＡＦセンサ２の構成が簡素化できる。
【００５３】
（７）また、位相板３３は、パターン面Ｒａ上での計測光Ｌ１の照射面積を、位相板３３を用いない場合に比べて少なくとも２倍に広げることが好ましい。これによって、パターン面Ｒａ上のパターン又は反射率分布の影響を１／２以下にできる。
（８）また、本実施形態の露光装置は、レチクルＲのパターンの像を投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に投影して、ウエハＷを露光する露光装置において、ＲＡＦセンサ２及びＲＡＦ制御系５２を含む検出装置を備え、その検出装置はレチクルＲのパターン面Ｒａの投影光学系ＰＬの光軸方向の面位置情報を検出している。さらに、その露光装置は、その検出装置の検出情報に基づいて、レチクルＲのパターンの像とウエハＷとの投影光学系ＰＬの光軸方向の位置関係を補正するＺ駆動部２２Ａ〜２２Ｃ（ステージ装置）を備えている。従って、レチクルＲに撓み等が生じていても、レチクルＲのパターンの像に対してウエハＷの露光面を高精度に合焦できるため、レチクルＲのパターンを高解像度でウエハＷ上に転写できる。
【００５４】
なお、本実施形態では、一つのＲＡＦセンサ２が設けられているが、図２（Ａ）において、ＲＡＦセンサ２と同じ構成の複数（例えば３つ）のＲＡＦセンサをＸ方向に配置して、レチクルＲのパターン面ＲａのＺ位置をＸ方向（非走査方向）の複数箇所で並列に計測してもよい。これによって、パターン面ＲａのＸ軸に平行な方向の撓みも計測できる。
［第２の実施形態］
次に本発明の第２の実施形態につき図７を参照して説明する。図７において図２（Ａ）に対応する部分には同一又は類似の符号を付してその詳細な説明を省略又は簡略化する。
【００５５】
図７は、本実施形態のＲＡＦセンサ（レチクルオートフォーカスセンサ）２Ａ及びＲＡＦ制御系５２を示す。図７において、ＲＡＦセンサ２Ａは、計測光Ｌ１をレチクルＲのパターン面Ｒａに照射する照射系２ＡＡと、パターン面Ｒａからの反射光Ｌ２を受光する受光系２ＡＢとを備えている。照射系２ＡＡは、計測光Ｌ１を＋Ｙ方向に発生する光源３１と、計測光Ｌ１を平行光束に変換するコリメータレンズ３５Ａと、平行光束の計測光Ｌ１をレチクルＲ側（＋Ｚ方向）に反射するビームスプリッタ３２と、開口絞り３４と、計測光Ｌ１をレチクルＲのパターン面Ｒａ上に集光する対物レンズ３５Ｂとを備えている。また、照射系２ＡＡは、コリメータレンズ３５Ａとビームスプリッタ３２との間に配置されて、パターン面Ｒａ上での計測光Ｌ１の照射領域を大きくするように計測光Ｌ１に位相分布を付与する第１の位相板３３Ａを有する。第１の実施形態と同様に、対物レンズ３５Ｂはコイル３９を含むボイスコイルモータによってＺ方向に振動する。
【００５６】
また、受光系２ＡＢは、パターン面Ｒａからの反射光Ｌ２を平行光束にする対物レンズ３５Ｂと、その反射光Ｌ２が照射されるビームスプリッタ３２と、ビームスプリッタ３２を透過した反射光Ｌ２を集光する結像レンズ３５Ｃと、その集光された反射光Ｌ２を通すピンホール３６ａが形成されたピンホール板３６と、ピンホール３６ａを通過した反射光Ｌ２を受光する光電センサ３７とを備えている。また、受光系２ＡＢは、ビームスプリッタ３２と結像レンズ３５Ｃとの間に配置されて、ピンホール３６ａ上での照射領域が小さくなるように反射光Ｌ２に位相分布を付与する第２の位相板３３Ｂを有する。この場合、対物レンズ３５Ｂ及び結像レンズ３５Ｃによって、パターン面Ｒａ（より正確には基準面１１）上の計測光Ｌ１の照射領域（スポット光）とピンホール３６ａとは光学的に共役であり、対物レンズ３５Ｂ、結像レンズ３５Ｃ、及びピンホール板３６は共焦点光学系を構成している。
【００５７】
本実施形態において、第１の位相板３３Ａは、計測光Ｌ１のうちで中心領域を透過する第１計測光Ｌ１ａと、輪帯状の周辺領域を透過する第２計測光Ｌ１ｃとの間に例えば１８０°の位相差を付与する。その中心領域の大きさは、パターン面Ｒａ上での計測光Ｌ１の照射領域が、位相板３３Ａがない場合の少なくとも２倍になるように設定される。また、第１計測光Ｌ１ａは、パターン面Ｒａで反射された後、第１反射光Ｌ２ａとして第２の位相板３３Ｂの中心領域を通過し、第２計測光Ｌ１ｃは、パターン面Ｒａで反射された後、第２反射光Ｌ２ｃとして第２の位相板３３Ｂの周辺領域を通過するものとする。この場合、第２の位相板３３Ｂは、反射光Ｌ２のうちで中心領域を透過する第１反射光Ｌ２ａと、周辺領域を透過する第２反射光Ｌ２ｃとの間に１８０°の位相差を付与する。これによって、第１反射光Ｌ２ａと第２反射光Ｌ２ｃとの間には実質的に位相差がなくなる（位相差が解消されるため）ため、ピンホール３６ａ上に集光される反射光Ｌ２の照射領域の大きさは、位相板３３Ａ及び３３Ｂがない場合の大きさにまで縮小される。この他の構成は第１の実施形態と同様である。
【００５８】
このように本実施形態においても、第１の位相板３３Ａによってパターン面Ｒａ上での計測光Ｌ１の照射面積が大きくなるため、パターン面Ｒａのパターン又は反射率分布の影響が軽減される。さらに、第２の位相板３３Ｂによって反射光Ｌ２のピンホール３６ａ上での照射面積が小さくなるため、パターン面Ｒａの面位置情報を高精度に検出できる。
また、本実施形態では、第１の位相板３３Ａと第２の位相板３３Ｂとは、ビームスプリッタ３２、対物レンズ３５Ｂ、及びパターン面Ｒａを介して実質的に互いに光学的に共役な位置に配置されている。これによって、第２の位相板３３Ｂとして、第１の位相板３３Ａと同じ位相板を用いることも可能になる。
【００５９】
なお、本実施形態においては、第２の位相板３３Ｂが第１の位相板３３Ａとは別に配置されているため、第２の位相板３３Ｂが反射光Ｌ２に付与する位相差の分布は、ピンホール３６ａ内の反射光Ｌ２の照射領域がより小さくなるように最適化することが可能である。
なお、上記の実施形態では、レチクルＲの法線方向の位置を検出する場合に本発明を適用したが、本発明は、ウエハＷの表面の法線方向の位置を検出する場合にも適用可能である。即ち、図１の露光装置において、ウエハＷ用のＡＦセンサ６０として、ＲＡＦ系２と同様の構成のオートフォーカスセンサを使用してもよい。
【００６０】
また、上記の実施形態の露光装置を用いて半導体デバイス等の電子デバイス（又はマイクロデバイス）を製造する場合、電子デバイスは、図８に示すように、電子デバイスの機能・性能設計を行うステップ２２１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２２２、デバイスの基材である基板（ウエハ）を製造してレジストを塗布するステップ２２３、前述した実施形態の露光装置によりレチクルのパターンを基板（感応基板）に露光する工程、露光した基板を現像する工程、現像した基板の加熱（キュア）及びエッチング工程などを含む基板処理ステップ２２４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程などの加工プロセスを含む）２２５、並びに検査ステップ２２６等を経て製造される。
【００６１】
従って、このデバイス製造方法は、上記の実施形態の露光装置を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、そのパターンが形成された基板を処理すること（ステップ２２４）とを含んでいる。その露光装置によれば、高精度に合焦を行うことができるため、電子デバイスを高精度に製造できる。
また、上記の実施形態においては、走査露光方式の露光装置を例に挙げて説明しているが、ステッパー等の一括露光方式（ステップアンドリピート方式）の露光装置にも本発明を適用することができる。さらに、本発明は、例えば国際公開第２００４／０５３９５５号パンフレット、欧州特許出願公開第１４２０２９８号明細書、又は国際公開第２００５／１２２２１８号パンフレット等に開示されている液浸型露光装置にも適用可能である。
【００６２】
また、本発明は投影光学系を用いないプロキシミティ方式等の露光装置でレチクル及び／又はウエハの面位置を検出する場合にも適用可能である。
また、本発明は、半導体デバイス、液晶表示素子の製造プロセスへの適用に限定されることなく、例えば、プラズマディスプレイ等の製造プロセスや、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、ＭＥＭＳ(Microelectromechanical Systems：微小電気機械システム)、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスの製造プロセスにも広く適用できる。
【００６３】
このように本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。
【符号の説明】
【００６４】
Ｒ…レチクル、Ｒａ…パターン面、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、ＲＳＴ…レチクルステージ、２…ＲＡＦセンサ、３１…光源、３３，３３Ａ，３３Ｂ…位相板、３４…開口絞り、３５，３５Ｂ…対物レンズ、３６ａ…ピンホール、３７…光電センサ、５２…ＲＡＦ制御系
【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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