(57)【要約】【課題】  入射角度が大きい斜入射の場合であっても、長い光路長を必要とせず、光束の折り曲げに用いるプリズムを被検面から高さ方向にあまり離間させずに配置することのできる面位置検出装置を提供すること。【解決手段】  面位置検出装置の投光光学系及び受光光学系のうちの少なくとも一方は、投光光学系及び受光光学系の間の光路に配置されて、複数の内面反射面を持つプリズムを有している。プリズムは、被検面に最も近い位置に配置された第１面、内面反射面を持つ第２面、第３面、被検面に最も遠い位置に配置された第４面を有している。第３面は、光の進行経路に関して第２面と第４面との間に配置され、かつ、第３面の仮想的な延長面と基準面とのなす角度をθ３［ｄｅｇ］とするとき、−５°≦θ３≦＋５°の条件を満足する。【選択図】  図５
2014143382.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１パターンの像を被検面に向けて斜め方向に投影する投光光学系と、
前記被検面上に投影された第１パターンの投影像を斜め方向から受光して検出面上に結像する受光光学系と、
該検出面上に結像した前記第１パターンの像を検出する検出素子と、
を備え、
前記被検面と基準面との位置ずれを検出する面位置検出装置であって、
前記投光光学系及び前記受光光学系のうちの少なくとも一方は、前記投光光学系及び前記受光光学系の間の光路に配置されて、複数の内面反射面を持つプリズムを有し、
該プリズムは、
該プリズム内部の光の進行経路に関して前記被検面に最も近い位置に配置された屈折面である第１面と、
内面反射面と、
１以上の側面とを備え、
該１以上の側面のうち、前記被検面に対向する面である底面は、該底面の仮想的な延長面と前記基準面とのなす角度をθ３［ｄｅｇ］とするとき、以下の条件を満足する、面位置検出装置。
−５°≦θ３≦＋５°
但し、前記底面の仮想的な延長面と前記基準面との交線が前記底面よりも前記第１面側にある場合にθ３を正とし、該交線が前記底面よりも前記第１面側と反対側にある場合にθ３を負とする。
【請求項２】
前記プリズムは、内面反射面を持つ第２面と、内面反射面を持つ第３面と、前記光の進行経路に関して前記被検面に最も遠い位置に配置された屈折面である第４面と、を有し、
前記第３面は、前記光の進行経路に関して前記第２面と前記第４面との間に配置され、かつ前記底面と共通の面である、請求項１に記載の面位置検出装置。
【請求項３】
第１パターンの像を被検面に向けて斜め方向に投影する投光光学系と、
前記被検面上に投影された第１パターンの投影像を斜め方向から受光して検出面上に結像する受光光学系と、
該検出面上に結像した前記第１パターンの像を検出する検出素子と、
を備え、
前記被検面と基準面との位置ずれを検出する面位置検出装置であって、
前記投光光学系及び前記受光光学系のうちの少なくとも一方は、前記投光光学系及び前記受光光学系の間の光路に配置されて、複数の内面反射面を持つプリズムを有し、
該プリズムは、
該プリズム内部の光の進行経路に関して前記被検面に最も近い位置に配置された屈折面である第１面と、
前記複数の内面反射面のうちの１つの内面反射面を持つ第２面と、
前記複数の内面反射面のうちの１つの内面反射面を持つ第３面と、
前記光の進行経路に関して前記被検面に最も遠い位置に配置された屈折面である第４面と、を有し、
前記第３面は、前記光の進行経路に関して前記第２面と前記第４面との間に配置され、かつ、前記第３面の仮想的な延長面と前記基準面とのなす角度をθ３［ｄｅｇ］とするとき、以下の条件を満足する、面位置検出装置。
−５°≦θ３≦＋５°
但し、前記第３面の仮想的な延長面と前記基準面との交線が前記第３面よりも前記第１面側にある場合にθ３を正とし、該交線が前記第３面よりも前記第２面側にある場合にθ３を負とする。
【請求項４】
第１パターンの像を被検面に向けて斜め方向に投影する投光光学系と、
前記被検面上に投影された第１パターンの投影像を斜め方向から受光して検出面上に結像する受光光学系と、
該検出面上に結像した前記第１パターンの像を検出する検出素子と、
を備え、
前記被検面と基準面との位置ずれを検出する面位置検出装置であって、
前記投光光学系及び前記受光光学系のうちの少なくとも一方は、前記投光光学系及び前記受光光学系の間の光路に配置されて、複数の内面反射面を持つプリズムを有し、
該プリズムは、
該プリズム内部の光の進行経路に関して前記被検面に最も近い位置に配置された屈折面である第１面と、
前記複数の内面反射面のうちの１つの内面反射面を持つ第２面と、
前記複数の内面反射面のうちの１つの内面反射面を持つ第３面と、
前記光の進行経路に関して前記被検面に最も遠い位置に配置された屈折面である第４面と、を有し、
前記第３面は、前記光の進行経路に関して前記第２面と前記第４面との間に配置され、かつ、前記第２面と前記第３面とのなす角度をφ［ｄｅｇ］とするとき、以下の条件を満足する、面位置検出装置。
５０°＜φ＜７０°
【請求項５】
前記第１面の法線方向と、前記第１面における光軸の方向とのなす角度は、±５°以内である、請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の面位置検出装置。
【請求項６】
前記第１面の法線方向は、前記第１面における光軸の方向である、請求項５に記載の面位置検出装置。
【請求項７】
前記第４面の法線方向と、前記第４面における光軸の方向とのなす角度は±５°以内である、請求項１から請求項６のうちいずれか１項に記載の面位置検出装置。
【請求項８】
前記第４面の法線方向は、前記第４面側における光軸の方向である、請求項７に記載の面位置検出装置。
【請求項９】
前記第１面と前記第４面とがなす角度が、前記第２面と前記第３面とがなす角度の２倍である、請求項２から請求項８のうちいずれか１項に記載の面位置検出装置。
【請求項１０】
前記第１面と前記第３面とがなす角度と、前記第３面と前記第４面とがなす角度とが互いに等しい、請求項９に記載の面位置検出装置。
【請求項１１】
前記プリズムにおける前記第２面と前記第３面とがなす角度をφ［ｄｅｇ］とし、前記第１面における光軸と前記基準面とがなす角度をψ［ｄｅｇ］としたときに、実質的にψ＝９０°−１．５φの関係である、請求項２から請求項１０のうちいずれか１項に記載の面位置検出装置。
【請求項１２】
前記第１面の延長面と前記第４面の延長面との交線と、前記第２面の延長面と前記第３面の延長面との交線とは、前記プリズムに関して互いに反対側に位置する、請求項２から請求項１１のうちいずれか１項に記載の面位置検出装置。
【請求項１３】
前記第３面の延長面と前記第１面とが交差する位置は、前記第１面の前記被検面側である、請求項２から請求項１２のうちいずれか１項に記載の面位置検出装置。
【請求項１４】
前記第１面と前記第２面との間を進行する光は、前記第３面を経由しない、請求項２から請求項１３のうちいずれか１項に記載の面位置検出装置。
【請求項１５】
前記投光光学系および前記受光光学系のそれぞれは、物体の像を形成する結像光学系を有し、
前記プリズムは、前記投光光学系の結像光学系と前記受光光学系の結像光学系との間に配置される、請求項１から請求項１４のうちいずれか１項に記載の面位置検出装置。
【請求項１６】
前記投光光学系の結像光学系と前記受光光学系の結像光学系とは、前記被検面側がテレセントリックな光学系である、請求項１５に記載の面位置検出装置。
【請求項１７】
前記投光光学系と前記受光光学系とを一対の投受光光学系として、
前記被検面上での前記第１パターンの投影位置が異なる複数対の該投受光光学系を有する、請求項１から請求項１６のうちいずれか１項に記載の面位置検出装置。
【請求項１８】
第２パターンを基板に露光する露光装置であって、
前記基板の被露光面の面位置を、前記被検面の面位置として検出するための請求項１から請求項１７のうちいずれか１項に記載の面位置検出装置と、
前記面位置検出装置の検出結果に基づいて、前記基板の被露光面を前記基準面に対して位置合わせするための位置合わせ部と、を備えている、露光装置。
【請求項１９】
前記第２パターンを前記基板上に投影する投影光学系を更に備え、
前記位置合わせ部は、前記投影光学系の像面に対して前記基板の前記被露光面を位置合わせする、請求項１８に記載の露光装置。
【請求項２０】
請求項１８又は請求項１９に記載の露光装置を用いて、前記第２パターンを前記基板に露光することと、
前記第２パターンが転写された前記基板を現像し、前記第２パターンに対応する形状のマスク層を前記基板の表面に形成することと、
前記マスク層を介して前記基板の表面を加工することと、を含む、デバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検面の面位置を検出する面位置検出装置、露光装置、及び、デバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、マスク上に形成された所定のマスクパターンを、投影光学系を介して感光性基板上に投影露光する半導体露光装置（以下、露光装置という。）が知られている。この露光装置では、投影光学系の焦点深度の範囲内に、感光性基板の被露光面（表面）を位置決めする必要がある。すなわち、投影光学系の像面（結像面）に対する感光性基板の表面の位置合わせを高精度に行う必要がある。
【０００３】
投影光学系の感光性基板表面の光軸方向（ここでは、高さ方向という。）における面位置を検出する装置として、例えば、斜入射型の面位置検出装置がある（例えば、特許文献１を参照。）。この斜入射型の面位置検出装置では、検出用の光源光束をペンタプリズムによって折り曲げることにより、被検面としての感光性基板表面に対して斜め方向から、面位置検出に用いるパターン（所定パターン）の一次像を投射している。そして、被検面で反射された光により形成される所定パターンの二次像の位置情報を検出し、この位置情報に基づいて感光性基板表面の面位置を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６，８９７，４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
被検面の位置検出精度を向上させるためには、投光光学系から被検面に斜入射する光束の入射角を大きくすることが好ましい。具体的には、斜入射の入射角が９０°に近い方が、検出精度が高くなる。一方、入射光束の折り曲げにペンタプリズムを用いるには、ペンタプリズム自身の大きさを考慮してペンタプリズムを被検面から高さ方向に一定程度離間させる必要がある。
【０００６】
そうすると、斜入射の投光光学系において、ペンタプリズムを用いて入射光束を折り曲げる場合には、被検面から高さ方向に一定程度離間させた状態で配置したペンタプリズムからの光が被検面に斜入射できる程度に被検面とペンタプリズムとの間の光路長を設定する必要がある。このことは、受光光学系においても同様である。すなわち、被検面からの反射光（検出光）を斜めに受光する斜入射の受光光学系において、ペンタプリズムを用いて反射光束を折り曲げる場合には、被検面から高さ方向に一定程度離間させた状態で配置したペンタプリズムに被検面からの反射光が入射できる程度に被検面とペンタプリズムとの間の光路長を設定する必要がある。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、プリズムによって光束を折り曲げて斜入射させる光学系において、被検面への入射角度を減少させずに、そのプリズムとしてペンタプリズムを用いた場合よりもプリズム−被検面間の光路長を短縮することができる面位置検出装置、露光装置、及び、デバイス製造方法を提供することを例示的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１形態にかかる面位置検出装置は、第１パターンの像を被検面に向けて斜め方向に投影する投光光学系と、前記被検面上に投影された第１パターンの投影像を斜め方向から受光して検出面上に結像する受光光学系と、該検出面上に結像した前記第１パターンの像を検出する検出素子と、を備え、前記被検面と基準面との位置ずれを検出する面位置検出装置である。そして、前記投光光学系及び前記受光光学系のうちの少なくとも一方は、前記投光光学系及び前記受光光学系の間の光路に配置されて、複数の内面反射面を持つプリズムを有する。該プリズムは、該プリズム内部の光の進行経路に関して前記被検面に最も近い位置に配置された屈折面である第１面と、所定角度をなして配置された複数の内面反射面と、１以上の側面とを備え、該１以上の側面のうち、前記被検面に対向する面である底面は、該底面の仮想的な延長面と前記基準面とのなす角度をθ３［ｄｅｇ］とするとき、−５°≦θ３≦＋５°の条件を満足する。但し、前記底面の仮想的な延長面と前記基準面との交線が前記底面よりも前記第１面側にある場合にθ３を正とし、該交線が前記底面よりも前記第１面側と反対側にある場合にθ３を負とする。
また、第２形態にかかる面位置検出装置は、第１パターンの像を被検面に向けて斜め方向に投影する投光光学系と、被検面上に投影された第１パターンの投影像を斜め方向から受光して検出面上に結像する受光光学系と、検出面上に結像した第１パターンの像を検出する検出素子と、を備え、被検面と基準面との位置ずれを検出する面位置検出装置である。投光光学系及び受光光学系のうちの少なくとも一方は、投光光学系及び受光光学系の間の光路に配置されて、複数の内面反射面を持つプリズムを有している。プリズムは、プリズム内部の光の進行経路に関して被検面に最も近い位置に配置された屈折面である第１面と、複数の内面反射面のうちの１つの内面反射面を持つ第２面と、複数の内面反射面のうちの１つの内面反射面を持つ第３面と、光の進行経路に関して被検面に最も遠い位置に配置された屈折面である第４面と、を有している。第３面は、光の進行経路に関して第２面と第４面との間に配置され、かつ、第３面の仮想的な延長面と基準面とのなす角度をθ３［ｄｅｇ］とするとき、−５°≦θ３≦＋５°の条件を満足する。但し、第３面の仮想的な延長面と基準面との交線が第３面よりも第１面側にある場合にθ３を正とし、交線が第３面よりも第２面側にある場合にθ３を負とする。
【０００９】
第３形態にかかる面位置検出装置は、第１パターンの像を被検面に向けて斜め方向に投影する投光光学系と、被検面上に投影された第１パターンの投影像を斜め方向から受光して検出面上に結像する受光光学系と、検出面上に結像した第１パターンの像を検出する検出素子と、を備え、被検面と基準面との位置ずれを検出する面位置検出装置である。投光光学系及び受光光学系のうちの少なくとも一方は、投光光学系及び受光光学系の間の光路に配置されて、複数の内面反射面を持つプリズムを有している。プリズムは、プリズム内部の光の進行経路に関して被検面に最も近い位置に配置された屈折面である第１面と、複数の内面反射面のうちの１つの内面反射面を持つ第２面と、複数の内面反射面のうちの１つの内面反射面を持つ第３面と、光の進行経路に関して被検面に最も遠い位置に配置された屈折面である第４面と、を有している。第３面は、光の進行経路に関して第２面と第４面との間に配置され、かつ、第２面と第３面とのなす角度をφ［ｄｅｇ］とするとき、５０°＜φ＜７０°の条件を満足する。
【００１０】
第１面の法線方向と、第１面における光軸の方向とのなす角度は、±５°以内であってもよい。第１面の法線方向は、第１面における光軸の方向であれば、より好ましい。
【００１１】
第４面の法線方向と、第４面における光軸の方向とのなす角度は±５°以内であってもよい。第４面の法線方向は、第４面側における光軸の方向であれば、より好ましい。
【００１２】
プリズムの第１面と第４面とがなす角度が、第２面と第３面とがなす角度の２倍であってもよい。プリズムの第１面と第３面とがなす角度と、第３面と第４面とがなす角度とが互いに等しくてもよい。プリズムにおける第２面と第３面とがなす角度をφ［ｄｅｇ］とし、第１面における光軸と基準面とがなす角度をψ［ｄｅｇ］としたときに、実質的にψ＝９０°−１．５φの関係であってもよい。
【００１３】
投光光学系と受光光学系とを一対の投受光光学系として、被検面上での第１パターンの投影位置が異なる複数対の投受光光学系を有してもよい。
【００１４】
第４形態にかかる露光装置は、第２パターンを基板に露光する露光装置であって、基板の被露光面の面位置を、被検面の面位置として検出するための上記の面位置検出装置と、面位置検出装置の検出結果に基づいて、基板の被露光面を基準面に対して位置合わせするための位置合わせ部と、を備えている。
【００１５】
第２パターンを基板上に投影する投影光学系を更に備え、位置合わせ部は、投影光学系の像面に対して基板の被露光面を位置合わせするものであってもよい。
【００１６】
第５形態にかかるデバイス製造方法は、上記の露光装置を用いて、第２パターンを基板に露光することと、第２パターンが転写された基板を現像し、第２パターンに対応する形状のマスク層を基板の表面に形成することと、マスク層を介して基板の表面を加工することと、を含む。
【００１７】
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の形態によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１８】
プリズムによって光束を折り曲げて斜入射させる光学系において、被検面への入射角度を減少させずに、そのプリズムとしてペンタプリズムを用いた場合よりもプリズムと被検面との間の光路長を短縮することができる。また、プリズムと被検面との間の光路長を増加させずに、光束を折り曲げるプリズムとしてペンタプリズムを用いた場合よりも被検面への入射角度を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態に係る面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】実施形態の面位置検出装置のうちの１つの面位置検出装置の概略構成図である。
【図３】投光スリットプリズムの射出面に設けられた投光パターンの複数の投光スリットを概略的に示す図である。
【図４】受光スリットプリズムの入射面に設けられた受光パターンの複数の受光スリットを概略的に示す図である。
【図５】投光プリズムの概略構成を示す図である。
【図６】ウェハ表面の平面図であって検査領域を示す図である。
【図７】半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。
【図８】液晶デバイスの製造工程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】
【００２０】
以下、実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、実施形態に係る面位置検出装置を備えた露光装置ＥＸＰの構成を概略的に示す図である。実施形態では、露光装置ＥＸＰにおいてマスクのパターンが投影露光される感光性基板の面位置の検出に、実施形態に係る面位置検出装置を適用している。実施形態においては、露光装置ＥＸＰは、並列的に配置された複数の面位置検出装置１〜５を有する。なお、図１では、理解を容易にするために、ウェハステージがローディング位置（ウェハＷを載置するためのウェハステージ位置）ＬＰに位置している場合、被露光位置ＥＰに位置している場合、アンローディング位置（被露光位置ＥＰでの面位置検出後にウェハステージが移動した位置）ＵＰに位置している場合を、ウェハステージを一点鎖線で表示することで併せて示してある。
【００２１】
図１において、投影光学系ＰＬの像面の法線方向（すなわち投影光学系の光軸の方向。以下、高さ方向とも言う。）にｚ軸を、投影光学系ＰＬの像面内（すなわち光軸に垂直な面内）においてｘ軸を、投影光学系ＰＬの像面内においてｘ軸に垂直にｙ軸を設定している。この直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）は図示の面位置検出装置１〜５に対する局所座標系であり、ｚ座標は露光装置ＥＸＰに対する全体座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のＺ座標と一致している。
【００２２】
すなわち、ｘｙ平面はＸＹ平面と一致し、ｘ座標はＸ座標に対応し、ｙ座標はＹ座標に対応している。具体的には、図１に示すように、＋ｘ方向は＋Ｘ方向と鋭角θをなし、＋ｙ方向は＋Ｙ方向と鋭角θをなしている。図１では、局所座標系のｘ座標、ｙ座標及びｚ座標と、全体座標系のＸ座標、Ｙ座標及びＺ座標とを示している。以下、説明の簡単のために、複数の面位置検出装置１〜５は互いに同じ構成を有するものとする。
【００２３】
図１に示す露光装置ＥＸＰは、露光用の光源（不図示）から射出された照明光（露光光）により、パターンが形成されたマスク（レチクル）Ｍを照明する照明系ＩＬを備えている。マスクＭのパターン面上に形成された回路パターンを第２パターンということとする。マスクＭは、マスクステージＭＳ上においてＸＹ平面に平行に保持されている。マスクステージＭＳは、駆動系ＭＤの作用により、ＸＹ平面に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はマスクステージ位置計測部ＭＰによって計測され、かつ位置制御されるように構成されている。
【００２４】
マスクＭを透過した光は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウェハＷの表面（被露光面）Ｗａ上にマスクＭのパターンの像を形成する。ウェハＷは、ウェハステージＷＳＴに搭載されたウェハテーブルＷＴＢに設けられた不図示のウェハホルダにより、ウェハステージＷＳＴ上においてＸＹ平面と平行に保持されている。ウェハステージＷＳＴは、制御部ＣＲからの指示に従って駆動系ＶＨの作用により動作し、投影光学系ＰＬの像面と平行なＸＹ平面に沿って移動する。また、ウェハステージＷＳＴは、制御部ＣＲからの指示に従って駆動系ＶＤの作用により動作し、ウェハＷのフォーカス位置（Ｚ方向の位置）及び傾斜角（ＸＹ平面に対するウェハＷの表面の傾き）を調整する。
【００２５】
ウェハテーブルＷＴＢのＸ方向の位置、Ｙ方向の位置、及びＺ軸回りの回転方向の位置、ひいては感光性基板のＸ方向の位置、Ｙ方向の位置、及びＺ軸回りの回転方向の位置をリアルタイムに計測する計測部ＷＰは、計測結果を制御部ＣＲに出力する。
【００２６】
計測部ＷＰは、ウェハテーブルＷＴＢ上に設けられて、ウェハテーブルＷＴＢの４辺のそれぞれに沿った所定ピッチの格子線を持つスケールＳＣＡと、当該スケールのＸＹ平面内の位置情報（Ｚ軸回りの回転方向（θｚ方向）を含む）を計測するエンコーダシステム（ＥＮｈ１〜ＥＮｈ６）とを備えている。このエンコーダシステムは、スケールＳＣＡを用いてウェハステージＷＳＴ（ウェハテーブルＷＴＢ）のＸＹ軸方向の位置（ＸＹ位置）を計測する多眼エンコーダヘッドと、スケールＳＣＡのＺ軸方向の高さ位置（Ｚ位置）計測するＺセンサとを内蔵したユニットＥＮｈ１〜ＥＮｈ６を備えている。
【００２７】
ウェハステージＷＳＴは、制御部ＣＲからの指示に従って駆動系ＨＤの作用により動作し、ウェハＷのＸ方向の位置、Ｙ方向の位置、及びＺ軸回りの回転方向の位置を調整する。
【００２８】
マスクＭのパターン面上に設けられた回路パターン（第２パターン）をウェハＷの表面Ｗａ上の各露光領域に良好に転写するには、各露光領域への露光毎に、投影光学系ＰＬによる結像面を中心とした焦点深度の幅の範囲内に、現在の露光領域を位置合わせする必要がある。そのためには、現在の露光領域における各点のＺ方向に沿った位置、つまり現在の露光領域の面位置を正確に検出した後に、その検出結果に基づいて、ウェハステージＷＳＴのレベリング（ウェハＷの傾斜角の調整；水平出し）及びＺ方向の移動を、ひいてはウェハＷのレベリング及びＺ方向の移動を行う必要がある。そこで、図１の露光装置は、露光領域の高さ方向（Ｚ方向）の面位置を検出するための面位置検出装置１〜５を備えている。
【００２９】
図１の露光装置ＥＸＰにおける面位置検出装置１〜５では、ウェハＷを載置するウェハステージＷＳＴがウェハＷを載置する位置であるローディング位置ＬＰに設定される。このローディング位置ＬＰにおいてウェハテーブルＷＴＢ上にウェハＷが載置された後、ウェハステージＷＳＴは、移動面であるＸＹ平面に沿ってウェハＷが露光される被露光位置ＥＰへ移動する。面位置検出装置１〜５は、ウェハＷがローディング位置ＬＰから被露光位置ＥＰへ移動する間に、ウェハＷの表面Ｗａの高さ方向の面位置を検出する。
【００３０】
ここで、計測部ＷＰによるウェハテーブルＷＴＢのＸＹ位置、ひいてはウェハＷのＸＹ位置の計測結果と、面位置計測装置１〜５によるウェハＷの表面Ｗａの高さ方向の位置の検出結果とを用いて、ウェハＷの表面Ｗａ全体における高さ方向の面位置の分布を検出することができる。この面位置の分布データに基づき、フォーカスマッピングを行うことができる。
【００３１】
フォーカスマッピングについて簡単に説明する。制御部ＣＲは、計測部ＷＰを用いてウェハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置を管理している。そして、ウェハＷがローディング位置ＬＰから被露光位置ＥＰへ向けて移動する際、面位置計測装置１〜５の測定ビーム、ひいては計測範囲がウェハＷに掛かり始めるまでの間に、面位置計測装置１〜５とＺセンサとを共に作動させる。
【００３２】
そして、面位置計測装置１〜５とＺセンサとが同時に作動している状態で、ウェハステージＷＳＴが＋Ｙ方向へ進行している間に、所定のサンプリング間隔で、Ｚセンサで計測されるウェハテーブルＷＴＢの表面のＺ軸方向に関する位置情報と、面位置計測装置１〜５で計測される複数の検出点におけるウェハＷの表面ＷａのＺ軸方向に関する位置情報（面位置情報）とを取り込み、その取り込んだ各面位置情報と各サンプリング時のエンコーダヘッドによる計測値とを相互に対応付けて、不図示のメモリに逐次格納する。
【００３３】
面位置計測装置１〜５の計測ビームがウェハＷに掛からなくなると、制御部ＣＲは、上記のサンプリングを終了し、面位置計測装置１〜５の各検出点についての面位置情報を、同時に取り込んだＺセンサによる計測結果を基準とする面位置データに換算する。
【００３４】
このようにして、予め換算データを取得しておくことで、例えば露光の際などには、制御部ＣＲは、ＺセンサでウェハテーブルＷＴＢ表面を計測して、ウェハテーブルＷＴＢのＺ位置と、Ｙ軸回りの回転（ローリング）量θｙと、Ｘ軸回りの回転（ピッチング）量θｘとを用いて所定の演算を行う。この演算から、ユニットＥＮｈ５，ＥＮｈ６内のＺセンサの検出点を結ぶ、投影光学系ＰＬの露光中心を通過する直線を求める。この直線と換算された面位置データとを用いることで、ウェハＷの表面Ｗａの面位置情報を実際に取得することなく、ウェハＷ上面の面位置制御（フォーカス・レベリング制御）が可能となる。
【００３５】
これにより、面位置計測装置１〜５を投影光学系ＰＬから離れた位置に配置した場合であっても、マスクＭのパターン面上に設けられた回路パターン（第２パターン）をウェハＷの表面Ｗａ上の各露光領域に良好に転写することが可能である。
【００３６】
その後、上述のように、ウェハＷの表面Ｗａのフォーカス・レベリング制御を行いつつ、投影光学系ＰＬの光軸と直交する平面（ＸＹ平面）内においてウェハＷを二次元的に一括露光又は走査露光を行うことにより、ウェハＷの表面Ｗａの各露光領域にはマスクＭの第２パターンが露光される。なお、走査露光を行う場合、例えばＹ方向を走査方向とすることができる。以下、図２を参照して、面位置検出装置の詳細な説明を行う。図２は、この露光装置ＥＸＰが有する複数の面位置検出装置１〜５のうちの１つの面位置検出装置１の概略構成を示す図であり、図２では面位置検出装置に対する局所座標系（ｘ，ｙ，ｚ）を採用している。
【００３７】
上述したように、面位置検出装置１〜５は、ウェハＷがローディング位置ＬＰから被露光位置ＥＰへ移動する間に、ウェハＷの表面Ｗａの面位置を検出する。しかしながら、基準となる面及び軸線を導入して実施形態の構成及び作用の理解を容易にするために、図２においては、仮想的に投影光学系ＰＬを二点鎖線で示し、ウェハＷの表面Ｗａが仮想の投影光学系ＰＬの像面又はその近傍に位置しているものとする。そして、この投影光学系ＰＬの像面をＸＹ平面に沿った主面（基準面）とし、投影光学系ＰＬの光軸をＺ方向に延びる基準的な光軸ＡＸとして、実施形態の説明を行う。
【００３８】
実施形態の面位置検出装置１は、投光光学系１００と受光光学系２００とを有している。投光光学系１００においては、光源ＬＳからライトガイド１１を介して検出光が供給される。一般に、被検面であるウェハＷの表面は、レジスト等の薄膜で覆われている。したがって、この薄膜による干渉の影響を低減するために、光源ＬＳとして、波長幅の広い光（例えば、波長幅が６００〜９００ｎｍの照明光）を供給する光源（例えば、波長幅が６００〜９００ｎｍの照明光を供給するハロゲンランプや、これと同様の帯域の広い照明光を供給するキセノン光源、発光ダイオードなど）を用いることもできる。
【００３９】
ライトガイド１１を経た光は、コンデンサーレンズ等（不図示）を介して、投光スリットプリズム１３に入射する。投光スリットプリズム１３は、ライトガイド１１からの光を、屈折作用により後続の投光第２対物レンズ１４に向かって偏向させる。投光スリットプリズム１３の射出面１３ａには、例えば図３に示すような投光パターン（第１パターン）Ｐ１が配置されている。投光パターンＰ１は、複数の投光スリットＳｍを有している。図３中ｘ１，ｙ１方向は、基準面上でのｘ，ｙ方向に対応している。
【００４０】
投光スリットＳｍは、例えばｙ１方向に細長く延びる矩形状（スリット状）の光透過部であり、投光スリットＳｍ以外の領域は遮光部である。複数の投光スリットＳｍが、図３に示すように、ｙ１方向に３列構成とされている。
【００４１】
各列において、複数の投光スリットＳｍは、ｘ１方向に沿って所定のピッチでそれぞれ配列されている。また、各列における一群の投光スリットＳｍは、ｘ１方向に沿って互いに位置ずれしている。なお、投光スリットの形状、数、配列などについて様々な変形例が可能である。
【００４２】
投光スリットＳｍを通過した光は、投光第２対物レンズ１４、絞り１５、及び、投光第１対物レンズ１６を介して、投光プリズム１７に入射する。投光第２対物レンズ１４と投光第１対物レンズ１６とは、ウェハＷの表面Ｗａに、複数の投光スリットＳｍの中間像を形成する。
【００４３】
より具体的には、ライトガイド１１からの光がコンデンサーレンズ等によって平行光とされて投光スリットＳｍへと至る。その後に投光第２対物レンズ１４によって収斂されて絞り１５の位置に集光する。絞り１５を通過した光は、投光第１対物レンズ１６によって再び平行光とされて投光プリズム１７によって偏向され、被検面Ｗａへと至る。そして、被検面Ｗａ上に投光スリットＳｍの投影像を形成するようになっている。ここにおいて、射出面１３ａと基準面とはシャインプルーフの関係となっている。
【００４４】
投光プリズム１７は、その偏向角が鈍角であるので、投光光学系１００における投光第１対物レンズ１６の光軸ＰＸは、基準面ＳＰ（投影光学系ＰＬの像面（主面）を含む仮想平面であり、投影光学系ＰＬからのマスクパターン像が結像する面。図５参照。）から遠ざかるに従い光軸ＡＸに近づくように傾斜している。投光プリズム１７は、投光第１対物レンズ１６からの光（投影光）を入射して、数回内部反射した上で、被検面Ｗａに向けて射出するが、詳細については後述する。
【００４５】
被検面Ｗａで反射された投光スリットＳｍの投影像（反射光）は、受光光学系２００によって受光される。反射光は、受光プリズム２７に入射し、偏向されて受光第１対物レンズ２６へと至る。受光第１対物レンズ２６を通過した反射光は、絞り２５を通過して受光第２対物レンズ２４へと入射し、その後に受光スリットプリズム２３の入射面２３ａに入射する。
【００４６】
より具体的には、被検面Ｗａで反射された反射光は、受光プリズム２７によって偏向されて受光第１対物レンズ２６によって収斂され、絞り２５の位置に集光する。その後、受光第２対物レンズ２４によって平行光とされて、受光スリットプリズム２３に入射する。受光スリットプリズム２３によって偏向された反射光は、リレーレンズ等（不図示）によって光学センサ（検出素子）２１によって受光されるようになっている。ここにおいて、基準面と入射面２３ａとはシャインプルーフの関係となっている。
【００４７】
光センサ２１での検出結果は、図示しない信号処理部を介して制御部ＣＲへと送られるようになっている。制御部ＣＲは、光センサ２１での検出結果に応じて、駆動系ＶＤへと駆動信号を送出する。駆動系ＶＤによって駆動されたウェハステージＷＳＴの位置は、計測部ＷＰによって計測されるようになっている。なお、この制御部ＣＲ、駆動系ＶＤ、ウェハステージＷＳＴが位置合わせ部を構成する。位置合わせ部は、計測部ＷＰを含んでいてもよい。
【００４８】
受光プリズム２７は、その偏向角が鈍角であるので、受光光学系２００における投光第１対物レンズ１６の光軸ＲＸは、基準面ＳＰから遠ざかるに従い光軸ＡＸに近づくように傾斜している。受光プリズム２７は、被検面Ｗａからの光（反射光）を入射して、数回内部反射した上で、受光第１対物レンズ２６に向けて射出するが、詳細については後述する。
【００４９】
入射面２３ａには、図４に示すように、受光パターンＰ２が形成されている。図４中のｘ２，ｙ２方向は、基準面上でのｘ，ｙ方向に対応している。受光パターンＰ２は、複数の受光スリットＳｔを有している。受光スリットＳｔは、投光スリットＳｍと同様に、例えばｙ２方向に細長く延びる矩形状（スリット状）の光透過部であり、受光スリットＳｔ以外の領域は遮光部である。複数の受光スリットＳｔが、図４に示すように、ｙ２方向に３列構成とされている。
【００５０】
被検面Ｗａが基準面位置にあるときに、投光スリットＳｍの像が受光スリットＳｔ内に結像するように受光スリットＳｔが形成されている。投光光学系１００と受光光学系２００との投受光倍率に応じて、受光スリットＳｔと投光スリットＳｍとは相似関係であってもよい。例えば、本実施形態においては、投光光学系１００と受光光学系２００とは、等倍率の関係にあり、受光スリットＳｔのサイズは投光スリットＳｍと同サイズとされている。
【００５１】
被検面Ｗａが基準面位置にある場合、投光スリットＳｍを通過した光のすべてが受光スリットＳｔ内を通過し、受光スリットプリズム２３を介して光センサ２１に検出されるようになっている。すなわち、被検面Ｗａが基準面位置にある場合、光センサ２１による検出光量が最大となる。
【００５２】
被検面Ｗａの面位置が、基準面位置からＺ方向にずれると、被検面Ｗａ上に形成される投光スリットＳｍの投影像位置がｘ方向にずれる。それにより、受光スリットプリズム２３の入射面２３ａ上に形成される投光スリットＳｍの像位置が、受光スリットＳｔの位置からｘ２方向にずれる。入射面２３ａ上で、投光スリットＳｍの像の一部がケラレてしまい、受光スリットＳｔを通過する光量が減少する。その結果、光学センサ２１による検出光量も減少する。
【００５３】
被検面Ｗａの面位置のＺ方向における基準面位置からのずれ量が大きくなると、光学センサ２１による検出光量の減少量も大きくなる。したがって、光学センサ２１による検出光量に基づいて、被検面Ｗａの面位置、すなわち被検面Ｗａの基準面からのずれ量を検出することができる。
【００５４】
具体的には、例えば、光学センサ２１による検出光量が最大となるように、駆動系ＶＤを駆動制御すれば、被検面Ｗａを基準面と一致させることができる。ここで、投影光学系ＰＬの被写界深度に応じて、光学センサ２１による検出光量に一定のスレッショルドを設定し、最大光量を含む一定範囲の許容値を設定してもよい。
このように、本実施形態では、投光光学系１００が投光第１対物レンズ１６および投光第２対物レンズからなる両側テレセントリックな結像光学系を有しており、受光光学系２００が受光第１対物レンズ２６および受光第２対物レンズ２４からなる両側テレセントリックな結像光学系を有している。そして、投光プリズム１７および受光プリズム２７の双方は、投光光学系１００の結像光学系と受光光学系２００の結像光学系との間に配置されている。
【００５５】
図５は、この面位置検出装置１の投光光学系１００に用いられる投光プリズム１７を示す図である。図５は、図２と同様にｙ方向に沿ってｘｚ平面を矢視しており、投光プリズム１７内の投影光の光路を示している。
【００５６】
図５において、基準面ＳＰを二点鎖線で示し、被検面Ｗａを太い実線で示している。被検面Ｗａは、ウェハＷにおける面位置検出装置１による検出領域であり、投光パターンＰ１の中間像が形成されるエリアである。したがって、被検面Ｗａは、仮想的な投影光学系ＰＬの光軸ＡＸの近傍に位置している。
【００５７】
基準面ＳＰは、投影光学系ＰＬの像面（主面）を含む仮想平面であり、投影光学系ＰＬからのマスクパターン像が結像する面である。基準面ＳＰの面位置は、被検面Ｗａが本来位置すべき面位置であって、被検面Ｗａの面位置の目標値である。理解容易のために、図５においては、被検面Ｗａが基準面ＳＰ上にあるものとして説明する。
【００５８】
投光プリズム１７は、第１面１７ａ、第２面１７ｂ、第３面１７ｃ、第４面１７ｄを有してｘｚ平面内において断面略四角形とされている。投光プリズム１７は、ｙ方向に同断面で延びる四角柱形状を呈している。もちろん、投光プリズム１７のｘｚ断面形状は、四角形に限られない。以下に説明する光学的機能を発揮する限りにおいては、五角形、六角形、その他、一部に曲面を有する種々の形状を考慮することができる。なお、以降の説明においては、ｙ方向を考慮せず、ｘｚ断面内における説明とする。
【００５９】
第１面１７ａは、被検面Ｗａに最も近い位置に配置されている。被検面Ｗａから光路上最も遠い位置、すなわち投光第１対物レンズ１６に最も近い位置に第４面１７ｄが配置されている。ここで、第１面１７ａは、光の進行経路に関して被検面に最も近い位置に配置され、第４面１７ｄは光の進行経路に関して被検面から最も遠い（最も離れた）位置に配置されているとみなすこともできる。第１面１７ａの対面には第２面１７ｂ、第４面１７ｄの対面には第３面１７ｃが配置されている。
【００６０】
投光プリズム１７のｘｚ平面での断面内における各頂点のうち、第４面１７ｄと第２面１７ｂとの間の頂点が頂点Ｋ１、第２面１７ｂと第３面１７ｃとの間の頂点が頂点Ｋ２、第３面１７ｃと第１面１７ａとの間の頂点が頂点Ｋ３、第１面１７ａと第４面との間の頂点が頂点Ｋ４である。
【００６１】
投光第１対物レンズ１６からの光（投影光）は、投光プリズム１７の第４面１７ｄから投光プリズム１７内部に入射する。投光第１対物レンズ１６からの光（光束Ｒ）のうち、投光第１対物レンズ１６の光軸を通る光束を中心光ＲＣ、最も第２面１７ｂに近い位置を通る光束を第１光ＲＯ、最も第１面１７ａに近い位置を通る光束を第２光ＲＩとする。
【００６２】
第４面１７ｄから投光プリズム１７内部に入射した光Ｒ（ＲＯ，ＲＣ，ＲＩ）は、第３面１７ｃにおいて内面反射し、第２面１７ｂへと向かう。続いて、光束Ｒは第２面１７ｂで内面反射し、第１面１７ａへと向かう。光束Ｒは、第１面１７ａを透過して投光プリズム１７内部から外部へと射出し、被検面Ｗａへと向かう。投光第１対物レンズ１６を通過後の各光ＲＯ，ＲＣ，ＲＩは、被検面Ｗａに至るまで、互いに平行に光路を進行する。
【００６３】
投光プリズム１７は、第３面１７ｃが最も基準面ＳＰに近い位置（すなわち、低い位置、下向き。）となるように配置されている。基準面ＳＰと第３面１７ｃの仮想的な延長面とのなす角度θ３は、−５°≦θ３≦＋５°に設定されている。θ３＝０°であってもよい。
【００６４】
−５°≦θ３≦＋５°の場合、高さ方向における頂点Ｋ２の位置と頂点Ｋ３の位置とを殆ど同じ位置に設定することができる。又は、高さ方向における頂点Ｋ２の位置と頂点Ｋ３の位置との差異を極めて小さい範囲に設定することができる。したがって、高さ方向において、頂点Ｋ３の位置を被検面Ｗａの位置、すなわち基準面ＳＰの位置に近接させて投光プリズム１７を配置することができる。そうすると、被検面Ｗａに向かう投影光の被検面Ｗａに対する入射角を大きく設定した場合でも、被検面Ｗａと第１面１７ａとの距離を比較的短距離に設定することができる。被検面Ｗａ〜第１面１７ａ間の光路長が長いことに起因して、投光パターンＰ１の像のゆらぎ等が発生するのを防止することができる。θ３＝０°である場合には、上述の効果が最大となる。ここで、第３面１７ｃを、投光プリズム１７が有する側面のうち、被検面Ｗａに対向する底面とみなすことができる。
【００６５】
投光プリズム１７の頂点Ｋ２の頂角φは、５０°≦φ≦７０°に設定されている。そして、頂点Ｋ４の頂角αは、α＝２φの関係とされている。頂点Ｋ１の頂角と頂点Ｋ３の頂角とは等しい角度である。したがって、投光プリズム１７は、頂点Ｋ２と頂点Ｋ４とを結ぶ直線を軸として線対称の形状である。なお、φ＝６０°であってもよい。
【００６６】
光束Ｒは、第４面１７ｄに対し、略０°の入射角で入射する。このとき、第１光ＲＯは、頂点Ｋ１近傍に入射し、第２光ＲＩは頂点Ｋ４近傍に入射する。光束Ｒの第４面１７ｄへの入射角（光束Ｒの進行方向あるいは投光第１対物レンズ１６の光軸と第４面１７ｄにおける光軸とのなす角度）は、０°であってもよいが、±５°程度の微差があっても構わない。光束Ｒの第４面１７ｄへの入射角が０°である場合は、第４面１７ｄの通過前、通過後とも光束Ｒの光路は偏向しない。ここで、頂点Ｋ１の頂角を９０°以上としてもよい。頂点Ｋ１の頂角を９０°以上に設定した場合、第１光ＲＯをケラレ無しに第３面１７ｃに導くことができる。光束Ｒの第４面１７ｄへの入射角に±５°の微差を許容することを考慮すれば、頂点Ｋ１の頂角も場合に応じて８５°以上又は９５°以上であってもよい。
【００６７】
第１光ＲＯ、中心光ＲＣ、第２光ＲＩは各々平行に投光プリズム１７内を進み、第３面１７ｃにおいて、反射点３ＲＯ，３ＲＣ，３ＲＩの各々で内面反射する。反射効率向上のため、第３面１７ｃ表面には反射膜が形成されている。
【００６８】
反射点３ＲＯ，３ＲＣ，３ＲＩの各々で内面反射した光ＲＯ，ＲＣ，ＲＩは、第２面１７ｂへと向かい、第２面１７ｂの反射点２ＲＯ，２ＲＣ，２ＲＩで各々内面反射する。反射効率向上のため、第２面１７ｂ表面にも反射膜が形成されている。
【００６９】
反射点２ＲＯ，２ＲＣ，２ＲＩの各々で内面反射した光ＲＯ，ＲＣ，ＲＩは、第１面１７ａへと向かい、第１面１７ａから被検面Ｗａに向けて射出する。第１光ＲＯは頂点Ｋ３近傍から射出し、第２光ＲＩは頂点Ｋ４近傍から射出する。この第１面１７ａから射出した光束Ｒの射出角度は、第１面１７ａの光軸（法線）に対して０°であってもよく、±５°程度の微差があっても構わない。光束Ｒが第１面１７ａから垂直に射出する場合、第１面１７ａから射出される光束Ｒの進行方向と第１面１７ａの光軸（法線）とが平行である場合は、第１面１７ａの通過前、通過後とも光束Ｒの光路は偏向しない。頂点Ｋ３の頂角は９０°以上であってもよい。頂点Ｋ３の頂角が９０°以上である場合には、第１光ＲＯをケラレ無しに第１面１７ａに導くことができる。光束Ｒの第１面１７ａからの射出角に±５°の微差を許容することを考慮すれば、頂点Ｋ３の頂角も場合に応じて８５°以上又は９５°以上であることが好ましい。
【００７０】
この投光光学系１００においては、投光プリズム１７の第１面１７ａから射出した光束Ｒと基準面ＳＰとがなす角度ψ、頂点Ｋ２の頂角φ、第３面１７ｃの仮想延長線と基準面ＳＰとがなす角度θ３との間に、ψ＝９０°−１．５φ＋θ３の関係式が成立するように設定されている。すなわち、投光光学系１００における投影光の被検面Ｗａへの入射角（９０°−ψ）とθ３を設定することにより、投光プリズム１７の頂点Ｋ２の頂角φの値を決定することができる。なお、θ３の範囲については、−５°≦θ３≦＋５°であり、また、好ましい場合においてθ３＝０°であるので、θ３の項を無視して上記関係式を、ψ＝９０°−１．５φとすることもできる。
【００７１】
面位置検出装置１の投光光学系１００にこの投光プリズム１７を用いると、その偏向角β、すなわち、投光第１対物レンズ１６の光軸（第４面１７ｄにおける光束Ｒの光軸進行方向）と被検面Ｗａに向かう光束Ｒの光軸進行方向（第１面１７ａにおける光束Ｒの光軸進行方向）とがなす角度βはβ＝２φとなる。したがって、投光第１対物レンズ１６の光軸は、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに向かって傾斜する光軸となる。
【００７２】
なお、面位置検出装置１の投光光学系１００における投光プリズム１７について上記の通り説明したが、受光光学系２００の受光プリズム２７も投光プリズム１７と同様の構成とすることができるので、受光プリズム２７についての説明は省略する。この場合、投光プリズム１７と受光プリズム２７、投光第１対物レンズ１６と受光第１対物レンズ２６、絞り１５と絞り２５、投光第２対物レンズ１４と受光第２対物レンズ２４の各々の特定と配置を同様とすることができる。この場合は、面位置検出装置１の投受光光学系は等倍系としてよい。なお、受光プリズム２７において、光の進行経路に関して被検面Ｗａに最も近い位置に配置された屈折面を、被検面Ｗａからの光が入射する入射面とみなすことができる。また、光の進行経路に関して被検面Ｗａから最も遠い位置に配置された屈折面を、受光プリズム２７の射出面（受光第1対物レンズ２６に最も近い屈折面）とみなすことが
できる。
【００７３】
もちろん、図５に示すようなプリズムを投光プリズム１７のみに用い、受光プリズム２７としては他の偏向素子（異なる形態のプリズム又はミラー等）を用いることもできるし、このようなプリズムを受光プリズム２７のみに用い、投光プリズム１７としては他の偏向素子（異なる形態のプリズム又はミラー等）を用いることもできる。なお、上記のいずれの関係式においても、変数の角度単位は［ｄｅｇ］である。
【００７４】
本実施形態に係る露光装置ＥＸＰは、５つの面位置検出装置１〜５を有している。上記で説明した投光光学系１００についての構成や作用は、他の面位置検出装置２〜５についても同様であるので、これらについての説明も省略する。
【００７５】
面位置検出装置１〜５のウェハＷ上での各々の被検面上での被検領域Ｗａ１〜Ｗａ５を図６に示す。図６は、ウェハＷ表面の平面図である。図６においては、図中の左右方向をＸ方向、上下方向をＹ方向として示している。
【００７６】
面位置検出装置１は、ウェハＷ上の被検領域Ｗａ１に投光パターンＰ１の中間像を投影する。したがって、面位置検出装置１は、被検領域Ｗａ１における面位置が基準面ＳＰからずれているか否か、及びそのずれ量を検出することができる。ウェハＷ上での検査領域が被検領域Ｗａ１のみでよい場合は露光装置ＥＸＰは１つの面位置検出装置１のみを有していればよい。
【００７７】
しかし、被検領域Ｗａ１に対してウェハＷ表面全体の大きさが大きい等、ウェハＷ上での検査領域を広くしたい場合に、複数の面位置検出装置１〜５によって複数の被検領域Ｗａ１〜Ｗａ５をウェハＷ上に設定する。図６に示すように、面位置検出装置１〜５のｘｙ座標を投影光学系ＰＬのＸＹ座標と角度θ分シフトさせ、面位置検出装置１〜５をＸ方向に沿って並べて配置する。ｘ方向に沿って延びる被検領域Ｗａ１〜Ｗａ５がＸ方向に沿って配列され、全体として大きな検査領域ＴＡをウェハＷ上に設定することができる。
【００７８】
なお、本実施形態に係る面位置検出装置は、レチクルＭの第２パターンを投影露光する形態がウェハＷと投影パターンとの位置関係を変更させつつ露光を行うスキャニング・ステッパタイプの露光装置であっても、ウェハＷと投影パターンとの位置関係を静止した状態で露光を行う静止型（一括露光型）露光装置であっても適用可能である。また、ショット領域とショット領域とを合成するステップ・アンド・スティッチ方式の縮小投影露光装置に適用することも可能である。
また、本実施形態にかかる面位置検出装置は、例えば米国特許公開第２００９／０２０８８７５号、第２００９／０３２３０３６号、第２０１０／００６２３５１号、第２０１０／０２４５８２９号、第２０１１／００７１７８４号、第２０１２／０００８１５０号や、米国特許第７，９８２，８８４号、第８，１１１，４０６号、第８，２２３，３４５号、そして、国際公開第２０１２／１７７６６３号などに開示される面位置検出装置と組み合わせて使用することもできる。
【００７９】
また、上記の面位置検出装置は、複数のウェハステージを備えたマルチステージ型の露光装置に適用することもできる。また、ウェハステージとは別に、計測部材（例えば、基準マーク、及び／又はセンサなど）を含む計測ステージを備える露光装置に上記実施形態を適用することが可能である。また、上記の面位置検出装置は、例えば米国特許公開第２０１１／００９６３１５号などに開示される液浸型露光装置の面位置検出装置にも適用することができる。
さらに、上記の面位置検出装置は、例えば米国特許公開第２００９／０１１６０３９号や米国特許第８，１４９，３８２号などに開示される反射面起因の誤差を低減した面位置検出装置と組み合わせて使用することもできる。
【００８０】
露光装置ＥＸＰが、液体（水）を介さずにウェハＷの露光を行うドライタイプの露光装置であってもよいし、投影光学系とウェハＷとの間に照明光の光路を含む液浸空間を形成し、投影光学系及び液浸空間の液体を介して照明光でウェハＷを露光する露光装置であってもよい。
【００８１】
露光装置ＥＸＰの投影光学系は等倍系に限られず、縮小系又は拡大系であってもよいし、投影光学系は屈折系のみならず、反射系又は反射屈折系であってもよいし、この投影像は倒立像及び正立像のいずれでもよい。また、上述の実施形態において、いわゆる偏光照明方法を適用することも可能である。
また、上述の実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン（又は位相パターン・減光パターン）を形成した光透過型マスク（レチクル）を用いたが、このレチクルに代えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号明細書に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて、透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスク（可変成形マスク、アクティブマスク、あるいはイメージジェネレータとも呼ばれ、例えば非発光型画像表示素子（空間光変調器）の一種であるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）などを含む）を用いても良い。かかる可変成形マスクを用いる場合には、ウエハ又はガラスプレート等の基板が搭載されるステージが、可変成形マスクに対して走査されるので、この基板の面位置を面位置検出システムを用いて計測することで、上記実施形態と同等の効果を得ることができる。
また、例えば国際公開第２００１／０３５１６８号に開示されているように、干渉縞をウエハＷ上に形成することによって、ウエハＷ上にライン・アンド・スペースパターンを形成する露光装置（リソグラフィシステム）にも上記実施形態を適用することができる。
さらに、例えば米国特許第６，６１１，３１６号明細書に開示されているように、２つのレチクルパターンを、投影光学系を介してウエハ上で合成し、１回のスキャン露光によってウエハ上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置にも上記実施形態を適用することができる。
なお、上記実施形態でパターンを形成すべき物体（エネルギビームが照射される露光対象の物体）はウエハに限られるものでなく、ガラスプレート、セラミック基板、フィルム部材、あるいはマスクブランクスなど他の物体でも良い。
露光装置の用途としては半導体製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光装置や、有機ＥＬ、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシン及びＤＮＡチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも上記実施形態を適用できる。
また、上述の実施形態にかかる面位置検出装置および露光装置は、本願請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
なお、これまでの説明で引用した露光装置などに関する全ての公報、国際公開、米国特許出願公開明細書及び米国特許明細書の開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
【００８２】
上述の実施形態では、感光性基板としてのウェハＷの面位置の検出に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、マスクのパターン面の面位置の検出に対して本発明を適用することもできる。また、上述の実施形態では、露光装置における感光性基板の面位置の検出に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、露光装置以外の各種装置における一般の被検面の面位置の検出に対して本発明を適用することもできる。
【００８３】
次に、上述の実施形態に係る露光装置ＥＸＰを用いたデバイス製造方法について説明する。図７は、半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図７に示すように、半導体デバイスの製造工程では、半導体デバイスの基板となるウェハＷに金属膜を蒸着し（ステップＳ４０）、この蒸着した金属膜上に感光性材料であるフォトレジストを塗布する（ステップＳ４２）。続いて、上述の露光装置ＥＸＰを用い、マスク（レチクル）Ｍに形成された第２パターンをウェハＷ上の各ショット領域に転写し（ステップＳ４４：露光工程）、この転写が終了したウェハＷの現像、つまり第２パターンが転写されたフォトレジストの現像を行う（ステップＳ４６：現像工程）。
【００８４】
その後、ステップＳ４６によってウェハＷの表面に生成されたレジストパターンをマスクとし、ウェハＷの表面に対してエッチング等の加工を行う（ステップＳ４８：加工工程）。ここで、レジストパターンとは、上述の露光装置ＥＸＰによって転写された第２パターンに対応する形状の凹凸が生成されたフォトレジスト層であって、その凹部がフォトレジスト層を貫通しているものである。ステップＳ４８では、このレジストパターンを介してウェハＷの表面の加工を行う。ステップＳ４８で行われる加工には、例えばウェハＷの表面のエッチング又は金属膜等の成膜の少なくとも一方が含まれる。なお、ステップＳ４４では、上述の露光装置ＥＸＰは、フォトレジストが塗布されたウェハＷを、感光性基板として第２パターンの転写を行う。
【００８５】
図８は、液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図８に示すように、液晶デバイスの製造工程では、パターン形成工程（ステップＳ５０）、カラーフィルタ形成工程（ステップＳ５２）、セル組立工程（ステップＳ５４）及びモジュール組立工程（ステップＳ５６）を順次行う。ステップＳ５０のパターン形成工程では、プレートＰとしてフォトレジストが塗布されたガラス基板上に、上述の露光装置ＥＸＰを用いて回路パターン及び電極パターン等の所定のマスクパターン（第２パターン）を形成する。このパターン形成工程には、上述の露光装置ＥＸＰを用いてフォトレジスト層にパターンを転写する露光工程と、パターンが転写されたプレートＰの現像、つまりガラス基板上のフォトレジスト層の現像を行い、第２パターンに対応する形状のフォトレジスト層を生成する現像工程と、この現像されたフォトレジスト層を介してガラス基板の表面を加工する加工工程とが含まれている。
【００８６】
ステップＳ５２のカラーフィルタ形成工程では、Ｒ（Ｒｅｄ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）に対応する３つのドットの組をマトリックス状に多数配列するか、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルタの組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルタを形成する。ステップＳ５４のセル組立工程では、ステップＳ５０によって第２パターンが形成されたガラス基板と、ステップＳ５２によって形成されたカラーフィルタとを用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。具体的には、例えばガラス基板とカラーフィルタとの間に液晶を注入することで液晶パネルを形成する。ステップＳ５６のモジュール組立工程では、ステップＳ５４によって組み立てられた液晶パネルに対し、この液晶パネルの表示動作を行わせる電気回路及びバックライト等の各種部品を取り付ける。
【００８７】
本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、プラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、ＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程（露光装置）にも適用することができる。
【００８８】
以上、本発明の好ましい実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その要旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【００８９】
投光光学系：１００                    ライトガイド：１１
投光スリットプリズム：１３            射出面：１３ａ
投光第２対物レンズ：１４              絞り：１５
投光第１対物レンズ：１６              投光プリズム：１７
第１面：１７ａ                        第２面：１７ｂ
第３面：１７ｃ                        第４面：１７ｄ
受光光学系：２００                    光センサ（検出素子）：２１
受光スリットプリズム：２３            入射面：２３ａ
受光第２対物レンズ：２４              絞り：２５
受光第１対物レンズ：２６              受光プリズム：２７
反射点：２ＲＯ，２ＲＣ，２ＲＩ        反射点：３ＲＯ，３ＲＣ，３ＲＩ
光軸：ＡＸ，ＰＸ，ＲＸ                制御部：ＣＲ
被露光位置：ＥＰ                      露光装置：ＥＸＰ
駆動系：ＨＤ                          ユニット：ＥＮｈ１〜ＥＮｈ６
照明系：ＩＬ                          頂点：Ｋ１〜Ｋ４
ローディング位置：ＬＰ                光源：ＬＳ
マスク（レチクル）：Ｍ                駆動系：ＭＤ
マスクステージ位置計測部：ＭＰ        マスクステージ：ＭＳ
投光パターン（第１パターン）：Ｐ１    受光パターン：Ｐ２
投影光学系：ＰＬ                      中心光：ＲＣ
第２光：ＲＩ                          第１光：ＲＯ
スケール：ＳＣＡ                      投光スリット：Ｓｍ
基準面：ＳＰ                          検査領域：ＴＡ
アンローディング位置：ＵＰ            駆動系：ＶＤ
ウェハ：Ｗ                            表面（被露光面、被検面）：Ｗａ
被検領域：Ｗａ１〜Ｗａ５
計測部：ＷＰ                          ＷＳＴ：ウェハステージ
ウェハテーブル：ＷＴＢ                鋭角：θ
Ｘ軸回りの回転量：θｘ                Ｙ軸回りの回転量：θｙ
Ｚ軸回りの回転方向：θｚ
【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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