(57)【要約】【課題】  受光センサの変位に起因する計測誤差を小さく抑えて、基板の面位置を高精度に計測することのできる斜入射型の面位置計測装置。【解決手段】  基板の面位置を計測する面位置計測装置は、測定ビームを基板上の計測領域に斜入射させて、該計測領域にパターンを投射する送光系と、基板で反射された測定ビームを検出面へ導いて該検出面にパターンの観測像を形成する受光系と、検出面における所定方向に沿ったパターンの観測像を検出し、パターンの観測像の検出結果を用いて、計測領域の面位置を検出する検出系とを備えている。検出系は、検出面の所定方向に沿った位置ずれを観測するモニター部を有し、該モニター部の観測結果に基づいて検出面の位置ずれに起因する計測誤差について補正された計測領域の面位置を求める。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の面位置を計測する面位置計測装置において、
測定ビームを前記基板上の計測領域に斜入射させて、該計測領域にパターンを投射する送光系と、
前記基板で反射された前記測定ビームを検出面へ導いて該検出面に前記パターンの観測像を形成する受光系と、
前記検出面における所定方向に沿った前記パターンの観測像を検出し、前記パターンの観測像の検出結果を用いて、前記計測領域の面位置を検出する検出系とを備え、
前記検出系は、前記検出面の前記所定方向に沿った位置ずれを観測するモニター部を有し、該モニター部の観測結果に基づいて前記検出面の位置ずれに起因する計測誤差について補正された前記計測領域の面位置を求めることを特徴とする面位置計測装置。
【請求項２】
前記受光系は、前記基板と光学的に共役な受光側共役面を形成する受光側結像光学系と、前記受光側共役面と前記検出面とを光学的に共役に配置する再結像光学系とを有し、
前記モニター部は、前記受光側共役面に設けられて前記所定方向に沿って変化する所定の透過率分布を有し、該所定の透過率分布の作用を受けて前記検出面に形成された前記パターンの像に基づいて前記位置ずれを観測することを特徴とする請求項１に記載の面位置計測装置。
【請求項３】
前記所定の透過率分布は、ライン・アンド・スペースパターンにしたがって形成されていることを特徴とする請求項２に記載の面位置計測装置。
【請求項４】
前記受光系は、前記受光側共役面に配置された入射面および該入射面と非平行な射出面を有する受光側偏向プリズムを有することを特徴とする請求項２または３に記載の面位置計測装置。
【請求項５】
前記モニター部は、補助パターンが形成された補助パターン部材と、前記補助パターンの像を前記検出面に形成するリレー光学系とを有することを特徴とする請求項１に記載の面位置計測装置。
【請求項６】
前記受光系は、前記基板と光学的に共役な受光側共役面を形成する受光側結像光学系と、前記受光側共役面と前記検出面とを光学的に共役に配置する再結像光学系とを有し、
前記補助パターンは、前記受光側共役面に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の面位置計測装置。
【請求項７】
前記受光系は、前記受光側共役面に配置された入射面および該入射面と非平行な射出面を有する受光側偏向プリズムを有することを特徴とする請求項６に記載の面位置計測装置。
【請求項８】
前記送光系は、前記基板と光学的に共役な送光側共役面を形成する送光側結像光学系を有し、
前記受光系は、前記基板と光学的に共役な受光側共役面を形成する受光側結像光学系と、前記受光側共役面と前記検出面とを光学的に共役に配置する再結像光学系とを有し、
前記モニター部は、前記送光側共役面に設けられた第２補助パターンと、前記受光側共役面において前記第２補助パターンに対応して設けられた開口部とを有し、
前記開口部の前記所定方向に沿った寸法は、前記受光側共役面に形成される前記第２補助パターンの像の前記所定方向に沿った寸法よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の面位置計測装置。
【請求項９】
前記送光系は、前記送光側共役面に配置された射出面および該射出面と非平行な入射面を有する送光側偏向プリズムを有し、
前記受光系は、前記受光側共役面に配置された入射面および該入射面と非平行な射出面を有する受光側偏向プリズムを有することを特徴とする請求項８に記載の面位置計測装置。
【請求項１０】
基板の面位置を計測する面位置計測装置において、
測定ビームを前記基板上の計測領域に斜入射させて、該計測領域にパターンを投射する送光系と、
前記基板で反射された前記測定ビームを検出面へ導いて該検出面に前記パターンの観測像を形成する受光系と、
前記検出面における所定方向に沿った前記パターンの観測像を検出し、前記パターンの観測像の検出結果を用いて、前記計測領域の面位置を検出する検出系とを備え、
前記受光系は、前記基板と光学的に共役な受光側共役面を形成する受光側結像光学系と、前記受光側共役面と前記検出面とを光学的に共役に配置する再結像光学系とを有し、
前記検出系は、前記受光側共役面において前記所定方向に沿って間隔を隔てて設けられた複数の開口部と、前記検出面において前記複数の開口部に対応するように前記所定方向に沿って互いに隣接するように設けられた複数の検出領域とを有し、
前記検出領域の前記所定方向に沿った寸法は、前記検出面に形成される前記開口部の像の前記所定方向に沿った寸法よりも大きいことを特徴とする面位置計測装置。
【請求項１１】
前記検出系は、前記検出面を有する撮像素子を有し、
前記検出領域は、前記撮像素子の１つの画素または一群の画素により構成されていることを特徴とする請求項１０に記載の面位置計測装置。
【請求項１２】
前記受光系は、前記受光側共役面に配置された入射面および該入射面と非平行な射出面を有する受光側偏向プリズムを有することを特徴とする請求項１０または１１に記載の面位置計測装置。
【請求項１３】
所定のパターンを基板に露光する露光装置において、
前記基板の被露光面の面位置を検出するための請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の面位置計測装置と、
前記面位置計測装置の計測結果に基づいて、前記基板の被露光面を所定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ことを特徴とする露光装置。
【請求項１４】
前記所定のパターンを前記基板上に投影する投影光学系をさらに備え、
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ことを特徴とする請求項１３に記載の露光装置。
【請求項１５】
前記基板が載置され、前記基板を保持して移動面に沿って移動可能な移動体をさらに備え、
前記基板と前記面位置計測装置との位置関係を変更しつつ前記基板の面位置を検出することを特徴とする請求項１３または１４に記載の露光装置。
【請求項１６】
前記基板を被露光位置へ向けて移動させつつ、前記基板の面位置を検出することを特徴とする請求項１５に記載の露光装置。
【請求項１７】
請求項１３乃至１６のいずれか１項に記載の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記基板に露光することと、
前記所定のパターンが転写された前記基板を現像し、前記所定の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、を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の面位置を計測する面位置計測装置、露光装置、およびデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マスク上に形成されたパターンを、投影光学系を介して感光性基板上に投影露光する露光装置においては、投影光学系の焦点深度が比較的浅く、感光性基板の被露光面（表面：転写面）が平坦でない場合もある。このため、露光装置では、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正確に行う必要がある。
【０００３】
投影光学系の光軸方向に沿った感光性基板の面位置（被露光面の面位置）を計測する装置として、例えば斜入射型の面位置計測装置が知られている（特許文献１を参照）。この斜入射型の面位置計測装置では、被検面としての感光性基板の表面に対して斜め方向からスリットの像を投射し、被検面で反射された光により形成されるスリットの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の面位置を計測する。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６，８９７，４６２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された斜入射型の面位置計測装置では、計測対象である感光性基板が上下すると、受光センサ上でスリット像が計測方向に移動する。受光センサは、それ自体が発熱源であるため、熱膨張により変位し易い。また、検出面（受光面）を直接支持できないという支持構造の特性により、受光センサは変位し易い。受光センサ（ひいては検出面）が計測方向に変位すると、感光性基板の面位置を正確に計測することができない。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、受光センサの変位に起因する計測誤差を小さく抑えて、基板の面位置を高精度に計測することのできる斜入射型の面位置計測装置を提供することを目的とする。また、本発明は、基板の面位置を高精度に計測する面位置計測装置を用いて、例えば投影光学系に対して感光性基板の被露光面を高精度に位置合わせすることのできる露光装置および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】
前記課題を解決するために、第１形態では、基板の面位置を計測する面位置計測装置において、
測定ビームを前記基板上の計測領域に斜入射させて、該計測領域にパターンを投射する送光系と、
前記基板で反射された前記測定ビームを検出面へ導いて該検出面に前記パターンの観測像を形成する受光系と、
前記検出面における所定方向に沿った前記パターンの観測像を検出し、前記パターンの観測像の検出結果を用いて、前記計測領域の面位置を検出する検出系とを備え、
前記検出系は、前記検出面の前記所定方向に沿った位置ずれを観測するモニター部を有し、該モニター部の観測結果に基づいて前記検出面の位置ずれに起因する計測誤差について補正された前記計測領域の面位置を求めることを特徴とする面位置計測装置を提供する。
【０００８】
第２形態では、基板の面位置を計測する面位置計測装置において、
測定ビームを前記基板上の計測領域に斜入射させて、該計測領域にパターンを投射する送光系と、
前記基板で反射された前記測定ビームを検出面へ導いて該検出面に前記パターンの観測像を形成する受光系と、
前記検出面における所定方向に沿った前記パターンの観測像を検出し、前記パターンの観測像の検出結果を用いて、前記計測領域の面位置を検出する検出系とを備え、
前記受光系は、前記基板と光学的に共役な受光側共役面を形成する受光側結像光学系と、前記受光側共役面と前記検出面とを光学的に共役に配置する再結像光学系とを有し、
前記検出系は、前記受光側共役面において前記所定方向に沿って間隔を隔てて設けられた複数の開口部と、前記検出面において前記複数の開口部に対応するように前記所定方向に沿って互いに隣接するように設けられた複数の検出領域とを有し、
前記検出領域の前記所定方向に沿った寸法は、前記検出面に形成される前記開口部の像の前記所定方向に沿った寸法よりも大きいことを特徴とする面位置計測装置を提供する。
【０００９】
第３形態では、所定のパターンを基板に露光する露光装置において、
前記基板の被露光面の面位置を検出するための第１形態または第２形態の面位置計測装置と、
前記面位置計測装置の計測結果に基づいて、前記基板の被露光面を所定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ことを特徴とする露光装置を提供する。
【００１０】
第４形態では、第３形態の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記基板に露光することと、
前記所定のパターンが転写された前記基板を現像し、前記所定の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、を含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
実施形態にかかる斜入射型の面位置計測装置では、受光センサの変位に起因する計測誤差を小さく抑えて、基板の面位置を高精度に計測することができる。本発明の一態様にしたがう露光装置およびデバイス製造方法では、基板の面位置を高精度に計測する面位置計測装置を用いて、投影光学系に対して感光性基板の被露光面を高精度に位置合わせすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態の第１実施例にかかる面位置計測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】送光プリズムの射出面に設けられた複数の送光スリットを概略的に示す図である。
【図３】複数の送光スリットの中間像がウェハ上に形成される様子を模式的に示す図である。
【図４】複数の送光パターンの像が受光プリズムの入射面に形成される様子を模式的に示す図である。
【図５】複数の送光パターンの観測像が受光センサの検出面に形成される様子を模式的に示す図である。
【図６】受光センサの検出面に形成される送光パターンの観測像の計測方向に沿った光強度分布を示す図である。
【図７】第２実施例にかかる面位置計測装置の要部構成を概略的に示す図である。
【図８】第２実施例において送光パターンの観測像および補助パターンの像が検出面に形成される様子を示す図である。
【図９】第３実施例にかかる面位置計測装置の要部構成を概略的に示す図である。
【図１０】第３実施例において送光パターンの観測像および補助パターンの像が検出面に形成される様子を示す図である。
【図１１】第４実施例にかかる面位置計測装置の要部構成を概略的に示す図である。
【図１２】第４実施例において送光プリズムの射出面に変位計測用の補助パターンが付設されている様子を示す図である。
【図１３】第４実施例において受光プリズムの入射面に補助パターン用の開口部が付設されている様子を示す図である。
【図１４】第４実施例において送光パターンの観測像および補助パターンの観測像が検出面に形成される様子を示す図である。
【図１５】第５実施例にかかる面位置計測装置の要部構成を概略的に示す図である。
【図１６】第５実施例において受光プリズムの入射面に複数の開口部が間隔を隔てて設けられている様子を示す図である。
【図１７】第５実施例において検出領域が受光センサの１つの画素に対応している様子を示す図である。
【図１８】検出領域が受光センサの一群の画素に対応している変形例を示す図である。
【図１９】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２０】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。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、実施形態の第１実施例にかかる面位置計測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１では、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸの方向にＺ軸を、光軸ＡＸに垂直な面内において図１の紙面に平行にＸ軸を、光軸ＡＸに垂直な面内において図１の紙面に垂直にＹ軸を設定している。各実施例では、露光装置においてパターンが転写される感光性基板の面位置の計測に対して本発明の面位置計測装置を適用している。
【００１４】
図１に示す露光装置は、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、所定の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、図示を省略した駆動系の作用により、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干渉計（不図示）によって計測され且つ位置制御されるように構成されている。
【００１５】
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Ｗａ（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、ＺステージＶＳ上においてＸＹ平面と平行に保持されている。ＺステージＶＳは、投影光学系ＰＬの像面と平行なＸＹ平面に沿って移動するＸＹステージＨＳに取り付けられている。ＺステージＶＳ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）および傾斜角（ＸＹ平面に対するウェハＷの表面の傾き）を調整する。
【００１６】
ＺステージＶＳには移動鏡（不図示）が設けられ、この移動鏡を用いるウェハ干渉計（不図示）が、ＺステージＶＳのＸ方向の位置、Ｙ方向の位置、およびＺ軸廻りの回転方向の位置をリアルタイムに計測し、計測結果を制御部ＣＲに出力する。ＸＹステージＨＳは、ベース（不図示）上に載置されている。ＸＹステージＨＳは、制御部ＣＲからの指示にしたがって駆動系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、およびＺ軸廻りの回転方向の位置を調整する。
【００１７】
マスクＭのパターン面上に設けられた回路パターンをウェハ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光軸ＡＸに沿った位置、つまり現在の露光領域の面位置を正確に計測した後に、その計測結果に基づいて、ＺステージＶＳのレベリング（ウェハＷの傾斜角の調整；水平出し）およびＺ方向の移動を、ひいてはウェハＷのレベリングおよび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、露光領域の面位置を計測するための面位置計測装置を備えている。
【００１８】
図１を参照すると、第１実施例の面位置計測装置には、例えば光源１１からライトガイド（不図示）などを介して計測光が供給される。一般に、被検基板であるウェハＷの表面Ｗａ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１１として、レジストに対する感光性の弱い波長帯の光（たとえば、波長幅が６００〜９００ｎｍの照明光）を供給する発光ダイオードを用いることができる。また、光源１１として、波長幅の広い白色光源（たとえば、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など）を用いることもできる。
【００１９】
光源１１からの光は、コンデンサーレンズ１２を介して、送光プリズム１３に入射する。送光プリズム１３は、コンデンサーレンズ１２からの光を、屈折作用により後続の送光対物レンズ１４に向かって偏向させる。送光プリズム１３の射出面１３ａには、例えば図２に示すように配列された複数の送光スリット（図２では５つの送光スリットを例示する）Ｓｍが設けられている。射出面１３ａには、必要に応じて、方向弁別用スリット、トラッキング用スリットなども設けられている。方向弁別用スリットおよびトラッキング用スリットを用いることにより、ウェハＷがＺ方向に大きく位置ずれしている場合にも、ウェハＷが位置ずれしている方向を正しく判断し、複数の送光スリットを個別に正しく認識することができる。
【００２０】
図２では、射出面１３ａにおいてＹ軸に平行な方向にｙ１軸を、射出面１３ａにおいてｙ１軸と直交する方向にｘ１軸を設定している。送光スリットＳｍは、例えばｙ１方向に細長く延びる矩形状（スリット状）の光透過部である。複数の送光スリットＳｍは、ｘ１方向に沿って所定のピッチで配列されている。射出面１３ａにおいて、送光スリットＳｍ以外の領域は遮光部である。なお、送光パターンを構成する送光スリットの形状、数、配列などについては様々な変形例が可能である。
【００２１】
複数の送光スリットＳｍからなる送光パターンを通過した光は、送光対物レンズ１４を介して、投影光学系ＰＬの像面の近傍に位置するウェハＷの表面Ｗａ上の計測領域ＤＡに、ＸＺ平面に沿って斜め方向から入射する。こうして、ウェハＷの表面Ｗａには、複数の送光スリットＳｍの中間像が形成される。表面Ｗａへの光の入射角は、例えば８０度以上９０度未満の大きな角度に設定されている。
【００２２】
表面Ｗａ上の計測領域ＤＡには、図３に示すように、送光パターンの中間像Ｉｍが投射される。すなわち、計測領域ＤＡには、送光パターンを構成する複数の送光スリットＳｍに対応して、Ｙ方向に細長く延びる複数のスリット状の中間像Ｉｍが形成される。計測領域ＤＡは複数の中間像Ｉｍの集合体の外縁で作られる領域（あるいは複数の中間像Ｉｍに外接する領域）であり、各中間像Ｉｍの中心は計測領域ＤＡにおける計測点（計測位置）に対応している。
【００２３】
このように、送光プリズム１３は、ウェハＷの表面Ｗａと光学的に共役な射出面１３ａおよび射出面１３ａと非平行な入射面を有する偏向プリズムであって、複数の送光スリットＳｍからなる送光パターンは射出面１３ａに形成されている。複数の送光スリットＳｍからなる送光パターンは、計測領域ＤＡにおいてＸ方向に沿って間隔を隔てた複数のスリット状の中間像Ｉｍを形成するように構成されている。
【００２４】
送光対物レンズ１４は、送光プリズム１３の射出面１３ａと光学的に共役な面を、ウェハＷの表面Ｗａに形成する送光側結像光学系を構成している。コンデンサーレンズ１２、送光プリズム１３、および送光対物レンズ１４は、複数の送光スリットＳｍからなる送光パターンからの光（測定ビーム）を、ウェハＷの表面Ｗａ上の計測領域ＤＡに斜入射させて、計測領域ＤＡに送光パターンを投射し、ひいてはその中間像Ｉｍを形成する送光系を構成している。
【００２５】
図１を参照すると、ウェハＷの表面Ｗａによって反射された光は、受光対物レンズ２４を介して、受光プリズム２３に入射する。受光対物レンズ２４および受光プリズム２３は、例えば光軸ＡＸを含むＹＺ平面に関して、送光対物レンズ１４および送光プリズム１３とそれぞれ対称な位置に配置され且つそれぞれ対称的な構成を有する。受光プリズム２３の入射面２３ａ（送光プリズム１３の射出面１３ａに対応する面）には、図４に示すように、複数の送光スリットＳｍに対応して設けられた１つの開口部Ｓｍａが設けられている。
【００２６】
図４では、入射面２３ａにおいてＹ軸に平行な方向にｙ２軸を、入射面２３ａにおいてｙ２軸と直交する方向にｘ２軸を設定している。開口部Ｓｍａはｘ２方向に細長く延びる帯状の光透過部であり、開口部Ｓｍａ以外の領域は遮光部である。開口部Ｓｍａは、複数の送光スリットＳｍに外接する長方形と光学的に対応する形状および大きさを有し、複数の送光スリットＳｍと光学的に対応する位置に配置されている。受光プリズム２３の入射面２３ａにおいて開口部Ｓｍａの内側には、複数の送光スリットＳｍからなる送光パターンの像Ｉｍ２が形成される。
【００２７】
開口部Ｓｍａの内側には、ｘ２方向に沿ってピッチを有するライン・アンド・スペースパターン状の透過率分布、すなわちｙ２方向に細長い帯状のライン部と同じくｙ２方向に細長い帯状のスペース部とからなる透過率分布が形成されている。具体的に、ライン部は例えば薄い金属膜により形成された領域であって８０％〜９０％程度の透過率を有し、スペース部は何も形成されていない領域であってほぼ１００％の透過率を有する。後述するように、１つの送光パターンの像Ｉｍ２に対して少なくとも１つのライン部が完全に重なるように、ｘ２方向に沿った透過率分布のピッチは複数の送光パターン像Ｉｍ２のピッチよりも十分小さく設定されている。
【００２８】
入射面２３ａに送光パターンの像Ｉｍ２を形成して開口部Ｓｍａを通過した光は、所定の角度だけ偏向された後、受光プリズム２３から射出される。受光プリズム２３から射出された光は、リレー光学系２２を介して、受光センサ２１の検出面（受光面）２１ａに達する。受光センサ２１として、例えばＣＣＤ型またはＣＭＯＳ型の二次元撮像素子のような光電変換器を用いることができる。
【００２９】
こうして、受光センサ２１の検出面２１ａには、図５に示すように、送光パターンの像Ｉｍ２の共役像（観測像）Ｉｍ３を形成する。すなわち、リレー光学系２２は、受光プリズム２３の入射面２３ａと受光センサ２１の検出面２１ａとを光学的に共役に配置している。図５では、検出面２１ａにおいてＹ軸に平行な方向にｙ３軸を、検出面２１ａにおいてｙ３軸と直交する方向にｘ３軸を設定している。
【００３０】
このように、受光プリズム２３は、ウェハＷの表面Ｗａと光学的に共役な入射面２３ａおよび入射面２３ａと非平行な射出面を有する偏向プリズムである。受光対物レンズ２４は、ウェハＷの表面Ｗａと光学的にほぼ共役な面を、受光プリズム２３の入射面２３ａに形成する受光側結像光学系を構成している。リレー光学系２２は、受光プリズム２３の入射面２３ａと受光センサ２１の検出面２１ａとを光学的に共役に配置する再結像光学系を構成している。受光対物レンズ２４、受光プリズム２３、およびリレー光学系２２は、ウェハＷの表面Ｗａで反射された送光パターンからの光（測定ビーム）を検出面２１ａへ導いて検出面２１ａに送光パターンの観測像Ｉｍ３を形成する受光系を構成している。
【００３１】
送光パターンの像Ｉｍ２は、ウェハＷの表面ＷａのＺ方向移動に伴って、受光プリズム２３の入射面２３ａ上でｘ２方向に移動する。したがって、送光パターンの観測像Ｉｍ３は、ウェハＷの表面ＷａのＺ方向移動に伴って、受光センサ２１の検出面２１ａ上でｘ３方向（計測方向）に移動する。第１実施例の面位置計測装置では、ウェハＷの表面Ｗａが投影光学系ＰＬの像面と合致している状態において、送光パターンの観測像Ｉｍ３が検出面２１ａ上のｘ３方向に沿った所定位置に形成されるように構成されている。受光センサ２１の検出信号は、信号処理部ＰＲに供給される。
【００３２】
上述したように、ウェハＷの表面Ｗａが投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに沿ってＺ方向に上下移動すると、受光センサ２１の検出面２１ａに形成される送光パターンの観測像Ｉｍ３は、表面Ｗａの移動量に応じてｘ３方向（ピッチ方向）に位置ずれを起こす。信号処理部ＰＲでは、たとえば本出願人による米国特許第５，６３３，７２１号明細書に開示された光電顕微鏡の原理により、受光センサ２１の出力に基づいて各送光パターンの観測像Ｉｍ３の計測方向に沿った位置ずれ量（位置情報）を検出し、検出した位置ずれ量に基づいて計測領域ＤＡ内の各計測点の面位置（Ｚ方向位置）を求める。
【００３３】
受光センサ２１は、それ自体が発熱源であるため、熱膨張により変位し易い。また、検出面２１ａを直接支持できないという支持構造の特性により、受光センサ２１は変位し易い。受光センサ２１が計測方向（ｘ３方向）に変位すると、ウェハＷの表面Ｗａの面位置を正確に計測することができない。すなわち、第１実施例において各送光パターンの観測像Ｉｍ３の位置ずれ量に基づいて計測された面位置は、受光センサ２１の変位（ひいては検出面２１ａの位置ずれ）に起因する計測誤差を含む可能性がある。
【００３４】
第１実施例では、受光センサ２１のｘ３方向に沿った変位を計測するために、受光プリズム２３の開口部Ｓｍａの内側に、ｘ２方向に沿ってピッチを有するライン・アンド・スペースパターン状の透過率分布を形成している。図６は、開口部Ｓｍａの内側に形成された透過率分布の作用を受けて受光センサ２１の検出面２１ａに形成される送光パターンの観測像Ｉｍ３のｘ３方向（計測方向）に沿った光強度分布を示している。図６において、縦軸は光の強度Ｉを示し、横軸はｘ３方向に沿った位置を示している。
【００３５】
図６に示す観測像Ｉｍ３の光強度分布を参照すると、透過率分布のライン部が重なった部分の強度はスペース部が重なった部分の強度よりも小さくなっており、受光プリズム２３の入射面２３ａにおける１つの送光パターン像Ｉｍ２に対して３つのライン部が重なっていることがわかる。すなわち、送光パターンの観測像Ｉｍ３の光強度分布においてｘ３方向に沿って間隔を隔てた３つの凹部は、開口部Ｓｍａの内側に形成された透過率分布のライン部の減光作用を受けて形成されたものである。
【００３６】
送光パターンの観測像Ｉｍ３の光強度分布における凹部のｘ３方向に沿った位置は、ウェハＷの面位置の変動に影響されることなく、受光プリズム２３と受光センサ２１とのｘ３方向に沿った相対位置が変化しない限り不変であり、ひいては受光センサ２１がｘ３方向に沿って変位しない限り実質的に不変である。換言すれば、観測像Ｉｍ３の光強度分布における凹部のｘ３方向に沿った位置の変化に基づいて、受光センサ２１のｘ３方向に沿った変位（位置ずれ）が検出される。
【００３７】
第１実施例では、受光センサ２１の検出面２１ａに形成される送光パターンの観測像Ｉｍ３のｘ３方向に沿った位置に関する情報と、観測像Ｉｍ３の光強度分布における凹部のｘ３方向に沿った位置に関する情報すなわち受光センサ２１のｘ３方向に沿った変位情報とに基づいて、受光センサ２１の変位に起因する計測誤差について補正された面位置を求める。具体的には、送光パターンの観測像Ｉｍ３に関する検出結果から得られる面位置を、観測像Ｉｍ３の光強度分布における凹部に関する検出結果から得られる受光センサ２１の変位情報に基づいて補正する。
【００３８】
このように、受光プリズム２３の入射面２３ａに設けられてｘ２方向に沿って変化する透過率分布は、この透過率分布の作用を受けて検出面２１ａに形成された送光パターンの観測像Ｉｍ３に基づいて、つまり観測像Ｉｍ３の光強度分布における凹部のｘ３方向に沿った位置に基づいて、受光センサ２１（ひいては検出面２１ａ）のｘ３方向に沿った変位を観測するモニター部の一部を構成している。
【００３９】
計測領域ＤＡ内の複数点の補正された面位置の計測結果は、例えば露光装置の制御部ＣＲの内部に設けられた記憶部ＭＲに供給される。制御部ＣＲは、駆動系ＨＤに指令を供給し、ＸＹステージＨＳ（ひいてはウェハＷ）をＸ方向およびＹ方向にステップ移動させる。そして、面位置計測装置は、ウェハＷの表面Ｗａ上の新たな計測領域ＤＡ内の複数点の補正された面位置を計測し、この計測結果を記憶部ＭＲに供給する。
【００４０】
こうして、面位置計測装置は、駆動系ＨＤによるＸＹステージＨＳのステップ移動に応じて、ウェハＷの表面Ｗａの全体に亘って分布する複数点における面位置を計測する。ウェハＷのＹ方向のステップ移動は、必要に応じて、所要の回数だけ行われる。面位置計測装置の複数の計測結果、すなわち複数の計測点における面位置に関する情報は、記憶部ＭＲにマップデータとして記憶される。
【００４１】
制御部ＣＲは、信号処理部ＰＲで得られた計測結果、ひいては記憶部ＭＲに記憶された面位置のマップデータに基づいて、ＸＹステージＨＳのＸＹ平面に沿った位置に応じ、ＺステージＶＳのＺ方向位置を所要量だけ調整し、ウェハＷの現在の露光領域を、投影光学系ＰＬの結像面位置（ベストフォーカス位置）に位置合わせする。すなわち、制御部ＣＲは、現在の露光領域に応じて、駆動系ＶＤに指令を供給し、ＺステージＶＳ（ひいてはウェハＷ）をＺ方向に沿って所要量だけ移動させる。このように、第１実施例の面位置計測装置では、被検基板であるウェハＷの表面Ｗａとの相対的な位置関係を変更しつつ、例えば固定的に設置された装置に対してウェハＷを保持するＸＹステージＨＳをステップ移動させつつ、表面Ｗａの面位置を計測する。
【００４２】
このように、受光センサ２１および信号処理部ＰＲは、検出面２１ａに形成された送光パターンの観測像Ｉｍ３のｘ３方向に沿った位置を検出し、観測像Ｉｍ３の検出結果を用いて計測領域ＤＡの面位置を検出する検出系を構成している。検出系（２１，ＰＲ）は、検出面２１ａのｘ３方向に沿った位置ずれ（ひいては受光センサ２１のｘ３方向に沿った変位）を観測し、その観測結果に基づいて検出面２１ａのｘ３方向に沿った位置ずれに起因する計測誤差について補正された計測領域ＤＡの面位置を求める。
【００４３】
以上のように、第１実施例の面位置計測装置では、受光センサ２１の変位に起因する計測誤差を小さく抑えて、ウェハＷの面位置を高精度に計測することができる。その結果、第１実施例の露光装置では、ウェハＷの面位置を高精度に計測する面位置計測装置を用いて、投影光学系ＰＬに対してウェハＷの被露光面を高精度に位置合わせすることができ、ひいては良好は投影露光を行うことができる。
【００４４】
なお、第１実施例では、受光プリズム２３の開口部Ｓｍａの内側に、ｘ２方向に沿ってピッチを有するライン・アンド・スペースパターン状の透過率分布を形成している。しかしながら、ライン・アンド・スペースパターンに限定されることなく、基板と光学的に共役な受光側共役面に設けられて計測方向に沿って変化する透過率分布であって、送光パターンの観測像の光強度分布に何らかの変化を及ぼす透過率分布であれば、その具体的な構成については様々な形態が可能である。
【００４５】
図７は、第２実施例にかかる面位置計測装置の要部構成を概略的に示す図である。第２実施例の面位置計測装置は、第１実施例の面位置計測装置と類似の構成を有する。しかしながら、第２実施例では、第１実施例における受光プリズム２３の入射面２３ａの位置に検出面２１Ａａを有する受光センサ２１Ａを配置して、受光プリズム２３およびリレー光学系２２の設置を省略している点が、第１実施例と相違している。
【００４６】
また、第２実施例では、補助パターン部材３１とリレー光学系３２とを有するモニター部を付設している点が、第１実施例と相違している。図７では、図１に示す構成要素と同様の機能を有する要素に、図１と同じ参照符号を付している。また、図７では、信号処理部ＰＲおよび制御部ＣＲの図示を省略している。以下、第１実施例との相違点に着目して、第２実施例の構成および作用を説明する。
【００４７】
例えば平行平面板の形態を有する補助パターン部材３１の射出面（受光センサ２１Ａ側の面）には、所定形状（円形状など）の光透過部からなる補助パターン３１ａが形成されている。補助パターン部材３１の射出面において、補助パターン３１ａ以外の領域は遮光部である。補助パターン部材３１の入射面には、例えば光源１１からライトガイド（不図示）を介してモニター光が照射される。補助パターン３１ａを通過したモニター光は、リレー光学系３２を介して、図８に示すように、受光センサ２１Ａの検出面２１Ａａ上に補助パターン３１ａの像３１ａａを形成する。
【００４８】
すなわち、リレー光学系３２は、補助パターン３１ａが形成された補助パターン部材３１の射出面と受光センサ２１Ａの検出面２１Ａａとを光学的に共役に配置しており、補助パターン像３１ａａを検出面２１Ａａに形成する。図８では、検出面２１ＡａにおいてＹ軸に平行な方向にｙ３軸を、検出面２１Ａａにおいてｙ３軸と直交する方向にｘ３軸を設定している。
【００４９】
説明を簡素化するために、第２実施例では、受光センサ２１Ａはｘ３方向に並んだ複数の画素を有する一次元撮像素子であり、その検出面２１Ａａには１つの補助パターン像３１ａａを挟んで一対の送光パターンの観測像Ｉｍ３ａが形成されるものとする。補助パターン像３１ａａのｘ３方向に沿った検出位置は、ウェハＷの面位置の変動に影響されることなく、受光センサ２１Ａがｘ３方向に沿って変位しない限り不変である。換言すれば、補助パターン像３１ａａのｘ３方向に沿った検出位置の変化に基づいて、受光センサ２１Ａのｘ３方向に沿った変位が検出される。
【００５０】
第２実施例では、受光センサ２１Ａの検出面２１Ａａに形成される送光パターンの観測像Ｉｍ３ａのｘ３方向に沿った位置に関する情報と、補助パターン像３１ａａのｘ３方向に沿った検出位置に関する情報すなわち受光センサ２１Ａのｘ３方向に沿った変位情報とに基づいて、受光センサ２１Ａの変位に起因する計測誤差について補正された面位置を求める。具体的には、観測像Ｉｍ３ａに関する検出結果から得られる面位置を、補助パターン像３１ａａの検出結果から得られる受光センサ２１Ａの変位情報に基づいて補正する。その結果、第２実施例においても、受光センサ２１Ａの変位に起因する計測誤差を小さく抑えて、ウェハＷの面位置を高精度に計測することができる。
【００５１】
図９は、第３実施例にかかる面位置計測装置の要部構成を概略的に示す図である。第３実施例の面位置計測装置は、第１実施例の面位置計測装置と類似の構成を有する。しかしながら、第３実施例では、受光プリズム２３Ｂの入射面２３Ｂａに設けられた補助パターン３３の像を、リレー光学系２２を介して受光センサ２１Ｂの検出面２１Ｂａ上に形成している点が、第１実施例と相違している。図９では、図１に示す構成要素と同様の機能を有する要素に、図１と同じ参照符号を付している。また、図９では、信号処理部ＰＲおよび制御部ＣＲの図示を省略している。以下、第１実施例との相違点に着目して、第３実施例の構成および作用を説明する。
【００５２】
受光プリズム２３Ｂの入射面２３Ｂａには、所定形状（円形状など）の補助パターン３３が形成されている。具体的に、入射面２３Ｂａにおいて、補助パターン３３の周囲には、受光プリズム２３Ｂを形成する光学材料の反射率よりも十分低い反射率を有する低反射領域、例えば酸化クロムからなる薄膜領域が形成されている。補助パターン３３を含む周囲の領域には、例えば光源１１からライトガイド（不図示）を介した供給されたモニター光が、受光プリズム２３Ｂの内部を介して照射される。
【００５３】
補助パターン３３で反射されたモニター光は、リレー光学系２２を介して、図１０に示すように、受光センサ２１Ｂの検出面２１Ｂａ上に補助パターン３３の像３３ａを形成する。図１０では、検出面２１ＢａにおいてＹ軸に平行な方向にｙ３軸を、検出面２１Ｂａにおいてｙ３軸と直交する方向にｘ３軸を設定している。
【００５４】
説明を簡素化するために、第３実施例では、受光センサ２１Ｂはｘ３方向に並んだ複数の画素を有する一次元撮像素子であり、その検出面２１Ｂａには１つの補助パターン像３３ａと１つの送光パターンの観測像Ｉｍ３ｂとが形成されるものとする。補助パターン像３３ａのｘ３方向に沿った検出位置は、ウェハＷの面位置の変動に影響されることなく、受光センサ２１Ｂがｘ３方向に沿って変位しない限り不変である。換言すれば、補助パターン像３３ａのｘ３方向に沿った検出位置の変化に基づいて、受光センサ２１Ｂのｘ３方向に沿った変位が検出される。
【００５５】
第３実施例では、受光センサ２１Ｂの検出面２１Ｂａに形成される送光パターンの観測像Ｉｍ３ｂのｘ３方向に沿った位置に関する情報と、補助パターン像３３ａのｘ３方向に沿った検出位置に関する情報すなわち受光センサ２１Ｂのｘ３方向に沿った変位情報とに基づいて、受光センサ２１Ｂの変位に起因する計測誤差について補正された面位置を求める。具体的には、送光パターンの観測像Ｉｍ３ｂに関する検出結果から得られる面位置を、補助パターン像３３ａに関する検出結果から得られる受光センサ２１Ｂの変位情報に基づいて補正する。その結果、第３実施例においても、受光センサ２１Ｂの変位に起因する計測誤差を小さく抑えて、ウェハＷの面位置を高精度に計測することができる。
【００５６】
図１１は、第４実施例にかかる面位置計測装置の要部構成を概略的に示す図である。第４実施例の面位置計測装置は、第１実施例の面位置計測装置と類似の構成を有する。しかしながら、第４実施例では、送光プリズム１３Ｃの射出面１３Ｃａに変位計測用の補助パターンが付設され、この補助パターンに対応する開口部が受光プリズム２３Ｃの入射面２３Ｃａに設けられている点が、第１実施例と相違している。図１１では、図１に示す構成要素と同様の機能を有する要素に、図１と同じ参照符号を付している。また、図１１では、信号処理部ＰＲおよび制御部ＣＲの図示を省略している。以下、第１実施例との相違点に着目して、第４実施例の構成および作用を説明する。
【００５７】
送光プリズム１３Ｃの射出面１３Ｃａには、例えば図１２に示すように配列された複数の送光スリット（図１２では１１個の送光スリットを例示する）Ｓｍ’と、変位計測用スリットＳｓ（図１２では３つの変位計測用スリットを例示する）とが設けられている。図１２では、射出面１３ＣａにおいてＹ軸に平行な方向にｙ１軸を、射出面１３Ｃａにおいてｙ１軸と直交する方向にｘ１軸を設定している。送光スリットＳｍ’は、例えば矩形状の光透過部である。
【００５８】
複数の送光スリットＳｍ’は、ｘ１方向に沿ってピッチＡで配列されている。変位計測用スリットＳｓは、複数の送光スリットＳｍ’からｙ１方向に間隔を隔てて配置されて、例えばｘ１方向に細長い矩形状の光透過部である。複数の変位計測用スリットＳｓは、ｘ１方向に沿って所定のピッチ（例えば送光スリットＳｍ’のピッチＡの整数倍）で配列されている。なお、送光パターンを構成する送光スリットの形状、数、配列、補助パターンを構成する変位計測用スリットＳｓの形状、数、配列などについては様々な変形例が可能である。
【００５９】
複数の送光スリットＳｍ’からなる送光パターンを通過した光、および変位計測用スリットＳｓからなる補助パターンを通過した光は、受光プリズム２３Ｃの入射面２３Ｃａ上に、送光パターンの像（不図示）および補助パターンの像（不図示）を形成する。受光プリズム２３Ｃの入射面２３Ｃａ（送光プリズム１３Ｃの射出面１３Ｃａに対応する面）には、図１３に示すように、複数の送光スリットＳｍ’に対応して設けられた１つの開口部Ｓｍｃと、３つの変位計測用スリットＳｓにそれぞれ対応して設けられた３つの開口部Ｓｓａとが設けられている。
【００６０】
図１３では、入射面２３ＣａにおいてＹ軸に平行な方向にｙ２軸を、入射面２３Ｃａにおいてｙ２軸と直交する方向にｘ２軸を設定している。開口部Ｓｍｃはｘ２方向に細長く延びる帯状の光透過部であり、開口部Ｓｓａは矩形状の光透過部であり、開口部ＳｍｃおよびＳｓａ以外の領域は遮光部である。開口部Ｓｍｃは、複数の送光スリットＳｍ’に外接する長方形と光学的に対応する形状および大きさを有し、複数の送光スリットＳｍ’と光学的に対応する位置に配置されている。
【００６１】
開口部Ｓｓａは、変位計測用スリットＳｓと光学的に対応する形状および大きさを有し、変位計測用スリットＳｓと光学的に対応する位置に配置されている。具体的に、開口部Ｓｓａのｘ２方向に沿った寸法は、受光プリズム２３Ｃの入射面２３Ｃａに形成される変位計測用スリットＳｓの像のｘ２方向に沿った寸法よりも十分小さく設定されている。入射面２３Ｃａに送光パターンの像を形成して開口部Ｓｍｃを通過した光は、リレー光学系２２を介して、図１４に示すように、受光センサ２１Ｃの検出面２１Ｃａに送光パターンの観測像Ｉｍ３ｃを形成する。
【００６２】
図１４では、検出面２１ＣａにおいてＹ軸に平行な方向にｙ３軸を、検出面２１Ｃａにおいてｙ３軸と直交する方向にｘ３軸を設定している。一方、入射面２３Ｃａに補助パターンの像を形成して開口部Ｓｓａを通過した光は、リレー光学系２２を介して、受光センサ２１Ｃの検出面２１Ｃａに補助パターンの観測像Ｉｓ３ｃを形成する。補助パターンの観測像Ｉｓ３ｃのｘ３方向に沿った検出位置は、ウェハＷの面位置の変動に影響されることなく、受光センサ２１Ｃがｘ３方向に沿って変位しない限り不変である。換言すれば、補助パターンの観測像Ｉｓ３ｃのｘ３方向に沿った検出位置の変化に基づいて、受光センサ２１Ｃのｘ３方向に沿った変位が検出される。
【００６３】
第４実施例では、受光センサ２１Ｃの検出面２１Ｃａに形成される送光パターンの観測像Ｉｍ３ｃのｘ３方向に沿った位置に関する情報と、補助パターンの観測像Ｉｓ３ｃのｘ３方向に沿った検出位置に関する情報すなわち受光センサ２１Ｃのｘ３方向に沿った変位情報とに基づいて、受光センサ２１Ｃの変位に起因する計測誤差について補正された面位置を求める。具体的には、観測像Ｉｍ３ｃに関する検出結果から得られる面位置を、補助パターンの観測像Ｉｓ３ｃの検出結果から得られる受光センサ２１Ｃの変位情報に基づいて補正する。その結果、第４実施例においても、受光センサ２１Ｃの変位に起因する計測誤差を小さく抑えて、ウェハＷの面位置を高精度に計測することができる。
【００６４】
なお、第４実施例では、変位計測用スリットＳｓのｘ１方向に沿った寸法Ｂを複数の送光スリットＳｍ’のピッチＡよりも小さく設定することにより、変位計測用スリットＳｓからなる補助パターンをトラッキング用スリットとして用い、開口部Ｓｓａをトラッキング用開口部として用いることができる。トラッキング用スリットＳｓおよびトラッキング用開口部Ｓｓａを利用することにより、ウェハＷがＺ方向に大きく位置ずれしている場合にも、複数の送光スリットＳｍ’を個別に正しく認識することができる。
【００６５】
図１５は、第５実施例にかかる面位置計測装置の要部構成を概略的に示す図である。第５実施例の面位置計測装置は、第１実施例の面位置計測装置と類似の構成を有する。しかしながら、第５実施例では、受光プリズム２３Ｄの入射面２３Ｄａに間隔を隔てて複数の開口部が設けられ、これらの複数の開口部に対応するように受光センサ２１Ｄの検出面２１Ｄａにおいて互いに隣接するように複数の検出領域が設けられている点が、第１実施例と相違している。図１５では、図１に示す構成要素と同様の機能を有する要素に、図１と同じ参照符号を付している。また、図１５では、信号処理部ＰＲおよび制御部ＣＲの図示を省略している。以下、第１実施例との相違点に着目して、第５実施例の構成および作用を説明する。
【００６６】
受光プリズム２３Ｄの入射面２３Ｄａには、図１６に示すように、ｘ２方向に沿って間隔を隔てて複数の開口部Ｓｍｄ（図１６では７つの開口部を例示する）が設けられている。図１６では、入射面２３ＤａにおいてＹ軸に平行な方向にｙ２軸を、入射面２３Ｄａにおいてｙ２軸と直交する方向にｘ２軸を設定している。開口部Ｓｍｄは、例えばｙ２方向に細長い矩形状の光透過部である。複数の開口部Ｓｍｄは、ｘ２方向に沿って所定のピッチで配列されている。入射面２３Ｄａにおいて、開口部Ｓｍｄ以外の領域は遮光部である。
【００６７】
第５実施例では、複数の開口部Ｓｍｄに亘ってｘ２方向に細長く延びる矩形状の送光パターン像Ｉｍ２ｄが形成される。換言すれば、受光プリズム２３Ｄの入射面２３Ｄａにおいて複数の開口部Ｓｍｄに亘ってｘ２方向に細長く延びる矩形状の送光パターン像Ｉｍ２ｄが形成されるように構成された送光パターンが、送光プリズム１３の射出面１３ａに設けられている。
【００６８】
一方、受光センサ２１Ｄの検出面２１Ｄａには、図１７に示すように、受光プリズム２３Ｄの入射面２３Ｄａにおける複数の開口部Ｓｍｄに対応するようにｘ３方向に沿って互いに隣接する複数の検出領域ｐｘ（図１７では７つの検出領域を例示する）が設けられている。図１７では、検出面２１ＤａにおいてＹ軸に平行な方向にｙ３軸を、検出面２１Ｄａにおいてｙ３軸と直交する方向にｘ３軸を設定している。検出領域ｐｘは、例えば一次元撮像素子からなる受光センサ２１ＤＣの１つの画素に対応している。
【００６９】
第５実施例では、複数の開口部Ｓｍｄがｘ２方向に沿って間隔を隔てて配置され、複数の開口部Ｓｍｄに対応する複数の検出領域ｐｘがｘ３方向に沿って互いに隣接するように配置されている。したがって、検出領域ｐｘのｘ３方向に沿った寸法は、検出面２１Ｄａに形成される開口部Ｓｍｄの像のｘ３方向に沿った寸法よりも大きい。すなわち、受光プリズム２３Ｄの入射面２３Ｄａに送光パターン像Ｉｍ２ｄを形成して開口部Ｓｍｄを通過した光が検出面２１Ｄａ上に形成する送光パターン観測像Ｉｍ３ｄのｘ３方向に沿った最大寸法は、検出領域ｐｘのｘ３方向に沿った寸法よりも小さい。
【００７０】
具体的には、送光パターン観測像Ｉｍ３ｄのｘ３方向に沿った最大寸法は、検出領域ｐｘのｘ３方向に沿った寸法よりも（２×α）だけ小さい。ここで、（２×α）は、受光プリズム２３Ｄの入射面２３Ｄａにおいて隣り合う２つの開口部Ｓｍｄのｘ２方向に沿った間隔に対応している。したがって、第５実施例では、受光センサ２１Ｄがｘ３方向に沿って±αを超えない範囲で変位（位置ずれ）しても、送光パターン観測像Ｉｍ３ｄの検出結果に基づいて、受光センサ２１Ｄの変位に起因する計測誤差を発生させることなく、ウェハＷの表面Ｗａの面位置を高精度に計測することができる。
【００７１】
なお、第５実施例では、受光センサ２１Ｄの検出面２１Ｄａにおいて開口部Ｓｍｄに対応するように設けられた検出領域ｐｘが、例えば一次元撮像素子からなる受光センサ２１Ｄの１つの画素に対応している。しかしながら、この構成に限定されることなく、例えば図１８に示すように、複数の開口部Ｓｍｄに対応するようにｘ３方向に沿って互いに隣接する複数の検出領域ｐｇとして、例えば一次元撮像素子からなる受光センサ２１Ｄの一群の画素を用いることもできる。
【００７２】
上述の実施形態では、露光装置がスキャニング・ステッパである場合について説明したが、これに限らず、ステッパなどの静止型露光装置に上記実施形態を適用しても良い。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も上記実施形態は適用することができる。
【００７３】
また、上記実施形態は、例えば米国特許第６，５９０，６３４号明細書、米国特許第５，９６９，４４１号明細書、米国特許第６，２０８，４０７号明細書などに開示されているように、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も適用できる。また、例えば米国特許第７，５８９，８２２号明細書などに開示されているように、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も上記実施形態は適用が可能である。
【００７４】
また、上記実施形態では、露光装置が、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る場合について説明したが、これに限らず、例えば欧州特許出願公開第１４２０２９８号明細書、国際公開第２００４／０５５８０３号、米国特許第６,９５２,２５３号明細書などに開示されているように、投影光学系とウェハ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を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。
【００７５】
また、上記実施形態の露光装置の投影光学系は縮小系のみならず等倍及び拡大系のいずれでも良いし、投影光学系は屈折系のみならず、反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、この投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。
【００７６】
また、上述の実施形態において、米国公開公報第２００６／０１７０９０１号及び第２００７／０１４６６７６号に開示されるいわゆる偏光照明方法を適用することも可能である。ここでは、米国特許公開第２００６／０１７０９０１号公報及び米国特許公開第２００７／０１４６６７６号公報の教示を参照として援用する。
【００７７】
上述の実施形態では、感光性基板としてのウェハＷの面位置の計測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計測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計測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基板の面位置の計測に対して本発明を適用することもできる。
【００７８】
上述の実施形態では、所定の電子データに基づいて所定パターンを形成する可変パターン形成装置を用いることができる。なお、可変パターン形成装置としては、たとえば所定の電子データに基づいて駆動される複数の反射素子を含む空間光変調素子を用いることができる。空間光変調素子を用いた露光装置は、たとえば米国特許公開第２００７／０２９６９３６号公報に開示されている。また、上述のような非発光型の反射型空間光変調器以外に、透過型空間光変調器を用いても良く、自発光型の画像表示素子を用いても良い。
【００７９】
上述の実施形態の露光装置は、本願特許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っても良い。
【００８０】
次に、上述の実施形態にかかる露光装置を用いたデバイス製造方法について説明する。図１９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１９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）。つづいて、上述の実施形態の投影露光装置を用い、マスク（レチクル）Ｍに形成されたパターンをウェハ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）。
【００８１】
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、上述の実施形態の投影露光装置によって転写された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また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、上述の実施形態の投影露光装置は、フォトレジストが塗布されたウェハＷを、感光性基板としてパターンの転写を行う。
【００８２】
図２０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２０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）およ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、上述の実施形態の投影露光装置を用いて回路パターンおよび電極パターン等の所定のパターンを形成する。このパターン形成工程には、上述の実施形態の投影露光装置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、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。
【００８３】
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によって所定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およびバックライト等の各種部品を取り付ける。
【００８４】
また、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、若しくは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や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及び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。
【符号の説明】
【００８５】
１１  光源
１２  コンデンサーレンズ
１３  送光プリズム
１４，２４  対物レンズ
２１  受光センサ
２２  リレー光学系
２３  受光プリズム
ＤＡ  計測領域
ＰＲ  信号処理部
ＣＲ  制御部
ＩＬ  照明系
Ｍ  マスク
ＭＳ  マスクステージ
ＰＬ  投影光学系
Ｗ  ウェハ
ＶＳ  Ｚステージ
ＨＳ  ＸＹステージ
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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