(57)【要約】      （修正有）【課題】被検物の光反射率の変動による影響の少ない面位置検出装置を提供する。【解決手段】被検面６ａに対して斜め方向から光を投射し、被検面を経由した光を受光して被検面の面位置を検出する面位置検出装置において、送光領域と非送光領域とを備える送光パターン２０と、受光領域と非受光領域とを備える受光パターン３６と、受光パターン上に形成される送光パターンの像と受光パターンとを相対的に走査させる走査手段と、受光パターンを経由した光を光電検出する光電検出手段と、光電検出手段により検出された検出信号に基づいて被検面の面位置を検出する被検面位置検出手段とにより、走査手段が送光パターンの１つの送光領域の像を受光パターンの複数の受光領域にわたって走査し、被検面位置検出手段が光電検出手段により検出された検出信号の位相に基づいて被検面位置を検出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検面に対して斜め方向から光を投射し、該被検面を経由した光を受光して前記被検面の面位置を検出する面位置検出装置において、
送光領域と非送光領域とを備える送光パターンと、
該送光パターンからの光に基づいて、前記被検面上に前記送光パターンの像を形成する第１結像光学系と、
前記被検面を経由した光に基づいて、前記送光パターンの像を形成する第２結像光学系と、
該第２結像光学系による前記送光パターンの像形成位置に配置されて、受光領域と非受光領域とを備える受光パターンと、
前記受光パターン上に形成される前記送光パターンの像と前記受光パターンとを相対的に走査させる走査手段と、
前記受光パターンを経由した光を光電検出する光電検出手段と、
前記光電検出手段により検出された検出信号に基づいて前記被検面の面位置を検出する被検面位置検出手段と、
を備え、
前記走査手段は、前記送光パターンの１つの前記送光領域の像を、前記受光パターンの複数の前記受光領域にわたって走査し、
前記被検面位置検出手段は、前記光電検出手段により検出された検出信号の位相に基づいて前記被検面の面位置を検出することを特徴とする面位置検出装置。
【請求項２】
被検面に対して斜め方向から光を投射し、該被検面を経由した光を受光して前記被検面の面位置を検出する面位置検出装置において、
送光領域と非送光領域とを備える送光パターンと、
該送光パターンからの光に基づいて、前記被検面上に前記送光パターンの像を形成する第１結像光学系と、
前記被検面を経由した光に基づいて、前記送光パターンの像を形成する第２結像光学系と、
該第２結像光学系による前記送光パターンの像形成位置に配置されて、受光領域と非受光領域とを備える受光パターンと、
前記受光パターン上に形成される前記送光パターンの像と前記受光パターンとを相対的に走査させる走査手段と、
前記受光パターンを経由した光を光電検出する光電検出手段と、
前記光電検出手段により検出された検出信号に基づいて前記被検面の面位置を検出する被検面位置検出手段と、
を備え、
前記走査手段は、前記送光パターンの複数の前記送光領域の像が前記受光パターンの１つの前記受光領域を走査するように、前記送光パターンの像と前記受光パターンとを相対的に走査させ、
前記被検面位置検出手段は、前記光電検出手段により検出された検出信号の位相に基づいて被検面の面位置を検出することを特徴とする面位置検出装置。
【請求項３】
前記光電検出手段により検出された連続した検出信号の中から所定のブロックの検出信号を抽出する抽出手段を更に備え、
前記被検面位置検出手段は、前記抽出手段により抽出された前記所定のブロックの検出信号と基準信号とを比較することにより前記被検面の面位置を検出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の面位置検出装置。
【請求項４】
前記送光パターンの前記送光領域及び非送光領域、又は前記受光パターンの前記受光領域及び前記非受光領域は、等幅かつ等ピッチであることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の面位置検出装置。
【請求項５】
前記送光パターン及び前記受光パターンの中の少なくとも一方は、スリットパターンを含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の面位置検出装置。
【請求項６】
前記送光パターン及び前記受光パターンの中の少なくとも一方は、パターンジェネレータを含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の面位置検出装置。
【請求項７】
感光性基板上に所定のパターンを転写する露光装置において、
前記感光性基板の面位置を検出するための請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の面位置検出装置を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項８】
感光性基板上に所定のパターンを転写する露光方法において、
請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の面位置検出装置を用いて前記感光性基板の面位置を検出する検出工程と、
前記感光性基板上に前記所定のパターンを転写する転写工程と、
を備えることを特徴とする露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、半導体製造装置において、ウエハ面の位置等を検出する面位置検出装置、該面位置検出装置を備えた露光装置及び該露光装置を用いた露光方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レチクル上に形成された回路パターンを投影レンズを介してウエハ上に転写する半導体露光装置においては、投影レンズの焦点深度が比較的浅く、しかも、ウエハに部分的な凹凸が存在することもあるため、ウエハの各露光領域における投影レンズに対する焦点ずれの補正を行う必要がある。
【０００３】
このとき、投影レンズの光軸方向におけるウエハ位置の検出装置としては、例えば、ウエハ等の被検面に対して斜め方向からスリットの像を投影し、このスリットの像を斜め方向から検出する斜め入射型オートフォーカスセンサが知られている。この斜め入射型オートフォーカスセンサにおいては、被検面（ウエハ面）が投影レンズの光軸方向に沿って上下すると、受光スリットに到達する光の強度が変化するため、受光スリットに到達した光の強度を検出し、その光強度変化に基づいて被検面の位置を検出している（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭６３−１６１６１６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載の面位置検出装置においては、被検面で反射され、受光スリットに達した光の強度変化に基づいて被検面の面位置の検出を行なうため、被検物の光反射率等による影響を受けやすく、被検物の光反射率の変動による検出誤差が生じるという問題がある。また、オート・ゲイン・コントロール等の回路系に生じる誤差の影響のため、検出誤差が生じるという問題もある。
【０００６】
この発明の課題は、被検物の光反射率の変動による影響またはオート・ゲイン・コントロール等の回路系に生じる誤差の影響の少ない面位置検出装置、該面位置検出装置を用いた露光装置、及び該露光装置を用いた露光方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の面位置検出装置は、被検面に対して斜め方向から光を投射し、該被検面を経由した光を受光して前記被検面の面位置を検出する面位置検出装置において、送光領域と非送光領域とを備える送光パターンと、該送光パターンからの光に基づいて、前記被検面上に前記送光パターンの像を形成する第１結像光学系と、前記被検面を経由した光に基づいて、前記送光パターンの像を形成する第２結像光学系と、該第２結像光学系による前記送光パターンの像形成位置に配置されて、受光領域と非受光領域とを備える受光パターンと、前記受光パターン上に形成される前記送光パターンの像と前記受光パターンとを相対的に走査させる走査手段と、前記受光パターンを経由した光を光電検出する光電検出手段と、前記光電検出手段により検出された検出信号に基づいて前記被検面の面位置を検出する被検面位置検出手段とを備え、前記走査手段が前記送光パターンの１つの前記送光領域の像を、前記受光パターンの複数の前記受光領域にわたって走査し、前記被検面位置検出手段が前記光電検出手段により検出された検出信号の位相に基づいて前記被検面の面位置を検出することを特徴とする。
【０００８】
この請求項１に記載の面位置検出装置によれば、１つの送光パターンの像を被検面に反射させ複数の受光パターン上に形成される送光パターンの像の位相変化に基づいて、被検面の面位置の検出を行なう。従って、被検物の光反射率等の変動やオート・ゲイン・コントロール等の回路系の誤差に影響されることが少ないため、高精度に被検面の面位置の検出を行なうことができる。
【０００９】
また、請求項２に記載の面位置検出装置は、被検面に対して斜め方向から光を投射し、該被検面を経由した光を受光して前記被検面の面位置を検出する面位置検出装置において、送光領域と非送光領域とを備える送光パターンと、該送光パターンからの光に基づいて、前記被検面上に前記送光パターンの像を形成する第１結像光学系と、前記被検面を経由した光に基づいて、前記送光パターンの像を形成する第２結像光学系と、該第２結像光学系による前記送光パターンの像形成位置に配置されて、受光領域と非受光領域とを備える受光パターンと、前記受光パターン上に形成される前記送光パターンの像と前記受光パターンとを相対的に走査させる走査手段と、前記受光パターンを経由した光を光電検出する光電検出手段と、前記光電検出手段により検出された検出信号に基づいて前記被検面の面位置を検出する被検面位置検出手段とを備え、前記走査手段が前記送光パターンの複数の前記送光領域の像が前記受光パターンの１つの前記受光領域を走査するように、前記送光パターンの像を前記受光パターンとを相対的に走査させ、前記被検面位置検出手段が前記光電検出手段により検出された検出信号の位相に基づいて被検面の面位置を検出することを特徴とする。
【００１０】
この請求項２に記載の面位置検出装置によれば、複数の送光パターンの像を被検面に反射させ１つの受光パターン上に形成される送光パターンの像の位相変化に基づいて、被検面の面位置の検出を行なう。従って、被検物の光反射率等の変動やオート・ゲイン・コントロール等の回路系の誤差に影響されることが少ないため、高精度に被検面の面位置の検出を行なうことができる。
【００１１】
また、請求項３に記載の面位置検出装置は、前記光電検出手段により検出された連続した検出信号の中から所定のブロックの検出信号を抽出する抽出手段を更に備え、前記被検面位置検出手段が前記抽出手段により抽出された前記所定のブロックの検出信号と基準信号とを比較することにより前記被検面の面位置を検出することを特徴とする。
【００１２】
この請求項３に記載の面位置検出装置によれば、抽出手段により抽出された所定のブロックの検出信号と基準信号とを比較し、その比較結果により検出される所定のブロックの検出信号と基準信号との位相のずれ量に基づいて、所定の位置から被検面までのずれ量及びずれ方向を検出することができるため、高精度に被検面の面位置の検出を行なうことができる。
【００１３】
また、請求項４に記載の面位置検出装置は、前記送光パターンの前記送光領域及び非送光領域、又は前記受光パターンの前記受光領域及び前記非受光領域が等幅かつ等ピッチであることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項５に記載の面位置検出装置は、前記送光パターン及び前記受光パターンの中の少なくとも一方がスリットパターンを含むことを特徴とする。
【００１５】
また、請求項６に記載の面位置検出装置は、前記送光パターン及び前記受光パターンの中の少なくとも一方がパターンジェネレータを含むことを特徴とする。
【００１６】
また、請求項７に記載の露光装置は、感光性基板上に所定のパターンを転写する露光装置において、感光性基板上の面位置を検出するための請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の面位置検出装置を備えることを特徴とする。
【００１７】
この請求項７に記載の露光装置によれば、請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の面位置検出装置を備えているため、感光性基板上の面位置を正確に検出することができ、高解像度を有する露光装置を提供することができる。
【００１８】
また、請求項８に記載の露光方法は、感光性基板上に所定のパターンを転写する露光方法において、請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の面位置検出装置を用いて前記感光性基板の面位置を検出する検出工程と、前記感光性基板上に前記所定のパターンを転写する転写工程とを備えることを特徴とする。
【００１９】
この請求項８に記載の露光方法によれば、請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の面位置検出装置を備えた露光装置を用いるため、感光性基板の面位置の検出が良好に行なわれていることから、微細な露光パターンの露光を良好に行なうことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態にかかる面位置検出装置ついて説明する。図１は、この発明の実施の形態にかかる面位置検出装置をステップ・アンド・リピート型の投影露光装置に適用した例を示す構成図である。主照明光源２からの主照明光は、図１に示すように、所定の回路パターンが表面に設けられたレチクルＲを照明する。そして、レチクルＲの像は、投影レンズ４によって、ウエハ（感光性基板）６の被露光面（被検面）６ａに投影される。このウエハ６を載置しているホルダー８は、ウエハ６を投影レンズ４の光軸ＡＸ１に垂直な平面内での平行移動、微小回転、及び光軸ＡＸ１に沿った方向（フォーカシング方向）へ移動させる。このホルダー８は、上下方向に移動可能な３ヶ所の支持点によってホルダー８を支持するウエハステージ１０によって支持されている。ステージ駆動系１２は、ウエハステージ１０の支持点の上下方向の移動を行わせ、ホルダー８のレベリング（水平出し）を行う。
【００２１】
ここで、ウエハ６の被露光面（被検面）６ａ上にレチクルＲの回路パターン像を良好に転写するためには、各露光ショット毎に、投影レンズ４による結像面に対する焦点深度の幅内に被検面６ａの現在の露光領域を収める必要がある。従って、被検面６ａの現在の露光領域上の各点における投影レンズ４の光軸ＡＸ１方向位置を正確に検出し、被検面６ａが投影レンズ４の焦点深度の幅の範囲内に収まるように、ホルダー８のレベリング、及びウエハ６のフォーカシング方向の調整を行なう。
【００２２】
次に、被検面６ａの現在の露光領域の位置を検出する際の光学系及び処理系の説明を行う。図１に示すように、波長幅の広い白色光を供給する光源１４からの照明光は、コンデンサーレンズ１６によって、略平行光束に変換されて、偏向プリズム１８に入射する。ここで、光源１４は、一般的にウエハ６の表面（被検面６ａ）を覆っているレジスト等の薄膜による干渉の影響を低減するために、波長幅の広い白色光源であることが望ましい。なお、光源１４としては、レジストに対する感光性の弱い波長帯の光を供給する発光ダイオード等でも良い。
【００２３】
次に、偏向プリズム１８に入射した光束は、偏向プリズム１８により屈折されることにより偏向される。そして、この偏向プリズム１８の射出側には、送光領域及び非送光領域を備えている送光パターンとして、送光スリット２０が備えられている。ここで、送光スリット２０は、図２に示すように、紙面垂直方向を長手方向とする長方形の開口部（送光領域）２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅを有している。なお、送光スリット２０においては、５つの開口部を設けているが、開口部の数は、適宜、選択可能とする。
【００２４】
送光スリット２０に達した照明光は、この送光スリット２０の開口部２０ａ〜２０ｅをそれぞれ通過した後、集光レンズ２２に入射して、ミラー２４を介して対物レンズ２６に入射する。この集光レンズ２２と対物レンズ２６とで構成されている第１結像光学系は、送光スリット２０と被検面６ａとを光学的に共役な配置とする。そして、送光スリット２０と被検面６ａとは、この集光レンズ２２と対物レンズ２６とで構成されている第１結像光学系に関してシャインプルーフの条件を満たすように配置されているため、送光スリット２０の５つの送光領域である開口部２０ａ〜２０ｅのパターン像は、被検面６ａの全面にわたって正確に結像する。
【００２５】
また、図３に光路を点線で示すように、集光レンズ２２と対物レンズ２６とで構成されている第１結像光学系は、いわゆる両側テレセントリツク光学系であり、送光スリット２０と被検面６ａ上の共役点とは、全面に渡ってそれぞれ同倍率である。従って、送光スリット２０が図１において紙面垂直方向を長手方向とする長方形である５つの開口部２０ａ〜２０ｅのスリットを有しているので、被検面６ａ上に形成される像は、図１の紙面垂直方向を長手方向とする長方形である５つのスリットパターンとなる。
図１に戻って、被検面６ａに送光された光は、この被検面６ａで反射されて、対物レンズ２８に入射して、走査手段としての振動ミラー３０を介して集光レンズ３２に入射する。対物レンズ２８と集光レンズ３２とで構成されている第２結像光学系の入射側の光軸ＡＸ３１は、投影レンズ４の光軸ＡＸ１に関して、集光レンズ２２と対物レンズ２６とで構成されている第１結像光学系の光軸ＡＸ２と線対称になるように設けられている。
【００２６】
集光レンズ３２から射出された被検面６ａからの反射光は、偏向プリズム３４の入射面上に集光する。この入射面には、受光領域及び非受光領域を備えている受光パターンとして、遮光手段である受光スリット３６が設けられている。図４に示すように、受光スリット３６は、５か所の開口部群３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ，３６ｅを備えており、それぞれの開口部群は、３本の等幅、等間隔（ピッチ）の開口部を有している。即ち、開口部群３６ａは開口部３６ａ１、３６ａ２、３６ａ３を有し、開口部群３６ｂは開口部３６ｂ１、３６ｂ２、３６ｂ３、開口部群３６ｃは開口部３６ｃ１、３６ｃ２、３６ｃ３、開口部群３６ｄは開口部３６ｄ１、３６ｄ２、３６ｄ３、開口部群３６ｅは開口部３６ｅ１、３６ｅ２、３６ｅ３を有している。対物レンズ２８と集光レンズ３２とで構成されている第２結像光学系を介した被検面６ａからの反射光は、受光スリット３６における開口部をそれぞれ通過して、偏向プリズム３４に入射する。
【００２７】
ここで、投影レンズ４による結像面と偏向プリズム３４における入射面とは、対物レンズ２８と集光レンズ３２とで構成されている第２結像光学系に関して、シャインプルーフの条件を満たすように構成されている。従って、被検面６ａと結像面とが合致している状態においては、偏向プリズム３４における入射面の全面にわたって、被検面６ａの全面にわたって正確に結像した送光スリット２０の５つの送光領域である開口部２０ａ〜２０ｅのパターン像が正確に再結像する。また、図３に光路を点線で示すように、対物レンズ２８と集光レンズ３２とで構成されている第２結像光学系が両側テレセントリツク光学系で構成されているため、被検面６ａ上の各点と偏向プリズム３４における入射面上の共役点とは、全面で同倍率である。従って、被検面６ａが投影レンズ４の結像面に合致している状態では、受光スリット３６上に投影される像も図１の紙面垂直方向を長手方向とする長方形である５つのスリットパターンとなる。
【００２８】
すなわち、この実施の形態においては、被検面６ａと投影レンズ４の結像面とが合致している状態では、偏向プリズム１８の射出面、被検面６ａ、及び偏向プリズム３４の入射面は、各々シャインプルーフの条件を満たす関係にあり、しかも各面とも全面にわたってそれぞれ倍率が等しい。
【００２９】
偏向プリズム３４の入射面上には、図４に示すように５つの開口部群３６ａ〜３６ｅ  を有する受光スリット３６が設けられているので、入射面に再結像されたスリットパターンの像は、部分的に遮光される。受光領域を通過した光束、即ち、受光スリット３６の開口部群３６ａ〜３６ｅの領域に形成されたスリットパターンの像からの光束のみが偏向プリズム３４から射出する。そして、偏向プリズム３４における入射面上に形成された受光スリット３６の開口部群３６ａ〜３６ｅの像は、リレー光学系３８、４０により、受光部４２にリレーされる。ここで、受光部４２は、図５に示すように、受光スリット３６の５つの開口部群３６ａ〜３６ｅに対応する５つのシリコンフォトダイオード４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４２ｅを有している。これらのシリコンフォトダイオード４２ａ〜４２ｅ上には、受光スリット３６の開口部群３６ａ〜３６ｅを通過した送光スリット２０ａ〜２０ｅの光束が到達する。
【００３０】
受光部４２により検出された検出信号は、検出系４８を介して、処理／制御系５０に入力される。処理／制御系５０は、ステージ駆動系１２及びミラー駆動系４４に対して制御信号の出力を行なう。
【００３１】
なお、この実施の形態においては、受光部に複数のシリコンフォトダイオードを設けているが、ＣＣＤ（２次元電荷結合型撮像素子）やフォトマルを用いてもよい。
【００３２】
次に、図１を参照して、この実施の形態にかかる面位置検出装置におけるウエハ面の面位置の検出について詳述する。図１に示すように、対物レンズ２８と集光レンズ３２とで構成されている第２結像光学系の光路中には、振動ミラー３０が設けられている。そして、ミラー駆動系４４は、処理／制御系５０からの制御信号に基づいて、所定の周期Ｔで振動ミラー３０を図中矢印方向に振動させる。この振動ミラー３０の振動に伴って、偏向プリズム３４の入射面上に形成される像も振動する。このとき、入射面上に結像される像の振動の振幅は、受光スリット３６のそれぞれの開口部群３６ａ〜３６ｅの全幅と同一に規定する。また、受光スリット３６の開口部群３６ａ〜３６ｅにおけるそれぞれの開口部の幅は、結像される像のピッチと同一に規定する。この結像される像の振動に伴って、偏向プリズム３４における入射面上、即ち受光スリット３６の開口部群３６ａ〜３６ｅの領域を透過する光の光量が変化する。そして、この透過光は、リレー光学系３８、４０によって、受光部４２上に達する。
【００３３】
以下、説明を簡単にするために、受光スリット３６における１つの開口部群３６ａについてのみ説明する。受光スリット３６の開口部群３６ａ  の領域を透過した光は、受光部４２上の受光面４２ａに到達する。この開口部群３６ａを透過したスリット像の信号強度は、振動ミラー３０の振動に伴って変化する。図６（ａ）は、受光スリット３６の開口部群３６ａ近傍の拡大図である。この図６（ａ）において、送光スリット２０の開口部２０ａを透過し受光スリット３６に到達した光束４６は、振動ミラー３０の振動に伴って図中矢印方向に振動する。ここで、送光スリット２０の開口部２０ａを透過し受光スリット３６に到達した光束４６の振幅は、開口部群３６ａを構成している開口部３６ａ１〜３６ａ３の全幅と同一である。従って、この光束４６が振動すると、シリコン・フォト・ダイオード４２ａ上での受光量が変化する。そして、シリコン・フォト・ダイオード４２ａは、この光強度の変化に応じた検出信号を検出系４８に出力する。
【００３４】
図６（ｂ）は、光束４６の振幅の開始時点から終了時点まで（所定のブロック）における検出系４８に出力された光強度の変化を示す図である。また、図６（ｃ）は、一定時間における検出系４８に出力された光強度の変化、即ち、検出系４８に出力された連続した検出信号を示す図である。図６（ａ）に示すような位置に光束４６の振幅が位置する場合には、図６（ｃ）に示すように、一定時間における光強度の変化は略正弦波を示す。処理／制御系５０は、予め記憶されている基準信号を読み込み、検出系４８により検出された所定のブロックにおける検出信号の位相と基準信号の位相とのずれ量を検出する。ここで、投影レンズ４の結像位置と被検面６ａの位置が一致している場合の基準信号として図７に示す基準信号が記憶されている場合には、図６（ｂ）に示す検出信号の位相は基準信号の位相と一致する。従って、処理／制御系５０は、投影レンズ４の結像位置と被検面６ａの位置とが一致していると判定する。
【００３５】
一方、図８（ａ）は、投影レンズ４の結像位置から被検面６ａの位置がずれた場合における受光スリット３６の開口部群３６ａ近傍の拡大図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）に示す光束４６の振幅の開始時点から終了時点まで（所定のブロック）における検出系４８に出力された光強度の変化を示す図である。また、図８（ｃ）は、一定時間における検出系４８に出力された光強度の変化、即ち、検出系４８に出力された連続した検出信号を示す図である。処理／制御系５０は、図７に示す予め記憶されている基準信号を読み込み、検出系４８により検出された所定のブロックにおける検出信号の位相と基準信号の位相とのずれ量を検出する。そして、所定のブロックの検出信号と基準信号の位相のずれ量に基づいて被検面６ａのずれ量及びずれ方向を算出し、算出されたずれ量及びずれ方向に基づいて、ステージ駆動系１２を介して被検面６ａの位置の補正を行なう。
【００３６】
また、同様に、他のシリコン・フォト・ダイオード４２ｂ〜４２ｅにおいても、それぞれの検出信号を検出系４８へ出力する。そして、処理／制御系５０は、検出系４８に出力された出力結果に基づいて、被検面６ａの補正量を算出し、ステージ駆動系１２を介して被検面６ａの補正を行なう。
【００３７】
この実施の形態にかかる面位置検出装置によれば、１つの送光スリットに３つの受光スリットを対応させて送光スリットから射出される光がそれぞれの受光スリットを通過する際の検出信号の位相に基づいて、被検面の位置検出を行なう。従って、被検面の反射率等の影響を受けることなく被検面の位置を検出することができる。また、オートゲインコントロール等の回路系の誤差に影響されることが少ないため、高精度に面位置の検出を行なうことができる。
【００３８】
なお、この実施の形態においては、受光スリットに３つの開口部を備えているが、開口部の数を適宜、選択できるようにしてもよい。また、この実施の形態においては、送光スリットとして１つの開口部、受光スリットとして３つの開口部を備えているが、送光スリットとして複数個の開口部、受光スリットに１つの開口部を備えるようにしてもよい。
【００３９】
また、受光パターンとして、パターンジェネレータであるＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  ＤｅｖｉｃｅまたはＤｅｆｏｒｍａｂｌｅ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）を用いてもよい。図９に示すように、ＤＭＤ５２は碁盤の目上に配列された多数のマイクロミラー（反射ミラー）５４からなり、マイクロミラー５４毎に設置された電極とマイクロミラー５４との間の静電引力によって、マイクロミラー５４の角度を変化させる。各マイクロミラー５４は、それぞれ独立に駆動制御可能であるため、受光スリットの代わりにＤＭＤ５２を使用する場合には、複数列毎にマイクロミラー５４を平面にしたり傾けたりする。即ち、図９において、白い部分のマイクロミラー５４は平面、黒い部分のマイクロミラー５４は傾けた状態を示している。
【００４０】
被検面６ａで反射され集光光学系を通過し光は、パターンジェネレータとしてのＤＭＤ５２に入射する。平面に制御されたマイクロミラー５４に入射した光は正反射し、傾いたマイクロミラー５４は正反射しないで別の方向に反射する。従って、平面に制御されたマイクロミラー５４に入射した光は受光部４２に到達するが、傾いたマイクロミラー５４に入射した光は受光部４２に到達しない。従って、振動ミラー３０を用いて偏向プリズム３４の入射面上に形成される像を振動させると、シリコン・フォト・ダイオード４２ａ上での受光量が変化する。そして、シリコン・フォト・ダイオード４２ａは、この光強度の変化に応じた検出信号を検出系４８に出力する。なお、上述の実施の形態においては、送光スリットの代わりとして、ＤＭＤを用いることもできる。
【００４１】
更に、送光スリットまたは受光スリットの代わりとしてＤＭＤを用いた場合、ＤＭＤ上に形成されるパターンを走査するように、即ち送光スリット像または受光スリットを振動させるように電気的に制御しても良い。この場合ＤＭＤが振動ミラー３０の機能を達成できるため、振動ミラー３０を固定ミラーとすることができる。なお、ＤＭＤによる送光スリット像または受光スリットの振動周波数は振動ミラー３０による送光スリット像または受光スリットよりも格段に高くすることが可能であるため、検出応答性を高めることができる。
【００４２】
また、上述の実施の形態においては、１つの投影光学系を有するステップ・アンド・リピート型の投影露光装置を例にして説明したが、複数の投影光学ユニットにより構成される投影光学系を備えるステップ・アンド・スキャン型の投影露光装置にこの発明を適用してもよい。また、レーザ（ＥＢ）直描型の露光装置や、ＥＵＶ光（Ｅｘｔｒｅａｍ  Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ：極紫外光）・Ｘ線を用いる露光装置等にこの発明を適用してもよい。
【００４３】
上述の実施の形態における露光装置では、照明装置によってレチクル（マスク）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、この実施の形態にかかる露光装置を用いて感光性基板としてのウエ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を得る際の手法の一例につき図１０のフローチャートを参照して説明する。
【００４４】
先ず、図１０のステップ３０１において、１ロットのウエハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、その１ロットのウエハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。次に、この実施の形態にかかる面位置検出装置を用いて、ウエハ面の位置の検出を行い、検出結果に基づいて面位置の補正を行なう。その後、ステップ３０３において、この実施の形態にかかる露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウエハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ３０４において、その１ロットのウエハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウエハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウエハ上の各ショット領域に形成される。
【００４５】
その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。なお、ステップ３０１〜ステップ３０５では、ウエハ上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチングの各工程を行っているが、これらの工程に先立って、ウエハ上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない。
【００４６】
また、この実施の形態にかかる露光装置では、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こともできる。以下、図１１のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。まず、この実施の形態にかかる露光装置における面位置検出装置により、感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）の位置の検出を行い、その検出結果に基づいて感光性基板の位置の補正を行なう。図１１において、パターン形成工程４０１では、この実施の形態にかかる露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板に転写露光する、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形成工程４０２へ移行する。
【００４７】
次に、カラーフィルタ形成工程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を形成する。そして、カラーフィルタ形成工程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形成工程４０２にて得られたカラーフィルタ等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。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形成工程４０２にて得られたカラーフィルタ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。
【００４８】
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。
【００４９】
【発明の効果】
この発明の面位置検出装置によれば、１つの送光パターンの像を被検面に反射させ複数の受光パターン上に形成される送光パターンの像の位相変化に基づいて、被検面の面位置の検出を行なう。または、複数の送光パターンの像を被検面に反射させ１つの受光パターン上に形成される送光パターンの像の位相変化に基づいて、被検面の面位置の検出を行なう。従って、被検物の光反射率等の変動やオート・ゲイン・コントロール等の回路系の誤差に影響されることが少ないため、高精度に被検面の面位置の検出を行なうことができる。また、所定の位置から被検面までのずれ量及びずれ方向を検出することができるため、高精度に被検面の面位置の検出を行なうことができる。
【００５０】
また、この発明の露光装置によれば、この発明の面位置検出装置を備えているため、感光性基板上の面位置を正確に検出することができ、高解像度を有する露光装置を提供することができる。
【００５１】
また、この発明の露光方法によれば、この発明の面位置検出装置を備えた露光装置を用いるため、感光性基板の面位置の検出が良好に行なわれていることから、微細な露光パターンの露光を良好に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態にかかる面位置検出装置を備える投影露光装置の構成図である。
【図２】この面位置検出装置における送光スリットの平面図である。
【図３】図１に示した光学系が両側テレセントリックであることを示す光路図である。
【図４】この面位置検出装置における受光スリットの平面図である。
【図５】この面位置検出装置における受光面上のシリコンフォトダイオードの配置と受光スリット像との関係を示す図である。
【図６】この面位置検出装置における受光スリット上の開口部の拡大図である。
【図７】この面位置検出装置における受光スリット上の開口部の拡大図である。
【図８】この面位置検出装置における基準信号を示す図である。
【図９】この面位置検出装置におけるパターンジェネレータとしてのＤＭＤを示す平面図である。
【図１０】この発明の実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての半導体デバイスを製造する方法を示すフローチャートである。
【図１１】この発明の実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての液晶表示素子を製造する方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２…主照明光源、４…投影レンズ、６…ウエハ、８…ホルダー、１０…ウエハステージ、１２…ステージ駆動系、１４…光源、１６…コンデンサレンズ、１８…偏向プリズム、２０…投射スリット、２２…集光レンズ、２４…ミラー、２６…投射用対物レンズ、２８…受光用対物レンズ、３０…振動ミラー、３２…集光レンズ、３４…偏向プリズム、３６…受光スリット、３８，４０…リレーレンズ、４２…受光部、４４…ミラー駆動系、４８…検出系、５０…処理／制御系、５２…ＤＭＤ、５４…マイクロミラー。
【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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