(57)【要約】【課題】デフォーカス状態においても、光束入射領域における反射特性（反射率のバラツキ）に起因する面位置の検出誤差の発生を良好に抑えることのできる高精度な位置検出装置。【解決手段】物体面（Ｗ）の所定領域に一対の検出光束を斜めから入射させるとともに、物体面の所定領域にほぼ垂直にモニター光束を入射させるための照射系（１〜１７）と、対物光学系（１６，１３）を介した物体面からの一対の検出光束を互いに異なる光路に沿って導くための瞳分割素子（２１）と、瞳分割素子を介した一対の検出光束に基づいて物体面の面位置を検出するための検出系（２４，２６）と、モニター光束に基づいて物体面の所定領域における光学特性を検出するためのモニター系（２４，２６）とを備えている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体面の面位置を検出する位置検出装置において、
前記物体面の所定領域に一対の検出光束を斜めから入射させるとともに、前記物体面の前記所定領域にほぼ垂直にモニター光束を入射させるための照射系と、対物光学系に関して前記物体面とフーリエ変換の関係にある瞳面位置またはその近傍の位置、あるいは該位置と光学的に共役な位置において、前記対物光学系を介した前記物体面からの一対の検出光束を互いに異なる光路に沿って導くための瞳分割素子と、
前記瞳分割素子を介した前記一対の検出光束に基づいて前記物体面の面位置を検出するための検出系と、
前記モニター光束に基づいて前記物体面の前記所定領域における光学特性を検出するためのモニター系とを備えていることを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
前記照射系は、前記対物光学系を介して前記一対の検出光束を前記物体面の前記所定領域に斜めから入射させるとともに、前記対物光学系を介して前記モニター光束を前記物体面の前記所定領域にほぼ垂直に入射させ、
前記位置検出装置は、前記対物光学系の焦点位置に対する前記物体面の相対位置を検出することを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記瞳分割素子は、前記一対の検出光束のうちの一方の検出光束を反射するための第１反射面と、前記一対の検出光束のうちの他方の検出光束を反射するための第２反射面と、前記モニター光束を反射するための第３反射面とを有することを特徴とする請求項１または２に記載の位置検出装置。
【請求項４】
前記検出系と前記モニター系とは共通のセンサを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項５】
前記モニター系は、前記物体面の前記所定領域における反射特性を検出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項６】
前記モニター系からの検出結果に応じて、前記検出された面位置を補正するための補正部をさらに備えていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項７】
物体面の面位置を検出する位置検出装置において、
前記物体面の所定領域に第１偏光状態を有する第１光束を斜めから入射させるとともに、前記物体面の前記所定領域に第２偏光状態を有する第２光束を斜めから入射させるための照射系と、
対物光学系に関して前記物体面とフーリエ変換の関係にある瞳面位置またはその近傍の位置、あるいは該位置と光学的に共役な位置において、前記対物光学系を介した前記物体面からの前記第１光束および前記第２光束を互いに異なる光路に沿って導くための瞳分割素子と、
前記瞳分割素子を介した前記第１光束および前記第２光束に基づいて前記物体面の面位置を検出するための検出系とを備えていることを特徴とする位置検出装置。
【請求項８】
前記第１光束と前記第２光束とは前記物体面の前記所定領域に対して互いに異なる方向から入射することを特徴とする請求項７に記載の位置検出装置。
【請求項９】
前記第１偏光状態と前記第２偏光状態とは互いに異なることを特徴とする請求項７または８に記載の位置検出装置。
【請求項１０】
前記照射系は、前記対物光学系を介して前記第１光束を前記物体面の前記所定領域に斜めから入射させるとともに、前記対物光学系を介して前記第２光束を前記物体面の前記所定領域に斜めから入射させ、
前記位置検出装置は、前記対物光学系の焦点位置に対する前記物体面の相対位置を検出することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項１１】
前記照射系は、光源と前記物体面との間において前記第１光束および前記第２光束の光路中に配置された偏光ビームスプリッターと、該偏光ビームスプリッターと前記物体面との間において前記第１光束の光路中に配置された１／２波長板とを有することを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項１２】
前記照射系と前記検出系とは共通の光路を有し、
前記検出系において、前記物体面で反射された前記第１光束は前記１／２波長板を介することなく前記偏光ビームスプリッターに入射し、前記物体面で反射された前記第２光束は前記１／２波長板を介して前記偏光ビームスプリッターに入射することを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項１３】
前記瞳分割素子は、前記第１光束を反射するための第１反射面と、前記第２光束を反射するための第２反射面とを有することを特徴とする請求項７乃至１２のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項１４】
物体面の面位置を検出する位置検出装置において、
前記物体面の所定領域に第１光束を斜めから入射させるとともに、前記物体面の前記所定領域に第２光束を斜めから入射させるための照射系と、
対物光学系に関して前記物体面とフーリエ変換の関係にある瞳面位置またはその近傍の位置、あるいは該位置と光学的に共役な位置において、前記対物光学系を介した前記物体面からの前記第１光束および前記第２光束を互いに異なる光路に沿って導くための瞳分割素子と、
前記瞳分割素子を介した前記第１光束および前記第２光束に基づいて前記物体面の面位置を検出するための検出系とを備え、
前記照射系は、前記第１光束に基づいて前記物体面の前記所定領域に第１のライン・アンド・スペース・パターンを形成するとともに、前記第２光束に基づいて前記物体面の前記所定領域に第２のライン・アンド・スペース・パターンを形成し、
前記第１のライン・アンド・スペース・パターンと前記第２のライン・アンド・スペース・パターンとはピッチ方向がほぼ同じで且つピッチが実質的に異なることを特徴とする位置検出装置。
【請求項１５】
前記照射系は、前記対物光学系を介して前記第１光束を前記物体面の前記所定領域に斜めから入射させるとともに、前記対物光学系を介して前記第２光束を前記物体面の前記所定領域に前記第１光束とは異なる方向で斜めから入射させ、
前記位置検出装置は、前記対物光学系の焦点位置に対する前記物体面の相対位置を検出することを特徴とする請求項１４に記載の位置検出装置。
【請求項１６】
前記第１光束および前記第２光束は、前記物体面においてライン部のピッチ方向に沿った幅が互いにほぼ等しいライン・アンド・スペース・パターンを形成することを特徴とする請求項１４または１５に記載の位置検出装置。
【請求項１７】
前記第１のライン・アンド・スペース・パターンは、第１中央パターンと、該第１中央パターンの両側に形成される第１側パターンとを有し、
前記第２のライン・アンド・スペース・パターンは、前記第１中央パターンに対応して形成される第２中央パターンと、該第２中央パターンの両側において前記第１側パターンに対応して形成される第２側パターンとを有し、
前記第１側パターンのピッチは前記第１中央パターンのピッチよりも実質的に大きく、
前記第２側パターンのピッチは前記第２中央パターンのピッチよりも実質的に大きく、
前記第２中央パターンのピッチは前記第１中央パターンのピッチよりも実質的に大きいことを特徴とする請求項１４または１５に記載の位置検出装置。
【請求項１８】
前記検出系は、前記物体面と光学的にほぼ共役な位置に配置された検出面を有することを特徴とする請求項１４乃至１７のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項１９】
前記瞳分割素子は、前記第１光束を反射するための第１反射面と、前記第２光束を反射するための第２反射面とを有することを特徴とする請求項１４乃至１８のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項２０】
前記照射系は、前記第１光束を第１偏光状態で斜めから入射させるとともに、前記第２光束を第２偏光状態で斜めから入射させることを特徴とする請求項１４乃至１９のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項２１】
前記照射系は、光源と前記物体面との間において前記第１光束および前記第２光束の光路中に配置された偏光ビームスプリッターと、該偏光ビームスプリッターと前記物体面との間において前記第１光束の光路中に配置された１／２波長板とを有することを特徴とする請求項２０に記載の位置検出装置。
【請求項２２】
前記照射系と前記検出系とは共通の光路を有し、
前記検出系において、前記物体面で反射された前記第１光束は前記１／２波長板を介することなく前記偏光ビームスプリッターに入射し、前記物体面で反射された前記第２光束は前記１／２波長板を介して前記偏光ビームスプリッターに入射することを特徴とする請求項２０または２１に記載の位置検出装置。
【請求項２３】
前記照射系は、前記第１光束と前記第２光束とを前記物体面の法線に関してほぼ対称に入射させることを特徴とする請求項１乃至２２のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項２４】
所定のパターンを感光性基板上に転写する露光装置において、
前記感光性基板の位置を検出するための請求項１乃至２３のいずれか１項に記載の位置検出装置とを備えていることを特徴とする露光装置。
【請求項２５】
所定のパターンを感光性基板上に転写する露光方法において、
請求項１乃至２３のいずれか１項に記載の位置検出装置を用いて前記感光性基板の位置を検出する工程を含むことを特徴とする露光方法。
【請求項２６】
物体面の面位置を検出する位置検出方法において、
前記物体面の所定領域に一対の検出光束を斜めから入射させるとともに、前記物体面の前記所定領域にほぼ垂直にモニター光束を入射させる照射工程と、
対物光学系に関して前記物体面とフーリエ変換の関係にある瞳面位置またはその近傍の位置、あるいは該位置と光学的に共役な位置において、前記対物光学系を介した前記物体面からの一対の検出光束を互いに異なる光路に沿って導く瞳分割工程と、
前記瞳分割工程を経た前記一対の検出光束に基づいて前記物体面の面位置を検出する検出工程と、
前記モニター光束に基づいて前記物体面の前記所定領域における光学特性を検出するモニター工程とを含むことを特徴とする位置検出方法。
【請求項２７】
前記モニター工程では、前記物体面の前記所定領域における反射特性を検出することを特徴とする請求項２６に記載の位置検出方法。
【請求項２８】
前記検出工程で得られた結果を前記モニター工程で得られた結果に基づいて補正する補正工程を含むことを特徴とする請求項２６または２７に記載の位置検出方法。
【請求項２９】
物体面の面位置を検出する位置検出方法において、
前記物体面の所定領域に第１偏光状態を有する第１光束を斜めから入射させるとともに、前記物体面の前記所定領域に第２偏光状態を有する第２光束を斜めから入射させる照射工程と、
対物光学系に関して前記物体面とフーリエ変換の関係にある瞳面位置またはその近傍の位置、あるいは該位置と光学的に共役な位置において、前記対物光学系を介した前記物体面からの前記第１光束および前記第２光束を互いに異なる光路に沿って導く瞳分割工程と、
前記瞳分割工程を経た前記第１光束および前記第２光束に基づいて前記物体面の面位置を検出する検出工程とを含むことを特徴とする位置検出方法。
【請求項３０】
物体面の面位置を検出する位置検出方法において、
前記物体面の所定領域に第１光束を斜めから入射させるとともに、前記物体面の前記所定領域に第２光束を斜めから入射させる照射工程と、
対物光学系に関して前記物体面とフーリエ変換の関係にある瞳面位置またはその近傍の位置、あるいは該位置と光学的に共役な位置において、前記対物光学系を介した前記物体面からの前記第１光束および前記第２光束を互いに異なる光路に沿って導く瞳分割工程と、
前記瞳分割工程を経た前記第１光束および前記第２光束に基づいて前記物体面の面位置を検出する検出工程とを含み、
前記照射工程は、前記第１光束に基づいて前記物体面の前記所定領域に第１のライン・アンド・スペース・パターンを形成するとともに、前記第２光束に基づいて前記物体面の前記所定領域に第２のライン・アンド・スペース・パターンを形成するライン・アンド・スペース・パターン形成工程を含み、
前記第１のライン・アンド・スペース・パターンと前記第２のライン・アンド・スペース・パターンとはピッチ方向がほぼ同じで且つピッチが実質的に異なることを特徴とする位置検出方法。
【請求項３１】
前記照射工程では、前記第１光束を第１偏光状態で斜めから入射させるとともに、前記第２光束を第２偏光状態で斜めから入射させることを特徴とする請求項３０に記載の位置検出方法。
【請求項３２】
所定のパターンを感光性基板上に転写する露光方法において、
請求項２６乃至３１のいずれか１項に記載の位置検出方法を用いて前記感光性基板の位置を検出する検出工程と、
前記検出工程による検出結果に基づいて前記感光性基板を位置決めする位置決め工程と、
前記位置決め工程の後に、前記所定のパターンを前記感光性基板上に転写する露光工程とを含むことを特徴とする露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位置検出装置、位置検出方法、露光装置、および露光方法に関する。さらに詳細には、本発明は、半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等のマイクロデバイスを製造するリソグラフィ工程で用いる露光装置における感光性基板などの自動合焦に好適な位置検出装置（焦点位置検出装置）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体素子や液晶表示素子等のデバイスの製造に際して、マスク（またはレチクル）のパターンを投影光学系により感光性基板（感光材料の塗布されたウェハまたはガラスプレート等の）上の各露光領域に焼き付けるための露光装置が用いられる。この種の露光装置には、投影光学系の結像面に対する感光性基板の相対位置を検出するための位置検出装置が搭載されている。
【０００３】
従来、この種の位置検出装置として、たとえば特開平８−１６７５５０号公報に開示されているように、いわゆる瞳分割方式の位置検出装置が知られている。瞳分割方式の位置検出装置では、例えばスリット状の光束で物体面（露光装置の場合には感光性基板面）を照明し、照明された物体面からの光束を対物光学系の瞳面または瞳共役面の近傍で瞳分割する。そして、瞳分割された光束の位置情報に基づいて、対物光学系の焦点位置に対する物体面の相対位置（露光装置の場合には投影光学系の結像面に対する感光性基板面の相対位置）を検出する。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−１６７５５０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、物体面に１本の検出光束を斜めから入射させて物体面で反射した検出光束の位置変動に基づいて物体面の面位置を検出する斜入射方式の位置検出装置では、物体面に光束が入射する領域（以下、「光束入射領域」という）において反射率の高い領域と反射率の低い領域とが混在していると、この反射特性すなわち反射率のバラツキに起因して面位置の検出誤差が発生する。
【０００６】
これに対し、たとえば物体面の法線に関して対称に一対の検出光束を斜めから入射させる瞳分割方式の位置検出装置の場合、対物光学系の焦点位置と物体面とが一致している状態（以下、「フォーカス状態」という）において反射率のバラツキに起因する検出誤差は発生しないという利点がある。しかしながら、対物光学系の焦点位置と物体面とが一致していない状態（以下、「デフォーカス状態」という）では、反射特性に起因して検出誤差が発生するという不都合があった。
【０００７】
また、たとえば物体面の法線に関して対称に一対の検出光束を斜めから入射させる瞳分割方式の位置検出装置の場合、光束入射領域が拡散面を構成していると、一方の検出光束により発生する拡散光が他方の検出光束の正反射光に混入するとともに、他方の検出光束により発生する拡散光が一方の検出光束の正反射光に混入する。このとき、拡散光は物体面の法線に関して対称には発生しないため、フォーカス状態においてもデフォーカス状態においても、光束入射領域における拡散光の発生に起因して検出誤差が発生するという不都合があった。
【０００８】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、デフォーカス状態においても、光束入射領域における反射特性（反射率のバラツキ）に起因する面位置の検出誤差の発生を良好に抑えることのできる高精度な位置検出装置を提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、フォーカス状態においてもデフォーカス状態においても、光束入射領域における拡散光の発生に起因する面位置の検出誤差の発生を良好に抑えることのできる高精度な位置検出装置を提供することを目的とする。
【００１０】
さらに、本発明の高精度な位置検出装置を用いて、たとえば投影光学系の結像面に対して感光性基板を高精度に設定して良好な露光を行うことのできる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、物体面の面位置を検出する位置検出装置において、
前記物体面の所定領域に一対の検出光束を斜めから入射させるとともに、前記物体面の前記所定領域にほぼ垂直にモニター光束を入射させるための照射系と、対物光学系に関して前記物体面とフーリエ変換の関係にある瞳面位置またはその近傍の位置、あるいは該位置と光学的に共役な位置において、前記対物光学系を介した前記物体面からの一対の検出光束を互いに異なる光路に沿って導くための瞳分割素子と、
前記瞳分割素子を介した前記一対の検出光束に基づいて前記物体面の面位置を検出するための検出系と、
前記モニター光束に基づいて前記物体面の前記所定領域における光学特性を検出するためのモニター系とを備えていることを特徴とする位置検出装置を提供する。
【００１２】
第１形態の好ましい態様によれば、前記照射系は、前記対物光学系を介して前記一対の検出光束を前記物体面の前記所定領域に斜めから入射させるとともに、前記対物光学系を介して前記モニター光束を前記物体面の前記所定領域にほぼ垂直に入射させ、前記位置検出装置は、前記対物光学系の焦点位置に対する前記物体面の相対位置を検出する。また、前記瞳分割素子は、前記一対の検出光束のうちの一方の検出光束を反射するための第１反射面と、前記一対の検出光束のうちの他方の検出光束を反射するための第２反射面と、前記モニター光束を反射するための第３反射面とを有することが好ましい。
【００１３】
また、第１形態の好ましい態様によれば、前記検出系と前記モニター系とは共通のセンサを有する。また、前記モニター系は、前記物体面の前記所定領域における反射特性を検出することが好ましい。さらに、前記モニター系からの検出結果に応じて、前記検出された面位置を補正するための補正部をさらに備えていることが好ましい。
【００１４】
本発明の第２形態では、物体面の面位置を検出する位置検出装置において、
前記物体面の所定領域に第１偏光状態を有する第１光束を斜めから入射させるとともに、前記物体面の前記所定領域に第２偏光状態を有する第２光束を斜めから入射させるための照射系と、
対物光学系に関して前記物体面とフーリエ変換の関係にある瞳面位置またはその近傍の位置、あるいは該位置と光学的に共役な位置において、前記対物光学系を介した前記物体面からの前記第１光束および前記第２光束を互いに異なる光路に沿って導くための瞳分割素子と、
前記瞳分割素子を介した前記第１光束および前記第２光束に基づいて前記物体面の面位置を検出するための検出系とを備えていることを特徴とする位置検出装置を提供する。
【００１５】
第２形態の好ましい態様によれば、前記第１光束と前記第２光束とは前記物体面の前記所定領域に対して互いに異なる方向から入射する。また、前記第１偏光状態と前記第２偏光状態とは互いに異なることが好ましい。さらに、前記照射系は、前記対物光学系を介して前記第１光束を前記物体面の前記所定領域に斜めから入射させるとともに、前記対物光学系を介して前記第２光束を前記物体面の前記所定領域に斜めから入射させ、前記位置検出装置は、前記対物光学系の焦点位置に対する前記物体面の相対位置を検出することが好ましい。
【００１６】
また、第２形態の好ましい態様によれば、前記照射系は、光源と前記物体面との間において前記第１光束および前記第２光束の光路中に配置された偏光ビームスプリッターと、該偏光ビームスプリッターと前記物体面との間において前記第１光束の光路中に配置された１／２波長板とを有する。また、前記照射系と前記検出系とは共通の光路を有し、前記検出系において、前記物体面で反射された前記第１光束は前記１／２波長板を介することなく前記偏光ビームスプリッターに入射し、前記物体面で反射された前記第２光束は前記１／２波長板を介して前記偏光ビームスプリッターに入射することが好ましい。さらに、前記瞳分割素子は、前記第１光束を反射するための第１反射面と、前記第２光束を反射するための第２反射面とを有することが好ましい。
【００１７】
本発明の第３形態では、物体面の面位置を検出する位置検出装置において、
前記物体面の所定領域に第１光束を斜めから入射させるとともに、前記物体面の前記所定領域に第２光束を斜めから入射させるための照射系と、
対物光学系に関して前記物体面とフーリエ変換の関係にある瞳面位置またはその近傍の位置、あるいは該位置と光学的に共役な位置において、前記対物光学系を介した前記物体面からの前記第１光束および前記第２光束を互いに異なる光路に沿って導くための瞳分割素子と、
前記瞳分割素子を介した前記第１光束および前記第２光束に基づいて前記物体面の面位置を検出するための検出系とを備え、
前記照射系は、前記第１光束に基づいて前記物体面の前記所定領域に第１のライン・アンド・スペース・パターンを形成するとともに、前記第２光束に基づいて前記物体面の前記所定領域に第２のライン・アンド・スペース・パターンを形成し、
前記第１のライン・アンド・スペース・パターンと前記第２のライン・アンド・スペース・パターンとはピッチ方向がほぼ同じで且つピッチが実質的に異なることを特徴とする位置検出装置を提供する。
【００１８】
第３形態の好ましい態様によれば、前記照射系は、前記対物光学系を介して前記第１光束を前記物体面の前記所定領域に斜めから入射させるとともに、前記対物光学系を介して前記第２光束を前記物体面の前記所定領域に前記第１光束とは異なる方向で斜めから入射させ、前記位置検出装置は、前記対物光学系の焦点位置に対する前記物体面の相対位置を検出する。また、前記第１光束および前記第２光束は、前記物体面においてライン部のピッチ方向に沿った幅が互いにほぼ等しいライン・アンド・スペース・パターンを形成することが好ましい。あるいは、前記第１のライン・アンド・スペース・パターンは、第１中央パターンと、該第１中央パターンの両側に形成される第１側パターンとを有し、前記第２のライン・アンド・スペース・パターンは、前記第１中央パターンに対応して形成される第２中央パターンと、該第２中央パターンの両側において前記第１側パターンに対応して形成される第２側パターンとを有し、前記第１側パターンのピッチは前記第１中央パターンのピッチよりも実質的に大きく、前記第２側パターンのピッチは前記第２中央パターンのピッチよりも実質的に大きく、前記第２中央パターンのピッチは前記第１中央パターンのピッチよりも実質的に大きいことが好ましい。
【００１９】
また、第３形態の好ましい態様によれば、前記検出系は、前記物体面と光学的にほぼ共役な位置に配置された検出面を有する。また、前記瞳分割素子は、前記第１光束を反射するための第１反射面と、前記第２光束を反射するための第２反射面とを有することが好ましい。さらに、前記照射系は、前記第１光束を第１偏光状態で斜めから入射させるとともに、前記第２光束を第２偏光状態で斜めから入射させることが好ましい。また、前記照射系は、光源と前記物体面との間において前記第１光束および前記第２光束の光路中に配置された偏光ビームスプリッターと、該偏光ビームスプリッターと前記物体面との間において前記第１光束の光路中に配置された１／２波長板とを有することが好ましい。
【００２０】
さらに、第３形態の好ましい態様によれば、前記照射系と前記検出系とは共通の光路を有し、前記検出系において、前記物体面で反射された前記第１光束は前記１／２波長板を介することなく前記偏光ビームスプリッターに入射し、前記物体面で反射された前記第２光束は前記１／２波長板を介して前記偏光ビームスプリッターに入射する。また、第１形態〜第３形態の好ましい態様によれば、前記照射系は、前記第１光束と前記第２光束とを前記物体面の法線に関してほぼ対称に入射させる。
【００２１】
本発明の第４形態では、所定のパターンを感光性基板上に転写する露光装置において、前記感光性基板の位置を検出するための第１形態〜第３形態の位置検出装置とを備えていることを特徴とする露光装置を提供する。
【００２２】
本発明の第５形態では、所定のパターンを感光性基板上に転写する露光方法において、第１形態〜第３形態の位置検出装置を用いて前記感光性基板の位置を検出する工程を含むことを特徴とする露光方法を提供する。
【００２３】
本発明の第６形態では、物体面の面位置を検出する位置検出方法において、
前記物体面の所定領域に一対の検出光束を斜めから入射させるとともに、前記物体面の前記所定領域にほぼ垂直にモニター光束を入射させる照射工程と、
対物光学系に関して前記物体面とフーリエ変換の関係にある瞳面位置またはその近傍の位置、あるいは該位置と光学的に共役な位置において、前記対物光学系を介した前記物体面からの一対の検出光束を互いに異なる光路に沿って導く瞳分割工程と、
前記瞳分割工程を経た前記一対の検出光束に基づいて前記物体面の面位置を検出する検出工程と、
前記モニター光束に基づいて前記物体面の前記所定領域における光学特性を検出するモニター工程とを含むことを特徴とする位置検出方法を提供する。
【００２４】
第６形態の好ましい態様によれば、前記モニター工程では、前記物体面の前記所定領域における反射特性を検出する。また、前記検出工程で得られた結果を前記モニター工程で得られた結果に基づいて補正する補正工程を含むことが好ましい。
【００２５】
本発明の第７形態では、物体面の面位置を検出する位置検出方法において、
前記物体面の所定領域に第１偏光状態を有する第１光束を斜めから入射させるとともに、前記物体面の前記所定領域に第２偏光状態を有する第２光束を斜めから入射させる照射工程と、
対物光学系に関して前記物体面とフーリエ変換の関係にある瞳面位置またはその近傍の位置、あるいは該位置と光学的に共役な位置において、前記対物光学系を介した前記物体面からの前記第１光束および前記第２光束を互いに異なる光路に沿って導く瞳分割工程と、
前記瞳分割工程を経た前記第１光束および前記第２光束に基づいて前記物体面の面位置を検出する検出工程とを含むことを特徴とする位置検出方法を提供する。
【００２６】
本発明の第８形態では、物体面の面位置を検出する位置検出方法において、
前記物体面の所定領域に第１光束を斜めから入射させるとともに、前記物体面の前記所定領域に第２光束を斜めから入射させる照射工程と、
対物光学系に関して前記物体面とフーリエ変換の関係にある瞳面位置またはその近傍の位置、あるいは該位置と光学的に共役な位置において、前記対物光学系を介した前記物体面からの前記第１光束および前記第２光束を互いに異なる光路に沿って導く瞳分割工程と、
前記瞳分割工程を経た前記第１光束および前記第２光束に基づいて前記物体面の面位置を検出する検出工程とを含み、
前記照射工程は、前記第１光束に基づいて前記物体面の前記所定領域に第１のライン・アンド・スペース・パターンを形成するとともに、前記第２光束に基づいて前記物体面の前記所定領域に第２のライン・アンド・スペース・パターンを形成するライン・アンド・スペース・パターン形成工程を含み、
前記第１のライン・アンド・スペース・パターンと前記第２のライン・アンド・スペース・パターンとはピッチ方向がほぼ同じで且つピッチが実質的に異なることを特徴とする位置検出方法を提供する。
【００２７】
第８形態の好ましい態様によれば、前記照射工程では、前記第１光束を第１偏光状態で斜めから入射させるとともに、前記第２光束を第２偏光状態で斜めから入射させる。
【００２８】
本発明の第９形態では、所定のパターンを感光性基板上に転写する露光方法において、
第６形態〜第８形態の位置検出方法を用いて前記感光性基板の位置を検出する検出工程と、
前記検出工程による検出結果に基づいて前記感光性基板を位置決めする位置決め工程と、
前記位置決め工程の後に、前記所定のパターンを前記感光性基板上に転写する露光工程とを含むことを特徴とする露光方法を提供する。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の典型的な形態としての第１形態では、物体面の所定領域に一対の検出光束を斜めから入射させるとともに、物体面の所定領域にほぼ垂直にモニター光束を入射させる。そして、対物光学系および瞳分割素子を介した物体面からの一対の検出光束に基づいて物体面の面位置を検出するとともに、物体面からのモニター光束に基づいて物体面の所定領域における光学特性として、たとえば反射特性すなわち反射率のバラツキを検出する。
【００３０】
こうして、モニター光束に基づく検出結果すなわち所定領域（光束入射領域）における反射特性に応じて、一対の検出光束に基づいて検出した面位置を補正することができる。その結果、本発明の第１形態では、デフォーカス状態においても、光束入射領域における反射特性（反射率のバラツキ）に起因する面位置の検出誤差の発生を良好に抑えることができる。
【００３１】
したがって、本発明の第１形態にしたがう高精度な位置検出装置を用いる露光装置および露光方法では、投影光学系の結像面に対して感光性基板を高精度に設定して良好な露光を行うことができる。また、本発明の露光装置および露光方法を用いたマイクロデバイス製造方法では、良好な露光により良好なマイクロデバイスを製造することができる。
【００３２】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態にかかる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。第１実施形態では、露光装置において投影光学系の結像面に対する感光性基板の相対位置を検出するための位置検出装置に対して本発明を適用している。図１では、投影光学系ＰＬの光軸に対して平行にＺ軸が、Ｚ軸に垂直な平面内において図１の紙面に平行な方向にＸ軸が、Ｚ軸に垂直な平面内において図１の紙面に垂直な方向にＹ軸がそれぞれ設定されている。
【００３３】
図示の露光装置は、適当な露光光でマスク（投影原版）としてのレチクルＲを均一に照明するための露光用照明系ＩＬを備えている。レチクルＲはレチクルステージＲＳ上においてＸＹ平面とほぼ平行に支持されており、そのパターン領域ＰＡには転写すべき回路パターンが形成されている。露光用照明系ＩＬで照明されてレチクルＲを透過した光は、投影光学系ＰＬを介してウェハＷに達し、ウェハＷ上にはレチクルＲのパターン像が形成される。なお、ウェハＷは、ウェハホルダＷＨを介してＺステージＺＳ上においてＸＹ平面とほぼ平行に支持されている。ＺステージＺＳは、ステージ制御系ＳＣによって、投影光学系ＰＬの光軸に沿って駆動されるように構成されている。
【００３４】
さらに、ＺステージＺＳは、ＸＹステージＸＹ上に支持されている。ＸＹステージＸＹは、同じくステージ制御系ＳＣによって、投影光学系ＰＬの光軸に対して垂直なＸＹ平面内において二次元的に駆動されるように構成されている。なお、ステージ制御系ＳＣは、主制御系ＭＣによって制御されるように構成されている。前述したように、露光装置では、投影露光に先立って、投影光学系ＰＬの結像面に対してウェハＷの露光面を設定する必要がある。そこで、露光装置には、投影光学系ＰＬの結像面に対する光軸に沿ったウェハＷの相対位置を検出するための位置検出装置ＰＤが搭載されている。
【００３５】
図２は、図１に示す位置検出装置の構成を概略的に示す図である。図２を参照すると、第１実施形態にかかる位置検出装置ＰＤは、たとえばハロゲンランプに波長選択フィルターを付け加えた第１光源（たとえば波長５３０ｎｍ〜８００ｎｍ；不図示）を備えている。第１光源から供給された照明光は、リレーレンズ系（不図示）を介して、光ファイバーのようなライトガイド１に入射する。ライトガイド１の内部を伝搬した照明光は、その射出端から射出された後、コンデンサーレンズ２を介して照野絞り３を照明する。
【００３６】
照野絞り３を通過した照明光は、ミラー４で反射された後、リレーレンズ５を介して、照明絞り６に入射する。照明絞り６は、被検物体であるウェハＷの表面（物体面）とフーリエ変換の関係にある瞳面位置またはその近傍に配置され、図３に示すように、Ｙ方向に沿って細長く延びた３つのスリット状（細長い矩形状）の開口部（光透過部）６ａ〜６ｃを有する。ここで、３つのスリット状の開口部６ａ〜６ｃは互いにほぼ同じ形状を有する。なお、図３において破線で示す円６ｄは、後述する第１対物レンズ１６と第２対物レンズ１３とからなる結像光学系の開口数に対応している。
【００３７】
照明絞り６の中央開口部６ａを通過した光束は、第１リレーレンズ７ａを介して、照明スリット８を照明する。一方、照明絞り６の両側開口部６ｂ，６ｃを通過した光束は、一対のミラー、および第１リレーレンズ７ｂ，７ｃを介して、照明スリット８を照明する。照明スリット８は、ウェハＷの表面と光学的に共役な位置またはその近傍に配置され、図４に示すように、Ｙ方向に沿って細長く延びた３つのスリット状の開口部８ａ〜８ｃを有する。ここで、両側開口部８ｂと８ｃとは互いにほぼ同じ形状を有し、中央開口部８ａは両側開口部８ｂおよび８ｃよりも幅寸法（Ｘ方向に沿った寸法）が大きく設定されている。
【００３８】
照明スリット８の中央開口部８ａを通過した光束は、モニター光束として、第２リレーレンズ９ａを介して、ハーフプリズム１０に入射する。一方、照明スリット８の両側開口部８ｂ，８ｃを通過した光束は、一対の検出光束として、第２リレーレンズ９ｂ，９ｃ、および一対のミラーを介して、ハーフプリズム１０に入射する。ハーフプリズム１０で反射されたモニター光束および一対の検出光束は、リレーレンズ１１および視野合成ミラー１２を介して、第２対物レンズ１３に入射する。視野合成ミラー１２は、ウェハＷの表面と光学的に共役な位置またはその近傍に配置されている。
【００３９】
第２対物レンズ１３を介した光束は、ミラー１４で反射され、ハーフプリズム１５を透過した後、第１対物レンズ１６に入射する。第１対物レンズ１６の第１群に入射した光束は、その光路中に配置されたミラー１７で反射された後、第１対物レンズ１６の第２群を介して、ウェハＷの表面（露光面）を照明する。このとき、照明スリット８の両側開口部８ｂ，８ｃを通過した一対の検出光束は、ウェハＷの表面の法線に関してほぼ対称に斜めから入射して、Ｙ方向に沿って延びたスリット状の領域を重畳的に照明する。
【００４０】
一方、照明スリット８の中央開口部８ａを通過したモニター光束は、ウェハＷの表面に対してほぼ垂直に入射して、図５に示すように、一対の検出光束が照明するスリット状領域を含むスリット状領域５１を照明する。なお、図５において破線で示す円５２は、第１対物レンズ１６と第２対物レンズ１３とからなる結像光学系の視野に対応している。このように、ライトガイド１、コンデンサーレンズ２、照野絞り３、ミラー４、リレーレンズ５、照明絞り６、第１リレーレンズ７、照明スリット８、第２リレーレンズ９、ハーフプリズム１０、リレーレンズ１１、視野合成ミラー１２、第２対物レンズ１３、ミラー１４、第１対物レンズ１６、およびミラー１７は、ウェハＷの表面の所定領域に一対の検出光束を斜めから入射させるとともに、ウェハＷの表面の所定領域にほぼ垂直にモニター光束を入射させるための照射系を構成している。
【００４１】
一対の検出光束およびモニター光束で照明されたウェハＷからの反射光は、第１対物レンズ１６（その光路中に配置されたミラー１７を含む）、ハーフプリズム１５、ミラー１４、第２対物レンズ１３、視野合成ミラー１２、およびリレーレンズ１１を介して、ハーフプリズム１０に入射する。ハーフプリズム１０を透過した光束は、第１リレーレンズ１８、迷光カット絞り１９、および第２リレーレンズ２０を介して、瞳分割ミラー２１に入射する。なお、迷光カット絞り１９は、ウェハＷの表面と光学的に共役な位置またはその近傍に配置されている。また、瞳分割ミラー２１は、ウェハＷの表面とフーリエ変換の関係にある瞳面位置またはその近傍に配置された瞳分割素子であって、ウェハＷの表面で反射されたモニター光束を反射するための中央反射面２１ａと、ウェハＷの表面で反射された一対の検出光束を反射するための両側反射面２１ｂおよび２１ｃとを有する。
【００４２】
ここで、中央反射面２１ａと両側反射面２１ｂおよび２１ｃとの交線は、Ｙ方向に沿って延びるように設定されている。こうして、瞳分割ミラー２１の両側反射面２１ｂおよび２１ｃで反射された一対の検出光束は、集光光学系としての結像レンズ２２、およびＸＺ面において無屈折力で且つＹＺ面において屈折力を有するシリンドリカルレンズ２３を介して、図６に示すように、一次元撮像素子（ラインセンサ）２４の撮像面（検出面）２４ａ上においてＸ方向に沿って間隔を隔てた位置に、Ｙ方向に沿って長手方向を有する２つのスリット像２５ｂ，２５ｃを形成する。
【００４３】
一方、瞳分割ミラー２１の中央反射面２１ａで反射されたモニター光束は、結像レンズ２２およびシリンドリカルレンズ２３を介して、図６に示すように、一次元撮像素子２４の撮像面２４ａ上の中央に、すなわちスリット像２５ｂと２５ｃとの間に、矩形状の像２５ａを形成する。一次元撮像素子２４は、その撮像面２４ａ上に形成された３つの像２５ａ〜２５ｃを光電検出し、検出信号を信号処理系２６に供給する。信号処理系２６では、２つのスリット像２５ｂと２５ｃとの中心間距離を計測し、計測した中心間距離に基づいて第１対物レンズ１６の焦点位置に対するウェハＷの表面の相対位置ずれ量を検出する。
【００４４】
また、信号処理系２６では、矩形状の中央像２５ａの光電検出結果に基づいて、ウェハＷの表面へ一対の検出光束が入射する領域すなわち光束入射領域５１における反射特性すなわち反射率のバラツキを検出する。そして、矩形状の中央像２５ａに基づいて検出した反射特性に応じて、２つのスリット像２５ｂと２５ｃとの中心間距離に基づいて計測した相対位置ずれ量を補正する。具体的には、信号処理系２６は、たとえば矩形状の中央像２５ａの光量重心位置を計測し、計測した光量重心位置に基づいて相対位置ずれ量を補正する。
【００４５】
信号処理系２６で検出されたウェハＷの相対位置ずれ量に関する情報は、主制御系ＭＣに供給される。主制御系ＭＣでは、信号処理系２６から供給された相対位置ずれ量に関する情報に基づいて、検出した相対位置ずれ量だけＺステージＺＳを光軸ＡＸに沿って駆動させるための指令をステージ制御系ＳＣに供給する。こうして、主制御系ＭＣからの指令に基づいて作動するステージ制御系ＳＣの作用により、第１対物レンズ１６の焦点位置に、ひいては投影光学系ＰＬの結像面に、ウェハＷの露光面が設定される。このように、一次元撮像素子２４および信号処理系２６は、瞳分割ミラー２１を介した一対の検出光束に基づいてウェハＷの面位置を検出するための検出系を構成するとともに、モニター光束に基づいてウェハＷの光束入射領域５１における光学特性（反射特性：反射率のバラツキ）を検出するためのモニター系を構成している。
【００４６】
また、第１実施形態にかかる位置検出装置ＰＤは、ウェハＷ上に形成されたウェハマークのＸ方向位置およびＹ方向位置を検出するためのＦＩＡ系位置検出部を備えている。ＦＩＡ系位置検出部は、たとえばハロゲンランプに波長選択フィルターを付け加えた第２光源（たとえば波長５３０ｎｍ〜８００ｎｍ；不図示）と、たとえばＬＥＤ（発光ダイオード：たとえば波長８７０ｎｍ）のように赤外光を供給するための第３光源（不図示）とを備えている。
【００４７】
第２光源および第３光源からの光は、リレーレンズ（不図示）などを介して、たとえば光ファイバーのようなライトガイド３１に入射する。ライトガイド３１の内部を伝搬した光は、その射出端から射出された後、コンデンサーレンズ３２を介して照野絞り３３を照明する。照野絞り３３を通過した光は、リレーレンズ３４を介してハーフプリズム１５で反射された後、第１対物レンズ１６を介して指標板３５に入射する。指標板３５は、たとえば石英ガラスで形成された平行平面板状の光学部材であって、その上側面（第１対物レンズ１６側の面）には指標マークが形成され、その下側面（ウェハＷ側の面）には赤外反射膜が形成されている。赤外反射膜は、第３光源からの赤外光を反射し且つ第２光源からの白色光（可視光）を透過させる特性を有し、たとえば誘電体多層膜で構成されている。
【００４８】
したがって、第２光源からの白色光は、指標板３５を透過して、ウェハＷ上に形成されたウェハマーク（不図示）を照明する。照明されたウェハマークからの反射光（回折光を含む）は、指標板３５および第１対物レンズ１６を介して、ハーフプリズム１５に入射する。一方、第３光源からの赤外光は、指標板３５の内部を伝搬し、赤外反射膜で反射され、指標板３５の内部を伝搬した後、指標マークを照明する。そして、照明された指標マークからの反射光（回折光を含む）は、指標板３５の内部を伝搬し、赤外反射膜で反射され、指標板３５の内部を伝搬した後、第１対物レンズ１６を介して、ハーフプリズム１５に入射する。
【００４９】
ハーフプリズム１５を透過した白色光および赤外光は、ミラー１４、第２対物レンズ１３、および視野合成ミラー１２を介して、第３対物レンズ３６に入射する。第３対物レンズ３６を通過した白色光および赤外光は、開口絞り３７、第４対物レンズ３８、およびミラー３９を介して、ダイクロイックミラー４０に入射する。ダイクロイックミラー４０は、白色光を反射し且つ赤外光を透過させる特性を有する。したがって、ウェハマークからの白色光は、ダイクロイックミラー４０で反射されてウェハマーク検出用ＣＣＤ４１に入射する。
【００５０】
こうして、ウェハマーク検出用ＣＣＤ４１の撮像面には、ウェハマークの像が形成される。ウェハマーク検出用ＣＣＤ４１からの出力信号は、信号処理系２６に供給される。一方、指標マークからの赤外光は、ダイクロイックミラー４０を透過し、ミラー４２で反射された後、指標マーク検出用ＣＣＤ４３に入射する。こうして、指標マーク検出用ＣＣＤ４３の撮像面には、指標マークの像が形成される。指標マーク検出用ＣＣＤ４３からの出力信号は、信号処理系２６に供給される。なお、図５において、結像光学系（１６，１３）の円形視野５２の中央における矩形状の領域５３は、ウェハマーク検出用ＣＣＤ４１の撮像面および指標マーク検出用ＣＣＤ４３の撮像面に対応している。
【００５１】
信号処理系２６では、ウェハマーク検出用ＣＣＤ４１からの出力信号および指標マーク検出用ＣＣＤ４３からの出力信号を信号処理（波形処理）することにより、指標マークを基準としたウェハマークの位置情報が得られる。信号処理系２６で検出されたウェハマークの位置情報（すなわちウェハＷの位置情報）は、主制御系ＭＣに供給される。主制御系ＭＣでは、信号処理系２６から供給されたウェハＷの位置情報に基づいて、ＸＹステージＸＹを駆動させるための指令をステージ制御系ＳＣに供給する。こうして、主制御系ＭＣからの指令に基づいて作動するステージ制御系ＳＣの作用により、レチクルＲ上のパターン領域ＰＡとウェハＷ上の各露光領域とのアライメント（位置合わせ）が行われる。
【００５２】
図７は、第１実施形態における作用効果を説明する図である。図７（ａ）に示すように、ウェハＷの表面へ一対の検出光束が入射する領域（光束入射領域）において反射率の低い領域（図中斜線部で示す）と反射率の高い領域（図中空白部で示す）とが混在する場合、ウェハＷを図中実線で示す位置から図中破線で示す位置へＺ方向に沿って移動させると、ウェハＷの移動に応じて２つのスリット像２５ｂおよび２５ｃがそれぞれ全体的に移動するだけでなく、反射率のバラツキに起因して各スリット像２５ｂおよび２５ｃにおける光量重心位置が変化してしまう。
【００５３】
その結果、図７（ｂ）に示すように、第１対物レンズ１６の焦点位置（ひいては投影光学系ＰＬの結像面）とウェハＷの表面とが一致しているフォーカス状態では反射率のバラツキに起因する検出誤差は発生しないが、第１対物レンズ１６の焦点位置とウェハＷの表面とが一致していないデフォーカス状態では反射特性に起因して検出誤差が発生する。なお、図７（ｂ）において、横軸はウェハＷのＺ方向位置を示し、その原点はフォーカス状態におけるウェハＷのＺ方向位置に対応している。一方、縦軸はスリット像２５ｂの光量重心位置とスリット像２５ｃの光量重心位置との間隔すなわちビーム間隔を示し、その原点はフォーカス状態におけるビーム間隔に対応している。また、図７（ｂ）において、一点鎖線で示す直線は光束入射領域において反射率のバラツキがない理想状態に対応し、実線で示す直線は光束入射領域において反射率のバラツキがある状態に対応している。
【００５４】
第１実施形態では、上述したように、モニター光束をウェハＷの表面に対してほぼ垂直に入射させて、一対の検出光束が照明するスリット状領域を含むスリット状領域５１を照明する。そして、ウェハＷの表面で反射されたモニター光束が形成する矩形状の中央像２５ａの光電検出結果に基づいて光束入射領域５１における反射特性すなわち反射率のバラツキを検出し、検出した反射特性に応じて、ウェハＷの表面で反射された一対の検出光束が形成する２つのスリット像２５ｂと２５ｃとの光量重心位置の間隔に基づいて計測した相対位置ずれ量を補正する。その結果、第１実施形態では、デフォーカス状態においても、光束入射領域５１における反射特性（反射率のバラツキ）に起因するウェハＷの面位置の検出誤差の発生を良好に抑えることができる。
【００５５】
なお、上述の第１実施形態では、図５に示すように、ウェハＷの表面へ一対の検出光束を斜めから入射させてＹ方向に沿って延びたスリット状の領域を重畳的に照明しているが、これに限定されることなく、たとえば図８に示す変形例のように、第１組の一対の検出光束を斜めから入射させてＹ方向に沿って延びたスリット状の領域５１ａを重畳的に照明するとともに、第２組の一対の検出光束を斜めから入射させてＸ方向に沿って延びたスリット状の領域５１ｂを重畳的に照明することもできる。この場合、第１組の一対の検出光束を入射させる照射系と第２組の一対の検出光束を入射させる照射系とを別々に設けても良いし、あるいは１つの照射系で第１組の一対の検出光束と第２組の一対の検出光束とを入射させる構成を採用してもよい。
【００５６】
また、上述の第１実施形態では、一対の検出光束を斜めから入射させてウェハＷの表面においてスリット状の領域を重畳的に照明しているが、これに限定されることなく、他の適当な形状の領域を照明することもできる。さらに、上述の第１実施形態では、一対の検出光束をウェハＷの表面の法線に関してほぼ対称に斜めから入射させているが、これに限定されることなく、一対の検出光束の入射方向に関して様々な変形例が可能である。この点は、後述の第２実施形態においても同様である。
【００５７】
図９は、第２実施形態にかかる位置検出装置の構成を概略的に示す図である。
第２実施形態は、第１実施形態と類似の構成を有するが、モニター光束を用いないこと、一対の検出光束の偏光状態が異なること、一対の検出光束がウェハＷ上でライン・アンド・スペース・パターンを形成することなどが、第１実施形態と基本的に相違している。以下、第１実施形態との相違点に着目して、第２実施形態を説明する。
【００５８】
第２実施形態にかかる位置検出装置ＰＤでは、第１光源から供給された照明光が、ライトガイド１、コンデンサーレンズ２、照野絞り３、ミラー４、およびリレーレンズ５を介して、照明絞り６６に入射する。照明絞り６６は、ウェハＷの表面とフーリエ変換の関係にある瞳面位置またはその近傍に配置され、図１０に示すように、Ｙ方向に沿って細長く延びた一対のスリット状（細長い矩形状）の開口部６６ｂおよび６６ｃを有する。ここで、一対のスリット状の開口部６６ｂと６６ｃとは互いにほぼ同じ形状を有する。また、図１０において破線で示す円６６ｄは、結像光学系（１６，１３）の開口数に対応している。
【００５９】
照明絞り６６の開口部６６ｂ，６６ｃを通過した光束は、一対のミラー、および第１リレーレンズ６７ｂ，６７ｃを介して、照明スリット６８ｂ，６８ｃをそれぞれ照明する。照明スリット６８ｂ，６８ｃは、ウェハＷの表面と光学的に共役な位置またはその近傍に配置され、図１１（ａ），（ｂ）に示すように、Ｘ方向に沿ってピッチ方向を有するライン・アンド・スペース・パターンに対応した複数（図１１では７つ）の開口部を有する。ここで、各開口部のＹ方向寸法およびＸ方向寸法は互いに同じである。しかしながら、照明スリット６８ｂと照明スリット６８ｃとでは、開口部のピッチが互いに異なる。具体的には、たとえば照明スリット６８ｂにおける開口部のピッチは開口部のＸ方向寸法の３倍に設定され、照明スリット６８ｃにおける開口部のピッチは開口部のＸ方向寸法の４倍に設定されている。
【００６０】
照明スリット６８ｂを通過した光束は、第１検出光束として、第２リレーレンズ６９ｂ、および一対のミラーを介して、偏光ビームスプリッタープリズム７０に入射する。一方、照明スリット６８ｃを通過した光束は、第２検出光束として、第２リレーレンズ６９ｃ、および一対のミラーを介して、偏光ビームスプリッタープリズム７０に入射する。偏光ビームスプリッタープリズム７０で反射された第１検出光束は、Ｓ偏光の光となって、リレーレンズ１１および視野合成ミラー１２を介して、第２対物レンズ１３に入射する。また、偏光ビームスプリッタープリズム７０で反射された第２検出光束は、Ｓ偏光の光となって、１／２波長板７１に入射する。１／２波長板７１を介してＰ偏光の光に変換された第２検出光束は、リレーレンズ１１および視野合成ミラー１２を介して、第２対物レンズ１３に入射する。
【００６１】
第２対物レンズ１３を介したＳ偏光の第１検出光束およびＰ偏光の第２検出光束は、ミラー１４、ハーフプリズム１５、および第１対物レンズ１６を介して、ウェハＷの表面を照明する。このとき、第１検出光束および第２検出光束は、ウェハＷの表面の法線に関してほぼ対称に斜めから入射して、図１２（ａ）に示すように、ウェハＷの表面上の矩形状領域８１においてＸ方向に沿ってピッチ方向を有するライン・アンド・スペース・パターンを形成する。なお、図１２において破線で示す円８２は、結像光学系（１６，１３）の視野に対応している。
【００６２】
具体的には、第１検出光束は図１１（ａ）に示す照明スリット６８ｂの開口部パターンに対応するパターンを形成し、第２検出光束は図１１（ｂ）に示す照明スリット６８ｃの開口部パターンに対応するパターンを形成する。このとき、第１対物レンズ１６の焦点位置とウェハＷの表面とが一致しているフォーカス状態において、図１２（ｂ）に示すように、第１検出光束により形成されるライン・アンド・スペース・パターンの中央のライン部（照明スリットの開口部に対応して照明される部分）と第２検出光束により形成されるライン・アンド・スペース・パターンの中央のライン部とが重なり合うように設定されている。
【００６３】
一対の検出光束で照明されたウェハＷからの反射光、すなわち反射によりＳ偏光からＰ偏光へ変換された第１検出光束およびＰ偏光からＳ偏光へ変換された第２検出光束は、第１対物レンズ１６、ハーフプリズム１５、ミラー１４、および第２対物レンズ１３を介して、視野合成ミラー１２に入射する。そして、視野合成ミラー１２で反射されたＰ偏光の第１検出光束は、リレーレンズ１１を介して、偏光ビームスプリッタープリズム７０に入射する。また、視野合成ミラー１２で反射されたＳ偏光の第２検出光束は、リレーレンズ１１を通過し、１／２波長板７１の作用によりＰ偏光に変換された後、偏光ビームスプリッタープリズム７０に入射する。
【００６４】
こうして、Ｐ偏光の第１検出光束およびＰ偏光の第２検出光束は、偏光ビームスプリッタープリズム７０の偏光面を透過し、第１リレーレンズ１８、迷光カット絞り１９、および第２リレーレンズ２０を介して、瞳分割ミラー７２に入射する。瞳分割ミラー７２は、ウェハＷの表面とフーリエ変換の関係にある瞳面位置またはその近傍に配置された瞳分割素子であって、ウェハＷの表面で反射された第１検出光束を反射するための第１反射面７２ｂと、ウェハＷの表面で反射された第２検出光束を反射するための第２反射面７２ｃとを有する。
【００６５】
ここで、第１反射面７２ｂと第２反射面７２ｃとの交線は、Ｙ方向に沿って延びるように設定されている。こうして、瞳分割ミラー７２の第１反射面７２ｂおよび第２反射面７２ｃで反射された一対の検出光束は、結像レンズ２２およびシリンドリカルレンズ２３を介して、図１３（ａ）に示すように、一次元撮像素子２４の撮像面２４ａ上においてＸ方向に沿って間隔を隔てた位置に、２つのパターン像７３ｂおよび７３ｃを形成する。ここで、ウェハＷの表面で反射された第１検出光束が形成する第１パターン像７３ｂは、図１３（ｂ）に示すように、図１１（ａ）に示す照明スリット６８ｂの開口部パターンに対応している。また、ウェハＷの表面で反射された第２検出光束が形成する第２パターン像７３ｃは、図１３（ｃ）に示すように、図１１（ｂ）に示す照明スリット６８ｃの開口部パターンに対応している。
【００６６】
一次元撮像素子２４は、その撮像面２４ａ上に形成された２つのパターン像７３ｂおよび７３ｃを光電検出し、検出信号を信号処理系２６に供給する。信号処理系２６では、後述するように、第１パターン像７３ｂにおける特定の１つのライン部（照明スリットの開口部に対応して照明される部分）と第２パターン像７３ｃにおける特定の１つのライン部との中心間距離を計測し、計測した中心間距離に基づいて第１対物レンズ１６の焦点位置に対するウェハＷの表面の相対位置ずれ量を検出する。信号処理系２６で検出されたウェハＷの相対位置ずれ量に関する情報は、主制御系ＭＣに供給される。
【００６７】
主制御系ＭＣでは、信号処理系２６から供給された相対位置ずれ量に関する情報に基づいて、検出した相対位置ずれ量だけＺステージＺＳを光軸ＡＸに沿って駆動させるための指令をステージ制御系ＳＣに供給する。こうして、主制御系ＭＣからの指令に基づいて作動するステージ制御系ＳＣの作用により、第１対物レンズ１６の焦点位置（ひいては投影光学系ＰＬの結像面）に、ウェハＷの露光面が設定される。また、第２実施形態にかかる位置検出装置ＰＤは、ウェハＷ上に形成されたウェハマークのＸ方向位置およびＹ方向位置を検出するためのＦＩＡ系位置検出部を備えているが、このＦＩＡ系位置検出部の構成は第１実施形態と同じであるため重複する説明を省略する。
【００６８】
図１４は、第２実施形態における第１の作用効果を説明する図である。図１４（ａ）に示すように、ウェハＷの表面へ一対の検出光束が入射する領域（光束入射領域）が拡散面を構成している場合、第１検出光束により発生する拡散光が第２検出光束の正反射光に混入するとともに、第２検出光束により発生する拡散光が第１検出光束の正反射光に混入する。このとき、拡散光（図中破線矢印で示す）はウェハＷの表面の法線に関して対称には発生しないため、本実施形態の如く変更を加える等の対策を施さないと（例えば、偏光ビームスプリッターの代わりにハーフプリズムを用い１／２波長板を設置しない従来の場合）、第１パターン像７３ｂおよび第２パターン像７３ｃが拡散光の影響により非対称にボケることになる。一般に、ウェハＷに対し、一次元撮像素子２４はほぼ共役な位置に設置されているが完全に共役ではない。このような場合、図１４（ｂ）に示すように、フォーカス状態においてもデフォーカス状態においても、光束入射領域における拡散光の発生に起因して検出誤差が発生する。フォーカス状態における検出誤差については、前記ウェハＷと一次元撮像素子２４とが完全に共役でないことにより発生する。よって、例えば第１リレーレンズ１８、第２リレーレンズ２０をより厳密にピント出しすれば、フォーカス状態における誤差は減らすことができる。しかしながら、デフォーカス状態での誤差は残存する。
【００６９】
なお、図１４（ｂ）において、横軸はウェハＷのＺ方向位置を示し、その原点はフォーカス状態におけるウェハＷのＺ方向位置に対応している。一方、縦軸は第１パターン像７３ｂの光量重心位置と第２パターン像７３ｃの光量重心位置との間隔すなわちビーム間隔を示し、その原点はフォーカス状態におけるビーム間隔に対応している。また、図１４（ｂ）において、一点鎖線で示す直線は光束入射領域において拡散光が発生しない理想状態に対応し、実線で示す直線は光束入射領域において拡散光が発生する状態に対応している。
【００７０】
第２実施形態では、上述したように、偏光特性の異なる２つの検出光束を送受光する方式を採用しており、ウェハＷの表面に対して第１検出光束はＳ偏光状態で入射し、第２検出光束はＰ偏光状態で入射する。したがって、第１検出光束により発生する拡散光が第２検出光束の正反射光に混入したり、第２検出光束により発生する拡散光が第１検出光束の正反射光に混入したりすることはなく、第１パターン像７３ｂおよび第２パターン像７３ｃが拡散光の影響により対称にボケるだけであり、拡散光の発生に起因して検出誤差が発生することはない。
【００７１】
図１５は、第２実施形態における第２の作用効果を説明する図である。上述したように、第１対物レンズ１６の焦点位置とウェハＷの表面とが一致しているフォーカス状態では、図１５（ａ）に示すように、ウェハＷの表面において、第１検出光束により形成されるライン・アンド・スペース・パターン（図中実線で示す）の中央のライン部（図中斜線部で示す）と第２検出光束により形成されるライン・アンド・スペース・パターン（図中破線で示す）の中央のライン部（図中斜線部で示す）とがほぼ重なり合う。なお、図１５（ａ）では、図面の明瞭化のために、第１検出光束により形成されるライン・アンド・スペース・パターンと第２検出光束により形成されるライン・アンド・スペース・パターンとを図中鉛直方向に沿って位置ずれさせて示している。
【００７２】
上述したように、第２実施形態では、拡散光の発生に起因する検出誤差が発生しないので、第１パターン像７３ｂを構成するライン・アンド・スペース・パターンの中央ライン部の光量重心位置と第２パターン像７３ｃを構成するライン・アンド・スペース・パターンの中央ライン部の光量重心位置との間隔に基づいて、ウェハＷの面位置を正確に検出することができる。一方、フォーカス状態からウェハＷを＋Ｚ方向に沿って徐々に移動させると、ある距離だけ移動した状態で中央ライン部の図中右隣り１番目のライン部がほぼ重なり合い、次にその２倍の距離だけ移動した状態で中央ライン部の右隣り２番目のライン部がほぼ重なり合い、さらにその３倍の距離だけ移動した状態で中央ライン部の右隣り３番目のライン部がほぼ重なり合うことになる。
【００７３】
同様に、フォーカス状態からウェハＷを−Ｚ方向に沿って徐々に移動させると、上述のある距離だけ移動した状態で中央ライン部の図中左隣り１番目のライン部がほぼ重なり合い、次にその２倍の距離だけ移動した状態で中央ライン部の左隣り２番目のライン部がほぼ重なり合い、さらにその３倍の距離だけ移動した状態で中央ライン部の左隣り３番目のライン部がほぼ重なり合うことになる。こうして、フォーカス状態からウェハＷを＋Ｚ方向または−Ｚ方向に所定距離だけ移動させた特定のデフォーカス状態においても、ウェハＷの表面においてほぼ重なり合うライン部に着目すれば、中央ライン部に着目したフォーカス状態と同様に、デフォーカス状態においても、光束入射領域８１における反射特性（反射率バラツキ）に起因する検出誤差の発生を良好に抑えることができる。
【００７４】
具体的には、ウェハＷの表面においてほぼ重なり合うライン部に対応する第１パターン像７３ｂ中の特定ライン部の光量重心位置と第２パターン像７３ｃ中の特定ライン部の光量重心位置との間隔に基づいて、特定のデフォーカス状態においてもウェハＷの反射特性に起因する検出誤差の発生を良好に抑えることができる。また、ウェハＷの表面においてほぼ重なり合うライン部が存在しない一般のデフォーカス状態の場合にも、ウェハＷの表面において重なり合う度合の最も大きいライン部に着目すれば、図１５（ｂ）に示すように、ウェハＷの反射特性に起因する検出誤差の発生を良好に抑えることができる。これにより、第２実施形態によれば、２つの誤差要因ともに良好に抑えることができる。
【００７５】
なお、図１５（ｂ）において、横軸はウェハＷのＺ方向位置を示し、その原点はフォーカス状態におけるウェハＷのＺ方向位置に対応している。一方、縦軸は第１パターン像７３ｂの特定ライン部の光量重心位置と第２パターン像７３ｃの特定ライン部の光量重心位置との間隔すなわちビーム間隔を示し、その原点はフォーカス状態および上述の特定のデフォーカス状態におけるビーム間隔に対応している。したがって、図１５（ｂ）において実線で示す折れ線が横軸と交差する点は、フォーカス状態および上述の特定のデフォーカス状態におけるウェハＷのＺ方向位置に対応している。
【００７６】
なお、上述の第２実施形態では、ウェハＷの表面に対して第１検出光束をＳ偏光状態で入射させ、第２検出光束をＰ偏光状態で入射させているが、これに限定されることなく、一般に偏光状態の互いに異なる一対の検出光束を用いることができる。
【００７７】
また、上述の第２実施形態では、偏光特性の異なる２つの検出光束を送受光する方式と、一対の検出光束によりピッチ方向がほぼ同じで且つピッチが実質的に異なるライン・アンド・スペース・パターンを物体面に形成する方式とを併用しているが、これに限定されることなく、いずれか一方の方式だけを採用する構成も可能である。すなわち、拡散光に起因する検出誤差の発生を良好に抑えるには、偏光特性の異なる一対の検出光束により、所定形状のパターン（たとえばスリット状のパターンなど）を物体面に形成してもよい。また、検出結果への反射率のバラツキの影響よりも拡散光の影響の方が実質的に小さい場合には、同じ偏光特性を有する一対の検出光束により、ピッチ方向がほぼ同じで且つピッチが実質的に異なるライン・アンド・スペース・パターンを物体面に形成してもよい。
【００７８】
図１６は、第１実施形態の変形例にかかる位置検出装置の構成を概略的に示す図である。図１６の変形例は、図２の第１実施形態と類似の構成を有するが、第２リレーレンズ９ａ，９ｂ，９ｃの前後（光の入射側および射出側）に一対の平行平面板１００ａおよび１０１ａ，１００ｂおよび１０１ｂ，１００ｃおよび１０１ｃがそれぞれ配置されている構成と、ハーフプリズム１０とシリンドリカルレンズ２３との間の光路中の構成とが第１実施形態と相違している。なお、図１６では、図面の明瞭化のために、信号処理系２６の図示を省略している。以下、第１実施形態との相違点に着目して、第１実施形態の変形例を説明する。
【００７９】
図１６の変形例では、ライトガイド１からの照明光が、コンデンサーレンズ２、照野絞り３、ミラー４、およびリレーレンズ５を介して、照明絞り６に入射する。照明絞り６の中央開口部６ａを通過した光束は、第１リレーレンズ７ａを介して、照明スリット８を照明する。一方、照明絞り６の両側開口部６ｂ，６ｃを通過した光束は、第１リレーレンズ７ｂ，７ｃを介して、照明スリット８を照明する。照明スリット８の中央開口部８ａを通過した光束は、モニター光束として、第１平行平面板１００ａ、第２リレーレンズ９ａ、および第２平行平面板１０１ａを介して、ハーフプリズム１０に入射する。
【００８０】
一方、照明スリット８の両側開口部８ｂ，８ｃを通過した光束は、一対の検出光束として、第１平行平面板１００ｂ，１００ｃ、第２リレーレンズ９ｂ，９ｃ、および第２平行平面板１０１ｂ，１０１ｃを介して、ハーフプリズム１０に入射する。ハーフプリズム１０で反射されたモニター光束および一対の検出光束は、リレーレンズ１１、視野合成ミラー１２、第２対物レンズ１３、ミラー１４、ハーフプリズム１５、第１対物レンズ１６の第１群、ミラー１７、第１対物レンズ１６の第２群を介して、ウェハＷの表面を照明する。
【００８１】
一対の検出光束およびモニター光束で照明されたウェハＷからの反射光は、第１対物レンズ１６（その光路中に配置されたミラー１７を含む）、ハーフプリズム１５、ミラー１４、第２対物レンズ１３、視野合成ミラー１２、およびリレーレンズ１１を介して、ハーフプリズム１０に入射する。ハーフプリズム１０を透過した一対の検出光束は、ミラー１０２で反射された後、２つの独立したミラーにより構成された瞳分割ミラー１０３を介して、ＸＺ面において無屈折力で且つＹＺ面において屈折力を有するシリンドリカルレンズ１０４ｂ，１０４ｃに入射する。
【００８２】
シリンドリカルレンズ１０４ｂ，１０４ｃを介した一対の検出光束は、集光光学系としての結像レンズ１０５ｂ，１０５ｃ、２つの独立したミラーにより構成された視野合成ミラー１０６、およびシリンドリカルレンズ２３を介して、一次元撮像素子２４の撮像面２４ａ上にスリット像２５ｂ，２５ｃを形成する。一方、ハーフプリズム１０を透過したモニター光束は、ミラー１０２で反射された後、ＸＺ面において無屈折力で且つＹＺ面において屈折力を有するシリンドリカルレンズ１０４ａ、集光光学系としての結像レンズ１０５ａ、およびシリンドリカルレンズ２３を介して、一次元撮像素子２４の撮像面２４ａ上のスリット像２５ｂと２５ｃとの間に矩形状の像２５ａを形成する。こうして、第１実施形態の変形例では、第１実施形態と同様の効果を達成することができる。
【００８３】
さらに、第１実施形態の変形例では、第１平行平面板１００ａを光軸に対して傾斜させることにより、ウェハＷの表面におけるモニター光束の位置を二次元的に調整することができる。また、第２平行平面板１０１ａを光軸に対して傾斜させることにより、ウェハＷの表面へ入射するモニター光束の角度を調整することができる。同様に、第１平行平面板１００ｂ，１００ｃを光軸に対して傾斜させることにより、ウェハＷの表面における一対の検出光束の位置を二次元的にそれぞれ調整することができる。また、第２平行平面板１０１ｂ，１０１ｃを光軸に対して傾斜させることにより、ウェハＷの表面へ入射する一対の検出光束の角度をそれぞれ調整することができる。さらに、第２リレーレンズ９ａ、９ｂおよび９ｃを光軸に沿ってそれぞれ移動させることにより、モニター光束および一対の検出光束がウェハＷの表面に形成するパターンのフォーカス調整を行うことができる。
【００８４】
ところで、前述の第１実施形態では、瞳分割ミラー２１が、ウェハＷの表面で反射されたモニター光束を反射するための中央反射面２１ａと、ウェハＷの表面で反射された一対の検出光束を反射するための両側反射面２１ｂおよび２１ｃとを有する。そして、これらの反射面２１ａ，２１ｂ，２１ｃは、１つの光学部材に形成されている。これに対し、上述の第１実施形態の変形例では、瞳分割ミラー１０３が、ウェハＷの表面で反射された第１検出光束を反射するためのミラーと、ウェハＷの表面で反射された第２検出光束を反射するためのミラーとにより構成されている。そして、ウェハＷの表面で反射されたモニター光束は、これら２つの独立したミラーの間を通過する。
【００８５】
図１７は、第２実施形態の変形例にかかる位置検出装置の構成を概略的に示す図である。図１７の変形例は、図９の第２実施形態と類似の構成を有するが、第２リレーレンズ６９ｂ，６９ｃの前後に一対の平行平面板１１０ｂおよび１１１ｂ，１１０ｃおよび１１１ｃがそれぞれ配置されている構成と、リレーレンズ１１とシリンドリカルレンズ２３との間の光路中の構成とが第２実施形態と相違している。なお、図１７では、図面の明瞭化のために、信号処理系２６の図示を省略している。以下、第２実施形態との相違点に着目して、第２実施形態の変形例を説明する。
【００８６】
図１７の変形例では、ライトガイド１からの照明光が、コンデンサーレンズ２、照野絞り３、ミラー４、およびリレーレンズ５を介して、照明絞り６６に入射する。照明絞り６６の開口部６６ｂ，６６ｃを通過した光束は、第１リレーレンズ６７ｂ，６７ｃを介して、照明スリット６８ｂ，６８ｃをそれぞれ照明する。照明スリット６８ｂを通過した光束は、第１検出光束として、第１平行平面板１１０ｂ、第２リレーレンズ６９ｂ、第２平行平面板１１１ｂを介して、第１偏光ビームスプリッタープリズム１１２ｂに入射する。一方、照明スリット６８ｃを通過した光束は、第２検出光束として、第１平行平面板１１０ｃ、第２リレーレンズ６９ｃ、および第２平行平面板１１１ｃを介して、第２偏光ビームスプリッタープリズム１１２ｃに入射する。
【００８７】
第１偏光ビームスプリッタープリズム１１２ｂで反射された第１検出光束は、Ｓ偏光の光となって、リレーレンズ１１および視野合成ミラー１２を介して、第２対物レンズ１３に入射する。また、第２偏光ビームスプリッタープリズム１１２ｃを透過した第２検出光束は、Ｐ偏光の光となって、リレーレンズ１１および視野合成ミラー１２を介して、第２対物レンズ１３に入射する。第２対物レンズ１３を介したＳ偏光の第１検出光束およびＰ偏光の第２検出光束は、ミラー１４、ハーフプリズム１５、および第１対物レンズ１６を介して、ウェハＷの表面を照明する。
【００８８】
一対の検出光束で照明されたウェハＷからの反射光、すなわち反射によりＳ偏光からＰ偏光へ変換された第１検出光束およびＰ偏光からＳ偏光へ変換された第２検出光束は、第１対物レンズ１６、ハーフプリズム１５、ミラー１４、第２対物レンズ１３、視野合成ミラー１２、およびリレーレンズ１１を介して、２つの独立したミラーにより構成された瞳分割ミラー１１３に入射する。瞳分割ミラー１１３を構成する第１ミラーで反射されたＰ偏光の第１検出光束は、第１偏光ビームスプリッタープリズム１１２ｂを透過した後、ＸＺ面において無屈折力で且つＹＺ面において屈折力を有するシリンドリカルレンズ１１４ｂを介して、集光光学系としての結像レンズ１１５ｂに入射する。
【００８９】
一方、瞳分割ミラー１１３を構成する第２ミラーで反射されたＳ偏光の第２検出光束は、第２偏光ビームスプリッタープリズム１１２ｃで反射された後、ＸＺ面において無屈折力で且つＹＺ面において屈折力を有するシリンドリカルレンズ１１４ｃを介して、集光光学系としての結像レンズ１１５ｃに入射する。結像レンズ１１５ｂおよび１１５ｃを介したＰ偏光の第１検出光束およびＳ偏光の第２検出光束は、２つの独立したミラーにより構成された視野合成ミラー１１６、およびシリンドリカルレンズ２３を介して、一次元撮像素子２４の撮像面２４ａ上に２つのパターン像７３ｂおよび７３ｃをそれぞれ形成する。こうして、第２実施形態の変形例では、第２実施形態と同様の効果を達成することができる。
【００９０】
さらに、第２実施形態の変形例では、第１平行平面板１１０ｂおよび１１０ｃを光軸に対して傾斜させることにより、ウェハＷの表面における第１検出光束の位置および第２検出光束の位置を二次元的にそれぞれ調整することができる。また、第２平行平面板１１１ｂおよび１１１ｃを光軸に対して傾斜させることにより、ウェハＷの表面へ入射する第１検出光束の角度および第２検出光束の角度をそれぞれ調整することができる。さらに、第２リレーレンズ６９ｂおよび６９ｃを光軸に沿ってそれぞれ移動させることにより、第１検出光束および第２検出光束がウェハＷの表面に形成するパターンのフォーカス調整を行うことができる。
【００９１】
ところで、前述の第２実施形態では、瞳分割ミラー７２が、ウェハＷの表面で反射された第１検出光束を反射するための第１反射面７２ｂと、ウェハＷの表面で反射された第２検出光束を反射するための第２反射面７２ｃとを有する。そして、これらの反射面７２ｂおよび７２ｃは、１つの光学部材に形成されている。
これに対し、上述の第２実施形態の変形例では、瞳分割ミラー１１３が、ウェハＷの表面で反射された第１検出光束を反射するためのミラーと、ウェハＷの表面で反射された第２検出光束を反射するためのミラーとにより、すなわち２つの独立したミラーにより構成されている。
【００９２】
なお、上述の第２実施形態の変形例では、瞳分割ミラー１１３が２つの独立したミラーにより構成されているが、これに限定されることなく、たとえば１つの直角プリズムを用いて瞳分割ミラー１１３と等価な機能を有する瞳分割素子を構成することもできる。同様に、視野合成ミラー１１６が２つの独立したミラーにより構成されているが、これに限定されることなく、たとえば１つの直角プリズムを用いて視野合成ミラー１１６と等価な機能を有する視野合成素子を構成することもできる。
【００９３】
図１８は、第２実施形態またはその変形例において使用可能な照明スリットの変形例の構成を概略的に示す図である。また、図１９は、図１８の変形例にかかる照明スリットの作用効果を説明する図である。変形例にかかる照明スリット１１８ｂおよび１１８ｃは、ウェハＷの表面と光学的に共役な位置またはその近傍に配置され、図１８（ａ）および（ｂ）に示すように、Ｘ方向に沿ってピッチ方向を有するライン・アンド・スペース・パターンに対応した複数（図１８では図面の明瞭化のために１１個だけを示す）の開口部を有する。
【００９４】
照明スリット１１８ｂには、ウェハＷの表面に第１中央パターンを形成するための第１中央開口部Ａと、第１中央開口部Ａの両側に配置されてウェハＷの表面において第１中央パターンを挟む第１側パターンを形成するための第１側開口部Ｂとが設けられている。また、照明スリット１１８ｃには、ウェハＷの表面において第１中央パターンに対応する第２中央パターンを形成するための第２中央開口部Ｃと、第２中央開口部Ｃの両側に配置されてウェハＷの表面において第２中央パターンを挟む第２側パターン（第１側パターンに対応するパターン）を形成するための第２側開口部Ｄとが設けられている。
【００９５】
ここで、各開口部のＹ方向寸法は互いに同じである。また、第１中央開口部Ａと第２中央開口部Ｃとの間で各開口部のＸ方向寸法が互いに同じであり、第１側開口部Ｂと第２側開口部Ｄとの間で各開口部のＸ方向寸法が互いに同じである。
さらに、第１側パターンを形成するための第１側開口部Ｂのピッチは第１中央パターンを形成するための第１中央開口部Ａのピッチよりも実質的に大きく、第２側パターンを形成するための第２側開口部Ｄのピッチは第２中央パターンを形成するための第２中央開口部Ｃのピッチよりも実質的に大きい。また、第２中央開口部Ｃのピッチは第１中央開口部Ａのピッチよりも実質的に大きい。
【００９６】
図１９（ａ）は、図７（ｂ）に対応する図であり、横軸はウェハＷのＺ方向位置を示し、その原点はフォーカス状態におけるウェハＷのＺ方向位置に対応している。縦軸は２つのスリット像の光量重心位置の間隔すなわちビーム間隔を示し、その原点はフォーカス状態におけるビーム間隔に対応している。また、図１９（ａ）において、実線で示す直線Ｓ０は光束入射領域において反射率のバラツキや拡散の影響がない理想状態に対応し、破線で示す直線Ｓ１は光束入射領域において反射率のバラツキや拡散の影響がある状態に対応している。
【００９７】
従来技術では、図１９（ａ）の初期状態においてウェハＷのデフォーカス量がＺａである場合、理想状態の直線Ｓ０にしたがってビーム間隔のずれＤａ０が検出されるべきところ、実際には反射率のバラツキや拡散の影響を受けた直線Ｓ１にしたがってビーム間隔のずれＤａ１が検出される。その結果、実際に検出されたビーム間隔のずれＤａ１に基づいて、ウェハＷのデフォーカス量がＺａからＺｂに補正されるがＺ＝０には補正されない。
【００９８】
さらに、ウェハＷのデフォーカス量がＺｂに補正された状態では、理想状態の直線Ｓ０にしたがってビーム間隔のずれＤｂ０が検出されるべきところ、実際には反射率のバラツキや拡散の影響を受けた直線Ｓ１にしたがってビーム間隔のずれＤｂ１が検出される。その結果、実際に検出されたビーム間隔のずれＤｂ１に対応して、ウェハＷのデフォーカス量がＺｂからＺｃ（不図示）に補正されるがＺ＝０には補正されない。こうして、ウェハＷのデフォーカス量Ｚを０に近づけるには、上述の位置検出工程と位置合わせ工程とを複数回に亘って繰り返す必要がある。
【００９９】
これに対し、図１１に示す照明スリット６８ｂおよび６８ｃを用いる第２実施形態では、ビーム間隔とウェハＷのＺ方向位置（デフォーカス量）との関係として、図１５（ｂ）に示すように検出誤差の発生を良好に抑えた関係が得られる。同様に、図１８に示す照明スリット１１８ｂおよび１１８ｃを用いる第２実施形態の変形例では、ビーム間隔とウェハＷのＺ方向位置（デフォーカス量）との関係として、図１９（ｂ）に示すように図１５（ｂ）とは別の態様で検出誤差の発生を良好に抑えた関係が得られる。
【０１００】
なお、図１９（ｂ）において、横軸はウェハＷのＺ方向位置を示し、その原点はフォーカス状態におけるウェハＷのＺ方向位置に対応している。一方、縦軸は第１パターン像７３ｂの特定ライン部の光量重心位置と第２パターン像７３ｃの特定ライン部の光量重心位置との間隔すなわちビーム間隔を示し、その原点はフォーカス状態および上述の特定のデフォーカス状態におけるビーム間隔に対応している。したがって、図１９（ｂ）において実線で示す折れ線Ｆ０が横軸と交差する点は、フォーカス状態および上述の特定のデフォーカス状態におけるウェハＷのＺ方向位置に対応している。
【０１０１】
第２実施形態の変形例では、図１９（ｂ）の初期状態においてウェハＷのデフォーカス量がＺａである場合、比較的粗い折れ線の線分Ｆ０（図１９（ａ）のＳ０に対応）とは傾きのわずかに異なる線分Ｆ１（図１９（ａ）のＳ１に対応）にしたがってビーム間隔のずれが検出され、検出されたビーム間隔のずれに基づいて、ウェハＷのデフォーカス量がＺａから０にある程度近い値Ｚｂに粗精度で補正される。次いで、ウェハＷのデフォーカス量がＺｂの状態において、比較的細かい折れ線の線分Ｆ０とは傾きのわずかに異なる線分Ｆ１にしたがってビーム間隔のずれが検出され、検出されたビーム間隔のずれに基づいて、ウェハＷのデフォーカス量がＺｂからほぼ０に細精度で補正される。
【０１０２】
こうして、第２実施形態の変形例では、初期状態におけるウェハＷのデフォーカス量Ｚａがある程度大きくても、粗精度での第１補正と細精度での第２補正との組み合わせ作用により、ウェハＷのフォーカス状態を迅速に且つ正確に実現することができる。なお、上述の説明では、各開口部のＹ方向寸法を互いに同じに設定し、第１中央開口部Ａと第２中央開口部Ｃとで各開口部のＸ方向寸法を互いに同じに設定し、第１側開口部Ｂと第２側開口部Ｄとで各開口部のＸ方向寸法を互いに同じに設定している。しかしながら、これに限定されることなく、照明スリット１１８ｂおよび１１８ｃの開口部については様々な形態が可能である。
【０１０３】
上述の実施形態にかかる露光装置では、照明光学装置によってマスク（レチクル）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、上述の実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェ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２０のフローチャートを参照して説明する。
【０１０４】
先ず、図２０のステップ３０１において、１ロットのウェ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ｌロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、上述の実施形態の露光装置を用いて、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ロットのウェ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ロットのウェ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ロットのウェ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、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。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。
【０１０５】
また、上述の実施形態の露光装置では、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２１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。図２１において、パターン形成工程４０１では、上述の実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィー工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、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ー形成工程４０２へ移行する。
【０１０６】
次に、カラーフィルター形成工程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ーの組を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程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ー形成工程４０２にて得られたカラーフィルター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ー形成工程４０２にて得られたカラーフィルター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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
なお、上述の各実施形態では、露光装置に搭載されて投影光学系の結像面に対する感光性基板の相対位置を検出するための位置検出装置に本発明を適用しているが、これに限定されることなく、対物光学系の焦点位置に対する物体面の相対位置を検出する一般的な位置検出装置に本発明を適用することもできる。
【０１０９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の位置検出装置では、物体面の所定領域にほぼ垂直にモニター光束を入射させ、物体面からのモニター光束に基づいて物体面の所定領域における光学特性として、たとえば反射特性すなわち反射率のバラツキを検出し、検出した反射特性に応じて面位置の検出結果を補正することにより、デフォーカス状態においても光束入射領域における反射特性（反射率のバラツキ）に起因する面位置の検出誤差の発生を良好に抑えることができる。
【０１１０】
また、本発明の位置検出装置では、偏光特性の異なる２つの検出光束を送受光する方式を採用するとともに、一対の検出光束によりピッチ方向がほぼ同じで且つピッチが実質的に異なるライン・アンド・スペース・パターンを物体面に形成する方式を採用することにより、フォーカス状態においてもデフォーカス状態においても、光束入射領域における拡散光の発生に起因する面位置の検出誤差の発生を良好に抑えることができる。
【０１１１】
したがって、本発明にしたがう高精度な位置検出装置を用いる露光装置および露光方法では、投影光学系の結像面に対して感光性基板を高精度に設定して良好な露光を行うことができる。また、本発明の露光装置および露光方法を用いたマイクロデバイス製造方法では、良好な露光により良好なマイクロデバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる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】図１に示す位置検出装置の構成を概略的に示す図である。
【図３】図２中の照明絞りの構成を概略的に示す図である。
【図４】図２中の照明スリットの構成を概略的に示す図である。
【図５】第１実施形態のウェハ上における検出光束の入射領域とＣＣＤ撮像面に対応する領域との位置関係を示す図である。
【図６】図２中の一次元撮像素子の撮像面に形成される３つの像を概略的に示す図である。
【図７】第１実施形態における作用効果を説明する図である。
【図８】第１実施形態の変形例における光束入射領域とＣＣＤ撮像面に対応する領域との位置関係を示す図である。
【図９】第２実施形態にかかる位置検出装置の構成を概略的に示す図である。
【図１０】図９中の照明絞りの構成を概略的に示す図である。
【図１１】図９中の照明スリットの構成を概略的に示す図である。
【図１２】第２実施形態のウェハ上における検出光束の入射領域とＣＣＤ撮像面に対応する領域との位置関係を示す図である。
【図１３】図９中の一次元撮像素子の撮像面に形成される２つのパターン像を概略的に示す図である。
【図１４】第２実施形態における第１の作用効果を説明する図である。
【図１５】第２実施形態における第２の作用効果を説明する図である。
【図１６】第１実施形態の変形例にかかる位置検出装置の構成を概略的に示す図である。
【図１７】第２実施形態の変形例にかかる位置検出装置の構成を概略的に示す図である。
【図１８】第２実施形態またはその変形例において使用可能な照明スリットの変形例の構成を概略的に示す図である。
【図１９】図１８の変形例にかかる照明スリットの作用効果を説明する図である。
【図２０】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フローチャートである。
【図２１】マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。
【符号の説明】
ＰＤ  位置検出装置
ＩＬ  露光用照明系
Ｒ  レチクル
ＲＳ  レチクルステージ
ＰＬ  投影光学系
Ｗ  ウェハ
ＷＨ  ウェハホルダ
ＺＳ  Ｚステージ
ＸＹ  ＸＹステージ
ＳＣ  ステージ制御系
ＭＣ  主制御系
１  ライトガイド
２  コンデンサーレンズ
３  照野絞り
６  照明絞り
８  照明スリット
１２  視野合成ミラー
１３  第２対物レンズ
１６  第１対物レンズ
２１  瞳分割ミラー
２２  結像レンズ
２３  シリンドリカルレンズ
２４  一次元撮像素子（ラインセンサ）
２６  信号処理系
【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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【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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【図２１】
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