(57)【要約】【課題】  装置の設置誤差等に影響されることなく被検面の面位置を正確に検出することができる面位置検出装置を提供する。【解決手段】  被検面Ｓに対して斜め方向から検出光を送光し、該被検面Ｓにより反射された前記検出光を受光して前記被検面Ｓの面位置を検出する面位置検出装置２において、前記被検面Ｓ上に２次元的に配列される複数の検出点のそれぞれにスリット状の光照射領域を形成するために、前記被検面Ｓへ前記検出光を送光する送光系ＳＬと、前記被検面Ｓ上に配列される前記複数の検出点のそれぞれにて反射された前記検出光を受光する受光系ＲＬとを備え、前記検出光は前記複数の検出点に形成される前記スリット状の光照射領域の長手方向に略直交する方向から入射する。【選択図】  図１
2005201675.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検面に対して斜め方向から検出光を送光し、該被検面により反射された前記検出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、
前記被検面上に２次元的に配列される複数の検出点のそれぞれにスリット状の光照射領域を形成するために、前記被検面へ前記検出光を送光する送光系と、
前記被検面上に配列される前記複数の検出点のそれぞれにて反射された前記検出光を受光する受光系と
を備え、
前記検出光は、前記複数の検出点に形成される前記スリット状の光照射領域の長手方向に略直交する方向から入射することを特徴とする面位置検出装置。
【請求項２】
前記複数の検出点は所定ピッチで配列されたマトリクス状の検出点を備え、
前記被検面の高さ方向における位置ずれによって生じる前記スリット状の光照射領域のピッチずれを判別するためのピッチずれ判別手段を備え、
前記ピッチずれ判別手段は、前記送光系を介して前記複数の検出点のうちの前記長手方向における両端に配置される２つの検出点に対してスリット状の光照射領域を形成し、且つ前記受光系を介して前記両端に配置される前記２つの検出点からの反射光を受光することを特徴とする請求項１記載の面位置検出装置。
【請求項３】
前記ピッチずれ判別手段が利用する前記両端に配置される前記２つの検出点は、前記検出光の入射方向の所定距離内に他の検出点が配置されない位置に位置決めされることを特徴とする請求項２記載の面位置検出装置。
【請求項４】
前記両端に配置される前記２つの検出点は、前記マトリクス状の検出点とは異なる位置であって、前記被検面が走査される走査方向または前記走査方向と直交する方向に沿って所定のピッチから所定量ずらして配列されていることを特徴とする請求項３記載の面位置検出装置。
【請求項５】
前記両端に配置される前記２つの検出点は、前記走査方向に沿って所定のピッチから所定量ずらして配列されていることを特徴とする請求項４記載の面位置検出装置。
【請求項６】
前記複数の検出点が配列されない領域に、少なくとも１つの方向弁別検出点が配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の面位置検出装置。
【請求項７】
前記方向弁別検出点は、前記被検面が走査される走査方向の両端のうちの少なくとも一方に配列されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の面位置検出装置。
【請求項８】
ＰＶ値（peak to valley value）が１０ｎｍ以下の面精度を有する基準平面板を備え、
前記基準平面板に前記検出光を照射し、前記基準平面板により反射された前記検出光を検出することにより、前記検出点のそれぞれにおける基準計測値からのオフセット量を計測することを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の面位置検出装置。
【請求項９】
前記基準平面板は、１ｐｐｍ以下の線膨張係数を有する材料により形成されていることを特徴とする請求項８記載の面位置検出装置。
【請求項１０】
前記基準平面板は、該基準平面板の厚さをｄ、有効径をｒとしたとき、以下の条件を満足することを特徴とする請求項８または請求項９記載の面位置検出装置。
ｄ／ｒ  ≧  ０．２５
【請求項１１】
前記基準平面板は、該基準平面板の下面により反射される前記検出光が該基準平面板の上面により反射される前記検出光と重ならない厚さを有する平行平面ガラスであることを特徴とする請求項８乃至請求項１０のいずれか一項に記載の面位置検出装置。
【請求項１２】
前記基準平面板の下面は、前記基準平面板の上面に対して所定の角度を有することを特徴とする請求項８乃至請求項１１のいずれか一項に記載の面位置検出装置。
【請求項１３】
前記基準平面板の下面は、光吸収面で構成されていることを特徴とする請求項８乃至請求項１２のいずれか一項に記載の面位置検出装置。
【請求項１４】
前記基準平面板の下面は、拡散面で構成されていることを特徴とする請求項８乃至請求項１２のいずれか一項に記載の面位置検出装置。
【請求項１５】
前記基準平面板は、該基準平面板の上面に反射膜を有するセラミックス材料により形成されていることを特徴とする請求項８記載の面位置検出装置。
【請求項１６】
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１５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１７】
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１５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、
を含むことを特徴とする露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体製造装置において、ウエハ面の面位置等を検出する面位置検出装置、該面位置面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。
【背景技術】
【０００２】
レチクル上に形成されたパターンを投影光学系を介してウエハ上に投影露光する半導体製造装置においては、投影光学系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光学系に対する焦点ずれの補正を行う必要がある。
【０００３】
投影光学系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入射型オートフォーカスセンサ（斜入射型面位置検出装置）が知られている。
【０００４】
特許文献１に開示されている斜入射型面位置検出装置においては、検出光を所定のピッチで配列された複数のスリット（送光スリット）の長手方向に対して４５°傾けて入射させ、送光スリットを通過する検出光を被検面に対して送光し、この送光スリットの像を被検面上に投影する。被検面上により反射された検出光を送光スリットに対応する受光スリットを介して斜め方向から受光することにより被検面の面位置を検出する。
【０００５】
また、特許文献２に開示されている斜入射型面位置検出装置においては、様々な要因により生じる面位置検出装置の基準計測値からのずれ、即ちセンサ間オフセット量を計測するために、所定の基準面に対してスリットの像を投影し、このスリットの像を検出する。検出されたスリットの像により各センサの基準計測値からのオフセット量の計測を行い、計測されたオフセット量を用いて被検面の面位置の計測を行う。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１３０６３５号公報
【特許文献２】特開２００２−３１５０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、被検面の面位置が上下方向に移動している場合、面位置検出装置の送光スリットを通過した検出光は所定の方向に横ずれ（以下、像ずれとする）して受光スリットを通過する。この像ずれ量を検出することにより、被検面の面位置を検出する。
【０００８】
しかしながら、装置の外乱等により送光スリットとそれに対応して設けられている受光スリットとの位置関係が像ずれの方向と直交する方向に変化する場合がある。この場合、特許文献１に記載されている斜入射型面位置検出装置においては、検出光をスリットの長手方向に対して４５°傾けて入射させているため、被検面の面位置を検出する際、像ずれの方向に沿った成分にも変化が生じ、この像ずれの方向に沿った成分だけ検出誤差が生じる。
【０００９】
また、特許文献２に記載されている斜入射型面位置検出装置においては、センサ間オフセット量を計測するための所定の基準面として基準平面板を用いているが、この基準平面板は、基準計測値からのオフセット量を正確に計測するために、高い面精度を有する必要がある。
【００１０】
この発明の課題は、装置の設置誤差等に影響されることなく被検面の面位置を正確に検出することができ、かつ高い面精度を有する基準平面板を用いてセンサ間オフセット量を正確に計測することができる面位置検出装置、該面位置検出装置を備えた露光装置及び該面位置検出装置を備えた露光装置による露光方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１記載の面位置検出装置は、被検面に対して斜め方向から検出光を送光し、該被検面により反射された前記検出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、前記被検面上に２次元的に配列される複数の検出点のそれぞれにスリット状の光照射領域を形成するために、前記被検面へ前記検出光を送光する送光系と、前記被検面上に配列される前記複数の検出点のそれぞれにて反射された前記検出光を受光する受光系とを備え、前記検出光は、前記複数の検出点に形成される前記スリット状の光照射領域の長手方向に略直交する方向から入射することを特徴とする。
【００１２】
この請求項１記載の面位置検出装置によれば、検出光が複数の検出点に形成されるスリット状の光照射領域の長手方向に略直交する方向から入射するため、被検面の面位置が上下方向に移動している場合、複数の検出点に形成されるスリット状の光照射領域の短手方向に横ずれして、被検面上の複数の検出点にスリット状の光照射領域が形成される。この横ずれ量を検出することにより、被検面の面位置を検出する。従って、装置の外乱等により検出点におけるスリット状の光照射領域がこの光照射領域の長手方向にずれた場合においても、光照射領域の短手方向に沿った成分が変化することなく、被検面の面位置を正確に検出することができる。
【００１３】
また、請求項２記載の面位置検出装置は、前記複数の検出点は所定ピッチで配列されたマトリクス状の検出点を備え、前記被検面の高さ方向における位置ずれによって生じる前記スリット状の光照射領域のピッチずれを判別するためのピッチずれ判別手段を備え、前記ピッチずれ判別手段は、前記送光系を介して前記複数の検出点のうちの前記長手方向における両端に配置される２つの検出点に対してスリット状の光照射領域を形成し、且つ前記受光系を介して前記両端に配置される前記２つの検出点からの反射光を受光することを特徴とする。
【００１４】
この請求項２記載の面位置検出装置によれば、複数の検出点のピッチずれを判別するピッチずれ判別手段を備えているため、複数の検出点のピッチずれを判別することができる。即ち、ある検出点からの反射光を受光する領域に別の検出点からの反射光が到達し、受光した場合においても、複数の検出点のうちの光照射領域の長手方向の両端に配置される２つの検出点からの反射光を受光する領域で別の検出点からの反射光を受光することがないため、複数の検出点のピッチずれを判別することができる。従って、被検面の面位置を正確に検出することができる。
【００１５】
また、請求項３記載の面位置検出装置は、前記ピッチずれ判別手段が利用する前記両端に配置される前記２つの検出点が、前記検出光の入射方向の所定距離内に他の検出点が配置されない位置に位置決めされることを特徴とする。
【００１６】
この請求項３記載の面位置検出装置によれば、光照射領域の長手方向の両端に配置される２つの検出点が検出光の入射方向の所定距離内に他の検出点が配置されない位置に配置されるため、確実に複数の検出点のピッチずれを判別することができる。即ち、複数の検出点のピッチずれが生じた場合においても、光照射領域の長手方向の両端に配置される２つの検出点からの反射光を受光する領域に他の検出点からの反射光が到達することがないため、複数の検出点のピッチずれを確実に判別することができる。従って、被検面の面位置を正確に検出することができる。
【００１７】
また、請求項４記載の面位置検出装置は、前記両端に配置される前記２つの検出点が、前記マトリクス状の検出点とは異なる位置であって、前記被検面が走査される走査方向または前記走査方向と直交する方向に沿って所定のピッチから所定量ずらして配列されていることを特徴とする。
【００１８】
この請求項４記載の面位置検出装置によれば、光照射領域の長手方向の両端に配置される２つの検出点がマトリクス状の検出点とは異なる位置であり、被検面が走査される走査方向または走査方向と直交する方向に沿って所定のピッチから所定量ずらして配列されているため、精度良く複数の検出点のピッチずれを判別することができる。即ち、複数の検出点のピッチずれが生じた場合においても、被検面が走査される走査方向または走査方向と直交する方向に沿って所定のピッチから所定量ずらして配列されていることから、光照射領域の長手方向の両端に配置される２つの検出点からの反射光を受光する領域に他の検出点からの反射光が到達することがない。従って、複数の検出点のピッチずれを確実に判別することができ、被検面の面位置を正確に検出することができる。
【００１９】
また、請求項５記載の面位置検出装置は、前記両端に配置される前記２つの検出点が前記走査方向に沿って所定のピッチから所定量ずらして配列されていることを特徴とする。
【００２０】
この請求項５記載の面位置検出装置によれば、光照射領域の長手方向の両端に配置される２つの検出点が走査方向に沿って所定のピッチから所定量ずらして配列されているため、被検面のローリング方向（被検面が走査される走査方向を軸とする回転方向）における検出精度を決定する距離、即ち光照射領域の長手方向の両端に配置される２つの検出点と被検面の中心との距離を変化させることがない。
【００２１】
例えば両端に配置される２つの検出点と被検面の中心との距離に変化が生じたとき、被検面のローリング方向における検出精度に変化が生じる。また、面位置検出装置を露光装置に搭載する際に、上述の距離を同一の値にしておくことにより、従来の露光装置との整合性を確保することができ、従来の面位置検出装置との互換性を確保することができる。
【００２２】
また、請求項６記載の面位置検出装置は、前記複数の検出点が配列されない領域に、少なくとも１つの方向弁別検出点が配置されることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項７記載の面位置検出装置は、前記方向弁別検出点が前記被検面が走査される走査方向の両端のうちの少なくとも一方に配列されていることを特徴とする。
【００２４】
この請求項６及び請求項７記載の面位置検出装置によれば、被検面が走査される走査方向の両端のうちの少なくとも一方の複数の検出点が配列されない領域に少なくとも１つの方向弁別検出点が配置されているため、方向弁別検出点からの反射光を受光する領域において複数の検出点からの反射光を受光することなく、方向弁別検出点からの反射光のみを受光することにより被検面の面位置の位置ずれの方向を検出することができる。従って、被検面の面位置を正確に検出することができる。
【００２５】
また、請求項８記載の面位置検出装置は、ＰＶ値（peak to valley value）が１０ｎｍ以下の面精度を有する基準平面板を備え、前記基準平面板に前記検出光を照射し、前記基準平面板により反射された前記検出光を検出することにより、前記検出点のそれぞれにおける基準計測値からのオフセット量を計測することを特徴とする。
【００２６】
この請求項８記載の面位置検出装置によれば、ＰＶ値が１０ｎｍ以下の高い面精度を有する基準平面板を用いるため、検出点のそれぞれにおける基準計測値からのオフセット量を正確に計測することができ、被検面の面位置を正確に検出することができる。
【００２７】
また、請求項９記載の面位置検出装置は、前記基準平面板が１ｐｐｍ以下の線膨張係数を有する材料により形成されていることを特徴とする。この請求項９記載の面位置検出装置によれば、基準平面板が１ｐｐｍ以下の線膨張係数を有する面精度が高い材料により形成されているため、温度変化等に影響されることなく、検出点のそれぞれにおける基準計測値からのオフセット量を正確に計測することができ、被検面の面位置を正確に検出することができる。
【００２８】
また、請求項１０記載の面位置検出装置は、前記基準平面板が該基準平面板の厚さをｄ、有効径をｒとしたとき、
ｄ／ｒ  ≧  ０．２５
を満足することを特徴とする。
【００２９】
この請求項１０記載の面位置検出装置によれば、基準平面板の厚さｄが有効径、即ち基準平面板において検出光が入射する領域の直径ｒに対して２５％以上の厚さを有しているため、基準平面板にたわみやゆがみが生じることなく、検出点のそれぞれにおける基準計測値からのオフセット量を正確に計測することができる。
【００３０】
また、請求項１１記載の面位置検出装置は、前記基準平面板が該基準平面板の下面により反射される前記検出光が該基準平面板の上面により反射される前記検出光と重ならない厚さを有する平行平面ガラスであることを特徴とする。
【００３１】
この請求項１１記載の面位置検出装置によれば、基準平面板が基準平面板の下面により反射される検出光が基準平面板の上面により反射される検出光と重ならない厚さを有する平行平面ガラスであることから、検出点からの反射光を受光する領域で基準平面板の下面により反射される検出光を受光することなく、検出点それぞれにおける基準計測値からのオフセット量を正確に計測することができる。
【００３２】
また、請求項１２記載の面位置検出装置は、前記基準平面板の下面が前記基準平面板の上面に対して所定の角度を有することを特徴とする。この請求項１２記載の面位置検出装置によれば、基準平面板の下面が基準平面板の上面に対して所定の角度を有しているため、基準平面板の下面により反射される検出光は受光系が受光する領域外に進行する。従って、検出点からの反射光を受光する領域で基準平面板の下面により反射される検出光を受光することなく、検出点それぞれにおける基準計測値からのオフセット量を正確に計測することができる。
【００３３】
また、請求項１３記載の面位置検出装置は、前記基準平面板の下面が光吸収面で構成されていることを特徴とする。この請求項１３記載の面位置検出装置によれば、基準平面板の下面が光吸収面で構成されているため、基準平面板の下面により反射される検出光の光量を十分に小さくすることができる。従って、検出点からの反射光を受光する領域で基準平面板の下面により反射される検出光を実質的に受光することなく、検出点それぞれにおける基準計測値からのオフセット量を正確に計測することができる。
【００３４】
また、請求項１４記載の面位置検出装置は、前記基準平面板の下面が拡散面で構成されていることを特徴とする。この請求項１４記載の面位置検出装置によれば、基準平面板の下面が拡散面で構成されているため、基準平面板の下面により反射される検出光は拡散される。従って、検出点からの反射光を受光する領域で基準平面板の下面により反射される検出光を受光することなく、検出点それぞれにおける基準計測値からのオフセット量を正確に計測することができる。
【００３５】
また、請求項１５記載の面位置検出装置は、前記基準平面板が該基準平面板の上面に反射膜を有するセラミックス材料により形成されていることを特徴とする。この請求項１５記載の面位置検出装置によれば、基準平面板が基準平面板の上面に反射膜を有する硬い材質のセラミックス材料により形成されているため、外部応力などによる機械的な歪みを極力抑えることができ、基準計測値からのオフセット量を正確に計測することができる。また、基準平面板の機械的な歪みを極力抑えることができるため、基準平面板の厚さを薄くすることができる。
【００３６】
また、請求項１６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、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１５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。
【００３７】
この請求項１６記載の露光装置によれば、請求項１乃至請求項１５のいず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。
【００３８】
また、請求項１７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１５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含むことを特徴とする。
【００３９】
この請求項１７記載の露光方法によれば、請求項１乃至請求項１５のいずれか一項に記載の面位置検出装置を用いるため、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うことができる。
【発明の効果】
【００４０】
この発明の面位置検出装置によれば、検出光が複数の検出点に形成されるスリット状の光照射領域の長手方向に略直交する方向から入射するため、被検面の面位置が上下方向に移動している場合、複数の検出点に形成されるスリット状の光照射領域の短手方向に横ずれして、被検面上の複数の検出点にスリット状の光照射領域が形成される。この横ずれ量を検出することにより、被検面の面位置を検出する。従って、装置の外乱等により検出点におけるスリット状の光照射領域が、この光照射領域の長手方向にずれた場合においても、光照射領域の短手方向に沿った成分が変化することなく、被検面の面位置を正確に検出することができる。
【００４１】
また、光照射領域の長手方向の両端に配置される２つの検出点が検出光の入射方向の所定距離内に他の検出点が配置されない位置に配置されるため、確実に複数の検出点のピッチずれを判別することができる。即ち、複数の検出点のピッチずれが生じた場合においても、両端に配置される２つの検出点からの反射光を受光する領域に他の検出点からの反射光が到達することがないため、複数の検出点のピッチずれを確実に判別することができる。
【００４２】
また、被検面が走査される走査方向の両端のうちの少なくとも一方の複数の検出点が配列されない領域に少なくとも１つの方向弁別検出点が配置されているため、方向弁別検出点からの反射光を受光する領域に複数の検出点からの反射光を受光することなく、方向弁別検出点からの反射光を受光することにより被検面の面位置の位置ずれの方向を検出することができる。
【００４３】
また、高い面精度を有する基準平面板を用いるため、複数の検出点のそれぞれにおける基準計測値からのオフセット量を正確に計測することができる。
【００４４】
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。
【００４５】
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用いるため、感光性基板の面位置の検出が良好に行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うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態にかかる投影露光装置について説明する。図１は、この発明の実施の形態にかかる投影露光装置の概略構成を示す図である。図１に示すように、この実施の形態においては、マスクＭと感光性基板としてのウエハＷとを同期移動させつつ、マスクＭに形成されているパターンを投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に転写するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置を例に説明する。
【００４７】
また、以下の説明においては、図１中に示すＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸がウエハＷに対して平行となるよう設定され、Ｚ軸がウエハＷに対して直交する方向に設定されている。図中のＸＹＺ座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。また、この実施の形態ではウエハＷを移動させる方向（走査方向）をＹ軸方向に設定している。
【００４８】
図１に示すように、光源を含む照明光学系ＩＬから射出された光束は、マスクステージＭＳＴに載置されているマスクＭを照明する。このマスクＭを載置しているマスクステージＭＳＴは、マスクＭ面（ＸＹ平面）に沿って移動可能に構成されている。また、マスクステージＭＳＴの位置は、図示しないマスクステージ干渉計によって計測され且つ位置制御されている。
【００４９】
マスクＭを照明した光束は、投影光学系ＰＬを介して、ウエハステージＷＳＴに載置されているウエハＷの被露光面（ウエハ面）Ｓを照射する。光束が照射されることにより、ウエハＷの被露光面ＳにマスクＭのパターン像が投影される。このウエハＷを載置しているウエハステージＷＳＴは、ウエハＷを投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直な平面（ＸＹ平面）内で平行移動、微小回転可能に構成されており、かつ光軸ＡＸに沿ったフォーカシング方向（Ｚ方向）へ移動可能に構成されている。また、ウエハステージＷＳＴの位置は、図示しないウエハステージ干渉計によって計測され且つ位置制御されている。
【００５０】
また、この投影露光装置は、面位置検出装置２を備えている。この面位置検出装置２は、各露光ショット毎に、投影光学系ＰＬによる結像面に対する焦点深度の幅内にウエハＷのウエハ面Ｓの露光領域を収めるために、ウエハ面Ｓの露光領域上の各点における投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）の位置を検出する。
【００５１】
図１に示すように、面位置検出装置２は、検出光を被検面であるウエハ面Ｓに送光する送光系ＳＬとウエハ面Ｓにより反射された検出光を受光する受光系ＲＬとを備えている。
【００５２】
図２は、面位置検出装置２の送光系ＳＬの光源部の構成を示す図である。図２に示すように、送光系ＳＬの光源であるハロゲンランプ３の両端から射出した検出光は、コリメートレンズ４ａ，４ｂを通過することによりそれぞれ略平行光束となり、所定の波長帯のみを通過させる波長選択フィルタ５ａ，５ｂをそれぞれ通過する。ここで、波長選択フィルタ５ａ，５ｂは、それぞれ紫外域の波長を吸収する紫外域カットフィルタ６ａ，６ｂ、熱線を吸収する熱線カットフィルタ７ａ，７ｂ、近赤外域の波長を吸収する近赤外域カットフィルタ８ａ，８ｂにより構成されている。検出光は、波長選択フィルタ５ａ，５ｂをそれぞれ通過することにより所定の波長域に絞られる。波長選択フィルタ５ａ，５ｂを通過した検出光は、集光レンズ９ａ，９ｂによりそれぞれ集光されて、ライトガイドファイバ１０の入射端１０ａ，１０ｂにそれぞれ入射する。
【００５３】
ライトガイドファイバ１０は、例えば多数のファイバ素線をランダムに束ねて構成されたランダムライトガイドファイバであって、入射端１０ａ，１０ｂと、射出端１０ｃを備えている。ライトガイドファイバ１０の入射端１０ａ，１０ｂへ入射した検出光は、その内部を伝播しランダムミックスされた後、１本に束ねられ射出端１０ｃから射出する。ライトガイドファイバ１０の射出端１０ｃから射出した検出光は、図１に示すように、コンデンサレンズ１１を通過して、送光スリットプリズム１２に入射する。送光スリット１２に入射した検出光は、送光スリットプリズム１２により屈折されることにより偏向される。
【００５４】
図３は、送光スリットプリズム１２の射出面に備えられている送光スリット１２ａの平面図である。図３に示すように、送光スリット１２ａには、５１個のスリット状の開口部ＳＳ１１〜ＳＳ１７，ＳＳ２１〜ＳＳ２７，ＳＳ３１〜ＳＳ３７，ＳＳ４１〜ＳＳ４７，ＳＳ５１〜ＳＳ５７，ＳＳ６１〜ＳＳ６７，ＳＳ７１〜ＳＳ７７及びＤＳ１，ＤＳ２が２次元的に配列されている。ここで、スリット状の開口部ＳＳ１１，ＳＳ７７，ＤＳ１，ＤＳ２以外の開口部ＳＳ１２〜ＳＳ１７，ＳＳ２１〜ＳＳ２７，ＳＳ３１〜ＳＳ３７，ＳＳ４１〜ＳＳ４７，ＳＳ５１〜ＳＳ５７，ＳＳ６１〜ＳＳ６７，ＳＳ７１〜ＳＳ７６は、後述するウエハ面Ｓ上に所定ピッチで配列される検出点のそれぞれに検出光による光照射領域が形成されるように、所定ピッチで形成されている。また、スリット状の開口部ＳＳ１１，ＳＳ７７，ＤＳ１，ＤＳ２は、後述するウエハ面Ｓ上の所定の位置に配列される検出点のそれぞれに検出光による光照射領域が形成されるように、所定の位置に形成されている。また、送光スリット１２ａは、コンデンサレンズ１１を通過した検出光が各スリット状の開口部の長手方向に略直交する方向から入射するように配置されている。なお、送光スリット１２ａにおいては、５１個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。
【００５５】
送光スリット１２ａのスリット状の開口部ＳＳ１１〜ＳＳ１７，ＳＳ２１〜ＳＳ２７，ＳＳ３１〜ＳＳ３７，ＳＳ４１〜ＳＳ４７，ＳＳ５１〜ＳＳ５７，ＳＳ６１〜ＳＳ６７，ＳＳ７１〜ＳＳ７７，ＤＳ１，ＤＳ２を通過した検出光は、送光スリットプリズム１２から射出し、偏向プリズムペア１３に入射する。
【００５６】
偏向プリズムペア１３は、図４に示すように、接合されている２種類のくさびプリズム１３ａ，１３ｂと、同様に接合されている２種類のくさびプリズム１３ｃ，１３ｄを備えており、くさびプリズム１３ｂとくさびプリズム１３ｄとを所定の間隔で対向させて構成されている。また、検出光が入射するくさびプリズム１３ａの入射面１４と検出光が射出するくさびプリズム１３ｄの射出面１５は、送光系ＳＬの光軸に垂直となるように構成されている。また、くさびプリズム１３ａ，１３ｄは、くさびプリズム１３ｂ，１３ｃに比べて高い屈折率を有するガラスにより構成されている。また、くさびレンズ１３ａ，１３ｄにはフランジ加工が施されているため、偏向プリズムペア１３は送光系ＳＬの光軸方向に対してコンパクトに保持されている。
【００５７】
くさびプリズム１３ａ，１３ｂ及びくさびレンズ１３ｃ，１３ｄは、送光系ＳＬの光軸を中心として回転可能に構成されている。くさびプリズム１３ａ，１３ｂとくさびプリズム１３ｃ，１３ｄとを相対的に回転させることにより、偏向プリズムペア１３から射出する検出光の射出角度の調整を行うことができる。これにより、検出光がウエハ面Ｓに入射する際の入射角度の調整を行うことができる。また、偏向プリズムペア１３は、検出光に含まれる各波長の光の屈折方向が互いに平行となるように構成されている。即ち、偏向プリズムペア１３は、検出光に含まれる各波長の光の屈折率の違いにより生じる射出角度の分散が補正されており、偏向プリズムペア１３を通過する検出光に含まれる各波長の光はすべて同一の方向へ進行するように構成されている。
【００５８】
偏向プリズムペア１３を構成するくさびプリズム１３ｄの射出面１５から射出した検出光は、送光系ＳＬの光軸に対して傾斜可能に構成されている平行平板ガラス１６を通過する。なお、平行平面ガラス１６は、送光系ＳＬの光軸に垂直な相互に直交する２方向に傾斜可能に構成されている。平行平板ガラス１６の送光系ＳＬの光軸に対する傾斜角度を変更し、検出光の屈折角度を変化させることにより、平行平板ガラス１６から射出する検出光の射出位置の調整を行うことができる。これにより、検出光がウエハ面Ｓに入射する際の入射位置の調整を行うことができる。次に、検出光は、第２対物レンズ群１７、送光系ＳＬの光軸に対して傾斜可能に構成されている平行平板ガラス１８を通過する。なお、平行平板ガラス１８も平行平板ガラス１６と同様に、送光系ＳＬの光軸に垂直な相互に直交する２方向に傾斜可能に構成されている。平行平板ガラス１８の送光系ＳＬの光軸に対する傾斜角度を変更することにより、平行平板ガラス１８から射出する検出光の射出位置の調整を行うことができる。これにより、検出光がウエハ面Ｓに入射する際の入射角度の調整を行うことができる。
【００５９】
平行平板ガラス１８を通過した検出光は、偏向プリズムペア１９に入射する。偏向プリズムペア１９は、図４に示す偏向プリズムペア１３の構成と同一の構成を有しており、偏向プリズムペア１９を構成するくさびプリズムを送光系ＳＬの光軸を中心として回転させることにより偏向プリズムペア１９から射出する検出光の射出角度の調整を行うことができる。これにより、検出光がウエハ面Ｓに入射する際の入射位置の調整を行うことができる。また、偏向プリズムペア１９においても、検出光に含まれる各波長の光の屈折率の違いにより生じる射出角度の分散が補正されており、偏向プリズムペア１９を通過する検出光に含まれる各波長の光はすべて同一の方向へ進行するように構成されている。偏向プリズムペア１９から射出した検出光は、折曲げミラー２０、駆動可能に構成されている振動ミラー２１により反射される。検出光が折曲げミラー２０及び振動ミラー２１により反射されることにより、送光系ＳＬの光軸がウエハ面Ｓに近い方向へシフトされる。ここで、振動ミラー２１は、後述する第１対物レンズ群２３の焦点面に位置するように配置されている。また、検出光が振動ミラー２１に入射する際の入射角は、３５°以下とすることが望ましい。
【００６０】
次に、振動ミラー２１により反射された検出光は、光路長の補正を行う平行平板ガラス２２を通過する。ここで、平行平板ガラス２２は、例えば複数枚の平行平板ガラスにより構成されており、平行平板ガラスの枚数を調整することにより、検出光の光路長の補正を行うことができる。平行平板ガラス２２を通過した検出光は、第１対物レンズ群２３を通過して、菱形プリズム２４に入射する。菱形プリズム２４は、菱形断面を有する四角柱状のプリズムである。菱形プリズム２４の入射面２４ａを透過した検出光は、互いに平行な一対の反射面２４ｂ及び２４ｃで順次反射され、入射面２４ａに平行な射出面２４ｄから射出する。即ち、検出光は、菱形プリズム２４から射出されることによって送光系ＳＬから射出する。
【００６１】
検出光が菱形プリズム２４を通過することにより、検出光の光路を被検面であるウエハ面Ｓにより近い位置にシフトすることができる。従って、菱形プリズム２４からウエハ面Ｓまでの検出光の光路長（いわゆるむき出し光路）を長くすることなく、ウエハ面Ｓに大きな入射角で検出光を入射させることができる。また、いわゆるむき出し光路を短くすることができるため、検出光のゆらぎによる影響を軽減することができる。
【００６２】
菱形プリズム２４を通過した検出光は、ウエハ面Ｓに入射する際に、ウエハステージＷＳＴの走査方向（Ｙ方向）に対して４５°方位からウエハ面Ｓに入射する。また、この実施の形態にかかる露光装置においては、ウエハ面Ｓに検出光が入射する入射角は、８４°となるように設定されている。なお、検出光のウエハ面Ｓへの入射角は、８０°以上とすることが望ましい。
【００６３】
また、この実施の形態においては、送光スリットプリズム１２からウエハ面Ｓまでのレンズ系横倍率は、等倍となるように設定されている。従って、送光スリットプリズム１２から射出する検出光の射出角は、ウエハ面Ｓに入射する検出光の入射角に等しい。なお、送光スリットプリズム１２からウエハ面Ｓまでのレンズ系横倍率は、実用的に１／２倍〜２倍となるように設定されることが望ましい。
【００６４】
ウエハ面Ｓ上においては、所定のピッチ（この実施の形態では、ウエハステージＷＳＴの走査方向に４ｍｍピッチ、走査方向に直交する方向に３．５ｍｍピッチ）でマトリクス状の検出点が２次元的に配列される。送光スリット１２ａを通過した検出光がウエハ面Ｓを照射することにより検出点のそれぞれにスリット状の光照射領域が形成される。図５は、送光スリット１２ａの５１個のスリット状の開口部ＳＳ１１〜ＳＳ１７，ＳＳ２１〜ＳＳ２７，ＳＳ３１〜ＳＳ３７，ＳＳ４１〜ＳＳ４７，ＳＳ５１〜ＳＳ５７，ＳＳ６１〜ＳＳ６７，ＳＳ７１〜ＳＳ７７，ＤＳ１，ＤＳ２を通過した検出光がウエハ面Ｓを照射することにより検出点のそれぞれに形成されたスリット像（スリット状の光照射領域）を示す図である。
【００６５】
ウエハ面Ｓ上に結像されるスリット像ＡＦ１１〜ＡＦ１７は送光スリット１２ａのスリット状の開口部ＳＳ１１〜ＳＳ１７の像である。同様に、スリット像ＡＦ２１〜ＡＦ２７はスリット状の開口部ＳＳ２１〜ＳＳ２７、スリット像ＡＦ３１〜ＡＦ３７はスリット状の開口部ＳＳ３１〜ＳＳ３７、スリット像ＡＦ４１〜４７はスリット状の開口部ＳＳ４１〜ＳＳ４７、スリット像ＡＦ５１〜ＡＦ５７はスリット状の開口部ＳＳ５１〜ＳＳ５７、スリット像ＡＦ６１〜ＡＦ６７はスリット状の開口部ＳＳ６１〜ＳＳ６７、スリット像ＡＦ７１〜ＡＦ７７はスリット状の開口部ＳＳ７１〜ＳＳ７７、スリット像ＡＦ８０とＡＦ８１はスリット状の開口部ＤＳ１とＤＳ２の像である。
【００６６】
検出光は送光スリット１２ａのスリット状の開口部の長手方向に略直交する方向からスリット状の開口部に入射しており、ウエハステージＷＳＴの走査方向（Ｙ方向）に対して４５°傾いた方向からウエハ面Ｓに入射しているため、ウエハ面Ｓ上における各スリット像の長手方向はウエハステージＷＳＴの走査方向（Ｙ方向）に対して４５°傾いている。
【００６７】
また、スリット状の光照射領域の長手方向の両端に位置しているスリット像ＡＦ１１及びＡＦ７７は、ウエハ面Ｓの高さ方向における位置ずれによって生じるスリット像のピッチずれを判別するために用いられる。従って、スリット像ＡＦ１１及びＡＦ７７は、ウエハＷの走査方向（Ｙ方向）に対して４５°傾いた方向、即ち検出光の入射方向の所定距離内に他のスリット像が形成されない位置であり、かつ他のスリット像が形成されている所定のピッチからウエハステージＷＳＴの走査方向に沿って所定量（この実施の形態では約１ｍｍ）ずれた位置に形成される。
【００６８】
スリット状の開口部ＤＳ１及びＤＳ２のスリット像ＡＦ８０及びＡＦ８１は、ウエハＷの位置ずれの方向を識別するために用いられる。スリット像ＡＦ８０及びＡＦ８１は、他のスリット像が形成されない領域に設けられた方向弁別検出点に形成される。即ち、方向弁別検出点は、ウエハステージＷＳＴの走査方向（Ｙ方向）の両端にそれぞれ形成されている。
【００６９】
ウエハ面Ｓにより反射された検出光は、受光系ＲＬを構成する菱形プリズム２５に入射する。菱形プリズム２５は、菱形プリズム２４と同様に、菱形断面を有する四角柱状のプリズムである。従って、菱形プリズム２５の入射面２５ａを通過した検出光は、互いに平行な一対の反射面２５ｂ及び２５ｃで順次反射された後、入射面２５ａに平行な射出面２５ｄを通過し、菱形プリズム２５から射出する。
【００７０】
菱形プリズム２５から射出した検出光は、第１対物レンズ群２６、平行平板ガラス２７を通過して、倍率補正レンズ群２８に入射する。ここで、平行平板ガラス２７は、送光系ＳＬに備えられている平行平板ガラス２２と同様に、例えば複数枚の平行平板ガラスにより構成されており、平行平板ガラスの枚数を調整することにより、検出光の光路長の補正を行うことができる。
【００７１】
図６は、倍率補正レンズ群２８の構成を示す図である。図６に示すように、倍率補正レンズ群２８は、検出光が通過する順に、凸レンズ２８ａ、凹レンズ２８ｂ及び凸レンズ２８ｃにより構成されている。凹レンズ２８ｂは、受光系ＲＬの光軸に沿って凸レンズ２８ａ側及び凸レンズ２８ｃ側に移動可能に配置されている。また、倍率補正レンズ群２８全体の光軸方向の位置も変更可能に配置されている。凹レンズ２８ｂを移動させ、倍率補正レンズ群２８の光軸方向の位置を変更させることにより、受光系ＲＬのテレセントリック性を維持しつつ、結像倍率及び像位置の補正を行うことができる。
【００７２】
倍率補正レンズ群２８から射出した検出光は、偏向プリズムペア２９に入射する。偏向プリズムペア２９は、図４に示す偏向プリズムペア１３の構成と同一の構成を有しており、偏向プリズムペア２９を構成するくさびプリズムを受光系ＲＬの光軸を中心として相対的に回転させることにより偏向プリズムペア２９から射出する検出光の射出角度の調整を行うことができる。これにより、検出光が受光スリットプリズム３５に入射する際の入射位置の調整を行うことができる。また、偏向プリズムペア２９においても、検出光に含まれる各波長の光の屈折率の違いにより生じる射出角度の分散が補正されており、偏向プリズムペア２９を通過する検出光に含まれる各波長の光はすべて同一の方向へ進行するように構成されている。偏向プリズムペア２９から射出した検出光は、受光系ＲＬの光軸に対して傾斜可能に構成されている平行平板ガラス（ハービング）３０に入射する。なお、平行平板ガラス３０も平行平板ガラス１６と同様に、受光系ＲＬの光軸に垂直な相互に直交する２方向に傾斜可能に構成されている。平行平板ガラス３０の受光系ＲＬの光軸に対する傾斜角度を変更することにより、平行平板ガラス３３から射出する検出光の射出位置の調整を行うことができる。これにより、検出光が受光スリットプリズム３５に入射する際の入射位置の調整を行うことができる。
【００７３】
次に、検出光は、第２対物レンズ群３１、折曲げミラー３２、受光系ＲＬの光軸に対して傾斜可能に構成されている平行平板ガラス３３を通過する。なお、平行平板ガラス３３も平行平板ガラス１６と同様に、受光系ＲＬの光軸に垂直な相互に直交する２方向に傾斜可能に構成されている。平行平板ガラス３３の受光系ＲＬの光軸に対する傾斜角度を変更することにより、平行平板ガラス３３から射出する検出光の射出位置の調整を行うことができる。これにより、検出光が受光スリットプリズム３５に入射する際の入射位置の調整を行うことができる。
【００７４】
平行平板ガラス３３を通過した検出光は、偏向プリズムペア３４に入射する。偏向プリズムペア３４は、図４に示す偏向プリズムペア１３の構成と同一の構成を有しており、偏向プリズムペア３４を構成するくさびプリズムを受光系ＲＬの光軸を中心として相対的に回転させることにより偏向プリズムペア３４から射出する検出光の射出角度の調整を行うことができる。これにより、検出光が受光スリットプリズム３５に入射する際の入射角度の調整を行うことができる。また、偏向プリズムペア３４においても、検出光に含まれる各波長の光の屈折率の違いにより生じる射出角度の分散が補正されており、偏向プリズムペア３４を通過する検出光に含まれる各波長の光はすべて同一の方向へ進行するように構成されている。偏向プリズムペア３４から射出した検出光は、受光スリットプリズム３５に入射する。
【００７５】
受光スリットプリズム３５の入射面に備えられている受光スリットには、図３に示す送光スリットプリズム１２の射出面に備えられている送光スリット１２ａの５１個のスリット状の開口部ＳＳ１１〜ＳＳ１７，ＳＳ２１〜ＳＳ２７，ＳＳ３１〜ＳＳ３７，ＳＳ４１〜ＳＳ４７，ＳＳ５１〜ＳＳ５７，ＳＳ６１〜ＳＳ６７，ＳＳ７１〜ＳＳ７７，ＤＳ１，ＤＳ２に対応する５１個のスリット状の開口部が２次元的に配列されている。受光スリットプリズム３５の射出面に備えられている受光スリットを通過した検出光は、リレー光学系３６，３７を通過して受光センサ３８に入射する。
【００７６】
図７は、受光センサ３８の受光面を示す図である。図５に示すスリット像ＡＦ１１〜ＡＦ１７のそれぞれに対応して受光素子ＲＳ１１〜ＲＳ１７が配置されており、各受光素子ＲＳ１１〜ＲＳ１７は各スリット像ＡＦ１１〜ＡＦ１７が形成されたウエハ面Ｓ上の各検出点により反射されて受光スリットを通過した検出光を受光する。同様に、スリット像ＡＦ２１〜ＡＦ２７のそれぞれに対応して受光素子ＲＳ２１〜ＲＳ２７、スリット像ＡＦ３１〜ＡＦ３７のそれぞれに対応して受光素子ＲＳ３１〜ＲＳ３７、スリット像ＡＦ４１〜ＡＦ４７のそれぞれに対応して受光素子ＲＳ４１〜ＲＳ４７、スリット像ＡＦ５１〜ＡＦ５７のそれぞれに対応して受光素子ＲＳ５１〜ＲＳ５７、スリット像ＡＦ６１〜ＡＦ６７のそれぞれに対応して受光素子ＲＳ６１〜ＲＳ６７、スリット像ＡＦ７１〜ＡＦ７７のそれぞれに対応して受光素子ＲＳ７１〜ＲＳ７７が配置されている。また、各受光素子ＲＳ２１〜ＲＳ７７は、各スリット像ＡＦ２１〜ＡＦ７７が形成されたウエハ面Ｓ上の各検出点により反射されて受光スリットを通過した検出光を受光する。
【００７７】
また、スリット像ＡＦ８０に対応してウエハＷの位置ずれの方向を識別するために用いられる受光素子ＲＳ８０が配置されており、この受光素子ＲＳ８０は検出光の入射方向に受光領域８０ａと受光領域８０ｂとに２分割されている。同様に、スリット像ＡＦ８１に対応してウエハＷの位置ずれの方向を識別するために用いられる受光素子ＲＳ８１が配置されており、この受光素子ＲＳ８１は検出光の入射方向に受光領域８１ａと受光領域８１ｂとに２分割されている。
【００７８】
受光センサ３８の５１個の受光素子ＲＳ１１〜ＲＳ１７，ＲＳ２１〜ＲＳ２７，ＲＳ３１〜ＲＳ３７，ＲＳ４１〜ＲＳ４７，ＲＳ５１〜ＲＳ５７，ＲＳ６１〜ＲＳ６７、ＲＳ７１〜ＲＳ７７，ＲＳ８０，ＲＳ８１から出力される検出信号は、ピッチずれ信号及び方向識別信号は、検出部４４を介して、制御部４０に入力される。制御部４０は、ウエハステージＷＳＴの駆動を行う駆動部４６及び面位置検出装置２の振動ミラー２１の駆動を行うミラー駆動部４２に対して制御信号の出力を行う。
【００７９】
次に、この実施の形態にかかる面位置検出装置２におけるウエハ面Ｓの面位置の検出について説明する。以下、説明を簡単にするために、スリット像ＡＦ１２が形成されたウエハ面Ｓ上の検出点により反射されて受光スリットを通過した検出光、ピッチずれの判別を行うために用いられるスリット像ＡＦ１１が形成されたウエハ面Ｓ上の検出点により反射されて受光スリットを通過した検出光、ウエハＷの位置ずれの方向を識別するために用いられるスリット像ＡＦ８０が形成されたウエハ面Ｓ上の検出点により反射されて受光スリットを通過した検出光についてのみ説明を行う。各受光スリットを通過した検出光は、リレー光学系３６，３７を通過して受光センサ３８の受光素子ＲＳ１１，ＲＳ１２，ＲＳ８０に到達する。各受光素子ＲＳ１１，ＲＳ１２，ＲＳ８０により受光するパターン像の検出信号強度は、振動ミラー２１の振動に伴って変化する。
【００８０】
まず、スリット像ＡＦ１２が形成されたウエハ面Ｓ上の検出点により反射されて受光スリットを通過した検出光は、受光センサ３８の受光素子ＲＳ１２により受光される。受光素子ＲＳ１２から出力される検出信号強度は、検出部４４を介して、制御部４０に入力される。
【００８１】
また、スリット像ＡＦ１１が形成されたウエハ面Ｓ上の検出点により反射されて受光スリットを通過した検出光は、受光センサ３８の受光素子ＲＳ１１により受光される。受光素子ＲＳ１１から出力される検出信号強度は、検出部４４を介して制御部４０に入力される。受光素子ＲＳ１１が検出光を受光する場合には、受光素子ＲＳ１２〜ＲＳ７６においても受光素子ＲＳ１２〜ＲＳ７６のそれぞれに対応した受光スリットを通過した検出光を受光する。即ち、ピッチすれが生じていないことを示す。
【００８２】
一方、受光素子ＲＳ１２〜ＲＳ７６により検出光が受光されているが、受光素子ＲＳ１１により検出光が受光されていない場合、検出部４４は、ウエハ面Ｓの位置がベストフォーカス位置からＺ方向に大きくずれてピッチずれしていることを示すピッチずれ信号を制御部４０に出力する。即ち、受光素子ＲＳ１２〜ＲＳ７６が受光素子ＲＳ１２〜ＲＳ７６のそれぞれに対応した受光スリットを通過した検出光でなく他の受光スリットからの検出光を受光していることを示すピッチずれ信号を出力する。
【００８３】
また、スリット像ＡＦ８０が形成されたウエハ面Ｓ上の検出点により反射されて受光スリットを通過した検出光は、受光センサ３８の受光素子ＲＳ８０により受光される。受光素子ＲＳ８０の受光領域８０ａ，８０ｂはそれぞれ検出光の受光を行うことにより受光の有無を示す方向識別信号を検出部４４に出力する。即ち、ウエハ面Ｓの面位置がベストフォーカス位置近傍にある場合、受光領域８０ａ，８０ｂは、スリット像ＡＦ８０が形成されたウエハ面Ｓ上の検出点により反射された検出光を受光し、検出光を受光したことを示す方向識別信号を検出部４４に出力する。
【００８４】
また、ウエハ面Ｓの面位置がベストフォーカス位置から所定量以上−Ｚ方向に移動している場合、受光領域８０ａは、スリット像ＡＦ８０が形成されたウエハ面Ｓ上の検出点により反射されて受光スリットを通過した検出光を受光し、方向識別信号を検出部４４に出力する。一方、ウエハ面Ｓの面位置がベストフォーカス位置から所定量以上−Ｚ方向に移動しているために、スリット像ＡＦ８０が形成されたウエハ面Ｓ上の検出点からの検出光を受光しない受光領域８０ｂは、方向識別信号を検出部４４に出力しない。検出部４４は、受光領域８０ａからのみ方向識別信号を受信したことに基づいてウエハ面Ｓの面位置がベストフォーカス位置から所定量以上−Ｚ方向に移動していることを示す信号を制御部４０に出力する。
【００８５】
ウエハ面Ｓの面位置がベストフォーカス位置から所定量以上＋Ｚ方向に移動している場合、受光領域８０ｂは、スリット像ＡＦ８０が形成されたウエハ面Ｓ上の検出点により反射されて受光スリットを通過した検出光を受光し、方向識別信号を検出部４４に出力する。一方、ウエハ面Ｓの面位置がベストフォーカス位置から所定量以上＋Ｚ方向に移動しているために、スリット像ＡＦ８０が形成されたウエハ面Ｓ上の検出点からの検出光を受光しない受光領域８０ａは、方向識別信号を検出部４４に出力しない。検出部４４は、受光領域８０ｂからのみ方向識別信号を受信したことに基づいてウエハ面Ｓの面位置がベストフォーカス位置から所定量以上＋Ｚ方向に移動していることを示す信号を制御部４０に出力する。
【００８６】
制御部４０は、振動ミラー２１を駆動させているミラー駆動系４２から出力された振動周期と同一の位相の交流信号の位相を基準として各受光スリットを通過した検出光の検出信号強度の同期検波を行っている。制御部４０は、この同期検波の結果、ピッチずれ信号、ウエハ面Ｓが移動している方向を示す信号に基づいて、ウエハステージＷＳＴの移動量を算出し、駆動部４６を介してウエハステージＷＳＴをベストフォーカス位置となるように駆動する。
【００８７】
同様にして、受光センサ３８の受光素子ＲＳ１３〜ＲＳ１７，ＲＳ２１〜ＲＳ２７，ＲＳ３１〜ＲＳ３７，ＲＳ４１〜ＲＳ４７，ＲＳ５１〜ＲＳ５７，ＲＳ６１〜ＲＳ６７、ＲＳ７１〜ＲＳ７６から出力された検出信号強度は、検出部４４を介して、制御部４０に入力される。また、受光センサ３８の受光素子ＲＳ７７から出力された検出信号強度または受光素子ＲＳ７７が検出光を受光しないことに基づくピッチずれ信号は、検出部４４を介して、制御部４０に入力される。また、受光センサ３８の受光素子ＲＳ８１から出力された方向識別信号に基づくウエハ面Ｓの移動している方向を示す信号は、検出部４４を介して、制御部４０に入力される。制御部４０は、同期検波の結果、ピッチずれ信号及びウエハ面Ｓが移動している方向を示す信号に基づいて、ウエハステージＷＳＴの移動量を算出し、駆動部４６を介してウエハステージＷＳＴをベストフォーカス位置となるように駆動する。
【００８８】
ところで、送光系ＳＬ及び受光系ＲＬの取付け精度や装置の設置環境の変化等の様々な要因により、ウエハ面Ｓが理想的な状態（ベストフォーカス位置）にある場合にも、スリット像の形成される位置が基準となる設計位置からずれて、検出される位置情報に誤差が生じることがある。即ち、センサ間オフセットを生じることがある。そこで、この面位置検出装置２においては、ウエハＷに対してウエハ面Ｓの位置情報を検出するのに先立って、送光系ＳＬ及び受光系ＲＬを起因とする検出誤差を小さくするために、予めウエハステージＷＳＴ上に設けられている基準平面板５０を用いてセンサ間オフセット量の計測を行う。
【００８９】
基準平面板５０は、１０ｎｍ以下のＰＶ値（peak to valley value）を有する面精度で形成されており、１ｐｐｍ以下の線膨張係数を有する石英ガラスにより形成されている。なお、基準平面板５０を保持しているウエハステージＷＳＴも基準平面板５０と同一の線膨張係数を有していることが望ましい。また、基準平面板５０の厚さをｄ、有効径、即ち基準平面板５０において検出光が入射する領域の直径をｒとしたとき、２５％≦ｄ／ｒ≦３０％の条件を満足するように構成されている。また、石英ガラスにより形成されている基準平面板５０は、安定かつ高精度な鏡面加工を施すことができるため、反射膜等を有する必要がない。従って、反射膜等を形成することにより生じる応力の発生を回避することができ、基準平面板５０の高い面精度を確保することができる。
【００９０】
また、基準平面板５０は、基準平面板５０の下面により反射される検出光が基準平面板５０の上面により反射される検出光と重ならない程度の厚さを有する平行平板の石英ガラスにより形成されている。即ち、図８に示すように、基準平面板５０への入射角をθ１、屈折角をθ２、基準平面板５０に厚さをｄ、基準平面板５０の屈折率をｎとしたとき、あるスリット像を通過した光の入射点から２ｄ・ｔａｎθ２（ｓｉｎθ２＝ｓｉｎθ１／ｎ）の位置に他のスリット像を通過した光が入射しないような厚さｄを有するように形成されている。
【００９１】
制御部４０は、面位置検出装置２が基準平面板５０の面位置を検出できる位置まで、駆動系４６を介してウエハステージＷＳＴを移動する。次に、図１に示す面位置検出装置２の送光系ＳＬから射出される検出光を基準平面板５０に送光し、基準平面板５０により反射された検出光を受光系ＲＬの受光センサ３８により受光する。受光センサ３８は受光素子ＲＳ１１〜ＲＳ１７，ＲＳ２１〜ＲＳ２７，ＲＳ３１〜ＲＳ３７，ＲＳ４１〜ＲＳ４７，ＲＳ５１〜ＲＳ５７，ＲＳ６１〜ＲＳ６７、ＲＳ７１〜ＲＳ７７から出力された検出信号強度、受光素子ＲＳ８０及びＲＳ８１から出力された方向識別信号を検出部４４に出力する。検出部４４は、受信した検出信号強度、ＲＳ１１またはＲＳ７７が検出光を受光しないことに基づくピッチずれ信号、方向識別信号に基づくウエハ面Ｓが移動している方向を示す信号を制御部４０に出力する。
【００９２】
制御部４０は、検出部４４から受信した検出信号強度、ピッチずれ信号、ウエハ面Ｓが移動している方向を示す信号に基づいて、ウエハ面Ｓ上の各検出点における基準計測値からのオフセット量を計測する。制御部４０は、ウエハ面Ｓの面位置を検出する際に、各検出点において計測した基準計測値からのオフセット量を用いて、各検出点における検出信号強度、ピッチずれ信号、ウエハ面Ｓが移動している方向を示す信号に基づいて算出されるウエハ面Ｓの面位置の移動量の誤差の補正を行う。
【００９３】
この実施の形態にかかる面位置検出装置によれば、検出光が複数の検出点に形成されるスリット像の長手方向に略直交する方向から入射するため、装置の外乱等により検出点におけるスリット状の光照射領域がこの光照射領域の長手方向にずれた場合においても、光照射領域の短手方向に沿った成分が変化することなく、被検面であるウエハ面の面位置を正確に検出することができる。
【００９４】
また、複数の検出点のピッチずれを判別する２つの検出点が光照射領域の長手方向の両端に配置されているため、ピッチずれが生じた場合においても、２つの検出点からの反射光を受光する受光素子が他の検出点からの反射光を受光することがなく、ピッチずれを確実に判別することができる。また、ウエハステージの走査方向の両端に方向弁別検出点が他の検出点が配列されない領域に配置されているため、方向弁別検出点からの反射光を受光する領域において他の検出点からの反射光を受光することなく、方向弁別検出点からの反射光を受光することによりウエハ面の面位置の位置ずれの方向を検出することができる。また、高い面精度を有する基準平面板を用いるため、複数の検出点のそれぞれにおける基準計測値からのオフセット量を正確に計測することができる。
【００９５】
なお、この実施の形態においては、ウエハ面Ｓに形成されるスリット像ＡＦ１１及びＡＦ７７は、ウエハステージＷＳＴの走査方向（Ｙ方向）に沿って所定量ずれた位置に形成されるように設定されているが、ウエハステージＷＳＴの走査方向と直交する方向（Ｘ方向）に沿って所定量すれた位置に形成されるように設定してもよい。この場合においても、スリット像ＡＦ１１及びＡＦ７７が形成されるウエハ面Ｓの光照射領域に他のスリット像が形成されることがないため、ウエハ面Ｓ上の検出点のピッチずれを確実に判別することができる。
【００９６】
また、この実施の形態においては、方向弁別検出点として２つのスリット像ＡＦ８０及びＡＦ８１を備えて構成されているが、１つの方向弁別検出点を備えて構成されるようにしてもよい。
【００９７】
また、この実施の形態においては、基準平面板の下面により反射される検出光が基準平面板の上面により反射される検出光とが重ならないようにするために、基準平面板の下面が基準平面板の上面に対して所定の角度を有するようにしてもよい。この場合には、基準平面板の下面により反射される検出光は受光系が受光する領域外に進行するため、検出点からの反射光を受光する領域で基準平面板の下面により反射される検出光を受光することがなく、検出点それぞれにおける基準計測値からのオフセット量を正確に計測することができる。
【００９８】
また、この実施の形態においては、基準平面板の下面が拡散面または吸収面で構成されるようにしてもよい。基準平面板の下面が拡散面で構成されている場合には基準平面板の下面により反射される検出光は拡散され、基準平面板の下面が吸収面で構成されている場合には基準平面板の下面により反射される検出光は吸収される。従って、検出点からの反射光を受光する領域で基準平面板の下面により反射される検出光を受光することなく、検出点それぞれにおける基準計測値からのオフ セット量を正確に計測することができる。
【００９９】
また、この実施の形態においては、石英ガラスにより形成されている基準平面板５０を用いているが、上面に反射膜を有するセラミックス材料により形成されている基準平面板を用いてもよい。この場合には、外部応力などによる機械的歪みを極力抑えることができ、基準計測値からのオフセット量を正確に計測することができる。また、基準平面板の機械的歪みを極力抑えることができるため、基準平面板の厚さを薄くすることができる。
【０１００】
上述の実施の形態にかかる露光装置では、照明光学系ＩＬによってマスクＭを照明し（照明工程）、投影光学系ＰＬを用いてマスクＭに形成された転写用のパターンを感光性基板（ウエハ）Ｗ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、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いて感光性基板としてもプレート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９のフローチャートを参照して説明する。
【０１０１】
先ず、図９のステップＳ３０１において、１ロットのプレート上に金属膜が蒸着される。次のステップＳ３０２において、その１ロットのプレート上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、上述の実施の形態にかかる露光装置に備えられている面位置検出装置によりプレート表面の面位置を検出し、面位置の調整が行われる。次に、ステップＳ３０３において、上述の実施の形態にかかる露光装置を用いて、レチクル（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ロットのプレート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Ｓ３０４において、その１ロットのプレート上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップＳ３０５において、その１ロットのプレート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、各プレート上の各ショット領域に形成される。
【０１０２】
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、面位置検出装置により正確にプレート等の面位置が調整された露光装置を用いて露光を行なっているため、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Ｓ３０１〜ステップＳ３０５では、プレート上に金属を蒸着し、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、プレート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。
【０１０３】
また、上述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１０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、上述の実施の形態にかかる露光装置に備えられている面位置検出装置によりプレート表面の面位置を検出し、調整する。次に、図１０において、パターン形成工程Ｓ４０１では、上述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（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Ｓ４０２へ移行する。
【０１０４】
次に、カラーフィルタ形成工程Ｓ４０２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Ｓ４０２の後に、セル組み立て工程Ｓ４０３が実行される。セル組み立て工程Ｓ４０３では、パターン形成工程Ｓ４０１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Ｓ４０２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Ｓ４０３では、例えば、パターン形成工程Ｓ４０１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Ｓ４０２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。
【０１０５】
その後、モジュール組み立て工程Ｓ４０４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、面位置検出装置により正確にプレート等の面位置が調整された露光装置を用いて露光しているため、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。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】この発明の実施の形態にかかる露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態にかかる面位置検出装置の光源部の構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態にかかる面位置検出装置が備える送光スリットの平面図である。
【図４】この発明の実施の形態にかかる面位置検出装置が備える偏向プリズムペアの構成を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態にかかる露光装置のウエハ面上に投影されるスリット像を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態にかかる面位置検出装置が備える倍率補正レンズ群の構成を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態にかかる面位置検出装置が備える受光センサの受光素子を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態にかかる基準平面板の断面図である。
【図９】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】
【０１０７】
ＩＬ…照明光学系、ＰＬ…投影光学系、Ｍ…マスク、Ｗ…ウエハ、Ｓ…ウエハ面、ＭＳＴ…マスクステージ、ＷＳＴ…ウエハステージ、２…面位置検出装置、ＳＬ…送光系、ＲＬ…受光系、１０…ライトガイドファイバ、１２…送光スリットプリズム、１３，１９，２９，３４…偏向プリズムペア、１６，１８，２２，２７，３０，３３…平行平板ガラス、２１…振動ミラー、２４，２５…菱形プリズム、２８…倍率補正レンズ群、３５…受光スリットプリズム、３８…受光センサ、４０…制御部、４２…ミラー駆動部、４４…検出部、４６…駆動部。
【図１】
2005201675.tif 000003
【図２】
2005201675.tif 000004
【図３】
2005201675.tif 000005
【図４】
2005201675.tif 000006
【図５】
2005201675.tif 000007
【図６】
2005201675.tif 000008
【図７】
2005201675.tif 000009
【図８】
2005201675.tif 000010
【図９】
2005201675.tif 000011
【図１０】
2005201675.tif 000012