(57)【要約】【課題】  光出力変調可能な光源を用いて被検面の面位置を検出する面位置検出装置を提供する。【解決手段】  光源からの光に基づいて被検面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、前記光源を駆動して前記光源からの光の出力変調を行う光源変調手段と、送光パターンを有する送光面１２ａを通過した前記光源からの前記出力変調された光に基づいて、前記被検面Ｓ上に前記送光面１２ａの前記送光パターンの像を投射する送光系ＳＬと、前記被検面Ｓにより反射された光を、受光パターンを有する受光面を介して受光する受光系ＲＬとを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光に基づいて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、
前記光源を駆動して前記光源からの光の出力変調を行う光源変調手段と、
送光パターンを有する送光面を通過した前記光源からの前記出力変調された光に基づいて、前記被検面上に前記送光面の前記送光パターンの像を投射する送光系と、
前記被検面により反射された光を、受光パターンを有する受光面を介して受光する受光系と、
を備えることを特徴とする面位置検出装置。
【請求項２】
前記光源変調手段は、前記光源への注入電流の変調を行う注入電流変調手段を備え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】
前記光源は、少なくとも１つの固体光源を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の面位置検出装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの固体光源は、発光ダイオードを備え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】
前記光源変調手段は、前記光源からの光の出力波形を変調する出力波形変調手段を備え、
前記出力波形変調手段により出力波形変調された前記検出光を前記受光系で受光し、前記光源変調手段の変調信号に基づいて同期検波する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】
前記出力波形変調手段は、前記光源からの光を正弦波状に出力変調することを特徴とする請求項５記載の面位置検出装置。
【請求項７】
前記受光系は、前記被検面上の各計測点において、該被検面の面位置に依存する計測信号と、該被検面の面位置に依存しない強度オフセット信号とを同時に検出する信号検出手段を備え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】
前記受光面は、前記被検面上の各計測点に対応するスリット状のパターンを有する第１受光面及び第２受光面により構成され、
前記受光系は、前記被検面により反射された前記検出光を第１検出光と第２検出光とに分岐する分岐手段と、
前記第１受光面の受光パターンを通過した前記第１検出光を受光することにより前記計測信号を検出する第１受光手段と、
前記第２受光面の受光パターンを通過した前記第２検出光を受光することにより前記強度オフセット信号を検出する第２受光手段と
を備えることを特徴とする請求項７記載の面位置検出装置。
【請求項９】
前記分岐手段は、前記検出光を振幅分割す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】
前記受光パターンは、前記被検面上の各計測点に対応するスリット状のパターンを有し、
前記受光系は、前記被検面により反射された前記検出光を第１検出光と第２検出光とに分岐する分岐手段と、
前記受光パターンを通過した前記第１検出光を受光することにより前記計測信号を検出する第１受光手段と、
前記受光パターンを通過した前記第２検出光を受光することにより前記強度オフセット信号を検出する第２受光手段と
を備えることを特徴とする請求項７記載の面位置検出装置。
【請求項１１】
前記分岐手段は、前記受光面の近傍に光分割部材を設けることにより前記検出光を分岐することを特徴とする請求項１０記載の面位置検出装置。
【請求項１２】
前記光分割部材は、平行平板ガラスを備えて構成されていることを特徴とする請求項１１記載の面位置検出装置。
【請求項１３】
前記第２受光手段は、２分割センサを備えて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の何れか一項に記載の面位置検出装置。
【請求項１４】
前記送光パターンは、前記被検面上の各計測点に対応するスリット状のパターンを有し、
前記受光パターンは、前記被検面上の各計測点に対応して隣接した２つのスリット状のパターンを有し、
前記受光系は、前記受光パターンの一方のスリット状のパターンを通過する前記検出光を受光することにより前記被検面の面位置に依存する計測信号を検出する第１受光手段と、
前記受光パターンの他方のスリット状のパターンを通過する前記検出光を受光することにより前記被検面の面位置に依存しない強度オフセット信号を検出する第２受光手段と
を備え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１５】
前記第２受光手段は、２分割センサを備えて構成されていることを特徴とする請求項１４記載の面位置検出装置。
【請求項１６】
前記光源変調手段は、前記光源からの光の出力変調を行う際の変調周波数を変調する周波数変調手段を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項１５の何れか一項に記載の面位置検出装置。
【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１６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１８】
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１６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。
【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】
このとき、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が知られている。この斜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）が投影光学系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】特開平６−９７０４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述の斜入射型オートフォーカスセンサ等の面位置検出装置では、スリット像を形成する光の光路中に振動ミラー等が備えられている。この振動ミラーを所定の周期で振動させることにより受光スリットを通過して検出される光の光量を変化させて、受光スリットを通過した光の強度信号を検出する。そして、振動ミラーを駆動させている駆動系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受光スリットを通過した光の強度信号の同期検波を行い、被検面の面位置のずれ量及びずれ方向を算出する。算出された被検面の面位置のずれ量及びずれ方向に基づいて、被検面の面位置の補正を行う。
【０００６】
しかしながら、上述の面位置検出装置においては、振動ミラー等を振動させるため、機械的安定性に欠ける。また、振動ミラーを装置に搭載する場合、振動ミラーと振動ミラーを駆動させるための軸を一般には接着剤等で接着させなければならず、機械的かつ光学的な不安定要因になる。
【０００７】
この発明の課題は、光出力変調可能な光源を用いて被検面の面位置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を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の面位置検出装置は、光源からの光に基づいて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、前記光源を駆動して前記光源からの光の出力変調を行う光源変調手段と、送光パターンを有する送光面を通過した前記光源からの前記出力変調された光に基づいて、前記被検面上に前記送光面の前記送光パターンの像を投射する送光系と、前記被検面により反射された光を、受光パターンを有する受光面を介して受光する受光系とを備えることを特徴とする。
【０００９】
この請求項１記載の面位置検出装置によれば、光源を駆動して光の出力変調を行うことができるため、従来の面位置検出装置のように振動する光学部材を設け、該光学部材を振動させることにより光の出力変調を行う必要がなく、機械的安定性を確保した状態で被検面の面位置を検出することができる。また、光の出力変調において、交流信号での信号処理は、Ｓ／Ｎ比（シグナルとノイズの比率）を向上させるために有効である。
【００１０】
また、請求項２記載の面位置検出装置は、前記光源変調手段が前記光源への注入電流の変調を行う注入電流変調手段を備えることを特徴とする。
【００１１】
この請求項２記載の面位置検出装置によれば、光源への注入電流の変調を行うことにより容易に光の出力変調を行うことができるため、従来の面位置検出装置のように駆動する光学部材を設け、該光学部材を振動させることにより光の出力変調を行う必要がなく、機械的安定性を確保した状態で被検面の面位置を検出することができる。
【００１２】
また、請求項３記載の面位置検出装置は、前記光源が少なくとも１つの固体光源を備えていることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項４記載の面位置検出装置は、前記少なくとも１つの固体光源が発光ダイオードを備えていることを特徴とする。
【００１４】
この請求項３及び請求項４記載の面位置検出装置によれば、光源が発光ダイオード等の固体光源であるため、固体光源単体の注入電流の変調または複数の固体光源を備えている場合に少なくとも１つの固体光源の電流をオン・オフすることにより、光の出力変調を行うことができる。即ち、機械的安定性を確保した状態で様々な態様による光の出力変調を行うことができる。
【００１５】
また、請求項５記載の面位置検出装置は、前記光源変調手段が前記光源からの光の出力波形を変調する出力波形変調手段を備え、前記出力波形変調手段により出力波形変調された前記検出光を前記受光系で受光し、前記光源変調手段の変調信号に基づいて同期検波することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項６記載の面位置検出装置は、前記出力波形変調手段が前記光源からの光を正弦波状に出力変調することを特徴とする。
【００１７】
この請求項５及び請求項６記載の面位置検出装置によれば、光源からの光の出力波形を変調する出力波形変調手段を用いて光を同期検波することができるため、高精度に被検面の面位置のずれ方向を検出することができる。
【００１８】
また、請求項７記載の面位置検出装置は、前記受光系が前記被検面上の各計測点において、該被検面の面位置に依存する計測信号と、該被検面の面位置に依存しない強度オフセット信号とを同時に検出する信号検出手段を備えることを特徴とする。
【００１９】
この請求項７記載の面位置検出装置によれば、被検面の面位置に依存する計測信号を検出し、計測信号が検出される被検面上の計測点において被検面の面位置に依存しない強度オフセット信号を検出するため、被検面の計測点における反射率変動を検出することができ、被検面の反射率変動等による被検面の面位置の検出誤差の発生を防止することができる。
【００２０】
また、請求項８記載の面位置検出装置は、前記受光面が前記被検面上の各計測点に対応するスリット状のパターンを有する第１受光面及び第２受光面により構成され、前記受光系は、前記被検面により反射された前記検出光を第１検出光と第２検出光とに分岐する分岐手段と、前記第１受光面の受光パターンを通過した前記第１検出光を受光することにより前記計測信号を検出する第１受光手段と、前記第２受光面の受光パターンを通過した前記第２検出光を受光することにより前記強度オフセット信号を検出する第２受光手段とを備えることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項９記載の面位置検出装置は、前記分岐手段が前記検出光を振幅分割することを特徴とする。
【００２２】
この請求項８及び請求項９記載の面位置検出装置によれば、分岐手段により分岐された一方の検出光を受光することにより被検面に依存する計測信号を検出し、他方の検出光を受光することにより計測信号が検出される被検面上の計測点において被検面の面位置に依存しない強度オフセット信号を検出するため、精度良く被検面の計測点における反射率変動等を検出することができ、被検面の反射率変動等による被検面の面位置の検出誤差の発生を防止することができる。
【００２３】
また、請求項１０記載の面位置検出装置は、前記受光パターンが前記被検面上の各計測点に対応するスリット状のパターンを有し、前記受光系は、前記被検面により反射された前記検出光を第１検出光と第２検出光とに分岐する分岐手段と、前記受光パターンを通過した前記第１検出光を受光することにより前記計測信号を検出する第１受光手段と、前記受光パターンを通過した前記第２検出光を受光することにより前記強度オフセット信号を検出する第２受光手段とを備えることを特徴とする。
【００２４】
また、請求項１１記載の面位置検出装置は、前記分岐手段が前記受光面の近傍に光分割部材を設けることにより前記検出光を分岐することを特徴とする。
【００２５】
また、請求項１２記載の面位置検出装置は、前記光分割部材が平行平板ガラスを備えて構成されていることを特徴とする。
【００２６】
この請求項１０〜請求項１２記載の面位置検出装置によれば、平行平板ガラス等の光分割部材を用いて検出光を第１検出光と第２検出光とに分割し、第１検出光から被検面の面位置に依存する計測信号を検出し、計測信号が検出される被検面上の計測点において被検面の面位置に依存しない強度オフセット信号を検出するため、被検面の計測点における反射率変動等を検出することができ、被検面の反射率変動等による被検面の面位置の検出誤差の発生を防止することができる。
【００２７】
また、請求項１３記載の面位置検出装置は、前記第２受光手段が２分割センサを備えて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、第２受光手段が２分割センサを備えているため、被検面の面位置のずれの方向を確実に検出することができる。
【００２８】
また、請求項１４記載の面位置検出装置は、前記送光パターンが前記被検面上の各計測点に対応するスリット状のパターンを有し、前記受光パターンは、前記被検面上の各計測点に対応して隣接した２つのスリット状のパターンを有し、前記受光系は、前記受光パターンの一方のスリット状のパターンを通過する前記検出光を受光することにより前記被検面の面位置に依存する計測信号を検出する第１受光手段と、前記受光パターンの他方のスリット状のパターンを通過する前記検出光を受光することにより前記被検面の面位置に依存しない強度オフセット信号を検出する第２受光手段とを備えることを特徴とする。
【００２９】
この請求項１４記載の面位置検出装置によれば、第１受光手段により被検面の面位置に依存する計測信号を検出し、第２受光手段により被検面の面位置に依存しない強度オフセット信号を検出するため、被検面の反射率変動等を検出することができ、被検面の面位置の検出誤差の発生を防止することができる。
【００３０】
また、請求項１５記載の面位置検出装置は、前記第２受光手段が２分割センサを備えて構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、第２受光手段が２分割センサを備えているため、被検面の面位置のずれの方向を確実に検出することができる。
【００３１】
また、請求項１６記載の面位置検出装置は、前記光源変調手段が前記光源からの光の出力変調を行う際の変調周波数を変調する周波数変調手段を備えることを特徴とする。
【００３２】
この請求項１６記載の面位置検出装置によれば、光源からの光出力の変調周波数を変調することができるため、例えば装置の固有振動数を回避した周波数帯域で同期検波を行うなど、面位置検出条件を装置ごとに最適化することができる。
【００３３】
また、請求項１７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１６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。
【００３４】
この請求項１７記載の露光装置によれば、請求項１乃至請求項１６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。
【００３５】
また、請求項１８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１６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。
【００３６】
この請求項１８記載の露光方法によれば、請求項１乃至請求項１６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】
【００３７】
この発明の面位置検出装置によれば、光源を駆動して光の出力変調を行うため、従来の面位置検出装置のように振動する光学部材を設け、該光学部材を振動させることにより光の出力変調を行う必要がなく、機械的安定性を確保した状態で被検面の面位置を検出することができる。また、光の出力変調において、交流信号での信号処理は、Ｓ／Ｎ比（シグナルとノイズの比率）を向上させるために有効である。
【００３８】
また、光源からの光の出力波形を変調する出力波形変調手段を用いて光を同期検波するため、高精度に被検面の面位置のずれ方向を検出することができる。
【００３９】
また、被検面の面位置に依存する計測信号を検出し、計測信号が検出される被検面上の計測点において被検面の面位置に依存しない強度オフセット信号を検出するため、精度良く被検面の計測点における反射率変動を検出することができ、被検面の反射率変動等による被検面の面位置の検出誤差の発生を防止することができる。
【００４０】
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。
【００４１】
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】
【００４２】
以下、図面を参照して、この発明の第１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、この第１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に示す投影露光装置は、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である。
【００４３】
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。
【００４４】
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、移動鏡ＭＭを介してマスクステージ干渉計ＭＩによって計測され且つ位置制御されている。
【００４５】
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）内での平行移動可能、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軸方向）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、移動鏡ＷＭを介してウエハステージ干渉計ＷＩによって計測され且つ位置制御されている。
【００４６】
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方向位置を検出する。
【００４７】
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。
【００４８】
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の光源部は、光源としての固体光源、典型的には発光ダイオード３，４及び５を備えている。発光ダイオード３，４及び５は、図３のグラフに示すように、それぞれ異なる波長域を持つ光を射出する。即ち、発光ダイオード３は図３の実線Ａに示す波長域の光、発光ダイオード４は図３の実線Ｂに示す波長域の光、発光ダイオード５は図３の実線Ｃに示す波長域の光をそれぞれ射出する。また、固体光源３，４，５は、図示しない電流制御部（注入電流変調手段）によって注入電流を調整することにより射出される光の出力を変調することができる。発光ダイオード３，４及び５から射出した光は、それぞれコリメートレンズ３ａ，４ａ及び５ａにより略平行光束となる。
【００４９】
また、送光系ＳＬの光源部は、ダイクロイックミラー６，７を備えている。ダイクロイックミラー６は、平行平面板からなる基板上にダイクロイック膜が形成され、発光ダイオード３から射出される光の光路と発光ダイオード４から射出される光の光路が交差する位置に位置決めされ、発光ダイオード３から射出される光の光路及び発光ダイオード４から射出される光の光路に対して斜設されている。ダイクロイックミラー６は、発光ダイオード３から射出される光を通過させ、発光ダイオード４から射出される光を反射する。従って、発光ダイオード３から射出される光と発光ダイオード４から射出される光は、ダイクロイックミラー６により合成される。
【００５０】
ダイクロイックミラー７は、平行平面板からなる基板上にダイクロイック膜が形成され、ダイクロイックミラー６により合成された光の光路と発光ダイオード５から射出される光の光路が交差する位置に位置決めされ、ダイクロイックミラー６により合成された光の光路及び発光ダイオード５から射出される光の光路に対して斜設されている。ダイクロイックミラー７は、ダイクロイックミラー６により合成された光を通過させ、発光ダイオード５から射出される光を反射する。従って、ダイクロイックミラー６により合成された光と発光ダイオード５から射出される光は、ダイクロイックミラー７により合成される。ダイクロイックミラー７により合成された光は、集光レンズ８により集光され、ライトガイドファイバ１０の入射端１０ａに入射する。
【００５１】
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、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に入射し、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。
【００５２】
図４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（送光面）１２ａの平面図である。図４に示すように、送光スリット１２ａは、５つの矩形状の開口部（送光パターン）ＳＳ１１，ＳＳ１２，ＳＳ１３，ＳＳ１４，ＳＳ１５を有している。なお、送光スリット１２ａ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。
【００５３】
送光スリット１２ａの５つの開口部ＳＳ１１〜ＳＳ１５を通過することにより、検出光は、送光スリットプリズム１２から射出し、第２対物レンズ１７、開口絞り１８、第１対物レンズ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、送光系ＳＬから射出する。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。
【００５４】
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。この実施の形態においては、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。
【００５５】
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。
【００５６】
ウエハ面Ｓ上においては、図５に示すように、５つの計測点ＡＦ１１、ＡＦ１２、ＡＦ１３、ＡＦ１４、ＡＦ１５が設定されている。送光スリット１２ａの矩形状の開口部ＳＳ１１のパターン像は、ウエハ面Ｓの計測点ＡＦ１１上に結像する。また、開口部ＳＳ１２のパターン像は計測点ＡＦ１２上に、開口部ＳＳ１３のパターン像は計測点ＡＦ１３上に、開口部ＳＳ１４のパターン像は計測点ＡＦ１４上に、開口部ＳＳ１５のパターン像は計測点ＡＦ１５上にそれぞれ結像する。即ち、送光スリット１２ａの矩形状の開口部ＳＳ１１〜ＳＳ１５をそれぞれ通過した検出光がウエハ面Ｓを照射することによりウエハ面Ｓの計測点ＡＦ１１〜ＡＦ１５のそれぞれに矩形状の光照射領域が形成される。
【００５７】
ウエハ面Ｓの計測点ＡＦ１１〜ＡＦ１５のそれぞれ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。
【００５８】
菱形プリズム２５から射出した検出光は、第１対物レンズ２６を通過して、倍率補正レンズ群２８に入射する。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。
【００５９】
倍率補正レンズ群２８から射出した検出光は、第２対物レンズ３１を通過して、ハーフプリズム（分岐手段）３３に入射する。ハーフプリズム３３に入射した検出光は、ハーフプリズム３３の分割面３３ａにより計測光（第１検出光）と方向識別光（第２検出光）とに振幅分割される。
【００６０】
ハーフプリズム３３の分割面３３ａにより反射された検出光は、計測光として受光スリットプリズム３５に入射する。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（第１受光面）３５ａは、図７に示すように、ウエハ面Ｓ上の５つの計測点ＡＦ１１〜ＡＦ１５のそれぞれに対応する矩形状の開口部ＲＳ１１、ＲＳ１２、ＲＳ１３、ＲＳ１４、ＲＳ１５を有している。ここで、この矩形状の開口部ＲＳ１１〜ＲＳ１５の少なくとも短手方向の幅の長さは、送光スリット１２ａに形成されている矩形状の開口部ＳＳ１１〜ＳＳ１５の短手方向の幅の長さと同一である。ウエハ面Ｓ上の計測点ＡＦ１１により反射された計測光は、受光スリット３５ａの開口部ＲＳ１１を通過する。同様に、計測点ＡＦ１２により反射された計測光は開口部ＲＳ１２、計測点ＡＦ１３により反射された計測光は開口部ＲＳ１３、計測点ＡＦ１４により反射された計測光は開口部ＲＳ１４、計測点ＡＦ１５により反射された計測光は開口部ＲＳ１５を通過する。受光スリット３５ａの開口部ＲＳ１１〜ＲＳ１５をそれぞれ通過した計測光は、リレー光学系３６，３７を通過して受光センサ（第１受光手段）３８に入射する。
【００６１】
受光センサ３８の受光面は、図８に示すように、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３５ａの５つの開口部ＲＳ１１〜ＲＳ１５に対応する５つの受光素子ＲＣ１１，ＲＣ１２，ＲＣ１３，ＲＣ１４，ＲＣ１５を有している。即ち、受光スリット３５ａの開口部ＲＳ１１を通過した計測光は、受光センサ３８の受光素子ＲＣ１１により受光される。同様に、開口部ＲＳ１２を通過した計測光は受光素子ＲＣ１２、開口部ＲＳ１３を通過した計測光は受光素子ＲＣ１３、開口部ＲＳ１４を通過した計測光は受光素子ＲＣ１４、開口部ＲＳ１５を通過した計測光は受光素子ＲＣ１５により受光される。受光センサ３８の５つの受光素子ＲＣ１１〜ＲＣ１５により検出された計測信号は、検出部４４を介して、制御部４０に入力される。
【００６２】
一方、ハーフプリズム３３の分割面３３ａを通過した検出光は、方向識別光として受光スリットプリズム５０に入射する。受光スリットプリズム５０の入射面に備えられている受光スリット（第２受光面）５０ａは、図９に示すように、ウエハ面Ｓ上の５つの計測点ＡＦ１１〜ＡＦ１５のそれぞれに対応する開口部ＲＳ２１，ＲＳ２２，ＲＳ２３，ＲＳ２４，ＲＳ２５を有している。ウエハ面Ｓ上の計測点ＡＦ１１により反射された方向識別光は、受光スリット５０ａの開口部ＲＳ２１を通過する。同様に、計測点ＡＦ１２により反射された方向識別光は開口部ＲＳ２２、計測点ＡＦ１３により反射された方向識別光は開口部ＲＳ２３、計測点ＡＦ１４により反射された方向識別光は開口部ＲＳ２４、計測点ＡＦ１５により反射された方向識別光は開口部ＲＳ２５を通過する。受光スリット５０ａの開口部ＲＳ２１〜ＲＳ２５をそれぞれ通過した方向識別光は、リレー光学系５１，５２を通過して受光センサ（第２受光手段）５３に入射する。
【００６３】
ここで、受光スリット５０ａの開口部ＲＳ２１〜ＲＳ２５は、ウエハ面Ｓの面位置がベストフォーカス位置からずれている場合においても、計測点ＡＦ１１〜ＡＦ１５により反射された方向識別光が遮光されないように、十分に大きく形成されている。従って、ウエハ面Ｓの面位置に依存することなく、即ちウエハ面Ｓが所定範囲内でどこに位置していても送光スリット１２ａの開口部ＳＳ１１〜ＳＳ１５を通過した検出光（方向識別光）は、受光スリット５０ａの開口部ＲＳ２１〜ＲＳ２５により検出光の一部が遮光されることなく、受光スリット５０ａの開口部ＲＳ２１〜ＲＳ２５を通過する。
【００６４】
受光スリットプリズム５０の入射面に備えられている受光スリット５０ａを通過した方向識別光は、リレー光学系５１，５２を通過して受光センサ５３に入射する。
【００６５】
受光センサ５３の受光面は、図１０に示すように、受光スリット５０ａの５つのスリットに対応する５つの受光素子（２分割センサ）ＲＣ２１，ＲＣ２２，ＲＣ２３，ＲＣ２４，ＲＣ２５を有している。また、受光素子ＲＣ２１は受光領域ＲＣ２１ａ及びＲＣ２１ｂ、受光素子ＲＣ２２は受光領域ＲＣ２２ａ及びＲＣ２２ｂ、受光素子ＲＣ２３は受光領域ＲＣ２３ａ及びＲＣ２３ｂ、受光素子ＲＣ２４は受光領域ＲＣ２４ａ及びＲＣ２４ｂ、受光素子ＲＣ２５は受光領域ＲＣ２５ａ及びＲＣ２５ｂを備えている。受光スリット５０ａの開口部ＲＳ２１を通過した方向識別光は、受光センサ５３の受光素子ＲＣ２１により受光される。同様に、開口部ＲＳ２２を通過した方向識別光は受光素子ＲＣ２２、開口部ＲＳ２３を通過した方向識別光は受光素子ＲＣ２３、開口部ＲＳ２４を通過した方向識別光は受光素子ＲＣ２４、開口部ＲＳ２５を通過した方向識別光は受光素子ＲＣ２５により受光される。
【００６６】
受光センサ５３のそれぞれの受光素子ＲＣ２１〜ＲＣ２５で方向識別光を検出することにより出力される強度オフセット信号は、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の光源の電流を制御する図示しない電流制御部に対して制御信号の出力を行う。
【００６７】
次に、この第１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。ハーフプリズム３３の分割面３３ａにより反射された検出光は、計測光として受光スリット３５ａの５つの開口部ＲＳ１１〜ＲＳ１５を通過する。以下、説明を簡単にするために、受光スリット３５ａの１つの開口部ＲＳ１１を通過した計測光についてのみ説明を行う。開口部ＲＳ１１を通過した計測光は、リレー光学系３６，３７を通過して受光センサ３８の受光素子ＲＣ１１に到達する。受光素子ＲＣ１１により受光するパターン像の計測信号強度は、光源部の出力変調に伴って変化する。
【００６８】
図１１は、ウエハ面Ｓ上の計測点ＡＦ１１により反射された検出光（計測光）が受光スリット３５ａの開口部ＲＳ１１に到達した状態を示す図である。図１１（ａ）は、ウエハ面Ｓの面位置がベストフォーカス位置から−Ｚ方向に移動している場合に、計測点ＡＦ１１により反射された検出光（計測光）が開口部ＲＳ１１に到達した状態を示す図である。また、図１１（ｂ）も図１１（ａ）と同様に、ウエハ面Ｓの面位置がベストフォーカス位置から−Ｚ方向に移動している場合に、計測点ＡＦ１１により反射された検出光（計測光）が開口部ＲＳ１１に到達した状態を示す図であるが、図１１（ｂ）の場合は、図１１（ａ）の場合と比較してウエハ面Ｓの面位置がベストフォーカス位置に近い位置に位置している。
【００６９】
また、図１１（ｃ）は、ウエハ面Ｓの面位置がベストフォーカス位置にある場合に、ウエハ面Ｓ上の計測点ＡＦ１１により反射された検出光（計測光）が受光スリット３５ａの開口部ＲＳ１１に到達した状態を示す図である。
【００７０】
また、図１１（ｄ）は、ウエハ面Ｓの面位置がベストフォーカス位置から＋Ｚ方向に移動している場合に、ウエハ面Ｓ上の計測点ＡＦ１１により反射された検出光（計測光）が受光スリット３５ａの開口部ＲＳ１１に到達した状態を示す図である。図１１（ｅ）も図１１（ｄ）と同様に、ウエハ面Ｓの面位置がベストフォーカス位置から＋Ｚ方向に移動している場合に、計測点ＡＦ１１により反射された検出光（計測光）が開口部ＲＳ１１に到達した状態を示す図であるが、図１１（ｅ）の場合は、図１１（ｄ）の場合と比較してウエハ面Ｓの面位置がベストフォーカス位置から離れた位置に位置している。
【００７１】
図１２は、図１１（ａ）〜（ｅ）の場合において、面位置検出装置２の光源部から射出される光の出力変調を示すグラフである。図１２に示すように、光源部から射出される検出光は、固体光源３，４，５の注入電力を変調することにより、正弦波状に出力変調されている。また、図１３は、受光センサ３８の受光素子ＲＣ１１が検出する計測信号強度を示すグラフである。即ち、図１１（ａ）の場合には、図１２（ａ）のグラフに示すように光源部の出力が変調された際、図１３（ａ）のグラフに示す計測信号強度を検出する。同様に、それぞれ図１１（ｂ）〜（ｅ）の場合には、それぞれ図１２（ｂ）〜（ｅ）のグラフに示すように光源部の出力が変調された際、それぞれ図１３（ｂ）〜（ｅ）のグラフに示す計測信号強度を検出する。
【００７２】
受光センサ３８の受光素子ＲＳ１１により検出された図１３に示すような計測信号強度は、検出部４４を介して、制御部４０に入力される。
【００７３】
一方、ハーフプリズム３３の分割面３３ａを通過した検出光は、方向識別光として受光スリット５０ａの５つの開口部ＲＳ２１〜ＲＳ２５を通過する。以下、説明を簡単にするために、受光スリット５０ａの１つの開口部ＲＳ２１を通過した方向識別光についてのみ説明を行う。開口部ＲＳ２１を通過した方向識別光は、リレー光学系５１，５２を通過して受光センサ５３の受光素子ＲＣ２１に到達する。受光素子ＲＣ２１の受光領域ＲＣ２１ａ，ＲＣ２１ｂはそれぞれ方向識別光の受光を行うことにより強度オフセット信号を検出部４４に出力する。
【００７４】
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ＲＣ２１ａ，ＲＣ２１ｂは、それぞれ開口部ＲＳ２１からの方向識別光をほぼ等しく受光し、強度オフセット信号を検出部４４に出力する。検出部４４は、その強度オフセット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近傍にあることを示す信号を制御部４０に出力する。
【００７５】
また、ウエハ面Ｓの面位置がベストフォーカス位置から−Ｚ方向に移動している場合、受光領域ＲＣ２１ａは、開口部ＲＳ２１からの方向識別光をベストフォーカス位置にいる場合よりも強く受光し、強度オフセット信号を検出部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−Ｚ方向に移動しているために、受光領域ＲＣ２１ｂは開口部ＲＳ２１からの方向識別光をベストフォーカス位置にいる場合よりも弱く受光して強度オフセット信号を検出部４４に出力する。検出部４４は、受光領域ＲＣ２１ｂに比べて受光領域ＲＣ２１ａから強く強度オフセット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−Ｚ方向に移動していることを示す信号を制御部４０に出力すると共に、受光領域ＲＣ２１ａ及びＲＣ２１ｂから出力された強度オフセット信号を制御部４０に出力する。
【００７６】
ウエハ面Ｓの面位置がベストフォーカス位置から＋Ｚ方向に移動している場合、受光領域ＲＣ２１ｂは、開口部ＲＳ２１からの方向識別光をベストフォーカス位置にいる場合よりも強く受光し、強度オフセット信号を検出部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＋Ｚ方向に移動しているために、受光領域ＲＣ２１ａは開口部ＲＳ２１からの方向識別光をベストフォーカス位置にいる場合よりも弱く受光して強度オフセット信号を検出部４４に出力する。検出部４４は、受光領域ＲＣ２１ａに比べて受光領域ＲＣ２１ｂから強く強度オフセット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＋Ｚ方向に移動していることを示す信号を制御部４０に出力すると共に、受光領域ＲＣ２１ａ及びＲＣ２１ｂから出力された強度オフセット信号を制御部４０に出力する。
【００７７】
制御部４０は、検出部４４から受信する強度オフセット信号に基づいて、ウエハ面Ｓの反射率の変動量を計測する。そして、受光センサ３８から出力された計測信号強度、受光センサ５３から出力された強度オフセット信号に基づいて計測された反射率の変動量及び検出部４４から出力されたウエハ面Ｓの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Ｚ方向の移動量を算出し、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。
【００７８】
同様にして、受光センサ３８の受光素子ＲＣ１２〜ＲＣ１５により検出された計測信号の強度変化は、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５３の受光素子ＲＣ２２〜ＲＣ２５により検出された強度オフセット信号及びウエハ面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、検出部４４から受信する強度オフセット信号に基づいて、ウエハ面Ｓの反射率の変動量を計測する。そして、受光センサ３８から出力された計測信号強度、受光センサ５３から出力された強度オフセット信号に基づいて計測された反射率の変動量及び検出部４４から出力されたウエハ面Ｓの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Ｚ方向の移動量を算出し、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。
【００７９】
この第１の実施の形態にかかる面位置検出装置によれば、複数の固体光源を用いて固体光源単体の注入電流の変調、複数の各固体光源の電流をオン・オフすることにより、検出光の出力変調を行うことができる。即ち、装置の機械的安定性を確保した状態で様々な態様による検出光の出力変調を行うことができる。また、ウエハ面Ｓの面位置に依存する計測信号を検出し、その計測信号が検出されるウエハ面Ｓ上の計測点においてウエハ面Ｓの面位置に依存しない強度オフセット信号を検出するため、ウエハ面Ｓの反射率の変動量を検出することができ、ウエハ面Ｓの反射率変動等によるウエハ面Ｓの面位置検出誤差の発生を防止することができる。
【００８０】
次に、図面を参照して、この発明の第２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１４は、この第２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。なお、この第２の実施の形態の説明においては、第１の実施の形態にかかる投影露光装置の構成と同一の構成には、第１の実施の形態の説明で用いたのと同一の符号を付して説明を行う。また、この第２の実施の形態にかかる投影露光装置の面位置検出装置６０を除く部分は、第１の実施の形態にかかる投影露光装置と同一の構成を有している。
【００８１】
また、以下の説明においては、図１４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。
【００８２】
この投影露光装置は、図１４に示すように、面位置検出装置６０を備えている。この面位置検出装置６０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方向位置を検出する。
【００８３】
図１４に示すように、面位置検出装置６０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。送光系ＳＬの構成は、第１の実施の形態にかかる面位置検出装置２の送光系ＳＬの構成と同一である。
【００８４】
送光系ＳＬから射出された検出光はウエハ面Ｓに入射し、ウエハ面Ｓにおいては、図５に示すようにウエハ面Ｓに形成される計測点ＡＦ１１〜ＡＦ１５のそれぞれに矩形状の光照射領域が形成される。計測点ＡＦ１１〜ＡＦ１５のそれぞれ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。
【００８５】
菱形プリズム２５から射出した検出光は、第１対物レンズ２６、倍率補正レンズ群２８、第２対物レンズ３１を順に通過して、折曲げミラー６２に入射する。折曲げミラー６２により反射された検出光は、受光スリットプリズム６４に入射する。
【００８６】
受光スリットプリズム６４の入射面に備えられている受光スリット６４ａは、図１５に示すように、ウエハ面Ｓ上の５つの計測点ＡＦ１１〜ＡＦ１５のそれぞれに対応する開口部群ＲＳ３１、ＲＳ３２、ＲＳ３３、ＲＳ３４、ＲＳ３５を有している。矩形状の開口部群ＲＳ３１は、矩形状の開口部ＲＳ３１ａ，ＲＳ３１ｂ，ＲＳ３１ｃにより構成されている。また、矩形状の開口部ＲＳ３１ａ〜ＲＳ３１ｃは、ウエハ面Ｓ上の計測点ＡＦ１１により反射された検出光が通過するように、送光スリット１２ａに形成されている矩形状の開口部ＳＳ１１の長手方向に対応して開口部ＲＳ３１ａ，ＲＳ３１ｂ，ＲＳ３１ｃの順に配列されている。また、矩形状の開口部ＲＳ３１ｂの少なくとも短手方向の幅の長さは、送光スリット１２ａに形成されている矩形状の開口部ＳＳ１１の短手方向の幅の長さと同一である。ウエハ面Ｓ上の計測点ＡＦ１１により反射された検出光は、受光スリット６４ａの開口部群ＲＳ３１のそれぞれの開口部ＲＳ３１ａ〜ＲＳ３１ｃを通過する。
【００８７】
同様に、矩形状の開口部群ＲＳ３２は矩形状の開口部ＲＳ３２ａ，ＲＳ３２ｂ，ＲＳ３２ｃ、矩形状の開口部群ＲＳ３３は矩形状の開口部ＲＳ３３ａ，ＲＳ３３ｂ，ＲＳ３３ｃ、矩形状の開口部群ＲＳ３４は矩形状の開口部ＲＳ３４ａ，ＲＳ３４ｂ，ＲＳ３４ｃ、矩形状の開口部群ＲＳ３５は矩形状の開口部ＲＳ３５ａ，ＲＳ３５ｂ，ＲＳ３５ｃにより構成されている。また、矩形状の開口部ＲＳ３２ａ〜ＲＳ３２ｃ，ＲＳ３３ａ〜ＲＳ３３ｃ，ＲＳ３４ａ〜ＲＳ３４ｃ，ＲＳ３５ａ〜ＲＳ３５ｃは、それぞれウエハ面Ｓ上の計測点ＡＦ１２〜ＡＦ１５により反射された検出光が通過するように、送光スリット１２ａに形成されている矩形状の開口部ＳＳ１２〜ＳＳ１５の長手方向に対応して配列されている。また、矩形状の開口部ＲＳ３２ｂ，ＲＳ３３ｂ，ＲＳ３４ｂ，ＲＳ３５ｂの少なくとも短手方向の幅の長さは、送光スリット１２ａに形成されている矩形状の開口部ＳＳ１２〜ＳＳ１５の短手方向の幅の長さとそれぞれ同一である。ウエハ面Ｓ上の計測点ＡＦ１２〜ＡＦ１５により反射された検出光は、受光スリット６４ａのそれぞれの開口部ＲＳ３２ａ〜ＲＳ３２ｃ，ＲＳ３３ａ〜ＲＳ３３ｃ，ＲＳ３４ａ〜ＲＳ３４ｃ，ＲＳ３５ａ〜ＲＳ３５ｃを通過する。
【００８８】
受光スリット６４ａの開口部群ＲＳ３１〜ＲＳ３５の開口部ＲＳ３１ａ〜ＲＳ３１ｃ，ＲＳ３２ａ〜ＲＳ３２ｃ，ＲＳ３３ａ〜ＲＳ３３ｃ，ＲＳ３４ａ〜ＲＳ３４ｃ，ＲＳ３５ａ〜ＲＳ３５ｃをそれぞれ通過した検出光は、リレー光学系３６，３７を通過して受光センサ６６に入射する。
【００８９】
受光センサ６６の受光面は、図１６に示すように、受光スリットプリズム６４の入射面に備えられている受光スリット６４ａの５つの開口部群ＲＳ３１〜ＲＳ３５に対応する５つの受光素子群ＲＣ３１，ＲＣ３２，ＲＣ３３，ＲＣ３４，ＲＣ３５を有している。また、受光素子群ＲＣ３１は受光素子ＲＣ３１ａ，ＲＣ３１ｂ，ＲＣ３１ｃを有しており、受光素子ＲＣ３１ａは受光領域ＲＣ３１ａａ及びＲＣ３１ａｂ、受光素子ＲＣ３１ｃは受光領域ＲＣ３１ｃａ及びＲＣ３１ｃｂにより構成されている。受光スリット６４ａの開口部群ＲＳ３１の開口部ＲＳ３１ａを通過した検出光は受光素子ＲＣ３１ａ、開口部ＲＳ３１ｂを通過した検出光は受光素子ＲＣ３１ｂ、開口部ＲＳ３１ｃを通過した検出光は受光素子ＲＣ３１ｃにより受光される。
【００９０】
同様に、受光素子群ＲＣ３２は受光素子ＲＣ３２ａ，ＲＣ３２ｂ，ＲＣ３２ｃを有しており、受光素子ＲＣ３２ａは受光領域ＲＣ３２ａａ及びＲＣ３２ａｂ、受光素子ＲＣ３２ｃは受光領域ＲＣ３２ｃａ及びＲＣ３２ｃｂにより構成されている。受光素子群ＲＣ３３は受光素子ＲＣ３３ａ，ＲＣ３３ｂ，ＲＣ３３ｃを有しており、受光素子ＲＣ３３ａは受光領域ＲＣ３３ａａ及びＲＣ３３ａｂ、受光素子ＲＣ３３ｃは受光領域ＲＣ３３ｃａ及びＲＣ３３ｃｂにより構成されている。受光素子群ＲＣ３４は受光素子ＲＣ３４ａ，ＲＣ３４ｂ，ＲＣ３４ｃを有しており、受光素子ＲＣ３４ａは受光領域ＲＣ３４ａａ及びＲＣ３４ａｂ、受光素子ＲＣ３４ｃは受光領域ＲＣ３４ｃａ及びＲＣ３４ｃｂにより構成されている。受光素子群ＲＣ３５は受光素子ＲＣ３５ａ，ＲＣ３５ｂ，ＲＣ３５ｃを有しており、受光素子ＲＣ３５ａは受光領域ＲＣ３５ａａ及びＲＣ３５ａｂ、受光素子ＲＣ３５ｃは受光領域ＲＣ３５ｃａ及びＲＣ３５ｃｂにより構成されている。
【００９１】
受光スリット６４ａの開口部群ＲＳ３２〜ＲＳ３５のそれぞれの開口部ＲＳ３２ａ〜ＲＳ３２ｃ，ＲＳ３３ａ〜ＲＳ３３ｃ，ＲＳ３４ａ〜ＲＳ３４ｃ，ＲＳ３５ａ〜ＲＳ３５ｃを通過した検出光は、それぞれの受光素子ＲＣ３２ａ〜ＲＣ３２ｃ，ＲＣ３３ａ〜ＲＣ３３ｃ，ＲＣ３４ａ〜ＲＣ３４ｃ，ＲＣ３５ａ〜ＲＣ３５ｃにより受光される。
【００９２】
受光センサ６６の５つの受光素子群ＲＣ３１〜ＲＣ３５により検出される計測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６０の光源の電流を制御する図示しない電流制御部に対して制御信号の出力を行う。
【００９３】
次に、この第２の実施の形態にかかる面位置検出装置６０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、受光スリット６４ａの１つの開口部群ＲＳ３１を通過した検出光についてのみ説明を行う。開口部群ＲＳ３１のそれぞれの開口部ＲＳ３１ａ〜ＲＳ３１ｃ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６６の受光素子群ＲＣ３１に到達する。受光素子群ＲＣ３１のそれぞれの受光素子ＲＣ３１ａ〜ＲＣ３１ｃにより受光するパターン像の計測信号強度は、光源部の出力変調に伴って変化する。
【００９４】
まず、受光スリット６４ａの開口部ＲＳ３１ｂを通過した検出光は、計測光として受光センサ６６の受光素子群ＲＣ３１の受光素子ＲＣ３１ｂにより受光される。受光センサ６６の受光素子ＲＣ３１ｂにより検出された計測信号強度は、検出部４４を介して、制御部４０に入力される。
【００９５】
また、受光スリット６４ａの開口部群ＲＳ３１の開口部ＲＳ３１ａ，ＲＳ３１ｃのそれぞれを通過した検出光は、方向識別光として受光センサ６６の受光素子群ＲＣ３１の受光素子ＲＣ３１ａ，ＲＣ３１ｃによりそれぞれ受光される。受光素子ＲＣ３１ａの受光領域ＲＣ３１ａａ，ＲＣ３１ａｂはそれぞれ方向識別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。同様に、受光素子ＲＣ３１ｃの受光領域ＲＣ３１ｃａ，ＲＣ３１ｃｂはそれぞれ方向識別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ＲＣ３１ａａ，ＲＣ３１ａｂ，ＲＣ３１ｃａ，ＲＣ３１ｃｂは、それぞれ開口部ＲＳ３１ａ，ＲＳ３１ｃからの方向識別光をほぼ等しく受光し、方向識別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。検出部４４は、その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近傍にあることを示す信号を制御部４０に出力する。
【００９６】
また、ウエハ面Ｓの面位置がベストフォーカス位置から−Ｚ方向に移動している場合、受光領域ＲＣ３１ａａ，ＲＣ３１ｃａは、開口部ＲＳ３１ａ，ＲＳ３１ｃからの方向識別光をベストフォーカス位置にいる場合よりも強く受光し、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−Ｚ方向に移動しているために、受光領域ＲＣ３１ａｂ，ＲＣ３１ｃｂは開口部ＲＳ３１ａ，ＲＳ３１ｃからの方向識別光をベストフォーカス位置にいる場合よりも弱く受光して方向識別信号を検出部４４に出力する。検出部４４は、受光領域ＲＣ３１ａｂ，ＲＣ３１ｃｂに比べて受光領域ＲＣ３１ａａ，ＲＣ３１ｃａから強く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−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。
【００９７】
ウエハ面Ｓの面位置がベストフォーカス位置から＋Ｚ方向に移動している場合、受光領域ＲＣ３１ａｂ，ＲＣ３１ｃｂは、開口部ＲＳ３１ａ，ＲＳ３１ｃからの方向識別光をベストフォーカス位置にいる場合よりも強くそれぞれ受光し、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＋Ｚ方向に移動しているために、受光領域ＲＣ３１ａａ，ＲＣ３１ｃａは開口部ＲＳ３１ａ，ＲＳ３１ｃからの方向識別光をベストフォーカス位置にいる場合よりも弱く受光して方向識別信号を検出部４４に出力する。検出部４４は、受光領域ＲＣ３１ａａ，ＲＣ３１ｃａに比べて受光領域ＲＣ３１ａｂ，ＲＣ３１ｃｂから強く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＋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。
【００９８】
制御部４０は、検出部４４から受信する計測信号強度及びウエハ面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。
【００９９】
同様にして、受光センサ６４の受光素子ＲＣ３２ｂ〜ＲＣ３５ｂにより検出された計測信号の強度変化は、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６４の受光素子ＲＣ３２ａ〜ＲＣ３５ａ，ＲＣ３２ｃ〜ＲＣ３５ｃにより検出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、検出部４４から受信する計測信号強度及びウエハ面Ｓの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。
【０１００】
この第２の実施の形態にかかる投影露光装置によれば、複数の固体光源を用いて固体光源単体の注入電流の変調、複数の各固体光源の電流をオン・オフすることにより、検出光の出力変調を行うことができる。即ち、装置の機械的安定性を確保した状態で様々な態様による検出光の出力変調を行うことができる。また、計測信号及び方向識別信号を検出するため、ウエハ面Ｓの面位置を正確に検出することができる。
【０１０１】
また、１つの受光センサにより計測信号と方向識別信号を検出することができるため、装置のコストを低減でき、かつ装置のコンパクト化を実現することができる。
【０１０２】
なお、この第２の実施の形態においては、ウエハ面Ｓ上の計測点における方向識別信号を検出するために２つの２分割受光素子を備えているが、１つの２分割受光素子を備えるようにしてもよい。
【０１０３】
次に、図面を参照して、この発明の第３の実施の形態にかかる投影露光装置について説明する。また、この第３の実施の形態の説明においては、第２の実施の形態にかかる投影露光装置の構成と同一の構成には、第２の実施の形態の説明で用いたのと同一の符号を付して説明を行う。また、この第３の実施の形態にかかる投影露光装置の面位置検出装置を除く部分は、第２の実施の形態にかかる投影露光装置と同一の構成を有している。即ち、この第３の実施の形態にかかる面位置検出装置は、第２の実施の形態にかかる面位置検出装置６０の受光スリットプリズム６４の受光スリット６４ａ及び受光センサ６６に代えて、後述する受光スリット６４ｂ及び受光センサ７２を備えており、更に図１７に示すように受光スリットプリズム６４の入射面、即ち受光スリット６４ｂの近傍に光分割部材としての平行平面ガラス７０を備えている。
【０１０４】
また、以下の説明においては、図１４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。
【０１０５】
この第３の実施の形態にかかる面位置検出装置においては、送光系ＳＬから射出された検出光はウエハ面Ｓに入射し、ウエハ面Ｓにおいては、図５に示すようにウエハ面Ｓに形成される計測点ＡＦ１１〜ＡＦ１５のそれぞれに矩形状の光照射領域が形成される。計測点ＡＦ１１〜ＡＦ１５のそれぞれ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。菱形プリズム２５から射出した検出光は、第１対物レンズ２６、倍率補正レンズ群２８、第２対物レンズ３１を順に通過して、折曲げミラー６２に入射する。折曲げミラー６２により反射された検出光は、平行平面ガラス７０に入射する。
【０１０６】
図１７は、平行平面ガラス７０に検出光が入射した際の検出光の進行方向を示す図である。図１７に示すように、検出光は、十分な板厚を有する平行平面ガラス７０に入射し、平行平面ガラス７０の射出面７０ａから射出する検出光（計測光）Ｃ１０と、平行平面ガラス７０の射出面７０ａにより反射される検出光（方向識別光）Ｃ２０とに分岐される。平行平面ガラス７０の射出面７０ａから射出した計測光Ｃ１０は、受光スリットプリズム６４に入射する。一方、平行平面ガラス７０の射出面７０ａにより反射された方向識別光Ｃ２０は、平行平面ガラス７０の入射面７０ｂにより反射されて、平行平面ガラス７０の射出面７０ｂから射出し、受光スリットプリズム６４に入射する。
【０１０７】
受光スリットプリズム６４の入射面に備えられている受光スリット６４ｂは、図１８に示すように、ウエハ面Ｓ上の５つの計測点ＡＦ１１〜ＡＦ１５のそれぞれに対応する開口部群ＲＳ４１、ＲＳ４２、ＲＳ４３、ＲＳ４４、ＲＳ４５を有している。矩形状の開口部群ＲＳ４１は、矩形状の開口部ＲＳ４１ａ，ＲＳ４１ｂにより構成されている。また、矩形状の開口部ＲＳ４１ａ，ＲＳ４１ｂの少なくとも短手方向の幅の長さは、送光スリット１２ａに形成されている矩形状の開口部ＳＳ１１の短手方向の幅の長さと同一である。ウエハ面Ｓ上の計測点ＡＦ１１により反射され平行平面ガラス７０を通過した計測光Ｃ１０は、受光スリット６４ｂの開口部群ＲＳ４１の開口部ＲＳ４１ｂを通過する。また、ウエハ面Ｓ上の計測点ＡＦ１１により反射され平行平面ガラス７０の射出面７０ａ及び入射面７０ｂにより反射され射出した方向識別光Ｃ２０は、受光スリットＲＳ４１ａを通過する。
【０１０８】
同様に、矩形状の開口部群ＲＳ４２は矩形状の開口部ＲＳ４２ａ及びＲＳ４２ｂ、矩形状の開口部群ＲＳ４３は矩形状の開口部ＲＳ４３ａ及びＲＳ４３ｂ、矩形状の開口部群ＲＳ４４は矩形状の開口部ＲＳ４４ａ及びＲＳ４４ｂ、矩形状の開口部群ＲＳ４５は矩形状の開口部ＲＳ４５ａ及びＲＳ４５ｂにより構成されている。また、矩形状の開口部ＲＳ４２ａ，ＲＳ４２ｂ，ＲＳ４３ａ，ＲＳ４３ｂ，ＲＳ４４ａ，ＲＳ４４ｂ，ＲＳ４５ａ，ＲＳ４５ｂの少なくとも短手方向の幅の長さは、送光スリット１２ａに形成されている矩形状の開口部ＳＳ１２〜ＳＳ１５の短手方向の幅の長さとそれぞれ同一である。また、ウエハ面Ｓ上のそれぞれの計測点ＡＦ１２〜ＡＦ１５により反射され平行平面ガラス７０を通過した計測光Ｃ１０は、矩形状の開口部ＲＳ４２ｂ，ＲＳ４３ｂ，ＲＳ４４ｂ，ＲＳ４５ｂをそれぞれ通過する。また、ウエハ面Ｓ上のそれぞれの計測点ＡＦ１２〜ＡＦ１５により反射され平行平面ガラス７０の射出面７０ａ及び入射面７０ｂにより反射され平行平面ガラス７０を射出した方向識別光Ｃ２０は、矩形状の開口部ＲＳ４２ａ，ＲＳ４３ａ，ＲＳ４４ａ，ＲＳ４５ａをそれぞれ通過する。受光スリットプリズム６４を通過した計測光Ｃ１０及び方向識別光Ｃ２０は、リレー光学系３６，３７を通過して受光センサ７２に入射する。
【０１０９】
図１９は、受光センサ７２の受光面の構成を示す図である。図１９に示すように、受光センサ７２の受光面は、受光スリットプリズム６４の入射面に備えられている受光スリット６４ｂの５つの開口部群ＲＳ４１〜ＲＳ４５に対応する５つの受光素子群ＲＣ４１，ＲＣ４２，ＲＣ４３，ＲＣ４４，ＲＣ４５を有している。また、受光素子群ＲＣ４１は受光素子ＲＣ４１ａ及びＲＣ４１ｂを有しており、受光素子ＲＣ４１ｂは受光領域ＲＣ４１ａａ及びＲＣ４１ａｂにより構成されている。受光スリット６４ｂの開口部群ＲＳ４１の開口部ＲＳ４１ｂを通過した計測光Ｃ１０は受光素子ＲＣ４１ａ、開口部ＲＳ４１ａを通過した方向識別光Ｃ２０は受光素子ＲＣ４１ｂにより受光される。
【０１１０】
同様に、受光素子群ＲＣ４２は受光素子ＲＣ４２ａ及びＲＣ４２ｂを有しており、受光素子ＲＣ４２ｂは受光領域ＲＣ４２ａａ及びＲＣ４２ａｂにより構成されている。受光素子群ＲＣ４３は受光素子ＲＣ４３ａ及びＲＣ４３ｂを有しており、受光素子ＲＣ４３ｂは受光領域ＲＣ４３ａａ及びＲＣ４３ａｂにより構成されている。受光素子群ＲＣ４４は受光素子ＲＣ４４ａ及びＲＣ４４ｂを有しており、受光素子ＲＣ４４ｂは受光領域ＲＣ４４ａａ及びＲＣ４４ａｂにより構成されている。受光素子群ＲＣ４５は受光素子ＲＣ４５ａ及びＲＣ４５ｂを有しており、受光素子ＲＣ４５ｂは受光領域ＲＣ４５ａａ及びＲＣ４５ａｂにより構成されている。
【０１１１】
受光スリット６４ｂの開口部群ＲＳ４２〜ＲＳ４５のそれぞれの開口部ＲＳ４２ａ，ＲＳ４２ｂ，ＲＳ４３ａ，ＲＳ４３ｂ，ＲＳ４４ａ，ＲＳ４４ｂ，ＲＳ４５ａ，ＲＳ４５ｂを通過した計測光Ｃ１０及び方向識別光Ｃ２０は、それぞれの受光素子ＲＣ４２ａ，ＲＣ４２ｂ，ＲＣ４３ａ，ＲＣ４３ｂ，ＲＣ４４ａ，ＲＣ４４ｂ，ＲＣ４５ａ，ＲＣ４５ｂにより受光される。
【０１１２】
受光センサ７２の５つの受光素子群ＲＣ４１〜ＲＣ４５により検出される計測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の光源の電力を制御する図示しない電力制御部に対して制御信号の出力を行う。
【０１１３】
次に、この第３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、受光スリット６４ｂの１つの開口部群ＲＳ４１を通過した計測光及び方向識別光についてのみ説明を行う。開口部群ＲＳ４１の開口部ＲＳ４１ｂを通過した計測光Ｃ１０及び開口部ＲＳ４１ａを通過した方向識別光は、リレー光学系３６，３７を通過して受光センサ７２の受光素子群ＲＣ４１に到達する。受光素子群ＲＣ４１のそれぞれの受光素子ＲＣ４１ａ及びＲＣ４１ｂにより受光するパターン像の計測信号強度は、光源部の出力変調に伴って変化する。
【０１１４】
まず、受光スリット６４ｂの開口部群ＲＳ４１の開口部ＲＳ４１ｂを通過した計測光Ｃ１０は、受光センサ７２の受光素子群ＲＣ４１の受光素子ＲＣ４１ａにより受光される。受光センサ７２の受光素子ＲＣ４１ａにより検出された計測信号強度は、検出部４４を介して、制御部４０に入力される。
【０１１５】
また、受光スリット６４ｂの開口部群ＲＳ４１の開口部ＲＳ４１ａを通過した方向識別光Ｃ２０は、受光センサ７２の受光素子群ＲＣ４１の受光素子ＲＣ４１ｂにより受光される。受光素子ＲＣ４１ｂの受光領域ＲＣ４１ａａ，ＲＣ４１ａｂはそれぞれ方向識別光の受光の強弱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ＲＣ４１ａａ，ＲＣ４１ａｂは、それぞれ開口部ＲＳ４１ａからの方向識別光をほぼ等しく受光し、方向識別信号を検出部４４に出力する。検出部４４は、その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近傍にあることを示す信号を制御部４０に出力する。
【０１１６】
また、ウエハ面Ｓの面位置がベストフォーカス位置から−Ｚ方向に移動している場合、受光領域ＲＣ４１ａａは、開口部ＲＳ４１ｂからの方向識別光をベストフォーカス位置にいる場合よりも強く受光し、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−Ｚ方向に移動しているために、受光領域ＲＣ４１ａｂは開口部ＲＳ４１ｂからの方向識別光をベストフォーカス位置にいる場合よりも弱く受光して方向識別信号を検出部４４に出力する。検出部４４は、受光領域ＲＣ４１ａｂに比べて受光領域ＲＣ４１ａａから強く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−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。
【０１１７】
ウエハ面Ｓの面位置がベストフォーカス位置から＋Ｚ方向に移動している場合、受光領域ＲＣ４１ａｂは、開口部ＲＳ４１ｂからの方向識別光をベストフォーカス位置にいる場合よりも強く受光し、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＋Ｚ方向に移動しているために、受光領域ＲＣ４１ａａは開口部ＲＳ４１ｂからの方向識別光をベストフォーカス位置にいる場合よりも弱く受光して方向識別信号を検出部４４に出力する。検出部４４は、受光領域ＲＣ４１ａａに比べて受光領域ＲＣ４１ａｂから強く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＋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。
【０１１８】
制御部４０は、検出部４４から受信する計測信号強度及びウエハ面Ｓの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。
【０１１９】
同様にして、受光センサ７２の受光素子ＲＣ４２ａ〜ＲＣ４５ａにより検出された計測信号の強度変化は、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７２の受光素子ＲＣ４２ｂ〜ＲＣ４５ｂにより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、検出部４４から受信する計測信号強度及びウエハ面Ｓの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。
【０１２０】
この第３の実施の形態にかかる投影露光装置によれば、複数の固体光源を用いて固体光源単体の注入電流の変調、複数の各固体光源の電流をオン・オフすることにより、検出光の出力変調を行うことができる。即ち、装置の機械的安定性を確保した状態で様々な態様による検出光の出力変調を行うことができる。従って、ウエハ面Ｓの面位置を正確に検出することができる。
【０１２１】
また、１つの受光センサにより計測信号と方向識別信号を検出することができるため、装置のコストを低減でき、かつ装置のコンパクト化を実現することができる。
【０１２２】
なお、上述の各実施の形態においては、光源として複数の固体光源を備えているが、固体光源単体の注入電流を変調することができるため、光源として１つの固体光源を備えるようにしてもよい。
【０１２３】
また、検出光の出力変調を行うことができる濃度フィルタ等の外部変調手段を更に備えるようにしてもよい。この場合には、光源による出力変調と外部変調手段により装置の機械的安定性を確保した状態で、更に様々な態様による光の出力変調を行うことができる。
【０１２４】
また、光源からの光の出力変調を行う際の変調周波数を変調する周波数変調手段を更に備えるようにしてもよい。この場合には、例えば装置の固有振動数を回避した周波数帯域で同期検波を行うなど、面位置検出条件を装置ごとに最適化することができる。
【０１２５】
また、上述の各実施の形態においては、検出光は、光源部により正弦波状に出力変調されているが、検出光の出力波形を変調することができる出力波形変調手段を備えるようにしてもよい。
【０１２６】
また、上述の第２及び第３の実施の形態においては、方向識別光を受光することにより方向識別信号を出力し、ウエハ面Ｓの移動している方向を識別しているが、ウエハ面Ｓの移動している方向に依存することがないように方向識別光を受光する受光スリットの大きさを十分に拡大させることにより、ウエハ面Ｓにより反射される方向識別光を全て受光することができるようにしてもよい。この場合には、ウエハ面Ｓに依存しない強度オフセット信号を受信することができ、ウエハ面Ｓの反射率の変動量を計測することができる。従って、計測されたウエハ面Ｓの反射率の変動量に基づいて、ウエハ面Ｓの面位置の移動量を算出することができるため、精度良くウエハ面Ｓの面位置を検出することができる。
【０１２７】
また、上述の各実施の形態においては、光源として発光ダイオードを適用しているが、レーザダイオード等の別の固体光源を適用しても良い。また、上述の各実施の形態においては、互いに異なる波長域を持つ光を同時に用いているが、例えばＣＣＤ等の固体撮像素子や液晶表示素子などのカラーフィルター製造時には、カラーレジストの分光反射特性に応じて、波長域を変更するために各固体光源を切り換えて使用しても良い。
【０１２８】
上述の各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２０のフローチャートを参照して説明する。
【０１２９】
先ず、図２０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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。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２１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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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】
【０１３４】
【図１】第１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】第１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】第１の実施の形態にかかる各固体光源から射出される光の波長域を示すグラフである。
【図４】第１の実施の形態にかかる送光スリットの平面図である。
【図５】第１の実施の形態にかかるウエハ面上の計測点を示す図である。
【図６】第１の実施の形態にかかる面位置検出装置を構成する倍率補正レンズ群の構成を示す図である。
【図７】第１の実施の形態にかかる計測光を受光する受光スリットの平面図である。
【図８】第１の実施の形態にかかる計測光を受光する受光センサの受光素子を示す図である。
【図９】第１の実施の形態にかかる方向識別光を受光する受光スリットの平面図である。
【図１０】第１の実施の形態にかかる方向識別光を受光する受光センサの受光素子を示す図である。
【図１１】第１の実施の形態にかかるウエハ面上の計測点により反射された光が受光スリットに到達した状態を示す図である。
【図１２】第１の実施の形態にかかる光源からの検出光の出力変調を示すグラフである。
【図１３】第１の実施の形態にかかる受光センサにより検出される計測信号を示すグラフである。
【図１４】第２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１５】第２の実施の形態にかかる受光スリットの平面図である。
【図１６】第２の実施の形態にかかる受光センサの受光素子を示す図である。
【図１７】第３の実施の形態にかかる平行平面ガラス及び受光スリットプリズムの構成並びに検出光の進行方向を説明するための図である。
【図１８】第３の実施の形態にかかる受光スリットの平面図である。
【図１９】第３の実施の形態にかかる受光センサの受光素子を示す図である。
【図２０】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２１】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】
【０１３５】
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、２，６０…面位置検出装置、ＳＬ…送光系、ＲＬ…受光系、３，４，５…発光ダイオード、６，７…ダイクロイックミラー、１０…ライトガイドファイバ、１２…送光スリットプリズム、２４，２５…菱形プリズム、２８…倍率補正レンズ群、３５，５０，６４…受光スリットプリズム、３８，５３，６６，７２…受光センサ、４０…制御部、４４…検出部、４６…駆動部、７０…平行平面ガラス。
【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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