(57)【要約】【課題】  斜入射方式のフォーカス検出系の送光系及び受光系のそれぞれの配置が制約を受ける状況が生じても、これら送光系及び受光系を任意の位置に配置して面位置検出できる面位置検出装置を提供する。【解決手段】  面位置検出装置１は、光束Ｌ１を射出する送光系１０と、送光系１０から射出された光束Ｌ１の少なくとも被検出面ＰＳと略平行な面内での向きを逆方向に変える折り返し光学系３と、検出領域ＡＲ及び折り返し光学系３のみを介した光束Ｌ２を受光する受光系２０とを備えている。送光系１０と折り返し光学系３との間を通過する往路光束Ｌ１が被検出面ＰＳに対して斜め方向から照射されるととともに、往路光束Ｌ１と復路光束Ｌ２とは空間的に分離している。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送光系を介して被検出面上の検出領域に斜め方向から光束を照射して面位置情報を検出する面位置検出装置において、
前記送光系から射出された光束を入射し、前記光束を入射した方向とは異なる方向に偏向して射出する折り返し光学系と、
前記検出領域及び前記折り返し光学系を介した光束を受光する受光系とを備え、
前記送光系と前記折り返し光学系との間を通過する第１の光束、及び前記折り返し光学系と前記受光系との間を通過する第２の光束のうちいずれか一方の光束が前記被検出面に対して斜め方向から照射されるととともに、前記第１の光束と前記第２の光束とは空間的に分離していることを特徴とする面位置検出装置。
【請求項２】
前記折り返し光学系は前記検出領域を挟んで前記送光系と対向する位置に設けられてい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】
前記送光系と前記受光系とは前記検出領域に対して同じ側に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の面位置検出装置。
【請求項４】
前記送光系と前記受光系とは同じハウジングに収容されてユニット化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】
前記被検出面の放線を含む面内を、前記第１の光束及び前記第２の光束のそれぞれが通過することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の面位置検出装置。
【請求項６】
前記第１の光束及び前記第２の光束のうち前記被検出面に照射されない他方の光束は、前記被検出面に対して略平行な面内を通過することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の面位置検出装置。
【請求項７】
前記光束の光路上に配置された複数の光学素子のうち特定の光学素子を前記第１の光束及び前記第２の光束の双方が通過することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の面位置検出装置。
【請求項８】
前記光束の光路上に前記光束の進行方向を偏向するプリズムが配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の面位置検出装置。
【請求項９】
前記折り返し光学系はペンタプリズムを含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項記載の面位置検出装置。
【請求項１０】
パターンを基板に露光する露光装置において、
前記基板表面の面位置情報を検出する請求項１〜請求項９のいずれか一項記載の面位置検出装置を備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項１１】
前記パターンを前記基板に投影する投影光学系を備え、
前記第１の光束及び前記第２の光束は前記投影光学系と前記基板との間を通過することを特徴とする請求項１０記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検出面の面位置情報を光学的に検出する面位置検出装置及び露光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスや液晶表示デバイス等のマイクロデバイスは、マスク上に形成されたパターンを感光性の基板上に転写する所謂フォトリソグラフィの手法により製造される。このフォトリソグラフィ工程で使用される露光装置は、マスクを支持するマスクステージと基板を支持する基板ステージとを有し、マスク上に形成されたパターンをマスクステージ及び基板ステージを逐次移動しながら投影光学系を介して基板に転写するものである。露光装置では、投影光学系の結像面と基板表面（被露光面）とを合致させるため、基板表面の位置情報をフォーカス検出系（面位置検出装置）を使って検出し、この検出結果に基づいて投影光学系の結像面に対する基板表面の位置を調整することが行われている。フォーカス検出系には、被検出面に対して斜め方向から光束を照射して面位置情報を検出する所謂斜入射方式のフォーカス検出系がある（下記特許文献１参照）。斜入射方式のフォーカス検出系は、投影光学系を挟んで一方の側に設けられ、光束を射出する送光系と、他方の側に設けられ、被検出面で反射した前記光束の反射光を受光する受光系とを備えている。この斜入射方式のフォーカス検出系によれば、例えば投影光学系を介した所謂ＴＴＬ（Through The Lens）方式のフォーカス検出系に比べて投影光学系の影響を受けずに高精度な検出結果を得られる。つまり、投影光学系は露光光の波長に対してのみ良好に収差補正されているので、ＴＴＬ方式のフォーカス検出系においてフォーカス検出光を露光光と異なる波長とした場合に諸収差が生じる。一方、フォーカス検出光を露光光と同一波長とした場合、基板上に塗布されたフォトレジスト（感光剤）が感光してしまう不都合が生じる。そこで、マイクロデバイスを製造するための露光装置においては、斜入射方式のフォーカス検出系が用いられる場合が多い。
【特許文献１】特開平５−２５９０３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、近年においては、露光光としてＦ２レーザ光等の真空紫外光を用いる露光装置の開発が進んでいる。このような露光装置では、反射屈折型の投影光学系が採用される可能性があり、これに伴って投影光学系の鏡筒に張り出し部が形成される場合がある。このような露光装置に対して斜入射方式のフォーカス検出系を適用しようとすると、その鏡筒の張り出し部によりフォーカス検出系の送光系及び受光系の配置が制約を受ける場合がある。
【０００４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、斜入射方式のフォーカス検出系の送光系及び受光系のそれぞれの配置が制約を受ける状況が生じても、これら送光系及び受光系を任意の位置に配置して面位置検出できる面位置検出装置、及びこの面位置検出装置を備えた露光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するため本発明は、実施の形態に示す図１〜図１２に対応付けした以下の構成を採用している。
【０００６】
本発明の面位置検出装置（１）は、送光系（２、１０）を介して被検出面（ＰＳ）上の検出領域（ＡＲ）に斜め方向から光束（Ｌ１）を照射して面位置情報を検出する面位置検出装置において、送光系（２、１０）から射出された光束（Ｌ１）を入射し、光束（Ｌ１）を入射した方向とは異なる方向に偏向して射出する折り返し光学系（３、９）と、検出領域（ＡＲ）及び折り返し光学系（３、９）を介した光束（Ｌ２）を受光する受光系（４、２０）とを備え、送光系（２、１０）と折り返し光学系（３、９）との間を通過する第１の光束（Ｌ１）、及び折り返し光学系（３、９）と受光系（４、２０）との間を通過する第２の光束（Ｌ２）のうちいずれか一方の光束が被検出面（ＰＳ）に対して斜め方向から照射されるととともに、第１の光束（Ｌ１）と第２の光束（Ｌ２）とは空間的に分離していることを特徴とする。
【０００７】
本発明の露光装置（ＥＸ）は、パターンを基板（Ｐ）に露光する露光装置において、基板（Ｐ）表面（ＰＳ）の面位置情報を検出する上記記載の面位置検出装置（１）を備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、例えば投影光学系の鏡筒の形状により投影光学系を挟んで対向する位置に送光系及び受光系を配置できない等、その配置が制約を受ける状況が生じても、送光系から射出された光束の向きを変える折り返し光学系を設けることで、送光系に対して任意の位置関係で配置された受光系に対して光束を送光することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、送光系から射出された光束の向きを変える折り返し光学系を設けたので、送光系及び受光系の配置が制約を受ける場合でもこれらを任意の位置に配置でき、被検出面の面位置情報を斜入射方式で円滑に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の面位置検出装置及び露光装置について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の面位置検出装置を備えた露光装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【００１１】
図１において、露光装置ＥＸは、マスクＭを支持するマスクステージＭＳＴと、基板Ｐを支持する基板ステージＰＳＴと、マスクステージＭＳＴに支持されているマスクＭを露光光ＥＬで照明する照明光学系ＩＬと、露光光ＥＬで照明されたマスクＭのパターンを基板ステージＰＳＴに支持されている基板Ｐに投影する投影光学系ＰＬと、基板ステージＰＳＴに支持された基板Ｐの面位置情報を検出するフォーカス検出系（面位置検出装置）１と、露光装置ＥＸ全体の動作を統括制御する制御装置ＣＯＮＴとを備えている。
【００１２】
ここで、本実施形態では、露光装置ＥＸとしてマスクＭと基板Ｐとを走査方向における互いに異なる向き（逆方向）に同期移動しつつマスクＭに形成されたパターンを基板Ｐに露光する走査型露光装置（所謂スキャニングステッパ）を使用する場合を例にして説明する。以下の説明において、水平面内においてマスクＭと基板Ｐとの同期移動方向（走査方向）をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向に垂直な方向（非走査方向）をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に垂直な方向（すなわち鉛直方向）をＺ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわり方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。なお、ここでいう「基板」は半導体ウエハ上にレジストを塗布したものを含み、「マスク」は基板上に縮小投影されるデバイスパターンを形成されたレチクルを含む。
【００１３】
照明光学系ＩＬは、マスクステージＭＳＴに支持されているマスクＭを露光光ＥＬで照明するものであり、露光用光源、露光用光源から射出された光束の照度を均一化するオプティカルインテグレータ、オプティカルインテグレータからの露光光ＥＬを集光するコンデンサレンズ、リレーレンズ系、露光光ＥＬによるマスクＭ上の照明領域を例えばスリット状に設定する視野絞り等を有している。マスクＭ上の所定の照明領域は照明光学系ＩＬにより均一な照度分布の露光光ＥＬで照明される。照明光学系ＩＬから射出される露光光ＥＬとしては、例えばＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）やＦ２レーザ光（波長１５７ｎｍ）等の真空紫外光（ＶＵＶ光）などが用いられる。なお露光光ＥＬとしては水銀ランプから射出される紫外域の輝線（ｇ線、ｈ線、ｉ線）及びＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）等の遠紫外光（ＤＵＶ光）であってもよい。
【００１４】
マスクステージＭＳＴは、マスクＭを支持するものであって、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直な平面内、すなわちＸＹ平面内で２次元移動可能及びθＺ方向に微小回転可能である。マスクステージＭＳＴは、例えば真空吸着によりマスクＭを保持する。マスクステージＭＳＴはリニアモータ等のマスクステージ駆動装置ＭＳＴＤにより駆動される。マスクステージ駆動装置ＭＳＴＤは制御装置ＣＯＮＴにより制御される。マスクステージＭＳＴには移動鏡５１が設けられ、移動鏡５１に対向する位置にはレーザ干渉計５２が設けられている。マスクステージＭＳＴ上のマスクＭの２次元方向の位置、及び回転角はレーザ干渉計５２によりリアルタイムで計測され、計測結果は制御装置ＣＯＮＴに出力される。制御装置ＣＯＮＴはレーザ干渉計５２の計測結果に基づいてマスクステージ駆動装置ＭＳＴＤを駆動することでマスクステージＭＳＴに支持されているマスクＭの位置決めを行う。
【００１５】
投影光学系ＰＬは、マスクＭのパターンを基板Ｐに投影露光するものであって、複数の光学素子（レンズ及びミラー）で構成された反射屈折光学系であり、この反射屈折光学系は鏡筒ＰＫ内に保持されている。鏡筒ＰＫの外周部にはフランジ部Ｆが形成されており、鏡筒定盤Ｂに対してキネマティック支持されている。鏡筒定盤Ｂの中央部には平面視円形の開口が形成され、その内部に投影光学系ＰＬ（鏡筒ＰＫ）が上方から挿入されている。鏡筒定盤Ｂは不図示のコラムに支持されており、更にコラムは、上記照明光学系ＩＬやマスクステージＭＳＴ、あるいは基板ステージＰＳＴを支持している。また、本実施形態の鏡筒ＰＫは＋Ｘ側に張り出し部Ａを有しており、鏡筒定盤Ｂの＋Ｘ側の上面のほぼ全領域が張り出し部Ａに占有されている。
【００１６】
図２は投影光学系ＰＬの一例を示す図である。図２において、投影光学系ＰＬは、マスクＭのパターンの第１中間像を形成するための屈折型の第１結像光学系Ｇ１と、凹面反射鏡ＣＭと２つの負レンズ４３とから構成されて第１中間像の像である第２中間像（第１中間像のほぼ等倍像であってマスクパターンの２次像）を形成するための第２結像光学系Ｇ２と、第２中間像からの光に基づいて基板Ｐ上にマスクパターンの最終像（マスクパターンの縮小像）を形成するための屈折型の第３結像光学系Ｇ３とを備えている。第１結像光学系Ｇ１と第２結像光学系Ｇ２との間の光路中において第１中間像の形成位置の近傍には、第１結像光学系Ｇ１からの光を第２結像光学系Ｇ２に向かって９０°だけ偏向するための光路折り曲げ用の第１光路折り曲げ鏡４１が配置されている。また、第２結像光学系Ｇ２と第３結像光学系Ｇ３との間の光路中において第２中間像の形成位置の近傍には、第２結像光学系Ｇ２からの光を第３結像光学系Ｇ３に向かって９０°だけ偏向するための第２光路折り曲げ鏡４２が配置されている。第１光路折り曲げ鏡４１及び第２光路折り曲げ鏡４２はともに平面状の反射面を有し、２つの反射面を有する１つの光学部材ＦＭとして一体的に構成されている。第１中間像及び第２中間像は、第１光路折り曲げ鏡４１と第２結像光学系Ｇ２との間の光路中、及び第２結像光学系Ｇ２と第２光路折り曲げ鏡４２との間の光路中にそれぞれ形成される。第３結像光学系Ｇ３は、第２中間像からの光束に基づいて、マスクＭのパターンの縮小像を基板Ｐ上に形成する。第１結像光学系Ｇ１は直線状に延びた光軸ＡＸ１を有し、第３結像光学系Ｇ３は直線状に延びた光軸ＡＸ３を有し、光軸ＡＸ１と光軸ＡＸ３とはＺ軸方向と平行になるように設定されている。一方、第２結像光学系Ｇ２も直線状に延びた光軸ＡＸ２を有し、この光軸ＡＸ２はＺ軸方向と直交するように設定されている。そして、本実施形態では、第２結像光学系Ｇ２が鏡筒ＰＫの張り出し部Ａに配置される。
【００１７】
図１に戻って、基板ステージＰＳＴは、基板Ｐを支持するものであって、基板Ｐを基板ホルダを介して保持するＺステージ６１と、Ｚステージ６１を支持するＸＹステージ６２と、ＸＹステージ６２を支持するベース６３とを備えている。基板ステージＰＳＴはリニアモータ等の基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤにより駆動される。基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤは制御装置ＣＯＮＴにより制御される。Ｚステージ６１を駆動することにより、Ｚステージ６１上の基板ＰのＺ軸方向における位置（フォーカス位置）、及びθＸ、θＹ方向における位置が制御される。また、ＸＹステージ６２を駆動することにより、基板ＰのＸＹ方向における位置が制御される。
【００１８】
基板ステージＰＳＴ（Ｚステージ６１）上には移動鏡５３が設けられている。また、移動鏡５３に対向する位置にはレーザ干渉計５４が設けられている。基板ステージＰＳＴ上の基板Ｐの２次元方向の位置、及び回転角はレーザ干渉計５４によりリアルタイムで計測され、計測結果は制御装置ＣＯＮＴに出力される。制御装置ＣＯＮＴはレーザ干渉計５４の計測結果に基づいて基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤを介して基板ステージＰＳＴを駆動することで基板ステージＰＳＴに支持されている基板ＰのＸ軸、Ｙ軸方向、及びθＺ方向の位置決めを行う。
【００１９】
図３はフォーカス検出系１の概略構成図である。フォーカス検出系（面位置検出装置）１は、基板Ｐの表面（被検出面）ＰＳに斜め方向から検出用光束Ｌ（Ｌ１）を照射することにより、投影光学系ＰＬの結像面に対する基板Ｐの表面ＰＳの位置情報（フォーカス位置情報）を検出する所謂斜入射方式のフォーカス検出系であって、光束Ｌを射出する送光ユニット（送光系）２と、送光ユニット２から射出された光束Ｌを入射し、光束Ｌを入射した方向とは異なる方向に折り返す折り返し光学系３と、折り返し光学系３で折り返された光束Ｌ（Ｌ２）を受光する受光ユニット（受光系）４とを備えている。
【００２０】
ここで、以下の説明において、送光ユニット２（送光系１０）から射出され折り返し光学系３まで進行する光束、すなわち送光ユニット２と折り返し光学系３との間を通過する光束を「往路光束（第１の光束）Ｌ１」、折り返し光学系３で折り返され受光ユニット４（受光系２０）まで進行する光束、すなわち折り返し光学系３と受光ユニット４との間を通過する光束を「復路光束（第２の光束）Ｌ２」と適宜称する。
【００２１】
また、図では光束Ｌ（Ｌ１、Ｌ２）は１本のように描かれているが、実際には複数の光束が基板Ｐ上に同時に照射されており、これら複数の光束に基づいて、基板Ｐの表面ＰＳのＺ軸方向、及びθＸ、θＹ方向の位置が検出可能となっている。
【００２２】
送光ユニット２は、基板Ｐのフォトレジストに対して非感光性の光束Ｌ１を射出する光源、光源から射出された光束Ｌ１をスリット光に整形するスリット状の開口部を有する送光スリット、非点収差補正用シリンドリカルレンズ、リレーレンズ、光路折り曲げミラー、収差補正用平面板、及び対物レンズ等を備えている。送光スリットで整形されたスリット光は、シリンドリカルレンズ、リレーレンズ、光路折り曲げミラー、収差補正用平面板、及び対物レンズを介して送光ユニット２より射出される。
【００２３】
送光ユニット２より射出されたスリット状の光束（往路光束）Ｌ１は、送光側結像光学系５、ペンタプリズム６、及び平行シフトプリズム７を介して、基板Ｐの表面ＰＳの検出領域ＡＲに斜め方向から所定角度θで照射される。送光ユニット２、送光側結像光学系５、ペンタプリズム６、及び平行シフトプリズム７により、基板Ｐの表面ＰＳに対して往路光束Ｌ１を斜め方向から照射する送光系１０が構成されている。
【００２４】
図４は平行シフトプリズム７を示す図である。平行シフトプリズム７は光束Ｌ１の進行方向を偏向するプリズムであって菱形プリズムにより構成されており、入射した往路光束Ｌ１の光軸を平行移動する。本実施形態において、平行シフトプリズム７は、上端近傍より往路光束Ｌ１を入射し、この往路光束Ｌ１の光軸をＺ軸方向に関して平行移動し、往路光束Ｌ１を下端近傍より射出するように設けられている。
【００２５】
図３に戻って、基板Ｐの表面ＰＳで反射した往路光束Ｌ１の反射光は、基板Ｐの表面ＰＳの検出領域ＡＲを挟んで送光系１０と対向する位置に設けられている折り返し光学系３に入射する。本実施形態において、基板Ｐの表面ＰＳ上での検出領域ＡＲ（すなわち光束の照射位置）は投影光学系ＰＬの直下に対応する位置であり、送光系１０は、検出領域ＡＲ（投影光学系ＰＬの鏡筒ＰＫ）の−Ｘ側に設けられ、折り返し光学系３は検出領域ＡＲの＋Ｘ側に設けられている。折り返し光学系３は、平行シフトプリズム８と、ペンタプリズム９とを備えている。平行シフトプリズム８は、図４を参照して説明した平行シフトプリズム７と同等の構成を有しており、下端近傍より往路光束Ｌ１を入射し、この往路光束Ｌ１をＺ軸方向に関して平行移動し、往路光束Ｌ１を上端近傍より射出するように設けられている。基板Ｐの表面ＰＳで反射した往路光束Ｌ１は平行シフトプリズム８に入射した後、ペンタプリズム９に入射する。
【００２６】
折り返し光学系３を構成するペンタプリズム９は往路光束Ｌ１の進行方向を偏向するものであって、このペンタプリズム９に入射した往路光束Ｌ１の少なくとも基板Ｐの表面ＰＳと略平行な面内での向きを逆方向に変える。本実施形態において、基板Ｐの表面ＰＳとＸＹ平面とが略平行になるように、基板Ｐが基板ステージＰＳＴに支持されるため、折り返し光学系３のペンタプリズム９は入射した往路光束Ｌ１の少なくともＸＹ平面内での向きを変える。
【００２７】
図５はフォーカス検出系１を上方から見た模式図である。図５において、送光系１０は、基板Ｐの表面ＰＳの法線を含むＸＺ平面を通過するように、基板Ｐに対して＋Ｘ方向に進行するように往路光束Ｌ１を射出する。そして、この往路光束Ｌ１の基板Ｐでの反射光もＸＺ平面を通過するように＋Ｘ方向に進行する。ペンタプリズム９（折り返し光学系３）は、送光系１０から＋Ｘ方向に射出された往路光束Ｌ１を−Ｘ方向に折り返す。ペンタプリズム９によって折り返された光束（復路光束）Ｌ２は、ＸＺ平面を通過するように−Ｘ方向に進行する。
【００２８】
図３に戻って、ペンタプリズム９で折り返された光束（復路光束）Ｌ２は、リレー光学系１１に入射し、リレー光学系１１を通過した後、前記平行シフトプリズム８に入射する。リレー光学系１１は、平行シフトプリズム８とペンタプリズム９との間に配置されたものであって、このリレー光学系１１の入射側に対する射出側の倍率を調整可能であり、受光ユニット４に対して適切な倍率で復路光束Ｌ２を送光する。なお、本実施形態において、リレー光学系１１は、ペンタプリズム９で折り返された後の復路光束Ｌ２の光路上に配置されているが、ペンタプリズム９で折り返される前の往路光束Ｌ１の光路上での平行シフトプリズム８とペンタプリズム９との間に配置されていてもよい。
【００２９】
平行シフトプリズム８の上端近傍から入射した復路光束Ｌ２は、−Ｚ方向にシフトした後、下端近傍から射出される。そして、ペンタプリズム８から射出した復路光束Ｌ２は、投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間を通過した後、このペンタプリズム８と検出領域ＡＲを挟んで対向する位置に設けられたペンタプリズム７に入射する。
【００３０】
本実施形態において、往路光束Ｌ１は投影光学系ＰＬ直下の基板Ｐの表面ＰＳに照射される構成であって、投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間を通過するようになっており、一方、折り返し光学系３（ペンタプリズム９）によって折り返される復路光束Ｌ２は、＋Ｘ方向に進行する往路光束Ｌ１と正逆方向の−Ｘ方向に進行するため、この復路光束Ｌ２も投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間を通過するようになっている。また、折り返し光学系３を構成するペンタプリズム９は、折り返した後の復路光束Ｌ２が、ＸＹ平面に略平行になるように、その頂角及び姿勢（設置角）を設定されている。これにより、平行シフトプリズム８を通過した復路光束Ｌ２は、基板Ｐに照射されずに、基板Ｐの表面ＰＳに対して略平行な面内（ＸＹ平面内）を通過することになる。
【００３１】
投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間を通過した復路光束Ｌ２は、平行シフトプリズム７の下端近傍に入射した後、＋Ｚ方向にシフトし、上端近傍から射出し、ペンタプリズム６に入射する。ペンタプリズム６により進行方向を変えられた復路光束Ｌ２は、ペンタプリズム１２によりその進行方向を偏向され、再結像光学系１３を介して受光ユニット４に受光される。
【００３２】
受光ユニット４は、反射光が入射される対物レンズ、収差補正用平面板、所定の周期で振動する振動ミラー、リレーレンズ、非点収差補正用シリンドリカルレンズ、スリット状の開口部を有する受光スリット、及び例えばシリコン・フォト・ダイオードからなる受光センサを備えている。受光ユニット４に入射する復路光束Ｌ２は、対物レンズ、収差補正量平面板、振動ミラー、リレーレンズ、シリンドリカルレンズ、及び受光スリットを介して受光センサに受光される。振動ミラーは所定の周期でθＹ方向に振動する。この振動ミラーの振動に伴って、受光スリットに形成されるスリットパターンの像（送光スリットで整形され基板Ｐの表面ＰＳで反射したスリット状の反射光）も振動する。このスリットパターンの像の振動に伴って、受光スリットの開口部を通過する光の光量が変化する。受光スリットの開口部を通過した光は受光センサに達する。ここで、受光スリットの開口部の位置は、被検出面である基板Ｐの表面ＰＳと投影光学系ＰＬの結像面とが一致しているときに、受光スリットの開口部の中心がスリットパターンの像の振動中心に一致するように設けられている。したがって、受光センサで受光されるスリットパターンの像が一定周期で検出されれば投影光学系ＰＬの結像面と基板Ｐの表面ＰＳとが合致していることになる。一方、投影光学系ＰＬの結像面と基板Ｐの表面ＰＳとが合致していない場合には、復路光束Ｌ２は受光系２０の光軸と垂直方向にずれ、受光スリットの開口部の中心に対してスリットパターンの像の振動中心がずれることになるので、受光センサで受光されるスリットパターンの像は一定周期で検出されない。受光センサの検出結果は制御装置ＣＯＮＴに出力され、制御装置ＣＯＮＴは、受光センサの受光結果に基づいて基板Ｐの表面ＰＳのフォーカス位置を求める。
【００３３】
そして、本実施形態では、リレーレンズ系１１、平行シフトプリズム８、７、ペンタプリズム６、１２、再結像光学系１３、及び受光ユニット４により、基板Ｐの表面ＰＳの検出領域ＡＲ及び折り返し光学系３のみを介した光束Ｌを受光する受光系２０が構成されている。受光系２０の一部を構成する平行シフトプリズム７、ペンタプリズム６、１２、再結像光学系１３、及び受光ユニット４と、送光系１０とは、検出領域ＡＲ（つまり鏡筒ＰＫ）に対して同じ側（−Ｘ側）に設けられている。
【００３４】
また、本実施形態では、往路光束Ｌ１は、基板Ｐの表面ＰＳを介して折り返し光学系３に入射するが、復路光束Ｌ２は、基板Ｐの表面ＰＳを介さず、且つ基板Ｐの表面ＰＳに対して略平行な面内を通過するようになっており、往路光束Ｌ１と復路光束Ｌ２とは空間的に分離された構成となっている。送光系１０から射出された光束Ｌは、基板Ｐの表面ＰＳの検出領域ＡＲ及び折り返し光学系３のみを介して受光系２０に達するようになっており、基板Ｐ及び折り返し光学系３以外の部材及び光学系には照射されない構成となっている。
【００３５】
ところで、フォーカス検出系１を構成する各光学素子は、鏡筒定盤Ｂに支持され、ハウジング３０に収容されている。本実施形態において、送光系１０の一部を構成する送光ユニット２及び送光側結像光学系５と、受光系２０の一部を構成するペンタプリズム１２、再結像光学系１３、及び受光ユニット４とが、鏡筒定盤Ｂ上面のうち検出領域ＡＲ（投影光学系ＰＬ）に対して−Ｘ側に取り付けられ、第１ハウジング３０Ａに収容されている。また、送光系１０及び受光系２０の一部を構成するペンタプリズム６及び平行シフトプリズム７は、鏡筒定盤Ｂ下面のうち検出領域ＡＲに対して−Ｘ側に取り付けられ、第２ハウジング３０Ｂに収容されている。また、折り返し光学系１０を構成する平行シフトプリズム８、ペンタプリズム９、及びリレー光学系１１は、鏡筒定盤Ｂ下面のうち検出領域ＡＲに対して＋Ｘ側に取り付けられ、第３ハウジング３０Ｃに収容されている。ここで、各ハウジング３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、及び鏡筒定盤Ｂのうち、光束Ｌ（Ｌ１、Ｌ２）の光路に対応する位置には開口部が形成されており、光束Ｌの光路が確保されている。光学素子（つまり光束Ｌの光路）を覆うハウジング３０Ａ〜３０Ｃを設けたことにより、光束Ｌの光路上の環境変動、特に周辺環境の変動に起因する光束Ｌの光路上の環境変動を抑えることができる。これにより、環境変動に起因する光束Ｌの光路上の屈折率変化等の発生を抑制し、光束Ｌの受光結果に基づいて基板Ｐの表面ＰＳの面位置情報を精度良く検出することができる。
【００３６】
特に、送光ユニット２、受光ユニット４、光学素子５、１２、１３は、１つのハウジング３０Ａに収容されてユニット化されており、第１ハウジング３０Ａには温度及び湿度を調整する調整装置３２が接続されている。調整装置３２は制御装置ＣＯＮＴの制御に基づき、第１ハウジング３０Ａ内の環境（温度及び湿度）を調整する。送光ユニット２及び受光ユニット４は、電気系等の発熱源を有している場合があるが、これらを第１ハウジング３０Ａ内に収容し、調整装置３２を使って環境調整することにより、周囲環境や光学素子を含む光束Ｌの光路上に対する発熱源による影響を抑えることができる。これにより、環境変動に起因する光束Ｌの光路上の屈折率変化等の発生を抑制することができる。なお、第２、第３ハウジング３０Ｂ、３０Ｃに温度及び湿度を調整可能な調整装置を接続し、光束Ｌの光路上の環境を調整するようにしてもよい。
【００３７】
以上説明したように、張り出し部Ａを有する鏡筒ＰＫの形状などに起因して、投影光学系ＰＬ（あるいは投影光学系ＰＬ直下の検出領域ＡＲ）を挟んで対向する位置に送光系１０及び受光系２０を配置できない等、その配置に制約を受ける状況が生じても、送光系１０から射出された光束Ｌの向きを変える折り返し光学系３を設けたことにより、送光系１０に対して受光系２０を任意の位置に配置し、この受光系２０に対して光束Ｌを送光することができる。
【００３８】
また、本実施形態のフォーカス検出系１は、送光ユニット２から射出された往路光束（送光）Ｌ１と、折り返し光学系３で折り返された復路光束（受光）Ｌ２とは空間的に分離されてた構成である。これにより、フォーカス検出系１の検出精度を向上することができる。往路光束Ｌ１と復路光束Ｌ２とが空間的に分離されずに同光路を通る場合、受光ユニット４のディテクタより前で、往路光束Ｌ１と復路光束Ｌ２とを分離する必要がある。そのような場合には、フォーカス検出光として、特定方向に偏光した光束を使用し、更に偏光性の素子を使用して、往路光束Ｌ１と復路光束Ｌ２とを分離することになる。しかし一方で、斜入射方式のフォーカス検出系１においては、基板Ｐの表面ＰＳを検出する際には、基板Ｐの表面ＰＳに対して照射される検出光（入射ビーム）の偏光特性によって、フォーカス検出系１で検出される基板Ｐの表面位置（Ｚ位置）が騙されるおそれがある。そのため、フォーカス検出光としては特定の偏光を避ける必要がある。本実施形態では、往路光束Ｌ１と復路光束Ｌ２とは空間的に分離されているので、特定の偏光成分を用いることなく、基板Ｐの表面ＰＳを検出することができる。
【００３９】
折り返し光学系３を検出領域ＡＲを挟んで送光系１０と対向する位置に設けたことにより、検出領域ＡＲに対して照射した光束Ｌ１を折り返し光学系３に円滑に送光することができる。そして、送光系１０と受光系２０とを検出領域ＡＲ（投影光学系ＰＬ）に対して同じ側に配置することにより、光束Ｌの光路上に配置された複数の光学素子のうち、特定の光学素子であるペンタプリズム６、９、及び平行シフトプリズム７、８のそれぞれに、往路光束Ｌ１及び復路光束Ｌ２の双方を通過させることができ、送光系１０と受光系２０とでそれら特定の光学素子６、７、８、９を共有することができる。これにより、フォーカス検出系１を構成する部品点数を少なくすることができ、装置構成を簡略化及び低コスト化できる。また、送光系１０と受光系２０とを検出領域ＡＲ（投影光学系ＰＬ）に対して同じ側に配置し、往路光束Ｌ１及び復路光束Ｌ２のそれぞれがＸＺ平面を通過するように設けたことにより、光路上の環境調整を行う際に、そのＸＺ平面に沿う空間を環境調整すればよいので、環境調整を簡易な構成で容易に行うことができる。
【００４０】
投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間の空間は、露光光ＥＬが通過する空間であって、環境調整（温度及び湿度調整）が高度に行われているが、上記実施形態において、往路光束Ｌ１及び復路光束Ｌ２のそれぞれは、良好に環境調整された投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間の空間を通過するので、この光束の受光結果に基づいて被検出面ＰＳの面位置情報を精度良く検出することができる。また、復路光束Ｌ２は基板Ｐの表面ＰＳに対して略平行な面内を通過するので、狭いワーキングディスタンスでも投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間を通過することができる。
【００４１】
送光ユニット２と受光ユニット４とは同じ第１ハウジング３０Ａに収容されてユニット化されているので、例えばメンテナンスする場合等、このユニット化された第１ハウジング３０Ａを鏡筒定盤Ｂに対して取り付け・取り外しすることができ、作業性を向上することができる。また、ユニット化したことで、第１ハウジング３０Ａ内部を調整装置３２により一括して環境調整することができ、環境調整作業を容易に行うことができる。
【００４２】
本実施形態では、光束Ｌ（Ｌ１、Ｌ２）の進行方向を変えるためにペンタプリズムを使用している。ペンタプリズムによれば、例えば図６（ａ）に示す状態から、ＸＺ平面内においてΔθだけ回転し、図６（ｂ）に示す状態になった場合でも、ペンタプリズムに対する入射光Ｌａと射出光Ｌｂとの相対角度θｃは変化しない。したがって、ペンタプリズムを光束Ｌの光路上に設置後、仮にペンタプリズムが回転しても光束Ｌ（射出光Ｌｂ）の光路は大きく変化せず、光束Ｌの受光結果に基づいて基板Ｐの表面ＰＳの面位置情報を検出することができる。なお、光束Ｌの進行方向を偏向するためにミラーを用いることももちろん可能である。ミラーを用いる場合、ミラーの反射面の角度変動を十分に抑制できる保持機構を設けることで光路Ｌの変動を抑えることができる。一方、ペンタプリズムを用いることにより、上記保持機構は不要となるので、装置コストを低減することができる。
【００４３】
本実施形態では、送光系１０のうち基板Ｐに対して光束Ｌ（Ｌ１）を射出する射出端部、及び折り返し光学系３のうち基板Ｐでの反射光を入射する入射端部のそれぞれに平行シフトプリズム７、８を設けることで、光束Ｌの光路長を短くし、装置構成のコンパクト化を図っている。つまり、デバイスパターンの微細化の要求から投影光学系は大ＮＡ化され、これに伴って投影光学系ＰＬと基板Ｐとの間の空間（ワーキングディスタンス）は狭くなる傾向にあり、これに伴ってフォーカス検出用光束Ｌの基板Ｐの表面ＰＳに対する入射角度θは大きくなる傾向にある。このため、大きな入射角度θ（例えば８０°）で光束Ｌを入射させようとすると、図７（ａ）に示す模式図のように、光束Ｌを検出領域ＡＲに対して遠い位置から照射しなければならず、そのため光束Ｌの光路長を長くする必要がある。この場合、その長い光路長に対応するように環境調整（温度及び湿度調整）しなければならず、例えばこの光路を覆うハウジング３０やこれに接続する調整装置を大型化する必要がある等、装置構成の大型化及び複雑化を招くことになる。しかしながら、図７（ｂ）に示す模式図のように、平行シフトプリズム７（８）を光束Ｌの光路上に配置したことにより、入射角度θの大角度化に対応しつつ、装置構成をコンパクト化できる。
【００４４】
なお上記実施形態では、往路光束Ｌ１が基板Ｐの表面ＰＳに斜め方向から照射され、復路光束Ｌ２が基板Ｐを介さずに受光系２０に受光される構成であるが、図８に示す模式図のように、往路光束Ｌ１が基板Ｐを介さずに直接折り返し光学系３に送光され、折り返し光学系３で折り返された復路光束Ｌ２が、基板Ｐの表面ＰＳの検出領域ＡＲに斜め方向から照射され、この反射光が受光系２０に受光される構成であってもよい。
【００４５】
なお上記実施形態において、送光系１０と受光系２０とは検出領域ＡＲ（投影光学系ＰＬ）に対して同じ側に設けられているが、図９に示す模式図のように、検出領域ＡＲに対して異なる側に設けられてもよい。図９に示す例では、送光系１０は検出領域ＡＲに対して一方側（−Ｘ側）に設けられ、受光系２０は他方側（＋Ｘ側）に設けられている。そして、送光系１０から＋Ｘ方向に射出された往路光束Ｌ１は基板Ｐの表面ＰＳの検出領域ＡＲで反射した後、＋Ｘ方向に進行して折り返し光学系３に入射し、ほぼ＋Ｙ方向にその向きを変えられる。受光系２０は折り返し光学系３に対してほぼ＋Ｙ側に設けられており、折り返し光学系３で折り返された復路光束Ｌ２は受光系２０に受光される。
【００４６】
また、上記実施形態では、折り返し光学系３は検出領域ＡＲを挟んで送光系１０と対向する位置に設けられているが、図１０に示す模式図のように、対向しない位置に設けられていてもよい。図１０に示す例では、送光系１０は検出領域ＡＲに対して−Ｘ側に設けられ、折り返し光学系３は＋Ｙ側に設けられており、折り返し光学系３で折り返された後の復路光束Ｌ２が基板Ｐの表面ＰＳの検出領域ＡＲに照射されるようになっている。送光系１０から折り返し光学系３に射出された往路光束Ｌ１は折り返し光学系３により、ほぼ−Ｙ方向にその向きを変えられた後、基板Ｐの表面ＰＳの検出領域ＡＲに照射される。そして、基板Ｐの表面ＰＳで反射した復路光束Ｌ２の反射光が受光系２０に受光される。
【００４７】
また、上記各実施形態において、折り返し光学系３は、往路光束Ｌ１の向きを逆方向に変えるが、図１１に示す模式図のように、往路光束Ｌ１の向きを略同じ方向において変えるようにしてもよい。図１１に示す例では、受光系２０は、検出領域ＡＲを基準として折り返し光学系３より＋Ｘ方向外側に設けられている。具体的には、受光系２０は投影光学系ＰＬの鏡筒ＰＫの張り出し部Ａよりも外側に設けられている。そして、折り返し光学系３は、送光系１０より射出され、基板Ｐの表面ＰＳで反射した光束Ｌ１を、その外側に設けられた受光系２０に中継している。
【００４８】
図９、図１０、及び図１１を参照して説明した実施形態は、送光系１０、受光系２０、及び折り返し光学系３のそれぞれの配置が制約を受ける場合に特に有効である。一方、図５や図８を参照して説明した実施形態のように、送光系１０と検出領域ＡＲを挟んで対向する位置に折り返し光学系３を設けるとともに、送光系１０と受光系２０とを検出領域ＡＲに関して同じ側に設けることにより、光束Ｌ（Ｌ１、Ｌ２）の光路上の環境変動を抑制する調整装置（あるいはハウジング）をコンパクト化できる。つまり、図９〜図１１に示した実施形態では、往路光束Ｌ１及び復路光束Ｌ２は互いに離れた位置を通過するので、往路光束Ｌ１及び復路光束Ｌ２それぞれの光路の環境を調整する調整装置（あるいはハウジング）を個別に設ける必要があるが、図５及び図８を参照して説明した実施形態では、往路光束Ｌ１及び復路光束Ｌ２のそれぞれは特定の光学素子を共有するように互いに接近した位置を通過するので、調整装置（あるいはハウジング）が調整する調整領域はコンパクト化されるた構成となっている。
【００４９】
なお上述した実施形態においては、検出領域ＡＲは投影光学系ＰＬの直下に設定されているが、検出領域ＡＲは投影光学系ＰＬの直下に限定されるものではなく、投影光学系ＰＬの直下から離れた位置に設定されていてもよい。
【００５０】
なお上記各実施形態では、投影光学系ＰＬの鏡筒ＰＫに張り出し部Ａが設けられており、この張り出し部Ａを避けるように送光系１０及び受光系２０を配置し、送光系１０から射出された光束を折り返し光学系３を使って受光系２０に送光しているが、もちろん、張り出し部Ａのない略対称形状の投影光学系ＰＬ（鏡筒ＰＫ）を有する露光装置ＥＸに対しても本発明を適用可能である。
【００５１】
上記各実施形態の露光装置ＥＸとしては、マスクＭと基板Ｐとを同期移動してマスクＭのパターンを露光する走査型露光装置の他に、マスクＭと基板Ｐとを静止した状態でマスクＭのパターンを露光し、基板Ｐを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート型の露光装置にも適用することができる。
【００５２】
露光装置ＥＸの用途としては半導体製造用の露光装置や、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを露光する液晶用の露光装置に限定されることなく、薄膜磁気ヘッドを製造するための露光装置にも広く適当できる。
【００５３】
基板ステージＰＳＴやマスクステージＭＳＴにリニアモータを用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上型およびローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもいい。また、ステージは、ガイドに沿って移動するタイプでもいいし、ガイドを設けないガイドレスタイプでもよい。
【００５４】
ステージの駆動装置として平面モ−タを用いる場合、磁石ユニット（永久磁石）と電機子ユニットのいずれか一方をステージに接続し、磁石ユニットと電機子ユニットの他方をステージの移動面側（ベース）に設ければよい。
【００５５】
基板ステージＰＳＴの移動により発生する反力は、特開平８−１６６４７５号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。マスクステージＭＳＴの移動により発生する反力は、特開平８−３３０２２４号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。
【００５６】
本実施形態の露光装置ＥＸは、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
【００５７】
半導体デバイスは、図１２に示すように、デバイスの機能・性能設計を行うステップ２０１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２０２、デバイスの基材である基板（ウエハ、ガラスプレート）を製造するステップ２０３、前述した実施形態の露光装置によりマスクＭのパターンを感光基板Ｐに露光する基板処理ステップ２０４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）２０５、検査ステップ２０６等を経て製造される。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の面位置検出装置を備えた露光装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】露光装置の投影光学系の一例を示す図である。
【図３】本発明の面位置検出装置の一実施形態を示す概略側面図である。
【図４】本発明の面位置検出装置を構成する光学素子を説明するための模式図である。
【図５】図３に示す面位置検出装置を上方から見た模式図である。
【図６】本発明の面位置検出装置を構成する光学素子を説明するための模式図である。
【図７】本発明の面位置検出装置の効果の一例を説明するための図である。
【図８】本発明の面位置検出装置の他の実施形態を示す模式図である。
【図９】本発明の面位置検出装置の他の実施形態を示す模式図である。
【図１０】本発明の面位置検出装置の他の実施形態を示す模式図である。
【図１１】本発明の面位置検出装置の他の実施形態を示す模式図である。
【図１２】半導体デバイスの製造工程の一例を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【００５９】
１…フォーカス検出系（面位置検出装置）、２…送光ユニット、３…折り返し光学系、４…受光ユニット、６…ペンタプリズム、７…平行シフトプリズム、８…平行シフトプリズム、９…ペンタプリズム（折り返し光学系）、１０…送光系、１２…ペンタプリズム、２０…受光系、３０（３０Ａ〜３０Ｃ）…ハウジング、ＡＲ…検出領域、ＥＸ…露光装置、Ｌ…光束（フォーカス検出用光束）、Ｌ１…往路光束、Ｌ２…復路光束、Ｐ…基板、ＰＬ…投影光学系、ＰＳ…基板表面（被検出面）
【図１】
2005340457.tif 000003
【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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