(57)【要約】【課題】露光装置が有する投影光学系の焦点位置に関する情報を検出する精度を向上させることができる焦点位置検出方法、露光方法、デバイス製造方法及び露光装置を提供すること。【解決手段】照射された光の少なくとも一部を遮光する遮光部を有する第１パターン５１と、照射された光の少なくとも一部を透過する透光部を有する第２パターン５５とを用い、投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７から第２パターン５５に光を照射して、第２パターン５５の透光部を透過した光が第１パターン５１の遮光部に照射されるように第２パターン５５の投影像を第１パターン５１へ投影する。次に、第１パターン５１の遮光部から、第２パターン５５の透光部を透過した光の進行方向側に漏れ出た漏洩光ＥＬＬに基づき、投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７の焦点位置に関する情報を検出する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射された光の少なくとも一部を遮光する遮光部を有する第１パターンと、照射された光の少なくとも一部を透過する透光部を有する第２パターンとを用い、
前記第２パターンに光を照射して、前記第２パターンの透光部を透過した光が前記第１パターンの遮光部に照射されるように前記第２パターンの投影像を前記第１パターンへ投影する投影工程と、
前記第１パターンの遮光部から、前記第２パターンの透光部を透過した光の進行方向側に漏れ出た漏洩光に基づき、前記第２パターンの投影像を前記第１パターンへ投影する投影光学系の焦点位置に関する情報を検出する焦点位置検出工程と、
を含むことを特徴とする焦点位置検出方法。
【請求項２】
前記第２パターンはマスクに設けられ、前記第１パターンは前記マスクに形成されたパターンが投影される基板の側に配置される、請求項１に記載の焦点位置検出方法。
【請求項３】
前記第１パターンの前記遮光部の形状は直線状であり、前記第１パターンは、さらに前記遮光部に隣接した直線状の開口部を有し、
前記第２パターンの前記透光部の形状は直線状であり、前記第２パターンは、さらに前記透光部に隣接した直線状の遮光体を有し、
前記第１パターンは、基板ステージの前記基板が搭載される基板搭載面に対して、前記遮光部及び前記開口部と直交する軸周りに傾斜する、請求項１又は２に記載の焦点位置検出方法。
【請求項４】
前記第１パターンは、前記遮光部と前記開口部とをそれぞれ複数有し、
前記焦点位置検出工程においては、受光装置が受光した前記漏洩光に対応する検出値を、前記遮光部及び前記開口部と交差する方向に積算することにより、前記投影光学系の焦点位置に関する情報を検出する、請求項３に記載の焦点位置検出方法。
【請求項５】
前記第１パターンは、前記開口部に蛍光物質を保持しており、
前記焦点位置検出工程においては、前記蛍光物質が前記漏洩光で励起されることにより発生する蛍光に基づいて、前記第２パターンの投影像を前記第１パターンへ投影する投影光学系の焦点位置に関する情報を検出する、請求項３又は４に記載の焦点位置検出方法。
【請求項６】
前記第１パターンは、前記開口部が、励起波長が異なる複数の蛍光物質を保持しており、それぞれの前記蛍光物質の配合比は、前記基板に塗布されるレジストの、前記投影光学系が前記基板に照射する光の波長毎の感光比に合わせて調整されている、請求項３又は４に記載の焦点位置検出方法。
【請求項７】
前記第１パターンは、前記遮光部と前記開口部とをそれぞれ複数有するとともに、励起波長が異なる蛍光物質を、異なる前記開口部に保持している、請求項３又は４に記載の焦点位置検出方法。
【請求項８】
前記焦点位置検出工程においては、前記第２パターンの透光部を透過した光の進行方向と平行な方向に前記基板を移動させながら、前記投影光学系の焦点位置に関する情報を検出する、請求項１から７のいずれか１項に記載の焦点位置検出方法。
【請求項９】
前記基板に露光光を照射して、マスクに形成されたパターンの像を前記基板に投影露光する際に、
請求項１から８のいずれか１項に記載の焦点位置検出方法を用いて前記投影光学系の焦点位置の情報を検出する工程と、
検出した前記焦点位置の情報に基づき、前記投影露光時の条件を制御する工程と、
を含むことを特徴とする露光方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の露光方法を用いて基板を露光する工程と、
露光された前記基板を現像して、転写された前記パターンに対応する露光パターン層を形成する工程と、
前記露光パターン層を介して前記基板を加工する工程と、
を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項１１】
基板に転写するパターンが形成されたマスクを支持するマスクステージと、
前記マスクに光を照射する照明光学系と、
前記基板を保持する基板ステージと、
前記マスクを透過した光を前記基板に照射する投影光学系と、
前記基板ステージに設けられて、照射された光の少なくとも一部を遮光する遮光部を有する第１パターンと、
前記第１パターンの遮光部から、前記第１パターンに照射された光の進行方向側に漏れ出た漏洩光を受光する受光装置と、
前記マスクに設けられた第２パターンに前記照明光学系を介して光を照射して、前記第２パターンの透光部を透過した光が前記第１パターンの遮光部に照射されるように前記第２パターンの投影像を前記第１パターンへ投影し、前記受光装置が受光した、前記第１パターンの遮光部からの漏洩光に基づき、前記投影光学系の焦点位置に関する情報を検出する制御装置と、
を含むことを特徴とする露光装置。
【請求項１２】
前記第１パターンの前記遮光部の形状は直線状であり、前記第１パターンは、さらに前記遮光部に隣接した直線状の開口部を有し、
前記第２パターンの前記透光部の形状は直線状であり、前記第２パターンは、さらに前記透光部に隣接した直線状の遮光体を有し、
前記第１パターンは、前記基板ステージの前記基板が搭載される基板搭載面に対して、前記遮光部及び前記開口部と直交する軸周りに傾斜する、請求項１１に記載の露光装置。
【請求項１３】
前記第１パターンは、前記遮光部と前記開口部とをそれぞれ複数有し、
前記制御装置は、前記受光装置が受光した前記漏洩光に対応して前記受光装置が出力した検出値を、前記遮光部及び前記開口部と交差する方向に積算することにより、前記投影光学系の焦点位置に関する情報を検出する、請求項１２に記載の露光装置。
【請求項１４】
前記第１パターンは、前記開口部に蛍光物質を保持しており、
前記受光装置は、前記蛍光物質が前記漏洩光で励起されることにより発生する蛍光を受光し、
前記制御装置は、前記蛍光に基づいて前記投影光学系の焦点位置に関する情報を検出する請求項１２又は１３に記載の露光装置。
【請求項１５】
前記第１パターンは、前記開口部が、励起波長が異なる複数の蛍光物質を保持しており、それぞれの前記蛍光物質の配合比は、前記基板に塗布されるレジストの、前記投影光学系が前記基板に照射する光の波長毎の感光比に合わせて調整されている、請求項１２又は１３に記載の露光装置。
【請求項１６】
前記第１パターンは、前記遮光部と前記開口部とをそれぞれ複数有するとともに、励起波長が異なる蛍光物質を、異なる前記開口部に保持している、請求項１２又は１３に記載の焦点位置検出方法。
【請求項１７】
前記制御装置は、前記第２パターンの透光部を透過した光の進行方向と平行な方向に前記基板ステージを移動させながら、前記投影光学系の焦点位置に関する情報を検出する、請求項１１から１６のいずれか１項に記載の焦点位置検出装置。
【請求項１８】
前記漏洩光は、空間像計測装置が有する光センサが受光する、請求項１１から１５のいずれか１項に記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焦点位置検出方法、露光方法、デバイス製造方法及び露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶表示デバイス及び半導体デバイス等の各種デバイスは、マスク等に設けられたパターンを感光基板に転写するフォトリソグラフィ工程を利用して製造されている。このフォトリソグラフィ工程で使用される露光装置では、マスク等に設けられたパターンを感光基板に投影するための投影光学系の焦点位置に関する情報を検出することが必要になる。焦点位置を検出する技術としては、例えば、特許文献１に記載されているようなものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１４５４９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
フォトリソグラフ工程で使用される露光装置は、マスク等に設けられたパターンを観光基板に対して高精度に投影するために、投影光学系の焦点位置を高精度で求めることが重要である。本発明の態様は、露光装置が有する投影光学系の焦点位置に関する情報を検出する精度を向上させることができる焦点位置検出方法、露光方法、デバイス製造方法及び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】
本発明の第１の態様に従えば、照射された光の少なくとも一部を遮光する遮光部を有する第１パターンと、照射された光の少なくとも一部を透過する透光部を有する第２パターンとを用い、前記第２パターンに光を照射して、前記第２パターンの透光部を透過した光が前記第１パターンの遮光部に照射されるように前記第２パターンの投影像を前記第１パターンへ投影する投影工程と、前記第１パターンの遮光部から、前記第２パターンの透光部を透過した光の進行方向側に漏れ出た漏洩光に基づき、前記第２パターンの投影像を前記第１パターンへ投影する投影光学系の焦点位置に関する情報を検出する焦点位置検出工程と、を含むことを特徴とする焦点位置検出方法が提供される。
【０００６】
本発明の第２の態様に従えば、基板に露光光を照射して、マスクに形成されたパターンの像を前記基板に投影露光する際に、上述した焦点位置検出方法を用いて前記投影光学系の焦点位置の情報を検出する工程と、検出した前記焦点位置の情報に基づき、前記投影露光時の条件を制御する工程と、を含むことを特徴とする露光方法が提供される。
【０００７】
本発明の第３の態様に従えば、上述した露光方法を用いて基板を露光する工程と、露光された前記基板を現像して、転写された前記パターンに対応する露光パターン層を形成する工程と、前記露光パターン層を介して前記基板を加工する工程と、を含むことを特徴とするデバイス製造方法が提供される。
【０００８】
本発明の第４の態様に従えば、基板に転写するパターンが形成されたマスクを支持するマスクステージと、前記マスクに光を照射する照明光学系と、前記基板を保持する基板ステージと、前記マスクを透過した光を前記基板に照射する投影光学系と、前記基板ステージに設けられて、照射された光の少なくとも一部を遮光する遮光部を有する第１パターンと、前記第１パターンの遮光部から、前記第１パターンに照射された光の進行方向側に漏れ出た漏洩光を受光する受光装置と、前記マスクに設けられた第２パターンに前記照明光学系を介して光を照射して、前記第２パターンの透光部を透過した光が前記第１パターンの遮光部に照射されるように前記第２パターンの投影像を前記第１パターンへ投影し、前記受光装置が受光した、前記第１パターンの遮光部からの漏洩光に基づき、前記投影光学系の焦点位置に関する情報を検出する制御装置と、を含むことを特徴とする露光装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の態様によれば、露光装置が有する投影光学系の焦点位置に関する情報を検出する精度を向上させることができる焦点位置検出方法、露光方法、デバイス製造方法及び露光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施形態１に係る露光装置の斜視図である。
【図２】図２は、実施形態１に係る露光装置を走査方向側から見た図である。
【図３】図３は、実施形態１に係る露光装置の側面図である。
【図４】図４は、実施形態１に係る露光装置が備える焦点位置検出装置を示す図である。
【図５】図５は、実施形態１に係る露光装置が備える焦点位置検出装置を示す図である。
【図６】図６は、第１パターンを示す平面図である。
【図７】図７は、第２パターンを示す平面図である。
【図８】図８は、デフォーカス量と受光素子の検出信号の割合との関係を示す図である。
【図９】図９は、焦点位置検出装置が備える受光装置の出力と、第１パターンのＺ軸方向における位置との関係を示す図である。
【図１０】図１０は、焦点位置検出装置が有する受光装置による第１パターンからの漏洩光の検出方法を示す図である。
【図１１】図１１は、焦点位置検出装置が有する受光装置による第１パターンからの漏洩光の検出方法を示す図である。
【図１２】図１２は、第１パターン及び第２パターンの配置例を示す図である。
【図１３】図１３は、実施形態１の変形例に係る焦点位置検出装置を示す図である。
【図１４】図１４は、第１パターン又は第２パターンの変形例を示す平面図である。
【図１５】図１５は、第１パターン及び第２パターンの変形例を示す平面図である。
【図１６】図１６は、第１パターン及び第２パターンの変形例を示す平面図である。
【図１７】図１７は、第１パターン及び第２パターンの変形例を示す平面図である。
【図１８】図１８は、第１パターン及び第２パターンの変形例を示す平面図である。
【図１９】図１９は、実施形態２に係る焦点位置検出装置を示す図である。
【図２０】図２０は、実施形態３に係る焦点位置検出装置を示す図である。
【図２１】図２１は、実施形態３に係る焦点位置検出装置が有する第１パターンを示す平面図である。
【図２２】図２２は、実施形態３の第２変形例に係る第１パターンを示す平面図である。
【図２３】図２３は、図２２に示す第１パターンに対応する第２パターンを示す平面図である。
【図２４】図２４は、実施形態４に係る露光装置が有する焦点位置検出装置を示す図である。
【図２５】図２５は、本実施形態に係るデバイス製造方法の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下に記載の実施形態により本発明が限定されるものではない。
【００１２】
（実施形態１）
本実施形態に係る露光装置は、照明光学系及び投影光学系に対して感光基板（以下、適宜、基板という）を移動（走査）させつつ、基板にマスクのパターン（マスクパターン）を露光する走査型の露光装置である。以下においては、適宜、図に示すように、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸を設定し、これらの３軸からなるＸＹＺ直交座標系を参照しつつ説明する。Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸周りの回転（傾斜）方向は、それぞれ、θＸ方向、θＹ方向及びθＺ方向と表現する。まず、露光装置の概要を説明する。
【００１３】
＜露光装置の概要＞
図１は、実施形態１に係る露光装置ＥＸの斜視図である。図２は、実施形態１に係る露光装置ＥＸを走査方向側から見た図である。図３は、実施形態１に係る露光装置ＥＸの側面図である。露光装置ＥＸは、マスクステージ１と、基板ステージ２と、マスクステージ駆動システム３と、基板ステージ駆動システム４と、照明システムＩＳと、投影システムＰＳと、制御装置５とを備えている。また、露光装置ＥＸは、ボディ１３を備えている。ボディ１３は、ベースプレート１０と、第１コラム１１と、第２コラム１２とを有する。ベースプレート１０は、例えばクリーンルーム内の支持面（例えば床面）ＦＬ上に防振台ＢＬを介して配置される。第１コラム１１は、ベースプレート１０上に配置される。第２コラム１２は、第１コラム１１上に配置される。ボディ１３は、投影システムＰＳ、マスクステージ１及び基板ステージ２のそれぞれを支持する。投影システムＰＳは、定盤１４を介して第１コラム１１に支持される。マスクステージ１は、第２コラム１２に対して移動可能に支持される。基板ステージ２は、ベースプレート１０に対して移動可能に支持される。
【００１４】
本実施形態において、露光装置ＥＸは、マスクＭと基板（感光基板）Ｐとを同期移動してマスクＭのパターンを介した露光光ＥＬで基板Ｐを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置（スキャニングステッパ）である。露光装置ＥＸはこのようなものに限定されず、例えば、マスクＭと基板Ｐとを静止した状態でマスクＭのパターンを一括露光し、基板Ｐを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパ）であってもよい。
【００１５】
マスクＭは、基板Ｐに投影されるデバイスのパターンが形成されたレチクルを含む。基板Ｐは、基材と、その基材の表面に形成された感光膜（塗布された感光剤）とを含む。基材は、大型のガラスプレートを含み、その一辺の長さ又は対角長（対角線の長さ）は、例えば５００ｍｍ以上である。本実施形態においては、基板Ｐの基材として、一辺が約３０００ｍｍの矩形形状のガラスプレートを用いる。
【００１６】
露光装置ＥＸは、照明光学系としての照明モジュールＩＬ１〜ＩＬ７を複数個（本実施形態では７個）有する照明システムＩＳと、投影光学系としての投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７を複数個（本実施形態では７個）有する投影システムＰＳとを備える。なお、照明モジュール及び投影モジュールの数は７個に限定されず、例えば、照明システムＩＳが照明モジュールを１１個有し、投影システムＰＳが投影モジュールを１１個有してもよい。
【００１７】
照明システムＩＳは、超高圧水銀ランプを用いた光源１７と、光源１７から出射された光を反射する楕円鏡１８と、楕円鏡１８からの光の少なくとも一部を反射するダイクロイックミラー１９と、ダイクロイックミラー１９からの光の進行を遮断可能なシャッタ装置と、ダイクロイックミラー１９からの光が入射するコリメートレンズ２１Ａ及び集光レンズ２１Ｂを含むリレー光学系２１と、所定波長領域の光のみを通過させる干渉フィルタと、リレー光学系２１からの光を分岐して、複数の照明モジュールＩＬ１〜ＩＬ７のそれぞれに供給するライトガイドユニット２３と、を備えている。それぞれの照明モジュールＩＬ１〜ＩＬ７は、いずれも同様の構造である。
【００１８】
照明システムＩＳは、所定の照明領域ＩＲ１〜ＩＲ７に露光光ＥＬを照射することができる。照明領域ＩＲ１〜ＩＲ７は、各照明モジュールＩＬ１〜ＩＬ７から出射される露光光ＥＬの照射領域に含まれている。照明システムＩＳは、異なる７個の照明領域ＩＲ１〜ＩＲ７のそれぞれを露光光ＥＬで照明する。照明システムＩＳは、照明領域ＩＲ１〜ＩＲ７のそれぞれに配置されるマスクＭの部分的な領域を、均一な照度分布の露光光ＥＬで照明する。
【００１９】
本実施形態では、照明システムＩＳから射出される露光光ＥＬとして、例えば、超高圧水銀ランプを用いた光源１７から出射される輝線（ｇ線、ｈ線、ｉ線）を用いる。このように、本実施形態では、露光光ＥＬの光源１７として超高圧水銀ランプを用いるが、露光光ＥＬの光源１７はこれに限定されるものではない。例えば、露光光ＥＬの光源１７としてレーザ光源又はキセノンランプ等を用いることができる。
【００２０】
投影システムＰＳは、露光光ＥＬで照射されたマスクＭのパターンの像を基板Ｐに投影するシステムである。投影システムＰＳが有する投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７は、所定の投影領域ＰＲ１〜ＰＲ７に、それぞれ所定の倍率でパターンの像を投影する。それぞれの投影領域ＰＲ１〜ＰＲ７は、各投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７から出射された露光光ＥＬが照射される領域である。投影システムＰＳは、異なる７個の投影領域ＰＲ１〜ＰＲ７にそれぞれマスクＭに形成されたパターン（マスクパターン）の像を投影する。投影システムＰＳは、基板Ｐのうち投影領域ＰＲ１〜ＰＲ７に配置された部分に、マスクパターンの像を所定の投影倍率で投影する。
【００２１】
各投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７は、いずれも同様の構造なので、投影モジュールＰＬ１を例として説明する。投影モジュールＰＬ１は、図３に示すように、像面調整部３３と、シフト調整部３４と、２組の反射屈折型光学系３１、３２と、視野絞り３５と、スケーリング調整部３６とを備えている。照明領域ＩＲ１に照射され、マスクＭを通過した露光光ＥＬは、像面調整部３３に入射する。像面調整部３３は、投影モジュールＰＬ１の像面の位置（Ｚ軸、θＸ及びθＹ方向に関する位置）を調整することができる。像面調整部３３は、マスクＭ及び基板Ｐに対して光学的にほぼ共役な位置に配置されている。像面調整部３３は、第１光学部材３３Ａ及び第２光学部材３３Ｂと、第２光学部材３３Ｂに対して第１光学部材３３Ａを移動させることができる光学系駆動装置とを備えている。
【００２２】
第１光学部材３３Ａと第２光学部材３３Ｂとは、気体軸受により、所定のギャップを介して対向する。第１光学部材３３Ａ及び第２光学部材３３Ｂは、露光光ＥＬを透過するガラス板であり、それぞれくさび形状を有する。図１に示す制御装置５は、光学系駆動装置を動作させて、第１光学部材３３Ａと第２光学部材３３Ｂとの位置関係を調整することにより、投影モジュールＰＬ１の像面の位置を調整することができる。像面調整部３３を通過した露光光ＥＬは、シフト調整部３４に入射する。
【００２３】
シフト調整部３４は、基板Ｐの表面におけるマスクＭのパターンの像をＸ軸方向及びＹ軸方向にシフトさせることができる。シフト調整部３４を透過した露光光ＥＬは、１組目の反射屈折型光学系３１に入射する。反射屈折型光学系３１は、マスクＭのパターンの中間像を形成する。反射屈折型光学系３１から射出された露光光ＥＬは、視野絞り３５に入射する。視野絞り３５は、反射屈折型光学系３１により形成されるマスクパターンの中間像の位置に配置されている。視野絞り３５は、投影領域ＰＲ１を規定する。本実施形態において、視野絞り３５は、基板Ｐ上における投影領域ＰＲ１を台形状に規定する。視野絞り３５を通過した露光光ＥＬは、２組目の反射屈折型光学系３２に入射する。
【００２４】
反射屈折型光学系３２は、反射屈折型光学系３１と同様の構造である。反射屈折型光学系３２から射出された露光光ＥＬは、スケーリング調整部３６に入射する。スケーリング調整部３６は、マスクパターンの像の倍率（スケーリング）を調整することができる。スケーリング調整部３６を介した露光光ＥＬは、基板Ｐに照射される。本実施形態において、投影モジュールＰＬ１は、マスクパターンの像を、基板Ｐの表面に正立等倍で投影するが、これに限定されるものではない。例えば、投影モジュールＰＬ１は、マスクパターンの像を拡大又は縮小したり、倒立で投影したりしてもよい。投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７は、いずれも同等の構造である。
【００２５】
マスクステージ１は、マスクＭを保持した状態で、照明領域ＩＲ１〜ＩＲ７に対して移動させる装置である。マスクステージ１は、マスクＭを保持可能なマスク保持部１５を有する。マスク保持部１５は、マスクＭを真空吸着可能なチャック機構を含み、マスクＭを脱着できる。マスク保持部１５は、マスクＭの投影システムＰＳ側の面（パターン形成面）とＸ軸及びＹ軸を含むＸＹ平面とがほぼ平行となるように、マスクＭを保持する。
【００２６】
図２に示すマスクステージ駆動システム３は、マスクステージ１を移動させるシステムである。マスクステージ駆動システム３は、例えばリニアモータを含み、第２コラム１２のガイド面１２Ｇ上においてマスクステージ１を移動可能である。マスクステージ１は、マスクステージ駆動システム３の作動により、マスク保持部１５でマスクＭを保持した状態で、ガイド面１２Ｇ上を、Ｘ軸、Ｙ軸及びθＺ方向の３つの方向に移動可能である。
【００２７】
基板ステージ２は、基板Ｐを保持するとともに、パターン転写装置としての照明システムＩＳ及び投影システムＰＳから照射される露光光ＥＬの投影領域ＰＲ１〜ＰＲ７に対して基板Ｐを走査方向（Ｘ軸方向）に移動させる。基板ステージ２は、基板Ｐを保持可能な基板保持部１６を有する。基板保持部１６は、基板Ｐを真空吸着可能なチャック機構を含み、基板Ｐが脱着できるようになっている。基板保持部１６は、基板Ｐの表面（露光面）とＸＹ平面とがほぼ平行となるように、基板Ｐを保持する。
【００２８】
基板ステージ駆動システム４は、基板ステージ２を移動させるシステムである。基板ステージ駆動システム４は、例えばリニアモータを含み、ベースプレート１０のガイド面１０Ｇ上において基板ステージ２を移動可能である。基板ステージ２は、基板ステージ駆動システム４が動作することにより、基板保持部１６で基板Ｐを保持した状態で、図２に示すガイド面１０Ｇ上を、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θＸ、θＹ及びθＺ方向の６方向に移動可能である。
【００２９】
図１及び図２に示すように、干渉計システム６は、マスクステージ１の位置情報を計測するレーザ干渉計ユニット６Ａと、基板ステージ２の位置情報を計測するレーザ干渉計ユニット６Ｂとを有する。レーザ干渉計ユニット６Ａは、マスクステージ１に配置された計測ミラー１Ｒを用いて、マスクステージ１の位置情報を計測可能である。レーザ干渉計ユニット６Ｂは、基板ステージ２に配置された計測ミラー２Ｒを用いて、基板ステージ２の位置情報を計測可能である。本実施形態において、干渉計システム６は、レーザ干渉計ユニット６Ａ、６Ｂを用いて、Ｘ軸、Ｙ軸及びθＸ方向に関するマスクステージ１及び基板ステージ２それぞれの位置を計測可能である。
【００３０】
図３に示す第１検出システム７は、マスクＭの投影システムＰＳ側における面（パターン形成面）のＺ軸方向における位置を検出する。第１検出システム７は、いわゆる斜入射方式の多点フォーカス・レベリング検出システムであり、図３に示すように、マスクステージ１に保持されたマスクＭの投影システムＰＳ側の面と対向配置される複数の検出器７Ａ〜７Ｆを有する。検出器７Ａ〜７Ｆのそれぞれは、検出領域ＭＺ１〜ＭＺ６に検出光を照射する投射部と、検出領域ＭＺ１〜ＭＺ６に配置されたマスクＭの下面（投影システムＰＳ側における表面）からの検出光を受光可能な受光部とを有する。第１検出システム７は、検出領域ＭＺ１〜ＭＺ６に配置されたマスクＭの下面におけるＺ軸方向の位置が変化した場合、そのマスクＭの下面のＺ軸方向における変位量に応じて、受光部に対する検出光の入射位置がＸ軸方向に変位する。検出器７Ａ〜７Ｆのそれぞれは、これらの受光部に対する検出光の入射位置の変位量に対応する信号を制御装置５に出力する。制御装置５は、検出器７Ａ〜７Ｆのそれぞれの受光部からの信号に基づいて、検出領域ＭＺ１〜ＭＺ６に配置されたマスクＭの下面のＺ軸方向における位置を求めることができる。
【００３１】
第２検出システム８は、基板Ｐの表面（露光面）のＺ軸方向における位置を検出する。第２検出システム８は、いわゆる斜入射方式の多点フォーカス・レベリング検出システムであり、図３に示すように、基板ステージ２に保持された基板Ｐの表面と対向配置される複数の検出器８Ａ〜８Ｈを有する。検出器８Ａ〜８Ｈのそれぞれは、検出領域ＰＺ１〜ＰＺ８に検出光を照射する投射部と、検出領域ＰＺ１〜ＰＺ８に配置された基板Ｐの表面からの検出光を受光可能な受光部とを有する。第２検出システム８は、検出領域ＰＺ１〜ＰＺ８に配置された基板Ｐの表面におけるＺ軸方向の位置が変化した場合、その基板Ｐの表面のＺ軸方向における変位量に応じて、受光部に対する検出光の入射位置がＸ軸方向に変位する。検出器８Ａ〜８Ｈのそれぞれは、これらの受光部に対する検出光の入射位置の変位量に対応する信号を制御装置５に出力する。制御装置５は、検出器８Ａ〜８Ｈのそれぞれの受光部からの信号に基づいて、検出領域ＰＺ１〜ＰＺ８に配置された基板Ｐの表面のＺ軸方向における位置を求めることができる。
【００３２】
アライメントシステム９は、基板Ｐに設けられた位置検出用のマークとしてのアライメントマークを検出し、その位置を計測する。アライメントマークの位置は、例えば、露光装置ＥＸのＸＹ座標系における位置である。アライメントマークは、露光によって基板Ｐに転写されて、基板Ｐの表面に設けられる。本実施形態において、アライメントシステム９は、投影システムＰＳに対してＸ軸方向（走査方向）の−Ｘ側に配置されている。
【００３３】
アライメントシステム９は、いわゆるオフアクシス方式のアライメントシステムである。図３に示すように、アライメントシステム９は、基板ステージ２に保持された基板Ｐの表面と対向配置される複数（本実施形態では６個）の検出器９Ａ〜９Ｆを有する。検出器９Ａ〜９Ｆのそれぞれは、検出領域ＳＡ１〜ＳＡ６に検出光を照射する投射部と、検出領域ＳＡ１〜ＳＡ６に配置されたアライメントマークの光学像を取得する顕微鏡及び受光部とを有する。検出器９Ａ〜９Ｆ及び検出領域ＳＡ１〜ＳＡ６は、走査方向と直交する方向、すなわちＹ軸の方向に配列されている。
【００３４】
図１、図３に示すように、露光装置ＥＸは、空間像計測装置（ＡＩＳ：Airial Image Sensor）４０を有している。空間像計測装置４０は、投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７のディストーション等の収差を計測して、投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７を最適な状態とするために用いられる。図３に示すように、空間像計測装置４０は、基準部材４３と、空間像計測用受光装置４６とを有している。基準部材４３は、基板ステージ２の投影システムＰＳ側における表面に配置されている。より具体的には、基準部材４３は、基板ステージ２の基板保持部１６に対して−Ｘ側に配置されている。基準部材４３が配置される位置はこれに限定されるものではない。
【００３５】
基準部材４３の投影システムＰＳ側における表面４４は、基板保持部１６に保持された基板Ｐの表面とほぼ同一の平面内に配置される。また、基準部材４３の表面４４には、投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７からの露光光ＥＬを透過する透光部４５が設けられている。基準部材４３の下方（基板ステージ２の内部側）には、透光部４５を透過した光が入射するレンズ系４７と、レンズ系４７を通過した光を受光する受光素子としての光センサ４８とを有する。光センサ４８は、透光部４５を透過し、レンズ系４７を通過した光を受光する。本実施形態において、光センサ４８は、例えば、撮像素子（ＣＣＤ：Charge Coupled Device）を含む。光センサ４８は、受光した露光光の光量に応じた信号を制御装置５に出力する。
【００３６】
露光装置ＥＸは、焦点位置検出装置５０を有する。焦点位置検出装置５０は、投影光学系としての投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７の焦点位置に関する情報（焦点位置情報）を検出する装置である。焦点位置情報は、投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７のベストフォーカスの位置に関する情報及びデフォーカスの位置に関する情報の両方を含む。本実施形態において、焦点位置検出装置５０は、基板Ｐを載置して保持する基板保持部１６に対して＋Ｘ側の基板ステージ２の投影システムＰＳ側における表面に配置されている。焦点位置検出装置５０は、基板ステージ２の投影システムＰＳ側における表面に配置されている。より具体的には、焦点位置検出装置５０は、基板ステージ２の基板保持部１６に対して＋Ｘ側に配置されている。焦点位置検出装置５０が配置される位置はこれに限定されるものではない。例えば、焦点位置検出装置５０を空間像計測装置４０に隣接して設けてもよい。このようにすると、空間像計測装置４０が検出するパターンと焦点位置検出装置５０が検出するパターンとを近接してマスクＭに設けることができるので、両者を共用することも容易になる。焦点位置検出装置５０の詳細は後述する。
【００３７】
制御装置５は、露光装置ＥＸの動作を制御するとともに、本実施形態に係る焦点位置検出方法及び露光方法を実行する。制御装置５は、例えば、コンピュータであり、処理部５Ｐと、記憶部５Ｍと、入出力部５ＩＯとを有する。処理部５Ｐは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）である。記憶部５Ｍは、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）若しくはハードディスク装置又はこれらを組み合わせたものである。入出力部５ＩＯは、照明システムＩＳ、投影システムＰＳ、干渉計システム６、アライメントシステム９、マスクステージ駆動システム３、基板ステージ駆動システム４、空間像計測装置４０及び焦点位置検出装置５０等の機器類と接続するためのインターフェース、入力ポート及び出力ポート等を備えている。処理部５Ｐは、入出力部５ＩＯを介して露光装置ＥＸの機器類の動作を制御したり、機器類の状態に関する情報又は機器類の出力等を取得したりする。
【００３８】
基板Ｐの露光時において、露光装置ＥＸの動作の少なくとも一部は、予め定められている露光に関する制御情報（露光制御情報）に基づいて実行される。露光制御情報は、露光装置ＥＸの動作を規定する制御命令群を含み、露光レシピとも呼ばれる。以下の説明において、露光に関する制御情報を適宜、露光レシピ、と称する。露光レシピは、制御装置５に予め記憶されている。少なくとも基板Ｐの露光時（マスクＭ及び基板Ｐに対する露光光ＥＬの照射動作時）における露光装置ＥＸの動作条件は、露光レシピによって予め決定されている。制御装置５は、露光レシピに基づいて、露光装置ＥＸの動作を制御する。
【００３９】
露光レシピは、基板Ｐの露光時におけるマスクステージ１及び基板ステージ２の移動条件を含む。基板Ｐの露光時、制御装置５は、露光レシピに基づいて、マスクステージ１及び基板ステージ２を移動する。露光装置ＥＸは、マルチレンズ型スキャン露光装置であり、基板Ｐの露光領域の露光時において、マスクＭ及び基板Ｐは、ＸＹ平面内の所定の走査方向に移動される。制御装置５は、露光レシピに基づいて、マスクＭと基板Ｐとを走査方向に同期移動しながらマスクＭの下面（投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７側の面）のパターン領域（パターンが形成された領域）に露光光ＥＬを照射して、そのパターン領域を介して基板Ｐの表面の露光領域に露光光ＥＬを照射して、それら露光領域を露光する。
【００４０】
基板Ｐ上に設けられた複数の露光領域に対する露光処理は、露光領域を投影領域ＰＲ１〜ＰＲ７に対して基板Ｐの表面（ＸＹ平面）に沿って走査方向に移動させるとともに、マスクＭのパターン領域を照明領域ＩＲ１〜ＩＲ７に対してマスクＭの下面（ＸＹ平面）に沿って走査方向に移動させながら実行される。本実施形態においては、基板Ｐの走査方向（同期移動方向）をＸ軸方向とし、マスクＭの走査方向（同期移動方向）もＸ軸方向とする。
【００４１】
例えば、基板Ｐの露光領域ＰＡ１を露光する場合、制御装置５は、投影領域ＰＲ１〜ＰＲ７に対して基板Ｐの投影領域ＰＲ１をＸ軸方向に移動するとともに、その基板ＰのＸ軸方向への移動と同期して、照明領域ＩＲ１〜ＩＲ７に対してマスクＭのパターン領域をＸ軸方向に移動しながら、照明領域ＩＲ１〜ＩＲ７に露光光ＥＬを照射して、マスクＭからの露光光ＥＬを、投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７を介して投影領域ＰＲ１〜ＰＲ７に照射する。これにより、基板Ｐの露光領域ＰＡ１は、投影領域ＰＲ１〜ＰＲ７に照射された露光光ＥＬで露光され、マスクＭのパターン領域に形成されたパターンの像が、基板Ｐの露光領域ＰＡ１に投影される。
【００４２】
例えば、露光領域ＰＡ１の露光が終了した後、次の露光領域（例えば露光領域ＰＡ２）を露光するために、制御装置５は、投影領域ＰＲ１〜ＰＲ７が次の露光領域ＰＡ２の露光開始位置に配置されるように、基板ステージ２を制御して、投影領域ＰＲ１〜ＰＲ７に対して基板ＰをＸＹ平面内の所定方向に移動する。また、制御装置５は、照明領域ＩＲ１〜ＩＲ７がパターン領域の露光開始位置に配置されるように、マスクステージ１を制御して、照明領域ＩＲ１〜ＩＲ７に対してマスクＭを移動する。そして、投影領域ＰＲ１〜ＰＲ７が露光領域ＰＡ２の露光開始位置に配置され、照明領域ＩＲ１〜ＩＲ７がパターン領域の露光開始位置に配置された後、制御装置５は、その露光領域ＰＡ２の露光を開始する。制御装置５は、マスクステージ１が保持するマスクＭと基板ステージ２が保持する基板ＰとをＸ軸方向に同期移動しながら基板Ｐに露光光ＥＬを照射する動作と、次の露光領域を露光するために、基板ＰをＸＹ平面内の所定方向（例えばＸ軸方向）にステッピング移動する動作を繰り返しながら、基板Ｐ上に設けられた複数の露光領域を、マスクＭに設けられたパターン及び投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７を介して順次露光する。
【００４３】
図４、図５は、実施形態１に係る露光装置ＥＸが備える焦点位置検出装置５０を示す図である。図６は、第１パターン５１を示す平面図である。図７は、第２パターン５５を示す平面図である。これらの図を用いて、焦点位置検出装置５０を詳細に説明する。焦点位置検出装置５０は、筐体５０Ｃと、第１パターン５１と、顕微鏡５２と、受光装置５３とを含む。筐体５０Ｃは、基板ステージ２に設けられて受光装置５３及び顕微鏡５２等を収納する収納部２Ｈの開口に取り付けられる。筐体５０Ｃは、収納部２Ｈの開口を覆うとともに、基板ステージ２の基板保持部１６側の表面から突出する。
【００４４】
筐体５０Ｃは、投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７側の表面に、投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７からの露光光ＥＬを透過する透光部５４が設けられている。透光部５４は、透明な平板状の部材であり、例えば、ガラス板等である。筐体５０Ｃは、それぞれの投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７に対応した数の透光部５４を有している。本実施形態において、露光装置ＥＸは７個の投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７を有するので、筐体５０Ｃは、７個の透光部５４を有する。
【００４５】
第１パターン５１は、筐体５０Ｃの内部であって、透光部５４と対向した位置に配置される。透光部５４を透過した光は、第１パターン５１に照射される。第１パターン５１は、それぞれの透光部５４に対して設けられる。このため、本実施形態において、焦点位置検出装置５０は７個の第１パターン５１を有する。第１パターン５１の詳細は後述する。顕微鏡５２は、第１パターン５１の透光部５４とは反対側で、第１パターン５１と対向する。顕微鏡５２は、第１パターン５１に照射された光の進行方向側に漏れ出た光（漏洩光）ＥＬＬを光受光面５２Ｉで受光し、拡大して光出射面５２Ｅから出射する。
【００４６】
受光装置５３は、顕微鏡５２が受光した光を出射する光出射面５２Ｅと対向して配置される。本実施形態において、受光装置５３は、例えば、複数の受光素子（フォトダイオード等）又は撮像素子（ＣＣＤ等）を一直線に配列したラインセンサを用いるが、これに限定されるものではない。受光装置５３は、それぞれの受光素子又は撮像素子が受光した光の光量に応じた電気信号を検出値として出力する。受光装置５３と制御装置５の入出力部５ＩＯとは電気的に接続されている。制御装置５は、入出力部５ＩＯを介して受光装置５３の出力を取得する。制御装置５の処理部５Ｐは、受光装置５３から取得した検出値に基づき、第１パターン５１の漏洩光ＥＬＬの光量及び漏洩光ＥＬＬの光量分布を求めることができる。なお、露光装置ＥＸの光源１７からの露光光ＥＬを受光装置５３に投影すると、受光装置５３が有する受光素子又は撮影素子が飽和してしまう場合は、減光フィルタを照明システムＩＳ等に配置する必要がある。
【００４７】
図４、図５に示すように、本実施形態において、第１パターン５１は、基板搭載面１６Ｐに対して傾斜して配置される。このため、顕微鏡５２は、第１パターン５１からの漏洩光ＥＬＬの像を、いわゆるアオリで受光装置５３の受光素子又は撮像素子に投影する。受光装置５３は、図４に示すように、基板保持部１６の基板搭載面１６Ｐに対して傾斜して配置されてもよいし、図５に示すように、基板保持部１６の基板搭載面１６Ｐに対して平行に配置されてもよい。しかし、第１パターン５１からの漏洩光ＥＬＬの像が、アオリで受光装置５３に入射される場合は、図４に示すように、基板搭載面１６Ｐに対して傾斜して配置されることがより好ましい。この場合、受光装置５３は、一端部から長手方向（図４、図５の矢印Ｓａで示す方向）に向かって他端部へ進むにしたがって、第１パターン５１からの距離が離れるように、基板搭載面１６Ｐに対して傾斜して配置される。
【００４８】
焦点位置検出装置５０は、それぞれの第１パターン５１に対して顕微鏡５２及び受光装置５３を有する。本実施形態において、焦点位置検出装置５０は７個の第１パターン５１を有するので、顕微鏡５２及び受光装置５３もそれぞれ７個ずつ有している。焦点位置検出装置５０は、投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７の焦点位置情報を検出するにあたって、マスクＭに設けられた第２パターン５５に、図１、図２に示す照明光学系としての照明モジュールＩＬ１〜ＩＬ７によって光を照射する。制御装置５は、第２パターン５５を介した光が第１パターン５１に照射され、受光装置５３が受光した第１パターン５１の漏洩光ＥＬＬに基づき、焦点位置情報を検出する。
【００４９】
図６に示すように、第１パターン５１は、遮光部５１Ｓを有する。遮光部５１Ｓは、第１パターン５１に照射された光の少なくとも一部を遮光する。本実施形態において、第１パターン５１は、遮光部５１Ｓに隣接した位置に、第１パターン５１に照射された光の少なくとも一部を透過させることが可能な開口部（第１パターン透光部）５１Ｔを有する。
【００５０】
本実施形態において、遮光部５１Ｓ及び第１パターン透光部５１Ｔの形状は、いずれも直線状であり、より具体的には長方形（正方形を含む）である。上述したように、遮光部５１Ｓと第１パターン透光部５１Ｔとは隣接して配置されている。遮光部５１Ｓと第１パターン透光部５１Ｔとは、両者が配列される方向（第１パターン配列方向ともいう）と直交する方向（矢印Ｅａで示す方向、第１パターン延在方向Ｅａともいう）に延在している。本実施形態において、遮光部５１Ｓと第１パターン透光部５１Ｔとはいずれも５個であるが、これらの数はこれに限定されない。このように、第１パターン５１は、ライン（遮光部５１Ｓ）とスリット（第１パターン透光部５１Ｔ）とが交互に配列された、ライン／スリットパターンである。
【００５１】
第１パターン延在方向Ｅａにおける遮光部５１Ｓ及び第１パターン透光部５１Ｔの寸法はＬａであり、第１パターン配列方向における遮光部５１Ｓの寸法はＷＡ、第１パターン透光部５１Ｔの寸法はＷＢである。図６に示すように、受光装置５３は、長手方向（矢印Ｓａで示す方向）が第１パターン延在方向Ｅａと平行になるように配置されている。このような配置により、受光装置５３は、第１パターン５１の遮光部５１Ｓから漏れ出た漏洩光ＥＬＬの、第１パターン延在方向Ｅａにおける分布を検出することができる。
【００５２】
図７に示すように、第２パターン５５は、透光部５５Ｔを有する。透光部５５Ｔは、第２パターン５５に照射された光の少なくとも一部を透過する。本実施形態において、第２パターン５５は、透光部５５Ｔに隣接した位置に、第２パターン５５に照射された光の少なくとも一部を遮光させることが可能な遮光体（第２パターン遮光部）５５Ｓを有する。
【００５３】
本実施形態において、透光部５５Ｔ及び第２パターン遮光部５５Ｓの形状は、いずれも直線状であり、より具体的には長方形（正方形を含む）である。上述したように、透光部５５Ｔと第２パターン遮光部５５Ｓとは隣接して配置されている。透光部５５Ｔと第２パターン遮光部５５Ｓとは、両者が配列される方向（第２パターン配列方向ともいう）と直交する方向（矢印Ｅｂで示す方向、第２パターン延在方向Ｅｂともいう）に延在している。本実施形態において、透光部５５Ｔと第２パターン遮光部５５Ｓとはいずれも５個であるが、これらの数はこれに限定されない。このように、第２パターン５５は、スリット（透光部５５Ｔ）とライン（第２パターン遮光部５５Ｓ）とが交互に配列された、スリット／ラインパターンである。第２パターン延在方向Ｅｂにおける透光部５５Ｔ及び第２パターン遮光部５５Ｓの寸法はＬｂであり、第２パターン配列方向における透光部５５Ｔの寸法はＷａ、第２パターン遮光部５５Ｓの寸法はＷｂである。
【００５４】
第１パターン５１は、Ｘ軸方向の＋側に向かって遮光部５１Ｓ（ライン）と第１パターン透光部５１Ｔ（スリット）とがこの順に配列されている。第２パターン５５は、Ｘ軸方向の＋側に向かって透光部５５Ｔ（スリット）と第２パターン遮光部５５Ｓ（ライン）とがこの順に配列されている。また、第１パターン５１の遮光部５１Ｓの寸法ＷＡと第２パターン５５の透光部５５Ｔの寸法Ｗａとは等しく、第１パターン５１の第１パターン透光部５１Ｔの寸法ＷＢと第２パターン５５の第２パターン遮光部５５Ｓの寸法Ｗｂとは等しい。このように、第１パターン５１は、第２パターン５５の透光部５５Ｔを遮光部５１Ｓに入れ替えるとともに、第２パターン５５の第２パターン遮光部５５Ｓを第１パターン透光部５１Ｔに入れ替えたパターンとなる。すなわち、第１パターン５１と第２パターン５５とは、明部と暗部とを相互に入れ替えたパターンとなる。本実施形態において、投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７はマスクパターンの像を、基板Ｐの表面に等倍で投影するため、ＷＡ＝Ｗａ、ＷＢ＝Ｗｂとなっているが、投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７の倍率によって、ＷＡとＷａとの関係及びＷＢとＷｂとの関係が調節される。本実施形態において、第１パターン延在方向Ｅａにおける第１パターン５１の寸法Ｌａと第２パターン延在方向Ｅｂにおける第２パターン５５の寸法Ｌｂとは等しいが、ＬａとＬｂとは異なっていてもよい。
【００５５】
次に、投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７の焦点位置情報を求める方法について説明する。ライン／スリットパターンに投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７から光を照射し、ライン／スリットパターンを通過した光のコントラストに基づいて投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７の焦点位置情報を求める方法がある。この方法においては、例えば、ラインセンサでコントラストを検出する。
【００５６】
通常のラインセンサは、１画素が１５μｍ（受光素子の配列方向）程度のものが主流であるが、標本化定理から、最大周波数ｆの信号を取り扱うためには、２×ｆ以上の標本化周波数でサンプリングする必要がある。このため、１画素が１５μｍではライン／スリット＝３０μｍ／３０μｍ以上の線幅のパターンでなければ、ＭＴＦ＝（ＭＡＸＬ−ＭＩＮＬ）／（ＭＡＸＬ＋ＭＩＮＬ）を推定できない（ＭＡＸＬは光量の最大値、ＭＩＮＬは光量の最小値）。したがって、基板Ｐの表面において線幅が数μｍとなるパターンを投影する場合における投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７のベストフォーカスを検出するには、１画素のピッチがより細かいラインセンサを用いる必要になる。また、標本化定理から導出された、線幅に必要な最低限のピッチでは、１画素の測定誤差がＭＴＦの測定に大きく影響することも考えられる。波動光学においてベストフォーカスは露光線幅に依存して数μｍのズレが生じるため、半導体露光装置及び液晶露光装置等の高精細な露光装置にとって、ライン／スリットパターンを通過した光のコントラストに基づいて焦点位置情報を検出する方法では十分な検出精度を確保できない。
【００５７】
本実施形態に係る焦点位置検出方法は、上述したように、制御装置５が、第２パターン５５の投影像を、第２パターン５５とは明暗の関係が入れ替えられた第１パターン５１に投影する。すなわち、第２パターン５５の投影像の明部が第１パターン５１の遮光部５１Ｓに投影され、暗部が第１パターン５１の第１パターン透光部５１Ｔに投影される。そして、制御装置５は、第１パターン５１の遮光部５１Ｓから第１パターン透光部５１Ｔに漏れ出た漏洩光ＥＬＬの光量に基づき、焦点位置情報を検出する。このように、本実施形態では、第１パターン５１からの漏洩光ＥＬＬを利用することで、焦点位置情報の検出精度を向上させる。
【００５８】
図８は、デフォーカス量と受光素子の検出信号の割合との関係を示す図である。図８の黒の丸及び黒の四角で表された結果は、本実施形態に係る焦点位置検出方法、すなわち、第１パターン５１からの漏洩光ＥＬＬに基づいて焦点位置情報を検出する方法の結果である。いずれにおいても、ラインの幅とスペースの幅とがいずれも５μｍのライン／スペースパターンを用いて評価した。
【００５９】
図８の黒の三角は、ライン／スリットパターンを通過した光のコントラストに基づいて焦点位置情報を検出する方法（比較例の方法）の結果である。図８の縦軸は、受光素子の検出信号（検出値の出力）の割合であり、受光素子が検出した光の光量に相当する。横軸は、デフォーカス量である。デフォーカス量が０のときがベストフォーカスとなる。図８の縦軸及び横軸は、いずれも相対値である。縦軸は、ベストフォーカスにおいて受光素子が検出した検出値を１としたときの割合で示してある。
【００６０】
図８に示すように、本実施形態に係る焦点位置検出方法は、比較例の方法と比較して、デフォーカス量の変化に対して検出信号が大きく変化することが分かる。すなわち、本実施形態に係る焦点位置検出方法は、比較例の方法よりも、デフォーカス量の変化に対する検出信号の変化（漏洩光ＥＬＬの光量の変化）の感度が高い。このため、本実施形態に係る焦点位置検出方法は、高い精度で焦点位置検情報を検出することができ、ベストフォーカスの位置を精度よく検出することができる。
【００６１】
本実施形態に係る焦点位置検出方法を実行するにあたり、露光装置ＥＸが有する制御装置５及び焦点位置検出装置５０は、投影光学系としての投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７の焦点位置情報を求める。投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７の焦点位置情報を求めるにあたり、制御装置５は、照明システムＩＳを制御することにより、照明モジュールＩＬ１〜ＩＬ７から第２パターン５５に光を照射して、第２パターン５５の透光部５５Ｔを透過した光が第１パターン５１の遮光部５１Ｓに照射されるように第２パターン５５の投影像を第１パターン５１へ投影する（投影工程）。
【００６２】
次に、制御装置５は、第１パターン５１の遮光部５１Ｓから、第２パターン５５の透光部５５Ｔを透過した光の進行方向側に漏れ出た漏洩光ＥＬＬに基づき、第２パターン５５の投影像を第１パターン５１へ投影する投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７の焦点位置情報を検出する（焦点位置検出工程）。漏洩光ＥＬＬは、焦点位置検出装置５０の受光装置５３が受光し、その出力は制御装置５が取得する。
【００６３】
図９は、焦点位置検出装置５０が備える受光装置５３の出力と、第１パターン５１のＺ軸方向における位置との関係を示す図である。図９の縦軸は、受光装置５３が受光した、第１パターン５１の遮光部５１Ｓからの漏洩光ＥＬＬの光量ＬＮであり、横軸は、ラインセンサを用いた受光装置５３の長手方向における位置Ｓである。受光装置５３が受光可能な領域（受光素子又は撮像素子が配置されている領域）の長さはＳＬである。
【００６４】
本実施形態において、第１パターン５１は、図４に示すように、基板Ｐが搭載される基板保持部１６の基板搭載面１６Ｐに対して、図６に示す遮光部５１Ｓ及び第１パターン透光部５１Ｔと直交する軸Ｘｐ周りに傾斜している。第１パターン５１を基板搭載面１６Ｐに対して傾斜させる場合、第１パターン５１と基板搭載面１６Ｐとの位置関係が分かっていれば、第１パターン５１の位置は特に限定されない。本実施形態においては、第１パターン５１は、Ｚ軸方向におけるベストフォーカス位置Ｚｂをまたがるように配置される。このような配置とすることで、第１パターン５１は、第１パターン延在方向Ｅａにおいて、必ずベストフォーカス位置Ｚｂが存在する。その結果、焦点位置検出装置５０は、Ｚ軸方向におけるベストフォーカス位置Ｚｂ及びデフォーカス位置Ｚｄを含む焦点位置情報を検出することができる。また、投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７は、基板Ｐの表面にマスクパターンの投影像を結像させるので、第１パターン５１は、基板Ｐの側に配置されることが好ましい。このようにすることで、投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７がマスクパターンを結像させる側で焦点位置情報を求めることができる。
【００６５】
上述したように、露光装置ＥＸは、基板Ｐを搭載して保持する基板ステージ２に焦点位置検出装置５０を設け、焦点位置検出装置５０に第１パターン５１を配置してあるので、第１パターン５１は基板Ｐの側に配置される。第２パターン５５はマスクＭに設けられるが、第２パターン５５は必ずしもマスクＭに設けられる必要はない。例えば、第２パターン５５がマスクＭの投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７と対向する平面内に配置されるように、第２パターン５５をマスクステージ１に設けてもよい。
【００６６】
ラインセンサを用いた受光装置５３が受光する、第１パターン５１の遮光部５１Ｓから漏れ出た漏洩光ＥＬＬの光量ＬＮの、受光装置５３の長手方向における分布は、図９に示すようになる。すなわち、受光装置５３の一端部（Ｓ＝０）から他端部（Ｓ＝ＳＬ）に向かって、光量ＬＮは単調に減少し、Ｓ＝Ｓｂｆで最小値ＬＮｍｉｎとなった後、再び単調に増加する。漏洩光ＥＬＬの光量ＬＮが最小値ＬＮｍｉｎとなる位置Ｓ＝Ｓｂｆが、ベストフォーカスとなる位置である。
【００６７】
受光装置５３の長手方向（矢印Ｓａで示す方向）における位置と、第１パターン５１の第１パターン延在方向Ｅａにおける位置とは１対１で対応する。例えば、図４、図５に示すように、第１パターン５１の第１パターン延在方向Ｅａにおける位置Ｂｆｐはベストフォーカスとなる位置であり、位置ＤＦｐはデフォーカスとなる位置であるが、これらは、受光装置５３の長手方向における位置ＬＢｓ、ＬＤｓにそれぞれ対応する。また、第１パターン５１は、基板搭載面１６Ｐに対して傾斜して配置されているので、第１パターン延在方向Ｅａにおける位置が分かれば、その位置におけるＺ軸方向における位置も分かる。これらの関係から、受光装置５３の長手方向における位置Ｓと、第１パターン５１のＺ軸方向の位置との対応関係を求めることができる。したがって、制御装置５は、受光装置５３の長手方向における位置Ｓから、投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７の焦点位置情報（ベストフォーカスとなる位置及びデフォーカスとなる位置）を検出することができる。
【００６８】
制御装置５は、受光装置５３が第１パターン５１からの漏洩光ＥＬＬに対応して出力した検出値を取得し、これに基づいて、第１パターン延在方向Ｅａにおける漏洩光ＥＬＬの光量分布を求める。第１パターン延在方向Ｅａにおいて、漏洩光ＥＬＬの光量が最も少ない第１パターン５１の位置が投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７のベストフォーカスになるので、制御装置５は、例えば、漏洩光ＥＬＬが最も少ない位置、すなわちベストフォーカスの位置を投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７の焦点位置とする。なお、投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７の焦点位置は、ベストフォーカスの位置に限定されるものではない。
【００６９】
このように、本実施形態に係る焦点位置検出方法及び焦点位置検出装置５０は、第２パターン５５の投影像を第１パターン５１に投影し、第１パターン５１の遮光部５１Ｓから漏れ出た漏洩光ＥＬＬに基づいて投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７の焦点位置情報を検出する。このため、本実施形態に係る焦点位置検出方法及び焦点位置検出装置５０は、焦点位置情報の検出精度が高く、また、ベストフォーカスの位置を精度よく検出することができる。
【００７０】
また、本実施形態に係る焦点位置検出方法及び焦点位置検出装置５０は、第１パターン５１を、基板Ｐが搭載される基板搭載面１６Ｐに対して遮光部５１Ｓ及び第１パターン透光部５１Ｔと直交する軸Ｘｐ周りに傾斜させている。このようにすることで、１回の漏洩光ＥＬＬの計測により、ベストフォーカスの位置を含んだＺ軸方向における焦点位置情報を検出することができる。その結果、本実施形態に係る焦点位置検出方法及び焦点位置検出装置５０は、焦点位置情報を得るために基板ステージ２のＺ軸方向における移動を繰り返す必要がなくなるので、露光装置ＥＸのスループットを向上させることができる。
【００７１】
また、本実施形態に係る焦点位置検出方法及び焦点位置検出装置５０は、漏洩光ＥＬＬの計測により焦点位置情報を検出できるので、焦点位置情報の検出の高速化が実現できる。このため、例えば、投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７の熱的な変動により投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７の焦点位置が変動しやすい場合でも、焦点位置情報の計測に要する時間を短縮できるので、焦点位置情報を確実に検出することができる。
【００７２】
本実施形態に係る焦点位置検出方法は、例えば、図３に示す第１検出システム７又は第２検出システム８のキャリブレーションに使用される。例えば、制御装置５は、基板Ｐを交換するタイミング等で、本実施形態に係る焦点位置検出方法を実行し、その結果に基づいて第１検出システム７又は第２検出システム８のキャリブレーションを行う。
【００７３】
焦点位置検出装置５０のデフォーカス方向におけるダイナミックレンジ及び焦点位置情報を検出する際の分解能について説明する。本実施形態において、第１パターン５１と基板搭載面１６Ｐとのなす角度のうち小さい方の角度（パターン傾斜角度）αは、アオリ撮影が許容される範囲が決まっている。ダイナミックレンジは、（ＳＬ×ｓｉｎα’）／Ｎ２、分解能は、（ＳＰ×ｓｉｎα’）／Ｎ２と表される。ＳＬは、ラインセンサを用いた受光装置５３が長手方向において受光可能な領域の寸法、α’は、受光装置５３の基板搭載面１６Ｐに対する傾斜角度、Ｎは顕微鏡５２の倍率、ＳＰは受光装置５３が有する複数の受光素子又は撮像素子の間隔である。図５に示す例において、パターン傾斜角αが小さい方が、デフォーカスの影響は小さくなる。
【００７４】
このため、顕微鏡５２の倍率Ｎと、パターン傾斜角度αとで、デフォーカス方向におけるダイナミックレンジと焦点位置情報の検出の分解能を調整できる。顕微鏡５２のＮＡが０．１、倍率Ｎが５倍、受光装置５３が、１４４×１９２画素（２５μｍピッチ）の１／３インチＣＣＤ（３６００μｍ×４８００μｍ）である場合、受光装置５３を基板搭載面１６Ｐに対して４５度傾けて配置しても、焦点位置検出装置５０は、１３５μｍのダイナミックレンジと１μｍの分解能とを確保できる。なお、縦倍率はＮ２（物体がｄだけＺ方向に移動すると、像はＺ方向にｄ×Ｎ２移動）であるため、受光装置５３の基板搭載面１６Ｐに対する傾斜角度α’は、ｔａｎ−１（Ｎ２×ｔａｎα）となる。
【００７５】
図１０、図１１は、焦点位置検出装置５０が有する受光装置５３による第１パターン５１からの漏洩光ＥＬＬの検出方法を示す図である。図１０に示す例は、受光装置５３を、第１パターン５１の遮光部５１Ｓ及び第１パターン透光部５１Ｔと交差（本例では直交）する方向（走査方向という）Ｘｓに向かって移動させる。このために、例えば、走査方向Ｘｓと平行なリニア駆動機構５０ＬＤを用いて受光装置５３を走査方向Ｘｓに移動させる。図４、図５に示す制御装置５は、受光装置５３を走査方向Ｘｓに移動させながら、漏洩光ＥＬＬに対応して受光装置５３が出力した検出値を取得し、これを走査方向Ｘｓに積算する。このようにすることで、漏洩光ＥＬＬの計測誤差を低減することができる。
【００７６】
上述した例では、受光装置５３にラインセンサを用いたが、図１１に示す例は、ラインセンサよりも狭い領域で第１パターン５１からの漏洩光ＥＬＬを受光する受光装置５３ａを用いる。この場合、制御装置５は、１個の遮光部５１Ｓに対して、受光装置５３ａを第１パターン延在方向Ｅａと平行な方向（図１１の矢印Ｙｓで示す方向）に走査させて、第１パターン延在方向Ｅａ全体にわたって漏洩光ＥＬＬの分布を検出する。次に、制御装置５は、走査方向Ｘｓに向かって隣接する遮光部５１Ｓの位置に受光装置５３ａを移動させた後、受光装置５３ａを第１パターン延在方向Ｅａと平行な方向に走査させて、第１パターン延在方向Ｅａ全体にわたって漏洩光ＥＬＬの分布を検出する。制御装置５は、この動作を繰り返して漏洩光ＥＬＬに対応して受光装置５３ａが出力した検出値を取得し、それぞれの遮光部５１Ｓに対応した漏洩光ＥＬＬの検出値を、走査方向Ｘｓに積算する。焦点位置検出装置５０が備える受光装置５３、５３ａは、上述したものに限定されず、例えば、エリアセンサを用いてもよい。
【００７７】
図１２は、第１パターン５１及び第２パターン５５の配置例を示す図である。投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７の焦点位置情報は、マスクＭに対する第２パターン５５の配置及びこれに対応した第１パターン５１の配置によって変化する。このため、マスクＭは、第２パターン５５を、第２パターン延在方向ＥｂがＹ軸に対して１３５度傾斜、直交、平行、４５度傾斜するように配置するとともに、これに対応して、焦点位置検出装置５０は、第１パターン５１を、第１パターン延在方向ＥａがＹ軸に対して１３５度傾斜、直交、平行、４５度傾斜するように配置する。そして、焦点位置検出装置５０の受光装置５３は、走査方向Ｘｓに向かって移動しながら、それぞれの第２パターン５５の投影像が投影されたそれぞれの第１パターン５１の漏洩光ＥＬＬを受光する。制御装置５は、このようにして得られた４箇所の焦点位置情報を統計処理（例えば、平均化）することにより、投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７の焦点位置情報を求める。このようにすることで、焦点位置情報の検出精度が向上する。
【００７８】
（変形例）
図１３は、実施形態１の変形例に係る焦点位置検出装置５０ａを示す図である。焦点位置検出装置５０ａは、第１パターン５１を、基板ステージ２が有する基板保持部１６に載置されて支持される、基板Ｐの表面Ｐｐとほぼ同一の平面内、好ましくは基板Ｐの表面Ｐｐを含む平面内に配置する。これに対応して、受光装置５３は、受光面５３ｐが第１パターン５１と平行になるように配置される。
【００７９】
本変形例に係る焦点位置検出方法を実行するにあたって、制御装置５は、投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７を介して第２パターン５５の投影像を第１パターン５１に投影させて、第１パターン５１からの漏洩光ＥＬＬを、顕微鏡５２を介して受光装置５３で受光する。そして、制御装置５は、基板ステージ２をＺ軸方向（第２パターン５５の透光部５５Ｔを透過して第１パターン５１に照射される光の進行方向と平行な方向）に移動させながら、第１パターン５１からの漏洩光ＥＬＬに基づいて投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７の焦点位置情報を検出する。第１パターン５１からの漏洩光ＥＬＬの光量が最も小さくなるＺ方向の位置は、ベストフォーカスとなる位置である。第１パターン５１は、基板Ｐの表面Ｐｐとほぼ同一の平面内にあるので、このようにして検出されたベストフォーカスとなる位置に基板Ｐの表面Ｐｐを配置すれば、投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７は、マスクパターンを基板Ｐの表面Ｐｐに結像させることができる。このように、本実施形態においては、第１パターン５１を基板搭載面１６Ｐに対して傾斜させなくてもよい。
【００８０】
（第１パターン及び第２パターンの変形例）
図１４から図１８は、第１パターン５１ａ、５１ａ’５１ｂ又は第２パターン５５ａ、５５ｂの変形例を示す平面図である。図１４は第１パターン５１ａを示し、図１５は、図１４に示す第１パターン５１ａに対応する第２パターン５５ｂを示す。また、図１６は、図１５に示す第２パターン５５に対応する第１パターン５１ａ’を示す。図１４に示す第１パターン５１ａは、１個の長方形形状の遮光部５１Ｓａと、その周囲に隣接して配置された第１パターン透光部５１Ｔａとを有する。第２パターン５５ａは、第１パターン５１ａの遮光部５１Ｓａと同寸法かつ同形状の１個の透光部５５Ｔａと、その周囲に隣接して配置された第２パターン遮光部５５Ｓａとを有する。第２パターン５５ａは、マスクＭに設けられる。図１６に示す第１パターン５１ａ’は、１個の長方形形状の遮光部５１Ｓａ’と、その周囲に隣接して配置されたスリット状の第１パターン透光部５１Ｔａ’とを有する。このように、第１パターン５１ａが有する遮光部５１Ｓａ及び第２パターン５５ａが有する透光部５５Ｔａは、それぞれ１個ずつでもよい。
【００８１】
図１７は第１パターン５１ｂを示し、図１８は、図１７に示す第１パターン５１ｂに対応する第２パターン５５ｂを示す。第１パターン５１ｂは、複数の同心円で構成された遮光部５１Ｓｂと、それぞれの遮光部５１Ｓｂに隣接して配置された複数の同心円で構成される第１パターン透光部５１Ｔｂとを有する。第２パターン５５ａは、第１パターン５１ｂの遮光部５１Ｓｂと同寸法かつ同形状の透光部５５Ｔｂと、その周囲に隣接して配置された第２パターン遮光部５５Ｓｂとを有する。第２パターン５５ｂは、マスクＭに設けられる。このような第１パターン５１ｂ及び第２パターン５５ｂは、図１３を用いて説明した本実施形態の変形例に係る焦点位置検出装置５０ａで用いることが好ましい。
【００８２】
（実施形態２）
図１９は、実施形態２に係る焦点位置検出装置５０ｃを示す図である。実施形態２は、第１パターン５１からの漏洩光ＥＬＬを、空間像計測装置４０ｃが有する光センサ４８が受光する点が実施形態１とは異なる。焦点位置検出装置５０ｃは、第１パターン５１と、顕微鏡５２と、固定ミラー５６と、回転ミラー５７とを有する。空間像計測装置４０ｃは、レンズ系４７と、固定ミラー４９と、光センサ４８とを有する。光センサ４８は、制御装置５と電気的に接続されている。
【００８３】
焦点位置検出装置５０ｃが有する固定ミラー５６は、顕微鏡５２を介して投影された漏洩光ＥＬＬを、回転ミラー５７に向かって反射するように傾斜して配置される。空間像計測装置４０ｃが有する固定ミラー４９は、透光部４５を透過し、レンズ系４７を介して投影された光を、回転ミラー５７に向かって反射するように傾斜して配置される。回転ミラー５７は、シャフト５８を中心として回転する。制御装置５は、回転ミラー５７の動作を制御する。
【００８４】
制御装置５が、回転ミラー５７を焦点位置検出装置５０ｃの固定ミラー５６の傾斜に合わせて回転させると、回転ミラー５７は、焦点位置検出装置５０ｃの固定ミラー５６からの漏洩光ＥＬＬを光センサ４８に向かって反射する。制御装置５は、光センサ４８が受光した漏洩光ＥＬＬに対応する検出値を取得する。制御装置５が、回転ミラー５７を空間像計測装置４０ｃの固定ミラー４９の傾斜に合わせて回転させると、回転ミラー５７は、空間像計測装置４０ｃの固定ミラー４９からの光を光センサ４８に向かって反射する。制御装置５は、光センサ４８が受光した固定ミラー４９からの光に対応する検出値を取得する。このようにして、焦点位置検出装置５０ｃは、空間像計測装置４０ｃが有する光センサ４８を利用して第１パターン５１からの漏洩光ＥＬＬを検出し、これ基づいて投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７の焦点位置情報を検出することができる。その結果、空間像計測装置４０ｃの光センサ４８を焦点位置検出装置５０ｃが共用できるので、焦点位置検出装置５０ｃ及び露光装置ＥＸのコストを低減することができる。
【００８５】
（実施形態３）
図２０は、実施形態３に係る焦点位置検出装置５０ｄを示す図である。図２１は、実施形態３に係る焦点位置検出装置５０ｄが有する第１パターン５１ｄを示す平面図である。実施形態３は、第１パターン５１ｄが、第１パターン透光部５１Ｔｄに蛍光物質を保持しており、蛍光物質が第１パターン５１ｄの遮光部５１Ｓから漏れ出た漏洩光で励起されることにより発生する蛍光ＥＬＸに基づいて、第２パターン５５の投影像を第１パターン５１ｄへ投影する投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７の焦点位置情報を検出する。他の構成は実施形態１と同様である。
【００８６】
図２１に示すように、第１パターン５１ｄは、第１パターン透光部５１Ｔｄに蛍光物質を保持している。焦点位置検出装置５０ｄの顕微鏡５２は、蛍光物質が第１パターン５１ｄの遮光部５１Ｓから漏れ出た漏洩光ＥＬＬで励起されることにより発生する蛍光ＥＬＸを受光し、拡大してから受光装置５３へ投影する。このように、第１パターン５１ｄは、蛍光物質が二次光源となるので、実施形態１の図４に示すように受光装置５３がアオリ撮影をする必要がない。このため、焦点位置検出装置５０ｄは、通常の光学系で受光装置５３に蛍光ＥＬＸを投影できる。その結果、焦点位置検出装置５０ｄは、デフォーカス方向におけるダイナミックレンジを自由に取ることが可能になる。
【００８７】
また、受光装置５３は蛍光ＥＬＸを受光するため、投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７からの直接光の入射を避けて配置することができる。このように、焦点位置検出装置５０ｄは、受光装置５３の配置の自由度が高くなる。基板搭載面１６Ｐに対する第１パターン５１ｄの傾きが大きい場合、投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７からの直接光は受光装置５３に入射しないが、迷光をカットするため紫外線カットフィルター又はダイクロイックミラー等を受光装置５３と第１パターン５１ｄとの間に配置してもよい。このようにすることで、焦点位置情報の検出精度が向上する。
【００８８】
（第１変形例）
励起波長の異なる複数の蛍光物質を用い、励起波長毎に蛍光物質の配合を調節することにより、多波長光源の露光装置を用いてレジストが塗布された基板を露光する際におけるレジストの感度を再現することができる。そして、レジストの感度に基づいたベストフォーカスを求めることができる。このため、本変形例は、第１パターン５１ｄの第１パターン透光部５１Ｔｄが、励起波長の異なる複数の蛍光物質を保持しており、それぞれの蛍光物質の配合比は、基板Ｐに塗布されるレジストの、投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７が基板Ｐに照射する光の波長毎の感光比に合わせて調整されている。投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７が基板Ｐに照射する光は、図１に示す照明システムＩＳが有する光源１７からの光である。光源１７に超高圧水銀ランプを用いる場合、光源１７から出射される輝線はｇ線、ｈ線、ｉ線を含む。
【００８９】
投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７が基板Ｐに投影する光学像がベストコントラストとなる焦点位置と、レジスト像がベストコントラストとなる焦点位置とは通常異なるが、一般的な焦点位置の計測では、投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７が基板Ｐに投影する光学像のベストフォーカスしか求めることはできない。例えば、基板Ｐに塗布されるレジストのｇ線、ｈ線、ｉ線に対する感度がそれぞれ４：５：３だとすると、各励起光（ｇ線、ｈ線、ｉ線）に対する、第１パターン透光部５１Ｔｄに含まれるそれぞれの蛍光物質からの蛍光ＥＬＸの光量比が４：５：３となるように、第１パターン透光部５１Ｔｄに含まれるそれぞれの蛍光物質の混合比を調節すればよい。このようにすることで、レジスト像がベストコントラストとなる焦点位置を求めることができる。
【００９０】
（第２変形例）
図２２は、実施形態３の第２変形例に係る第１パターン５１ｅを示す平面図である。図２３は、図２２に示す第１パターン５１ｅに対応する第２パターン５５ｅを示す平面図である。第１パターン５１ｅは、励起波長が異なる蛍光物質を、異なる第１パターン透光部５１Ｔｅに保持している。図２１に示すように、第１パターン５１ｅは、９個の遮光部５１Ｓと９個の第１パターン透光部５１Ｔｅ１、５１Ｔｅ２、５１Ｔｅ３とを有する。第１パターン透光部５１Ｔｅ１、５１Ｔｅ２、５１Ｔｅ３は、それぞれ３個ずつである。３個の第１パターン透光部５１Ｔｅ１は、遮光部５１Ｓを間に挟んで隣接している。第１パターン透光部５１Ｔｅ２、５１Ｔｅ３も第１パターン透光部５１Ｔｅ１と同様である。図２３に示すように、第２パターン５５ｅは、９個の透光部５５Ｔと９個の第２パターン遮光部５５Ｓとを有する。遮光部５１Ｓ及び第１パターン透光部５１Ｔｅ等の数は９個に限定されるものではないが、第１パターン透光部５１Ｔｅは、使用する蛍光物質の種類の数以上であればよい。
【００９１】
第１パターン透光部５１Ｔｅ１に第１蛍光物質が保持され、第１パターン透光部５１Ｔｅ２に第２蛍光物質が保持され、第１パターン透光部５１Ｔｅ３に第３蛍光物質が保持される。第１蛍光物質と第２蛍光物質と第３蛍光物質とは、それぞれ励起波長が異なる。このように、第１パターン５１ｅは、複数の蛍光物質を空間分割して配置しているので、複数波長の露光光ＥＬの焦点位置情報を同時に計測できる。
【００９２】
例えば、ｇ線、ｈ線、ｉ線の光量比が９：６：１０の超高圧水銀ランプを、図１に示す照明システムＩＳの光源１７としたときを考える。このとき、ｇ線の焦点位置をＺｇ、ｈ線の焦点位置をＺｈ、ｉ線の焦点位置をＺｉとする。このとき、ｇ線、ｈ線、ｉ線の多波長での焦点位置は、（９×Ｚｇ＋６×Ｚｈ＋１０×Ｚｇ）／２５で表される。基板Ｐに塗布されるレジストの感度を考慮するときは、光量比にレジスト感度をかけた見掛けの光量比を用いればよい。例えば、基板Ｐに塗布されるレジストの、ｇ線、ｈ線、ｉ線に対する感度がそれぞれ４：５：３とすると、見かけの光量比は９×４：６×５：１０×３となる。このように、本変形例は、多波長での焦点位置情報を同時に求めることができるとともに、レジスト像がベストコントラストとなる焦点位置を求めることができる。
【００９３】
（実施形態４）
図２４は、実施形態４に係る露光装置ＥＸｆが有する焦点位置検出装置５０ｆを示す図である。露光装置ＥＸｆは、マスクステージ１側に焦点位置検出装置５０ｆを配置し、基板ステージ２側に配置した照明装置５９から投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７に光を照射し、投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７から焦点位置検出装置５０ｆの第１パターン５１に光を投影する。このように、実施形態４は、実施形態１から実施形態３と比較して焦点位置検出装置５０ｆの位置が異なる。
【００９４】
図２４に示すように、焦点位置検出装置５０ｆは、マスクステージ１に設けられる。第２パターン５５は、照明装置５９からの光が出射する面５５Ｐが、基板保持部１６に搭載された基板Ｐの表面Ｐｐを含む平面とほぼ同一の平面内、好ましくは基板Ｐの表面Ｐｐを含む平面内に配置される。第１パターン５１は、マスクＭの投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７側の面（マスク面）Ｍｐに対して傾斜している。第１パターン５１の傾斜については、実施形態１で説明した通りである。第１パターン５１をマスク面Ｍｐに対して傾斜させる場合、第１パターン５１とマスク面Ｍｐとの位置関係が分かっていれば、第１パターン５１の位置は特に限定されない。第１パターン５１をマスク面Ｍｐに対して傾斜させて配置する場合、制御装置５は、ラインセンサを用いた受光装置５３が受光した第１パターン５１からの漏洩光ＥＬＬに対応する検出値を受光装置５３から取得し、この検出値に基づいて、投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７の焦点位置情報を検出する。
【００９５】
第１パターン５１をマスク面Ｍｐと平行に配置する場合、第１パターン５１は、マスク面Ｍｐを含む平面とほぼ同一の平面内、好ましくはマスク面Ｍｐを含む平面内に配置される。第１パターン５１をマスク面Ｍｐと平行に配置する場合、制御装置５は、基板ステージ２又はマスクステージ１をＺ軸方向に移動させながら、第１パターン５１からの漏洩光ＥＬＬに対応して受光装置５３が出力した検出値に基づいて、投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７の焦点位置情報を検出する。
【００９６】
本実施形態で示したように、焦点位置検出装置５０ｆを配置する場所は、マスクステージ１側であってもよいし、基板ステージ２側であってもよい。
【００９７】
（デバイス製造方法）
図２５は、本実施形態に係るデバイス製造方法の手順を示すフローチャートである。本実施形態に係るデバイス製造方法は、半導体デバイス等のデバイスを製造する。本実施形態に係るデバイス製造方法では、まず、デバイスの機能・性能設計が行われる（ステップＳ１０１）。次に、設計に基づいたマスク（レチクル）が製作される（ステップＳ１０２）、次に、デバイスの基材である基板が製造される（ステップＳ１０３）。次に、本実施形態に係る露光方法を用いて、マスクパターンを露光光で基板を露光してマスクパターンを基板に転写する工程と、露光された基板（感光剤）を現像して、転写されたアライメントマークを含むパターンに対応する露光パターン層（現像された感光剤の層）を形成し、この露光パターン層を介して基板を加工する工程とを含む基板処理（露光処理）が実行される（ステップＳ１０４）。加工された基板が、ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程等の加工プロセスを含むデバイス組立工程（ステップＳ１０５）及び検査（ステップＳ１０６）等を経ることにより、デバイスが製造され、出荷される。
【００９８】
ステップＳ１０４の基板処理において行われる本実施形態に係る露光方法は、基板Ｐに露光光ＥＬを照射して、マスクＭに形成されたパターン（マスクパターン）の像を基板Ｐに投影露光する際に、本実施形態に係る焦点位置検出方法を用いて投影モジュールＰＬ１〜ＰＬ７の焦点位置情報を検出する工程と、検出した焦点位置情報に基づき、投影露光時の条件を制御する工程とを含む。投影露光時の条件の制御は、図３に示す第１検出システム７又は第２検出システム８のキャリブレーションを含む。
【００９９】
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、上記実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。例えば、上述の実施形態の基板Ｐとしては、ディスプレイデバイス用のガラス基板のみならず、半導体デバイス製造用の半導体ウエハ、薄膜磁気ヘッド用のセラミックウエハ、あるいは露光装置で用いられるマスク又はレチクルの原版（合成石英、シリコンウエハ）等を適用することができる。
【０１００】
また、本発明は、米国特許第６３４１００７号明細書、米国特許第６２０８４０７号明細書、米国特許第６２６２７９６号明細書等に開示されているような、複数の基板ステージを備えたツインステージ型の露光装置にも適用できる。
【０１０１】
また、本発明は、米国特許第６８９７９６３号明細書、欧州特許出願公開第１７１３１１３号明細書等に開示されているような、基板を保持する基板ステージと、基板を保持せずに、基準マークが形成された基準部材及び／又は各種の光電センサを搭載した計測ステージとを備えた露光装置にも適用することができる。また、複数の基板ステージと計測ステージとを備えた露光装置を採用することができる。
【０１０２】
また、露光装置ＥＸの種類としては、液晶表示素子製造用又はディスプレイ製造用の露光装置に限られず、基板Ｐに半導体素子パターンを露光する半導体素子製造用の露光装置、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ）、マイクロマシン、ＭＥＭＳ、ＤＮＡチップ、あるいはレチクル又はマスク等を製造するための露光装置等にも広く適用できる。
【０１０３】
また、上述の各実施形態においては、レーザ干渉計を含む干渉計システムを用いて各ステージの位置情報を計測するものとしたが、これに限らず、例えば各ステージに設けられるスケール（回折格子）を検出するエンコーダシステムを用いてもよい。
【０１０４】
また、上述の実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン（又は位相パターン・減光パターン）を形成した光透過型マスクを用いたが、このマスクに代えて、例えば米国特許第６７７８２５７号明細書に記載されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて透過パターン、反射パターン又は発光パターンを形成する可変成形マスク（電子マスク、アクティブマスク、あるいはイメージジェネレータとも呼ばれる）を用いてもよい。また、非発光型画像表示素子を備える可変成形マスクに代えて、自発光型画像表示素子を含むパターン形成装置を備えるようにしてもよい。
【０１０５】
また、上述の実施形態の露光装置ＥＸは、本願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立工程は、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立工程の前に、各サブシステム個々の組立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立工程が終了したら、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及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。
【０１０６】
また、上述の実施形態及び変形例の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。さらに、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の置換又は変更を行うことができる。また、法令で許容される限りにおいて、上述の実施形態及び変形例で引用した露光装置等に関するすべての公開公報及び米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。
【０１０７】
また、上述の実施形態では、本発明を露光装置に適用するものとして説明したが、本発明は、露光装置に限定されず、例えば基板Ｐに設けられた複数の被処理領域を顕微鏡等で順次観察して検査する検査装置等にも適用することができる。このように、上記実施形態及びその変形例に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例、実施形態の組合せ及び運用技術等は、すべて本発明の範疇に含まれる。
【符号の説明】
【０１０８】
１  マスクステージ
２  基板ステージ
２Ｈ  収納部
５  制御装置
６  干渉計システム
７  第１検出システム
８  第２検出システム
９  アライメントシステム
１０  ベースプレート
１５  マスク保持部
１６  基板保持部
１６Ｐ  基板搭載面
１７  光源
３０  結像特性調整装置
４０、４０ｃ  空間像計測装置
４６  空間像計測用受光装置
４７  レンズ系
４８  光センサ
５０、５０ａ、５０ｃ、５０ｆ  焦点位置検出装置
５０Ｃ  筐体
５１、５１ａ、５１ｂ、５１ｄ、５１ｅ  第１パターン
５１Ｔ、５１Ｔａ、５１Ｔｂ、５１Ｔｄ、５１Ｔｅ、５１Ｔｅ１、５１Ｔｅ２、５１Ｔｅ３  第１パターン透光部
５１Ｓ、５１Ｓａ、５１Ｓｂ  遮光部
５２  顕微鏡
５３、５３ａ  受光装置
５３ｐ  受光面
５４  透光部
５５、５５ａ、５５ｂ、５５ｅ  第２パターン
５５Ｓ、５５Ｓａ、５５Ｓｂ  第２パターン遮光部
５５Ｔ、５５Ｔａ、５５Ｔｂ  透光部
５６  固定ミラー
５７  回転ミラー
５８  シャフト
５９  照明装置
ＥＬ  露光光
ＥＬＬ  漏洩光
ＥＬＸ  蛍光
ＥＸ、ＥＸｆ  露光装置
ＩＬ１〜ＩＬ７  照明モジュール
ＩＳ  照明システム
Ｍ  マスク
Ｍｐ  マスク面
Ｐ  基板
Ｐｐ  表面
ＰＬ１〜ＰＬ７  投影モジュール
ＰＳ  投影システム
【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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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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