(57)【要約】【課題】  光学部材の変動に影響されずに被検面の面位置を高精度に検出すること。【解決手段】  複数の測定マークからの測定光を被検面（Ｗａ）に導き、複数の参照マークからの参照光を被検面の近傍に導く送光光学系（５，７，８）と、被検面で反射された測定光を第１観測面（１３ａ）に導いて複数の測定マークの測定マーク像を形成し、被検面の近傍（９ａ）を経た参照光を第２観測面（１４ａ）に導いて複数の参照マークの参照マーク像を形成する受光光学系（１８，１７，１５）と、第１観測面における複数の測定マーク像の各測定マーク位置情報および第２観測面における複数の参照マーク像の各参照マーク位置情報を検出し、測定マーク像ごとに該測定マーク像の測定マーク位置情報と１つの参照マーク位置情報とを用いて被検面の面位置を算出する検出部（１４，１３，１２，１１，ＰＲ）とを備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の測定マークからの測定光を被検面に導き、前記複数の測定マークより少数の複数の参照マークからの参照光を前記被検面の近傍に導く送光光学系と、
前記被検面で反射された前記測定光を第１観測面に導いて該第１観測面に複数の前記測定マークの測定マーク像を形成し、前記被検面の近傍を経た前記参照光を第２観測面に導いて該第２観測面に複数の前記参照マークの参照マーク像を形成する受光光学系と、
前記第１観測面における複数の前記測定マーク像の各測定マーク位置情報および前記第２観測面における複数の前記参照マーク像の各参照マーク位置情報を検出し、前記測定マーク像ごとに該測定マーク像の前記測定マーク位置情報と１つの前記参照マーク位置情報とを用いて前記被検面の面位置を算出する検出部と、
を備えたことを特徴とする面位置検出装置。
【請求項２】
前記検出部は、前記測定マーク像ごとに、該測定マーク像の位置に応じて対応付けられる前記参照マーク像の前記参照マーク位置情報を用いて前記被検面の面位置を算出することを特徴とする請求項１に記載の面位置検出装置。
【請求項３】
前記検出部は、前記測定マーク像ごとに、該測定マーク像に最も近い前記参照マーク像の前記参照マーク位置情報を用いて前記被検面の面位置を算出することを特徴とする請求項２に記載の面位置検出装置。
【請求項４】
前記検出部は、前記測定マーク位置情報から前記参照マーク位置情報を差し引いて補正位置情報を算出し、該補正位置情報をもとに前記被検面の面位置を算出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の面位置検出装置。
【請求項５】
前記検出部は、前記測定マーク位置情報をもとに前記被検面の仮位置を算出し、前記参照マーク位置情報をもとに前記被検面の参照位置を算出し、前記仮位置から前記参照位置を差し引いた結果をもとに前記被検面の面位置を算出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の面位置検出装置。
【請求項６】
前記検出部は、前記測定マーク像ごとに、該測定マーク像の位置に対応する補正係数を用いて前記被検面の面位置を算出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の面位置検出装置。
【請求項７】
前記検出部は、前記測定マーク像ごとに、該測定マーク像に対応付けられた前記参照マーク像からの相対位置に対応する補正係数を用いて前記被検面の面位置を算出することを特徴とする請求項２または３に記載の面位置検出装置。
【請求項８】
前記検出部は、前記参照マーク位置情報および前記補正係数をもとに補正量を算出し、該補正量を前記測定マーク位置情報から差し引いて補正位置情報を算出し、該補正位置情報をもとに前記被検面の面位置を算出することを特徴とする請求項６または７に記載の面位置検出装置。
【請求項９】
前記検出部は、前記測定マーク位置情報をもとに前記被検面の仮位置を算出し、前記参照マーク位置情報および前記補正係数をもとに前記被検面の参照位置を算出し、前記仮位置から前記参照位置を差し引いた結果をもとに前記被検面の面位置を算出することを特徴とする請求項６または７に記載の面位置検出装置。
【請求項１０】
前記検出部は、前記測定マーク像ごとに前記補正位置情報をもとに前記被検面の仮補正位置を算出し、複数の前記測定マーク像の前記仮補正位置を該測定マーク像の位置に対応してスムージング処理して前記被検面の面位置を算出することを特徴とする請求項４または８に記載の面位置検出装置。
【請求項１１】
前記検出部は、前記測定マーク像ごとに前記仮位置から前記参照位置を差し引いた結果を前記測定マーク像の位置に対応してスムージング処理して前記被検面の面位置を算出することを特徴とする請求項５または９に記載の面位置検出装置。
【請求項１２】
前記送光光学系は、前記被検面に複数の前記測定マークの測定マーク中間像を投射し、前記被検面の近傍に複数の前記参照マークの参照マーク中間像を投射することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の面位置検出装置。
【請求項１３】
複数の前記測定マークは、一列に配列され、
前記送光光学系は、所定方向に配列された複数の前記測定マーク中間像を前記被検面に形成し、
前記受光光学系は、該受光光学系を介して前記所定方向に対応する方向に配列された複数の前記測定マーク像を前記第１観測面に形成することを特徴とする請求項１２に記載の面位置検出装置。
【請求項１４】
前記所定方向は、前記送光光学系における前記測定光の射出光軸と前記受光光学系における前記測定光の入射光軸とを含む平面と、前記被検面との交線に平行であることを特徴とする請求項１３に記載の面位置検出装置。
【請求項１５】
複数の前記参照マークは、前記測定マークの列と並列に配列され、
前記送光光学系は、前記測定マーク中間像の列と並列に配列された複数の前記参照マーク中間像を前記被検面の近傍に投射し、
前記受光光学系は、前記測定マーク像の列と並列に配列された複数の前記参照マーク像を前記第２観測面に形成することを特徴とする請求項１３または１４に記載の面位置検出装置。
【請求項１６】
前記被検面の近傍に設けられる参照面を有した参照部材を備え、
前記送光光学系は、前記参照面に前記参照マーク中間像を投射することを特徴とする請求項１２〜１５のいずれか一項に記載の面位置検出装置。
【請求項１７】
複数の測定マークからの測定光を被検面に導き、前記複数の測定マークより少数の複数の参照マークからの参照光を前記被検面の近傍に導く送光ステップと、
前記被検面で反射された前記測定光を第１観測面に導いて該第１観測面に複数の前記測定マークの測定マーク像を形成し、前記被検面の近傍を経た前記参照光を第２観測面に導いて該第２観測面に複数の前記参照マークの参照マーク像を形成する受光ステップと、
前記第１観測面における複数の前記測定マーク像の各測定マーク位置情報および前記第２観測面における複数の前記参照マーク像の各参照マーク位置情報を検出し、前記測定マーク像ごとに該測定マーク像の前記測定マーク位置情報と１つの前記参照マーク位置情報とを用いて前記被検面の面位置を算出する検出ステップと、
を含むことを特徴とする面位置検出方法。
【請求項１８】
前記検出ステップは、前記測定マーク像ごとに、該測定マーク像の位置に応じて対応付けられる前記参照マーク像の前記参照マーク位置情報を用いて前記被検面の面位置を算出することを特徴とする請求項１７に記載の面位置検出方法。
【請求項１９】
前記検出ステップは、前記測定マーク像ごとに、該測定マーク像に最も近い前記参照マーク像の前記参照マーク位置情報を用いて前記被検面の面位置を算出することを特徴とする請求項１８に記載の面位置検出方法。
【請求項２０】
前記検出ステップは、前記測定マーク像ごとに、該測定マーク像の位置に対応する補正係数を用いて前記被検面の面位置を算出することを特徴とする請求項１７〜１９のいずれか一項に記載の面位置検出方法。
【請求項２１】
前記検出ステップは、前記測定マーク像ごとに、該測定マーク像に対応付けられた前記参照マーク像からの相対位置に対応する補正係数を用いて前記被検面の面位置を算出することを特徴とする請求項１８または１９に記載の面位置検出方法。
【請求項２２】
前記検出ステップは、前記参照マーク位置情報および前記補正係数をもとに補正量を算出し、該補正量を前記測定マーク位置情報から差し引いて補正位置情報を算出し、該補正位置情報をもとに前記被検面の面位置を算出することを特徴とする請求項２０または２１に記載の面位置検出方法。
【請求項２３】
前記検出ステップは、前記測定マーク位置情報をもとに前記被検面の仮位置を算出し、前記参照マーク位置情報および前記補正係数をもとに前記被検面の参照位置を算出し、前記仮位置から前記参照位置を差し引いた結果をもとに前記被検面の面位置を算出することを特徴とする請求項２０または２１に記載の面位置検出方法。
【請求項２４】
前記検出ステップは、前記測定マーク像ごとに前記補正位置情報をもとに前記被検面の仮補正位置を算出し、複数の前記測定マーク像の前記仮補正位置を該測定マーク像の位置に対応してスムージング処理して前記被検面の面位置を算出することを特徴とする請求項２２に記載の面位置検出方法。
【請求項２５】
前記検出ステップは、前記測定マーク像ごとに前記仮位置から前記参照位置を差し引いた結果を前記測定マーク像の位置に対応してスムージング処理して前記被検面の面位置を算出することを特徴とする請求項２３に記載の面位置検出方法。
【請求項２６】
感光性基板にパターンを転写する露光装置において、
前記パターンが設けられたパターン面または前記感光性基板の転写面の少なくとも一方の面位置を、前記被検面の面位置として検出する請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の面位置検出装置と、
前記面位置検出装置の検出結果に基づいて、前記パターン面または前記転写面の少なくとも一方の位置合わせをする位置合わせ手段と、
を備えていることを特徴とする露光装置。
【請求項２７】
請求項２６に記載の露光装置を用いて、前記面位置検出装置が検出した前記感光性基板の転写面に前記パターンを転写する露光工程と、
前記パターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記パターンに対応する形状の転写パターン層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
前記転写パターン層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検面の面位置を検出する面位置検出装置、面位置検出方法、露光装置、およびデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マスク上に形成されたパターンを、投影光学系を介して感光性基板上に転写する露光装置においては、投影光学系の焦点深度が浅く、感光性基板の転写面（露光面）が平坦でない場合もある。このため、露光装置では、投影光学系の結像面に対する感光性基板の転写面の位置決め調整を正確に行う必要がある。
【０００３】
投影光学系の光軸方向に沿った感光性基板の面位置（転写面の面位置）を検出する面位置検出装置として、例えば斜入射型オートフォーカスセンサが知られている（特許文献１を参照）。この斜入射型オートフォーカスセンサでは、被検面としての感光性基板に対して斜め方向からスリットの像を投射し、被検面で反射された光により形成されるスリットの像の位置情報を検出し、この位置情報に基づいて感光性基板の面位置を検出する。
【０００４】
【特許文献１】特開平４−２１５０１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の斜入射型オートフォーカスセンサにおいては、斜入射型オートフォーカスセンサを構成する光学系内の光学部材の変動（位置変動、屈折率変動等）が発生した場合、感光性基板の面位置を正確に検出することができないという問題があった。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、光学部材の変動に影響されずに被検面の面位置を高精度に検出することのできる面位置検出装置、面位置検出方法、露光装置、およびデバイス製造方法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】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明の面位置検出装置では、複数の測定マークからの測定光を被検面に導き、前記複数の測定マークより少数の複数の参照マークからの参照光を前記被検面の近傍に導く送光光学系と、
前記被検面で反射された前記測定光を第１観測面に導いて該第１観測面に複数の前記測定マークの測定マーク像を形成し、前記被検面の近傍を経た前記参照光を第２観測面に導いて該第２観測面に複数の前記参照マークの参照マーク像を形成する受光光学系と、
前記第１観測面における複数の前記測定マーク像の各測定マーク位置情報および前記第２観測面における複数の前記参照マーク像の各参照マーク位置情報を検出し、前記測定マーク像ごとに該測定マーク像の前記測定マーク位置情報と１つの前記参照マーク位置情報とを用いて前記被検面の面位置を算出する検出部と、
を備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の面位置検出方法では、複数の測定マークからの測定光を被検面に導き、前記複数の測定マークより少数の複数の参照マークからの参照光を前記被検面の近傍に導く送光ステップと、
前記被検面で反射された前記測定光を第１観測面に導いて該第１観測面に複数の前記測定マークの測定マーク像を形成し、前記被検面の近傍を経た前記参照光を第２観測面に導いて該第２観測面に複数の前記参照マークの参照マーク像を形成する受光ステップと、
前記第１観測面における複数の前記測定マーク像の各測定マーク位置情報および前記第２観測面における複数の前記参照マーク像の各参照マーク位置情報を検出し、前記測定マーク像ごとに該測定マーク像の前記測定マーク位置情報と１つの前記参照マーク位置情報とを用いて前記被検面の面位置を算出する検出ステップと、
を含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明の露光装置では、感光性基板にパターンを転写する露光装置において、
前記パターンが設けられたパターン面または前記感光性基板の転写面の少なくとも一方の面位置を、前記被検面の面位置として検出する本発明の面位置検出装置と、
前記面位置検出装置の検出結果に基づいて、前記パターン面または前記転写面の少なくとも一方の位置合わせをする位置合わせ手段と、
を備えていることを特徴とする。
【００１０】
本発明のデバイス製造方法では、本発明にかかる露光装置を用いて、前記面位置検出装置が検出した前記感光性基板の転写面に前記パターンを転写する露光工程と、
前記パターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記パターンに対応する形状の転写パターン層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
前記転写パターン層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の面位置検出装置および方法では、複数の参照マークからの参照光が、複数の測定マークからの測定光と共通の光学部材を経て、観測面まで導かれる。この参照光は、測定光とは異なり被検面の移動に関する情報を含まないが、測定光と同様に、測定光と共通の光学部材の変動の影響に関する情報を含んでいる。したがって、例えば観測面における参照マーク像の位置ずれ量に基づいて、光学部材の変動に起因する被検面の面位置の検出誤差を計測することができる。
【００１２】
具体的に、本発明の面位置検出装置および方法では、観測面における複数の測定マーク像の各測定マーク位置情報および複数の参照マーク像の各参照マーク位置情報を検出し、測定マーク像ごとに該測定マーク像の測定マーク位置情報と１つの参照マーク位置情報とを用いて被検面の面位置を算出する。その結果、本発明の面位置検出装置、面位置検出方法、露光装置およびデバイス製造方法では、光学部材の変動に影響されずに被検面の面位置を高精度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】
【００１３】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる面位置検出装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。図１では、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸの方向にＺ軸を、光軸ＡＸに垂直な面内において図１の紙面に平行にＸ軸を、図１の紙面に垂直にＹ軸を設定している。本実施形態では、露光装置によってパターンを転写する感光性基板の面位置の検出に対して本発明の面位置検出装置を適用している。
【００１４】
図示の露光装置は、露光用光源（不図示）から射出された照明光（露光光）で、所定のパターンが形成されたマスクとしてのレチクルＲを照明する照明系ＩＬを備えている。レチクルＲは、レチクルステージＲＳ上においてＸＹ平面に平行に保持されている。レチクルステージＲＳは、図示を省略した駆動系の作用により、ＸＹ平面に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はレチクル干渉計（不図示）によって計測され且つ位置制御されるように構成されている。
【００１５】
レチクルＲを透過した露光光は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウェハＷの表面（転写面）Ｗａ上にレチクルＲのパターンの像を形成する。ウェハＷは、ウェハステージＷＳ上においてＸＹ平面に沿って保持されている。ウェハステージＷＳは、図示を省略した駆動系の作用により、レベリング（水平出し）、Ｚ方向（フォーカシング方向）移動、ＸＹ平面に沿った二次元的な移動、およびＺ軸廻りの回転が可能であり、その位置座標はウェハ干渉計（不図示）によって計測され且つ位置制御されるように構成されている。
【００１６】
レチクルＲのパターン面上に設けられた回路パターンをウェハＷの転写面Ｗａ上の各露光領域に良好に転写するには、各露光領域への露光毎に、投影光学系ＰＬによる結像面を中心とした焦点深度の幅の範囲内に、現在の露光領域を位置合わせする必要がある。そのためには、現在の露光領域における各点の光軸ＡＸに沿った位置、つまり現在の露光領域の面位置を正確に検出した後に、その検出結果に基づいて、ウェハステージＷＳのレベリングおよびＺ方向の移動を、ひいてはウェハＷのレベリングおよびＺ方向の移動を行えば良い。
【００１７】
そこで、本実施形態の露光装置は、露光領域の面位置を検出するための面位置検出装置を備えている。図１を参照すると、本実施形態の面位置検出装置は、その検出に用いる光を供給する光源１を備えている。一般に、被検面であるウェハＷの表面は、レジスト等の薄膜で覆われている。したがって、この薄膜による干渉の影響を低減するために、光源１は波長幅の広い白色光源（たとえば、波長幅が６００〜９００ｎｍの照明光を供給するハロゲンランプや、これと同様の帯域の広い照明光を供給するキセノン光源など）であることが望ましい。なお、光源１として、レジストに対する感光性の弱い波長帯の光を供給する発光ダイオードを用いることもできる。
【００１８】
光源１からの光は、コンデンサーレンズ２を介して、測定光用の送光プリズム３および参照光用の送光プリズム４に入射する。送光プリズム３および４は、コンデンサーレンズ２からの光を、屈折作用により−Ｚ方向に向けて偏向させる。送光プリズム３の射出面３ａには、例えば図２に示すように配列された１２個の測定光用の送光スリットＳ１〜Ｓ１２が設けられている。
【００１９】
送光プリズム４の射出面４ａには、例えば図２に示すように配列された３個の参照光用の送光スリットＳ１３〜Ｓ１５が設けられている。射出面３ａと射出面４ａとは、互いに平行である。図２では、射出面３ａにおいて全体座標のＹ軸に平行な方向にｙ１軸を、射出面３ａにおいてｙ１軸と直交する方向にｘ１軸を設定している。
【００２０】
送光スリットＳ１〜Ｓ１５は、例えばｘ１方向およびｙ１方向と４５度をなす斜め方向に細長く延びる矩形状（スリット状）の光透過部であり、送光スリットＳ１〜Ｓ１５以外の領域は遮光部である。送光スリットＳ１〜Ｓ１２はｘ１方向に沿って所定のピッチで一列に配列され、送光スリットＳ１３〜Ｓ１５は送光スリットＳ１〜Ｓ１２からｙ１方向に間隔を隔てて設けられ且つｘ１方向に沿って所定のピッチで一列に配列されている。すなわち、参照マークとしての送光スリットＳ１３〜Ｓ１５は、測定マークとしての送光スリットＳ１〜Ｓ１２の列と並列に配列されている。
【００２１】
また、送光スリットＳ１３のｘ１座標は送光スリットＳ２とＳ３との中間位置のｘ１座標と一致し、送光スリットＳ１４のｘ１座標は送光スリットＳ６とＳ７との中間位置のｘ１座標と一致し、送光スリットＳ１５のｘ１座標は送光スリットＳ１０とＳ１１との中間位置のｘ１座標と一致している。
【００２２】
このように、光源１およびコンデンサーレンズ２は、測定光用の送光スリットＳ１〜Ｓ１２と参照光用の送光スリットＳ１３〜Ｓ１５とを一括して照明する一括照明装置を構成している。測定マークとしての送光スリットＳ１〜Ｓ１２を通過した光は、測定光として、ウェハＷの面位置の検出に用いられる。参照マークとしての送光スリットＳ１３〜Ｓ１５を通過した光は、参照光として、面位置検出装置の光学部材の変動に起因する検出誤差の計測に用いられる。なお、測定マークおよび参照マークの形状、数、配列、形態などについて様々な変形例が可能である。ただし、参照マークの数は、測定マークの数よりも少ない。
【００２３】
送光スリットＳ１〜Ｓ１２を通過した測定光および送光スリットＳ１３〜Ｓ１５を通過した参照光は、第２対物レンズ５、走査手段としての振動ミラー６、および第１対物レンズ７を介して、落射プリズム８に入射する。第２対物レンズ５および第１対物レンズ７は、協働して送光スリットＳ１〜Ｓ１５の中間像を形成する。振動ミラー６は、第１対物レンズ７の前側焦点位置に配置され、図１中矢印で示すようにＹ軸廻りに回動可能に構成されている。落射プリズム８は、ＸＺ平面に沿って平行四辺形状の断面を有し、Ｙ方向に柱状のプリズム部材である。
【００２４】
図３において実線で示す測定光路に沿って落射プリズム８の入射面８ａに入射した測定光Ｌｍは、反射面８ｂおよび８ｃで順次反射されてＺ方向に平行移動された後、射出面８ｄから図中実線で示す測定光路に沿って、被検面としての転写面Ｗａ上の検出領域Ａに斜め方向から入射する。この入射角は、例えば８０度以上９０度未満の大きな角度に設定される。一方、図中破線で示す参照光路に沿って落射プリズム８の入射面８ａに入射した参照光Ｌｒは、反射面８ｂおよび８ｃで順次反射されてＺ方向に平行移動された後、射出面８ｄから図中破線で示す参照光路に沿って、平面ミラー９の表面９ａに斜め方向から入射する。なお、図３において、実線で示す測定光路と破線で示す参照光路とは、Ｚ方向だけでなくＹ方向にも離間している。
【００２５】
こうして、検出領域Ａには、測定マークとしての送光スリットＳ１〜Ｓ１２の中間像（測定マーク中間像）が投射される。すなわち、検出領域Ａには、送光スリットＳ１〜Ｓ１２に対応して、Ｘ方向およびＹ方向と４５度をなす斜め方向に細長く延びる１２個の測定光照射領域がＸ方向に沿って所定のピッチで形成される。各測定光照射領域の中心は、検出領域Ａにおける検出点に対応している。また、平面ミラー９の反射面９ａには、参照マークとしての送光スリットＳ１３〜Ｓ１５に対応して、Ｘ方向およびＹ方向と４５度をなす斜め方向に細長く延びる３個の矩形状の中間像（参照マーク中間像）がＸ方向に沿って所定のピッチで形成される。すなわち、１２個の測定マーク中間像の列と並列に配列された３個の参照マーク中間像が、被検面としての転写面Ｗａの近傍に投射される。
【００２６】
このように、平面ミラー９は、転写面Ｗａの近傍に設けられた参照面としての反射面９ａを有する参照部材を構成している。また、第２対物レンズ５、振動ミラー６、第１対物レンズ７、および落射プリズム８は、送光スリットＳ１〜Ｓ１２からの測定光を転写面Ｗａへ導いて測定マーク中間像を転写面Ｗａに投射する送光光学系を構成している。送光光学系は、送光光学系による参照面９ａの送光側共役面上に配置される送光スリットＳ１３〜Ｓ１５からの参照光を参照面９ａへ導いて、参照マーク中間像を参照面９ａに形成する。
【００２７】
転写面Ｗａによって反射された測定光Ｌｍおよび平面ミラー９の反射面９ａによって反射された参照光Ｌｒは、落射プリズム１８に入射する。落射プリズム１８は、所定のＹＺ平面（例えば、光軸ＡＸを含むＹＺ平面）に関して落射プリズム８と対称な位置に配置され且つ対称的な構成を有する。具体的には、落射プリズム１８は、落射プリズム８を入射面８ａについて反転した構成を有する。したがって、落射プリズム１８の入射面１８ａに入射した測定光Ｌｍおよび参照光Ｌｒは、反射面１８ｂおよび１８ｃで順次反射されてＺ方向に平行移動された後、射出面１８ｄから射出される。
【００２８】
図１を参照すると、落射プリズム１８から射出された測定光は、第１対物レンズ１７、ミラー１６、および第２対物レンズ１５を介して、測定光用の受光プリズム１３に入射する。落射プリズム１８から射出された参照光は、第１対物レンズ１７、ミラー１６、および第２対物レンズ１５を介して、参照光用の受光プリズム１４に入射する。第１対物レンズ１７、ミラー１６、および第２対物レンズ１５は、所定のＹＺ平面（例えば、光軸ＡＸを含むＹＺ平面）に関して、第１対物レンズ７、振動ミラー６、および第２対物レンズ５とそれぞれ対称な位置に配置され且つそれぞれ対称的な構成を有する。ただし、ミラー１６は、振動ミラー６とは異なり、固定的に設置されている。
【００２９】
受光プリズム１３および１４は、所定のＹＺ平面（例えば、光軸ＡＸを含むＹＺ平面）に関して送光プリズム３および４とそれぞれ対称な位置に配置され且つそれぞれ対称的な構成を有する。ただし、測定光用の受光プリズム１３の入射面１３ａ（送光プリズム３の射出面３ａに対応する面）には、図４に示すように、送光スリットＳ１〜Ｓ１２に対応した１２個の受光スリットＳａ１〜Ｓａ１２が設けられている。
【００３０】
参照光用の受光プリズム１４の入射面１４ａ（送光プリズム４の射出面４ａに対応する面）には、図４に示すように、送光スリットＳ１３〜Ｓ１５に対応した３個の受光スリットＳａ１３〜Ｓａ１５が設けられている。図４では、受光プリズム１４の入射面１４ａと平行な受光プリズム１３の入射面１３ａにおいて全体座標のＹ軸に平行な方向にｙ２軸を、入射面１３ａにおいてｙ２軸と直交する方向にｘ２軸を設定している。
【００３１】
受光スリットＳａ１〜Ｓａ１５はｘ２方向およびｙ２方向と４５度をなす斜め方向に細長く延びる矩形状（スリット状）の光透過部であり、受光スリットＳａ１〜Ｓａ１５以外の領域は遮光部である。受光スリットＳａ１〜Ｓａ１２はｘ２方向に沿って所定のピッチで配列され、受光スリットＳａ１３〜Ｓａ１５は受光スリットＳａ１〜Ｓａ１２からｙ２方向に間隔を隔てて設けられ、且つｘ２方向に沿って所定のピッチで配列されている。
【００３２】
受光プリズム１３の入射面１３ａには測定光用の送光スリットＳ１〜Ｓ１２の観測像（測定マーク像）が形成され、受光プリズム１４の入射面１４ａには参照光用の送光スリットＳ１３〜Ｓ１５の観測像（参照マーク像）が形成される。すなわち、入射面１３ａには、送光スリットＳ１〜Ｓ１２に対応して、ｘ２方向およびｙ２方向と４５度をなす斜め方向に細長く延びる１２個の矩形状の測定マーク像がｘ２方向に沿って所定のピッチで形成される。また、入射面１４ａには、送光スリットＳ１３〜Ｓ１５に対応して、ｘ２方向およびｙ２方向と４５度をなす斜め方向に細長く延びる３個の矩形状の参照マーク像がｘ２方向に沿って所定のピッチで形成される。換言すれば、１２個の測定マーク像の列と並列に配列された３個の参照マーク像が、観測面としての入射面１３ａ，１４ａに形成される。
【００３３】
このように、落射プリズム１８、第１対物レンズ１７、ミラー１６、および第２対物レンズ１５は、転写面Ｗａによって反射された測定光を第１観測面としての受光プリズム１３の入射面１３ａへ導いて測定マーク像を入射面１３ａに形成する受光光学系を構成している。受光光学系は、参照面９ａによって反射された参照光を、受光光学系による参照面９ａの受光側共役面上に配置される第２観測面である受光プリズム１４の入射面１４ａへ導いて参照マーク像を入射面１４ａに形成する。なお、１２個の測定マーク中間像が転写面Ｗａに形成される方向（すなわちＸ方向）は、送光光学系における測定光の射出光軸と受光光学系における測定光の入射光軸とを含むＸＺ平面と、転写面Ｗａとの交線に平行である。
【００３４】
図５は、送光プリズムから受光プリズムまでの光路を直線状に展開して光源から受光プリズムまでの構成を概略的に示す図である。図５では、光源１から受光プリズム１３，１４までの構成の理解を容易にするために、第２対物レンズ５、振動ミラー６、第１対物レンズ７、および落射プリズム８からなる送光光学系ＳＬを１つのレンズで簡略化し、落射プリズム１８、第１対物レンズ１７、ミラー１６、および第２対物レンズ１５からなる受光光学系ＪＬを１つのレンズで簡略化し、送光光学系ＳＬおよび受光光学系ＪＬの光路をそれぞれ直線状に展開している。
【００３５】
図１を参照すると、受光プリズム１３に入射した測定光は、受光スリットＳａ１〜Ｓａ１２を通過し、所定の角度だけ偏向された後、受光プリズム１３から射出される。受光プリズム１４に入射した参照光は、受光スリットＳａ１３〜Ｓａ１５を通過し、所定の角度だけ偏向された後、受光プリズム１４から射出される。受光プリズム１３および１４から射出された測定光および参照光は、リレーレンズ１２を介して、受光スリットＳａ１〜Ｓａ１５内にそれぞれ形成された測定マーク像および参照マーク像の共役像を、光検出器１１の検出面１１ａ上に形成する。
【００３６】
光検出器１１の検出面１１ａには、図６に示すように、１５個の受光部ＲＳ１〜ＲＳ１５が、１２個の測定光用の受光スリットＳａ１〜Ｓａ１２および３個の参照光用の受光スリットＳａ１３〜Ｓａ１５に対応するように設けられている。１２個の受光部ＲＳ１〜ＲＳｌ２は送光スリットＳ１〜Ｓ１２に対応する１２個の受光スリットＳａ１〜Ｓａ１２を通過した測定光を受光し、３個の受光部ＲＳ１３〜ＲＳ１５は送光スリットＳ１３〜Ｓ１５に対応する受光スリットＳａ１３〜Ｓａ１５を通過した参照光を受光する。
【００３７】
送光スリットＳ１〜Ｓ１２の観測像である測定マーク像は、転写面ＷａのＺ方向に沿った移動に伴って、ｘ２方向に移動する。送光スリットＳ１３〜Ｓ１５の観測像である参照マーク像は、測定マーク像とは異なり転写面Ｗａを経ることがないため、転写面ＷａのＺ方向に沿った移動の影響は全く受けない。したがって、受光スリットＳａ１〜Ｓａ１２を通過する測定光の光量は転写面ＷａのＺ方向移動に応じて変化するが、受光スリットＳａ１３〜Ｓａ１５を通過する参照光の光量は転写面ＷａのＺ方向移動に依存することなく一定である。換言すれば、受光スリットＳａ１〜Ｓａ１２を通過した測定光は転写面ＷａのＺ方向移動に関する情報を含んでいるが、受光スリットＳａ１３〜Ｓａ１５を通過した参照光は転写面ＷａのＺ方向移動に関する情報を含んでいない。
【００３８】
本実施形態の面位置検出装置では、転写面Ｗａが投影光学系ＰＬの結像面と合致している状態において、送光スリットＳ１〜Ｓ１２の観測像である測定マーク像が受光スリットＳａ１〜Ｓａ１２の位置に形成され、送光スリットＳ１３〜Ｓ１５の観測像である参照マーク像が受光スリットＳａ１３〜Ｓａ１５の位置に形成されるように構成されている。受光部ＲＳ１〜ＲＳ１５の検出信号は、振動ミラー６の振動に同期して変化し、信号処理部ＰＲに供給される。
【００３９】
上述したように、転写面Ｗａが投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに沿ってＺ方向に上下移動すると、受光プリズム１３の入射面１３ａに形成される測定マーク像は、転写面Ｗａの上下移動に対応してピッチ方向（ｘ２方向）に位置ずれを起こす。信号処理部ＰＲでは、たとえば本出願人による特開平６−９７０４５号公報に開示された光電顕微鏡の原理により、測定マーク像の位置ずれ量を検出し、検出した位置ずれ量に基づいて検出領域Ａ内の各検出点のＺ方向位置を算出する。
【００４０】
ただし、前述したように、面位置検出装置を構成する光学部材の位置変動や屈折率変動等により、例えば、転写面Ｗａが投影光学系ＰＬの結像面に合致している（ベストフォーカス状態にある）にもかかわらず、受光プリズム１３の入射面１３ａに形成される測定マーク像Ｓ１ｉ〜Ｓ１２ｉ（不図示）の位置がそれぞれ受光スリットＳａ１〜Ｓａ１２の位置から位置ずれすることがある。この場合、測定マーク像Ｓ１ｉ〜Ｓ１２ｉの受光スリットＳａ１〜Ｓａ１２からの位置ずれ量に応じて、転写面Ｗａの面位置の検出誤差が発生していることになる。
【００４１】
本実施形態の面位置検出装置では、送光スリットＳ１３〜Ｓ１５からの参照光が、転写面Ｗａの近傍に設けられた参照面９ａを経て受光プリズム１４の入射面１４ａまで導かれるので、測定光路と近接した参照光路に沿って、測定光と共通の光学部材を経て、参照マーク像を形成することになる。したがって、参照光は、測定光とは異なり転写面ＷａのＺ方向移動に関する情報を含まないが、測定光と同様に、測定光と共通の光学部材の変動の影響に関する情報を含んでいる。すなわち、参照マーク像Ｓ１３ｉ〜Ｓ１５ｉ（不図示）の受光スリットＳａ１３〜Ｓａ１５からの位置ずれ量は、ベストフォーカス状態で測定光が形成する測定マーク像Ｓ１ｉ〜Ｓ１２ｉの受光スリットＳａ１〜Ｓａ１２からの位置ずれ量とほぼ等しい。したがって、本実施形態では、参照マーク像Ｓ１３ｉ〜Ｓ１５ｉの受光スリットＳａ１３〜Ｓａ１５からの位置ずれ量に基づいて、転写面Ｗａの面位置の検出誤差を計測することができる。
【００４２】
具体的には、信号処理部ＰＲは、受光部ＲＳ１〜ＲＳ１２からの測定光に関する信号に基づいて、入射面１３ａにおける１２個の測定マーク像Ｓ１ｉ〜Ｓ１２ｉの各測定マーク位置情報を検出する。また、信号処理部ＰＲは、受光部ＲＳ１３〜ＲＳ１５からの参照光に関する信号に基づいて、入射面１４ａにおける３個の参照マーク像Ｓ１３ｉ〜Ｓ１５ｉの各参照マーク位置情報を検出する。そして、信号処理部ＰＲは、測定マーク像ごとに、その測定マーク位置情報と１つの参照マーク位置情報とを用いて、転写面Ｗａの面位置を算出する。
【００４３】
本実施形態では、送光スリットＳ１〜Ｓ４の観測像である測定マーク像Ｓ１ｉ〜Ｓ４ｉに送光スリットＳ１３の観測像である参照マーク像Ｓ１３ｉを対応付け、送光スリットＳ５〜Ｓ８の観測像である測定マーク像Ｓ５ｉ〜Ｓ８ｉに送光スリットＳ１４の観測像である参照マーク像Ｓ１４ｉを対応付け、送光スリットＳ９〜Ｓ１２の観測像である測定マーク像Ｓ９ｉ〜Ｓ１２ｉに送光スリットＳ１５の観測像である参照マーク像Ｓ１５ｉを対応付け、測定マーク像ごとに、この対応付けられた１つの参照マーク像の参照マーク位置情報を用いて転写面Ｗａの面位置を算出する。
【００４４】
換言すれば、本実施形態では、当該測定マーク像の位置に応じて対応付けられる参照マーク像の参照マーク位置情報を、さらに詳細には当該測定マーク像に最も近い参照マーク像の参照マーク位置情報を用いて、測定マーク像ごとに転写面Ｗａの面位置を算出する。ただし、各測定マーク像と１つの参照マーク像との対応付けについて、様々な形態が可能である。
【００４５】
本実施形態では、信号処理部ＰＲにおいて、１２個の測定マーク像Ｓ１ｉ〜Ｓ１２ｉの測定マーク位置情報をもとに、図７（ａ）に示すように転写面Ｗａの仮位置を算出する。図７（ａ）において、参照符号Ａ１は検出領域Ａにおいて送光スリットＳ１〜Ｓ４に対応する４個の測定マーク中間像が形成される領域（以下、検出領域Ａ１と呼ぶ。）を、参照符号Ａ２は検出領域Ａにおいて送光スリットＳ５〜Ｓ８に対応する４個の測定マーク中間像が形成される領域（以下、検出領域Ａ２と呼ぶ。）を、参照符号Ａ３は検出領域Ａにおいて送光スリットＳ９〜Ｓ１２に対応する４個の測定マーク中間像が形成される領域（以下、検出領域Ａ３と呼ぶ。）をそれぞれ示している。
【００４６】
信号処理部ＰＲでは、３個の参照マーク像Ｓ１３ｉ〜Ｓ１５ｉごとに参照マーク位置情報に基づいて転写面Ｗａの参照位置を算出し、転写面Ｗａの仮位置から参照位置を差し引いた結果をもとに、図７（ｂ）に示すように転写面Ｗａの面位置を算出する。つまり、検出領域Ａ１の面位置は、測定マーク像Ｓ１ｉ〜Ｓ４ｉの測定マーク位置情報をもとに求められた検出領域Ａ１の仮位置から、参照マーク像Ｓ１３ｉの参照マーク位置情報をもとに算出された参照計測値ａからなる参照位置を差し引くことにより算出されたものである。したがって、図７（ｂ）に示す検出領域Ａ１の面位置は、図７（ａ）に示す検出領域Ａ１の仮位置を参照計測値ａだけ平行移動させたものに他ならない。
【００４７】
同様に、検出領域Ａ２の面位置は、測定マーク像Ｓ５ｉ〜Ｓ８ｉの測定マーク位置情報をもとに求められた検出領域Ａ２の仮位置から、参照マーク像Ｓ１４ｉの参照マーク位置情報をもとに算出された参照計測値ｂからなる参照位置を差し引くことにより算出されたものである。また、検出領域Ａ３の面位置は、測定マーク像Ｓ９ｉ〜Ｓ１２ｉの測定マーク位置情報をもとに求められた検出領域Ａ３の仮位置から、参照マーク像Ｓ１５ｉの参照マーク位置情報をもとに算出された参照計測値ｃからなる参照位置を差し引くことにより算出されたものである。
【００４８】
信号処理部ＰＲでは、必要に応じて、測定マーク像ごとに仮位置から参照位置を差し引いた結果を、該測定マーク像の位置に対応してスムージング処理することにより、図７（ｃ）に示すように転写面Ｗａの最終的な面位置を算出する。信号処理部ＰＲで得られた転写面Ｗａの面位置情報は、制御部ＣＲに供給される。制御部ＣＲは、信号処理部ＰＲから供給された面位置情報に基づいて、ウェハステージＷＳのＺ方向位置を所要量だけ調整し、転写面Ｗａ上の検出領域Ａを、ひいてはウェハＷの現在の露光領域を投影光学系ＰＬの結像面位置（ベストフォーカス位置）に位置合わせする。
【００４９】
このように、受光プリズム１３および１４、リレーレンズ１２、光検出器１１、および信号処理部ＰＲは、入射面１３ａにおける１２個の測定マーク像Ｓ１ｉ〜Ｓ１２ｉの各測定マーク位置情報および３個の参照マーク像Ｓ１３ｉ〜Ｓ１５ｉの各参照マーク位置情報を検出し、測定マーク像ごとに該測定マーク像の測定マーク位置情報と１つの参照マーク位置情報とを用いて転写面Ｗａの面位置を算出する検出部を構成している。
【００５０】
以上のように、本実施形態の面位置検出装置および方法では、面位置検出装置を構成する光学部材の変動に起因する検出誤差を計測して、その光学部材の変動に影響されずに転写面Ｗａの面位置を高精度に検出することができる。したがって、本実施形態の露光装置では、ウェハＷの転写面Ｗａの面位置を高精度に検出することができ、ひいてはレチクルＲのパターン面に対応する投影光学系ＰＬの結像面に対して転写面Ｗａを高精度に位置合わせすることができる。
【００５１】
また、本実施形態の面位置検出装置および方法では、複数の測定マーク像に対して１つの参照マーク像を対応付け、この複数の測定マーク像では１つの参照マーク位置情報を基準として面位置の検出を行っているため、例えば測定マーク像ごとに異なる参照マーク位置情報を基準として面位置の検出を行う場合に比して、測定マーク像ごとの検出精度のバラツキを抑え、各測定マーク像に基づく検出結果に高い相関を持たせることができる。
【００５２】
ただし、上述した本実施形態のように、被検面上の広範囲にわたる領域の面位置を多数の測定マーク像で検出する場合、すべての測定マーク像に対して１つの参照マーク像を対応付けると、測定マーク像と参照マーク像との相対位置が、例えば中央部の測定マーク像と端部の測定マーク像との間で大きく異なることとなり、測定マーク像と参照マーク像との相関にそもそもバラツキが生じる恐れがある。このため、本実施形態の面位置検出装置および方法では、すべての測定マーク像に対してそれよりも少ない複数の参照マーク像を対応付け、測定マーク像に応じて参照マークとの相関に大きな差が生じないようにすることで、全体として高精度に光学部材の変動に起因する計測誤差を補正できるようにしている。
【００５３】
なお、図７を参照して説明した第１の算出手順では、測定マーク像の測定マーク位置情報をもとに算出した被検面の仮位置から参照位置を差し引いている。しかしながら、これに限定されることなく、像位置情報の段階において測定マーク位置情報から参照マーク位置情報を差し引く第２の算出手順も可能である。具体的に、第２の算出手順では、測定マーク像Ｓ１ｉ〜Ｓ４ｉの測定マーク位置情報から参照マーク像Ｓ１３ｉの参照マーク位置情報を差し引いて補正位置情報を算出し、この補正位置情報をもとに検出領域Ａ１の面位置を算出する。
【００５４】
同様に、測定マーク像Ｓ５ｉ〜Ｓ８ｉの測定マーク位置情報から参照マーク像Ｓ１４ｉの参照マーク位置情報を差し引いて補正位置情報を算出し、この補正位置情報をもとに検出領域Ａ２の面位置を算出する。また、測定マーク像Ｓ９ｉ〜Ｓ１２ｉの測定マーク位置情報から参照マーク像Ｓ１５ｉの参照マーク位置情報を差し引いて補正位置情報を算出し、この補正位置情報をもとに検出領域Ａ３の面位置を算出する。算出された被検面の面位置は、必要に応じてスムージング処理され、最終的な面位置が得られる。
【００５５】
ところで、図７（ｃ）に示すスムージング処理後の面位置を参照すると、検出領域Ａ１とＡ２との間および検出領域Ａ２とＡ３との間に、面位置の不連続性が見られる。この面位置の不連続性は、補正係数を用いる算出手順を採用することにより小さく抑えられる。補正係数として、例えば、測定マーク像の位置に対応する補正係数、あるいは測定マーク像に対応付けられた参照マーク像からの相対位置に対応する補正係数を用いることができる。
【００５６】
測定マーク像の位置に対応する補正係数を用いる第３の算出手順では、第１の算出手順と同様に、測定マーク位置情報をもとに被検面の仮位置を算出する。すなわち、１２個の測定マーク像Ｓ１ｉ〜Ｓ１２ｉの測定マーク位置情報をもとに、図８（ａ）に示すように転写面Ｗａの仮位置を算出する。次いで、第３の算出手順では、第１の算出手順とは異なり、３個の参照マーク像Ｓ１３ｉ〜Ｓ１５ｉの参照マーク位置情報および補正係数をもとに転写面Ｗａの参照位置を算出し、転写面Ｗａの仮位置から参照位置を差し引いた結果をもとに、図８（ｂ）に実線で示すように転写面Ｗａの面位置を算出する。
【００５７】
一例として、図８（ｂ）に実線で示す検出領域Ａ１の面位置は、測定マーク像Ｓ１ｉ〜Ｓ４ｉの測定マーク位置情報をもとに求められた検出領域Ａ１の仮位置から、参照マーク像Ｓ１３ｉの参照マーク位置情報をもとに算出された参照計測値ａ、および補正係数ｋ1と各測定マーク像Ｓ１ｉ〜Ｓ４ｉの位置Ｘとの積ｋ1Ｘからなる参照位置（ａ＋ｋ1Ｘ）を差し引くことにより算出されたものである。同様に、検出領域Ａ２の面位置は、測定マーク像Ｓ５ｉ〜Ｓ８ｉの測定マーク位置情報をもとに求められた検出領域Ａ２の仮位置から、参照マーク像Ｓ１４ｉの参照マーク位置情報をもとに算出された参照計測値ｂ、および補正係数ｋ2と各測定マーク像Ｓ５ｉ〜Ｓ８ｉの位置Ｘとの積ｋ2Ｘからなる参照位置（ｂ＋ｋ2Ｘ）を差し引くことにより算出されたものである。
【００５８】
また、検出領域Ａ３の面位置は、測定マーク像Ｓ９ｉ〜Ｓ１２ｉの測定マーク位置情報をもとに求められた検出領域Ａ３の仮位置から、参照マーク像Ｓ１５ｉの参照マーク位置情報をもとに算出された参照計測値ｃ、および補正係数ｋ3と各測定マーク像Ｓ９ｉ〜Ｓ１２ｉの位置Ｘとの積ｋ3Ｘからなる参照位置（ｃ＋ｋ3Ｘ）を差し引くことにより算出されたものである。なお、図８（ｂ）には、第１の算出手順との比較のために、図７（ｂ）に示した転写面Ｗａの面位置を破線で示している。
【００５９】
第３の算出手順では、必要に応じて、測定マーク像ごとに仮位置から参照位置を差し引いた結果を、該測定マーク像の位置に対応してスムージング処理することにより、図８（ｃ）に示すように転写面Ｗａの最終的な面位置を算出する。図８（ｃ）を参照すると、補正係数の採用により、検出領域Ａ１とＡ２との間および検出領域Ａ２とＡ３との間の面位置の不連続性が小さく抑えられることがわかる。
【００６０】
ここで、例えば図８（ｂ）に破線で示したように面位置の検出結果に段差が見られる場合には、その段差に対して忠実に被検面を位置合わせしようと制御することで、かえってその段差以上の制御誤差を発生させる恐れがある。これに対して、図８（ｃ）に示すように、面位置の検出結果に生じる段差を小さく抑えることで、検出領域の全範囲にわたって被検面の位置合わせを高精度に行うことができる。
【００６１】
一方、測定マーク像に対応付けられた参照マーク像からの相対位置に対応する補正係数を用いる第４の算出手順では、参照マーク位置情報および補正係数をもとに補正量を算出し、該補正量を測定マーク位置情報から差し引いて補正位置情報を算出し、該補正位置情報をもとに被検面の面位置を算出する。具体的には、参照マーク像Ｓ１３ｉの参照マーク位置情報および補正係数をもとに検出領域Ａ１の補正量を算出し、この補正量を測定マーク像Ｓ１ｉ〜Ｓ４ｉの測定マーク位置情報から差し引いて検出領域Ａ１の補正位置情報を算出し、この補正位置情報をもとに検出領域Ａ１の面位置を算出する。
【００６２】
同様に、参照マーク像Ｓ１４ｉの参照マーク位置情報および補正係数をもとに検出領域Ａ２の補正量を算出し、この補正量を測定マーク像Ｓ５ｉ〜Ｓ８ｉの測定マーク位置情報から差し引いて検出領域Ａ２の補正位置情報を算出し、この補正位置情報をもとに検出領域Ａ２の面位置を算出する。また、参照マーク像Ｓ１５ｉの参照マーク位置情報および補正係数をもとに検出領域Ａ３の補正量を算出し、この補正量を測定マーク像Ｓ９ｉ〜Ｓ１２ｉの測定マーク位置情報から差し引いて検出領域Ａ３の補正位置情報を算出し、この補正位置情報をもとに検出領域Ａ３の面位置を算出する。
【００６３】
第４の算出手順では、必要に応じて、測定マーク像ごとに補正位置情報をもとに算出された転写面Ｗａの面位置（複数の測定マーク像の仮補正位置）を、該測定マーク像の位置に対応してスムージング処理することにより、転写面Ｗａの最終的な面位置を算出する。この場合も、第３の算出手順の場合と同様に、検出領域Ａ１とＡ２との間および検出領域Ａ２とＡ３との間の面位置の不連続性が小さく抑えられる。
【００６４】
なお、上述の実施形態では、測定マークとしての送光スリットＳ１〜Ｓ１２が設けられた送光プリズム３と、参照マークとしての送光スリットＳ１３〜Ｓ１５が設けられた送光プリズム４とを別体で備えているが、送光プリズム３と４とを一体に備えることもできる。同様に、入射面１３ａを有する受光プリズム１３と、入射面１４ａを有する受光プリズム１４とを別体で備えているが、受光プリズム１３と１４とを一体に備えることもできる。送光プリズム３と４とを一体化したり、受光プリズム１３と１４とを一体化したりすることにより、送光スリットＳ１〜Ｓ１２と送光スリットＳ１３〜Ｓ１５との間の位置変動および測定マーク像と参照マーク像との間の不用な位置変動を回避することができ、ひいては検出誤差の計測を安定的に且つ高精度に行うことができる。
【００６５】
送光プリズムの一体化をさらに進めて、測定光用の送光スリットＳ１〜Ｓ１２が設けられる第１マーク面と参照光用の送光スリットＳ１３〜Ｓ１５が設けられる第２マーク面とを含む共通マーク面を有する送光マーク部材を備えることもできる。同様に、受光プリズムの一体化をさらに進めて、測定マーク像が形成される第１観測面と参照マーク像が形成される第２観測面とを含む共通観測面を有する観測部材を備えることもできる。
【００６６】
また、上述の実施形態では、被検面の近傍に設けられた参照面を有する参照部材として平面ミラー９を用いているが、これに限定されることなく、参照部材の構成について様々な形態が可能である。例えば、参照部材として、１回反射型のプリズム、３回反射型のプリズム３１などを用いることができる。なお、比較的多くの参照マークを用いる場合には、１回反射型のプリズムや３回反射型のプリズムを用いる方が平面ミラーを用いるよりも、Ｘ方向に沿って参照面の所要の長さを確保し易い。
【００６７】
また、上述の実施形態では、光源１およびコンデンサーレンズ２からなる照明装置により、測定光用の送光スリットＳ１〜Ｓ１２と参照光用の送光スリットＳ１３〜Ｓ１５とを一括的に照明している。しかしながら、これに限定されることなく、一対の照明装置を用いて、測定光用の送光スリットが形成された測定マーク面、および参照光用の送光スリットが形成された参照マーク面を個別に照明することもできる。
【００６８】
また、上述の実施形態では、光電顕微鏡の原理（振動ミラーを用いる計測原理）に基づいて被検面の面位置を検出している。しかしながら、これに限定されることなく、例えば画像処理によって測定観測像および参照観測像の各位置情報を検出し、検出した各位置情報に基づいて被検面の位置を算出することもできる。
【００６９】
また、上述の実施形態では、露光装置が単一の面位置検出装置を備えている例を説明しているが、これに限定されることなく、必要に応じて複数組の面位置検出装置で検出視野を分割することもできる。この場合、第１の面位置検出装置の検出視野と第２の面位置検出装置の検出視野との共通の視野における検出結果に基づいて、各装置のキャリブレーションを行うこともできる。
【００７０】
また、上述の実施形態では、感光性基板としてのウェハＷの面位置の検出に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、レチクルＲ（一般にはマスク）のパターン面の面位置の検出に対して本発明を適用することもできる。また、上述の実施形態では、露光装置における感光性基板の面位置の検出に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、露光装置以外の各種装置における一般の被検面の面位置の検出に対して本発明を適用することもできる。
【００７１】
なお、上述の実施形態では、マスクの代わりに、所定の電子データに基づいて所定パターンを形成する可変パターン形成装置を用いることができる。このような可変パターン形成装置を用いれば、パターン面が縦置きでも同期精度に及ぼす影響を最低限にできる。なお、可変パターン形成装置としては、たとえば所定の電子データに基づいて駆動される複数の反射素子を含むＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）を用いることができる。ＤＭＤを用いた露光装置は、例えば特開２００４−３０４１３５号公報、国際特許公開第２００６／０８０２８５号パンフレットに開示されている。また、ＤＭＤのような非発光型の反射型空間光変調器以外に、透過型空間光変調器を用いても良く、自発光型の画像表示素子を用いても良い。なお、パターン面が横置きの場合であっても可変パターン形成装置を用いても良い。
【００７２】
上述の実施形態の露光装置は、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。
【００７３】
次に、上述の実施形態にかかる露光装置を用いたデバイス製造方法について説明する。図９は、半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図９に示すように、半導体デバイスの製造工程では、半導体デバイスの基板となるウェハＷに金属膜を蒸着し（ステップＳ４０）、この蒸着した金属膜上に感光性材料であるフォトレジストを塗布する（ステップＳ４２）。つづいて、上述の実施形態の露光装置を用い、レチクルＲに形成されたパターンをウェハＷ上の各ショット領域に転写し（ステップＳ４４：露光工程）、この転写が終了したウェハＷの現像、つまりパターンが転写されたフォトレジストの現像を行う（ステップＳ４６：現像工程）。その後、ステップＳ４６によってウェハＷの表面に生成されたレジストパターンをウェハ加工用のマスクとし、ウェハＷの表面に対してエッチング等の加工を行う（ステップＳ４８：加工工程）。
【００７４】
ここで、レジストパターンとは、上述の実施形態の露光装置によって転写されたパターンに対応する形状の凹凸が生成されたフォトレジスト層（転写パターン層）であって、その凹部がフォトレジスト層を貫通しているものである。ステップＳ４８では、このレジストパターンを介してウェハＷの表面の加工を行う。ステップＳ４８で行われる加工には、例えばウェハＷの表面のエッチングまたは金属膜等の成膜の少なくとも一方が含まれる。なお、ステップＳ４４では、上述の実施形態の露光装置は、フォトレジストが塗布されたウェハＷを感光性基板としてパターンの転写を行う。
【００７５】
図１０は、液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図１０に示すように、液晶デバイスの製造工程では、パターン形成工程（ステップＳ５０）、カラーフィルタ形成工程（ステップＳ５２）、セル組立工程（ステップＳ５４）およびモジュール組立工程（ステップＳ５６）を順次行う。
【００７６】
ステップＳ５０のパターン形成工程では、感光性基板としてフォトレジストが塗布されたガラス基板上に、上述の実施形態の投影露光装置を用いて回路パターンおよび電極パターン等の所定のパターンを形成する。このパターン形成工程には、上述の実施形態の露光装置を用いてフォトレジスト層にパターンを転写する露光工程と、パターンが転写された感光性基板の現像、つまりガラス基板上のフォトレジスト層の現像を行い、パターンに対応する形状のフォトレジスト層（転写パターン層）を生成する現像工程と、この現像されたフォトレジスト層を介してガラス基板の表面を加工する加工工程とが含まれている。
【００７７】
ステップＳ５２のカラーフィルタ形成工程では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応する３つのドットの組をマトリックス状に多数配列するか、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルタの組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルタを形成する。
【００７８】
ステップＳ５４のセル組立工程では、ステップＳ５０によって所定パターンが形成されたガラス基板と、ステップＳ５２によって形成されたカラーフィルタとを用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。具体的には、例えばガラス基板とカラーフィルタとの間に液晶を注入することで液晶パネルを形成する。ステップＳ５６のモジュール組立工程では、ステップＳ５４によって組み立てられた液晶パネルに対し、この液晶パネルの表示動作を行わせる電気回路およびバックライト等の各種部品を取り付ける。
【００７９】
また、本発明は、半導体デバイスまたは液晶デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、プラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程（露光装置）にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の実施形態にかかる面位置検出装置を備えた露光装置の構成を示す図である。
【図２】一対の送光プリズムの射出面に設けられた複数の送光スリットを示す図である。
【図３】一対の落射プリズムの間の光路を示す図である。
【図４】一対の受光プリズムの入射面に設けられた複数の受光スリットを示す図である。
【図５】送光プリズムから受光プリズムまでの光路を直線状に展開して光源から受光プリズムまでの構成を示す図である。
【図６】光検出器の検出面に設けられた複数の受光部を示す図である。
【図７】本実施形態において面位置を算出する手順を説明する図である。
【図８】補正係数を用いて面位置の算出する手順を説明する図である。
【図９】半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。
【図１０】液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８１】
１  光源
２  コンデンサーレンズ
３，４  送光プリズム
５，７，１５，１７  対物レンズ
６  振動ミラー
８，１８  落射プリズム
１１  光検出器
１２  リレーレンズ
１３，１４  受光プリズム
ＰＲ  信号処理部
ＣＲ  制御部
Ｒ  レチクル
ＲＳ  レチクルステージ
ＰＬ  投影光学系
Ｗ  ウェハ
ＷＳ  ウェハステージ
【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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