JPH09304016A

JPH09304016A - 面位置検出装置及び該装置を備えた露光装置

Info

Publication number: JPH09304016A
Application number: JP8120300A
Authority: JP
Inventors: Hideo Mizutani; 英夫水谷
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-05-15
Filing date: 1996-05-15
Publication date: 1997-11-28

Abstract

(57)【要約】【課題】構成が簡単で調整の容易な斜め入射方式の面
位置検出装置を提供する。【解決手段】格子パターン形成面８ａのパターンの像
を投射光学系９，１０を介して被検面１ａ上に投影し、
被検面１ａ上の像を集光光学系１１，１２を介してアオ
リ補正プリズム２５の受光面２５ａ上に再結像する。そ
の格子パターン形成面８ａ及び被検面１ａが投射光学系
９，１０に関してシャインプルーフの条件を満たし、被
検面１ａ及び入射面２５ａが集光光学系１１，１２に関
してシャインプルーフの条件を満たすようにし、且つ入
射面２５ａに受光スリットＳを形成し、アオリ補正プリ
ズム２５の射出面２５ｂに近接して光電検出器１７の受
光面１７ａを配置し、受光スリットＳと再結像されるパ
ターン像とを振動ミラー３０で相対的に振動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体素
子、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶表示素子、又は薄膜磁
気ヘッド等を製造するためのフォトリソグラフィ工程で
マスクパターンを感光基板上に転写するために使用され
る露光装置に備えられ、その感光基板の表面の位置を検
出するための斜め入射方式のオートフォーカスセンサに
使用して好適な面位置検出装置、及びこの装置を備えた
露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体素子を製造する際に、マス
クとしての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の各ショット領域のフォトレジスト
層に転写するための投影露光装置（ステッパー等）が使
用されている。斯かる投影露光装置では、解像度を高め
るために開口数が大きく、その結果として焦点深度のか
なり浅い投影光学系が使用されている。更に、転写対象
のウエハ上には厚さむらや底面の異物等に起因して部分
的に凹凸の存在することがあるため、従来よりウエハ上
の各ショット領域毎にそれぞれ、表面の光軸方向の位置
（焦点位置）の結像面からのずれ量（デフォーカス量）
を検出し、このように検出されたデフォーカス量をオー
トフォーカス方式で補正するようにしている。

【０００３】その場合のウエハ表面の焦点位置の検出装
置として、ウエハ等の被検面上に斜めにスリット像等を
投影する斜め入射方式のオートフォーカスセンサ（以
下、「ＡＦセンサ」という）が使用されている（例えば
特開昭５６−４２２０５号公報参照）。このセンサで
は、被検面が上下すると、そのスリット像の被検面上で
の位置が斜め入射光学系の光軸と垂直な方向にずれるの
で、このずれ量を測定することにより被検面の上下方向
の変位を検出することができる。

【０００４】また、特開平６−９７０４５号公報、及び
米国特許（ＵＳＰ）第５，０７６，６９８号では、被検
面上に斜めに縞状パターンの像を投影し、受光系で再結
像されたその縞状パターンの像の中から複数個（例えば
５個）の線状パターンを選択し、このように選択された
複数個の線状パターンの横ずれ量からその被検面上の複
数の計測点での位置を検出するようにした、斜め入射方
式の多点のＡＦセンサも提案されている。この多点のＡ
Ｆセンサでは、被検面上に斜めに縞状パターンの像を投
影しているために、受光系で再結像される縞状パターン
の像の結像面は、受光系の光軸に対して傾斜している。
このままでは光電検出器での受光効率が悪いため、その
ＡＦセンサでは、そのように再結像された縞状パターン
の像からの光束をアオリ補正用のプリズムに通すことに
よってアオリ角を小さくし、且つリレー光学系を用いて
その縞状パターンの像を光電検出器の受光面にリレーし
ていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の斜め
入射方式の多点のＡＦセンサでは、アオリ補正用のプリ
ズムと光電検出器の受光面との間にリレー光学系が設け
られていた。従来は、そのアオリ補正用のプリズムの入
射面付近に縞状パターンの像が形成され、そのプリズム
の射出面ではその縞状パターンの像がかなりデフォーカ
スしていたため、その縞状パターンの鮮明な像を光電検
出器の受光面に形成するためにそのリレー光学系が使用
されていた。しかしながら、このようにリレー光学系を
設けたのではＡＦセンサの構成が複雑化すると共に、光
学系の調整にも時間を要するという不都合があった。

【０００６】本発明は斯かる点に鑑み、構成が簡単で調
整の容易な斜め入射方式の面位置検出装置を提供するこ
とを目的とする。更に本発明は、そのような面位置検出
装置を備えた露光装置を提供することをも目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による面位置検出
装置は、第１面（８ａ）上に形成された所定のパターン
と、被検面（１ａ）に対して斜めの方向からその所定の
パターンの像を投射する投射光学系（９，１０）と、被
検面（１ａ）で反射された光束を集光してその所定のパ
ターンの像を第２面（２５ａ）上に形成する集光光学系
（１１，１２）と、この集光光学系により形成されたそ
の所定のパターンの像を光電的に検出する検出器（１
７）と、を有し、この検出器の出力に基づいて被検面
（１ａ）の面位置を検出する面位置検出装置において、
第１面（８ａ）と被検面（１ａ）とは、投射光学系
（９，１０）の主平面に関してシャインプルーフの条件
を満たし、被検面（１ａ）と第２面（２５ａ）とは、集
光光学系（１１，１２）の主平面に関してシャインプル
ーフの条件を満たすと共に、検出器（１７）の受光面と
その所定のパターンの像とを相対的に走査させる走査手
段（３０，３１）と、実質的に第２面（２５ａ）上に配
置され集光光学系（１１，１２）からの光束を所定の方
向に偏向するアオリ補正用の偏向部材（２５）と、を設
け、この偏向部材の光束の射出面（２５ｂ）に近接して
検出器（１７）の受光面（１７ａ）を配置したものであ
る。

【０００８】この場合、例えば図１１を参照してシャイ
ンプルーフの条件について説明する。即ち、図１１にお
いて、Ａ面上のパターンをＢ面上に結像する光学系に関
してそれらＡ面とＢ面とがシャインプルーフの条件を満
たすとは、より正確には、メリジオナル断面内におい
て、そのＡ面の延長線とその光学系の物側主平面との交
点をＨ、そのＢ面の延長線とその光学系の像側主平面と
の交点をＨ´とした場合、交点Ｈから光軸までの距離Ｌ
と交点Ｈ´から光軸までの距離Ｌ’とが等しいことを意
味する。シャインプルーフの条件が満たされているとき
には、所謂アオリの結像関係が成立し、そのＡ面上の任
意の点から射出した光束はそれぞれそのＢ面上の対応す
る１点に集束する。従って、そのＡ面上の全面の点の像
がそのＢ面上に形成される。

【０００９】斯かる本発明によれば、第１面（８ａ）と
被検面（１ａ）とが所謂アオリの結像関係を満たし、且
つ被検面（１ａ）と第２面（２５ａ）とがアオリの結像
関係を満たしているので、被検面（１ａ）の全面の各点
が第２面（２５ａ）上に結像する。この場合、照射光学
系（９，１０）は被検面（１ａ）に対して斜めの方向か
ら所定のパターン像を投射しているので、被検面（１
ａ）に部分的に凹凸が存在すると、その凹凸に対応する
第２面（２５ａ）上の像に横ずれが生ずる。また、走査
手段（３０，３１）で検出器（１７）の受光面とその所
定のパターンの像とを相対的に走査したときに検出器
（１７）から得られる光電変換信号を用いて、例えば光
電顕微鏡の原理より被検面（１ａ）の面位置に対応する
信号が得られる。即ち、その光電変換信号を例えば走査
手段（３０，３１）の駆動信号で同期整流して得られる
信号のレベルは被検面（１ａ）の凹凸によって変化する
ため、その信号より被検面（１ａ）の上下方向の位置の
分布を検出できる。

【００１０】また、被検面（１ａ）と第２面（２５ａ）
とがアオリの結像関係にあるので、面同士の倍率関係に
比べてその被検面（１ａ）の上下の変動による第２面
（２５ａ）上での像の横ずれ量が大きくなる。これにつ
いて定量的に説明する。例えば図１に示すように、被検
面（１ａ）に対する照射光学系（９，１０）による入射
角をθ、被検面（１ａ）の上下方向への変位量をｚ、被
検面（１ａ）の第２面（２５ａ）へのアオリの結像面に
沿った結像倍率をδ’とすると、第２面（２５ａ）上で
の横ずれ量ｙ１は次式で表すことができる。

【００１１】ｙ１＝２・δ’・tanθ・ｚ（１）ところで、被検面（１ａ）と第２面（２５ａ）との光軸
に垂直な方向の倍率である横倍率をδとすると、シャイ
ンプルーフの条件から次の関係が成立している。 δ’＝（δ² cos²θ＋δ⁴ sin²θ）^1/2 （２）一方、例えば特開昭５６−４２２０５号公報に開示され
ている従来の技術においては、横ずれを光軸と垂直な方
向に検出しているので、検出される横ずれ量ｙ２は次の
ようになる。

【００１２】ｙ２＝２・δ・sinθ・ｚ（３）（１）式と（３）式とを比較すると、入射角θが大きい
場合には、アオリの結像関係を満たした場合の（１）式
の横ずれ量ｙ１の方が大きい。簡単のためδ＝１とする
と、（２）式よりδ′＝１となり、横ずれ量ｙ１及びｙ
２はそれぞれtan θ及びsin θに比例する。例えば、θ
＝８０゜の場合、（１）式によればｙ１＝１１．３ｚと
なり、（３）式によればｙ２＝２．０ｚとなる。従っ
て、アオリの結像関係を満たしている場合の方が５．７
倍も横ずれが大きくなり、被検面（１ａ）の上下に対す
る検出感度及び検出精度が改善される。

【００１３】しかも、被検面（１ａ）の第２面（２５
ａ）に対する結像倍率δ’をあまり大きくすることがな
いので、その第２面（２５ａ）上に再結像されるパター
ンの像はあまり大きくなることがなく、検出系を小型化
できる。しかしながら、被検面（１ａ）に対する入射角
θが大きい場合、第２面（２５ａ）上に直に検出器（１
７）の受光面を配置すると、その受光面での表面反射が
大きくなると共に、けられが生じて受光量が著しく低下
する場合がある。これを避けるために本発明では、第２
面（２５ａ）上にアオリ補正用の偏向部材（２５）を配
置し、この偏向部材（２５）の射出面に近接して検出器
（２５）の受光面を配置している。

【００１４】この場合、その偏向部材（２５）の一例は
プリズムであるが、所謂ブレーズド型の回折格子等も使
用できる。その偏向部材（２５）がプリズムである場
合、例えば図４に示すように、このプリズムの頂角を
ξ、そのプリズムの屈折率をｎ、その集光光学系からそ
のプリズムに入射する光束の主光線の入射角をαとした
とき、頂角ξが次式を満たすようにそのプリズムの形状
を決定することが望ましい。

【００１５】ξ≦arcsin｛(sinα）／ｎ｝（４）図４に示すように、第２面（２５ａ）に入射した光線Ｌ
１は、そのプリズムの射出面（２５ｂ）から射出角γで
光線Ｌ２として射出するものとする。この射出角γは、
次のように表される。但し、βは第２面（２５ａ）での
光線Ｌ１の屈折角である。

【００１６】γ＝arcsin｛ｎ・sin(β−ξ)} （５） β＝arcsin｛(sinα）／ｎ｝（６）従って、（４）式の条件が満たされるときには、頂角ξ
は（６）式の第２面（２５ａ）での屈折角β以下とな
る。これによって、（５）式より射出面（２５ｂ）から
の光線Ｌ２の射出角γが小さくなって、検出器（１７）
での受光効率が殆ど低下しない。但し、第２面（２５
ａ）に所定のパターンの像が形成され、射出面（２５
ｂ）に検出器（１７）の受光面が配置されているため、
結像光束の広がり角が或る程度の大きさであると、その
受光面上でその結像光束が広がってしまう。従って、そ
の受光面に複数の受光エレメントがあると近接した受光
エレメントに別の計測点に対応する結像光束が混入する
恐れがある。それを防止するためには、第２面（２５
ａ）と射出面（２５ｂ）との間隔をできるだけ小さくす
る必要がある。このためには、そのプリズムの頂角ξを
（４）式を満たす範囲で、且つ（５）式の射出角γがあ
まり大きくならない範囲で小さく設定すればよい。

【００１７】また、その偏向部材（２５）の光束の射出
面（２５ｂ）と検出器（１７）の受光面（１７ａ）との
間に屈折率が１より大きい、即ち屈折率が空気より大き
い光透過性媒体（４１）を充填することが望ましい。こ
れによって、検出器（１７）に対する光束の入射角はよ
り小さくなり、受光効率が向上する。次に、本発明によ
る露光装置は、上記の本発明の面位置検出装置と、マス
クパターン（Ｒ）の像を感光基板（１）上に投影する投
影光学系（５）と、感光基板（１）の投影光学系（５）
の光軸方向の位置を調整する面位置調整ステージ（２，
３）と、を有する露光装置であって、その面位置検出装
置によって感光基板（１）の面位置を検出し、この検出
結果に基づいて面位置調整ステージ（２，３）を介して
感光基板（１）の面位置を調整するものである。

【００１８】斯かる本発明によれば、簡単な構成で調整
の容易な面位置検出装置によって高精度に感光基板
（１）の投影光学系（５）の光軸方向の位置が検出さ
れ、この検出結果に基づいて感光基板（１）の表面を高
精度に投影光学系（５）の結像面に合わせ込むことがで
きる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明による面位置検出装
置の実施の形態の一例につき図面を参照して説明する。
本例は、半導体製造用の投影露光装置に設けられた斜め
入射方式の多点のＡＦセンサ（オートフォーカスセン
サ）に本発明を適用したものである。図１は本例の投影
露光装置の要部を示し、この図１において、露光時には
照明光学系４０からの露光用の照明光は、下面（パター
ン形成面）に回路パターンが形成されたレチクルＲを照
明する。そのレチクルＲのパターンの像が投影光学系５
を介して、ウエハ１の表面の各ショット領域のフォトレ
ジスト層に投影される。以下ではそのウエハ１の表面を
被検面１ａとして説明する。

【００２０】ウエハ１はホルダ２上に保持され、ホルダ
２は３個の上下方向に移動自在な支点を介してウエハス
テージ３上に支持されている。ウエハステージ３は駆動
部４によってウエハ１を投影光学系５の光軸ＡＸ１に垂
直な平面内で位置決めする。また、駆動部４はウエハス
テージ３上の３個の支点を並列に駆動することによって
オートフォーカス方式で、ウエハ１の光軸ＡＸ１に平行
な方向の位置（焦点位置）を制御する。更に、駆動部４
はそれら３個の支点を独立に駆動することによって、ホ
ルダ２（ウエハ１）の傾斜角の制御（レベリング）をも
行う。

【００２１】そのウエハ１の被検面１ａの各ショット領
域にレチクルＲ上の回路パターンを良好に転写するに
は、各ショット領域毎に投影光学系５による結像面に対
して焦点深度の幅内にその被検面１ａの現在の露光領域
を収める必要がある。このためにはその被検面１ａの現
在の露光領域上の複数の検出点での焦点位置を正確に検
出した後に、ホルダ２のレベリング、及びウエハ１のフ
ォーカシング方向（光軸ＡＸ１方向）への移動を行えば
よい。

【００２２】次に、ウエハ１の被検面１ａ上の複数の検
出点での焦点位置を検出するための、多点の斜め入射方
式のＡＦセンサの光学系及び処理系の説明を行う。図１
において、波長幅の広い白色光を供給する光源６からの
フォトレジストに対して非感光性の照明光は、コンデン
サレンズ７によって略平行光束に変換されて偏向プリズ
ム２６に入射する。この偏向プリズム２６は、コンデン
サレンズ７からの略平行光束を屈折させることで偏向す
る。そして、この偏向プリズム２６の射出側には、透過
型格子パターン板８が設けられ、透過型格子パターン板
８のウエハ１と対向する側の格子パターン形成面８ａに
は、図１の紙面に垂直な方向に伸びた縞パターン、即ち
図１の紙面に沿って透過部と遮光部とが交互に配列され
たパターンが形成されている。なお、透過型の格子パタ
ーンの代わりに、凹凸の反射型回折格子を使用しても良
く、更には反射部と無反射部とが交互に形成された反射
型格子パターンを使用しても良い。

【００２３】ここで、ウエハ１の被検面１ａはフォトレ
ジストの薄膜で覆われているため、その薄膜干渉の影響
を低減するためには、光源６は波長幅の広い白色光源で
あることが望ましい。ただし、その光源６としてフォト
レジストに対する感光性の弱い波長帯の光を射出する発
光ダイオード等を使用してもよい。そして、偏向プリズ
ム２６で偏向されて格子パターン形成面８ａに達した照
明光は、この格子パターン形成面８ａで回折によって偏
向された後、投影光学系５の光軸ＡＸ１に対して角度θ
で交差する光軸ＡＸ２に沿って配置された投射光学系
９，１０を経てウエハ１の被検面１ａに入射する。投射
光学系９，１０はリレーレンズ９と投射用対物レンズ１
０とで構成され、格子パターン形成面８ａと被検面１ａ
とを共役にする。この際、被検面１ａが投影光学系５の
結像面に合致している状態で、その被検面１ａと格子パ
ターン形成面８ａとはその投射光学系９，１０に関して
シャインプルーフの条件を満たすように配置されている
ため、被検面１ａの全面に格子パターン形成面８ａの格
子パターンの像が正確に結像している。

【００２４】また、投射光学系９，１０は所謂両側テレ
セントリック光学系であり、格子パターン形成面８ａ上
の各点と被検面１ａ上の共役点とは全面でそれぞれ同じ
倍率である。従って、本例ではその格子パターン形成面
８ａの格子パターンは図１の紙面に垂直な方向を長手方
向とする等間隔の格子状にしてあるので、被検面１ａ上
に形成される像は、図１の紙面に垂直な方向を長手方向
とする等間隔の格子状パターンとなる。

【００２５】図１に戻り、被検面１ａに投射された照明
光は、この被検面１ａで反射されて集光光学系１１，１
２に入射する。集光光学系１１，１２は、受光用対物レ
ンズ１１とリレーレンズ１２とで構成され、この集光光
学系１１，１２の光軸ＡＸ３は投影光学系５の光軸ＡＸ
１に関して照射光学系９，１０の光軸ＡＸ２と線対称に
なるように配置されている。また、受光用対物レンズ１
１とリレーレンズ１２との間に走査手段としての振動ミ
ラー３０が設けられ、振動ミラー３０はミラー駆動部３
１によって図１の紙面に垂直な軸の周りで周期的に振動
するように構成されている。なお、光軸ＡＸ３を振動ミ
ラー３０（振動の中心にある状態とする）で折り曲げた
光軸を光軸ＡＸ４として表している。

【００２６】被検面１ａで反射された照明光は、受光用
対物レンズ１１を経て振動ミラー３０で反射された後、
集光レンズ１２によって集光されて、１／２波長板２４
（この作用については後述する）を経て受光スリットＳ
上に格子状パターンの像を形成する。この受光スリット
Ｓは、アオリ補正プリズム２５の入射面２５ａ上に形成
され、受光スリットＳの開口部を通過した照明光がアオ
リ補正プリズム２５に入射する。この際、被検面１ａが
投影光学系５の結像面に合致している状態で、その被検
面１ａとアオリ補正プリズム２５の入射面２５ａ（受光
スリットＳの形成面）とはその集光光学系１１，１２に
関してシャインプルーフの条件を満たすように配置され
ている。従って、その状態では入射面２５ａの全面に被
検面１ａ上の格子パターンの像が正確に再結像する。ま
た、集光光学系１１，１２も両側テレセントリックな光
学系で構成されているため、被検面１ａ上の各点と入射
面２５ａ上の共役点とは全面で同倍率である。従って、
被検面１ａが投影光学系５の結像面に合致している状態
では、入射面２５ａ（受光スリットＳ）上に投影される
像も図１の紙面に垂直な方向を長手方向とする等間隔の
格子状のパターンとなる。

【００２７】即ち、本例において被検面１ａが投影光学
系５の結像面に合致している状態では、格子パターン形
成面８ａ、被検面１ａ、及びアオリ補正プリズム２５の
入射面２５ａは各々シャインプルーフの条件を満たす関
係にあり、しかも各面とも全面に亘って各々倍率が等し
い。また、アオリ補正プリズム２５の射出面２５ｂに近
接して光電検出器１７の受光面１７ａが配置されてい
る。本例の光電検出器１７は、後述のように基板上に独
立の複数個の光電変換素子を配列したものである。な
お、図１では振動ミラー３１は、集光光学系１１，１２
の略瞳面に配置されているが、この振動ミラー３１は被
検面１ａと受光スリットＳとの間の光路中であればどこ
にあってもよい。ここで、受光スリットＳ、被検面１ａ
に投影されるパターン像、及び光電検出器１７の構成に
つき説明する。

【００２８】先ず、図２は遮光手段としての受光スリッ
トＳを示し、この図２において、受光スリットＳは遮光
部の中に５箇所の開口部Ｓａ１，Ｓａ２，Ｓａ３，Ｓａ
４，Ｓａ５を形成したものである。これらの開口部Ｓａ
１〜Ｓａ５は、被検面１ａ上の焦点位置の検出点に対応
し、開口部Ｓａ１〜Ｓａ５の個数及び配置によって、被
検面１ａ上での検出点の個数及び配置を任意に設定でき
る。

【００２９】図３は、ウエハ１の被検面１ａに投影され
たパターン像を示し、この図３において、被検面１ａ上
でこれから露光されるショット領域とほぼ等しい矩形の
領域に、図１の格子パターン形成面８ａに形成された格
子パターンの像８０ａが投射されている。像８０ａは、
スリット状の明部と暗部とを所定方向に一定ピッチで配
列した縞状パターンであり、像８０ａ内で図２の５箇所
の開口部Ｓａ１〜Ｓａ５と共役な検出領域Ｄａ１，Ｄａ
２，Ｄａ３，Ｄａ４，Ｄａ５内の縞状パターンに基づい
て、それら５箇所の検出領域Ｄａ１〜Ｄａ５でそれぞれ
平均的な焦点位置が検出される。検出領域Ｄａ１〜Ｄａ
５は、像８０ａの全体と比べるとほぼ点とみなせる領域
であるため、検出領域Ｄａ１〜Ｄａ５をそれぞれ「検出
点」とみなすことができる。

【００３０】図５は、本例の光電検出器１７の受光面１
７ａでの光電変換素子の配列を示し、この図５におい
て、図２の受光スリットＳの５箇所の開口部Ｓａ１〜Ｓ
ａ５を通過した照明光がそれぞれその受光面１７ａ上の
シリコン・フォト・ダイオードよりなる光電変換素子Ｓ
ＰＤ１，ＳＰＤ２，ＳＰＤ３，ＳＰＤ４，ＳＰＤ５に入
射するように構成されている。この場合、例えば光電変
換素子ＳＰＤ１には開口部Ｓａ１を通過した照明光のみ
が入射するというように、他の開口部を通過した照明光
が入射しないように光電変換素子ＳＰＤ１〜ＳＰＤ５の
大きさ及び間隔が設定されている。

【００３１】次に、図１に戻り、光電検出器１７の受光
面１７ａには被検面１ａに投影された格子パターン像が
再結像されているので、被検面１ａの投影光学系５の光
軸ＡＸ１に沿った上下移動によりその受光面１７ａ上の
格子パターン像は横ずれする。この横ずれ量を検出する
ことにより、被検面１ａ上の５箇所の検出点での焦点位
置が測定できる。即ち、光電検出器１７の５個の光電変
換素子からの検出信号は検出出力ＳＤとして検出部１８
に供給され、検出部１８にはミラー駆動部３１からの振
動ミラー３０に対する駆動信号も供給されている。そし
て、検出部１８では検出出力ＳＤをその駆動信号で同期
整流することによって、所定範囲内で被検面１ａ上の５
箇所の検出点（検出領域Ｄａ１〜Ｄａ５）の焦点位置に
応じてほぼ線形に変化する５個のフォーカス信号を生成
し、これらのフォーカス信号を補正量算出手段１９に供
給する。そのように同期整流によってフォーカス信号を
生成する方法は、例えば特開昭５６−４２２０５号公報
に開示されている光電顕微鏡の原理に基づいている（詳
細後述）。

【００３２】この場合、予めそれらのフォーカス信号
は、被検面１ａが投影光学系５の結像面に合致している
状態でそれぞれ０となるようにキャリブレーションが行
われている。そこで、補正量算出手段１９はそれらのフ
ォーカス信号より、被検面１ａの現在の露光領域と投影
光学系５の結像面との焦点位置のずれ（デフォーカス
量）、及び傾斜角のずれを求め、駆動部４を介してその
デフォーカス量及び傾斜角のずれを０に近づける。これ
がオートフォーカス、及びオートレベリング動作であ
り、各検出点でのデフォーカス量がそれぞれ焦点深度の
幅内に収まった時点でレチクルＲのパターンの像の露光
が開始される。そして、露光中にもサーボ方式でそのデ
フォーカス量及び傾斜角のずれを０に近づける動作が継
続される。

【００３３】次に、本例のアオリ補正プリズム２５等の
作用につき詳細に説明する。そのために、先ず被検面１
ａの光軸ＡＸ１方向の変位がｚであるときのアオリ補正
プリズム２５の入射面２５ａにおける格子状パターンの
像の横ずれ量ｙを求める。この場合、被検面１ａに対す
る入射光の主光線の入射角はθであり、集光光学系１
１，１２の横倍率をδ、被検面１ａからその入射面２５
ａへのアオリの結像面に沿った倍率をδ’とすると、前
述の（１）式、（２）式より横ずれ量ｙは次のようにな
る。

【００３４】ｙ＝２・δ’・tanθ・ｚ＝２（δ² sin²θ＋δ⁴ sin⁴θ／cos²θ）^1/2・ｚ（７）即ち、被検面１ａに投射する格子パターン像の照明光の
入射角θを大きくすれば、横ずれ量ｙも大きくなり、高
精度な焦点位置検出が可能となる。ところで、照射光学
系９，１０及び集光光学系１１，１２は、それぞれシャ
インプルーフの条件を満足している。従って、透過型格
子パターン板８における法線と射出光とがなす角度を
φ、アオリ補正プリズム２５における法線と入射光とが
なす角度をα（この角度αはアオリ補正プリズム２５の
入射面２５ａへの主光線の入射角に等しい）、照射光学
系９，１０の横倍率をδ₄ とすると、集光光学系１１，
１２の横倍率はδであるため、次の関係が成立してい
る。

【００３５】tan φ＝δ₄ ・tanθ （８） tan α＝δ・tanθ （９）ところで、入射面２５ａ上に仮に受光面１７ａを配置し
た場合には、被検面１ａに対する照明光の入射角θが大
きいと、（９）式より受光面１７ａにおける光束の入射
角αも大きくなる。そのため、受光面１７ａの光電変換
素子における表面反射が大きくなると共に、光束のけら
れが生じて受光量が著しく低下する恐れがある。本例で
は、このような受光量の低下を避けるために、アオリ補
正用の偏向部材として入射面２５ａを有するアオリ補正
プリズム２５を配置して、集光光学系１１，１２から射
出される光束を偏向させている。

【００３６】図４は、そのアオリ補正プリズム２５を示
す拡大側面図であり、この図４において、アオリ補正プ
リズム２５の頂角ξは、アオリ補正プリズム２５の屈折
率ｎ、及び入射面２５ａに対する被検面１ａからの照明
光の主光線の入射角αを用いて、次式を満たすように設
定されている。 ξ≦arcsin{(sin α）／ｎ｝（１０）このとき、入射面２５ａに入射角αで入射する光線Ｌ１
がアオリ補正プリズム２５により屈折される際の屈折角
をβとして、この屈折角βの光線がアオリ補正プリズム
２５の射出面２５ｂから射出される際の射出角をγとす
ると、射出角γ及び屈折角βは次のようになる。

【００３７】 γ＝arcsin｛ｎ・sin(β−ξ)} （１１） β＝arcsin｛(sinα）／ｎ｝（１２）図４の射出面２５ｂに近接して図１の光電検出器１７の
受光面１７ａが設置されている。また、入射面２５ａに
は受光スリットＳが形成されているため、受光スリット
Ｓの開口部を透過した光束が光電検出器１７の各光電変
換素子に到達することになる。その際、光束の広がり角
が或る程度の大きさであると、光電検出器１７の受光面
１７ａ上で受光スリットＳの１つの開口部を通過した光
束が広がってしまい、図５に示す光電変換素子ＳＰＤ１
〜ＳＰＤ５中の近接した光電変換素子に混入する恐れが
ある。それを避けるためには、入射面２５ａと射出面２
５ｂとの間隔をできるだけ小さくする必要がある。図４
において、その入射面２５ａの有効長さ（面位置検出に
使用する範囲の長さ）をｗ１、入射面２５ａと射出面２
５ｂとの最大距離をｅとすると、その最大距離ｅの実際
の空気換算長ｅ’は、次のようになる。

【００３８】ｅ’＝ｗ１・sinξ／ｎ（１３）その空気換算長ｅ’を小さくするためには頂角ξを小さ
くする必要がある。しかし、（１１）式のように今度は
射出角γが大きくなり、光電検出器１７への光束の入射
角が大きくなって受光効率が悪くなる。以上より、（１
０）式の条件を満たし、且つあまり射出角γが大きくな
らないように頂角ξを設定すれば、光電検出器１７をア
オリ補正プリズム２５に近接して設置しても問題ない。

【００３９】ここで、図４において、光線Ｌ２の射出角
γがほぼ０であるとして、アオリ補正プリズム２５によ
る像の浮き上がりを考慮すると、その射出される光線Ｌ
２に垂直な平面に対する被検面１ａのリレーされた像面
の傾きであるアオリ角ρは、次式で表される。 ρ＝arctan（tanξ／ｎ）（１４）例えば被検面１ａに対する照明光の入射角θを８５°、
集光光学系１１，１２の横倍率δを０．５とすると、図
４のアオリ補正プリズム２５に対する照明光の入射角α
は８０．１°となる。そして、アオリ補正プリズム２５
の屈折率ｎを１．８とすると、アオリ角ρ＝２０．０°
となり、アオリ角ρは０°に近づいている。また、受光
面１７ａへの入射角（即ち、射出面２５ｂでの射出角
γ）はほぼ０°であるため、受光量の低下は殆ど無いと
みなすことができる。このように本例においては、受光
スリットＳを通過した光束をアオリ補正プリズム２５を
介して光電検出器１７で受光しているため、その受光面
１７ａに対する光束の入射角が小さくなって受光量の低
下を防止できる。

【００４０】なお、図１において、被検面１ａに対する
照明光の入射角θが大きい場合には、入射面２５ａに対
する入射角αも大きくなって、アオリ補正プリズム２５
を通過する光束の透過率がＰ偏光成分とＳ偏光成分とで
大きく異なるようになる。例えば、入射角α＝８０°、
屈折率ｎ＝１．８の場合には、Ｐ偏光成分の透過率が
０．７９となり、Ｓ偏光成分の透過率が０．３７とな
る。このように、アオリ補正プリズム２５における透過
率が光束の偏光状態によって異なるため、偏光成分毎に
情報の重みが異なり、被検面１ａの焦点位置検出が正確
にならない恐れがある。それに対処するため、本例では
集光光学系１１，１２とアオリ補正プリズム２５との間
に１／２波長板２４を配置し、この１／２波長板２４に
よって偏光方向を４５°回転した光束をアオリ補正プリ
ズム２５に入射させている。このため、アオリ補正プリ
ズム２５に入射する光束は、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分と
が混合した状態となり、被検面１ａの面位置検出が正し
く行われる。

【００４１】なお、１／２波長板２４の代わりに、１／
４波長板を用いても良く、１／４波長板を用いた場合に
はアオリ補正プリズム２５への入射光束は円偏光とな
り、１／２波長板を用いた場合と同様に被検面１ａの面
位置検出は正確に行われる。さて、本例では上述のよう
に光電顕微鏡の原理によって面位置が検出されている。
そこで、本例における光電顕微鏡の原理による面位置検
出の方法の一例につき詳細に説明する。図１において、
ミラー駆動部３１は、内部の発振器からの信号に基づい
て所定の周期Ｔで、集光光学系１１，１２中の振動ミラ
ー３０を矢印方向に振動させる。この振動ミラー３０の
振動に伴って、アオリ補正プリズム２５の入射面２５ａ
（受光スリットＳ）上に形成される格子状パターン像も
振動する。このとき、入射面２５ａ上に結像される格子
状パターンの振動の周期は、この格子状パターンのピッ
チの１／２以下に規定し、また、図２に示す受光スリッ
トＳの開口部Ｓａ１〜Ｓａ５の検出方向の幅も格子状パ
ターン像のピッチの１／２以下に規定する。この格子状
パターン像の振動に伴って、入射面２５ａ（受光スリッ
トＳ）の開口部Ｓａ１〜Ｓａ５を通過する光束の量が変
化し、この光束がそれぞれ図５の光電検出器１７の光電
変換素子ＳＰＤ１〜ＳＰＤ５に入射する。

【００４２】以下、１つの光電変換素子ＳＰＤ１からの
検出信号の処理方法について説明するが、他の素子から
の検出信号も同様に処理される。受光スリットＳの開口
部Ｓａ１を通過した光束は、殆ど全部が光電変換素子Ｓ
ＰＤ１に入射する。その開口部Ｓａ１を通過する光量
は、振動ミラー３０の振動に伴って変化する。この光量
の変化について、図８を参照して説明する。図８は、受
光スリットＳの開口部Ｓａ１近傍の拡大図であり、この
図８において、格子状パターンの像ＳＴは、斜線を施し
て示す暗部とそれ以外の明部とがピッチＰＳＴで繰り返
される像である。その格子状パターンの像ＳＴは、振動
ミラー３０の振動によって図９の矢印で示す方向、即ち
開口部Ｓａ１の短辺方向に振動する。

【００４３】このとき、開口部Ｓａ１の幅ＷＳａ１は、
この上に形成される格子状パターンの像ＳＴのピッチＰ
ＳＴに対して、次の条件を満足するように規定されてい
る。ＷＳａ１≦ＰＳＴ／２（１５）また、振動ミラー３０によって振動する格子状パターン
の像ＳＴの振幅ＡＳＴは、次の条件を満足するように規
定されている。

【００４４】ＡＳＴ≦ＰＳＴ／２（１６）開口部Ｓａ１の幅ＷＳａ１が（１５）式を満足していな
いとき、あるいは格子状パターンの像ＳＴの振幅ＡＳＴ
が（１６）式を満足しないときには、振動ミラー３０の
振動に伴う開口部Ｓａ１での光量変化が小さくなり、検
出精度が低下するので好ましくない。

【００４５】また、開口部Ｓａ１の位置は、被検面１ａ
と投影光学系５の結像面とが一致しているときに、開口
部Ｓａ１の中心が格子状パターンの像ＳＴ中の１つの明
部（又は暗部）の振動中心に一致するように定められて
いる。そして、開口部Ｓａ１の幅ＷＳａ１が格子状パタ
ーンの像ＳＴのピッチＰＳＴの１／２以下であり、その
像ＳＴの振幅ＡＳＴもそのピッチＰＳＴの１／２以下で
あるため、その格子状パターンの像ＳＴが振動すると、
光電変換素子ＳＰＤ１上での受光量が変化する。そし
て、光電変換素子ＳＰＤ１は、この光強度の変化、即ち
光変調に応じた検出出力ＳＤ１を検出部１８に出力す
る。

【００４６】同様に、他の光電変換素子ＳＰＤ２〜ＳＰ
Ｄ５においても、対応する開口部Ｓａ２〜Ｓａ５を通過
した光量に応じた検出出力ＳＤ２〜ＳＤ５を検出部１８
に出力する。また、また、ミラー駆動部３１からも振動
ミラー３０の振動周期Ｔと同じ位相の交流信号が検出部
１８へ出力される。そして、検出部１８では、その周期
Ｔの交流信号の位相を基準として、検出出力ＳＤ１〜Ｓ
Ｄ５の同期整流（同期検波）が行われ、この検波出力で
あるフォーカス信号ＦＳ１〜ＦＳ５が補正量演算部１９
に出力される。このフォーカス信号ＦＳ１〜ＦＳ５は、
所謂Ｓカーブ信号であり、被検面１ａ上の図３の検出領
域Ｄａ１〜Ｄａ５が投影光学系５の結像面に位置してい
るとき、即ち検出出力ＳＤ１〜ＳＤ５がそれぞれ振動ミ
ラー５の振動周期Ｔの１／２の周期で変化したときにそ
れぞれ０レベルとなる。また、被検面１ａの検出領域Ｄ
ａ１〜Ｄａ５が投影光学系５の結像面より上方に位置し
ているときには正のレベル、検出領域Ｄａ１〜Ｄａ５が
投影光学系５の結像面より下方に位置しているときには
負のレベルを示す。このようにフォーカス信号ＦＳ１〜
ＦＳ５は、被検面１ａの焦点位置に対応した出力値を示
し、所定範囲内でその焦点位置の変化に対してほぼ線形
に変化する。その後、上述のように補正量算出部１９及
び駆動部４によって、オートフォーカス及びオートレベ
リングが行われる。

【００４７】上述のように本例の多点の斜め入射方式の
ＡＦセンサでは、集光光学系１１，１２で再結像された
格子状パターンの像を受光スリットＳ及びアオリ補正プ
リズム２５を介して直接に光電検出器１７で受光してい
る。従って、例えばアオリ補正プリズム２５と光電検出
器１７との間にリレー光学系を設ける場合と比べて、簡
単な構成でウエハ１の被検面１ａの焦点位置を検出でき
る。また、リレー光学系がないため、光学系の調整も容
易となっている。

【００４８】なお、上述の実施の形態では、図９に示す
ように、１つの開口部Ｓａ１上（光電変換素子ＳＰＤ１
上）に格子状パターンの像の１つの明線又は暗線（以
下、「スリット像」と呼ぶ）が形成されているが、１つ
の開口部上に格子状パターンの像の複数本のスリット像
を形成してもよい。図１０は、受光スリットＳ上の１つ
の開口部Ｓａ６上に複数のスリット像を形成した例を示
し、この図１０において、開口部Ｓａ６上に格子状パタ
ーンの像内の３本の幅Ｗ６のスリット像ＳＬ６ａ，ＳＬ
６ｂ，ＳＬ６ｃがピッチＰ６で形成されている。このと
き、ピッチＰ６は、整数ｍを用いて図９のピッチＰＳＴ
に対して次の関係を満たすことが望ましい。

【００４９】Ｐ６＝ｍ・ＰＳＴ（１７）また、スリット像ＳＬａ，ＳＬｂ，ＳＬｃの幅Ｗ６は、
次の関係を満たすことが望ましい。Ｗ６≦ＰＳＴ／２（１８）ここで、スリット像ＳＬ６ａ，ＳＬ６ｂ，ＳＬ６ｃのピ
ッチＰ６が（１７）式から外れると、各スリット像ＳＬ
６ａ，ＳＬ６ｂ，ＳＬ６ｃ毎に振動ミラー３０の振動に
伴う光量変化が異なるようになって、検出値の信頼性が
低下して好ましくない。また、スリット像ＳＬ６ａ，Ｓ
Ｌ６ｂ，ＳＬ６ｃの幅Ｗ６が（１８）式から外れると、
振動ミラー３０の振動に伴う光量変化が小さくなるので
好ましくない。

【００５０】図１０の構成によると、開口部Ｓａ６に対
応する光電変換素子上での受光量が増加する利点がある
他に、対応する被検面１ａ上の検出領域が広くなり、平
均化効果が得られるといった利点がある。また、本例で
は受光スリット面Ｓは、アオリ補正プリズム２５の入射
面２５ａ上に配置されているが、これは光電検出器１７
の受光面１７ａ上であってもよい。このとき、受光スリ
ットＳの開口部Ｓａ１〜Ｓａ５の大きさは、受光面１７
ａ上の光電変換素子ＳＰＤ１〜ＳＰＤ５よりも小さくな
るように設けられることが望ましい。そして、本例では
図５のそれぞれシリコン・フォト・ダイオードよりなる
複数の光電変換素子ＳＰＤ１〜ＳＰＤ５を、受光面１７
ａ上にフォト・エッチング法で設けても良い。この場合
には、受光スリットＳの開口部Ｓａ１〜Ｓａ５の個数が
大幅に増加しても対応できる利点がある。

【００５１】また、被検面１ａとしてのウエハ１の表面
は、プロセスによっては必ずしも平面になるとは限らな
い。このような場合には、被検面１ａ上の検出領域（検
出点）の個数を増加させればよい。このように検出点の
個数を増加させるには、検出点に対応する受光スリット
Ｓの開口部の個数を増加させればよい。このように、本
例のＡＦセンサは、簡易な構成のままで被検面１ａ上の
検出点を増やすことが可能であるため、被検面１ａ上の
広い範囲に亘る焦点位置を正確に、且つ同時に検出でき
るため、スループットの低下を招くことがない。

【００５２】次に、図１の例ではアオリ補正プリズム２
５の射出面２５ｂに近接して光電検出器１７の受光面１
７ａが配置されているが、図６に示すように、その射出
面２５ｂと受光面１７ａとの間に、屈折率が空気より大
きい、即ち屈折率が１より大きい光透過性の媒体４１を
充填してもよい。媒体４１としては、光透過性の樹脂製
の接着剤等が使用できる。図６の構成例では、アオリ補
正プリズム２５の射出面２５ｂから射出された光線Ｌ２
の光電検出器１７に対する入射角は、媒体４１が無い場
合、即ち媒体４１の代わりに空気層がある場合の光線Ｌ
２’に比べて小さくなっている。従って、光電検出器１
７における光量損失がより小さくなっている。

【００５３】また、上述の実施の形態では、アオリ補正
用の偏向部材として、アオリ補正プリズム２５が使用さ
れているが、その代わりに回折格子、又は偏心レンズ等
を使用してもよい。図７（ａ）はアオリ補正用の偏向部
材としてブレーズド型で位相型の回折格子４２を使用し
た例を示し、この図７（ａ）において、受光スリットＳ
上に図１の例と同様にウエハＷの被検面１ａ上に投影さ
れた格子状パターンの像が再結像されている。そして、
受光スリットＳの底面に位相型の回折格子４２が配置さ
れ、回折格子４２の射出面に対向するように光電検出器
１７の受光面が配置されている。また、回折格子４２は
０次光が殆ど０になるように形成され、入射した光束の
アオリ角を小さくする方向への所定次数の回折光が光電
検出器１７に入射するように構成されている。この例で
は、光電検出器１７に対する光束のアオリ角を小さくで
きると共に、格子パターンの像の形成面（ここでは受光
スリットＳ）と光電検出器１７の受光面とをほぼ密着で
きるために、各検出点に対応する光束が互いに混入する
ことが防止できる利点がある。

【００５４】次に、図７（ｂ）はアオリ補正用の偏向部
材として偏心レンズ４３を使用した例を示し、この図７
（ｂ）において、受光スリットＳの底面に偏心レンズ４
３が配置され、偏心レンズ４３の射出面に対向するよう
に光電検出器１７の受光面が配置されている。この場
合、偏心レンズ４３は軸対称のレンズの光軸から上半分
を切り出したレンズであり、受光スリットＳを通過して
偏心レンズ４３によって集束された光束は、アオリ角が
小さくなって光電検出器１７の受光面に入射する。従っ
て、受光効率が改善されている。

【００５５】更に、図１の例ではアオリ補正プリズム２
５の射出面２５ｂに光電検出器１７の受光面１７ａが配
置されているが、その射出面２５ｂの光束を光ファイバ
で受光面に導いてもよい。図８は、そのように光ファイ
バを使用した例を示し、この図８において、入射面２５
ａに受光スリットＳが形成されたアオリ補正プリズム２
５の射出面２５ｂに光ファイバ４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ
の一端が設置されている。なお、受光スリットＳに図２
に示すように５個の開口部Ｓａ１〜Ｓａ５が形成されて
いる場合には、これらの開口部Ｓａ１〜Ｓａ５を通過し
た光束を受光するように光ファイバ４４Ａ，４４Ｂ，４
４Ｃも５本設置される。そして、光ファイバ４４Ａ，４
４Ｂ，４４Ｃの他端がそれぞれ光電検出器としてのフォ
トマルチプライア４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃの受光面に設
置されている。この例でも、フォトマルチプライア４５
Ａ，４５Ｂ，４５Ｃの光電変換信号を処理することによ
って、図１の例と同様に被検面１ａの面位置の検出が行
われる。しかも、図８の例では、光ファイバを使用して
いるため、光電検出器として大型であるが高感度のフォ
トマルチプライア４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃを使用できる
利点がある。

【００５６】なお、本発明は上述の実施の形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取
り得ることは勿論である。

【００５７】

【発明の効果】本発明の面位置検出装置によれば、第２
面上で集光光学系からの光束を偏向するアオリ補正用の
偏向部材の射出面に近接して検出器の受光面が配置され
ているため、アオリ角を小さくして効率よく検出器に被
検面からの光束を入射させることができ、しかもシャイ
ンプルーフの条件が満たされているため、２次元の面位
置情報を得ることができる。また、その偏向部材の後に
リレー光学系を配置する場合と比べて構成が簡単、且つ
小型であると共に、光学系の調整が容易である利点があ
る。

【００５８】次に、その偏向部材がプリズムであるとき
には、構成が簡略であると共に、分散が小さいために検
出光束として白色光を使用した場合でも、異なる検出点
に対応する光束同士の混入が少ない利点がある。また、
そのプリズムの頂角をξ、そのプリズムの屈折率をｎ、
集光光学系からそのプリズムに入射する光束の主光線の
入射角をαとしたとき、頂角ξが（４）式の関係を満た
すときには、検出器に入射する光束のアオリ角を小さく
できると共に、被検面上に投影されたパターン像の再結
像面とその検出器の受光面との間隔が小さく維持される
ため、異なる検出点に対応する光束同士の混入が極めて
少なくなり、面位置の検出精度が向上する利点がある。

【００５９】更に、その偏向部材の光束の射出面とその
検出器の受光面との間に屈折率が１より大きい光透過性
媒体を充填したときには、その検出器での受光効率が更
に向上する。また、本発明の露光装置によれば、本発明
の面位置検出装置によって感光基板の焦点位置が高精度
に検出されるため、その感光基板の表面を投影光学系の
結像面に高精度に合わせ込んで露光を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による面位置検出装置の実施の形態の一
例を備えた投影露光装置を示す構成図である。

【図２】図１の受光スリットＳの開口部の配列を示す拡
大図である。

【図３】図１のウエハ１の被検面１ａ上に投射される格
子状パターンの像を示す斜視図である。

【図４】図１のアオリ補正プリズム２５を示す拡大側面
図である。

【図５】図１の光電検出器１７の光電変換素子の配列を
示す拡大図である。

【図６】アオリ補正プリズム２５と光電検出器１７との
間に屈折率が１より大きい媒体を充填した例を示す要部
の拡大図である。

【図７】（ａ）は偏向部材として回折格子を用いた場合
を示す要部の拡大図、（ｂ）は偏向部材として偏心レン
ズを用いた場合を示す要部の拡大図である。

【図８】アオリ補正プリズム２５と光電検出器との間に
光ファイバを設置した例を示す要部の構成図である。

【図９】図１の受光スリットＳ上の１つの開口部Ｓａ１
とその上に投影される格子パターンの像との関係を示す
拡大図である。

【図１０】格子パターンの像の他の例を示す図である。

【図１１】シャインプルーフの条件の説明図である。

【符号の説明】

１ａ被検面５投影光学系８透過型格子パターン板９リレーレンズ１０投射用対物レンズ１１受光用対物レンズ１２リレーレンズ１７光電検出器２５アオリ補正プリズム３０振動ミラー３１ミラー駆動部Ｓ受光スリットＳａ１〜Ｓａ５開口部Ｄａ１〜Ｄａ５検出領域（検出点）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/027 Ｇ０２Ｂ 7/11 Ｍ // Ｇ０２Ｂ 21/26 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５２６Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１面上に形成された所定のパターン
と、被検面に対して斜めの方向から前記所定のパターンの像
を投射する投射光学系と、前記被検面で反射された光束を集光して前記所定のパタ
ーンの像を第２面上に形成する集光光学系と、該集光光学系により形成された前記所定のパターンの像
を光電的に検出する検出器と、を有し、該検出器の出力
に基づい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、前記第１面と前記被検面とは、前記投射光学系の主平面
に関してシャインプルーフの条件を満たし、前記被検面と前記第２面とは、前記集光光学系の主平面
に関してシャインプルーフの条件を満たすと共に、前記検出器の受光面と前記所定のパターンの像とを相対
的に走査させる走査手段と、実質的に前記第２面上に配置され前記集光光学系からの
光束を所定の方向に偏向するアオリ補正用の偏向部材
と、を設け、該偏向部材の光束の射出面に近接して前記検出器の受光
面を配置したことを特徴とする面位置検出装置。
【請求項２】請求項１記載の面位置検出装置であっ
て、前記偏向部材はプリズムであることを特徴とする面位置
検出装置。
【請求項３】請求項２記載の面位置検出装置であっ
て、前記プリズムの頂角をξ、前記プリズムの屈折率をｎ、
前記集光光学系から前記プリズムに入射する光束の主光
線の入射角をαとしたとき、頂角ξが ξ≦arcsin｛(sinα）／ｎ｝の関係を満たすように前記プリズムの形状を決定するこ
とを特徴とする面位置検出装置。
【請求項４】請求項１、２、又は３記載の面位置検出
装置であって、前記偏向部材の光束の射出面と前記検出器の受光面との
間に屈折率が１より大きい光透過性媒体を充填したこと
を特徴とする面位置検出装置。
【請求項５】請求項１〜４の何れか一項記載の面位置
検出装置と、マスクパターンの像を感光基板上に投影する投影光学系
と、前記感光基板の前記投影光学系の光軸方向の位置を調整
する面位置調整ステージと、を有する露光装置であっ
て、前記面位置検出装置によって前記感光基板の面位置を検
出し、該検出結果に基づいて前記面位置調整ステージを
介して前記感光基板の面位置を調整することを特徴とす
る露光装置。