TWI461858B - 表面位置偵測裝置、曝光裝置、表面位置偵測方法以及元件製造方法 - Google Patents

Description

表面位置偵測裝置、曝光裝置、表面位置偵測方法以及元件製造方法

本發明是有關於一種對被偵測面的表面位置進行偵測的表面位置偵測裝置、曝光裝置、表面位置偵測方法以及元件製造方法。

在將光罩上所形成的圖案經由投影光學系統轉印到感光性基板上的曝光裝置中，有時也會存在投影光學系統的焦點深度淺且感光性基板的感光面(轉印面)不平坦的情況。因此，在曝光裝置中需要正確地進行感光性基板的感光面對投影光學系統的成像面的定位調整。

作為偵測沿著投影光學系統的光軸方向之感光性基板的表面位置(感光面的表面位置)的表面位置偵測裝置，已知有例如斜入射型自動聚焦感測器(參照專利文獻1)。在該斜入射型自動聚焦感測器中，是對作為被偵測面的感光性基板，從傾斜方向投射縫隙(slit)的像，並偵測藉由被偵測面所反射的光而形成之縫隙的像的位置資訊，且根據該位置資訊而偵測感光性基板的表面位置。

[專利文獻1]

日本專利早期公開之特開平4-215015號公報

在上述的斜入射型自動聚焦感測器中，存在如構成斜入射型自動聚焦感測器的光學系統內的光學構件產生變動(位置變動、折射率變動等)，則無法正確地偵測感光性基板的表面位置之問題。

本發明的目的是提供一種能夠不受光學構件的變動的影響，而高精度地對被偵測面的表面位置進行偵測之表面位置偵測裝置、曝光裝置、表面位置偵測方法以及元件製造方法。

本發明的第1形態提供一種表面偵測裝置，包括：送光光學系統，其使來自第1圖案的第1光及來自第2圖案的第2光，以不同的入射角入射至規定的面，並對該規定的面投射前述第1圖案的中間像及前述第2圖案的中間像；受光光學系統，其將前述規定的面所反射的前述第1光及前述第2光，分別導向第1觀測面及第2觀測面，並在該第1觀測面上形成前述第1圖案的觀測像，且在該第2觀測面上形成前述第2圖案的觀測像；以及偵測部，其偵測前述第1觀測面的前述第1圖案的觀測像及前述第2觀測面的前述第2圖案的觀測像之各位置資訊，且根據該各位置資訊而計算前述規定的面的表面位置。

本發明的第2形態提供一種表面位置偵測裝置，包括：第1偵測系統，其使來自第1圖案的第1光入射至規定的面，並在該規定的面上投射前述第1圖案的中間像，且將在前述規定的面上所反射的前述第1光導向第1觀測面，並在該第1觀測面上形成前述第1圖案的像，且偵測前述第1觀測面的前述第1圖案之觀測像的位置資訊；第2偵測系統，其使來自第2圖案的第2光入射至前述規定的面，並在該規定的面上投射前述第2圖案的中間像，且將在前述規定的面上所反射的前述第2光導向第2觀測面，並在該第2觀測面上形成前述第2圖案的像，且偵測前述第2觀測面的前述第2圖案之觀測像的位置資訊；以及處理部，其根據前述第1圖案的觀測像的位置資訊及前述第2圖案的觀測像的位置資訊，計算前述規定的面的表面位置；而且，前述第1偵測系統及前述第2偵測系統具有彼此共同設置的至少一個共同光學構件，且入射至前述規定的面的前述第1光的入射角和入射至前述規定的面的前述第2光的入射角不同。

本發明的第3形態提供一種曝光裝置，為一種將光罩載臺上所載置的光罩的圖案，轉印到基板載臺上所載置的感光性基板上之曝光裝置，包括：本發明的表面位置偵測裝置，其對前述感光性基板的感光面及前述光罩的圖案面的至少一個的表面位置進行偵測；以及位置對合機構，其根據前述表面位置偵測裝置的偵測結果，進行前述基板載台及前述光罩載台的相對的位置對合。

本發明的第4形態提供一種表面位置偵測方法，為一種計算規定的面的表面位置之表面位置偵測方法，包括：使來自第1圖案的第1光及來自第2圖案的第2光，以不同的入射角入射至前述規定的面，並在該規定的面上投射前述第1圖案的中間像及前述第2圖案的中間像；將前述規定的面所反射的前述第1光及前述第2光分別導向第1觀測面及第2觀測面，並在該第1觀測面上形成前述第1圖案的觀測像，且在第2觀測面上形成前述第2圖案的觀測像；偵測前述第1觀測面的前述第1圖案的觀測像及前述第2觀測面的前述第2圖案的觀測像之各位置資訊，並根據該各位置資訊而計算前述規定的面的表面位置。

本發明的第5形態為一種表面位置偵測方法，為一種計算規定的面的表面位置之表面位置偵測方法，包括：使來自第1圖案的第1光入射至前述規定的面，並在該規定的面上投射前述第1圖案的中間像，且將前述規定的面所反射的前述第1光導向第1觀測面，並在該第1觀測面上形成前述第1圖案的觀測像，且偵測前述第1觀測面的前述第1圖案之觀測像的位置資訊；使來自第2圖案的第2光入射至前述規定的面，並在該規定的面上投射前述第2圖案的中間像，且將前述規定的面所反射的前述第2光導向第2觀測面，並在該第2觀測面上形成前述第2圖案的觀測像，且偵測前述第2觀測面的前述第2圖案之觀測像的位置資訊；根據前述第1圖案的觀測像的位置資訊及前述第2圖案的觀測像的位置資訊，計算前述規定的面的表面位置；而且，前述第1偵測系統及第2偵測系統分別使前述第1光和前述第2光經由彼此共同設置的至少1個共同光學構件，且入射至前述規定的面的前述第1光的入射角和入射至前述規定的面的前述第2光的入射角不同。

本發明的第6形態提供一種元件製造方法，包括：利用本發明的第3形態的曝光裝置，將前述圖案轉印到前述感光性基板上；根據前述圖案，對轉印了前述圖案的前述感光性基板進行加工。

【發明的效果】

本發明的表面位置偵測裝置、曝光裝置、表面位置偵測方法以及元件製造方法，可不受光學構件的變動的影響而高精度地對被偵測面的表面位置進行偵測。

根據附圖來對本發明的實施形態進行說明。圖1所示為具有本發明的實施形態的表面位置偵測裝置之曝光裝置的構成。圖2所示為本實施形態的第1實施例之表面位置偵測裝置的構成。在圖1中，是在投影光學系統PL的光軸AX的方向上設定Z軸，在與光軸AX垂直的面內、與圖1的紙面平行地設定X軸，在與光軸AX垂直的面內、與圖1的紙面垂直地設定Y軸。

本實施形態的各實施例是在曝光裝置中，對轉印了圖案之感光性基板的表面位置的偵測應用本發明的表面位置偵測裝置。

圖1所示的曝光裝置具有照明系統IL，利用從曝光用光源(未圖示)所射出的照明光(曝光光)，對作為形成有規定圖案的光罩之標線(reticle)R進行照明。標線R在標線載台RS上與XY平面保持平行。標線載台RS利用省略了圖示的驅動系統的作用，可沿著XY平面進行二維移動，且其位置座標採用可由標線干涉儀(未圖示)進行計測並位置控制的構成。

透過了標線R的曝光光經由投影光學系統PL，在作為感光性基板的晶圓W的表面(感光面)Wa上，形成標線R的圖案的像。晶圓W在Z載台VS上與XY平面保持平行。Z載台VS安裝在XY載台HS上，該XY載台HS沿著與投影光學系統PL的像面平行的XY平面進行移動。載台VS根據來自控制部CR的指示，利用驅動系統VD的作用進行動作，對晶圓W的聚焦位置(Z方向的位置)及傾斜角(晶圓W的表面對XY平面的傾斜)進行調整。

在Z載台VS上設置有移動鏡(未圖示)，利用該移動鏡的晶圓干涉儀(未圖示)而即時計測Z載台VS的X方向的位置、Y方向的位置及圍繞Z軸的旋轉方向的位置，並將計測結果輸出到控制部CR。XY載台HS載置在基底(未圖示)上。XY載台HS按照控制部CR所發出的指示，利用驅動系統HD的作用進行動作，對晶圓W的X方向的位置、Y方向的位置及圍繞Z軸的旋轉方向的位置進行調整。

為了將標線R的圖案面上所設置的電路圖案良好地轉印到晶圓W的感光面Wa的各曝光區域上，在每次向各曝光區域的曝光時，需要在以投影光學系統PL的成像面為中心之焦點深度的寬度的範圍內，將現在的曝光區域進行位置對合。因此，只要可正確地偵測現在的曝光區域中的各點之沿著光軸AX的位置，亦即現在的曝光區域的表面位置，然後根據該偵測結果，進行Z載台VS的leveling(晶圓W的傾斜角的調整；調平)及Z方向的移動，進而進行晶圓W的調平及Z方向的移動即可。因此，本實施形態的曝光裝置具有表面位置偵測裝置，用於偵測曝光區域的表面位置。

如圖1所示，第1實施例的表面位置偵測裝置具有送光單元101和受光單元102。如圖2所示，送光單元101具有測定光用的光源1A、參照光用的光源1B、聚光透鏡2A、2B、送光稜鏡3A、3B、二色鏡4、第2物鏡5、振動鏡6、第1物鏡7及菱形稜鏡8。受光單元102具有中繼透鏡22A、22B、受光稜鏡23A、23B、二色鏡24、第2物鏡25、反射鏡26、第1物鏡27及菱形稜鏡28。通常，作為被偵測面的晶圓W的表面利用光阻等薄膜進行覆蓋。因此，為了減輕該薄膜所造成的干涉的影響，光源1A及光源1B為波長範圍廣的白色光源(例如，供給波長寬度600～900nm的照明光之鹵素燈或供給與其同樣的頻帶寬的照明光之氙氣光源等)較佳。另外，作為光源1A及1B，也可利用供給對光阻的感光性弱的波長帶的光之發光二極管。

來自光源1A的光經由聚光鏡2A而入射至送光稜鏡3A。送光稜鏡3A使來自聚光鏡2A的光，藉由折射作用而朝後續的二色鏡4偏轉。在送光稜鏡3A的射出面3Aa上，設置有例如圖3所示那樣排列的5個測定光用的送光縫隙Sm1、Sm2、Sm3、Sm4和Sm5。

在圖3中，是在射出面3Aa上沿著與全體座標的Y軸平行之方向設定y1軸，在射出面3Aa上沿著與y1軸直交的方向設定x1軸。送光縫隙Sm1～Sm5為沿著例如與x1方向及y1方向形成45度的傾斜方向成細長延伸之矩形狀(縫隙狀)的光透過部，除了送光縫隙Sm1～Sm5以外的區域為遮光部。作為測定圖案的送光縫隙Sm1～Sm5沿著x1方向，以規定的間距呈一列排列。

同樣，來自光源1B的光經由聚光鏡2B而入射亞送光稜鏡3B。送光稜鏡3B使來自聚光鏡2B的光，藉由折射作用而朝後續的二色鏡4偏轉。在送光稜鏡3B的射出面3Ba上，設置有例如圖4所示那樣排列的5個參照光用的送光縫隙Sr1、Sr2、Sr3、Sr4和Sr5。

在圖4中，是在射出面3Ba上沿著與全體座標的Y軸平行之方向設定y2軸，在射出面3Ba上沿著與y2軸直交的方向設定x2軸。送光縫隙Sr1～Sr5為沿著例如與x2方向及y2方向形成45度的傾斜方向成細長延伸之矩形狀(縫隙狀)的光透過部，除了送光縫隙Sr1～Sr5以外的區域為遮光部。作為參照圖案的送光縫隙Sr1～Sr5沿著x2方向，以規定的間距呈一列排列。

這樣，光源1A及聚光鏡2A構成對送光縫隙Sm1～Sm5進行照明的測定光用的照明系統，光源1B及聚光鏡2B構成對送光縫隙Sr1～Sr5進行照明的參照光用的照明系統。作為測定圖案的送光縫隙Sm1～Sm5是使5個要素圖案沿著x1方向以規定間距呈一列排列而成的排列圖案。

作為參照圖案的送光縫隙Sr1～Sr5是使5個要素圖案沿著x2方向以規定間距呈一列排列而成的排列圖案。另外，如後面所說明的，對構成測定圖案及參照圖案的要素圖案的形狀、數目、排列等，可有各種各樣的變形例。

通過了送光縫隙Sm1～Sm5的測定光在透過二色鏡4後，經由第2物鏡5、作為掃描裝置的振動鏡(在圖2中未圖示)6及第1物鏡7，入射至菱形稜鏡8。通過了送光縫隙Sr1～Sr5的參照光在由二色鏡4進行反射後，經由第2物鏡5、振動鏡6及第1物鏡7，入射至菱形稜鏡8。

第2物鏡5和第1物鏡7協動而形成送光縫隙Sm1～Sm5的中間像及送光縫隙Sr1～Sr5的中間像。振動鏡6配置在第1物鏡7的前側焦點位置上，並如圖1中的箭形符號所示採用可圍繞Y軸進行轉動的構成。菱形稜鏡8為沿著XZ平面具有平行四邊形狀的斷面，且沿著Y方向延伸之柱狀的稜形構件。如圖2所示，在菱形稜鏡8的圖中下側的側面上形成有二色膜9，並與該二色膜9鄰接地安裝有偏角稜鏡10。另外，菱形稜鏡的斷面形狀並不限定於平行四邊形，一般可為長斜方形(偏菱形)。

在圖5中，沿著實線所示的測定光路而入射至菱形稜鏡8的入射面8a之測定光Lm，由反射面8b進行反射後，入射至側面8c上所形成的二色膜9。由二色膜9所反射的測定光Lm從菱形稜鏡8的射出面8d射出，並沿著XZ平面從傾斜方向入射至作為被偵測面的感光面Wa上的偵測區域DA。測定光Lm的入射角θm被設定為例如大於等於80度且小於90度的大角度。

另一方面，如圖5中的虛線所示，沿著參照光路而入射至菱形稜鏡8的入射面8a之參照光Lr，由反射面8b進行反射，並透過二色膜9而入射至偏角稜鏡10。如圖6所示，入射至菱形稜鏡8的測定光Lm的光路和入射至菱形稜鏡8的參照光Lr的光路彼此一致。入射至偏角稜鏡10的參照光Lr由反射面10a進行反射，並透過二色膜9而從菱形稜鏡8的射出面8d向圖中斜上方射出。

亦即，二色膜9對與波長相稱之光的分離作用，具有與二色膜4相反的特性。從射出面8d所射出的參照光Lr，入射至具有垂直於XZ平面的反射面之平面鏡11。由平面鏡11所反射的參照光Lr，如圖6所示，沿著對感光面Wa的測定光Lm的入射面(XZ平面)，從傾斜方向入射至偵測區域DA。參照光Lr的入射角θr設定為較測定光Lm的入射角θm小的角度。另外，參照光Lr的入射角θr小於等於45度較佳，小於等於30度更佳。

這樣，對感光面Wa上的偵測區域DA如圖7的概略表示那樣，投射了作為測定圖案的送光縫隙Sm1～Sm5的中間像Im1、Im2、Im3、Im4、Im5。亦即，在偵測區域DA上，與送光縫隙Sm1～Sm5對應地，沿著X方向按照規定的間距形成5個中間像Im1～Im5，其中，各中間像Im1～Im5沿著與X方向及Y方向形成45度的傾斜方向而細長延伸。各中間像Im1～Im5的中心是與偵測區域DA上的規定的偵測點相對應。

同樣，在偵測區域DA上投射作為參照圖案的送光縫隙Sr1～Sr5的中間像Ir1、Ir2、Ir3、Ir4和Ir5。亦即，在偵測區域DA上，與送光縫隙Sr1～Sr5相對應地，沿著X方向按照規定的間距而形成5個中間像Ir1～Ir5，其中，該中間像Ir1～Ir5沿著與X方向及Y方向形成45度的傾斜方向而細長延伸。在這裏，參照圖案的中間像Ir1～Ir5是使其中心與測定圖案的中間像Im1～Im5的中心大致一致地形成。換言之，送光縫隙Sm1～Sm5及送光縫隙Sr1～Sr5是使偵測區域DA上所形成之中間像的對應要素圖案的中心彼此一致地形成。

這樣，二色鏡4、第2物鏡5、振動鏡6、第1物鏡7、菱形稜鏡8、二色膜9、偏角稜鏡10及平面鏡11構成一種送光光學系統，其使來自送光縫隙Sm1～Sm5的測量光(第1光)及來自送光縫隙Sr1～Sr5的參照光(第2光)，以彼此不同的入射角θm及θr而分別入射至感光面Wa，在感光面Wa的偵測區域DA上投射測定圖案的中間像Im1～Im5及參照圖案的中間像Ir1～Ir5。

送光光學系統使測定圖案的中間像Im1～Im5及參照圖案的中間像Ir～Ir5，沿著對感光面Wa的測定光的入射面同列排列。而且，測定圖案的中間像Im1～Im5的要素圖案和參照圖案的中間像Ir～Ir5的對應要素圖案，排列在感光面Wa上的同一位置。

第2物鏡5、振動鏡6、第1物鏡7及菱形稜鏡8構成為對測定光及參照光共同設置的送光側共同光學構件。二色膜9、偏角稜鏡10及平面鏡11構成送光側偏轉部，使經過了送光側共同光學構件(5～8)的參照光偏轉，而使參照光以較測定光小的入射角入射至感光面Wa。

二色鏡4構成送光側合成部，將從彼此不同的方向所入射的測定光及參照光導向送光側共同光學構件(5～8)。在送光側偏轉部(9～11)，二色膜9及偏角稜鏡10構成第1偏轉部，使經過了送光側共同光學構件(5～8)的測定光及參照光相對地進行偏轉，將測定光導向感光面Wa。平面鏡11構成第2偏轉部，使經過了二色膜9及偏角稜鏡10的參照光進行偏轉，而以較測定光小的入射角入射至感光面Wa。

平面鏡11配置在感光面Wa的正上方，具體地說，配置在感光面Wa的參照圖案之中間像Ir1～Ir5的正上方。更具體地說，平面鏡11以向感光面Wa的參照光的入射角θr和沿著對感光面Wa的參照光的入射面之參照圖案的中間像的投射幅面DAr為基礎，配置在從感光面Wa開始的高度Vh滿足Vh＞DAr/2tanθr之範圍中的感光面Wa側的端部附近。亦即，平面鏡11如圖8所示，在可使參照圖案的中間像Ir1～Ir5經由平面鏡11投射在感光面Wa上的範圍內，與感光面Wa較近地配置著。二色膜9構成送光側分離面，依據測定光及參照光的波長，而使測定光反射並使參照光透過。另外，送光側分離面也可依據測定光及參照光的偏光，而使測定光反射並使參照光透過。

參照圖5，由感光面Wa所反射的測定光Lm入射至菱形稜鏡28。菱形稜鏡28關於規定的YZ平面(例如含有光軸AX的YZ平面)而配置在與菱形稜鏡8對稱的位置上且具有對稱的構成。具體地說，菱形稜鏡28具有使菱形稜鏡8關於入射面8a進行反轉的構成。而且，在菱形稜鏡28的圖中下側的側面28b上形成2色膜29，並與該二色膜29鄰接地安裝偏角稜鏡30。

二色膜29及偏角稜鏡30關於規定的YZ平面(例如含有光軸AX的YZ平面)而配置在與二色膜9及偏角稜鏡10分別對稱的位置上且具有分別對稱的構成。而且，二色膜29在與波長相稱的光的分離作用方面，具有與二色膜9相同的特性。因此，入射了菱形稜鏡28的入射面28a之測定光Lm，由二色膜29及反射面28c依次反射後，從射出面28d射出。

另一方面，由感光面Wa所反射的參照光Lr入射至平面鏡31，該平面鏡31具有與XZ平面垂直的反射面。平面鏡31關於規定的YZ平面(例如含有光軸AX的YZ平面)而配置在與平面鏡11對稱的位置上，且具有對稱的構成。平面鏡11和平面鏡31作為例如沿著Y方向延伸的三角柱狀的反射鏡構件FM而一體形成。另外，也可將平面鏡11和平面鏡31各別地形成光學構件。而且，與平面鏡11同樣地，平面鏡31配置在自感光面Wa算起的高度Vh滿足Vh＞DAr/2tanθr之範圍中的感光面Wa側的端部附近。亦即，平面鏡31在使感光面Wa所反射的參照光無遮擋地向菱形稜鏡28進行偏轉之範圍內，與感光面Wa較近地配置著。

由平面鏡31所反射的參照光Lr，依次透過菱形稜鏡28的入射面28a及二色膜29，並入射至偏角稜鏡30。入射了偏角稜鏡30的參照光Lr由反射面30a進行反射，並透過二色膜29，由反射面28c進行反射，然後，從射出面28d射出。從射出面28d所射出的參照光Lr沿著與測定光Lm相同的光路，被導向後續的第1物鏡27(在圖5中未圖示)。

參照圖1及圖2，從菱形稜鏡28所射出的測定光在經過第1物鏡27、反射鏡(在圖2中未圖示)26及第2物鏡25之後，透過二色鏡(在圖1中未圖示)24而入射至受光稜鏡23A。從菱形稜鏡28所射出的參照光在經過第1物鏡27、反射鏡26及第2物鏡25之後，由二色鏡24進行反射而入射至受光稜鏡23B。

第1物鏡27、反射鏡26、第2物鏡25及二色鏡24關於規定的YZ平面(例如含有光軸AX的YZ平面)而配置在與第1物鏡7、振動鏡6、第2物鏡5及二色鏡4分別對稱的位置上，且具有分別對稱的構成。但是，反射鏡26與振動鏡6不同，是固定地設置。二色鏡24在與波長相對應的光的分離作用方面，與二色鏡4具有相同的特性。

受光稜鏡23A及23B關於規定的YZ平面(例如含有光軸AX的YZ平面)，配置在與送光稜鏡3A及3B分別對稱的位置上，且具有分別對稱的構成。在測定光用的受光稜鏡23A的入射面23Aa(與送光稜鏡3A的射出面3Aa對應的面)上，如圖9所示，設置有與送光縫隙Sm1～Sm5對應的5個受光縫隙Sma1、Sma2、Sma3、Sma4和Sma5。在圖9中，是在入射面23Aa上，沿著與全體座標的Y軸平行的方向設定y3軸，在入射面23Aa上，沿著與y3軸直交的方向設定x3軸。

在參照光用的受光稜鏡23B的入射面23Ba(與送光稜鏡3B的射出面3Ba對應的面)上，如圖10所示，設置有與送光縫隙Sr1～Sr5對應的5個受光縫隙Sra1、Sra2、Sra3、Sra4和Sra5。在圖10中，是在入射面23Ba上，沿著與全體座標的Y軸平行的方向設定y4軸，在入射面23Ba上，沿著與y4軸直交的方向設定x4軸。

受光縫隙Sma1～Sma5為沿著與x3方向及y3方向形成45度的傾斜方向成細長延伸之矩形狀(縫隙狀)的光透過部，除了受光縫隙Sma1～Sma5以外的區域為遮光部。受光縫隙Sra1～Sra5為沿著與x4方向及y4方向形成45度的傾斜方向成細長延伸之矩形狀(縫隙狀)的光透過部，除了受光縫隙Sra1～Sra5以外的區域為遮光部。受光縫隙Sma1～Sma5沿著x3方向以規定的間距(例如與送光縫隙Sm1～Sm5相等的間距)排列，受光縫隙Sra1～Sra5沿著x4方向以規定的間距(例如與送光縫隙Sr1～Sr5相等的間距)排列。

在受光稜鏡23A的入射面23Aa上，形成有測定光用的送光縫隙Sm1～Sm5的觀測像，在受光稜鏡23B的入射面23Ba上，形成有參照光用的送光縫隙Sr1～Sr5的觀測像。亦即，在入射面23Aa上，與送光縫隙Sm1～Sm5對應地，沿著x3方向以規定的間距形成縫隙狀的觀測像的5個要素圖案，該縫隙狀的觀測像的5個要素圖案沿著與x3方向及y3方向形成45度的傾斜方向而細長地延伸。而且，在入射面23Ba上，與送光縫隙Sr1～Sr5對應地，沿著x4方向以規定的間距形成縫隙狀的觀測像的5個要素圖案，該縫隙狀的觀測像的5個要素圖案沿著與x4方向及y4方向形成45度的傾斜方向而細長地延伸。

這樣，平面鏡31、偏角稜鏡30、二色膜29、菱形稜鏡28、第1物鏡27、反射鏡26、第2物鏡25及二色鏡24構成一種受光光學系統，其將利用感光面Wa所反射的測定光及參照光，分別導向入射面23Aa(第1觀測面)及入射面23Ba(第2觀測面)，在入射面23Aa上形成測定圖案的觀測像且在入射面23Ba上形成參照圖案的觀測像。

菱形稜鏡28、第1物鏡27、反射鏡26及第2物鏡25構成受光側共同光學構件，其對感光面Wa所反射的測定光及參照光共同設置。平面鏡31、偏角稜鏡30及二色膜29構成受光側偏轉部，其使感光面Wa所反射的參照光偏轉，將測定光及參照光導向受光側共同光學構件(28～25)。

二色鏡24構成受光側分離部，使經過了受光側共同光學構件(28～25)的測定光及參照光相對地偏轉，將測定光導向入射面23Aa且將參照光導向入射面23Ba。在受光側偏轉部(31～29)中，平面鏡31構成第3偏轉部，使感光面Wa所反射的參照光進行偏轉。偏角稜鏡30及二色膜29構成第4偏轉部，使感光面Wa所反射的測定光及平面鏡31所偏轉的參照光相對地進行偏轉，並導向受光側共同光學構件(28～25)。

平面鏡31配置在平面鏡11的附近，作為一個例子，是與平面鏡11一體配置。二色膜29構成受光側合成面，依據測定光及參照光的波長，使測定光反射並使參照光透過。另外，受光側合成面也可依據測定光及參照光的偏光，使測定光反射並使參照光透過。

入射至受光稜鏡23A的測定光通過受光稜鏡Sma1～Sma5，只偏轉規定的角度之後，從受光稜鏡23A射出。從受光稜鏡23A所射出的測定光經由中繼鏡22A，將受光縫隙Sma1～Sma5內所分別形成之測定圖案的觀測像的共軛像，形成在光偵測器21A的偵測面21Aa上。

在光偵測器21A的偵測面21Aa上，如圖11所示，與5個測定光用的受光縫隙Sma1～Sma5對應地設置5個受光部RSm1～RSm5。5個受光部RSm1～RSm5接收通過了與送光縫隙Sm1～Sm5對應的5個受光縫隙Sma1～Sma5之測定光。送光縫隙Sm1～Sm5的觀測像的各要素圖案伴隨沿著感光面Wa的Z方向的移動，在入射面23Aa上沿著X3方向移動。因此，通過受光縫隙Sma1～Sma5的測定光的光量，依據感光面Wa的Z方向移動而變化。

同樣，入射至受光稜鏡23B的參照光通過受光縫隙Sra1～Sra5，只偏轉規定的角度之後，從受光稜鏡23B射出。從受光稜鏡23B所射出的參照光經由中繼鏡22B，將受光縫隙Sra1～Sra5內所分別形成之參照圖案的觀測像的共軛像，形成在光偵測器21B的偵測面21Ba上。

在光偵測器21B的偵測面21Ba上，如圖12所示，與5個測定光用的受光縫隙Sra1～Sra5對應地設置5個受光部RSr1～RSr5。5個受光部RSr1～RSr5接收通過了與送光縫隙Sr1～Sr5對應的5個受光縫隙Sra1～Sra5之參照光。送光縫隙Sr1～Sr5的觀測像的各要素圖案伴隨沿著感光面Wa的Z方向的移動，在入射面23Ba上沿著X4方向移動。因此，通過受光縫隙Sra1～Sra5的參照光的光量，與測定光的情況同樣地，依據感光面Wa的Z方向移動而變化。

第1實施例的表面位置偵測裝置採用這樣的構成，在感光面Wa與投影光學系統PL的成像面一致的狀態下，於受光縫隙Sma1～Sma5的位置上形成送光縫隙Sm1～Sm5的觀測像(測定圖案的觀測像)的各要素圖案，於受光縫隙Sra1～Sra5的位置上形成送光縫隙Sr1～Sr5的觀測像(參照圖案的觀測像)的各要素圖案。受光部RSm1～RSm5的偵測信號及受光部RSr1～Rsr5的偵測信號，與振動鏡6的振動同步地進行變化，並供給到信號處理部PR。

如上所述，當感光面Wa沿著投影光學系統PL的光軸AX而在Z方向上進行上下移動時，在受光稜鏡23A的入射面23Aa上所形成之測定圖案的觀測像的各要素圖案，與感光面Wa的上下移動對應地，在間距方向(X3方向)上產生位置偏離。同樣，在受光稜鏡23B的入射面23Ba上所形成之參照圖案的觀測像的各要素圖案，與感光面Wa的上下移動對應地，在間距方向(X4方向)上產生位置偏離。

信號處理部PR利用例如本申請人所申請的日本專利早期公開之特開平6-97045號公報揭示的光電顯微鏡的原理，根據光偵測器21A的輸出，偵測測定圖案的觀測像的各要素圖案的位置偏移量(位置資訊)，並根據所偵測的位置偏移量，計算偵測區域DA內的各偵測點的表面位置(Z方向位置)Zml～Zm5。同樣，信號處理部PR根據光偵測器21B的輸出，偵測參照圖案的觀測像的各要素圖案的位置偏移量，並根據所偵測的位置偏移量，計算偵測區域DA內的各偵測點的表面位置Zr1～Zr5。在這種情況下，為了對測定光及參照光可同時偵測根據光電顯微鏡的原理的位置資訊，而設定送光縫隙Sm1～Sm5、Sr1～Sr5、受光縫隙Sma1～Sma5、Sra1～Sra5及振動鏡6的振動振幅(圍繞Y軸進行轉動的角度範圍)等。

如前所述，由於構成表面位置偵測裝置之光學構件的位置變動或折射率變動等，即使例如感光面Wa與投影光學系統PL的成像面一致(處於最佳聚焦狀態)，有時在受光稜鏡23A的入射面23Aa上所形成之測定圖案觀測像的各要素圖案的位置會分別從受光縫隙Sma1～Sma5的位置出現位置偏離。在這種情況下，依據測定圖案觀測像的各要素圖案與受光縫隙Sma1～Sma5的位置偏移量，各偵測點的表面位置Zm1～Zm5可包含偵測誤差。

由於同樣的理由，即使感光面Wa與投影光學系統PL的成像面一致，有時在受光稜鏡23B的入射面23Ba上所形成之參照圖案觀測像的各要素圖案的位置會分別從受光縫隙Sra1～Sra5的位置出現位置偏離。在這種情況下，依據參照圖案觀測像的各要素圖案與受光縫隙Sra1～Sra5的位置偏移量，各偵測點的表面位置Zr1～Zr5可包含偵測誤差。

在第1實施例的表面位置偵測裝置中，來自送光縫隙Sm1～Sm5的測定光及來自送光縫隙Sr1～Sr5的參照光經過對測定光和參照光共同的多個光學構件，亦即經過送光側共同光學構件(5～8)及受光側共同光學構件(28～25)，分別形成測定圖案的觀測像及參照圖案的觀測像。因此，參照圖案的觀測像與測定圖案的觀測像同樣地，含有與送光側共同光學構件(5～8)及受光側共同光學構件(28～25)的變動的影響有關之資訊。

換言之，根據測定圖案的觀測像的位置資訊所計算的表面位置Zm1～Zm5及根據參照圖案的觀測像的位置資訊而與測定光同樣計算的表面位置Zr1～Zr5,共同地含有佔據送光光學系統的主要部分之送光側共同光學構件(5～8)及佔據受光光學系統的主要部分之受光側共同光學構件(28～25)所引起的表面位置的偵測誤差。以下，將在完全沒有光學構件的變動的影響之狀態下應利用測定光偵測的表面位置，稱作「真表面位置」。

在真表面位置Zv、根據測定圖案的觀測像的位置資訊所計算的第1表面位置Zm和根據參照圖案的觀測像的位置資訊所計算的第2表面位置Zr之間，下述式(1)及(2)所示的關係成立。

Zm=Zv+Eo　(1)

Zr=(sinθr/sinθm)×Zv+Eo　(2)

在式(1)及(2)中，Eo為因光學構件的變動所引起之表面位置的偵測誤差，是根據測定圖案的觀測像的位置資訊之表面位置Zm和根據參照圖案的觀測像的位置資訊之表面位置Zr所共同包含的誤差。θm為向感光面Wa的測定光的入射角，θr為向感光面Wa的參照光的入射角。在第1實施例中，測定光的入射角θm設定得較參照光的入射角θr大，所以α=sinθr/sinθm小於1。關於真表面位置Zv對式(1)及式(2)求解，得到下述式(3)所示的關係。

Zv=(Zm-Zr)/(1-sinθr/sinθm)　(3)

第1實施例是在信號處理部PR中，根據測定圖案的觀測像的各要素圖案的位置資訊，計算表面位置Zm1～Zm5，根據參照圖案的觀測像的各要素圖案的位置資訊，計算表面位置Zr1～Zr5。然後，將表面位置Zv作為不受光學構件的變動的影響之受到修正的面位置Zvi進行計算，其中，該表面位置Zv是藉由將對例如第i(i=1～5)個要素圖案所計算的表面位置Zmi及Zri，作為表面位置Zm及Zr代入式(3)中而得到。

亦即，信號處理部PR根據關於測定光的表面位置Zm1～Zm5和關於參照光的表面位置Zr1～Zr5，計算偵測區域DA的各偵測點之得到修正的表面位置Zv1～Zv5。該計算結果被供給到例如曝光裝置的控制部CR的內部所設置之存儲部MR。控制部CR依據需要，向驅動系統HD供給指令，並使XY載台HS，進而使晶圓W沿著XY平面而移動。然後，表面位置偵測裝置計算晶圓W的感光面Wa上的新偵測區域DA的各偵測點之得到修正的表面位置Zv1～Zv5,並將該計算結果供給到存儲部MR。

換言之，表面位置偵測裝置依據藉由作為平面驅動機構的驅動系統HD而產生的在沿著XY載台HS的感光面Wa之方向上的移動，進而依據在沿著Z載台VS的感光面Wa之方向上的移動，偵測感光面Wa的多個位置的表面位置。晶圓W沿著XY平面的移動以及由得到修正的表面位置Zv1～Zv5的計算所構成之一系列的處理，可依據需要而在所要的範圍內只進行必要的次數。表面位置偵測裝置的多個偵測結果(亦即關於多個偵測點的得到修正之表面位置的資訊)，在存儲部MR中作為映像數據而進行存儲。

然後，控制部CR根據由信號處理部PR所得到的偵測結果，進而根據在存儲部MR中所存儲的表面位置的映像數據，對應XY載台HS及Z載台VS沿著感光面Wa的位置，將Z載台VS的Z方向位置只進行必要量的調整，使感光面Wa上的偵測區域，進而使晶圓W的現在的曝光區域與投影光學系統PL的成像面位置(最佳聚焦位置)進行位置對合。亦即，控制部CR依據現在的曝光區域，對作為垂直驅動機構的驅動系統VD供給指令，使Z載台VS，進而使晶圓W，沿著與感光面Wa垂直的Z方向只進行必要量的移動。

這樣，受光稜鏡23A、23B、中繼透鏡22A、22B、光偵測器21A、21B及信號處理部PR構成偵測部，偵測受光稜鏡23A的入射面23Aa之送光縫隙Sm1～Sm5的觀測像的位置資訊及受光稜鏡23B的入射面23Ba之送光縫隙Sr1～Sr5的觀測像的位置資訊，並根據所偵測的各位置資訊，計算感光面Wa的表面位置(亦即得到修正的表面位置Zv1)。

如上所述，在第1實施例的表面位置偵測裝置中，測定圖案的觀測像與參照圖案的觀測像同樣地，包含對測定光和參照光共同的有關光學構件的變動的影響之資訊。亦即，根據測定圖案的觀測像的位置資訊所計算的表面位置Zm及根據參照圖案的觀測像的位置資訊所計算的面位置Zr，共同地包含因光學構件的變動所造成之表面位置的偵測誤差Eo。

因此，在第1實施例的表面位置偵測裝置中，可利用根據測定光所計算的表面位置Zm和根據參照光所計算的表面位置Zr，計算實質上不受光學構件的變動的影響之得到修正的面位置Zv，亦即不受光學構件的變動的影響而高精度地偵測感光面Wa的表面位置。結果，在本實施形態的曝光裝置中，可高精度地偵測晶圓W的感光面Wa的表面位置，進而對與標線R的圖案面相對應之投影光學系統PL的成像面，將感光面Wa高精度地進行位置對合。

另外，在上述的說明中採用這樣的構成，使測定光透過二色鏡4、24，且參照光由二色鏡4、24進行反射。而且，採用這樣的構成，使測定光由二色膜9、29進行反射，參照光透過二色膜9、29。但是，也可採用這樣的構成，依據對晶圓W之送光光學系統及受光光學系統的各光學構件的配置，而使二色膜4、24反射測定光且透過參照光，也可採用這樣的構成，使二色膜9、29透過測定光且反射參照光。

而且，在上述的說明中，是利用二色鏡4、24，依據測定光及參照光的波長，而使測定光透過並使參照光進行反射。而且，利用二色膜9、29，依據測定光及參照光的波長，將測定光反射並使參照光透過。但是，也可藉由利用偏光光束分光器(splitter)來取代二色鏡4、24，而依據測定光及參照光的偏光狀態，使測定光及參照光的一方反射並使另一方透過。而且，也可藉由利用偏光分離膜來取代二色膜9、29，而依據測定光及參照光的偏光狀態，使測定光及參照光的一方反射並使另一方透過。

圖13所示為關於第2實施例的表面位置偵測裝置的構成。第2實施例具有與第1實施例類似的構成。但是，第2實施例與第1實施例的不同之處在於，測定圖案的中間像的各要素圖案的列與參照圖案的中間像的各要素圖案的列空開間隔而平行地排列。以下，著眼於與第1實施例的不同點，而對第2實施例的構成及作用進行說明。

第2實施例的表面位置偵測裝置具有光源1及聚光鏡2，作為對測定光用的送光稜鏡3A和參照光用的送光稜鏡3B共同的照明系統。送光稜鏡3A和送光稜鏡3B作為分別的光學構件而彼此鄰接配置。或者，送光稜鏡3A和送光稜鏡3B作為一個光學構件而一體形成。另外，送光稜鏡3A及送光稜鏡3B也可由分別的照明系統進行照明。

通過了在送光稜鏡3A的射出面3Aa上所設置的送光縫隙Sm1～Sm5(參照圖3)的測定光，經由第2物鏡5、振動鏡6及第1物鏡7，入射至菱形稜鏡8。通過了在送光稜鏡3B的射出面(與射出面3Aa不在同一平面上的面)3Ba上所設置的送光縫隙Sr1～Sr5(參照圖4)之參照光，沿著從測定光的光路向Y方向隔開間隔的光路，經由第2物鏡5、振動鏡6及第1物鏡7而入射至菱形稜鏡8。

這樣，在第2實施例中，與第1實施例不同地，在送光稜鏡3A及3B和第2物鏡5之間的光路中不配置二色鏡。而且，在第2實施例中，與第1實施例不同地，在菱形稜鏡8的圖中下側的側面上不形成二色膜。而且，在第2實施例中，如圖14及圖15所示，與菱形稜鏡8的圖中下側的側面鄰接，且在與參照光Lr的光路相對應的區域上安裝偏角稜鏡10。

參照圖14及圖15，沿著實線所示的測定光路而入射至菱形稜鏡8的入射面8a之測定光Lm，由反射面8b及側面8c依次反射後，從射出面8d射出。從射出面8d所射出的測定光Lm，沿著XZ平面以入射角θm而傾斜入射至感光面Wa上的偵測區域DA。另一方面，沿著從測定光路向Y方向隔開間隔的參照光路(圖中以虛線表示)而入射至菱形稜鏡8的入射面8a之參照光Lr，由反射面8b進行反射，並入射至偏角稜鏡10。

入射至偏角稜鏡10的參照光Lr由反射面10a進行反射，並從菱形稜鏡8的射出面8d向圖中斜上方射出。從射出面8d所射出的參照光Lr由平面鏡11進行反射，並沿著與測定光Lm對感光面Wa的入射角平行的面，以入射角θr而傾斜入射至與偵測區域DA鄰接的區域DB。

這樣，在感光面Wa的偵測區域DA上，如圖16所概略表示的，與作為測定圖案的送光縫隙Sm1～Sm5對應地，沿著X方向按照規定的間距形成5個中間像Im1～Im5，該中間像是沿著與X方向及Y方向形成45度的傾斜方向而細長地延伸。各中間像Im1～Im5的中心與偵測區域DA的規定的偵測點相對應。同樣，在感光面Wa上的與偵測區域DA鄰接的區域DB上，與作為參照圖案的送光縫隙Sr1～Sr5對應地，沿著X方向按照規定的間距形成5個中間像Ir1～Ir5，該中間像是沿著與X方向及Y方向形成45度的傾斜方向而細長地延伸。

亦即，測定圖案的中間像Im1～Im5和參照圖案的中間像Ir1～Ir5，在Y方向上隔開間隔而彼此平行地形成。而且，測定圖案的中間像Im1～Im5的X方向間距和參照圖案的中間像Ir1～Ir5的X方向間距相等。換言之，送光縫隙Sm1～Sm5及送光縫隙Sr1～Sr5是以感光面Wa上所形成的中間像的要素圖案的X方向間距彼此相等之形態而形成。而且，測定圖案的中間像Im1和參照圖案的中間像Ir1沿著Y方向鄰接而配置著，同樣，其它的測定圖案的中間像Im2～Im5分別與參照圖案的中間像Ir2～Ir5沿著Y方向鄰接而配置著。

由感光面Wa所反射的測定光Lm入射至菱形稜鏡28。在菱形稜鏡28的圖中下側的側面上未形成有二色膜。而且，與菱形稜鏡28的圖中下側的側面鄰接地，在參照光Lr的光路相對應的區域上安裝有偏角稜鏡30。因此，入射至菱形稜鏡28的入射面28a的測定光Lm，在由反射面28b及側面28c依次反射後，從射出面28d射出。

另一方面，由感光面Wa所反射的參照光Lr利用平面鏡31進行反射，並經由菱形稜鏡28的入射面28a而入射至偏角稜鏡30。入射至偏角稜鏡30的參照光Lr由反射面30a反射，並在由反射面28c反射以後，從射出面28d射出。從射出面28d射出的參照光Lr沿著從測定光Lm的光路向Y方向隔開間隔的光路，被導向第1物鏡27。

從菱形稜鏡28所射出的測定光及參照光在經由第1物鏡27、反射鏡26及第2物鏡25之後，分別入射至受光稜鏡23A及受光稜鏡23B。亦即，在第2物鏡25和受光稜鏡23A及23B之間的光路中，不配置二色鏡。受光稜鏡23A和受光稜鏡23B作為各別的光學構件，彼此鄰接而配置著。或者，受光稜鏡23A和受光稜鏡23B作為一個光學構件而一體形成。

在受光稜鏡23A的入射面23Aa上，形成有測定光用的送光縫隙Sm1～Sm5的觀測像。在受光稜鏡23B的入射面(與入射面23Aa不在同一平面上的面)23Ba上，形成參照光用的送光縫隙Sr1～Sr5的觀測像。通過了在受光稜鏡23A的入射面23Aa上所設置的受光縫隙Sma1～Sma5(參照圖9)的測定光，經由中繼透鏡22，而在光偵測器21的偵測面21a上形成測定圖案的觀測像的共軛像。

通過了在受光稜鏡23B的入射面23Ba上所設置的受光縫隙Sra1～Sra5(參照圖10)之參照光，經由與測定光共同的中繼透鏡22，而在與測定光共同的光偵測器21的偵測面21a上形成參照圖案的觀測像的共軛像。另外，也可將來自受光稜鏡23A的測定光和來自受光稜鏡23B的參照光，經由各別的中繼透鏡22A及22B，分別導向各別的光偵測器21A及21B。

在光偵測器21的偵測面21a上，如圖17所示，與測定光用的受光縫隙Sma1～Sma5對應地設置有受光部RSm1～RSm5，並與參照光用的受光縫隙Sra1～Sra5對應地設置有受光部RSr1～RSr5。受光部RSm1～RSm5接收通過了受光縫隙Sma1～Sma5的測定光，該受光縫隙Sma1～Sma5與送光縫隙Sm1～Sm5相對應。受光部RSr1～RSr5接收通過了受光縫隙Sra1～Sra5的參照光，該受光縫隙Sra1～Sra5與送光縫隙Sr1～Sr5相對應。

即使在第2實施例中，也與第1實施例的情況同樣地，使通過了受光縫隙Sma1～Sma5的測定光的光量及通過了受光縫隙Sra1～Sra5的參照光的光量，依據感光面Wa的Z方向移動而變化。而且，受光部RSm1～RSm5的偵測信號及受光部RSr1～RSr5的偵測信號，與振動鏡6的振動同步地變化並供給到信號處理部PR。

第2實施例是在信號處理部PR中，根據測定圖案的觀測像的各要素圖案的位置資訊，而計算表面位置Zm1～Zm5。接著，控制部CR為了以例如表面位置Zm1～Zm5的各偵測點(測定圖案的中間像的各要素圖案的中心)或其各個的附近為中心，形成參照圖案的中間像的各要素圖案，而對驅動系統HD供給指令，使XY載台HS(進而為晶圓W)沿著Y方向只移動所需的量。

信號處理部PR根據參照圖案的中間像的各要素圖案的中心與各偵測點大致一致時之參照圖案的觀測像的各要素圖案的位置資訊，計算表面位置Zr1～Zr5。然後，根據有關該參照光的表面位置Zr1～Zr5和有關已經算出的測定光的表面位置Zm1～Zm5，計算偵測區域DA的各偵測點之得到修正的表面位置Zv1～Zv5。該偵測結果被供給到在控制部CR的內部所設置的存儲部MR。

關於測定光的表面位置Zm1～Zm5的計算、晶圓W向Y方向的移動、關於參照光的表面位置Zr1～Zr5的計算以及修正了的表面位置Zv1～Zv5的計算所構成的一系列的處理，依據需要只進行必要的次數。表面位置偵測裝置的多個偵測結果(亦即關於多個偵測點的得到修正的表面位置之資訊)作為映像數據而存儲在存儲部MR中。另外，信號處理部PR也可根據由區域DB反射的參照光所形成之參照圖案的觀測像的各要素圖案的位置資訊，計算關於參照光的表面位置Zr1～Zr5，並求取表面位置Zv1～Zv5。

控制部CR根據存儲部MR所存儲的表面位置的映像數據，將Z載台VS的Z方向位置只進行所需量的調整，使感光面Wa上的偵測區域，進而使晶圓W的現在的曝光區域與投影光學系統PL的成像面位置進行位置對合。這樣，在第2實施例的表面位置偵測裝置中，也可利用根據測定光所算出的表面位置Zm和根據參照光所算出的表面位置Zr，計算實質上不受光學構件的變動的影響之得到修正的表面位置Zv，亦即可不受光學構件的變動的影響，而高精度地偵測感光面Wa的表面位置。

圖18所示為關於第3實施例的表面位置偵測裝置的構成。第3實施例具有與第2實施例類似的構成。但是，第3實施例與第2實施例的不同點在於，該參照光對感光面Wa的入射面和該測定光對感光面Wa的入射面相交差。以下，著眼於與第2實施例的不同點，而對第3實施例的構成及作用進行說明。

即使在第3實施例中，也與第2實施例同樣地，使通過送光稜鏡3A的射出面3Aa上所設置的送光縫隙Sm1～Sm5之測定光，經由第2物鏡5、振動鏡6及第1物鏡7而入射至菱形稜鏡8。通過了送光稜鏡3B的射出面3Ba上所設置的送光縫隙Sr1～Sr5之參照光，沿著從測定光的光路向Y方向隔開間隔的光路，經由第2物鏡5、振動鏡6及第1物鏡7而入射至菱形稜鏡8。

如圖19及圖20所示，沿著實線所示的測定光路而入射至菱形稜鏡8的入射面8a之測定光Lm，利用反射面8b及側面8c而依次反射，並在從射出面8d射出後，沿著XZ平面而以入射角θm傾斜入射至感光面Wa上的偵測區域DA。另一方面，沿著從測定光路向Y方向隔開間隔的參照光路(圖中以虛線表示)而入射至菱形稜鏡8的入射面8a之參照光Lr，由反射面8b反射，並利用偏角稜鏡10的反射面10a而反射後，再從菱形稜鏡8的射出面8d朝著圖中斜上方射出。

從射出面8d所射出的參照光Lr入射至具有圖21所示那種形態的稜鏡組立體PM。稜鏡組立體PM具有：柱狀的一對三角稜鏡41及42，其沿著XY平面具有三角形狀的斷面且沿著Y方向延伸；柱狀的三角稜鏡43，其沿著XY平面具有三角形狀的斷面且沿著X方向延伸。3個三角稜鏡41～43以三角稜鏡41的圖中下側的面41a和三角稜鏡42的圖中下側的面42a與三角稜鏡43的圖中上側的面43a相接之形態而組裝。

從菱形稜鏡8的射出面8d所射出的參照光Lr經由稜鏡組合體PM的三角稜鏡41的入射面41b，由反射面41c沿Z方向進行反射後，入射至三角稜鏡43。入射至三角稜鏡43的參照光Lr從射出面43b射出，並沿著與測定光Lm對感光面Wa的入射面直交的面(YZ平面)，以入射角θr傾斜入射至偵測區域DA。

這樣，在感光面Wa的偵測區域DA上，如圖28所概略表示的，與作為測定圖案的送光縫隙Sm1～Sm5對應地，沿著X方向按照規定的間距形成5個中間像Im1～Im5，該中間像沿著與X方向及Y方向形成45度的傾斜方向而細長地延伸。各中間像Im1～Im5的中心與偵測區域DA的規定的偵測點相對應。而且，在偵測區域DA，與作為參照圖案的送光縫隙Sr1～Sr5相對應地，沿著Y方向按照規定的間距形成5個中間像Ir1～Ir5，該中間像對Y方向大致平行地成細長狀延伸。亦即，與作為參照圖案的送光縫隙Sr1～Sr5對應之中間像Ir1～Ir5的要素圖案的長邊方向，平行於參照光對感光面Wa的入射面。如圖28所示，中間像Ir1～Ir5形成使中間像Im1～Im5沿著X方向縮小的投影像。

這樣，在第3實施例中，與第1實施例不同，測定光對感光面Wa的入射面和參照光對感光面Wa的入射面直交，且沿著測定光的入射面之參照光的入射角成分為0度。

由感光面Wa所反射的測定光Lm，經由菱形稜鏡28的入射面28a，並由側面28b及反射面28c依次反射後，從射出面28d射出。另一方面，由感光面Wa所反射的參照光Lr，經由稜鏡組立體PM的三角稜鏡43的入射面43c，並由三角稜鏡42的反射面42b進行反射，且從射出面42c進而從稜鏡組立體PM射出。

從稜鏡組立體PM所射出的參照光Lr，經由菱形稜鏡28的入射面28a而入射至偏角稜鏡30。入射至偏角稜鏡30的參照光Lr由反射面30a進行反射，並由菱形稜鏡28的反射面28c進行反射後，從射出面28d射出。從射出面28d所射出的參照光Lr，沿著從測定光Lm的光路朝著Y方向隔開間隔的光路而導向第1物鏡27。

從菱形稜鏡28所射出的測定光及參照光經由第1物鏡27、反射鏡26及第2物鏡25之後，分別入射至受光稜鏡23A及受光稜鏡23B。在受光稜鏡23A的入射面23Aa上形成有測定光用的送光縫隙Sm1～Sm5的觀測像，在受光稜鏡23B的入射面23Ba上形成有參照光用的送光縫隙Sr1～Sr5的觀測像。

通過了在入射面23Aa上所設置的受光縫隙Sma1～Sma5的測定光，及通過了在入射面23Ba上所設置的受光縫隙Sra1～Sra5的參照光，經由中繼透鏡22，在光偵測器21的偵測面21a上分別形成測定圖案的觀測像的共軛像及參照圖案的觀測像的共軛像。在光偵測器21的偵測面21a上，與測定光的受光縫隙Sma1～Sma5對應地設置有受光部RSm1～RSm5，與參照光的受光縫隙Sra1～Sra5對應地設置有受光部RSr1～RSr5。

即使在第3實施例中，也與第1實施例及第2實施例同樣地，使通過受光縫隙Sma1～Sma5的測定光的光量及通過受光縫隙Sra1～Sra5的參照光的光量，依據感光面Wa的Z方向移動而變化。而且，受光部RSm1～RSm5的偵測信號及受光部RSr1～RSr5的偵測信號，與振動鏡6的振動同步地進行變化並供給到信號處理部PR。

第3實施例中，在信號處理部PR中根據測定圖案的觀測像的各要素圖案的位置資訊，計算表面位置Zm1～Zm5，並根據參照圖案的觀測像的各要素圖案的位置資訊，計算表面位置Zr1～Zr5。然後，根據關於測定光的表面位置Zm1～Zm5和關於參照光的表面位置Zr1～Zr5，計算偵測區域DA的各偵測點之得到修正的表面位置Zv1～Zv5。由關於測定光的表面位置Zm1～Zm5的計算、關於參照光的表面位置Zr1～Zr5的計算及得到修正的表面位置Zv1～Zv5的計算所構成之一系列的處理，依據需要，使晶圓W沿著XY平面移動並只進行所需的次數。

表面位置偵測裝置的多個偵測結果(亦即關於多個偵測點的得到修正的表面位置的資訊)，在存儲部MR中作為映像數據進行存儲。這樣，即使在第3實施例的表面位置偵測裝置中，也可利用根據該測定光所計算出的表面位置Zm和根據該參照光所計算出的表面位置Zr，計算實質上不受光學構件的變動的影響之得到修正的表面位置Zv，亦即不受光學構件的變動的影響而高精度地偵測感光面Wa的表面位置。

另外，在上述的說明中，利用稜鏡組立體PM的三角稜鏡41及43，作為使經過偏角稜鏡10的參照光偏轉，並以較測定光小的入射角θr而入射至感光面Wa之第2偏轉部。而且，利用稜鏡組立體PM的三角稜鏡42及43，作為使感光面Wa所反射的參照光進行偏轉並導向菱形稜鏡28之第3偏轉部。

但是，並不限定於此，第2偏轉部及第3偏轉部的具體構成可有各種各樣的形態。例如，也可利用具有反射面的1個平面鏡來構成第2偏轉部，該反射面以從菱形稜鏡8沿著XZ平面入射的參照光再沿著YZ平面進行反射之形態而傾斜，而且，可利用具有反射面的另1個平面鏡來構成第3偏轉部，該反射面以從感光面Wa沿著YZ平面入射的參照光再沿著XZ平面進行反射之形態而傾斜。

另外，在第1實施例及第3實施例中，如圖7所概略表示的，是使測定圖案的中間像Im1～Im5及參照圖案的中間像Ir1～Ir5同列排列，且使測定圖案的中間像Im1～Im5的要素圖案和參照圖案的中間像Ir1～Ir5的對應的要素圖案，排列在感光面Wa上的同一位置。但是，並不限定於此，也可例如圖22所概略表示的，使測定圖案的中間像Im1～Im5的要素圖案和參照圖案的中間像Ir1～Ir5的要素圖案，沿著一方向(X方向)在每1個要素圖案(一般是大於等於1的要素圖案的每一個)交互排列。

在這種情況下，是在例如與測定圖案的中間像Im3的中心相對應的偵測點之得到修正的表面位置Zv3的偵測時，根據與中間像Im3相對應的觀測像的位置資訊，計算表面位置Zm3。而且，著眼於沿著X方向挾持中間像Im3的2個參照圖案的中間像Ir2及Ir3，根據與中間像Ir2對應的觀測像的位置資訊和與中間像Ir3對應的觀測像的位置資訊，計算表面位置Zr3’。具體地說，是計算表面位置Zr2和表面位置Zr3的平均值作為表面位置Zr3’，該表面位置Zr2是根據與中間像Ir2相對應的觀測像的位置資訊而算出，表面位置Zr3是根據與中間像Ir3相對應的觀測像的位置資訊而算出。

然後，根據關於測定光的表面位置Zm3和關於參照光的表面位置Zr3’，計算與中間像Im3的中心相對應之偵測點的得到修正的表面位置Zv3。其它的偵測點之得到修正的面位置Zvi的計算也是同樣地，可根據第2觀測面(入射面23Ba)上的位置資訊而計算表面位置Zri’，該第2觀測面是與挾持測定圖案的中間像Imi的要素圖案之2個(一般為複數)參照圖案的中間像的要素圖案相對應。

而且，在第1實施例及第3實施例中，作為測定圖案及參照圖案，是利用使多個要素圖案沿著一方向排列的一維排列圖案。但是，並不限定於此，也可將沿著2個方向排列多個要素圖案的二維排列圖案，用作測定圖案及參照圖案。

在利用例如沿著彼此直交的2個方向而排列有多個要素圖案之二維排列圖案作為測定圖案及參照圖案的情況下，如圖23所概略表示的，多個測定圖案的中間像Im的要素圖案及多個參照圖案的中間像Ir的要素圖案沿著X方向及Y方向，呈矩陣狀排列。在圖23中，測定圖案的中間像Im的要素圖案和參照圖案的中間像Ir的對應的要素圖案是配置在同一位置。在這種情況下，修正了的表面位置Zv的偵測如第1實施例及第3實施例中所作的說明。

而且，例如圖24所概略表示的，也可將測定圖案的中間像Im的要素圖案和參照圖案的中間像Ir的要素圖案，沿著二方向(X方向及Y方向)在每一要素圖案(一般是一個以上的要素圖案的每一個)交互排列。在這種情況下，是在例如與測定圖案的中間像Imc的中心相對應之偵測點的得到修正了的面位置Zvc的偵測時，根據與中間像Imc對應的觀測像的位置資訊，計算表面位置Zmc。

而且，著眼於沿著X方向挾持中間像Imc的2個參照圖案的中間像Irn及Irs，以及沿著Y方向挾持中間像Imc的2個參照圖案的中間像Ire及Irw，並根據中間像Irn、中間像Irs、中間像Ire及中間像Irw所對應的各觀測像的位置資訊，計算表面位置Zrc。具體地說，是計算表面位置Zrn、表面位置Zrs、表面位置Zre和表面位置Zrw的平均值作為表面位置Zrc，其中，表面位置Zrn是根據與中間像Irn對應的觀測像的位置資訊而算出，表面位置Zrs是根據與中間像Irs對應的觀測像的位置資訊而算出，表面位置Zre是根據與中間像Ire對應的觀測像的位置資訊而算出，表面位置Zrw是根據與中間像Irw對應的觀測像的位置資訊而算出。

或者，計算表面位置Zrn和表面位置Zrs的平均值或表面位置Zre和表面位置Zrw的平均值作為表面位置Zrc。然後，根據關於測定光的表面位置Zmc和關於參照光的表面位置Zrc，計算與中間像Imc的中心相對應之偵測點的得到修正了的表面位置Zvc。

通常，在利用分別排列多個要素圖案的排列圖案作為測定圖案及參照圖案，並將參照圖案的中間像的要素圖案排列在測定圖案的中間像的要素圖案附近之情況下，可根據與測定圖案的中間像的要素圖案相對應之第1觀測面上的位置資訊，計算表面位置Zm，並根據與在該測定圖案的中間像的要素圖案的附近所排列的、一個以上的參照圖案的中間像的要素圖案相對應之第2觀測面上的位置資訊，計算表面位置Zr。

而且，在第2實施例及第3實施例中，藉由使送光稜鏡3A和3B一體化，或使受光稜鏡23A和23B一體化，可避免送光縫隙Sm1～Sm5和送光縫隙Sr1～Sr5之間的位置變動及測定圖案的觀測像和參照圖案的觀測像之間的無用的位置變動，進而可進行高精度的偵測。

也可進一步推進送光稜鏡的一體化，而設置具有共同圖案面的送光構件，該共同圖案面包含設置有送光縫隙Sm1～Sm5的測定圖案面和設置有送光縫隙Sr1～Sr5的參照圖案面。同樣，也可進一步推進受光稜鏡的一體化，而設置具有共同觀測面的觀測構件，該共同觀測面包含形成有測定圖案的觀測像之第1觀測面和形成有參照圖案的觀測像之第2觀測面。

但是，在例如第2實施例的情況下，為了使感光面Wa之測定圖案的中間像Im1～Im5的要素圖案的X方向間距和參照圖案的中間像Ir1～Ir5的要素圖案的X方向間距相等，可如圖25所示，使送光構件的共同圖案面3a(圖13中的面3Aa或3Ba)上所設置之送光縫隙Sm1～Sm5的要素圖案的x5方向的間距，較送光縫隙Sr1～Sr5的要素圖案的x5方向的間距小。而且，為了使中間像Im1～Im5的要素圖案的外形和中間像Ir1～Ir5的對應的要素圖案的外形在感光面Wa上重合，可使送光縫隙Sm1～Sm5的要素圖案的x5方向的尺寸，較送光縫隙Sr1～Sr5的要素圖案的x5方向的尺寸小。

這是因為，對感光面Wa之測定光的入射角θm較參照光的入射角θr大。另外，在圖25中，是在共同圖案面3a中沿著與全體座標的Y軸平行的方向設定y5軸，在共同圖案面3a中沿著與y5軸直交的方向設定x5軸。這樣，即使在第1實施例及第3實施例中，為了使感光面Wa的測定圖案的中間像Im1～Im5的要素圖案的X方向間距和參照圖案的中間像Ir1～Ir5的要素圖案的X方向間距相等，也可使送光構件的共同圖案面3a上所設置之送光縫隙Sm1～Sm5的要素圖案的間距，較送光縫隙Sr1～Sr5的要素圖案的間距小。

在上述的各實施例中，感光面Wa上所形成的中間像的縫隙狀要素圖案的長邊方向對入射面設定為45度的朝向。但是，縫隙狀要素圖案的長邊方向對入射面並不限定於45度方向，縫隙狀要素圖案的長邊方向和入射面所形成的角度可為各種各樣的形態。特別是可將參照圖案的中間像的縫隙狀要素圖案的長邊方向的朝向，設定為與參照光的入射面平行。亦即，在利用排列有多個縫隙狀要素圖案的排列圖案作為參照圖案的情況下，也可使參照圖案的中間像的各縫隙狀要素圖案的長邊方向與參照光對感光面Wa的入射面平行。在這種情況下，可使感光面Wa的表面位置的變化(Z方向移動)所對應之參照圖案的觀測像的移動方向與其長邊方向一致，並可使根據參照圖案的觀測像的位置資訊之表面位置Zr的偵測感度實質上消除(為0)。這相當於參照光向感光面Wa的入射角θr為0的情況。

另外，在上述的實施形態中，是根據光電顯微鏡的原理(利用振動鏡的計測原理)而對被偵測面的表面位置進行偵測。但是，並不限定於此，也可利用例如圖像處理而偵測該測定圖案的觀測像及參照圖案的觀測像的各位置資訊，並根據所偵測的各位置資訊，計算被偵測面的位置。

而且，在上述實施形態中，是對曝光裝置具有單一的表面位置偵測裝置的例子進行說明，但並不限定於此，也可依據需要而利用多組表面位置偵測裝置將偵測視野進行分割。在這種情況下，也可根據第1表面位置偵測裝置的偵測視野和第2表面位置偵測裝置的偵測視野之共同的視野的偵測結果，進行各裝置的校準。

而且，在上述實施形態中，是對作為感光性基板的晶圓W之表面位置的偵測應用本發明，但並不限定於此，也可對標線R(一般為光罩)的圖案面之表面位置的偵測應用本發明。而且，在上述的實施形態中，是對曝光裝置的感光性基板之表面位置的偵測應用本發明，但並不限定於此，也可對除了曝光裝置以外的各種裝置的一般被偵測面之表面位置的偵測應用本發明。

而且，在上述實施形態中，表面位置偵測裝置是將投影光學系統PL的光軸AX附近的感光面Wa作為偵測區域DA，以偵測感光面Wa的表面位置，但也可在從光軸AX離開的位置上偵測該感光面Wa的表面位置。例如，也可與將晶圓W利用XY載台HS搬入到投影光學系統PL下的搬運路徑相對應地，配置表面位置偵測裝置，並在該搬入路徑的途中偵測該感光面Wa的表面位置，其中，晶圓W是利用未圖示的搬運裝置而載置在Z載台VS上。在這種情況下，是依據XY載台HS所形成的晶圓W的移動，偵測該感光面Wa的多個位置的表面位置，並使該多個偵測結果作為映像數據而存儲在存儲部MR中。然後，可在將標線R的圖案轉印到感光面Wa上(進行曝光)時，根據存儲部MR所存儲的映像數據，利用Z載台VS而對感光面Wa的表面位置進行位置對合。

在上述實施形態中，可取代光罩而利用可變圖案形成裝置，根據規定的電子數據而形成規定圖案。如利用這種可變圖案形成裝置，則即使圖案面成為縱置也可使對同步精度的影響為最低限度。另外，作為可變圖案形成裝置可利用DMD(digital micromirror device，數位微鏡元件)，其含有例如根據規定的電子數據而被驅動的多個反射元件。利用了DMD的曝光裝置，在例如日本專利早期公開之特開2004-304135號公報、國際專利公開之第2006/080285號手冊中有所提示。而且，除了DMD那種非發光型的反射型空間光調變器以外，還可利用透過型空間光調變器，也可利用自發光型的圖像顯示元件。另外，即使在圖案面為橫置的情況下也可利用可變圖案形成裝置。

而且，在上述的實施形態中，光源1A、聚光鏡2A、送光稜鏡3A、二色膜4、24、第2物鏡5、25、振動鏡6、第1物鏡7、27、菱形稜鏡8、28、反射鏡26、受光稜鏡23A、中繼鏡22A和光偵測器21A，作為第1偵測系統而發揮機能。亦即，第1偵測系統使來自送光縫隙Sm1～Sm5的測定光Lm入射至晶圓W的感光面Wa，在感光面Wa上投射送光縫隙Sm1～Sm5的中間像Im1～Im5，並將感光面Wa所反射的測定光Lm導向受光稜鏡23A的入射面23Aa，在該入射面23Aa上形成送光縫隙Sm1～Sm5的觀測像，且對在入射面23Aa上所形成的送光縫隙Sm1～Sm5的觀測像的位置資訊進行偵測。而且，在上述實施形態中，光源1B、聚光鏡2B、送光稜鏡3B、二色膜4、24、第2物鏡5、25、振動鏡6、第1物鏡7、27、菱形稜鏡8、28、平面鏡11、31(反射鏡構件FM)、偏角稜鏡10、30、反射鏡26、受光稜鏡23B、中繼透鏡22B和光偵測器21B，作為第2偵測系統而發揮機能。亦即，第2偵測系統使來自送光縫隙Sr1～Sr5的參照光Lr入射至晶圓W的感光面Wa，在感光面Wa上投射送光縫隙Sr1～Sr5的中間像Ir1～Ir5，並將感光面Wa所反射的參照光Lr導向受光稜鏡23B的入射面23Ba，在該入射面23Ba上形成送光縫隙Sr1～Sr5的觀測像，且對在入射面23Ba上所形成的送光縫隙Sr1～Sr5的觀測像的位置資訊進行偵測。而且，在上述實施形態中，信號處理部PR作為處理部而發揮機能。亦即，該處理部根據送光縫隙Sm1～Sm5的觀測像的位置資訊及送光縫隙Sr1～Sr5的觀測像的位置資訊，計算感光面Wa的表面位置。在這裏，第1偵測系統及第2偵測系統具有彼此共同設置的共同光學構件(第2物鏡5、25、振動鏡6、第1物鏡7、27、菱形稜鏡8、28、反射鏡26)。而且，入射感光面Wa的測定光Lm的入射角和入射感光面Wa的參照光Lr的入射角不同。

在上述實施形態的表面位置偵測裝置中，來自第1圖案的第1測定光及來自第2圖案的第2測定光經由送光光學系統，而以彼此不同的入射角入射至被偵測面。由被偵測面所反射的第1測定光及第2測定光經過受光光學系統，在第1觀測面及第2觀測面上分別形成第1圖案的觀測像及第2圖案的觀測像。因此，第2圖案的觀測像與第1圖案的觀測像同樣地，含有關於對送光光學系統及受光系統中的第1測定光和第2測定光共同的光學構件(以下稱作共同光學構件。)的變動的影響之資訊。

換言之，根據第1圖案的觀測像的位置資訊所計算之被偵測面的表面位置及根據第2圖案的觀測像的位置資訊所計算之被偵測面的表面位置，共同地包含因共同光學構件的變動所引起之表面位置的偵測誤差。因此，可利用根據第1測定光所計算出的表面位置和根據第2測定光所計算出的表面位置，計算實質上不受共同光學構件的變動的影響之得到修正的表面位置。亦即，上述實施形態的表面位置偵測裝置、曝光裝置以及元件製造方法，可不受共同光學構件的變動的影響而高精度地對被偵測面的表面位置進行偵測。

上述實施形態的曝光裝置以保持規定的機械精度、電氣精度、光學精度的形態，組裝含有本專利申請範圍所列舉的各構成要素之各種子系統而製造。為了確保它們的各種精度，可在該組裝的前後，對各種光學系統進行用於達成光學精度的調整，對各種機械系統進行用於達成機械精度的調整，對各種電氣系統進行用於達成電氣精度的調整。從各種子系統向曝光裝置的組裝步驟，包含各種子系統相互的機械連接、電氣電路的配線連接及氣壓電路的配管連接等。當然，在從這些各種子系統向曝光裝置的組裝之前，還有各子系統各自的組裝步驟。在各種子系統向曝光裝置的組裝步驟結束後，進行綜合調整，確保作為曝光裝置全體的各種精度。另外，曝光裝置的製造最好是在溫度及清潔度等得到管理之淨度中進行。

接著，對利用上述實施形態的曝光裝置之元件製造方法進行說明。圖26所示為半導體元件的製造步驟的流程圖。如圖26所示，在半導體元件的製造步驟中，是在形成半導體元件的基板之晶圓W上蒸鍍金屬膜(步驟S40)，並在該蒸鍍的金屬膜上塗敷作為感光性材料的光阻(步驟S42)。接著，利用上述實施形態的曝光裝置，將標線R上所形成的圖案轉印到晶圓W上的各照射區域(曝光區域)(步驟S44：曝光步驟)，並進行該轉印結束了的晶圓W的顯像，亦即轉印了圖案的光阻的顯像(步驟S46：顯像步驟)。然後，將利用步驟S46而在晶圓W的表面上所生成的光阻圖案，作為晶圓加工用的光罩，而對晶圓W的表面進行蝕刻等加工(步驟S48：加工步驟)。

這裏所說的光阻圖案，是產生了與上述實施形態的曝光裝置所轉印的圖案相對應的形狀的凹凸之光阻層(轉印圖案層)，且其凹部貫通光阻層。在步驟S48中，經由該光阻圖案而進行晶圓W的表面的加工。在步驟S48中所進行的加工，包含例如晶圓W的表面的蝕刻或金屬膜等的成膜的至少一項。另外，在步驟S44中，上述實施形態的曝光裝置將塗敷了光阻的晶圓W作為感光性基板，進行圖案的轉印。

圖27所示為液晶顯示元件等液晶設備的製造步驟的流程圖。如圖27所示，在液晶元件的製造步驟中，依次進行圖案形成步驟(步驟S50)、濾色器形成步驟(步驟S52)、單元組裝步驟(步驟S54)及模組組裝步驟(步驟S56)。

在步驟S50的圖案形成步驟中，是在作為感光性基板而塗敷了光阻的玻璃基板上，利用上述實施形態的投影曝光裝置，形成電路圖案及電極圖案等規定的圖案。在該圖案形成步驟中，包括：曝光步驟，其利用上述實施形態的曝光裝置，而在光阻層上轉印圖案；顯像步驟，其進行轉印了圖案的感光性基板的顯像，亦即玻璃基板上的光阻層的顯像，生成與圖案對應之形狀的光阻層(轉印圖案層)；加工步驟，其經由該顯像了的光阻層而對玻璃基板的表面進行加工。

在步驟S52的濾色器形成步驟中，形成使多個R(Red)、G(Green)、B(Blue)所對應的3個點的組呈矩陣狀排列，或使多根R、G、B的3根條狀過濾器的組沿水平掃描方向排列之濾色器。

在步驟S54的單元組裝步驟中，利用由步驟S50形成規定圖案的玻璃基板和由步驟S52形成的濾色器，組裝液晶面板(液晶單元)。具體地說，藉由在例如玻璃基板和濾色器之間注入液晶而形成液晶面板。在步驟S56的模組組裝步驟中，對步驟S54所組裝的液晶面板，安裝進行該液晶面板的顯示動作之電氣電路及背光燈等各種構件。

而且，本發明並不限定於對半導體元件或液晶元件製造用的曝光裝置的應用，也可廣泛地應用於例如電漿顯示器等顯示裝置用的曝光裝置，或用於製造攝像元件(CCD等)、微型機器、薄膜磁頭及DNA晶片等各種元件的曝光裝置。另外，本發明也可應用于利用光蝕刻步驟而製造形成有各種元件的光罩圖案之光罩(光罩、標線等)時的曝光步驟(曝光裝置)。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為准。

1、1A、1B．．．光源

2A、2B．．．聚光鏡

3、3A、3B．．．送光稜鏡

3Aa、3Ba．．．射出面

4．．．二色鏡

5．．．第2物鏡

6．．．振動鏡

7．．．第1物鏡

8．．．菱形稜鏡

8a．．．入射面

8b．．．反射面

8c．．．側面

8d．．．射出面

9．．．二色膜

10．．．偏角稜鏡

10a．．．反射面

11．．．平面鏡

21、21A、21B．．．光偵測器

21a、21Aa、21Ba．．．偵測面

22A、22B．．．中繼透鏡

23A、23B．．．受光稜鏡

23Aa、23Ba．．．入射面

24．．．二色鏡

25．．．第2物鏡

26．．．反射鏡

27．．．第1物鏡

28．．．菱形稜鏡

28a．．．入射面

28c．．．反射面

28d．．．射出面

29．．．二色膜

30．．．偏角稜鏡

30a．．．反射面

31．．．平面鏡

41、42、43．．．三角稜鏡

41a、42a、43a．．．面

42b．．．反射面

42c．．．射出面

43c．．．入射面

101．．．送光單元

102．．．受光單元

AX．．．光軸

CR．．．控制部

DA．．．偵測區域

DB．．．區域

FM．．．反射鏡構件

HS．．．XY載台

IL．．．照明系統

Im1～Im5、Ir1～Ir5、Imi、Imc、Irn、Irs、Ire、Irw．．．中間像

Lm．．．測定光

Lr．．．參照光

MR．．．存儲部

PL．．．投影光學系統

PM．．．稜鏡組裝體

PR．．．信號處理部

R．．．標線

RS‧‧‧標線載台

RSm1~RSm5、RSr1~RSr5‧‧‧受光部

Sm1~Sm5、Sr1~Sr5、Sra1~Sra5‧‧‧送光縫隙

Sma1~Sma5‧‧‧受光縫隙

Zm、Zr、Zm1~Zm5、Zr1~Zr5、Zrc、Zrn、Zrs、Zre、Zrw、Zvc‧‧‧表面位置

W‧‧‧晶圓

Wa‧‧‧晶圓表面

VD‧‧‧驅動系統

VS‧‧‧Z載台

Zr1~Zr5‧‧‧表面位置

Zv‧‧‧真表面位置

ZV3、Zr2、Zr3、Zr3’、Zm3、Zvi、Zri‧‧‧面位置

Zm‧‧‧第1表面位置

Zr‧‧‧第2表面位置

Zvc、Zmc‧‧‧表面位置

圖1所示為具有本發明的實施形態的表面位置偵測裝置之曝光裝置的構成。

圖2所示為本實施形態的第1實施例之表面位置偵測裝置的構成。

圖3所示為在測定光用的送光稜鏡的射出面上所設置之多個送光縫隙。

圖4所示為在參照光用的送光稜鏡的射出面上所設置之多個送光縫隙。

圖5所示為從送光側的菱形稜鏡到受光側的菱形稜鏡之構成。

圖6所示為沿著Z方向觀察圖5的測定光的光路及參照光的光路之圖示。

圖7所示為測定圖案的中間像和參照圖案的中間像在被偵測面上同列且同一位置排列之情況的概略圖。

圖8所示為在被偵測面上所投射的參照圖案的中間像的投射範圍和第2偏轉部的配置高度之關係。

圖9所示為在測定光用的受光稜鏡的入射面上所設置之多個受光縫隙。

圖10所示為在參照光用的受光稜鏡的入射面上所設置之多個受光縫隙。

圖11所示為在測定光用的光偵測器的偵測面上所設置之多個受光部。

圖12所示為在參照光用的光偵測器的偵測面上所設置之多個受光部。

圖13所示為關於第2實施例的表面位置偵測裝置的構成。

圖14所示為從圖13的送光側的菱形稜鏡到受光側的菱形稜鏡為止的構成。

圖15所示為沿著Z方向觀察圖14的測定光的光路及參照光的光路之圖示。

圖16所示為在第2實施例中測定圖案的中間像和參照圖案的中間像於被偵測面上平行排列之情況的概略圖。

圖17所示為在第2實施例中光偵測器的偵測面上所設置的多個受光部。

圖18所示為關於第3實施例的表面位置偵測裝置的構成。

圖19所示為從圖18的送光側的菱形稜鏡到受光側的菱形稜鏡為止的構成。

圖20為沿著Z方向觀察圖19中的測定光的光路及參照光的光路之圖示。

圖21所示為稜鏡組裝體的構成，是沿著參照光的入射面的剖面圖。

圖22所示為使測定圖案的中間像的要素圖案和參照

圖案的中間像的要素圖案，沿著一方向交互排列之例子的概略圖。

圖23所示為多個測定圖案的中間像的要素圖案和多個參照圖案的中間像的要素圖案呈矩陣狀重合排列之例子的概略圖。

圖24所示為多個測定圖案的中間像的要素圖案和多個參照圖案的中間像的要素圖案呈矩陣狀交互排列之例子的概略圖。

圖25所示為在送光構件的共同圖案面上所設置之測定光用的送光縫隙及參照光用的送光縫隙的構成例。

圖26所示為半導體元件的製造步驟的流程圖。

圖27所示為液晶元件的製造步驟的流程圖。

圖28所示為在第3實施例中測定圖案的中間像和參照圖案的中間像排列於被偵測面上之情況的概略圖。

1A、1B．．．光源

2A、2B．．．聚光鏡

3A、3B．．．送光稜鏡

3Aa、3Ba．．．射出面

4．．．二色鏡

5．．．第2物鏡

6．．．振動鏡

7．．．第1物鏡

8．．．菱形稜鏡

9．．．二色膜

10．．．偏角稜鏡

11．．．平面鏡

21A、21B．．．光偵測器

21Aa、21Ba．．．偵測面

22A、22B．．．中繼透鏡

23A、23B．．．受光稜鏡

23Aa、23Ba．．．入射面

24．．．二色鏡

25．．．第2物鏡

26．．．反射鏡

27．．．第1物鏡

28．．．菱形稜鏡

29．．．二色膜

30．．．偏角稜鏡

31．．．平面鏡

101．．．送光單元

102．．．受光單元

CR．．．控制部

FM．．．反射鏡構件

PR．．．信號處理部

W．．．晶圓

Claims (37)

1. 一種表面偵測裝置，包括：送光光學系統，使來自具有第1圖案的第1面的第1光及來自具有第2圖案的第2面的第2光，以不同的入射角入射至規定的面，並對該規定的面投射前述第1圖案的中間像及前述第2圖案的中間像；受光光學系統，將前述規定的面所反射的前述第1光及前述第2光，分別導向與前述第1面不同的第1觀測面及與前述第2面不同的第2觀測面，並在該第1觀測面上形成前述第1圖案的觀測像，且在該第2觀測面上形成前述第2圖案的觀測像；以及偵測部，偵測前述第1觀測面的前述第1圖案的觀測像及前述第2觀測面的前述第2圖案的觀測像之各位置資訊，且根據該各位置資訊而計算前述規定的面的表面位置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之表面位置偵測裝置，其中，前述送光光學系統具有：至少1個的送光側共同光學構件，對前述第1光及前述第2光共同設置著；以及送光側偏轉部，使經過了該送光側共同光學構件的前述第1光及前述第2光的至少一個進行偏轉，並使該第2光以較該第1光小的入射角入射至前述規定的面。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之表面位置偵測裝置，其中，前述送光側偏轉部包括：第1偏轉部，使經過了前述送光側共同光學構件的前述第1光及前述第2光相對偏轉，將該第1光導向前述規定的面；以及第2偏 轉部，使經過了該第1偏轉部的前述第2光偏轉，以較前述第1光小的入射角而入射至前述規定的面。
4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之表面位置偵測裝置，其中，前述第2偏轉部配置在前述規定的面的正上方。
5. 如申請專利範圍第4項所述之表面位置偵測裝置，其中，前述第2偏轉部配置在前述規定的面的前述第2圖案之中間像的正上方。
6. 如申請專利範圍第4項所述之表面位置偵測裝置，其中，前述第2偏轉部以向前述規定的面的前述第2光的入射角θ r和沿著對前述規定的面的前述第2光的入射面之前述第2圖案的中間像的投射幅面DAr為基礎，配置在由前述規定的面開始的高度Vh滿足Vh>DAr/2tan θ r之範圍中的前述規定的面側的端部附近。
7. 如申請專利範圍第3項所述之表面位置偵測裝置，其中，前述第2偏轉部使前述第2光，從與前述第1光對前述規定的面之入射面相交差的方向，入射至前述規定的面。
8. 如申請專利範圍第3項所述之表面位置偵測裝置，其中，前述第2偏轉部使前述第2光對前述規定的面的入射角中的沿著前述第1光對前述規定的面的入射面之入射角成分大致為0度，而使前述第2光入射至前述規定的面。
9. 如申請專利範圍第3項所述之表面位置偵測裝置， 其中，前述第1偏轉部具有送光側分離面，使前述第1光及前述第2光中的一個反射並使另一個透過。
10. 如申請專利範圍第9項所述之表面位置偵測裝置，其中，前述送光側分離面依據前述第1光及前述第2光的波長或偏光，而使該第1光及該第2光中的一個反射並使另一個通過。
11. 如申請專利範圍第1項所記述之表面位置偵測裝置，其中，前述受光光學系統具有：至少1個的受光側共同光學構件，對前述第1光及前述第2光共同設置著；以及受光側偏轉部，使前述規定的面所反射的前述第1光及前述第2光中的至少一個進行偏轉，並將該第1光及該第2光導向前述受光側共同光學構件。
12. 如申請專利範圍第11項所述之表面位置偵測裝置，其中，前述受光側偏轉部具有：第3偏轉部，使前述規定的面所反射的前述第2光進行偏轉；第4偏轉部，使前述規定的面所反射的前述第1光及前述第3偏轉部所偏轉的前述第2光相對地進行偏轉，導向前述受光側共同光學構件。
13. 如申請專利範圍第3項所述之表面位置偵測裝置，其中，前述受光光學系統具有：至少一個受光側共同光學構件，對前述第1光及前述第2光共同設置著；第3偏轉部，使前述規定的面所反射的前述第2光偏轉；以及第4偏轉部，使前述規定的面所反射的前述第1光及前述第3偏轉部所偏轉的前述第2光相對地進行偏轉，導向前 述受光側共同光學構件；而且，前述第3偏轉部配置在前述第2偏轉部的附近。
14. 如申請專利範圍第13項所述之表面位置偵測裝置，其中，前述第3偏轉部與前述第2偏轉部一體配置。
15. 如申請專利範圍第12項所述之表面位置偵測裝置，其中，前述第4偏轉部具有受光側合成面，使前述第1光及前述第2光中的一個進行反射並使另一個透過。
16. 如申請專利範圍第15項所述之表面位置偵測裝置，其中，前述受光側合成面依據前述第1光及前述第2光的波長或偏光，使該第1光及該第2光中的一個反射並使另一個透過。
17. 如申請專利範圍第2項所述之表面位置偵測裝置，其中，前述送光光學系統具有送光側合成部，將從彼此不同的方向所入射的前述第1光及前述第2光導向前述送光側共同光學構件。
18. 如申請專利範圍第11項所述之表面位置偵測裝置，前述受光光學系統具有受光側分離部，使經過了前述受光側共同光學構件的前述第1光及前述第2光相對地進行偏轉，將該第1光導向前述第1觀測面，且將該第2光導向前述第2觀測面。
19. 如申請專利範圍第1項所述之表面位置偵測裝置，其中，前述第1圖案及前述第2圖案為分別排列有多個要素圖案的排列圖案，前述送光光學系統使前述第1圖案的中間像和前述第 2圖案的中間像在前述規定的面上平行地排列。
20. 如申請專利範圍第19項所述之表面位置偵測裝置，其中，前述送光光學系統使前述第1圖案的中間像的要素圖案和前述第2圖案的中間像的要素圖案在前述規定的面上同列排列。
21. 如申請專利範圍第20項所述之表面位置偵測裝置，其中，前述送光光學系統使前述第1圖案的中間像中的至少1個要素圖案和前述第2圖案的中間像中的至少1個要素圖案排列在前述規定的面上的同一位置上。
22. 如申請專利範圍第20項所述之表面位置偵測裝置，其中，前述送光光學系統使前述第1圖案的中間像的要素圖案和前述第2圖案的中間像的要素圖案，在一個以上的要素圖案的每一個上交互排列。
23. 如申請專利範圍第19項所述之表面位置偵測裝置，其中，前述送光光學系統使前述第1圖案的中間像及前述第2圖案的中間像，沿著前述第1光對前述規定的面之入射面而排列。
24. 如申請專利範圍第1項所述之表面位置偵測裝置，其中，前述第2圖案為排列有多個縫隙狀要素圖案的排列圖案，前述送光光學系統使前述第2圖案的中間像之前述縫隙狀要素圖案的長邊方向，與前述第2光對前述規定的面之入射面平行。
25. 如申請專利範圍第1項所述之表面位置偵測裝 置，其中，前述偵測部根據前述第1觀測面的前述第1圖案的觀測像之位置資訊，計算前述規定的面的第1表面位置Zm，根據前述第2觀測面的前述第2圖案的觀測像之位置資訊，計算前述規定的面的第2表面位置Zr，並使前述第1光向前述規定的面的入射角為θ m，前述第2光向前述規定的面的入射角為θ r，根據Zv=(Zm-Zr)/(1-sin θ r/sin θ m)的式而計算出前述規定的面的第3面位置Zv。
26. 如申請專利範圍第25項所述之表面位置偵測裝置，其中，前述第2圖案為排列多個要素圖案的排列圖案，前述偵測部根據前述第2圖案的觀測像的多個要素圖案所對應的位置資訊，計算前述第2表面位置Zr。
27. 如申請專利範圍第25項所述之表面位置偵測裝置，其中，前述第1圖案及前述第2圖案是分別排列有多個要素圖案的排列圖案，前述送光光學系統在前述規定的面上，使前述第2圖案的中間像的要素圖案排列在前述第1圖案的中間像之要素圖案的附近，前述偵測部根據與前述第1圖案的中間像的要素圖案相對應之前述第1圖案的觀測像的位置資訊，計算前述第1表面位置Zm，並根據前述第2圖案的觀測像的位置資訊，計算前述第2表面位置Zr，前述第2圖案的觀測像的位置資訊是與該第1圖案的中間像的要素圖案附近所配置 之一個以上的前述第2圖案的中間像的要素圖案相對應。
28. 如申請專利範圍第27項所述之表面位置偵測裝置，其中，前述偵測部根據前述第2圖案的觀測像的位置資訊而計算前述第2表面位置Zr，該前述第2圖案的觀測像的位置資訊是與挾持前述第1圖案的中間像的要素圖案之多個前述第2圖案的中間像的要素圖案相對應。
29. 一種表面位置偵測裝置，包括：第1偵測系統，使來自具有第1圖案的第1面的第1光入射至規定的面，並在該規定的面上投射前述第1圖案的中間像，且將在前述規定的面上所反射的前述第1光導向與前述第1面不同的第1觀測面，並在該第1觀測面上形成前述第1圖案的觀測像，且偵測前述第1觀測面的前述第1圖案之觀測像的位置資訊；第2偵測系統，使來自具有第2圖案的第2面的第2光入射至前述規定的面，並在該規定的面上投射前述第2圖案的中間像，且將在前述規定的面上所反射的前述第2光導向與前述第2面不同的第2觀測面，並在該第2觀測面上形成前述第2圖案的觀測像，且偵測前述第2觀測面的前述第2圖案之觀測像的位置資訊；以及處理部，根據前述第1圖案的觀測像的位置資訊及前述第2圖案的觀測像的位置資訊，計算前述規定的面的表面位置；而且，前述第1偵測系統及第2偵測系統具有彼此共同設置的至少一個共同光學構件， 入射至前述規定的面的前述第1光的入射角和入射至前述規定的面的前述第2光的入射角不同。
30. 一種曝光裝置，為一種將光罩載臺上所載置的光罩的圖案，轉印到基板載台所載置的感光性基板上之曝光裝置，包括：如申請專利範圍第1項~第29項中任一項所述的表面位置偵測裝置，對前述感光性基板的感光面及前述光罩的圖案面的至少一個的表面位置進行偵測；以及位置對合機構，根據前述表面位置偵測裝置的偵測結果，進行前述基板載台及前述光罩載台的相對的位置對合。
31. 如申請專利範圍第30項所述之曝光裝置，其中，具有平面驅動機構，使前述基板載台向沿著前述感光面的方向移動；前述表面位置偵測裝置依據前述平面驅動機構所造成的前述基板載台的移動，而對前述感光面的多個位置的表面位置進行偵測。
32. 如申請專利範圍第30項所述之的曝光裝置，其中，前述平面驅動機構使前述光罩載台向沿著前述圖案面的方向移動，前述表面位置偵測裝置依據前述平面驅動機構所造成的前述光罩載台的移動，對前述圖案面的多個位置的表面位置進行偵測。
33. 如申請專利範圍第31項所述之曝光裝置，其中，具有存儲部，將前述表面位置偵測裝置的多個偵測結果作 為映像數據而存儲。
34. 如申請專利範圍第32項所述之曝光裝置，其中，具有存儲部，將前述表面位置偵測裝置的多個偵測結果作為映像數據而存儲。
35. 一種表面位置偵測方法，為一種計算規定的面的表面位置之表面位置偵測方法，包括：使來自具有第1圖案的第1面的第1光及來自具有第2圖案的第2面的第2光，以不同的入射角入射至規定的面，並在該規定的面上投射前述第1圖案的中間像及前述第2圖案的中間像；將前述規定的面所反射的前述第1光及前述第2光分別導向與前述第1面不同的第1觀測面及與前述第2面不同的第2觀測面，並在該第1觀測面上形成前述第1圖案的觀測像，且在第2觀測面上形成前述第2圖案的觀測像；偵測前述第1觀測面的前述第1圖案的觀測像及前述第2觀測面的前述第2圖案的觀測像之各位置資訊，並根據該各位置資訊而計算前述規定的面的表面位置。
36. 一種表面位置偵測方法，為一種計算規定的面的表面位置之表面位置偵測方法，包括：使來自具有第1圖案的第1面的第1光入射至前述規定的面，並在該規定的面上投射前述第1圖案的中間像，且將前述規定的面所反射的前述第1光導向與前述第1面不同的第1觀測面，以在該第1觀測面上形成前述第1圖案的觀測像，且偵測前述第1觀測面的前述第1圖案之觀 測像的位置資訊；使來自具有第2圖案的第2面的第2光入射至前述規定的面，並在該規定的面上投射前述第2圖案的中間像，且將前述規定的面所反射的前述第2光導向與前述第2面不同的第2觀測面，並在該第2觀測面上形成前述第2圖案的觀測像，且偵測前述第2觀測面的前述第2圖案之觀測像的位置資訊；根據前述第1圖案的觀測像的位置資訊及前述第2圖案的觀測像的位置資訊，計算前述規定的面的表面位置；而且，前述第1偵測系統及第2偵測系統分別使前述第1光和前述第2光經由彼此共同設置的至少1個共同光學構件，且入射至前述規定的面的前述第1光的入射角和入射至前述規定的面的前述第2光的入射角不同。
37. 一種元件製造方法，包括：利用申請專利範圍第30項~34項中任一項所述的曝光裝置，將前述圖案轉印到前述感光性基板上；根據前述圖案，對轉印了前述圖案的前述感光性基板進行加工。