WO2013168457A1 - 面位置計測装置、面位置計測方法、露光装置、およびデバイス製造方法 - Google Patents

面位置計測装置、面位置計測方法、露光装置、およびデバイス製造方法 Download PDF

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WO2013168457A1
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measurement
pattern
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detection
substrate
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PCT/JP2013/055915
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康弘 日高
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株式会社ニコン
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/0002—Lithographic processes using patterning methods other than those involving the exposure to radiation, e.g. by stamping

Definitions

  • the present invention relates to a surface position measuring apparatus, a surface position measuring method, an exposure apparatus, and a device manufacturing method for measuring the surface position of a substrate.
  • the projection optical system In an exposure apparatus that projects and exposes a pattern formed on a mask onto a photosensitive substrate via a projection optical system, the projection optical system has a relatively shallow depth of focus, and the exposed surface (surface: transfer) of the photosensitive substrate. The surface) may not be flat. For this reason, in the exposure apparatus, it is necessary to accurately align the surface of the photosensitive substrate with respect to the image plane (imaging plane) of the projection optical system.
  • an oblique incidence type surface position measuring apparatus As an apparatus for measuring the surface position of the photosensitive substrate (surface position of the exposed surface) along the optical axis direction of the projection optical system, for example, an oblique incidence type surface position measuring apparatus is known (see Patent Document 1). ).
  • an image of a slit is projected from an oblique direction onto the surface of a photosensitive substrate as a test surface, and an image of the slit formed by light reflected from the test surface is measured.
  • Position information is detected, and the surface position of the photosensitive substrate is measured based on the position information.
  • the surface of the photosensitive substrate is affected by the interference of measurement light caused by a transparent film formed on the surface of the process wafer as the photosensitive substrate. It is difficult to accurately measure the position. Measurement errors due to measurement light interference in reflection on the substrate can be suppressed to some extent by optimizing the light source spectrum, but it is difficult to measure the surface position of the substrate with sufficiently high accuracy.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and oblique incidence that can measure the surface position of a substrate with high accuracy while suppressing measurement errors caused by measurement light interference in reflection on the substrate.
  • An object of the present invention is to provide a surface position measuring apparatus and a surface position measuring method for a mold.
  • the present invention also provides an exposure apparatus capable of aligning the exposed surface of a photosensitive substrate with high accuracy, for example, with respect to a projection optical system, using a surface position measurement device that measures the surface position of the substrate with high accuracy It is another object of the present invention to provide a device manufacturing method.
  • the surface position measuring device for measuring the surface position of the substrate in the surface position measuring device for measuring the surface position of the substrate, The first measurement beam from the first pattern and the second measurement beam from the second pattern are obliquely incident on the measurement region on the substrate, and the intermediate image of the first pattern and the middle of the second pattern are incident on the measurement region.
  • a light transmission system for forming an image;
  • the first measurement beam reflected by the substrate is guided to a first detection surface to form an image of the first pattern on the first detection surface, and the direction of the light beam of the second measurement beam reflected by the substrate
  • a light receiving system for changing the wavelength for each wavelength and guiding it to a second detection surface to form a spectral image of the second pattern on the second detection surface;
  • a surface position measuring apparatus comprising: a detection system that detects an image of the first pattern on the first detection surface and a spectral image of the second pattern on the second detection surface.
  • a light transmission system that obliquely enters a measurement beam from the measurement pattern into the measurement region on the substrate and forms an intermediate image of the measurement pattern in the measurement region; and A part of the measurement beam reflected by the substrate is guided to a first detection surface to form an image of the measurement pattern on the first detection surface, and another part of the measurement beam reflected by the substrate is formed.
  • a light receiving system that changes the direction of the light beam for each wavelength and guides it to the second detection surface to form a spectral image of the measurement pattern on the second detection surface;
  • a surface position measuring apparatus comprising: a detection system that detects an image of the measurement pattern on the first detection surface and a spectral image of the measurement pattern on the second detection surface.
  • a light transmission system that obliquely enters the measurement area on the substrate with the first measurement beam and the second measurement beam through a common objective optical system, and forms the first measurement pattern and the second measurement pattern in the measurement area; , The first measurement beam reflected by the substrate is guided to a first detection surface to form an image of the first measurement pattern on the first detection surface, and the second measurement beam reflected by the substrate is sent to the first detection surface.
  • a light receiving system that leads to a second detection surface different from the one detection surface and forms an image of the second measurement pattern on the second detection surface;
  • a surface position measuring apparatus comprising: a detection system that detects an image of the first measurement pattern on the first detection surface and a spectral image of the second measurement pattern on the second detection surface.
  • a light transmission system that obliquely enters a measurement beam on the measurement region on the substrate and forms a measurement pattern in the measurement region; A part of the measurement beam reflected by the substrate is guided to a first detection surface to form an image of the measurement pattern on the first detection surface, and another part of the measurement beam reflected by the substrate is formed.
  • a light receiving system that leads to a second detection surface different from the first detection surface and forms an image of the measurement pattern on the second detection surface;
  • a surface position measuring apparatus comprising: a detection system that detects an image of the measurement pattern on the first detection surface and a spectral image of the measurement pattern on the second detection surface.
  • the first measurement beam from the first pattern and the second measurement beam from the second pattern are obliquely incident on the measurement region on the substrate, and the intermediate image of the first pattern and the middle of the second pattern are incident on the measurement region.
  • a surface position measuring method comprising: detecting an image of the first pattern on the first detection surface and a spectral image of the second pattern on the second detection surface.
  • the surface position measuring method for measuring the surface position of the substrate Making a measurement beam from the measurement pattern obliquely incident on the measurement region on the substrate to form an intermediate image of the measurement pattern in the measurement region; A part of the measurement beam reflected by the substrate is guided to a first detection surface to form an image of the measurement pattern on the first detection surface, and another part of the measurement beam reflected by the substrate is formed. Changing the direction of the light beam for each wavelength and guiding it to the second detection surface to form a spectral image of the measurement pattern on the second detection surface;
  • the present invention provides a surface position measurement method comprising detecting an image of the measurement pattern on the first detection surface and a spectral image of the measurement pattern on the second detection surface.
  • a surface position measuring device for detecting the surface position of the exposed surface of the substrate;
  • An exposure apparatus comprising: an alignment unit for aligning an exposed surface of the substrate with a predetermined surface based on a measurement result of the surface position measurement apparatus.
  • the eighth embodiment using the exposure apparatus of the seventh embodiment, exposing the predetermined pattern to the substrate; Developing the substrate to which the predetermined pattern is transferred, and forming a mask layer having a shape corresponding to the predetermined pattern on the surface of the substrate; And processing the surface of the substrate through the mask layer.
  • a device manufacturing method is provided.
  • the oblique incidence type surface position measuring device and the surface position measuring method according to the embodiment it is possible to measure the surface position of the substrate with high accuracy while suppressing measurement errors due to interference of measurement light in reflection on the substrate. it can.
  • the exposure surface of the photosensitive substrate is aligned with high accuracy with respect to the projection optical system by using the surface position measurement device that measures the surface position of the substrate with high accuracy. can do.
  • FIG. 1 shows schematically the structure of the exposure apparatus provided with the surface position measuring apparatus concerning 1st Example of embodiment. It is the 1st figure showing roughly the composition of the surface position measuring device concerning the 1st example. It is a 2nd figure which shows schematically the structure of the surface position measuring apparatus concerning 1st Example. It is a figure which shows roughly the several light transmission slit provided in the output surface of the light transmission prism, and the slit for spectroscopic measurement. It is a figure which shows typically a mode that the intermediate image of several light transmission slits, and the intermediate image of the slit for spectral measurements are formed on a wafer.
  • FIG. 1 is a drawing schematically showing a configuration of an exposure apparatus including a surface position measuring apparatus according to a first example of the embodiment.
  • the Z axis is in the direction of the optical axis AX of the projection optical system PL
  • the X axis is parallel to the paper surface of FIG. 1 in a plane perpendicular to the optical axis AX, and in the plane perpendicular to the optical axis AX.
  • the Y axis is set perpendicular to the paper surface.
  • the surface position measuring apparatus of the present invention is applied to the measurement of the surface position of the photosensitive substrate onto which the pattern is transferred in the exposure apparatus.
  • FIG. 2 and 3 are diagrams schematically showing the configuration of the surface position measuring apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a side view of the configuration from the condenser lens 12 to the photodetector 21 as viewed along the Y direction.
  • the optical path from the light transmitting prism 13 to the wafer W and the optical path from the wafer W to the light receiving prism 23 are developed linearly.
  • FIG. 3 is a plan view of the configuration from the light transmitting prism 13 to the light receiving prism 23 as viewed along the Z direction. 2 and 3, the vibration mirror 15, the incident prisms 17 and 27, and the mirror 25 are not shown.
  • the exposure apparatus shown in FIG. 1 includes an illumination system IL that illuminates a mask (reticle) M on which a predetermined pattern is formed by illumination light (exposure light) emitted from an exposure light source (not shown). .
  • the mask M is held parallel to the XY plane on the mask stage MS.
  • the mask stage MS can be moved two-dimensionally along the XY plane by the action of a drive system (not shown), and its position coordinates are measured and controlled by a mask interferometer (not shown). It is configured.
  • the light transmitted through the mask M forms an image of the pattern of the mask M on the surface Wa (exposed surface) Wa of the wafer W, which is a photosensitive substrate, via the projection optical system PL.
  • the wafer W is held in parallel with the XY plane on the Z stage VS.
  • the Z stage VS is attached to an XY stage HS that moves along an XY plane parallel to the image plane of the projection optical system PL.
  • the Z stage VS operates by the action of the drive system VD in accordance with an instruction from the control unit CR, and adjusts the focus position (position in the Z direction) and the tilt angle (tilt of the surface of the wafer W with respect to the XY plane).
  • the Z stage VS is provided with a moving mirror (not shown), and a wafer interferometer (not shown) using this moving mirror is used to move the Z stage VS in the X direction, the Y direction, and the rotation direction around the Z axis. Is measured in real time, and the measurement result is output to the controller CR.
  • the XY stage HS is placed on a base (not shown). The XY stage HS is operated by the action of the drive system HD in accordance with an instruction from the controller CR, and adjusts the position of the wafer W in the X direction, the Y direction, and the rotational direction around the Z axis.
  • the image formation surface by the projection optical system PL is centered for each exposure to each exposure region. It is necessary to align the current exposure region within the range of the depth of focus. For that purpose, after accurately measuring the position along the optical axis AX of each point in the current exposure region, that is, the surface position of the current exposure region, the leveling of the Z stage VS (wafer W) is performed based on the measurement result. It is necessary to adjust the tilt angle; level out) and move in the Z direction, thereby leveling the wafer W and moving in the Z direction. Therefore, the exposure apparatus of FIG. 1 includes a surface position measuring device for measuring the surface position of the exposure region.
  • measurement light is supplied from the light source 11 through a light guide (not shown) to the surface position measurement apparatus of the first embodiment.
  • a light guide (not shown) to the surface position measurement apparatus of the first embodiment.
  • the surface of a wafer W that is a substrate to be tested is covered with a thin film such as a resist. Therefore, in order to reduce the influence of interference due to this thin film, a light emitting diode that supplies light of a wavelength band having a weak photosensitivity to the resist (for example, illumination light having a wavelength width of 600 to 900 nm) is used as the light source 11. it can.
  • a white light source with a wide wavelength width for example, a halogen lamp that supplies illumination light with a wavelength width of 600 to 900 nm, a xenon light source that supplies illumination light with a similar band, etc.
  • the light from the light source 11 enters the light transmission prism 13 through the condenser lens 12.
  • the light transmission prism 13 deflects the light from the condenser lens 12 toward the subsequent second objective lens 14 by refraction.
  • a plurality of light transmitting slits e.g., eight light transmitting slits are illustrated in FIG. 4
  • Sm and spectral measurement slits Ss arranged as shown in FIG. 4 are provided. It has been.
  • the exit surface 13a is also provided with a direction discrimination slit, a tracking slit, and the like as required.
  • the direction discriminating slit and the tracking slit By using the direction discriminating slit and the tracking slit, even when the wafer W is greatly displaced in the Z direction, the direction in which the wafer W is misaligned is correctly determined, and a plurality of light transmitting slits are individually provided. Can be recognized correctly.
  • the y1 axis is set in the direction parallel to the Y axis on the exit surface 13a
  • the x1 axis is set in the direction orthogonal to the y1 axis on the exit surface 13a.
  • the light transmission slit Sm is, for example, a rectangular (slit-shaped) light transmission portion that is elongated in the y1 direction.
  • the plurality of light transmission slits Sm are arranged at a predetermined pitch along the x1 direction.
  • the spectroscopic measurement slit Ss is a band-shaped (slit-shaped) light transmission portion that is arranged at an interval in the y1 direction from the plurality of light transmission slits Sm and extends elongated along the x1 direction.
  • a region other than the light transmission slit Sm and the spectroscopic measurement slit Ss is a light shielding portion.
  • Various modifications can be made to the shape, number, arrangement, etc. of the light transmission slits constituting the light transmission pattern.
  • the light that has passed through the light-sending pattern made up of the plurality of light-sending slits Sm and the light that has passed through the spectroscopic measurement pattern made up of the slits Ss for spectroscopic measurement are the second objective lens 14, the vibrating mirror 15 as scanning means, and the first The light enters the epi-illumination prism 17 through the objective lens 16.
  • the second objective lens 14 and the first objective lens 16 are arranged between the intermediate image of the plurality of light transmission slits Sm and the spectral measurement slit Ss on the surface Wa of the wafer W located in the vicinity of the image plane of the projection optical system PL. Form an image.
  • the vibrating mirror 15 is disposed at the front focal position of the first objective lens 14 and is configured to be rotatable around the Y axis as indicated by an arrow in FIG.
  • the epi-illumination prism 17 is a columnar prism member having a parallelogram-shaped cross section along the XZ plane and extending in the Y direction.
  • the light incident on the incident prism 17 is internally reflected twice and then exits from the incident prism 17 and enters the measurement area DA on the surface Wa of the wafer W from an oblique direction along the XZ plane.
  • the incident angle of light on the surface Wa is set to a large angle of, for example, 80 degrees or more and less than 90 degrees.
  • the intermediate image Im of the light transmission pattern and the intermediate image Is of the spectroscopic measurement pattern are projected onto the measurement area DA on the surface Wa. That is, a plurality of slit-shaped intermediate images Im extending in the Y direction are formed in the measurement area DA corresponding to the plurality of light transmission slits Sm constituting the light transmission pattern.
  • a strip-shaped intermediate image Is extending in the X direction is formed corresponding to the spectroscopic measurement slit Ss.
  • the measurement area DA is an area formed at the outer edge of an aggregate of a plurality of intermediate images Im and one intermediate image Is (or an area circumscribing the plurality of intermediate images Im and one intermediate image Is).
  • the center of Im corresponds to a measurement point (measurement position) in the measurement area DA.
  • the light transmitting prism 13 is a deflection prism having an exit surface 13a optically conjugate with the surface Wa of the wafer W and an entrance surface non-parallel to the exit surface 13a, and includes a plurality of light transmitting slits Sm.
  • the spectroscopic measurement pattern including the light transmission pattern and the spectroscopic measurement slit Ss is formed on the exit surface 13a.
  • the light transmission pattern composed of the plurality of light transmission slits Sm is configured to form a plurality of slit-shaped intermediate images Im spaced apart along the X direction in the measurement area DA.
  • the spectroscopic measurement pattern including the spectroscopic measurement slits Ss is configured to form a strip-shaped intermediate image Is extending in the X direction in the measurement area DA.
  • the second objective lens 14 and the first objective lens 16 constitute a light transmission side imaging optical system that forms a surface optically conjugate with the exit surface 13 a of the light transmission prism 13 on the surface Wa of the wafer W. .
  • the condenser lens 12, the light transmission prism 13, the second objective lens 14, the vibrating mirror 15, the first objective lens 16, and the incident light prism 17 are light from a light transmission pattern (first pattern) including a plurality of light transmission slits Sm.
  • first pattern a plurality of light transmission slits Sm.
  • second measurement beam the light from the spectroscopic measurement pattern (second pattern) including the spectroscopic slit Ss are incident obliquely on the measurement area DA on the surface Wa of the wafer W
  • a light transmission system for forming the intermediate image Im of the light transmission pattern and the intermediate image Is of the spectral measurement pattern in the measurement area DA is configured.
  • the light reflected by the surface Wa of the wafer W enters the epi-illumination prism 27.
  • the epi-prism 27 is disposed at a position symmetrical to the epi-prism 17 with respect to the YZ plane including the optical axis AX and has a symmetric configuration. Therefore, the light incident on the epi-prism 27 is reflected from the epi-prism 27 after being internally reflected twice.
  • the light emitted from the incident light prism 27 enters the light receiving prism 23 after passing through the first objective lens 26, the mirror 25, and the second objective lens 24.
  • the first objective lens 26, the mirror 25, and the second objective lens 24 are arranged at positions symmetrical to the first objective lens 16, the vibrating mirror 15, and the second objective lens 14, respectively, with respect to the YZ plane including the optical axis AX.
  • the mirror 25 is fixedly installed.
  • the light receiving prism 23 is disposed at a position symmetrical to the light transmitting prism 13 with respect to the YZ plane including the optical axis AX, for example, and has a symmetrical configuration.
  • On the incident surface 23a of the light receiving prism 23 (the surface corresponding to the exit surface 13a of the light transmitting prism 13), as shown in FIG. 6, one opening Sma provided corresponding to the plurality of light transmitting slits Sm and A single opening Ssa provided corresponding to the spectroscopic measurement slit Ss is provided.
  • the y2 axis is set in the direction parallel to the Y axis on the incident surface 23a
  • the x2 axis is set in the direction orthogonal to the y2 axis on the incident surface 23a.
  • the openings Sma and Ssa are band-like light transmission portions that are elongated in the x2 direction, and regions other than the openings Sma and Ssa are light shielding portions.
  • the opening Sma has a shape and a size optically corresponding to a rectangle circumscribing the plurality of light transmission slits Sm, and is disposed at a position optically corresponding to the plurality of light transmission slits Sm.
  • the opening Ssa has a shape and a size optically corresponding to the spectroscopic measurement slit Ss, and is disposed at a position optically corresponding to the spectroscopic measurement slit Ss.
  • a light transmission pattern image Im2 including a plurality of light transmission slits Sm is formed inside the opening Sma. Inside the opening Ssa, an image Is2 of a spectroscopic measurement pattern composed of spectroscopic measurement slits Ss is formed. Light that has passed through the openings Sma and Ssa by forming a light transmission pattern image Im2 and a spectroscopic measurement pattern image Is2 on the incident surface 23a is deflected by a predetermined angle and then emitted from the light receiving prism 23.
  • FIG. 7 is an enlarged view of a configuration between the incident surface of the light receiving prism and the detection surface of the photodetector. Referring to FIG. 7, in the optical path of the light from the image Is2 of the spectroscopic measurement pattern between the light receiving prism 23 and the front lens group 22a of the relay optical system 22, the direction of the incident light beam varies depending on the wavelength.
  • a direct-view prism 28 that exits to is disposed.
  • the direct viewing prism 28 is disposed in the vicinity of the light receiving prism 23 so as to act only on the light from the image Is2 of the spectroscopic measurement pattern.
  • the light that has passed through the opening Sma after forming the image Im2 of the light transmission pattern on the incident surface 23a is not subjected to the spectral action of the direct-view prism 28, but via the relay optical system 22, as shown in FIG.
  • the conjugate image Im3 of the light transmission pattern image Im2 is formed in the first region of the detection surface 21a of the photodetector 21. That is, the relay optical system 22 optically conjugates the incident surface 23 a of the light receiving prism 23 and the detection surface 21 a of the photodetector 21.
  • the y3 axis is set in the direction parallel to the Y axis on the detection surface 21a
  • the x3 axis is set in the direction orthogonal to the y3 axis on the detection surface 21a.
  • the light that forms the spectral measurement pattern image Is2 on the incident surface 23a and passes through the opening Ssa is subjected to the spectral action of the direct-view prism 28, and then detected by the photodetector 21 via the relay optical system 22.
  • a spectral image Is3 corresponding to the spectral measurement pattern image Is2 is formed in the second region of the surface 21a.
  • the spectral image Is3 has a shape obtained by enlarging the conjugate image of the spectral measurement pattern image Is2 only in the y3 direction.
  • the wavelength of light forming the spectral image Is3 changes along the y3 direction.
  • the light receiving prism 23 is a deflecting prism having an incident surface 23a optically conjugate with the surface Wa of the wafer W and an exit surface non-parallel to the incident surface 23a.
  • the first objective lens 26 and the second objective lens 24 constitute a light-receiving-side imaging optical system that forms a surface optically conjugate with the surface Wa of the wafer W on the incident surface 23 a of the light-receiving prism 23.
  • the relay optical system 22 (22a, 22b) constitutes a re-imaging optical system in which the incident surface 23a of the light receiving prism 23 and the detection surface 21a of the photodetector 21 are optically conjugate.
  • the incident prism 27, the first objective lens 26, the mirror 25, the second objective lens 24, the light receiving prism 23, the relay optical system 22 (22 a, 22 b), and the direct-view prism 28 are transmitted light reflected by the surface Wa of the wafer W.
  • Light from the pattern (first measurement beam) is guided to the first region of the detection surface 21a to form a conjugate image Im3 of the light transmission pattern, and light from the spectroscopic pattern reflected by the surface Wa (second measurement beam)
  • the light receiving system for forming the spectral image Is3 of the spectroscopic measurement pattern is configured by changing the direction of the light beam for each wavelength and guiding it to the second region of the detection surface 21a.
  • the conjugate image Im3 of each light transmission slit Sm moves in the x3 direction on the detection surface 21a of the photodetector 21 as the surface Wa of the wafer W moves in the Z direction.
  • the conjugate image Im3 of the light transmission slit Sm is formed at a predetermined position on the detection surface 21a in a state where the surface Wa of the wafer W coincides with the image surface of the projection optical system PL. It is configured to be.
  • the detection signal of the photodetector 21 changes in synchronization with the vibration of the vibrating mirror 15 and is supplied to the signal processing unit PR.
  • the conjugate image Im3 of the light transmission slit Sm formed on the detection surface 21a of the photodetector 21 is obtained.
  • the position shift occurs in the x3 direction (pitch direction) according to the amount of movement of the surface Wa.
  • the conjugate image Im3 of each light transmission slit Sm based on the output of the photodetector 21.
  • Position deviation amount position information
  • the surface position (Z direction position) of each measurement point in the measurement area DA is obtained based on the detected position deviation amount.
  • measurement light (first measurement beam) from a light transmission pattern including a plurality of light transmission slits Sm is caused by a transparent film or the like formed on the surface Wa of the wafer W.
  • first measurement beam measurement light
  • the transparent film 42 is formed on the base 41
  • the measurement light 43 incident on the transparent film 42 at an incident angle ⁇ is reflected by the transparent film 42.
  • the intensity and phase of the combined reflected light 46 formed by the interference with the reflected light 45 on the base 41 are determined by the intensity ratio and phase difference between the surface reflected light 44 and the base reflected light 45.
  • the phase difference ⁇ between the surface reflected light 44 and the synthesized reflected light 46 changes depending on the incident angle ⁇ .
  • the surface reflected light on the transparent film 42 and the ground reflected light on the ground 41 are different from the wavefront 47 in the case of only the surface reflected light on the transparent film 42.
  • the surface position measured based on the positional deviation amount of the conjugate image Im3 of each light transmission slit Sm includes a measurement error due to interference of measurement light in reflection on the surface of the process wafer. Yes.
  • n 1.5
  • the spectral reflectance of the reflected light 53 obtained with respect to the p-polarized measuring light obliquely incident on the dielectric transparent film 52 at an incident angle of 86 degrees and the surface position caused by the interference of the measuring light.
  • a first simulation was performed for measurement errors.
  • FIG. 12 is a diagram showing the wavelength characteristics of the spectral reflectance obtained in the first simulation.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating the differential wavelength characteristic of the spectral reflectance obtained in the first simulation.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating wavelength characteristics of measurement errors obtained in the first simulation.
  • the results obtained when the film thickness is 100 nm, 200 nm, 300 nm, 400 nm, and 500 nm are indicated by reference numerals 61, 62, 63, 64, and 65, respectively.
  • the incident angle A second simulation was performed on the spectral reflectance of the reflected light 53 obtained with respect to the s-polarized measurement light obliquely incident on the dielectric transparent film 52 at 86 degrees and the measurement error of the surface position caused by the interference of the measurement light. .
  • FIG. 15 is a diagram showing the wavelength characteristic of the spectral reflectance obtained in the second simulation.
  • FIG. 16 is a diagram showing the differential wavelength characteristic of the spectral reflectance obtained in the second simulation.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating wavelength characteristics of measurement errors obtained in the second simulation. 15 to 17, the results obtained when the film thickness is 100 nm, 200 nm, 300 nm, 400 nm, and 500 nm are indicated by reference numerals 61, 62, 63, 64, and 65, respectively.
  • the incident angle A third simulation was performed on the spectral reflectance of the reflected light 53 obtained with respect to the p-polarized measurement light obliquely incident on the dielectric transparent film 52 at 86 degrees and the measurement error of the surface position caused by the interference of the measurement light. .
  • FIG. 18 is a diagram showing the wavelength characteristics of the spectral reflectance obtained in the third simulation.
  • FIG. 19 is a diagram showing the differential wavelength characteristic of the spectral reflectance obtained in the third simulation.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating wavelength characteristics of measurement errors obtained in the third simulation. 18 to 20, the results obtained when the film thickness is 100 nm, 200 nm, 300 nm, 400 nm, and 500 nm are indicated by reference numerals 61, 62, 63, 64, and 65, respectively.
  • the incident angle A fourth simulation was performed on the spectral reflectance of the reflected light 53 obtained with respect to the s-polarized measurement light obliquely incident on the dielectric transparent film 52 at 86 degrees and the measurement error of the surface position caused by the interference of the measurement light. .
  • FIG. 21 is a diagram showing the wavelength characteristic of the spectral reflectance obtained in the fourth simulation.
  • FIG. 22 is a diagram illustrating a differential wavelength characteristic of the spectral reflectance obtained in the fourth simulation.
  • FIG. 23 is a diagram illustrating wavelength characteristics of measurement errors obtained in the fourth simulation. 21 to 23, the results obtained when the film thickness is 100 nm, 200 nm, 300 nm, 400 nm, and 500 nm are indicated by reference numerals 61, 62, 63, 64, and 65, respectively.
  • the wavelength characteristic of the spectral reflectance is the wavelength-intensity characteristic obtained from the detection result of the spectral image Is3 in the first embodiment, that is, the change in the intensity of the spectral image Is3 along the y3 direction at a desired x3 direction position ( This is nothing but a change depending on the wavelength.
  • the conjugate image Im3 of the light transmission pattern and the spectral image Is3 of the spectral measurement pattern formed on the detection surface 21a of the photodetector 21 are detected, and the detection result of the conjugate image Im3 and the spectral image Is3 are detected.
  • the surface position corrected for the measurement error caused by the interference of the measurement light from the light transmission pattern on the process wafer is obtained on the basis of the detection result of the above. Specifically, the surface position obtained from the detection result of the conjugate image Im3 is corrected based on the wavelength-intensity characteristics obtained from the detection result of the spectral image Is3.
  • the measurement results of the corrected surface positions at a plurality of points in the measurement area DA are supplied to, for example, a storage unit MR provided inside the control unit CR of the exposure apparatus.
  • the controller CR supplies a command to the drive system HD, and moves the XY stage HS (and thus the wafer W) stepwise in the X direction and the Y direction.
  • the surface position measuring apparatus measures the corrected surface positions of a plurality of points in the new measurement area DA on the surface Wa of the wafer W, and supplies the measurement result to the storage unit MR.
  • the surface position measuring apparatus measures surface positions at a plurality of points distributed over the entire surface Wa of the wafer W in accordance with the step movement of the XY stage HS by the drive system HD.
  • the step movement of the wafer W in the Y direction is performed as many times as necessary.
  • a plurality of measurement results of the surface position measuring apparatus that is, information regarding the surface positions at the plurality of measurement points is stored as map data in the storage unit MR.
  • the control unit CR determines the Z stage VS according to the position along the XY plane of the XY stage HS.
  • the Z-direction position is adjusted by a required amount, and the current exposure area of the wafer W is aligned with the image plane position (best focus position) of the projection optical system PL. That is, the controller CR supplies a command to the drive system VD according to the current exposure area, and moves the Z stage VS (and thus the wafer W) by a required amount along the Z direction.
  • the wafer W is fixed with respect to the fixedly installed apparatus while changing the relative positional relationship with the surface Wa of the wafer W that is the test substrate.
  • the surface position of the surface Wa is measured while moving the XY stage HS holding the step.
  • the photodetector 21 and the signal processing unit PR include the conjugate image Im3 of the light transmission pattern formed in the first region of the detection surface 21a and the spectroscopic measurement pattern formed in the second region of the detection surface 21a.
  • a detection system for detecting the spectral image Is3 is configured.
  • the detection system (21, PR) detects the conjugate image Im3 of the light transmission pattern and the spectral image Is3 of the spectroscopic measurement pattern, and based on the detection result of the conjugate image Im3 and the detection result of the spectral image Is3, The surface position corrected for the measurement error due to the interference of the measurement light is obtained.
  • the detection system (21, PR) corrects the surface position obtained from the detection result of the conjugate image Im3 based on the wavelength-intensity characteristics obtained from the detection result of the spectral image Is3.
  • the surface position of the wafer W can be measured with high accuracy while suppressing measurement errors due to measurement light interference in reflection on the wafer W. .
  • the surface to be exposed of the wafer W is aligned with high precision with respect to the projection optical system PL by using the surface position measuring apparatus that measures the surface position of the wafer W with high precision. Therefore, it is possible to perform projection exposure.
  • the direct-view prism 28 is disposed in the optical path between the light receiving prism 23 and the front lens group 22a.
  • the present invention is not limited to this, and it is also possible to arrange a direct-view prism in the optical path between the wafer W and the photodetector 21 and at a position that acts only on the light from the intermediate image Is of the spectroscopic measurement pattern. it can.
  • a direct-view prism 28 can be disposed between the rear lens group 22b and the photodetector 21 in the optical path of light from the image Is2 of the spectroscopic measurement pattern. .
  • the direct-view prism 28 is disposed in the vicinity of the photodetector 21 so as to act only on the light from the image Is2 of the spectroscopic measurement pattern.
  • other appropriate spectroscopic elements can be used instead of the direct-view prism.
  • FIG. 25 is a diagram schematically showing a main part configuration of the surface position measuring apparatus according to the second embodiment, and corresponds to FIG. 7 of the first embodiment.
  • the second embodiment has a configuration similar to that of the first embodiment of FIG.
  • the Wollaston prism 29 is provided in the optical path of the light from the image Is2 of the spectroscopic measurement pattern between the rear lens group 22b and the photodetector 21. This is different from the first embodiment. Therefore, in FIG. 25, elements having the same functions as the components shown in FIG. Hereinafter, the configuration and operation of the second embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment.
  • the Wollaston prism 29 is a polarizing prism that generates two linearly polarized light whose polarization directions are orthogonal to each other from incident light, that is, p-polarized light and s-polarized light. Therefore, also in the second embodiment, the light that has passed through the opening Sma after forming the light transmission pattern image Im2 on the incident surface 23a of the light receiving prism 23 is separated by the spectral action of the direct-view prism 28 and the polarization separation of the Wollaston prism 29. As shown in FIG. 26, the conjugate image Im3 of the light transmission pattern image Im2 is formed in the first region of the detection surface 21a of the photodetector 21 through the relay optical system 22 without being affected.
  • the p-polarized light generated through the Wollaston prism 29 forms a p-polarized spectral image Is3p corresponding to the spectral measurement pattern image Is2 in the third region of the detection surface 21a of the photodetector 21.
  • the p-polarized spectral image Is3p and the s-polarized spectral image Is3s have a shape obtained by enlarging the conjugate image of the spectral measurement pattern image Is2 only in the y3 direction.
  • the wavelengths of light forming the p-polarized spectral image Is3p and the s-polarized spectral image Is3s change along the y3 direction.
  • the conjugate image Im3 of the light transmission pattern formed in the first region of the detection surface 21a and the spectroscopic measurement pattern formed in the second region of the detection surface 21a are detected. Then, based on the detection result of the conjugate image Im3 and the detection results of the spectral images Is3p and Is3s, the surface position corrected for the measurement error caused by the interference of the measurement light from the light transmission pattern is obtained.
  • the surface position obtained from the detection result of the conjugate image Im3 is corrected based on the wavelength-intensity characteristics obtained from the detection results of the spectral images Is3p and Is3s.
  • the surface position measuring apparatus of the second embodiment it is possible to measure the surface position of the wafer W with high accuracy while suppressing measurement errors due to measurement light interference in reflection on the wafer W.
  • the direct-view prism 28 is disposed in the optical path between the light receiving prism 23 and the front lens group 22a, and the Wollaston prism is disposed in the optical path between the rear lens group 22b and the photodetector 21. 29 is arranged.
  • the present invention is not limited to this, and the direct-view prism and the Wollaston prism are disposed in the optical path between the wafer W and the photodetector 21 at a position that acts only on the light from the intermediate image Is of the spectroscopic measurement pattern. It can also be arranged.
  • a direct-view prism 28 is arranged in the optical path between the rear lens group 22b and the photodetector 21, and Wollaston is in the optical path between the light receiving prism 23 and the front lens group 22a.
  • a prism 29 can be arranged.
  • the direct view prism 28 is disposed in the vicinity of the photodetector 21 and the Wollaston prism 29 is disposed in the vicinity of the light receiving prism 23 so as to act only on the light from the image Is2 of the spectroscopic measurement pattern.
  • a polarizing prism that generates a plurality of measurement beams having different polarization directions from incident light can be used. More generally, instead of the Wollaston prism 29, a polarization separation element that generates a plurality of measurement beams having different polarization states from incident light can be used.
  • FIG. 27 is a first diagram schematically showing a main configuration of the surface position measuring apparatus according to the third embodiment, and corresponds to FIG. 7 of the first embodiment.
  • FIG. 28 is a second diagram schematically showing the main configuration of the surface position measuring apparatus according to the third embodiment, corresponding to FIG. 2 of the first embodiment.
  • FIG. 29 is a third diagram schematically illustrating the main configuration of the surface position measuring apparatus according to the third embodiment, corresponding to FIG. 3 of the first embodiment.
  • the third embodiment has a configuration similar to that of the first embodiment of FIG.
  • the diffraction grating 30 is disposed in the vicinity of the pupil position of the relay optical system 22 in that only the light transmission pattern is used without using the spectroscopic measurement pattern, and the rear lens group 22b and the light
  • positioned the p polarizing plate 31a and the s polarizing plate 31b in the optical path between the detectors 21 is different from 1st Example. Accordingly, in FIGS. 27 to 29, elements having the same functions as those shown in FIGS. 2, 3, and 7 are denoted by the same reference numerals as those in FIGS.
  • the configuration and operation of the third embodiment will be described with a focus on differences from the first embodiment.
  • only a plurality of light transmission slits Sm arranged at a predetermined pitch along the x1 direction are provided on the exit surface 13a of the light transmission prism 13, for example, as shown in FIG.
  • the light (measurement beam) that has passed through the light transmission pattern (measurement pattern) made up of the plurality of light transmission slits Sm passes through the second objective lens 14, the first objective lens 16, and the incident prism 17 as shown in FIG.
  • intermediate images Im of the plurality of light transmission slits Sm are formed in the measurement area DA on the surface Wa of the wafer W.
  • the light reflected by the surface Wa of the wafer W enters the light receiving prism 23 after passing through the epi-illumination prism 27, the first objective lens 26, the cylindrical lens 32, and the second objective lens 24.
  • a light transmission pattern image Im2 'composed of a plurality of light transmission slits Sm is formed on the incident surface 23a of the light receiving prism 23, as shown in FIG. 32.
  • the light transmission pattern image Im ⁇ b> 2 ′ has a shape in which the intermediate image Im of the light transmission pattern is relatively elongated in the y ⁇ b> 2 direction by the action of the cylindrical lens 32.
  • the incident surface 23a is provided with a strip-shaped opening Sma 'that extends along the x2 direction so as to cross the central region along the y2 direction of the image Im2' of the light transmission pattern.
  • the light passing through the opening Sma 'after forming the light transmission pattern image Im2' on the incident surface 23a is deflected by a predetermined angle and then emitted from the light receiving prism 23.
  • the light (measurement beam) emitted from the light receiving prism 23 enters the diffraction grating 30 disposed near the pupil position of the relay optical system 22 via the front lens group 22a.
  • the diffraction grating 30 generates a zero-order measurement beam, a + 1st-order measurement beam, and a ⁇ 1st-order measurement beam from the incident measurement beam.
  • the measurement beam of the zero-order light passes through the rear lens group 22b and enters the first region (the central region in the y3 direction) of the detection surface 21a of the photodetector 21 at the opening Sma ′.
  • a conjugate image Im30 that is a part of the light transmission pattern image Im2 ′ formed on the inner side is formed.
  • the measurement beam of + 1st order light (or -1st order light) is given a different diffraction angle for each wavelength by the diffraction grating 30 and then enters the p-polarizing plate 31a via the rear lens group 22b.
  • the measurement beam of the + 1st order light is transmitted to the second region of the detection surface 21a (the region on the ⁇ y3 direction side of the first region), and is a part of the light transmission pattern image Im2 ′ formed inside the opening Sma ′.
  • the p-polarized spectral image Im3p of the part is formed.
  • the measurement beam of ⁇ 1st order light (or + 1st order light) is incident on the s-polarizing plate 31b via the rear lens group 22b after the diffraction grating 30 imparts different diffraction angles to the light beams by the diffraction grating 30. To do.
  • the measurement beam of ⁇ 1st order light is transmitted to the third region of the detection surface 21a (the region on the + y3 direction side of the first region), and is a part of the light transmission pattern image Im2 ′ formed inside the opening Sma ′.
  • S-polarized spectral image Im3s of the portion is formed.
  • the p-polarized spectroscopic image Im3p and the s-polarized spectroscopic image Im3s have a shape obtained by enlarging the image Im30 formed by the zero-order light measurement beam only in the y3 direction by the spectral action of the diffraction grating 30.
  • the wavelengths of light forming the p-polarized spectral image Im3p and the s-polarized spectral image Im3s change along the y3 direction.
  • the polarized spectral image Im3s and the p-polarized spectral image Im3p of the light transmission pattern formed in the third region of the detection surface 21a are detected.
  • the surface position corrected for the measurement error caused by the interference of the measurement light from the light transmission pattern is obtained. That is, the surface position obtained from the detection result of the conjugate image Im30 is corrected based on the wavelength-intensity characteristics obtained from the detection results of the spectral images Im3p and Im3s.
  • the surface position measuring apparatus of the third embodiment it is possible to measure the surface position of the wafer W with high accuracy while suppressing measurement errors due to measurement light interference in reflection on the wafer W.
  • the p-polarizing plate acts only on the measurement beam of + 1st order light (or ⁇ 1st order light), and the s polarizing plate is applied only on the measurement beam of ⁇ 1st order light (or + 1st order light). So that the dimension of the opening Sma ′ in the y2 direction is kept small.
  • the image Im2 ′ of the light transmission pattern is configured to be elongated in the y2 direction by the action of the cylindrical lens 32, the light in the Y direction (non-measurement direction) in the intermediate image Im.
  • Information can be included in the light passing through the aperture Sma ′ and thus in the light forming the image Im30, the spectral images Im3p, Im3s.
  • the installation of the cylindrical lens 32 can be omitted. Further, the installation of the p polarizing plate 31a and the s polarizing plate 31b can be omitted.
  • a grating, a one-dimensional diffusion plate, or the like can be used.
  • a plurality of polarizing plates that generate a plurality of measurement beams having different polarization directions from incident light can be used. More generally, instead of the p-polarizing plate 31a and the s-polarizing plate 31b, a plurality of polarization separation elements that generate a plurality of measurement beams having different polarization states from incident light can be used.
  • the photodetector 21 has a single photoelectric detection surface 21a.
  • the present invention is not limited to this.
  • the light transmission pattern image Im3 may be formed on the first detection surface, and the spectral image Is3 of the spectroscopic measurement pattern may be formed on the second detection surface.
  • the light transmission pattern image Im3 may be formed on the first detection surface, and the spectral images Is3p and Is3s of the spectral measurement pattern may be formed at different positions on the second detection surface.
  • the light transmission pattern image Im30 may be formed on the first detection surface, and the light transmission pattern spectral images Im3p and Im3s may be formed at different positions on the second detection surface.
  • the exposure apparatus is a scanning stepper.
  • the present invention is not limited to this, and the above embodiment may be applied to a stationary exposure apparatus such as a stepper.
  • the above-described embodiment can also be applied to a step-and-stitch reduction projection exposure apparatus that synthesizes a shot area and a shot area.
  • the above embodiment is disclosed in, for example, US Pat. No. 6,590,634, US Pat. No. 5,969,441, US Pat. No. 6,208,407, and the like.
  • the present invention can also be applied to a multi-stage type exposure apparatus having a plurality of wafer stages.
  • an exposure including a measurement stage including a measurement member for example, a reference mark and / or a sensor
  • the above embodiment can also be applied to an apparatus.
  • the exposure apparatus is a dry-type exposure apparatus that exposes the wafer W without using liquid (water)
  • the present invention is not limited thereto, and, for example, European Patent Application Publication No. 1420298.
  • Immersion space including an optical path of illumination light between a projection optical system and a wafer as disclosed in Japanese Patent Application No. WO 2004/055803, US Pat. No. 6,952,253, and the like can also be applied to an exposure apparatus that exposes a wafer with illumination light through a projection optical system and a liquid in an immersion space.
  • the present invention can also be applied to an AF sensor of an immersion type exposure apparatus disclosed in, for example, US Patent Publication No. 2011/0096315.
  • the projection optical system of the exposure apparatus of the above embodiment may be not only a reduction system but also an equal magnification and an enlargement system, and the projection optical system may be not only a refraction system but also a reflection system or a catadioptric system.
  • the projected image may be an inverted image or an erect image.
  • the illumination light IL is not limited to ArF excimer laser light (wavelength 193 nm), but may be ultraviolet light such as KrF excimer laser light (wavelength 248 nm) or vacuum ultraviolet light such as F 2 laser light (wavelength 157 nm). good.
  • ultraviolet light such as KrF excimer laser light (wavelength 248 nm) or vacuum ultraviolet light such as F 2 laser light (wavelength 157 nm).
  • vacuum ultraviolet light for example, erbium.
  • a harmonic which is amplified by a fiber amplifier doped with (or both erbium and ytterbium) and wavelength-converted into ultraviolet light using a nonlinear optical crystal may be used.
  • the illumination light IL of the exposure apparatus is not limited to light having a wavelength of 100 nm or more, and light having a wavelength of less than 100 nm may be used.
  • the above-described embodiment can be applied to an EUV exposure apparatus that uses EUV (Extreme Ultraviolet) light in a soft X-ray region (for example, a wavelength region of 5 to 15 nm).
  • EUV Extreme Ultraviolet
  • the above embodiment can be applied to an exposure apparatus that uses charged particle beams such as an electron beam or an ion beam.
  • the present invention is applied to the measurement of the surface position of the wafer W as the photosensitive substrate.
  • the present invention is not limited to this, and the measurement of the surface position of the pattern surface of the mask is not limited thereto.
  • the present invention can also be applied.
  • the present invention is applied to the measurement of the surface position of the photosensitive substrate in the exposure apparatus.
  • the present invention is not limited to this, and general inspections in various apparatuses other than the exposure apparatus are possible.
  • the present invention can also be applied to the measurement of the surface position of a surface.
  • variable pattern forming apparatus that forms a predetermined pattern based on predetermined electronic data
  • a variable pattern forming apparatus for example, a spatial light modulation element including a plurality of reflection elements driven based on predetermined electronic data can be used.
  • An exposure apparatus using a spatial light modulation element is disclosed in, for example, US Patent Publication No. 2007/0296936.
  • a transmissive spatial light modulator may be used, or a self-luminous image display element may be used.
  • an exposure apparatus (lithography system) that forms a line-and-space pattern on a wafer W by forming interference fringes on the wafer W.
  • the above embodiment can also be applied.
  • two reticle patterns are synthesized on a wafer via a projection optical system, and 1 on the wafer by one scanning exposure.
  • the above embodiment can also be applied to an exposure apparatus that performs double exposure of two shot areas almost simultaneously.
  • the exposure apparatus of the above-described embodiment is manufactured by assembling various subsystems including the respective constituent elements recited in the claims of the present application so as to maintain predetermined mechanical accuracy, electrical accuracy, and optical accuracy. Is done.
  • various optical systems are adjusted to achieve optical accuracy
  • various mechanical systems are adjusted to achieve mechanical accuracy
  • various electrical systems are Adjustments are made to achieve electrical accuracy.
  • the assembly process from the various subsystems to the exposure apparatus includes mechanical connection, electrical circuit wiring connection, pneumatic circuit piping connection and the like between the various subsystems. Needless to say, there is an assembly process for each subsystem before the assembly process from the various subsystems to the exposure apparatus. When the assembly process of the various subsystems to the exposure apparatus is completed, comprehensive adjustment is performed to ensure various accuracies as the entire exposure apparatus.
  • the exposure apparatus may be manufactured in a clean room where the temperature, cleanliness, etc. are controlled.
  • FIG. 34 is a flowchart showing a manufacturing process of a semiconductor device.
  • a metal film is vapor-deposited on a wafer W to be a semiconductor device substrate (step S40), and a photoresist, which is a photosensitive material, is applied on the vapor-deposited metal film.
  • Step S42 the pattern formed on the mask (reticle) M is transferred to each shot area on the wafer W (step S44: exposure process), and the wafer W after the transfer is completed.
  • Development that is, development of the photoresist to which the pattern has been transferred (step S46: development process).
  • step S48 processing step.
  • the resist pattern is a photoresist layer in which unevenness having a shape corresponding to the pattern transferred by the projection exposure apparatus of the above-described embodiment is generated, and the recess penetrates the photoresist layer. It is.
  • the surface of the wafer W is processed through this resist pattern.
  • the processing performed in step S48 includes, for example, at least one of etching of the surface of the wafer W or film formation of a metal film or the like.
  • the projection exposure apparatus of the above-described embodiment performs pattern transfer using the wafer W coated with the photoresist as the photosensitive substrate, that is, the plate P.
  • FIG. 35 is a flowchart showing a manufacturing process of a liquid crystal device such as a liquid crystal display element.
  • a pattern formation process step S50
  • a color filter formation process step S52
  • a cell assembly process step S54
  • a module assembly process step S56
  • step S50 a predetermined pattern such as a circuit pattern and an electrode pattern is formed on the glass substrate coated with a photoresist as the plate P using the projection exposure apparatus of the above-described embodiment.
  • the pattern forming step includes an exposure step of transferring the pattern to the photoresist layer using the projection exposure apparatus of the above-described embodiment, and development of the plate P on which the pattern is transferred, that is, development of the photoresist layer on the glass substrate. And a developing step for generating a photoresist layer having a shape corresponding to the pattern, and a processing step for processing the surface of the glass substrate through the developed photoresist layer.
  • a large number of sets of three dots corresponding to R (Red), G (Green), and B (Blue) are arranged in a matrix or three R, G, and B
  • a color filter is formed by arranging a plurality of stripe filter sets in the horizontal scanning direction.
  • a liquid crystal panel liquid crystal cell
  • a liquid crystal panel is assembled using the glass substrate on which the predetermined pattern is formed in step S50 and the color filter formed in step S52.
  • a liquid crystal panel is formed by injecting liquid crystal between a glass substrate and a color filter.
  • various components such as an electric circuit and a backlight for performing the display operation of the liquid crystal panel are attached to the liquid crystal panel assembled in step S54.
  • the present invention is not limited to application to an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor device, for example, an exposure apparatus for a display device such as a liquid crystal display element formed on a square glass plate or a plasma display, It can also be widely applied to an exposure apparatus for manufacturing various devices such as an image sensor (CCD or the like), a micromachine, a thin film magnetic head, and a DNA chip. Furthermore, the present invention can also be applied to an exposure process (exposure apparatus) when manufacturing a mask (photomask, reticle, etc.) on which mask patterns of various devices are formed using a photolithography process.
  • an exposure apparatus for manufacturing a semiconductor device for example, an exposure apparatus for a display device such as a liquid crystal display element formed on a square glass plate or a plasma display
  • various devices such as an image sensor (CCD or the like), a micromachine, a thin film magnetic head, and a DNA chip.
  • the present invention can also be applied to an exposure process (exposure apparatus) when manufacturing a mask (photomask,

Landscapes

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

　基板での反射における計測光の干渉に起因する計測誤差を小さく抑えて、基板の面位置を高精度に計測する。基板の面位置を計測する面位置計測装置は、第１パターンからの第１測定ビームおよび第２パターンからの第２測定ビームを基板上の計測領域に斜入射させて、該計測領域に第１パターンの中間像および第２パターンの中間像を形成する送光系と、基板で反射された第１測定ビームを第１検出面へ導いて該第１検出面に第１パターンの像を形成し、基板で反射された第２測定ビームの光線の向きを波長毎に変えて第２検出面へ導いて該第２検出面に第２パターンの分光像を形成する受光系と、第１検出面における第１パターンの像および第２検出面における第２パターンの分光像を検出する検出系とを備えている。

Description

面位置計測装置、面位置計測方法、露光装置、およびデバイス製造方法
　本発明は、基板の面位置を計測する面位置計測装置、面位置計測方法、露光装置、およびデバイス製造方法に関する。
　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投影露光する露光装置においては、投影光学系の焦点深度が比較的浅く、感光性基板の被露光面（表面：転写面）が平坦でない場合もある。このため、露光装置では、投影光学系の像面（結像面）に対する感光性基板の表面の位置合わせを正確に行う必要がある。
　投影光学系の光軸方向に沿った感光性基板の面位置（被露光面の面位置）を計測する装置として、例えば斜入射型の面位置計測装置が知られている（特許文献１を参照）。この斜入射型の面位置計測装置では、被検面としての感光性基板の表面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計測する。
米国特許第６，８９７，４６２号明細書
　従来の斜入射型の面位置計測装置を露光装置に適用した場合、感光性基板としてのプロセスウェハの表面に形成された透明膜などに起因する計測光の干渉の影響により、感光性基板の面位置を正確に計測することが困難である。基板での反射における計測光の干渉に起因する計測誤差は、光源スペクトルの最適化によりある程度抑えられるが、基板の面位置を十分に高い精度で計測することは困難である。
　本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、基板での反射における計測光の干渉に起因する計測誤差を小さく抑えて、基板の面位置を高精度に計測することのできる斜入射型の面位置計測装置および面位置計測方法を提供することを目的とする。また、本発明は、基板の面位置を高精度に計測する面位置計測装置を用いて、例えば投影光学系に対して感光性基板の被露光面を高精度に位置合わせすることのできる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。
　前記課題を解決するために、第１形態では、基板の面位置を計測する面位置計測装置において、
　第１パターンからの第１測定ビームおよび第２パターンからの第２測定ビームを前記基板上の計測領域に斜入射させて、該計測領域に前記第１パターンの中間像および前記第２パターンの中間像を形成する送光系と、
　前記基板で反射された前記第１測定ビームを第１検出面へ導いて該第１検出面に前記第１パターンの像を形成し、前記基板で反射された前記第２測定ビームの光線の向きを波長毎に変えて第２検出面へ導いて該第２検出面に前記第２パターンの分光像を形成する受光系と、
　前記第１検出面における前記第１パターンの像および前記第２検出面における前記第２パターンの分光像を検出する検出系とを備えていることを特徴とする面位置計測装置を提供する。
　第２形態では、基板の面位置を計測する面位置計測装置において、
　計測パターンからの測定ビームを前記基板上の計測領域に斜入射させて、該計測領域に前記計測パターンの中間像を形成する送光系と、
　前記基板で反射された前記測定ビームの一部を第１検出面へ導いて該第１検出面に前記計測パターンの像を形成し、前記基板で反射された前記測定ビームの別の一部の光線の向きを波長毎に変えて第２検出面へ導いて該第２検出面に前記計測パターンの分光像を形成する受光系と、
　前記第１検出面における前記計測パターンの像および前記第２検出面における前記計測パターンの分光像を検出する検出系とを備えていることを特徴とする面位置計測装置を提供する。
　第３形態では、基板の面位置を計測する面位置計測装置において、
　共通の対物光学系を介して第１測定ビームおよび第２測定ビームを前記基板上の計測領域に斜入射させて、該計測領域に第１計測パターンおよび第２計測パターンを形成する送光系と、
　前記基板で反射された前記第１測定ビームを第１検出面へ導いて該第１検出面に前記第１計測パターンの像を形成し、前記基板で反射された前記第２測定ビームを前記第１検出面とは異なる第２検出面へ導いて該第２検出面に前記第２計測パターンの像を形成する受光系と、
　前記第１検出面における前記第１計測パターンの像および前記第２検出面における前記第２計測パターンの分光像を検出する検出系とを備えていることを特徴とする面位置計測装置を提供する。
　第４形態では、基板の面位置を計測する面位置計測装置において、
　測定ビームを前記基板上の計測領域に斜入射させて、該計測領域に計測パターンを形成する送光系と、
　前記基板で反射された前記測定ビームの一部を第１検出面へ導いて該第１検出面に前記計測パターンの像を形成し、前記基板で反射された前記測定ビームの別の一部を前記第１検出面とは異なる第２検出面へ導いて該第２検出面に前記計測パターンの像を形成する受光系と、
　前記第１検出面における前記計測パターンの像および前記第２検出面における前記計測パターンの分光像を検出する検出系とを備えていることを特徴とする面位置計測装置を提供する。
　第５形態では、基板の面位置を計測する面位置計測方法において、
　第１パターンからの第１測定ビームおよび第２パターンからの第２測定ビームを前記基板上の計測領域に斜入射させて、該計測領域に前記第１パターンの中間像および前記第２パターンの中間像を形成することと、
　前記基板で反射された前記第１測定ビームを第１検出面へ導いて該第１検出面に前記第１パターンの像を形成し、前記基板で反射された前記第２測定ビームの光線の向きを波長毎に変えて第２検出面へ導いて該第２検出面に前記第２パターンの分光像を形成することと、
　前記第１検出面における前記第１パターンの像および前記第２検出面における前記第２パターンの分光像を検出することとを含むことを特徴とする面位置計測方法を提供する。
　第６形態では、基板の面位置を計測する面位置計測方法において、
　計測パターンからの測定ビームを前記基板上の計測領域に斜入射させて、該計測領域に前記計測パターンの中間像を形成することと、
　前記基板で反射された前記測定ビームの一部を第１検出面へ導いて該第１検出面に前記計測パターンの像を形成し、前記基板で反射された前記測定ビームの別の一部の光線の向きを波長毎に変えて第２検出面へ導いて該第２検出面に前記計測パターンの分光像を形成することと、
　前記第１検出面における前記計測パターンの像および前記第２検出面における前記計測パターンの分光像を検出することとを含むことを特徴とする面位置計測方法を提供する。
　第７形態では、所定のパターンを基板に露光する露光装置において、
　前記基板の被露光面の面位置を検出するための第１形態乃至第４形態のうちいずれかの面位置計測装置と、
　前記面位置計測装置の計測結果に基づいて、前記基板の被露光面を所定面に対して位置合わせするための位置合わせ部とを備えていることを特徴とする露光装置を提供する。
　第８形態では、第７形態の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記基板に露光することと、
　前記所定のパターンが転写された前記基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記基板の表面に形成することと、
　前記マスク層を介して前記基板の表面を加工することと、を含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。
　実施形態にかかる斜入射型の面位置計測装置および面位置計測方法では、基板での反射における計測光の干渉に起因する計測誤差を小さく抑えて、基板の面位置を高精度に計測することができる。また、本発明の一態様にしたがう露光装置では、基板の面位置を高精度に計測する面位置計測装置を用いて、投影光学系に対して感光性基板の被露光面を高精度に位置合わせすることができる。
実施形態の第１実施例にかかる面位置計測装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。 第１実施例にかかる面位置計測装置の構成を概略的に示す第１の図である。 第１実施例にかかる面位置計測装置の構成を概略的に示す第２の図である。 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および分光計測用スリットを概略的に示す図である。 複数の送光スリットの中間像および分光計測用スリットの中間像がウェハ上に形成される様子を模式的に示す図である。 複数の送光パターンの像および分光計測用スリットの像が受光プリズムの入射面に形成される様子を模式的に示す図である。 受光プリズムの入射面と光検出器の検出面との間の構成の拡大図である。 複数の送光パターンの共役像および分光計測用スリットの分光像が光検出器の検出面に形成される様子を模式的に示す図である。 合成反射光の強度および位相が表面反射光と下地反射光との強度比および位相差によって決まることを説明する図である。 透明膜での表面反射光だけの場合の波面に対して合成反射光の波面が傾斜する様子を示す図である。 各シミュレーションにおける反射面構造および入射条件を説明する図である。 第１のシミュレーションで得られた分光反射率の波長特性を示す図である。 第１のシミュレーションで得られた分光反射率の微分の波長特性を示す図である。 第１のシミュレーションで得られた計測誤差の波長特性を示す図である。 第２のシミュレーションで得られた分光反射率の波長特性を示す図である。 第２のシミュレーションで得られた分光反射率の微分の波長特性を示す図である。 第２のシミュレーションで得られた計測誤差の波長特性を示す図である。 第３のシミュレーションで得られた分光反射率の波長特性を示す図である。 第３のシミュレーションで得られた分光反射率の微分の波長特性を示す図である。 第３のシミュレーションで得られた計測誤差の波長特性を示す図である。 第４のシミュレーションで得られた分光反射率の波長特性を示す図である。 第４のシミュレーションで得られた分光反射率の微分の波長特性を示す図である。 第４のシミュレーションで得られた計測誤差の波長特性を示す図である。 直視プリズムの配置にかかる変形例を示す図である。 第２実施例にかかる面位置計測装置の要部構成を概略的に示す図である。 第２実施例において複数の送光パターンの共役像および分光計測用スリットの分光像が光検出器の検出面に形成される様子を模式的に示す図である。 第３実施例にかかる面位置計測装置の要部構成を概略的に示す第１の図である。 第３実施例にかかる面位置計測装置の要部構成を概略的に示す第２の図である。 第３実施例にかかる面位置計測装置の要部構成を概略的に示す第３の図である。 第３実施例において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概略的に示す図である。 第３実施例において複数の送光スリットの中間像がウェハ上に形成される様子を模式的に示す図である。 第３実施例において複数の送光パターンの像が受光プリズムの入射面に形成される様子を模式的に示す図である。 第３実施例において複数の送光パターンの共役像および分光像が光検出器の検出面に形成される様子を模式的に示す図である。 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。 液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。
　以下、実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、実施形態の第１実施例にかかる面位置計測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、光軸ＡＸに垂直な面内において図１の紙面に垂直にＹ軸を設定している。各実施例では、露光装置においてパターンが転写される感光性基板の面位置の計測に対して本発明の面位置計測装置を適用している。
　図２および図３は、第１実施例にかかる面位置計測装置の構成を概略的に示す図である。図２は、コンデンサーレンズ１２から光検出器２１までの構成をＹ方向に沿って見た側面図である。図２では、送光プリズム１３からウェハＷまでの光路、およびウェハＷから受光プリズム２３までの光路を直線状に展開している。図３は、送光プリズム１３から受光プリズム２３までの構成をＺ方向に沿って見た平面図である。図２および図３では、振動ミラー１５、落射プリズム１７，２７、およびミラー２５の図示を省略している。
　図１に示す露光装置は、露光用の光源（不図示）から射出された照明光（露光光）により、所定のパターンが形成されたマスク（レチクル）Ｍを照明する照明系ＩＬを備えている。マスクＭは、マスクステージＭＳ上においてＸＹ平面に平行に保持されている。マスクステージＭＳ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、その位置座標はマスク干渉計（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。
　マスクＭを透過した光は、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Ｗａ（被露光面）Ｗａ上にマスクＭのパターンの像を形成する。ウェハＷは、ＺステージＶＳ上においてＸＹ平面と平行に保持されている。ＺステージＶＳは、投影光学系ＰＬの像面と平行なＸＹ平面に沿って移動するＸＹステージＨＳに取り付けられている。ＺステージＶＳは、制御部ＣＲからの指示に従って駆動系ＶＤの作用により動作し、ウェハＷのフォーカス位置（Ｚ方向の位置）および傾斜角（ＸＹ平面に対するウェハＷの表面の傾き）を調整する。
　ＺステージＶＳには移動鏡（不図示）が設けられ、この移動鏡を用いるウェハ干渉計（不図示）が、ＺステージＶＳのＸ方向の位置、Ｙ方向の位置、およびＺ軸廻りの回転方向の位置をリアルタイムに計測し、計測結果を制御部ＣＲに出力する。ＸＹステージＨＳは、ベース（不図示）上に載置されている。ＸＹステージＨＳは、制御部ＣＲからの指示にしたがって駆動系ＨＤの作用により動作し、ウェハＷのＸ方向の位置、Ｙ方向の位置、およびＺ軸廻りの回転方向の位置を調整する。
　マスクＭのパターン面上に設けられた回路パターンをウェハＷの表面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計測した後に、その計測結果に基づいて、ＺステージＶＳのレベリング（ウェハＷの傾斜角の調整；水平出し）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方向の移動を行う必要がある。そこで、図１の露光装置は、露光領域の面位置を計測するための面位置計測装置を備えている。
　図１を参照すると、第１実施例の面位置計測装置には、例えば光源１１からライトガイド（不図示）などを介して計測光が供給される。一般に、被検基板であるウェハ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１１として、レジストに対する感光性の弱い波長帯の光（たとえば、波長幅が６００～９００ｎｍの照明光）を供給する発光ダイオードを用いることができる。また、光源１１として、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）を用いることもできる。
　光源１１からの光は、コンデンサーレンズ１２を介して、送光プリズム１３に入射する。送光プリズム１３は、コンデンサーレンズ１２からの光を、屈折作用により後続の第２対物レンズ１４に向かって偏向させる。送光プリズム１３の射出面１３ａには、例えば図４に示すように配列された複数の送光スリット（図４では８つの送光スリットを例示する）Ｓｍと、分光計測用スリットＳｓとが設けられている。射出面１３ａには、必要に応じて、方向弁別用スリット、トラッキング用スリットなども設けられている。方向弁別用スリットおよびトラッキング用スリットを用いることにより、ウェハＷがＺ方向に大きく位置ずれしている場合にも、ウェハＷが位置ずれしている方向を正しく判断し、複数の送光スリットを個別に正しく認識することができる。
　図４では、射出面１３ａにおいてＹ軸に平行な方向にｙ１軸を、射出面１３ａにおいてｙ１軸と直交する方向にｘ１軸を設定している。送光スリットＳｍは、例えばｙ１方向に細長く延びる矩形状（スリット状）の光透過部である。複数の送光スリットＳｍは、ｘ１方向に沿って所定のピッチで配列されている。分光計測用スリットＳｓは、複数の送光スリットＳｍからｙ１方向に間隔を隔てて配置されて、ｘ１方向に沿って細長く延びる帯状（スリット状）の光透過部である。射出面１３ａにおいて、送光スリットＳｍおよび分光計測用スリットＳｓ以外の領域は遮光部である。なお、送光パターンを構成する送光スリットの形状、数、配列などについては様々な変形例が可能である。
　複数の送光スリットＳｍからなる送光パターンを通過した光、および分光計測用スリットＳｓからなる分光計測パターンを通過した光は、第２対物レンズ１４、走査手段としての振動ミラー１５、および第１対物レンズ１６を介して、落射プリズム１７に入射する。第２対物レンズ１４と第１対物レンズ１６とは、投影光学系ＰＬの像面の近傍に位置するウェハＷの表面Ｗａに、複数の送光スリットＳｍの中間像および分光計測用スリットＳｓの中間像を形成する。
　振動ミラー１５は、第１対物レンズ１４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１７は、ＸＺ平面に沿って平行四辺形状の断面を有し、Ｙ方向に延びる柱状のプリズム部材である。落射プリズム１７に入射した光は、２回に亘って内部反射した後に、落射プリズム１７から射出され、ウェハＷの表面Ｗａ上の計測領域ＤＡに、ＸＺ平面に沿って斜め方向から入射する。表面Ｗａへの光の入射角は、例えば８０度以上９０度未満の大きな角度に設定されている。
　表面Ｗａ上の計測領域ＤＡには、図５に示すように、送光パターンの中間像Ｉｍおよび分光計測パターンの中間像Ｉｓが投射される。すなわち、計測領域ＤＡには、送光パターンを構成する複数の送光スリットＳｍに対応して、Ｙ方向に細長く延びる複数のスリット状の中間像Ｉｍが形成される。また、計測領域ＤＡには、分光計測用スリットＳｓに対応して、Ｘ方向に沿って細長く延びる帯状の中間像Ｉｓが形成される。計測領域ＤＡは複数の中間像Ｉｍと１つの中間像Ｉｓとの集合体の外縁で作られる領域（あるいは複数の中間像Ｉｍと１つの中間像Ｉｓとに外接する領域）であり、各中間像Ｉｍの中心は計測領域ＤＡにおける計測点（計測位置）に対応している。
　このように、送光プリズム１３は、ウェハＷの表面Ｗａと光学的に共役な射出面１３ａおよび射出面１３ａと非平行な入射面を有する偏向プリズムであって、複数の送光スリットＳｍからなる送光パターンおよび分光計測用スリットＳｓからなる分光計測パターンは射出面１３ａに形成されている。複数の送光スリットＳｍからなる送光パターンは、計測領域ＤＡにおいてＸ方向に沿って間隔を隔てた複数のスリット状の中間像Ｉｍを形成するように構成されている。分光計測用スリットＳｓからなる分光計測パターンは、計測領域ＤＡにおいてＸ方向に沿って延びる帯状の中間像Ｉｓを形成するように構成されている。第２対物レンズ１４および第１対物レンズ１６は、送光プリズム１３の射出面１３ａと光学的に共役な面を、ウェハＷの表面Ｗａに形成する送光側結像光学系を構成している。
　コンデンサーレンズ１２、送光プリズム１３、第２対物レンズ１４、振動ミラー１５、第１対物レンズ１６、および落射プリズム１７は、複数の送光スリットＳｍからなる送光パターン（第１パターン）からの光（第１測定ビーム）、および分光計測用スリットＳｓからなる分光計測パターン（第２パターン）からの光（第２測定ビーム）を、ウェハＷの表面Ｗａ上の計測領域ＤＡに斜入射させて、計測領域ＤＡに送光パターンの中間像Ｉｍおよび分光計測パターンの中間像Ｉｓを形成する送光系を構成している。
　図１を参照すると、ウェハＷの表面Ｗａによって反射された光は、落射プリズム２７に入射する。落射プリズム２７は、例えば光軸ＡＸを含むＹＺ平面に関して落射プリズム１７と対称な位置に配置され且つ対称的な構成を有する。したがって、落射プリズム２７に入射した光は、２回に亘って内部反射した後に、落射プリズム２７から射出される。落射プリズム２７から射出された光は、第１対物レンズ２６、ミラー２５、および第２対物レンズ２４を介した後、受光プリズム２３に入射する。
　第１対物レンズ２６、ミラー２５、および第２対物レンズ２４は、例えば光軸ＡＸを含むＹＺ平面に関して、第１対物レンズ１６、振動ミラー１５、および第２対物レンズ１４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２５は、振動ミラー１５とは異なり、固定的に設置されている。
　受光プリズム２３は、例えば光軸ＡＸを含むＹＺ平面に関して送光プリズム１３と対称な位置に配置され且つ対称的な構成を有する。受光プリズム２３の入射面２３ａ（送光プリズム１３の射出面１３ａに対応する面）には、図６に示すように、複数の送光スリットＳｍに対応して設けられた１つの開口部Ｓｍａと、分光計測用スリットＳｓに対応して設けられた１つの開口部Ｓｓａとが設けられている。
　図６では、入射面２３ａにおいてＹ軸に平行な方向にｙ２軸を、入射面２３ａにおいてｙ２軸と直交する方向にｘ２軸を設定している。開口部ＳｍａおよびＳｓａはｘ２方向に細長く延びる帯状の光透過部であり、開口部ＳｍａおよびＳｓａ以外の領域は遮光部である。開口部Ｓｍａは、複数の送光スリットＳｍに外接する長方形と光学的に対応する形状および大きさを有し、複数の送光スリットＳｍと光学的に対応する位置に配置されている。開口部Ｓｓａは、分光計測用スリットＳｓと光学的に対応する形状および大きさを有し、分光計測用スリットＳｓと光学的に対応する位置に配置されている。
　受光プリズム２３の入射面２３ａにおいて開口部Ｓｍａの内側には、複数の送光スリットＳｍからなる送光パターンの像Ｉｍ２が形成される。開口部Ｓｓａの内側には、分光計測用スリットＳｓからなる分光計測パターンの像Ｉｓ２が形成される。入射面２３ａに送光パターンの像Ｉｍ２および分光計測パターンの像Ｉｓ２を形成して開口部ＳｍａおよびＳｓａをそれぞれ通過した光は、所定の角度だけ偏向された後、受光プリズム２３から射出される。
　受光プリズム２３から射出された光は、前側レンズ群２２ａと後側レンズ群２２ｂとからなるリレー光学系２２を介して、光検出器２１の検出面２１ａに達する。光検出器２１として、例えば二次元撮像センサのような光電検出器を用いることができる。図７は、受光プリズムの入射面と光検出器の検出面との間の構成の拡大図である。図７を参照すると、受光プリズム２３とリレー光学系２２の前側レンズ群２２ａとの間であって、分光計測パターンの像Ｉｓ２からの光の光路中には、入射した光線を波長毎に異なる向きへ射出する直視プリズム２８が配置されている。直視プリズム２８は、分光計測パターンの像Ｉｓ２からの光だけに作用するように、受光プリズム２３の近傍に配置されている。
　したがって、入射面２３ａに送光パターンの像Ｉｍ２を形成して開口部Ｓｍａを通過した光は、直視プリズム２８の分光作用を受けることなく、リレー光学系２２を介して、図８に示すように、光検出器２１の検出面２１ａの第１領域に送光パターンの像Ｉｍ２の共役像Ｉｍ３を形成する。すなわち、リレー光学系２２は、受光プリズム２３の入射面２３ａと光検出器２１の検出面２１ａとを光学的に共役に配置している。図８では、検出面２１ａにおいてＹ軸に平行な方向にｙ３軸を、検出面２１ａにおいてｙ３軸と直交する方向にｘ３軸を設定している。
　一方、入射面２３ａに分光計測パターンの像Ｉｓ２を形成して開口部Ｓｓａを通過した光は、直視プリズム２８の分光作用を受けた後に、リレー光学系２２を介して、光検出器２１の検出面２１ａの第２領域に分光計測パターンの像Ｉｓ２に対応する分光像Ｉｓ３を形成する。分光像Ｉｓ３は、分光計測パターンの像Ｉｓ２の共役像をｙ３方向にだけ拡大して得られる形状を有する。分光像Ｉｓ３を形成する光の波長は、ｙ３方向に沿って変化している。
　このように、受光プリズム２３は、ウェハＷの表面Ｗａと光学的に共役な入射面２３ａおよび入射面２３ａと非平行な射出面を有する偏向プリズムである。第１対物レンズ２６および第２対物レンズ２４は、ウェハＷの表面Ｗａと光学的にほぼ共役な面を、受光プリズム２３の入射面２３ａに形成する受光側結像光学系を構成している。リレー光学系２２（２２ａ，２２ｂ）は、受光プリズム２３の入射面２３ａと光検出器２１の検出面２１ａとを光学的に共役に配置する再結像光学系を構成している。
　落射プリズム２７、第１対物レンズ２６、ミラー２５、第２対物レンズ２４、受光プリズム２３、リレー光学系２２（２２ａ，２２ｂ）、および直視プリズム２８は、ウェハＷの表面Ｗａで反射された送光パターンからの光（第１測定ビーム）を検出面２１ａの第１領域へ導いて送光パターンの共役像Ｉｍ３を形成し、表面Ｗａで反射された分光計測パターンからの光（第２測定ビーム）の光線の向きを波長毎に変えて検出面２１ａの第２領域へ導いて分光計測パターンの分光像Ｉｓ３を形成する受光系を構成している。
　各送光スリットＳｍの像Ｉｍ２は、ウェハＷの表面ＷａのＺ方向移動に伴って、受光プリズム２３の入射面２３ａ上でｘ２方向に移動する。したがって、各送光スリットＳｍの共役像Ｉｍ３は、ウェハＷの表面ＷａのＺ方向移動に伴って、光検出器２１の検出面２１ａ上でｘ３方向に移動する。第１実施例の面位置計測装置では、ウェハＷの表面Ｗａが投影光学系ＰＬの像面と合致している状態において、送光スリットＳｍの共役像Ｉｍ３が検出面２１ａ上の所定位置に形成されるように構成されている。光検出器２１の検出信号は、振動ミラー１５の振動に同期して変化し、信号処理部ＰＲに供給される。
　上述したように、ウェハＷの表面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、光検出器２１の検出面２１ａに形成される送光スリットＳｍの共役像Ｉｍ３は、表面Ｗａの移動量に応じてｘ３方向（ピッチ方向）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米国特許第５，６３３，７２１号明細書に開示された光電顕微鏡の原理により、光検出器２１の出力に基づいて各送光スリットＳｍの共役像Ｉｍ３の位置ずれ量（位置情報）を検出し、検出した位置ずれ量に基づいて計測領域ＤＡ内の各計測点の面位置（Ｚ方向位置）を求める。
　前述したように、プロセスウェハの場合には、複数の送光スリットＳｍからなる送光パターンからの計測光（第１測定ビーム）が、ウェハＷの表面Ｗａに形成された透明膜などに起因して干渉する。具体的には、図９に示すように、下地４１の上に透明膜４２が形成されている場合、入射角θで透明膜４２に入射した計測光４３の透明膜４２での反射光４４と下地４１での反射光４５との干渉により形成される合成反射光４６の強度および位相は、表面反射光４４と下地反射光４５との強度比および位相差によって決まる。また、表面反射光４４と合成反射光４６との位相差δは、入射角θに依存して変化する。
　したがって、プロセスウェハの場合には、図１０に示すように、透明膜４２での表面反射光だけの場合の波面４７に対して、透明膜４２での表面反射光と下地４１での下地反射光との干渉により形成される合成反射光の波面４８が傾斜する。その結果、プロセスウェハの表面に形成された透明膜などに起因する計測光の干渉の影響により、ウェハの面位置を正確に計測することが困難である。すなわち、第１実施例において各送光スリットＳｍの共役像Ｉｍ３の位置ずれ量に基づいて計測された面位置は、プロセスウェハの表面での反射における計測光の干渉に起因する計測誤差を含んでいる。
　本出願人は、図１１に示すように、Ｃｕからなる下地５１の上に、膜厚が１００ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍ、４００ｎｍ、５００ｎｍの誘電体透明膜（屈折率ｎ＝１．５）５２が形成されている反射面構造において、入射角８６度で誘電体透明膜５２に斜入射したｐ偏光の計測光に対して得られる反射光５３の分光反射率および計測光の干渉に起因する面位置の計測誤差について第１のシミュレーションを行った。
　図１２は、第１のシミュレーションで得られた分光反射率の波長特性を示す図である。図１３は、第１のシミュレーションで得られた分光反射率の微分の波長特性を示す図である。図１４は、第１のシミュレーションで得られた計測誤差の波長特性を示す図である。図１２～図１４において、膜厚１００ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍ、４００ｎｍ、５００ｎｍの場合に得られた結果を、参照符号６１，６２，６３，６４，６５でそれぞれ示している。
　また、Ｃｕからなる下地５１の上に、膜厚が１００ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍ、４００ｎｍ、５００ｎｍの誘電体透明膜（屈折率ｎ＝１．５）５２が形成されている反射面構造において、入射角８６度で誘電体透明膜５２に斜入射したｓ偏光の計測光に対して得られる反射光５３の分光反射率および計測光の干渉に起因する面位置の計測誤差について第２のシミュレーションを行った。
　図１５は、第２のシミュレーションで得られた分光反射率の波長特性を示す図である。図１６は、第２のシミュレーションで得られた分光反射率の微分の波長特性を示す図である。図１７は、第２のシミュレーションで得られた計測誤差の波長特性を示す図である。図１５～図１７においても、膜厚１００ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍ、４００ｎｍ、５００ｎｍの場合に得られた結果を、参照符号６１，６２，６３，６４，６５でそれぞれ示している。
　また、Ｓｉからなる下地５１の上に、膜厚が１００ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍ、４００ｎｍ、５００ｎｍの誘電体透明膜（屈折率ｎ＝１．５）５２が形成されている反射面構造において、入射角８６度で誘電体透明膜５２に斜入射したｐ偏光の計測光に対して得られる反射光５３の分光反射率および計測光の干渉に起因する面位置の計測誤差について第３のシミュレーションを行った。
　図１８は、第３のシミュレーションで得られた分光反射率の波長特性を示す図である。図１９は、第３のシミュレーションで得られた分光反射率の微分の波長特性を示す図である。図２０は、第３のシミュレーションで得られた計測誤差の波長特性を示す図である。図１８～図２０においても、膜厚１００ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍ、４００ｎｍ、５００ｎｍの場合に得られた結果を、参照符号６１，６２，６３，６４，６５でそれぞれ示している。
　また、Ｓｉからなる下地５１の上に、膜厚が１００ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍ、４００ｎｍ、５００ｎｍの誘電体透明膜（屈折率ｎ＝１．５）５２が形成されている反射面構造において、入射角８６度で誘電体透明膜５２に斜入射したｓ偏光の計測光に対して得られる反射光５３の分光反射率および計測光の干渉に起因する面位置の計測誤差について第４のシミュレーションを行った。
　図２１は、第４のシミュレーションで得られた分光反射率の波長特性を示す図である。図２２は、第４のシミュレーションで得られた分光反射率の微分の波長特性を示す図である。図２３は、第４のシミュレーションで得られた計測誤差の波長特性を示す図である。図２１～図２３においても、膜厚１００ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍ、４００ｎｍ、５００ｎｍの場合に得られた結果を、参照符号６１，６２，６３，６４，６５でそれぞれ示している。
　図１２～図２３を参照すると、下地干渉による計測誤差は、分光反射率（すなわち反射スペクトル）の変化と相関が高く、分光反射率が急激に変化する波長に対して大きく発生することがわかる。ここで、分光反射率の波長特性は、第１実施例において分光像Ｉｓ３の検出結果から得られる波長－強度特性、すなわち所望のｘ３方向位置におけるｙ３方向に沿った分光像Ｉｓ３の強度の変化（波長に依存する変化）に他ならない。
　したがって、第１実施例では、光検出器２１の検出面２１ａ上に形成される送光パターンの共役像Ｉｍ３および分光計測パターンの分光像Ｉｓ３を検出し、共役像Ｉｍ３の検出結果と分光像Ｉｓ３の検出結果とに基づいて、プロセスウェハ上での送光パターンからの計測光の干渉に起因する計測誤差について補正された面位置を求める。具体的には、共役像Ｉｍ３の検出結果から得られる面位置を、分光像Ｉｓ３の検出結果から得られる波長－強度特性に基づいて補正する。
　計測領域ＤＡ内の複数点の補正された面位置の計測結果は、例えば露光装置の制御部ＣＲの内部に設けられた記憶部ＭＲに供給される。制御部ＣＲは、駆動系ＨＤに指令を供給し、ＸＹステージＨＳ（ひいてはウェハＷ）をＸ方向およびＹ方向にステップ移動させる。そして、面位置計測装置は、ウェハＷの表面Ｗａ上の新たな計測領域ＤＡ内の複数点の補正された面位置を計測し、この計測結果を記憶部ＭＲに供給する。
　こうして、面位置計測装置は、駆動系ＨＤによるＸＹステージＨＳのステップ移動に応じて、ウェハＷの表面Ｗａの全体に亘って分布する複数点における面位置を計測する。ウェハＷのＹ方向のステップ移動は、必要に応じて、所要の回数だけ行われる。面位置計測装置の複数の計測結果、すなわち複数の計測点における面位置に関する情報は、記憶部ＭＲにマップデータとして記憶される。
　制御部ＣＲは、信号処理部ＰＲで得られた計測結果、ひいては記憶部ＭＲに記憶された面位置のマップデータに基づいて、ＸＹステージＨＳのＸＹ平面に沿った位置に応じ、ＺステージＶＳのＺ方向位置を所要量だけ調整し、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。すなわち、制御部ＣＲは、現在の露光領域に応じて、駆動系ＶＤに指令を供給し、ＺステージＶＳ（ひいてはウェハＷ）をＺ方向に沿って所要量だけ移動させる。このように、第１実施例の面位置計測装置では、被検基板であるウェハＷの表面Ｗａとの相対的な位置関係を変更しつつ、例えば固定的に設置された装置に対してウェハＷを保持するＸＹステージＨＳをステップ移動させつつ、表面Ｗａの面位置を計測する。
　このように、光検出器２１および信号処理部ＰＲは、検出面２１ａの第１領域に形成された送光パターンの共役像Ｉｍ３、および検出面２１ａの第２領域に形成された分光計測パターンの分光像Ｉｓ３を検出する検出系を構成している。検出系（２１，ＰＲ）は、送光パターンの共役像Ｉｍ３および分光計測パターンの分光像Ｉｓ３を検出し、共役像Ｉｍ３の検出結果と分光像Ｉｓ３の検出結果とに基づいて、送光パターンからの計測光の干渉に起因する計測誤差について補正された面位置を求める。具体的に、検出系（２１，ＰＲ）は、共役像Ｉｍ３の検出結果から得られる面位置を、分光像Ｉｓ３の検出結果から得られる波長－強度特性に基づいて補正する。
　以上のように、第１実施例の面位置計測装置では、ウェハＷでの反射における計測光の干渉に起因する計測誤差を小さく抑えて、ウェハＷの面位置を高精度に計測することができる。その結果、第１実施例の露光装置では、ウェハＷの面位置を高精度に計測する面位置計測装置を用いて、投影光学系ＰＬに対してウェハＷの被露光面を高精度に位置合わせすることができ、ひいては良好は投影露光を行うことができる。
　なお、第１実施例では、受光プリズム２３と前側レンズ群２２ａとの間の光路中に直視プリズム２８を配置している。しかしながら、これに限定されることなく、ウェハＷと光検出器２１との間の光路中であって、分光計測パターンの中間像Ｉｓからの光だけに作用する位置に直視プリズムを配置することもできる。一例として、図２４に示すように、後側レンズ群２２ｂと光検出器２１との間であって、分光計測パターンの像Ｉｓ２からの光の光路中に、直視プリズム２８を配置することができる。直視プリズム２８は、分光計測パターンの像Ｉｓ２からの光だけに作用するように、光検出器２１の近傍に配置されている。また、直視プリズムに代えて、他の適当な分光素子を用いることもできる。
　図２５は、第２実施例にかかる面位置計測装置の要部構成を概略的に示す図であって、第１実施例の図７に対応した図である。第２実施例は、図１の第１実施例と類似の構成を有する。しかしながら、第２実施例では、後側レンズ群２２ｂと光検出器２１との間であって、分光計測パターンの像Ｉｓ２からの光の光路中に、ウォラストンプリズム２９を付設している点が、第１実施例と相違している。したがって、図２５では、図７に示す構成要素と同様の機能を有する要素に、図７と同じ参照符号を付している。以下、第１実施例との相違点に着目して第２実施例の構成および作用を説明する。
　ウォラストンプリズム２９は、入射した光から偏光方向が互いに直交する２つの直線偏光、すなわちｐ偏光およびｓ偏光を生成する偏光プリズムである。したがって、第２実施例においても、受光プリズム２３の入射面２３ａに送光パターンの像Ｉｍ２を形成して開口部Ｓｍａを通過した光は、直視プリズム２８の分光作用およびウォラストンプリズム２９の偏光分離作用を受けることなく、リレー光学系２２を介して、図２６に示すように、光検出器２１の検出面２１ａの第１領域に送光パターンの像Ｉｍ２の共役像Ｉｍ３を形成する。
　一方、入射面２３ａに分光計測パターンの像Ｉｓ２を形成して開口部Ｓｓａを通過した光は、直視プリズム２８に入射して波長毎に異なる向きへ射出された後、リレー光学系２２を介して、ウォラストンプリズム２９に入射する。ウォラストンプリズム２９を介して生成されたｓ偏光の光は、光検出器２１の検出面２１ａの第２領域に、分光計測パターンの像Ｉｓ２に対応するｓ偏光の分光像Ｉｓ３ｓを形成する。
　同様に、ウォラストンプリズム２９を介して生成されたｐ偏光の光は、光検出器２１の検出面２１ａの第３領域に、分光計測パターンの像Ｉｓ２に対応するｐ偏光の分光像Ｉｓ３ｐを形成する。ｐ偏光の分光像Ｉｓ３ｐおよびｓ偏光の分光像Ｉｓ３ｓは、分光計測パターンの像Ｉｓ２の共役像をｙ３方向にだけ拡大した形状を有する。ｐ偏光の分光像Ｉｓ３ｐおよびｓ偏光の分光像Ｉｓ３ｓを形成する光の波長は、ｙ３方向に沿って変化している。
　第２実施例では、第１実施例の場合と同様に、検出面２１ａの第１領域に形成された送光パターンの共役像Ｉｍ３、検出面２１ａの第２領域に形成された分光計測パターンのｓ偏光の分光像Ｉｓ３ｓ、および検出面２１ａの第３領域に形成された分光計測パターンのｐ偏光の分光像Ｉｓ３ｐを検出する。そして、共役像Ｉｍ３の検出結果と分光像Ｉｓ３ｐ，Ｉｓ３ｓの検出結果とに基づいて、送光パターンからの計測光の干渉に起因する計測誤差について補正された面位置を求める。すなわち、共役像Ｉｍ３の検出結果から得られる面位置を、分光像Ｉｓ３ｐ，Ｉｓ３ｓの検出結果から得られる波長－強度特性に基づいて補正する。その結果、第２実施例の面位置計測装置においても、ウェハＷでの反射における計測光の干渉に起因する計測誤差を小さく抑えて、ウェハＷの面位置を高精度に計測することができる。
　なお、第２実施例では、受光プリズム２３と前側レンズ群２２ａとの間の光路中に直視プリズム２８を配置し、後側レンズ群２２ｂと光検出器２１との間の光路中にウォラストンプリズム２９を配置している。しかしながら、これに限定されることなく、ウェハＷと光検出器２１との間の光路中であって、分光計測パターンの中間像Ｉｓからの光だけに作用する位置に直視プリズムおよびウォラストンプリズムを配置することもできる。
　一例として、図示を省略したが、後側レンズ群２２ｂと光検出器２１との間の光路中に直視プリズム２８を配置し、受光プリズム２３と前側レンズ群２２ａとの間の光路中にウォラストンプリズム２９を配置することができる。この場合、分光計測パターンの像Ｉｓ２からの光だけに作用するように、直視プリズム２８は光検出器２１の近傍に配置され、ウォラストンプリズム２９は受光プリズム２３の近傍に配置される。
　ウォラストンプリズム２９に代えて、入射した光から互いに偏光方向が異なる複数の測定ビームを生成する偏光プリズムを用いることができる。さらに一般的には、ウォラストンプリズム２９に代えて、入射した光からから偏光状態の異なる複数の測定ビームを生成する偏光分離素子を用いることができる。
　図２７は、第３実施例にかかる面位置計測装置の要部構成を概略的に示す第１の図であって、第１実施例の図７に対応した図である。図２８は、第３実施例にかかる面位置計測装置の要部構成を概略的に示す第２の図であって、第１実施例の図２に対応した図である。図２９は、第３実施例にかかる面位置計測装置の要部構成を概略的に示す第３の図であって、第１実施例の図３に対応した図である。
　第３実施例は、図１の第１実施例と類似の構成を有する。しかしながら、第３実施例では、分光計測パターンを用いることなく送光パターンだけを用いている点、およびリレー光学系２２の瞳位置の近傍に回折格子３０を配置し、後側レンズ群２２ｂと光検出器２１との間の光路中にｐ偏光板３１ａおよびｓ偏光板３１ｂを配置している点が、第１実施例と相違している。したがって、図２７～図２９では、図２，図３，図７に示す構成要素と同様の機能を有する要素に、図２，図３，図７と同じ参照符号を付している。以下、第１実施例との相違点に着目して第３実施例の構成および作用を説明する。
　第３実施例では、送光プリズム１３の射出面１３ａに、例えば図３０に示すようにｘ１方向に沿って所定のピッチで配列された複数の送光スリットＳｍだけが設けられている。複数の送光スリットＳｍからなる送光パターン（計測パターン）を通過した光（測定ビーム）は、第２対物レンズ１４、第１対物レンズ１６、および落射プリズム１７を介して、図３１に示すように、ウェハＷの表面Ｗａ上の計測領域ＤＡに、複数の送光スリットＳｍの中間像Ｉｍを形成する。
　ウェハＷの表面Ｗａによって反射された光は、落射プリズム２７、第１対物レンズ２６、シリンドリカルレンズ３２、および第２対物レンズ２４を介した後、受光プリズム２３に入射する。受光プリズム２３の入射面２３ａには、図３２に示すように、複数の送光スリットＳｍからなる送光パターンの像Ｉｍ２’が形成される。送光パターンの像Ｉｍ２’は、シリンドリカルレンズ３２の作用により、送光パターンの中間像Ｉｍを相対的にｙ２方向に細長くした形状になっている。
　入射面２３ａには、送光パターンの像Ｉｍ２’のｙ２方向に沿った中央領域を横切るようにｘ２方向に沿って細長く延びる帯状の開口部Ｓｍａ’が設けられている。入射面２３ａに送光パターンの像Ｉｍ２’を形成して開口部Ｓｍａ’を通過した光は、所定の角度だけ偏向された後、受光プリズム２３から射出される。受光プリズム２３から射出された光（測定ビーム）は、前側レンズ群２２ａを介して、リレー光学系２２の瞳位置の近傍に配置された回折格子３０に入射する。
　回折格子３０は、入射した測定ビームから、０次光の測定ビームと、＋１次光の測定ビームと、－１次光の測定ビームとを生成する。０次光の測定ビームは、後側レンズ群２２ｂを介して、図３３に示すように、光検出器２１の検出面２１ａの第１領域（ｙ３方向に関する中央領域）に、開口部Ｓｍａ’の内側に形成された送光パターン像Ｉｍ２’の一部の共役像Ｉｍ３０を形成する。＋１次光（または－１次光）の測定ビームは、回折格子３０により光線に波長毎に異なる回折角が付与された後、後側レンズ群２２ｂを介して、ｐ偏光板３１ａに入射する。
　こうして、＋１次光の測定ビームは、検出面２１ａの第２領域（第１領域よりも－ｙ３方向側の領域）に、開口部Ｓｍａ’の内側に形成された送光パターン像Ｉｍ２’の一部のｐ偏光の分光像Ｉｍ３ｐを形成する。一方、－１次光（または＋１次光）の測定ビームは、回折格子３０により光線に波長毎に異なる回折角が付与された後、後側レンズ群２２ｂを介して、ｓ偏光板３１ｂに入射する。こうして、－１次光の測定ビームは、検出面２１ａの第３領域（第１領域よりも＋ｙ３方向側の領域）に、開口部Ｓｍａ’の内側に形成された送光パターン像Ｉｍ２’の一部のｓ偏光の分光像Ｉｍ３ｓを形成する。
　ｐ偏光の分光像Ｉｍ３ｐおよびｓ偏光の分光像Ｉｍ３ｓは、回折格子３０の分光作用により、０次光の測定ビームによりに形成された像Ｉｍ３０をｙ３方向にだけ拡大した形状を有する。ｐ偏光の分光像Ｉｍ３ｐおよびｓ偏光の分光像Ｉｍ３ｓを形成する光の波長は、ｙ３方向に沿って変化している。第３実施例では、第１実施例の場合と同様に、検出面２１ａの第１領域に形成された送光パターンの像Ｉｍ３０、検出面２１ａの第２領域に形成された送光パターンのｓ偏光の分光像Ｉｍ３ｓ、および検出面２１ａの第３領域に形成された送光パターンのｐ偏光の分光像Ｉｍ３ｐを検出する。
　そして、像Ｉｍ３０の検出結果と分光像Ｉｍ３ｐ，Ｉｍ３ｓの検出結果とに基づいて、送光パターンからの計測光の干渉に起因する計測誤差について補正された面位置を求める。すなわち、共役像Ｉｍ３０の検出結果から得られる面位置を、分光像Ｉｍ３ｐ，Ｉｍ３ｓの検出結果から得られる波長－強度特性に基づいて補正する。その結果、第３実施例の面位置計測装置においても、ウェハＷでの反射における計測光の干渉に起因する計測誤差を小さく抑えて、ウェハＷの面位置を高精度に計測することができる。
　第３実施例では、＋１次光（または－１次光）の測定ビームだけに対してｐ偏光板を作用させ、－１次光（または＋１次光）の測定ビームだけに対してｓ偏光板を作用させることができるように、開口部Ｓｍａ’のｙ２方向の寸法を小さく抑えている。ただし、シリンドリカルレンズ３２の作用により、送光パターンの像Ｉｍ２’が中間像Ｉｍをｙ２方向に細長くした形状になるように構成しているので、中間像ＩｍにおけるＹ方向（非計測方向）の光情報を、開口部Ｓｍａ’を通過する光に、ひいては像Ｉｍ３０，分光像Ｉｍ３ｐ，Ｉｍ３ｓを形成する光に含めることができる。
　なお、第３実施例では、シリンドリカルレンズ３２の設置を省略することができる。また、ｐ偏光板３１ａおよびｓ偏光板３１ｂの設置を省略することができる。シリンドリカルレンズ３２に代えて、グレーティング、一次元拡散板などを用いることができる。ｐ偏光板３１ａおよびｓ偏光板３１ｂに代えて、入射した光から互いに偏光方向が異なる複数の測定ビームを生成する複数の偏光板を用いることができる。さらに一般的には、ｐ偏光板３１ａおよびｓ偏光板３１ｂに代えて、入射した光からから偏光状態の異なる複数の測定ビームを生成する複数の偏光分離素子を用いることができる。
　なお、上述の各実施例では、光検出器２１が単一の光電検出面２１ａを有する。しかしながら、これに限定されることなく、第１実施例では、送光パターンの像Ｉｍ３を第１検出面に形成し、分光計測パターンの分光像Ｉｓ３を第２検出面に形成することもできる。第２実施例では、送光パターンの像Ｉｍ３を第１検出面に形成し、分光計測パターンの分光像Ｉｓ３ｐ，Ｉｓ３ｓを第２検出面上の異なる位置に形成することもできる。第３実施例では、送光パターンの像Ｉｍ３０を第１検出面に形成し、送光パターンの分光像Ｉｍ３ｐ，Ｉｍ３ｓを第２検出面上の異なる位置に形成することもできる。
　上述の実施形態では、露光装置がスキャニング・ステッパである場合について説明したが、これに限らず、ステッパなどの静止型露光装置に上記実施形態を適用しても良い。また、ショット領域とショット領域とを合成するステップ・アンド・スティッチ方式の縮小投影露光装置にも上記実施形態は適用することができる。
　また、上記実施形態は、例えば米国特許第６，５９０，６３４号明細書、米国特許第５，９６９，４４１号明細書、米国特許第６，２０８，４０７号明細書などに開示されているように、複数のウェハステージを備えたマルチステージ型の露光装置にも適用できる。また、例えば米国特許第７，５８９，８２２号明細書などに開示されているように、ウェハステージとは別に、計測部材（例えば、基準マーク、及び／又はセンサなど）を含む計測ステージを備える露光装置にも上記実施形態は適用が可能である。
　また、上記実施形態では、露光装置が、液体（水）を介さずにウェハＷの露光を行うドライタイプの露光装置である場合について説明したが、これに限らず、例えば欧州特許出願公開第１４２０２９８号明細書、国際公開第２００４／０５５８０３号、米国特許第６,９５２,２５３号明細書などに開示されているように、投影光学系とウェハとの間に照明光の光路を含む液浸空間を形成し、投影光学系及び液浸空間の液体を介して照明光でウェハを露光する露光装置にも上記実施形態を適用することができる。また、本発明は、例えば米国特許公開第２０１１／００９６３１５号などに開示される液浸型露光装置のＡＦセンサにも適用することができる。
　さらに、上記の実施形態は、例えば米国特許公開第２００９／０１１６０３９号や米国特許第８，１４９，３８２号などに開示される反射面起因の誤差を低減したＡＦセンサと組み合わせて使用することもできる。
　また、上記実施形態の露光装置の投影光学系は縮小系のみならず等倍及び拡大系のいずれでも良いし、投影光学系は屈折系のみならず、反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、この投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。
　また、上述の実施形態において、米国公開公報第２００６／０１７０９０１号及び第２００７／０１４６６７６号に開示されるいわゆる偏光照明方法を適用することも可能である。ここでは、米国特許公開第２００６／０１７０９０１号公報及び米国特許公開第２００７／０１４６６７６号公報の教示を参照として援用する。
　また、照明光ＩＬは、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）に限らず、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）などの紫外光や、Ｆ２レーザ光（波長１５７ｎｍ）などの真空紫外光であっても良い。例えば米国特許第７,０２３,６１０号明細書に開示されているように、真空紫外光としてＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。また、上記実施形態では、露光装置の照明光ＩＬとしては波長１００ｎｍ以上の光に限らず、波長１００ｎｍ未満の光を用いても良いことはいうまでもない。例えば、軟Ｘ線領域（例えば５～１５ｎｍの波長域）のＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）光を用いるＥＵＶ露光装置に上記実施形態を適用することができる。その他、電子線又はイオンビームなどの荷電粒子線を用いる露光装置にも、上記実施形態は適用できる。
　上述の実施形態では、感光性基板としてのウェハＷの面位置の計測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、マスクのパターン面の面位置の計測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計測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計測に対して本発明を適用することもできる。
　上述の実施形態では、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。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空間光変調素子を用いることができる。空間光変調素子を用いた露光装置は、たとえば米国特許公開第２００７／０２９６９３６号公報に開示されている。また、上述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。
　また、例えば国際公開第２００１／０３５１６８号に開示されているように、干渉縞をウェハＷ上に形成することによって、ウェハＷ上にライン・アンド・スペースパターンを形成する露光装置（リソグラフィシステム）にも上記実施形態を適用することができる。
　さらに、例えば米国特許第６，６１１，３１６号明細書に開示されているように、２つのレチクルパターンを、投影光学系を介してウェハ上で合成し、１回のスキャン露光によってウェハ上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置にも上記実施形態を適用することができる。
　なお、これまでの説明で引用した露光装置などに関する全ての公報、国際公開、米国特許出願公開明細書及び米国特許明細書の開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
　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っても良い。
　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３４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３４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、上述の実施形態の投影露光装置を用い、マスク（レチクル）Ｍ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）。ここで、レジストパターンとは、上述の実施形態の投影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、上述の実施形態の投影露光装置は、フォトレジストが塗布されたウェハＷを、感光性基板つまりプレートＰとしてパターンの転写を行う。
　図３５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３５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。ステップＳ５０のパターン形成工程では、プレートＰ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、上述の実施形態の投影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プレートＰ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。
　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。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。
　また、本発明は、半導体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、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくは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。
１１　光源
１３　送光プリズム
１４，１６，２４，２６　対物レンズ
１５　振動ミラー
１７，２７　落射プリズム
２１　光検出器
２３　受光プリズム
２８　直視プリズム
２９　ウォラストンプリズム
３０　回折格子
３１　偏光板
３２　シリンドリカルレンズ
ＤＡ　計測領域
ＰＲ　信号処理部
ＣＲ　制御部
Ｒ　マスク
ＭＳ　マスクステージ
ＰＬ　投影光学系
Ｗ　ウェハ
ＶＳ　Ｚステージ
ＨＳ　ＸＹステージ

Claims (41)

  1. 基板の面位置を計測する面位置計測装置において、
    　第１パターンからの第１測定ビームおよび第２パターンからの第２測定ビームを前記基板上の計測領域に斜入射させて、該計測領域に前記第１パターンの中間像および前記第２パターンの中間像を形成する送光系と、
    　前記基板で反射された前記第１測定ビームを第１検出面へ導いて該第１検出面に前記第１パターンの像を形成し、前記基板で反射された前記第２測定ビームの光線の向きを波長毎に変えて第２検出面へ導いて該第２検出面に前記第２パターンの分光像を形成する受光系と、
    　前記第１検出面における前記第１パターンの像および前記第２検出面における前記第２パターンの分光像を検出する検出系とを備えていることを特徴とする面位置計測装置。
  2. 前記検出系は、前記第１パターンの像の検出結果と前記第２パターンの分光像の検出結果とに基づいて、前記基板上での前記第１測定ビームの干渉に起因する計測誤差について補正された前記計測領域の面位置を求めることを特徴とする請求項１に記載の面位置計測装置。
  3. 前記検出系は、前記第１パターンの像の検出結果から得られる前記計測領域の面位置を、前記第２パターンの分光像の検出結果から得られる波長－強度特性に基づいて補正して、前記補正された前記計測領域の面位置を求めることを特徴とする請求項２に記載の面位置計測装置。
  4. 前記受光系は、入射した前記第２測定ビームの光線を波長毎に異なる向きへ射出する直視プリズムを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の面位置計測装置。
  5. 前記受光系は、入射した前記第２測定ビームから偏光状態の異なる複数の測定ビームを生成し、該複数の測定ビームを前記第２検出面上の異なる位置へ導く偏光分離素子を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の面位置計測装置。
  6. 前記偏光分離素子は、入射した前記第２測定ビームから互いに偏光方向が異なる複数の測定ビームを生成する偏光プリズムを有することを特徴とする請求項５に記載の面位置計測装置。
  7. 前記送光系は、前記基板と光学的に共役な射出面および該射出面と非平行な入射面を有する第１偏向プリズムを有し、前記第１パターンおよび前記第２パターンは前記第１偏向プリズムの射出面に形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の面位置計測装置。
  8. 前記第１パターンは、前記計測領域において所定方向に沿って間隔を隔てた複数のスリット状の像を形成するように構成され、
    　前記第２パターンは、前記計測領域において前記所定方向に沿って延びる帯状の像を形成するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の面位置計測装置。
  9. 前記受光系は、前記基板と光学的に共役な入射面および該入射面と非平行な射出面を有する第２偏向プリズムと、該第２偏向プリズムの入射面と前記第１検出面および前記第２検出面とを光学的に共役に配置する再結像光学系とを有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の面位置計測装置。
  10. 前記受光系は、入射した前記第２測定ビームから偏光状態の異なる複数の測定ビームを生成し、該複数の測定ビームを前記第２検出面上の異なる位置へ導く偏光分離素子を有し、
    　該偏光分離素子は、前記第２偏向プリズムと前記再結像光学系との間の光路中または前記再結像光学系と前記第２検出面との間の光路中に配置されていることを特徴とする請求項９に記載の面位置計測装置。
  11. 基板の面位置を計測する面位置計測装置において、
    　計測パターンからの測定ビームを前記基板上の計測領域に斜入射させて、該計測領域に前記計測パターンの中間像を形成する送光系と、
    　前記基板で反射された前記測定ビームの一部を第１検出面へ導いて該第１検出面に前記計測パターンの像を形成し、前記基板で反射された前記測定ビームの別の一部の光線の向きを波長毎に変えて第２検出面へ導いて該第２検出面に前記計測パターンの分光像を形成する受光系と、
    　前記第１検出面における前記計測パターンの像および前記第２検出面における前記計測パターンの分光像を検出する検出系とを備えていることを特徴とする面位置計測装置。
  12. 前記検出系は、前記計測パターンの像の検出結果と前記計測パターンの分光像の検出結果とに基づいて、前記基板上での前記測定ビームの干渉に起因する計測誤差について補正された前記計測領域の面位置を求めることを特徴とする請求項１１に記載の面位置計測装置。
  13. 前記受光系は、入射した前記測定ビームから０次光の測定ビームと＋１次光の測定ビームと－１次光の測定ビームとを生成し、前記０次光の測定ビームを前記第１検出面へ導き、前記＋１次光の測定ビームおよび前記－１次光の測定ビームの光線に波長毎に異なる回折角を付与して前記第２検出面上の異なる位置へ導く回折格子と、前記＋１次光の測定ビームから第１偏光状態の測定ビームを生成する第１偏光板と、前記－１次光の測定ビームから前記第１偏光状態とは異なる第２偏光状態の測定ビームを生成する第２偏光板とを有することを特徴とする請求項１１または１２に記載の面位置計測装置。
  14. 前記検出系は、前記０次光の測定ビームが前記第１検出面に形成する前記計測パターンの像、並びに前記＋１次光の測定ビームおよび前記－１次光の測定ビームが前記第２検出面に形成する一対の前記計測パターンの分光像を検出し、前記計測パターンの像の検出結果から得られる前記計測領域の面位置を、一対の前記計測パターンの分光像の検出結果から得られる波長－強度特性に基づいて補正して、前記補正された前記計測領域の面位置を求めることを特徴とする請求項１３に記載の面位置計測装置。
  15. 前記第１偏光板は第１の偏光方向を持つ第１偏光の測定ビームを生成する偏光板を有し、前記第２偏光板は前記第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向を持つ第２偏光の測定ビームを生成する偏光板を有することを特徴とする請求項１３または１４に記載の面位置計測装置。
  16. 前記送光系は、前記基板と光学的に共役な射出面および該射出面と非平行な入射面を有する第１偏向プリズムを有し、前記計測パターンは前記第１偏向プリズムの射出面に形成されていることを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載の面位置計測装置。
  17. 前記計測パターンは、前記計測領域において所定方向に沿って間隔を隔てた複数のスリット状の像を形成するように構成されていることを特徴とする請求項１３乃至１６のいずれか１項に記載の面位置計測装置。
  18. 前記受光系は、前記基板と光学的に共役な入射面および該入射面と非平行な射出面を有する第２偏向プリズムと、該第２偏向プリズムの入射面と前記第１検出面および前記第２検出面とを光学的に共役に配置する再結像光学系とを有することを特徴とする請求項１３乃至１７のいずれか１項に記載の面位置計測装置。
  19. 前記回折格子は、前記再結像光学系の瞳位置に配置され、
    　前記第１偏光板および前記第２偏光板は、前記再結像光学系と前記第１検出面との間の光路中に配置されていることを特徴とする請求項１８に記載の面位置計測装置。
  20. 前記検出系は、前記第１検出面および前記第２検出面を含む単一の光電検出面を有することを特徴とする請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の面位置計測装置。
  21. 基板の面位置を計測する面位置計測装置において、
    　共通の対物光学系を介して第１測定ビームおよび第２測定ビームを前記基板上の計測領域に斜入射させて、該計測領域に第１計測パターンおよび第２計測パターンを形成する送光系と、
    　前記基板で反射された前記第１測定ビームを第１検出面へ導いて該第１検出面に前記第１計測パターンの像を形成し、前記基板で反射された前記第２測定ビームを前記第１検出面とは異なる第２検出面へ導いて該第２検出面に前記第２計測パターンの像を形成する受光系と、
    　前記第１検出面における前記第１計測パターンの像および前記第２検出面における前記第２計測パターンの分光像を検出する検出系とを備えていることを特徴とする面位置計測装置。
  22. 前記受光系は、前記第２測定ビームの光線の向きを波長毎に変えて前記第２検出面へ導いて、前記第２検出面に前記第２計測パターンの分光像を形成することを特徴とする請求項２１に記載の面位置計測装置。
  23. 基板の面位置を計測する面位置計測装置において、
    　測定ビームを前記基板上の計測領域に斜入射させて、該計測領域に計測パターンを形成する送光系と、
    　前記基板で反射された前記測定ビームの一部を第１検出面へ導いて該第１検出面に前記計測パターンの像を形成し、前記基板で反射された前記測定ビームの別の一部を前記第１検出面とは異なる第２検出面へ導いて該第２検出面に前記計測パターンの像を形成する受光系と、
    　前記第１検出面における前記計測パターンの像および前記第２検出面における前記計測パターンの分光像を検出する検出系とを備えていることを特徴とする面位置計測装置。
  24. 前記受光系は、前記別の一部の光線の向きを波長毎に変えて前記第２検出面へ導いて前記第２検出面に前記計測パターンの分光像を形成することを特徴とする請求項２３に記載の面位置計測装置。
  25. 基板の面位置を計測する面位置計測方法において、
    　第１パターンからの第１測定ビームおよび第２パターンからの第２測定ビームを前記基板上の計測領域に斜入射させて、該計測領域に前記第１パターンの中間像および前記第２パターンの中間像を形成することと、
    　前記基板で反射された前記第１測定ビームを第１検出面へ導いて該第１検出面に前記第１パターンの像を形成し、前記基板で反射された前記第２測定ビームの光線の向きを波長毎に変えて第２検出面へ導いて該第２検出面に前記第２パターンの分光像を形成することと、
    　前記第１検出面における前記第１パターンの像および前記第２検出面における前記第２パターンの分光像を検出することとを含むことを特徴とする面位置計測方法。
  26. 前記第１パターンの像の検出結果と前記第２パターンの分光像の検出結果とに基づいて、前記基板上での前記第１測定ビームの干渉に起因する計測誤差について補正された前記計測領域の面位置を求めることをさらに含むことを特徴とする請求項２５に記載の面位置計測方法。
  27. 前記第１パターンの像の検出結果から得られる前記計測領域の面位置を、前記第２パターンの分光像の検出結果から得られる波長－強度特性に基づいて補正して、前記補正された前記計測領域の面位置を求めることを特徴とする請求項２６に記載の面位置計測方法。
  28. 入射した前記第２測定ビームから偏光状態の異なる複数の測定ビームを生成し、前記第２検出面上の異なる位置に前記第２パターンの第１偏光状態の分光像および前記第２パターンの第２偏光状態の分光像を形成することを特徴とする請求項２５乃至２７のいずれか１項に記載の面位置計測方法。
  29. 入射した前記第２測定ビームから第１の偏光方向を持つ第１測定ビームおよび該第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向を持つ第２測定ビームを生成し、前記第２検出面上の異なる位置に前記第２パターンの第１の偏光の分光像および前記第２パターンの第２の偏光の分光像を形成することを特徴とする請求項２８に記載の面位置計測方法。
  30. 前記第１パターンは前記計測領域において所定方向に沿って間隔を隔てた複数のスリット状の像を形成し、前記第２パターンは前記計測領域において前記所定方向に沿って延びる帯状の像を形成することを特徴とする請求項２５乃至２９のいずれか１項に記載の面位置計測方法。
  31. 基板の面位置を計測する面位置計測方法において、
    　計測パターンからの測定ビームを前記基板上の計測領域に斜入射させて、該計測領域に前記計測パターンの中間像を形成することと、
    　前記基板で反射された前記測定ビームの一部を第１検出面へ導いて該第１検出面に前記計測パターンの像を形成し、前記基板で反射された前記測定ビームの別の一部の光線の向きを波長毎に変えて第２検出面へ導いて該第２検出面に前記計測パターンの分光像を形成することと、
    　前記第１検出面における前記計測パターンの像および前記第２検出面における前記計測パターンの分光像を検出することとを含むことを特徴とする面位置計測方法。
  32. 前記計測パターンの像の検出結果と前記計測パターンの分光像の検出結果とに基づいて、前記基板上での前記測定ビームの干渉に起因する計測誤差について補正された前記計測領域の面位置を求めることをさらに含むことを特徴とする請求項３１に記載の面位置計測方法。
  33. 入射した前記測定ビームから０次光の測定ビームと＋１次光の測定ビームと－１次光の測定ビームとを生成し、前記０次光の測定ビームを前記第１検出面へ導いて前記計測パターンの像を形成し、前記＋１次光の測定ビームおよび前記－１次光の測定ビームの光線に波長毎に異なる回折角を付与した後に異なる偏光状態を付与して、前記計測パターンの第１偏光状態の分光像および前記計測パターンの第２偏光状態の分光像を前記第２検出面上の異なる位置に形成することを特徴とする請求項３２または３３に記載の面位置計測方法。
  34. 前記０次光の測定ビームが前記第１検出面に形成する前記計測パターンの像、並びに前記＋１次光の測定ビームが前記第２検出面に形成する前記計測パターンの第１偏光状態の分光像および前記－１次光の測定ビームが前記第２検出面に形成する前記計測パターンの第２偏光状態の分光像を検出し、前記計測パターンの像の検出結果から得られる前記計測領域の面位置を、一対の前記計測パターンの分光像の検出結果から得られる波長－強度特性に基づいて補正して、前記補正された前記計測領域の面位置を求めることを特徴とする請求項３３に記載の面位置計測方法。
  35. 前記計測パターンの前記第１状態偏光の分光像および前記計測パターンの前記第２偏光の分光像を前記第２検出面上の異なる位置に形成することを特徴とする請求項３３または３４に記載の面位置計測方法。
  36. 前記計測パターンは、前記計測領域において所定方向に沿って間隔を隔てた複数のスリット状の像を形成することを特徴とする請求項３３乃至３５のいずれか１項に記載の面位置計測方法。
  37. 所定のパターンを基板に露光する露光装置において、
    　前記基板の被露光面の面位置を検出するための請求項１乃至２４のいずれか１項に記載の面位置計測装置と、
    　前記面位置計測装置の計測結果に基づいて、前記基板の被露光面を所定面に対して位置合わせするための位置合わせ部とを備えていることを特徴とする露光装置。
  38. 前記所定のパターンを前記基板上に投影する投影光学系をさらに備え、
    　前記位置合わせ部は、前記投影光学系の像面に対して前記基板の前記被露光面を位置合わせすることを特徴とする請求項３７に記載の露光装置。
  39. 前記基板が載置され、前記基板を保持して移動面に沿って移動可能な移動体をさらに備え、
    　前記基板と前記面位置計測装置との位置関係を変更しつつ前記基板の面位置を検出することを特徴とする請求項３７または３８に記載の露光装置。
  40. 前記基板を被露光位置へ向けて移動させつつ、前記基板の面位置を検出することを特徴とする請求項３９に記載の露光装置。
  41. 請求項３７乃至４０のいずれか１項に記載の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記基板に露光することと、
    　前記所定のパターンが転写された前記基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記基板の表面に形成することと、
    　前記マスク層を介して前記基板の表面を加工することと、を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
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