JP2000081320A - 面位置検出装置及びそれを用いたデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウエハー面の位置を高精度に検出し、レチク
ル面上のパターンを投影光学系によりウエハー面上に高
い光学性能を有して投影することのできる面位置検出装
置及びそれを用いたデバイスの製造方法を得ること。 【解決手段】 投影光学系の結像面近傍に設けた物体面
の光軸方向の面位置情報を投影パターンを用いて検出す
る際、該投光光学系と受光光学系の略瞳面には、各々計
測用パターンを介した計測光束と参照明パターンを介し
た参照光束とを通過させる為の複数の開口を有する絞り
と、該絞りの該複数の開口のうち少なくとも１つの開口
部に対して該参照光束を偏向させる光束偏向部材とを設
けており、該計測光束は該物体面で反射して、該受光光
学系で該光検出素子に導光しており、該参照光束は該物
体面で反射しないで受光光学系で該光検出素子に導光し
ていること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は面位置検出装置及び
それを用いたデバイスの製造方法に関し、特にレチクル
（マスク）面上に形成されているＩＣ，ＬＳＩ等の微細
な電子回路パターン，ＣＣＤ等の撮像デバイス、液晶パ
ネル等の表示デバイス、そして磁気ヘッド等のデバイス
に関するパターンを投影レンズ（投影光学系）によりウ
エハー面上に投影又は走査機構を利用し、該レチクルと
ウエハーとを同期して走査しながら投影し、露光すると
きに該ウエハー面の該投影レンズの光軸方向の面位置及
び傾き等の面位置情報を検出し、該ウエハーを投影光学
系の最良結像面に位置させることにより高集積度のデバ
イスを製造する際に好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】最近の半導体素子の製造技術の進展はめ
ざましく、それに伴う微細加工技術の進展も著しい。特
に光加工技術は、サブミクロンの解像力を有する縮小投
影露光装置、通称ステッパーが主流であり、解像力向上
の為に開口数（ＮＡ）の拡大や、露光波長の短波長化が
計られている。

【０００３】さらに露光領域を拡大する為に、レンズ
系、或いはレンズ系とミラー系で構成された縮小走査型
の投影露光装置（走査型露光装置）が考案されており、
今後は投影露光装置の主流になるものと注目されてい
る。

【０００４】この走査型の縮小投影露光装置では、回路
パターンを有するレチクルが載置されたステージと、パ
ターン転写を行うウエハーが載置されたステージの双方
を投影光学系の縮小倍率に応じた速度比で相対走査しな
がら露光を行っている。

【０００５】これらの投影露光装置では解像力の向上に
伴い、投影光学系の許容深度（焦点深度）が減少し、ウ
エハー面を投影光学系の合焦位置に設定する際の精度に
対して厳しい精度が要求されている。

【０００６】従来より半導体素子製造用の縮小投影型の
露光装置では、第１物体としてのレチクルの回路パター
ンを投影レンズ系により第２物体としてのウエハー上に
投影露光するのに先立って、面位置検出装置（オートフ
ォーカス装置、ＡＦ装置）を用いてウエハー面の光軸方
向の位置を検出して、該ウエハー面を投影レンズの最良
結像面に位置するようにしている。

【０００７】投影露光装置に用いられるウエハー面の面
位置検出機構の１つとしてウエハー面に対して光束を斜
入射に入射させて構成されるオフアクシス（Off Axis)
の検出機構がある。

【０００８】この検出機構では被検査面であるウエハー
面上に複数の光束を照射し、ウエハー面から反射された
複数の光束をそれぞれ光電変換素子にて受光し、光電変
換素子上での光束の入射位置情報から、ウエハー面のＺ
方向の位置情報（フォーカス）を検出したり、さらに複
数の計測点のフォーカス情報から、ウエハー面の傾き情
報（チルト）を検出するといった総合的なウエハー面の
面位置情報を計測している。

【０００９】被走査面上の複数点に光を照射する方法の
面位置検出装置を、本出願人は先に特開平３−２４６４
１１号公報や、特開平４−３５４３２０号公報等で提案
している。

【００１０】特開平３−２４６４１１号公報では、複数
の光束を被走査面に斜め方向から照射する場合の、計測
用投影像が被検査面上の、どの計測点においても同形状
となる方法等について開示している。また特開平４−３
５４３２０号公報では、複数の光束を被検査面に斜め方
向から照射する場合の、照射角度や平面上における照射
方向等について開示している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】通常の投影露光装置
は、レチクルやウエハー面上にゴミや塵等が付着すると
デバイスが不良となるので、クリーンチャンバーに納め
られている。クリーンチャンバーは、投影露光装置に付
属された光源や電気基板等の発熱源からの発熱による影
響を防ぐために、内部の温度を一定に保つ空調機構を設
けている。この空調機構は、一定の温度の空気を層流や
乱流にして投影露光装置の上部から下部に向かって流し
たり、ウエハーを載置するステージの近傍を水平方向に
流したりすることでチャンバー内を循環させており、こ
れにより投影露光装置の機械的変形を押さえ、投影露光
の光学性能を良好に維持している。

【００１２】ウエハーの面位置情報を検出する面位置検
出機構付近は、多くの場合、投影光学系の下部にあり、
ここも空調機構により層流又は乱流が形成されている。

【００１３】一般に、チャンバー内部の循環空気の温度
を完全に一定にさせることは難しく、微妙な温度差を有
する空気の固まりが屈折率差を有する層状又は塊状にな
って、流れている。この空気の流れにより、空気の屈折
率が空間的に乱れを起こす。そのために、ウエハー面の
面位置検出用光束は屈折率の異なる層あるいは塊によっ
て光路に変動を起こし、検出器上への光束の入射位置が
異なってしまうという現象が生じる。そのために、ウエ
ハー表面位置の検出精度が劣化してしまうという問題点
があった。

【００１４】これらの、問題点を改善するにあたって、
本出願人は、特開平９−１６７７３７号公報にて投影露
光装置の投影光軸方向のウエハー表面の位置を検出する
位置検出部とウエハー表面近傍の空気揺らぎを検出する
揺らぎ検出部とを利用してウエハー表面の位置検出を行
う方法を開示している。

【００１５】一方、近年高精度な制御を達成するために
様々な駆動機構が取り付けられており、特に走査型露光
装置の場合にはウエハーステージとレチクルステージが
相当なスピードにて走査されている。そのために、露光
装置全体に振動が発生し、面位置検出装置も振動や微妙
なねじれが生じるため計測値に微妙な影響を及ぼしてい
る。

【００１６】本発明は本出願人が先に提案した面位置検
出装置を更に改良し、上記空気揺らぎや機械の振動等の
外乱要因をトータル的に補正し、システムの高精度化を
簡便且つ効率よい構成で実現した面位置検出装置及びそ
れを用いたデバイスの製造方法の提供を目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の面位置検出装置
は、 (1-1) 投影光学系の結像面近傍に設けた物体面に該投影
光学系の光軸に対して斜方向から投光光学系によりパタ
ーンを投影し、該物体面上に形成したパターンの像を受
光光学系によって光検出素子面上に結像し、該光検出素
子からの信号を利用して該物体面の光軸方向の面位置情
報を検出する面位置検出装置において、該投光光学系の
略瞳面と受光光学系の略瞳面には、各々計測用パターン
を介した計測光束と参照明パターンを介した参照光束と
を通過させる為の複数の開口を有する絞りと、該絞りの
該複数の開口のうち少なくとも１つの開口部に対して該
参照光束を偏向させる光束偏向部材とを設けており、該
計測光束は該物体面に入射し、該物体面で反射して、該
受光光学系で該光検出素子に導光しており、該参照光束
は該物体面で反射しないで受光光学系で該光検出素子に
導光しており、該光検出素子で得られる信号を用いて該
物体面の面位置情報を求めていることを特徴としてい
る。

【００１８】特に、 (1-1-1) 前記投光光学系の略瞳面と前記受光光学系の略
瞳面に配置した光束偏向部材は互いに光束の偏向角度が
異なる形状より成っていること。

【００１９】(1-1-2) 前記投光光学系の光路中のうち、
計測光束の光路中に通過光量を調整する透過光量可変手
段を設けていること。

【００２０】(1-1-3) 前記投光光学系は互いに異なる波
長帯域の光束を放射する複数の光源を有し、該複数の光
源からの光束で同一の面位置計測用のパターンを照明し
ており、前記投光光学系の光路中のうち計測光路中に１
つの波長帯域の光束のみを通過する光学フィルターを設
けていること。

【００２１】(1-1-4) 前記投光光学系は計測光束を放射
する計測光照明光源と、該計測光束で照明した計測マス
クを物体面に結像する計測結像レンズと、参照光束を放
射する参照光照明光源と、該参照光束で照明した参照マ
スクを所定面上に結像する参照結像レンズとを有してい
ること。

【００２２】(1-1-5) 前記計測結像レンズと参照結像レ
ンズの一部は共有されていること。

【００２３】(1-1-6) 前記投光光学系は前記計測マスク
を物体面に結像し、前記参照マスクを前記投影光学系と
物体面との間で空中像を形成していること。

【００２４】(1-1-7) 前記参照光束は前記投影光学系の
最終面で反射すること等を特徴としている。

【００２５】(1-2) 投影光学系の結像面近傍に設けた物
体面に該投影光学系の光軸に対して斜方向から投光光学
系によりパターンを投影し、該物体面上に形成したパタ
ーンの像を受光光学系によって光検出素子で検出し、該
光検出素子からの信号を利用して、該物体面の光軸方向
の面位置情報を検出する面位置検出装置において、該投
光光学系は、第１のマスクと第２のマスクと、第１の投
光光学系と第２の投光光学系とを有し、第１のマスクは
そこからの光束が、第１の投光光学系の瞳面近傍に偏心
して設けられた開口絞りで制限されて計測用光束とし
て、物体面上に投光され、その反射光が受光光学系に取
り込まれ、光検出素子上に再結像され、第２のマスクは
そこからの光束が、第２の投光光学系の瞳面近傍に偏心
して設けられた開口絞り上の光束偏向部材により偏向さ
れて、物体面で反射することなく受光光学系に入光され
外乱要因補正用の参照光束として該光検出素子上に再結
像しており、該光検出素子からの信号を用いて該物体面
の面位置情報を求めていることを特徴としている。

【００２６】特に、 (1-2-1) 前記第１の投光光学系と第２の投光光学系の一
部は共有されていることを特徴としている。

【００２７】本発明の露光装置は、 (2-1) 構成(1-1) 又は(1-2) の面位置検出装置を用いて
第１物体と第２物体との相対的な位置合わせを行った後
に第１物体上のパターンを第２物体上に転写しているこ
とを特徴としている。

【００２８】本発明のデバイスの製造方法は、 (3-1) 構成(1-1) 又は(1-2) の位置検出装置を用いて、
マスクとウエハーとの相対的な位置検出を行った後に、
マスク面上のパターンをウエハー面上に転写し、次いで
該ウエハーを現像処理工程を介してデバイスを製造して
いることを特徴としている。

【００２９】(3-2) 構成(2-1) の露光装置を用いてマス
ク面上のパターンをウエハー面上に転写し、次いで該ウ
エハーを現像処理工程を介してデバイスを製造している
ことを特徴としている。

【００３０】

【発明の実施の形態】本発明の面位置検出装置の面位置
検出の基本的な原理は、被検面（物体面）であるウエハ
ー表面に光束を斜め方向から照射し、被検面で反射した
光束を位置検出素子で検出し、位置検出素子面上での光
束の位置ズレ量から被検面のＺ方向（光軸方向）の位置
情報（フォーカス情報）を検出する、所謂斜入射方法を
利用したものである。

【００３１】また被検査面内の任意の位置に複数の面計
測用の光束を投影し、各々の計測点でのフォーカス情報
から被検面のチルト量を算出するようにしている。

【００３２】図１には、本発明の面位置検出装置の実施
形態１の検出原理の要部概略図である。図１に記載のウ
エハー面４の位置検出機構は、説明の簡略化のために、
ウエハー４面上の１計測点の検出手段についてのみ記し
ている。

【００３３】図１において、LSはLED 等の面位置検出用
の発光光源である。

【００３４】一般に被検面（物体面）であるウエハー表
面には感光剤であるレジストが厚さ1 μｍ程度といった
薄膜状に塗布されている。ウエハーのレジスト表面の面
位置を高精度に検出するためには、レジスト薄膜による
光の干渉の影響を除去する必要がある。そのためには、
面計測用の光源の波長幅を拡げることが効果的である。

【００３５】一方、ウエハー面上には形状や、材質の異
なる様々なデバイスパターンが形成されている。半導体
素子の製造の工程毎にまたはショット領域内において局
所的に面計測光の反射率が異なるために、光束の入射位
置を検出する位置検出素子（光検出素子）上で検出され
る光信号の強度も異なる。

【００３６】高精度な面位置計測を保つためには、工程
毎またはショット内の計測点毎に、入射される光の強度
を調節して常に信号強度を一定に保ち、取り込まれる信
号のS/N 比を高くすることが必要である。

【００３７】光量制御が容易でかつ、ブロードな波長帯
域を放射する光源として本実施形態では、LED を用いて
いる。

【００３８】本実施形態では、発光光源LSから発せられ
る光の強度を光源からの出力を変えたり、フィルター等
を用いて任意にコントロールしている。

【００３９】発光光源LSから発せられた光は、スリット
板50を照明する。スリット板５０上には図２（Ａ），
（Ｂ）に示すように、面位置計測用のスリット（パター
ン）５０ａが施されている。

【００４０】図１にて投光光学系ＰＬは２つのレンズ１
１，１２を有している。レンズ１１、１２により、スリ
ット５０ａを被検面であるウエハー４上に投影してい
る。レンズ１１、１２によりスリット板５０とウエハー
４の表面は光学的な略共役関係になっている。

【００４１】レンズ（投光光学系）ＰＬの瞳面（フーリ
エ変換面）には開口絞り３１を配置しており、投影され
る光束のNA（開口数）を制限している。

【００４２】開口絞り３１には、２ヶの開口３１ａ，３
１ｂがお互いに投光光学系ＰＬの光軸ＰＬａに対称に形
成されており、一方の開口３１ｂには光学くさび等の光
偏向部材41が取り付けられていて、光束（参照光束）を
偏向させる働きをしている。

【００４３】本実施形態では、参照光束側に光学くさび
４１が設けられており、レンズ１２を射出した参照光束
がウエハー面４へ投影されずに、直接に受光光学系（再
結像光学系）ＤＰに入光されるようにしている。

【００４４】一方、面計測用光束（計測光束）の開口絞
り３１の他方の開口３１ａには光束偏向部材は設けられ
ておらず、第２フーリエ変換レンズ（レンズ）１２を射
出した面計測用光束はウエハー表面４に向けて集光結像
される。

【００４５】次に、図１において、面計測用光束の光路
と結像関係について詳細に説明する。

【００４６】面計測用のマーク（パターン）が形成され
たスリット板５０から発せられた光束は、投光光学系Ｐ
Ｌの光軸ＰＬａから偏心した開口絞り３１を通過し面計
測用光束として、第２フーリエ変換レンズ１２によって
ウエハー表面４に結像される。ウエハー表面で正反射し
た面計測用光束は受光用の再結像光学系ＤＰのひとつで
ある第３フーリエ変換レンズ２１により開口絞り３２に
導かれる。投光光学系ＰＬ中の開口絞り３１と同様にレ
ンズ光軸ＤＰａから偏心した位置の開口３２ａを通り、
第４フーリエ変換レンズ２２によって位置検出素子（光
検出素子）D 上に再結像される。

【００４７】次に、参照光路の光路と結像関係について
詳細に説明する。

【００４８】上記面計測用光束と共通の面計測用マーク
が形成されたスリット板５０から発せられた光束は、開
口絞り３１にて、上記面計測用光束に対して、投光光学
系ＰＬの光軸ＰＬａに対称な位置に偏心して設けられた
開口３１ｂを通過する。ここで参照光光束は光学くさび
等の光偏向部材４１によってある角度に偏向される。偏
向された光束は参照用光束として第２フーリエ変換レン
ズ１２を介して、ウエハー面での反射を介することな
く、ウエハー面とは略平行に受光光学系ＤＰの開口に向
かって進む。結像点は、ウエハー４上での面計測用の光
束の結像点のほぼ上空に空中像として結像されることに
なる。

【００４９】ウエハー４を介さずに直接に受光光学系Ｄ
Ｐに入光した光束は、投光光学系ＬＰと同様に設けられ
た開口絞り３２の開口３２ｂに設けた光学くさび４２に
よって光束の角度が戻される方向に偏向された光束が位
置検出素子Ｄ上に結像される。

【００５０】次に、投光光学系ＬＰおよび、受光光学系
ＤＰの開口絞り３１，３２の開口偏心量及び、参照光路
中に設けられた光学くさび４１の光偏向角度について定
量的に説明する。

【００５１】まず、面計測光の偏心量△Ｌについては、
面計測のための斜め入射角度θと投光光学系ＬＰの第２
フーリエ変換レンズ１２の焦点距離ｆ2 によって決まる
ものである。

【００５２】面計測光束の開口と参照光束の開口を結像
光学系ＤＰの光軸ＤＰａに対称の配置とした場合には以
下の通りとなる。

【００５３】△Ｌ= ｆ2^*tan(θ/2） 例として、θ=5°、ｆ2 ＝100 ｍｍとすると、△Ｌ=4.4
ｍｍ となる。

【００５４】次に、参照光路中に設けられた光束偏向部
材４１による偏向角度φはウエハー上空の参照光軸高さ
位置Ｈと投光光学系ＬＰの第２フーリエ変換レンズ１２
の焦点距離ｆ2 に関係する。

【００５５】ウエハー上空の参照光路の高さはこの偏向
角度にて任意であり、以下のような関係式となる。

【００５６】Ｈ＝ｆ2^*tan φ 又は、φ=atan(H/f2） ウエハー上空高さ5 ｍｍに参照光束を通したい場合に
は、第２フーリエ変換レンズ１２の焦点距離ｆ2 ＝100
ｍｍとすると、光束偏向部材４１による偏向角度はφ=
2.9°である。従って射出偏角が2.9 °相当の光学くさ
びを用いればよいことが分かる。屈折率をn ＝1.5 、入
射角度0 °とすれば、くさびの頂角は約5.7°である。

【００５７】一方、参照光を受光する受光結像系内の開
口絞り３２に配置された光路偏向部材４２による偏向角
度は、投光光学系ＬＰ内の光束偏向部材４１と設定角度
を異なる設定にしてある。これは、受光光学系ＤＰ内の
くさび角度を投光系内のくさび角度と同じにすると、位
置検出素子上Ｄにて面計測光束と参照光束が同位置に形
成されてしまい、信号の分離が出来なくなってしまう現
象を防いでいる。

【００５８】受光光学系ＤＰ内の光路偏向くさび４２の
角度を任意に設定することで位置検出素子Ｄ上での参照
光束位置を任意にコントロールすることを可能としてい
る。

【００５９】例として、受光光学系ＤＰの開口絞り３２
のくさび４２による偏角を投光光学系ＬＰの開口絞り３
１のくさび４１による偏角よりも0.6 °小さくしておけ
ば、位置検出素子上にて、面検出光束から約1 ｍｍ離れ
た位置に参照光束が結像される（=f2^*tan △φ=100^*tan
0.6 ）。

【００６０】図３は、その信号の出力の例を示すもので
ある。左の信号が、面計測光信号、右が参照光信号であ
る。上記のように、面計測光信号と参照光信号は、位置
検出素子Ｄ上で、面検出計測範囲を十分に含むようにあ
る程度の距離だけ離れて並ぶように設定される。

【００６１】参照光信号と面計測光信号は、光路の反射
回数が奇数回異なるため、光路中の空気の揺らぎ等の影
響に対しては、お互いに逆方向に動く。

【００６２】面計測光信号と参照光信号を個別に計測
し、計測値を演算処理することで、空気揺らぎや振動に
よる外乱成分の除去をおこなっている。

【００６３】同一の計測用マークから発せられた光束を
共通として計測光と参照光に使用した場合には、面計測
光の光量変動に伴って光源の光量制御を行うと、参照光
の信号も同様に変動してしまい、飽和したり、低下しす
ぎたりし、同じ条件にて同時に参照光として計測する精
度が低下してしまう。

【００６４】図１及び図４において、面計測光束中に透
過光量可変部材５２が形成されている。

【００６５】この部材５２は回転可能であり、透過率が
連続的に可変又は段階的に可変で複数の光学フィルター
（NDフィルター等）が円周状に形成されており回転させ
ることで面計測光束の光量調整を行っている。

【００６６】図４は本発明における空気揺らぎや振動等
の外乱要因を補正するようにした面位置検出装置をステ
ップ＆リピート方式やステップ＆スキャン方式の縮小投
影露光装置へ搭載した要部概略図である。図４において
３は露光光であり、ＤＶＵのｉ線やＫｒＦ，ＡｒＦのエ
キシマレーザ等からの光束より成り、レクチル１を照明
している。レチクル１にはデバイスパターンが形成され
ている。前記レチクル１はレチクルステージ５に載置さ
れる。

【００６７】感光基板であるウエハー４はウエハーチャ
ック６に吸着保持されている。ウエハーチャック６はウ
エハーステージ７に載置されており、レーザー干渉計９
００と駆動制御手段１０００によってＸＹ方向に駆動制
御されている。

【００６８】さらに、ウエハーステージ７は、投影露光
系（投影光学系）２の光軸方向（Ｚ方向）の位置、及び
傾きが制御可能となっている。このレチクル１とウエハ
ー４は投影露光系２を介して光学的に共役な位置に置か
れており、不図示の照明光学系からの照明光束３が露光
光束としてレチクル１上に照明している。このレチクル
上の露光光束３は、投影露光系２の投影倍率に比した大
きさの露光光束をウエハー４上に形成するものである。
一括露光の縮小投影露光の場合には、□２２mm程度の矩
形の露光領域をワンショット露光する。

【００６９】走査型の縮小投影露光の場合には、露光光
束はスリット状に形成され、スリット状の露光光束に対
してレチクルステージ５とウエハーステージ７の双方を
投影光学系２の光学倍率に応じた速度比で一方向に動か
し、固定されたスリット状の露光光束に対して、レチク
ル１上のパターン転写領域とウエハー４上のパターン転
写領域を走査することによって行われる。

【００７０】本実施形態の投影露光装置は、ウエハー側
の焦点深度が約１μｍ以下と微小であり、最適な解像力
を得るために、露光されるウエハー表面の位置を投影光
学系２の最適露光位置に設定している。ウエハーステー
ジ７上に載置されたウエハー４のＺ方向の面位置状態
（フォーカス，チルト）を検知すべく、斜入射方法を用
いた面位置検出装置を設定している。

【００７１】図５は投影露光装置として走査型露光装置
を用いた場合のウエハー４上における露光領域と面位置
計測点の関係の例を示したものである。走査露光の場
合、リアルタイムのフォーカス、チルト計測及び補正を
行う必要があり、かつ往復走査に対応しなければならな
い。

【００７２】走査露光の方向（Ｂ方向又はＦ方向）に応
じて計測点を使い分けるためにスリット状の露光領域Ｅ
Ｆを挟んで、距離Ｌだけ離れかつ対称な位置に、面位置
計測点Ａ１，Ｂ１，Ｃ１と面位置計測点Ａ３，Ｂ３，Ｃ
３を設定している。

【００７３】露光スリット領域ＥＦ内には、フォーカス
駆動さらにチルト駆動の確認用として、同様に３点の面
位置計測点Ａ２，Ｂ２，Ｃ２が設定されている。

【００７４】本実施形態では、計９点の各計測点に面位
置計測用の光束を斜め方向から照射している。計測は、
例えば、Ｆ方向の走査露光の場合には、露光位置にさし
かかる以前に前もって３点の計測点Ａ１，Ｂ１，Ｃ１に
おいて面位置計測を行い、さらには、それら３点のフォ
ーカス値と予め既知の計測点スパン量からＹ軸回りのチ
ルト量を算出している。

【００７５】同様に、Ｂ方向の走査露光の場合には、３
点の計測点においてＡ３，Ｂ３，Ｃ３において前もって
面位置計測を行い、さらには、それら３点のフォーカス
と予め既知の計測点スパン量からＹ軸回りのチルト量を
算出している。

【００７６】ステージ側の駆動機構指令を送り、露光位
置にさしかかる前に所望のフォーカス，チルト量の駆動
を行っている。

【００７７】一方、ワンショット一括露光のステップ＆
リピート方式の投影露光装置を用いた場合には、最低５
点の計測点を採用してショット領域のフォーカス情報、
及びチルト情報を検出している。

【００７８】図１に記載のウエハー面４の面位置情報を
検出する面位置検出装置は、説明の簡略化の為に１計測
点の検出手段についてのみ記している。また、ここでは
説明し易くするために面計測用光束及び参照光束の各主
光線のみを記している。

【００７９】次に、本実施形態の面位置検出装置につい
て図１の説明と一部重複するが説明する。

【００８０】図４においてＬＳは面位置検出用の発光光
源である。発光光源ＬＳから発せられる光の強度を信号
処理系１００によって任意にコントロールしている。発
光光源ＬＳから発せられた光は、スリット板５０を照明
する。スリット板５０上には図２に示すように、面位置
計測用の複数のスリット５０ａが施されている。

【００８１】図４にて投光レンズ（レンズ）１１，１２
によりスリット板５０を被検面であるウエハー４上に投
影している。レンズ１１，１２によりスリット板５０と
ウエハー４の表面は光学的に略共役関係になっている。

【００８２】計測用のマーク５０ａが形成されたスリッ
ト板５０から発せられた光束は、レンズ（第１フーリエ
変換レンズ）１１の光軸１１ａから偏心した開口絞り３
１の開口３１ａを通過し、面計測用光束（計測光）とし
て、レンズ（第２フーリエ変換レンズ）１２によってウ
エハー表面４に結像される。ウエハー表面で正反射した
面計測用の光束は受光光学系のひとつである受光レンズ
（第３フーリエ変換レンズ）２１により開口絞り３２に
導かれる。ウエハー表面上のスリット板５０の像はレン
ズ１１，１２中の開口絞り３１の開口３１ａと同様にレ
ンズ光軸から偏心した位置の開口３２ａを通り、受光レ
ンズ（第４フーリエ変換レンズ）２２によって位置検出
素子（撮像手段）Ｄ上に再結像している。

【００８３】一方、上記面計測用の光束と共通の面計測
用マークが形成されたスリット板５０から発せられた光
束は、開口絞り３１にて、上記面計測用光束に対してレ
ンズ１１の光軸１１ａに対称な位置に偏心して設けられ
た開口３１ｂを通過する。ここで開口３１ｂを通過した
参照光光束は（参照光）は光学くさび等の光偏向部材４
１によってある角度に偏向される。偏向された光束は参
照用光束として第２フーリエ変換レンズ１２を介して、
ウエハー面での反射を介することなく、ウエハー面とは
略平行に受光レンズ２１の開口に向かって進む。結像点
は、ウエハー４上での面計測用光束の結像点のほぼ上空
に結像されることになる。

【００８４】ウエハー４を介さずに直接受光レンズ２１
に入光した光束は、レンズ１１，１２と同様に設けられ
た開口絞りの開口３２ｂを通過し、光学くさび４２によ
って光束の角度が戻れされる方向に偏向された光束が受
光レンズ２２によって位置検出素子Ｄ上に入射し、その
面上にスリット板５０の像を再結像している。各要素１
１，１２，３１，４１は投光光学系の一要素を構成し、
各要素２１，２２，３２，４２は受光光学系の一要素を
構成している。

【００８５】本実施形態ではこのように構成することに
より、参照光と計測光の信号を同時に位置検出素子Ｄに
取り込み、面位置信号処理系１００にて空気揺らぎや振
動等の外乱要因が低減されるよう計算処理している。

【００８６】そして、算出されたウエハー表面４のフォ
ーカス、及びチルト情報をウエハーステージ７のＣＰＵ
１０００にフィードバックしている。

【００８７】次に、本発明の実施形態２について説明す
る。

【００８８】前記実施形態１中にも述べたとおり、高精
度な面位置計測を保つためには、工程毎またはショット
内の計測点毎に、入射される光の強度をコントロールし
て常に信号強度を一定に保ち、取り込まれる信号のS/N
比を高くすることが必要である。

【００８９】そのためには応答性がよくダイナミックレ
ンジの広い光量調整システムが必要である。そういった
一般的な光源として、発光ダイオード（LED ）や半導体
レーザー（LD）といった半導体素子を用いれば、その電
流制御で正確な光量制御が可能である。

【００９０】また、実施形態１のように、光束中に、機
械的な回転によって行う光量調節部材等を設けると、そ
れがさらには外乱要因となる恐れがある。

【００９１】図６は本実施形態２の要部概略図である。
同図は、面計測用と参照計測用に共通のマーク５０を照
明し、かつ面計測光のみ個別に高精度で光量調整を行う
べく、個別に発光波長帯域の異なる２ヶの光源ＬＳ１，
ＬＳ２を構成したものである。

【００９２】面計測用光源ＬＳ１は薄膜干渉を低減させ
るブロードな帯域の光束λ１を放射する光源であり、一
方の参照用光源ＬＳ２としては、上記計測用波長λ１と
は異なる波長λ２の光源よりが構成している。

【００９３】面計測用光源ＬＳ１と、参照光照明光源Ｌ
Ｓ２から発せられた光λ１，λ２は、ハーフミラー７５
によって、合成され、共通の照明光学系７０によりマス
ク５０上の計測用マークを照明する。そして、投光光学
系ＰＬの開口絞り３１の面位置においては、面計測光用
の開口部３１ａには、面計測光光源ＬＳ１からの波長帯
域λ１の光束を透過させ、かつ参照光光源ＬＳ２からの
波長帯域λ２の光束をカットするような特性の光学フィ
ルター４３を設けている。

【００９４】一方、参照光開口部３１ｂには、参照光光
源の波長帯域λ２の光束を透過させ、かつ、計測光の波
長帯域λ１の光束をカットするような特性の光学フィル
ターが光学くさび４１を表面に形成している。受光光学
系ＤＰは実施形態１と共通の構成である。

【００９５】以上のように、面計測照明光源ＬＳ１と参
照光照明光源ＬＳ２を個別に有する構成とし、波長フィ
ルターで分岐させることで、面計測光のみ個別に光量制
御を可能としている。一方の参照光量はほとんど変化す
ることが無いので一定値に制御しておけばよい。

【００９６】また、参照光はウエハー表面の薄膜干渉の
影響は無いので、参照光光源として波長分離の容易な単
色（シャープな波長帯域を有するもの）のレーザー光源
で構成してもよい。これは、もちろん上記計測用波長と
は異なるものである。そして、この場合には、投影光学
系ＬＰの開口絞り３１の面位置においては、面計測光開
口部３１ａには、ブロードな帯域λ１の光を透過させ、
かつ参照光の波長をカットするような特性の光学フィル
ターを構成している。

【００９７】一方、参照光開口部３１ｂには、レーザー
波長の光を透過させ、かつ、計測光の波長帯域をカット
するような特性の光学フィルター（バンドパスフィルタ
ー）を設けている。

【００９８】次に、本発明の実施形態３について説明す
る。

【００９９】図７は本実施形態３の要部概略図である。
先の実施形態２において光学くさび４１に光学フィルタ
ー（バンドパスフィルター）を設けている。

【０１００】本実施形態では、バンドパスフィルターを
使わないで同様の効果を得ている。本実施形態では図７
に示すように、照明光学系内において、投光光学系ＰＬ
の開口絞り３１の面と略供役な面となる位置に開口絞り
７６を設定し、光束合成ミラー７４で参照光と計測光が
個別の光源から導かれるように構成している。

【０１０１】この構成では、参照光と面計測光の波長特
性が同じ光を用いることが出来るので、外乱要因による
参照光の変化量と面計測光の変化量を同じに近づけるこ
とが出来る。それにより、さらに精度の良い補正システ
ムを構成している。尚、７２，７３はレンズである。

【０１０２】次に、本発明の実施形態４について説明す
る。

【０１０３】共通の計測用マークから光束を分岐して更
に共通の投光光学系を用いて参照光路と面計測光路を構
成するような本発明の実施形態１〜３では、参照光と面
計測光とでは、ウエハー面近傍の光路の違いにより光路
長に若干の差が生じてくる。この結果、位置検出素子上
では厳密にピントが合っていない状態となる場合があ
る。空気揺らぎ及び他の外乱の影響を精度良く排除する
ためには、双方のピントを位置検出素子上で合わせる必
要がある。

【０１０４】図８は、本実施形態４の要部概略図であ
る。同図は、面計測光の個別光量制御の問題点と上記の
ピントズレによる問題点を解決した実施例である。

【０１０５】マークを投影する投光光学系では、計測用
光束と参照用光束のマーク部を別経路にして、それぞれ
別の照明光を構成したものである。

【０１０６】まず、面計測照明系と参照光照明系を別系
統とすることで、個別に光量制御が可能としている。さ
らに、この構成をとれば、光量制御の改善のみならず、
位置検出素子上での計測光と参照光のピント調整も独立
して行えるというメリットがある。

【０１０７】次に、具体的な構成を説明する。

【０１０８】投光光学系ＰＬに設けられた、光路合成ミ
ラー１５は、光源ＬＳ１からの面計測光束と光源ＬＳ２
からの参照光束を合成するものである。光源ＬＳ１から
の面計測光束が当たる部分には高反射の金属膜が形成さ
れており、投光光学系ＰＬのひとつである第２フーリエ
変換レンズ１２に入光するように反射される。一方の光
源ＬＳ２からの参照光束が当たる部分は素ガラスとなっ
ており、透過して第２フーリエ変換レンズ２２に入光す
る。

【０１０９】５０Ｍは面計測用のマークが形成された第
１のマスクである。他方の５０Ｒが参照計測用のマーク
が形成された第２のマスクである。

【０１１０】第１のマスク５０Ｍの投光用の第１の投光
光学系の一部のレンズ１１Ｍと第２のマスク５０Ｒの投
光用の第２の投光光学系の一部のレンズ１１Ｒを別構成
とし、各々の第１フーリエ変換レンズ１１Ｍ、１１Ｒと
共通の第２フーリエ変換レンズ１２の光学距離の調整
で、各々のピント面調整を可能としている。

【０１１１】また、計測に用いるマーク５０Ｍ，５０Ｒ
も別なので、図９に示すように、マスク上にて面計測用
のマーク図９（Ａ）と参照計測のマーク図９（Ｂ）の位
置を所定量だけずらして置けば位置検出素子Ｄ上で所定
量離して２ヶの信号を形成することが容易である。

【０１１２】また、投光光学系ＰＬ内の開口絞り３１Ｒ
に構成された光学くさび４１と受光光学系ＤＰ内に構成
された光学くさび４２も同一の頂角のもので良い。

【０１１３】受光光学系ＤＰは実施形態１と同様に、共
通の結像光学系にて構成している。

【０１１４】図１０は図８の面位置検出装置を有した投
影露光装置の要部概略図である。基本構成は図４の実施
形態１と同様である。

【０１１５】次に、本発明の実施形態５について説明す
る。

【０１１６】以上に説明してきた各実施形態では、ウエ
ハー面上の１点を計測する為の面位置検出系について説
明してきたが、本発明の特徴である、投光光学系の瞳面
にて複数の偏心開口を有し、かつ一方の光束を偏向させ
る方法を用いることで、チルト計測のための複数点投影
の構成でも、各計測点毎に同一の位置検出素子上に参照
光と面計測光を同時に形成することができる。

【０１１７】図１１は、本実施形態５の要部概略図であ
る。同図は、斜め多点投影によるチルト検出光学系の例
である。図は、簡略化のために主光線のみ記する。

【０１１８】同図において、分割プリズム８０Ｍ、８０
Ｒによって、ウエハー上に斜め投影される複数計測点毎
（図では３点であるがいくつでも良い）にピント位置の
異なる投光光学系を構成している。また受光光学系に
は、計測分解能の向上のために拡大再結像光学系が、計
測点毎に構成されている。

【０１１９】これらの斜め多点投影によるチルト検出光
学系において、投光光学系の瞳面に所定の複数の開口と
光偏向部材で各計測点毎に同一の位置検出素子上に参照
光と面計測光を同時に形成し、各計測点毎に空気揺らぎ
や振動等の外乱要因補正することが可能である。

【０１２０】計測点の数だけ設けられた照明系７５から
の光は、マスク面５１Ｍ上に形成された各計測点に対応
したマークを照明する。

【０１２１】マスク面５１Ｍ上の個々のマークから照射
された光束は、合成プリズム８０Ｍで光束が合成され、
面計測光用の投光光学系１１Ｍ，１２によってウエハー
表面４上に斜め投影される。面計測光の各計測点におけ
る結像関係は、各主光線上の●印で表されている。

【０１２２】合成プリズム８０Ｍは、光軸と垂直の断面
にて近接した複数の光束を空間的に分離させ、各計測点
毎に個別の照明系７５を設けられるようにしている。こ
れにより個別光量調整を可能になる。また、検出マーク
を同一平面内に並べることが出るために、一枚のマスク
部材上に計測点数分のマーク形成を行えばよいので効率
がよい。

【０１２３】受光側でも同様に各計測点毎に位置検出素
子ＤＡ，ＤＢ，ＤＣ上に光束を導く必要があるので、分
岐プリズム90を用いて複数の近接した光束を個々の受光
光学系95に導くよう分岐させている。

【０１２４】一方、参照光用の投光光学系のほうも、同
様に、計測点の数だけ設けられた照明系７６からの光
は、マスク面５１Ｍ上に形成された各計測点に対応した
マークを照明する。

【０１２５】マスク面５１Ｍ上の個々のマークから照射
された光束は、合成プリズム８１Ｒで光束合成され、参
照光用の投光光学系１１Ｒ、１２によってウエハー４上
空の空間上に投影される。参照光の各計測点における結
像関係は、各主光線上の矢印で表されている。本発明の
では、参照光用の投光光学系の開口絞り面３１Ｒにて偏
心させ且つ光束偏向部材４１により参照光のみ角度をか
える構成により、参照光は一括でウエハー面上空に結像
される。

【０１２６】ここで、多点の斜め投影系では、参照光束
と計測光束を各計測点毎に同一マークから分岐する構成
をとると、ピント位置が異なる計測点A とC では参照光
と計測光の各受光光学素子ＤＡ，ＤＣ上でのピント位置
が一致しなくなる。

【０１２７】これは、参照光と計測光の反射回数が、非
検査面であるウエハー面の反射の有無の差により生じて
しまう問題である。従って、図１１に示すとおり、投光
光学系において、参照光と面計測光を別々のマスク５１
Ｍより導き、光路合成ミラー１５にて合成してウエハー
面４に投影する方法をとることが好ましい。この方法に
よれば、参照光のマスク４の向きが任意なので、受光側
の計測点毎に設けられた位置検出素子Ｄ上に参照光、面
計測光ともにピントを結ばせることが出来る。

【０１２８】以上に示してきた実施例では、参照光束を
非検査面に反射させることなく、直接受光光学系に導
き、非検査面を反射した検査光束と同じセンサー上に導
く構成を示しているが、図１２に示すとおり、参照光束
を基準の面、つまり、投影レンズの最終面や、専用に設
けられた基準反射面に反射させたのちに受光光学系に導
き、検査光束と同じセンサー上に再結像させる構成をと
ることも有効である。特に、この場合、計測光と参照光
の反射回数が等しいために空気の揺らぎや振動等による
信号の変動方向と変動量を等しくすることが出来る。

【０１２９】また、計測光と参照光を同一センサー上に
導いているために、センサー自体の熱膨張などによる変
動要因を排除することが出来る。

【０１３０】ここで、本実施例で特徴的なことは、投影
光学系の光軸とウエハー表面とのなす角度αは、 α＝０° であり、ウエハー面計測光の光軸（光束の中心）と基準
面（レンズの最終面または専用の基準反射面等）への参
照光軸はマーク投影レンズの光軸に対して対称に配置さ
れている。

【０１３１】図１２において、投影光学系内の開口絞り
部には光軸に対して対称な位置に２つの開口が設けられ
ており、かつ開口部にはそれぞれ光束偏向部材（光学く
さび）４１Ｍ，４１Ｒが設けられている。

【０１３２】４１Ｍは面計測光束に対応し、４１Ｒは基
準光束に対応する。

【０１３３】以下に、投影光学系及び、受光光学系の開
口絞り部の面計測光束と参照光束の開口偏心量及び、光
偏向角度について定量的に説明する。

【０１３４】まず、投影光学系内での面計測光と参照光
の、投影レンズ光軸に対する偏心量ΔＬについては、面
計測のための斜め入射角度θと投影光学系第２フーリエ
変換レンズ１２の焦点距離ｆ２によって決まるものであ
る。

【０１３５】面計測光束の開口と参照光束の開口を結像
光学系の光軸に対称の配置とした場合には以下の通りと
なる。

【０１３６】△Ｌ＝ f2^*tan(θ/2) 例として、ウエハーの表面とのなす角度θ=5°、f2=100
ｍｍとすると、ΔＬ=8.75ｍｍとなる。

【０１３７】次に、投影光学系の開口絞り部の面計測光
束中および参照光束中に設けられた光束偏向部材４１に
よる偏向角度φについて見積もる。これらは、ウエハー
表面に対する投影光学系の光軸の高さＨ１や、参照光束
を反射させる基準面の高さと投影光学系第２フーリエ変
換レンズ１２の焦点距離ｆ２に関係する。

【０１３８】仮に投影光学系の光軸がウエハー面と基準
面の中間に設定するとＨ＝Ｈ１＝Ｈ２となり、以下のよ
うな関係式となる。

【０１３９】Ｈ= f2^*tanφ または、φ= atan(Ｈ/f2) ウエハー上空高さＨ１=10ｍｍに投影光学系の光軸を設
定した場合には、第２フーリエ変換レンズ１２の焦点距
離f2=100ｍｍとすると、光束偏向部材による偏向角度は
φ=5.7°となる。

【０１４０】従って射出偏角が5.7°相当の光学くさび
を用いれば良いことが分かる。屈折率をn=1.5、入射角
度0°とすれば、くさびの頂角は約11.2°とすれば良い
ことが分かる。

【０１４１】一方、計測光と参照光を受光する受光結像
系内の瞳面にも同様に光軸に対して対称に２つの開口が
設けられかつ、それぞれの開口に光路偏向部材が配置さ
れているが、これらの偏向角度は、投影光学系内の光束
偏向部材と設定角度を若干異なる設定にしてある。これ
は、受光光学系内のくさび角度を投光系内のくさび角度
と同じにすると、同一位置検出素子上にて面計測光束と
参照光束が同位置に形成されてしまい、信号の分離が出
来なくなってしまうことを防いでいる。

【０１４２】上記に示したような、基準面に反射させる
参照光のタイプと、最初の実施例に説明したような基準
面を介することなく空中を通す参照光のタイプの２通り
を開口絞り上にて切り替え可能なようにしておくことに
よって、それぞれ良い条件で選択するようにしても良
い。

【０１４３】

【発明の効果】本発明によれば以上のように各要素を設
定することにより、空気揺らぎや機械の振動等の外乱要
因をトータル的に補正し、システムの高精度化を簡便且
つ効率よい構成で実現した面位置検出装置及びそれを用
いたデバイスの製造方法を達成することができる。

【０１４４】又、以上説明したように、本発明では、面
計測用マークをウエハー表面に対して斜め方向から投影
する投光光学系と、ウエハー表面からの正反射光を受光
する受光光学系を有し、面計測用投影マークから発せら
れた光束を分割し、一方をウエハー等の被検査面上に斜
め投影し、一方は、被検査面を反射することなく空気揺
らぎや振動等の外乱要因を検出する参照光として直接受
光光学系に入光され、面計測光と同一の位置検出素子上
に集光される面位置検出装置において、投光光学系およ
び受光光学系の瞳面において、面計測用光束と参照光束
の開口を別とし、かつ、一方に光束偏向部材を有するこ
とで、面計測用光束と参照光束を分岐させ、参照光束は
ウエハー表面反射を介することなく直接受光光学系に取
り込まれることにより、ウエハー表面近傍の空気揺らぎ
や振動等の外乱要因の影響を低減させている。

【０１４５】特に、従来のウエハーの面位置検出機構か
らの簡単な変更のみでウエハー表面近傍の空気揺らぎや
振動等の外乱要因の補正光学系を更に精度良く構成する
ことが可能としている。

【０１４６】また、チルト計測のための複数点投影の構
成においても、特に複雑な構成とすることなく、各計測
点毎に同一の位置検出素子上に参照光束と面計測光束の
信号を同時に形成することが可能となり、各計測点毎
に、空気揺らぎや装置振動などの外乱要因補正が行え
る。

【０１４７】この他、従来の面位置検出装置に少しの改
造のみで、大幅なコストアップを押さえつつ、空気揺ら
ぎや振動等の外乱要因を更に低減することができ、フォ
ーカス計測精度のより大幅な向上が達成できる。

【０１４８】又、投影露光装置に適用することにより、
今後益々焦点深度が極小となってゆくなか高精度な焼き
付け性能を得ることを可能にしている。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態１の要部概略図

【図２】 本発明の実施形態１に用いるマークの説明図

【図３】 本発明の実施形態１で得られる計測信号の説
明図

【図４】 本発明の実施形態１を投影露光装置に適用し
たときの要部概略図

【図５】 本発明の実施形態１を投影露光装置における
ウエハー上の計測点と露光エリアの関係を表す図

【図６】 本発明の実施形態２の要部概略図

【図７】 本発明の実施形態３の要部概略図

【図８】 本発明の実施形態４の要部概略図

【図９】 本発明の実施形態４で用いるマークの説明図

【図１０】 本発明の実施形態４を投影露光装置に適用
したときの要部概略図

【図１１】 本発明の実施形態５を投影露光装置に適用
したときの要部概略図

【図１２】 本発明の更に他の実施形態を投影露光装置
に適用したときの要部概略図

【符号の説明】

１：レチクル ２：投影露光レンズ ３：露光照明光束 ４：ウェハー ５：レチクルステージ ６：ウェハーステージ ７：ウエハーステージ １１，１２，２１，２２：面位置検出用結像レンズ LS：光源 ３１：投光開口絞り ３２：受光開口絞り ４１：光学くさび ５０：投影マスク D ：検出素子 ９０：面位置検出用マーク板 １００：面位置検出制御手段 ９００：ウエハーステージレーザー干渉計 １０００：駆動制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA02 AA03 AA37 AA54 CC20 DD03 DD04 DD10 DD14 EE06 FF10 FF51 GG07 GG12 HH12 LL10 LL21 LL28 LL30 MM03 PP12 5F046 BA05 CC01 CC05 DA05 DA14 DB05 DB08 DC10

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 投影光学系の結像面近傍に設けた物体面
   に該投影光学系の光軸に対して斜方向から投光光学系に
   よりパターンを投影し、該物体面上に形成したパターン
   の像を受光光学系によって光検出素子面上に結像し、該
   光検出素子からの信号を利用して該物体面の光軸方向の
   面位置情報を検出する面位置検出装置において、該投光
   光学系の略瞳面と受光光学系の略瞳面には、各々計測用
   パターンを介した計測光束と参照明パターンを介した参
   照光束とを通過させる為の複数の開口を有する絞りと、
   該絞りの該複数の開口のうち少なくとも１つの開口部に
   対して該参照光束を偏向させる光束偏向部材とを設けて
   おり、該計測光束は該物体面に入射し、該物体面で反射
   して、該受光光学系で該光検出素子に導光しており、該
   参照光束は該物体面で反射しないで受光光学系で該光検
   出素子に導光しており、該光検出素子で得られる信号を
   用いて該物体面の面位置情報を求めていることを特徴と
   する面位置検出装置。
2. 【請求項２】 前記投光光学系の略瞳面と前記受光光学
   系の略瞳面に配置した光束偏向部材は互いに光束の偏向
   角度が異なる形状より成っていることを特徴とする請求
   項１の面位置検出装置。
3. 【請求項３】 前記投光光学系の光路中のうち、計測光
   束の光路中に通過光量を調整する透過光量可変手段を設
   けていることを特徴とする請求項１又は２の面位置検出
   装置。
4. 【請求項４】 前記投光光学系は互いに異なる波長帯域
   の光束を放射する複数の光源を有し、該複数の光源から
   の光束で同一の面位置計測用のパターンを照明してお
   り、前記投光光学系の光路中のうち計測光路中に１つの
   波長帯域の光束のみを通過する光学フィルターを設けて
   いることを特徴とする請求項１又は２の面位置検出装
   置。
5. 【請求項５】 前記投光光学系は計測光束を放射する計
   測光照明光源と、該計測光束で照明した計測マスクを物
   体面に結像する計測結像レンズと、参照光束を放射する
   参照光照明光源と、該参照光束で照明した参照マスクを
   所定面上に結像する参照結像レンズとを有していること
   を特徴とする請求項１，２，３又は４の面位置検出装
   置。
6. 【請求項６】 前記計測結像レンズと参照結像レンズの
   一部は共有されていることを特徴とする請求項５の面位
   置検出装置。
7. 【請求項７】 前記投光光学系は前記計測マスクを物体
   面に結像し、前記参照マスクを前記投影光学系と物体面
   との間で空中像を形成していることを特徴とする請求項
   １から６のいずれか１項の面位置検出装置。
8. 【請求項８】 前記参照光束は前記投影光学系の最終面
   で反射することを特徴とする請求項１の面位置検出装
   置。
9. 【請求項９】 投影光学系の結像面近傍に設けた物体面
   に該投影光学系の光軸に対して斜方向から投光光学系に
   よりパターンを投影し、該物体面上に形成したパターン
   の像を受光光学系によって光検出素子で検出し、該光検
   出素子からの信号を利用して、該物体面の光軸方向の面
   位置情報を検出する面位置検出装置において、該投光光
   学系は、第１のマスクと第２のマスクと、第１の投光光
   学系と第２の投光光学系とを有し、第１のマスクはそこ
   からの光束が、第１の投光光学系の瞳面近傍に偏心して
   設けられた開口絞りで制限されて計測用光束として、物
   体面上に投光され、その反射光が受光光学系に取り込ま
   れ、光検出素子上に再結像され、第２のマスクはそこか
   らの光束が、第２の投光光学系の瞳面近傍に偏心して設
   けられた開口絞り上の光束偏向部材により偏向されて、
   物体面で反射することなく受光光学系に入光され外乱要
   因補正用の参照光束として該光検出素子上に再結像して
   おり、該光検出素子からの信号を用いて該物体面の面位
   置情報を求めていることを特徴とする面位置検出装置。
10. 【請求項１０】 前記第１の投光光学系と第２の投光光
    学系の一部は共有されていることを特徴とする請求項９
    の面位置検出装置。
11. 【請求項１１】 請求項１〜１０のいずれか１項記載の
    面位置検出装置を用いて第１物体と第２物体との相対的
    な位置合わせを行った後に第１物体上のパターンを第２
    物体上に転写していることを特徴とする露光装置。
12. 【請求項１２】 請求項１〜１０のいずれか１項記載の
    位置検出装置を用いて、マスクとウエハーとの相対的な
    位置検出を行った後に、マスク面上のパターンをウエハ
    ー面上に転写し、次いで該ウエハーを現像処理工程を介
    してデバイスを製造していることを特徴とするデバイス
    の製造方法。
13. 【請求項１３】 請求項１１の露光装置を用いてマスク
    面上のパターンをウエハー面上に転写し、次いで該ウエ
    ハーを現像処理工程を介してデバイスを製造しているこ
    とを特徴とするデバイスの製造方法。