JP2009031169A - 位置検出装置、露光装置、及びデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学部材を駆動することなく、被検面のパターン又は反射率の影響を低減させて、被検面の法線方向の位置情報を検出する。
【解決手段】レチクルＲの下面上にピンホールＡ１〜Ａ９の像Ｂ１〜Ｂ９を形成する送光光学系３０Ａと、その下面からの反射光を受光してピンホールの像Ｃ１〜Ｃ９を形成する受光光学系３０Ｂと、像Ｃ１〜Ｃ９をピンホールＤ１〜Ｄ９を通して検出する光電センサ４４と、レチクルＲを走査するステージと、レチクルＲの走査によって得られる光電センサ４４の検出信号に基づいて、レチクルＲの下面の一連の計測点のＺ方向の位置を求めるＲＡＦ制御系５２Ａとを備える。
【選択図】図３

Description

この発明は、被検面の位置情報を検出する位置検出装置、この位置検出装置を備えた露光装置、及びこの露光装置を用いて半導体素子又は液晶表示素子等のマイクロデバイス（電子デバイス）を製造するためのデバイスの製造方法に関する。

半導体素子等を製造するためのリソグラフィ工程においては、レチクル（マスク）に形成されたパターンを表面にレジスト（感光剤）が塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に投影光学系を介して転写する露光装置が使用されている。露光装置としては、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影型露光装置（いわゆるステッパ）、又はレチクル及びウエハを同期走査するステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影露光装置（いわゆるスキャニングステッパ）等が一般的に使用されている。

半導体素子の高集積化及びパターンの微細化に伴い、露光装置には高解像力（高解像度）が要求されている。また、露光装置では、デフォーカスによる像ボケ等を防止するために、ウエハ面を投影光学系の像面（パターンの最良結像面）の焦点深度（ＤＯＦ）の範囲内に位置させて露光を行う必要がある。しかし、解像度を高めるために露光波長を短くして開口数（ＮＡ）を大きくすると、焦点深度が狭くなる。そこで、走査型投影露光装置においては、ウエハ面を投影光学系の像面の焦点深度の範囲内に位置させるために、ウエハ面を計測するオートフォーカスセンサの計測値に基づいてウエハステージの高さ制御を行うことにより、走査露光時にウエハ面上の被露光領域内の傾きやうねり等によるフォーカス誤差を補正している。

しかしながら、近年、解像度が一層高まるとともに焦点深度も更に狭くなっており、ウエハ面の傾きやうねり等によるフォーカス誤差に加えてレチクルの撓み等によるフォーカス誤差が問題となってきた。即ち、投影光学系の像面の形状は、レチクル下面（パターン面）の撓み等に応じても変化する。そこで、レチクル下面の撓み等によるフォーカス誤差を補正するために、光軸方向に駆動されるレンズを通してレチクル下面に計測光をほぼ垂直に照射することによって、レチクル下面の法線方向の位置（高さ）を計測するレチクル用のオートフォーカスセンサが用いられている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−４８８２３号公報

上記の従来のレチクル用のオートフォーカスセンサは、レンズを光軸方向に駆動する機構を備えているため、光学系の小型化が可能である。しかしながら、計測中にレンズを駆動する必要があるため、計測速度の向上が困難であるとともに、計測精度を向上させるためには、レンズ駆動時の振動対策を施す必要があった。
また、レチクル下面（被検面）にはデバイス用のパターンが形成されているため、計測光の強度が、レチクル下面の高さの他に、形成されているパターンの反射率によっても変化し、これによって計測値が変動する。そこで、オートフォーカスセンサとしては、被検面のパターン又は反射率の影響を低減できる機構を備えることが好ましい。

本発明は、このような課題に鑑み、光学部材を駆動する方式を用いることなく、光学系の小型化が可能であるとともに、必要に応じて被検面のパターン又は反射率の影響を低減させて、被検面の法線方向の位置情報を検出できる位置検出技術、この位置検出技術を用いる露光技術、及びこの露光技術を用いるデバイスの製造方法を提供することを目的とする。

本発明による位置検出装置は、被検面（Ｒａ）の法線方向の位置情報を検出する位置検出装置であって、その被検面上に複数の開口（Ａ１〜Ａ９）の第１の像を所定の基準面（ＲＦＭａ）に対して異なるデフォーカス量で形成する送光系（３０Ａ）と、その被検面からの反射光を受光してその複数の開口の第２の像を形成する第１受光系（３０Ｂ）と、その複数の開口の第２の像をそれぞれその基準面との共役面に対して所定の位置関係の開口（Ｄ１〜Ｄ９）を通して検出する第１受光センサ（４４）と、その被検面とその複数の開口の第１の像とをその基準面に沿って相対走査する相対走査機構（ＲＳＴ）と、その相対走査機構によってその被検面とその複数の開口の第１の像とを相対走査したときに得られるその第１受光センサの検出情報に基づいて、その被検面の法線方向の位置情報を求める演算部（５２Ａ）と、を備えるものである。

本発明によれば、例えば被検面にほぼ垂直に照射された光の反射光によって第１受光系によって形成される複数の開口の第２の像の光軸方向の位置は、第２の像によって異なるとともに、被検面の法線方向の位置によって変化する。従って、その複数の開口の第１の像がその被検面上の一つの計測点を順次通過したときに第１受光センサから得られる光量情報を求めることによって、光学部材を駆動することなく、小型化可能な光学系を用いて、その被検面の法線方向の位置情報を検出できる。

また、その複数の開口の第１の像と被検面とを相対走査することによって、近接する複数の計測点で位置情報が得られるため、例えばそれらの位置情報に所定の統計処理を施すことによって、その被検面のパターン又は反射率の影響を低減できる。

［第１の実施形態］
以下、本発明の好ましい第１の実施形態につき図１〜図９を参照して説明する。本例は、レチクル用のオートフォーカスセンサを備えた投影露光装置に本発明を適用したものである。
図１は、本実施形態のスキャニングステッパよりなる走査露光型の投影露光装置（露光装置）の概略構成を示す図である。図１において、本実施形態の投影露光装置は、露光光源（不図示）と、露光光源からの露光光でレチクルＲ（マスク）を照明する照明光学系ＩＬと、下面に転写用の回路パターンが形成（描画）されたレチクルＲを保持して移動するレチクルステージＲＳＴと、レチクルＲのパターンの像をレジスト（感光材料）が塗布されたウエハＷ（感光性基板）上に投影する投影光学系ＰＬと、ウエハＷを保持して移動するウエハステージＷＳＴとを備えている。さらに、その投影露光装置は、レチクルＲの下面の複数の位置で法線方向（ここでは投影光学系ＰＬの光軸方向に平行）の位置を検出するためのレチクル用のオートフォーカスセンサ（以下、ＲＡＦセンサという。）２と、ウエハＷ表面の複数の計測点で投影光学系ＰＬの光軸方向の位置（フォーカス位置）を検出するためのウエハ用のオートフォーカスセンサ（以下、ＡＦセンサという。）（６０ａ，６０ｂ）と、ＲＡＦセンサ２及びＡＦセンサ（６０ａ，６０ｂ）の計測結果に基づいて投影光学系ＰＬの像面にウエハＷの表面を合焦させる合焦機構（像位置の補正機構）、及び装置全体の動作を統括制御するコンピュータよりなる主制御系５０等とを備えている。なお、以下では、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内において図１の紙面に垂直な方向にＸ軸を、図１の紙面に平行な方向にＹ軸をそれぞれ設定している。Ｙ軸に平行な方向（Ｙ方向）が、走査露光時のレチクルＲ及びウエハＷの走査方向ＳＤである。

図１において、照明光学系ＩＬは、光量調整用光学系、オプティカル・インテグレータを含む照度均一化光学系、レチクルブラインド、及びリレーレンズ系等を含む光学系４と、コンデンサレンズ６と、光路折り曲げ用のミラー８とを有する。露光光源（不図示）としては、ＫｒＦ若しくはＡｒＦのエキシマレーザ、Ｆ₂ レーザ、又は水銀ランプ（ｇ線、ｉ線等）等を用いることができる。

また、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴは、レチクルベースＲＢＳ上のＸＹ平面にほぼ平行なガイド面上に空気軸受を介して移動可能に載置され、リニアモータ等の駆動機構（不図示）によって、Ｙ方向（走査方向ＳＤ）に定速駆動されるとともに、Ｘ方向にも所定幅で移動可能である。レチクルステージＲＳＴ上にレチクルＲに対してＹ方向に近接するように、下面に基準マーク等が形成されてレチクルＲよりもＹ方向の幅が狭いレチクルマーク板ＲＦＭが保持され、レチクルＲ及びレチクルマーク板ＲＦＭの底面側のレチクルステージＲＳＴに露光光及びＲＡＦセンサ２からの計測光を通過させるための開口１０ａ及び１０ｂが形成されている。レチクルベースＲＢＳの光軸ＡＸを含む領域に露光光を通過させる開口１１ａが形成され、光軸ＡＸに対してＹ方向に離れた領域に開口１１ｂが形成され、開口１１ｂを通してレチクルＲ及びレチクルマーク板ＲＦＭの下面にＲＡＦセンサ２からの計測光が照射される（詳細後述）。

また、レチクルステージＲＳＴ上に固定された移動鏡１２に対向するように、移動鏡１２に計測用のレーザビームを照射するレーザ干渉計１３が配置されている。レチクルステージＲＳＴの平面図を含む図２（Ｂ）に示すように、図１の移動鏡１２はＹ軸の２軸の移動鏡（例えばコーナリフレクタ）１２ＹＡ，１２ＹＢ及びＸ軸の１つの細長い移動鏡１２Ｘを含み、レーザ干渉計１３は、Ｙ軸の２軸のレーザ干渉計１３ＹＡ，１３ＹＢ及びＸ軸のレーザ干渉計１３Ｘを含んで構成されている。

図１において、レーザ干渉計１３は、例えば投影光学系ＰＬの側面に設けた参照鏡（不図示）を基準として、少なくともレチクルステージＲＳＴのＹ方向、Ｘ方向の位置ＲＹ，ＲＸを０．５〜０．１ｎｍ程度の分解能で計測し、Ｚ軸周りの回転角も計測する。計測値は主制御系５０内のステージ制御部に供給され、ステージ制御部はその計測値に基づいて駆動機構（不図示）を介してレチクルステージＲＳＴの２次元的な位置及び速度を制御する。レチクルステージＲＳＴのＹ方向、Ｘ方向の位置ＲＹ，ＲＸの情報は、後述のようにＲＡＦセンサ２の検出信号を処理するＲＡＦ制御系５２にも供給される。

投影光学系ＰＬは、両側テレセントリックで投影倍率が１／４又は１／５等の縮小倍率の屈折系又は反射屈折系であり、レチクルＲの下面のＸ方向に細長い照明領域内のパターンの像をウエハＷ上の一つのショット領域上の露光領域に投影する。投影光学系ＰＬの瞳面又はその近傍には、開口数ＮＡを制御するための可変開口絞り（不図示）が設置されている。また、投影光学系ＰＬの鏡筒の一部である分割鏡筒５５Ａ，５５Ｂ内にＺ方向に伸縮可能な３箇所の駆動素子（ピエゾ素子等）５７Ａ，５７Ｂ及びレンズ枠５６Ａ，５６Ｂを介してレンズエレメント５８Ａ，５８Ｂが支持されている。駆動素子５７Ａ，５７Ｂの駆動量は、主制御系５０の制御のもとで駆動系５４によって制御される。駆動素子５７Ａ，５７Ｂを介してレンズエレメント５８Ａ，５８Ｂの位置及び／又は光軸ＡＸに対する傾斜角を制御することで、投影光学系ＰＬの像面湾曲、フォーカス位置等の結像特性を制御することができる。駆動素子５７Ａ，５７Ｂ及び駆動系５４を含んで、投影光学系ＰＬの結像特性制御機構が構成されている。なお、結像特性制御機構によって駆動される投影光学系ＰＬ内のレンズエレメント（又は光学部材）の個数及び位置は、制御対象の結像特性の種類に応じて設定される。

一方、ウエハＷはウエハホルダＷＨを介してウエハステージＷＳＴ上に吸着保持されている。ウエハステージＷＳＴは、ウエハホルダＷＨが固定されたウエハテーブル２１と、ＸＹステージ２３と、ＸＹステージ２３に対してウエハテーブル２１のＺ方向の位置及びＸ軸、Ｙ軸の周りの傾斜角を制御するための３箇所のＺ駆動部２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃとを備えている。ＸＹステージ２３は、ウエハベースＷＢＳ上のＸＹ平面にほぼ平行なガイド面上に空気軸受を介して移動可能に載置され、リニアモータ等の駆動機構（不図示）によって、Ｙ方向に定速駆動されるとともに、Ｘ方向、Ｙ方向にステップ移動するように駆動される。

ウエハテーブル２１の直交する反射面（移動鏡でもよい）に対向するように、その反射面に計測用のレーザビームを照射するレーザ干渉計２４（実際には例えば少なくともＹ方向に１軸、Ｘ方向に２軸のレーザ干渉計より構成されている）が配置されている。レーザ干渉計２４は、例えば投影光学系ＰＬの側面に設けた参照鏡（不図示）を基準として、少なくともウエハテーブル２１（ウエハＷ）のＸ方向、Ｙ方向の位置を０．５〜０．１ｎｍ程度の分解能で計測し、Ｚ軸周りの回転角も計測する。計測値は主制御系５０内のステージ制御部に供給され、ステージ制御部はその計測値に基づいて駆動機構（不図示）を介してウエハステージＷＳＴの２次元的な位置及び速度を制御する。

また、投影光学系ＰＬの側面にはウエハＷ上のアライメントマークの位置を検出するアライメントセンサＡＬＧが設置され、ウエハテーブル２１のウエハＷの近傍には、スリット及び基準マークが形成された基準マーク板２５ａと、そのスリットを通過した露光光を集光するレンズ系２５ｂと、集光された光束を受光する光電センサ２５ｃとを含む空間像計測系２５が設置されている。空間像計測系２５によって、レチクルＲのアライメントマークの像の位置の計測も可能である。アライメントセンサＡＬＧ及び空間像計測系２５の検出信号は、主制御系５０内のアライメント制御部に供給され、その検出信号に基づいてアライメント制御部はレチクルＲとウエハＷとのアライメントを行う。

また、ＡＦセンサ（６０ａ，６０ｂ）は、ウエハＷ表面の複数の計測点に斜めにスリット像を投射する投光部６０ａと、その表面からの反射光を受光してスリット像を再形成し、それらの横ずれ量（ひいては計測点のフォーカス位置）に対応する検出信号を出力する受光部６０ｂとから構成された、斜入射方式で多点のオートフォーカスセンサである。受光部６０ｂの検出信号は主制御系５０内のウエハ側フォーカス演算部に供給され、ウエハ側フォーカス演算部は、その検出信号を処理してウエハＷ表面のフォーカス位置及び傾斜角を求める。

また、主制御系５０内のレチクル側フォーカス演算部には、後述のように、ＲＡＦ制御系５２からＲＡＦセンサ２を介して計測されるレチクルＲの下面のＹ方向に沿った複数の計測点におけるＺ方向の位置情報も供給される。この位置情報に基づいて、レチクル側フォーカス演算部は、投影光学系ＰＬによるレチクルＲのパターンの縮小像の像面のＺ方向の位置、及びＸ軸、Ｙ軸の周りの傾斜角（又は像面湾曲の状態）を求める。そして、走査露光時に、主制御系５０内のフォーカス駆動部は、レチクル側フォーカス演算部によって算出される投影光学系ＰＬの像面に、ウエハ側フォーカス演算部によって求められるウエハＷ表面が合焦されるように、オートフォーカス方式でＺ駆動部２２Ａ〜２２Ｃを駆動するとともに、必要に応じて結像特性制御機構（駆動系５４）を介して投影光学系ＰＬの像面湾曲又はフォーカス位置を制御する。即ち、Ｚ駆動部２２Ａ〜２２Ｃ及び結像特性制御機構（駆動系５４）が合焦機構（像位置の補正機構）を構成している。これによって、レチクルＲの下面（パターン形成面）に微小な撓みが生じているような場合でも、投影光学系ＰＬの像面にウエハＷ表面を合焦させて、レチクルＲのパターンを高解像度でウエハＷの各ショット領域に転写することができる。

そして、走査露光時には、照明光学系ＩＬからの露光光の照明領域に対して、レチクルステージＲＳＴを介してレチクルＲをＹ方向に移動するのに同期して、ウエハステージＷＳＴを介してウエハＷ上の一つのショット領域を投影倍率を速度比としてＹ方向に移動する動作と、露光光の照射を停止して、ウエハステージＷＳＴを介してウエハＷをＸ方向、Ｙ方向にステップ移動する動作とが繰り返される。このようなステップ・アンド・スキャン動作によって、ウエハＷ上の各ショット領域にレチクルＲのパターンの像が露光される。

次に、本実施形態において、投影光学系ＰＬのフォーカス誤差の要因となるレチクルＲの下面のＺ位置（撓み等）を計測するためのＲＡＦセンサ（レチクル用のオートフォーカスセンサ）２及びこの検出信号を処理するＲＡＦ制御系５２について詳細に説明する。ＲＡＦセンサ２及びＲＡＦ制御系５２（演算部）からレチクルＲの下面（被検面）の法線方向の位置であるＺ位置を検出する検出装置が構成されている。なお、ＲＡＦセンサ２及びＲＡＦ制御系５２によるレチクルＲのＺ位置の計測は、例えば図１のレチクルステージＲＳＴ上でレチクルの交換を行った後に実行される。この後の同一のレチクルを用いる露光工程では、最初に計測されて記憶されているレチクルの走査方向の位置に応じたＺ位置に基づいてオートフォーカス制御が行われる。

図２（Ａ）は図１の投影光学系ＰＬの上端部の側面とレチクルベースＲＢＳとの間に配置されたＲＡＦセンサ２Ａ及びＲＡＦ制御系５２Ａを示し、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のレチクルステージＲＳＴを示す平面図である。図１のＲＡＦセンサ２は、実際には図２（Ｂ）に示すように、レチクルＲのパターン形成面（下面）においてＹ軸に平行な３つの計測ライン４９Ａ，４９Ｂ，４９Ｃに沿って設定された多数の計測点で、順次それぞれその下面の法線方向の位置であるＺ位置を検出する３つの互いに同一構成のＲＡＦセンサ２Ａ，２Ｂ，２Ｃから構成されている。計測ライン４９Ａ，４９Ｂ，４９ＣはレチクルＲの下面のパターン領域の−Ｘ方向の端部、中央部、及び＋Ｘ方向の端部に設定されている。

同様に、図１のＲＡＦ制御系５２は、図２（Ｂ）のＲＡＦセンサ２Ａ〜２Ｃに対応する同一構成の３つのＲＡＦ制御系５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ（５２Ｂ，５２Ｃは不図示）から構成されている。なお、ＲＡＦセンサ２Ａ〜２Ｃの個数は任意である。以下では、代表的にそれらの内の−Ｘ方向の端部のＲＡＦセンサ２Ａ及びその検出信号を処理するＲＡＦ制御系５２Ａについて説明する。

図２（Ａ）において、投影光学系ＰＬはフランジ部ＰＬＦを介して不図示のコラムに支持されている。ＲＡＦセンサ２Ａは、計測用の照明光Ｌ１をレチクルＲの下面Ｒａにほぼ垂直に照射して、複数のピンホールの像をレチクルマーク板ＲＦＭの下面の基準面ＲＦＭａ（図３参照）に対して異なるデフォーカス量で投影する送光光学系３０Ａと、下面Ｒａからの反射光Ｌ２を受光して複数のピンホールの像を形成する受光光学系３０Ｂと、これらのピンホールの像を形成する光を所定の開口を介して受光する光電センサ４４とを有する。さらに、ＲＡＦセンサ２Ａは、受光光学系３０Ｂから分岐された反射光Ｌ４によって複数のピンホールの像が形成される下地モニタ光学系３０Ｃと、これらのピンホールの像を形成する光を所定の開口を介して受光する光電センサ４８とを備えている。本実施形態において、レチクルマーク板ＲＦＭの基準面ＲＦＭａは、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸにほぼ垂直（ＸＹ平面にほぼ平行）で、高い平面度の平面、もしくは基準となるレチクルとの平面度差分が管理されている平面であり、レチクルＲの下面のＺ位置を計測する際の所定の基準面として使用される。なお、例えばレチクルＲの代わりにレチクルステージＲＳＴ上に載置される平面度の高いガラス基板の下面をその所定の基準面として使用することも可能である。前記基準となるレチクルとは、実際に投影露光し、レチクル面精度の投影像に対する影響が判明し、ＲＡＦ機構にて補正すべき値が明確にわかっているレチクルのことである。さらに、ＲＡＦ制御系５２Ａは、送光光学系３０Ａからの照明光Ｌ１のオン／オフを制御するとともに、光電センサ４４，４８からの検出信号を処理する。

また、送光光学系３０Ａは、発光ダイオード又はハロゲンランプ及び波長選択フィルタ等よりなる光源装置等の光源（不図示）と、その光源からの照明光Ｌ１を導く光ファイバ束３１と、光ファイバ束３１の射出端３１ａ（図３参照）からの照明光Ｌ１を一定の照明ＮＡをもつ照明光へ変換するコンデンサレンズ３２と、その照明光束によって照明される多数のピンホールが形成されるとともに、光軸に対して傾斜して配置された第１多点ピンホール板３３と、第１多点ピンホール板３３を通過した照明光Ｌ１をそれぞれ反射及び集光するミラー３４及びレンズ３５と、レンズ３５からの照明光Ｌ１を分岐するビームスプリッタ３６と、分岐された照明光Ｌ１をそれぞれ反射して下面Ｒａに集光するミラー３７及び対物レンズ３８とを備えている。また、対物レンズ３８の瞳側焦点位置には、開口絞り５１が設置されている。開口絞りにより、下面Ｒａにおける開口数ＮＡが決定される。送光系のＮＡに対し、コンデンサレンズにて形成される照明ＮＡｉは、十分大きいことが望ましい。本実施形態では、照明系のＮＡｉを送光系のＮＡよりも大きいインコヒーレント照明（照明σ≧１）に設定している。照明σが大きいと、光量を確保する点で有利である。しかし、照明σが小さくても、計測自体は照明σが大きいときと同様に可能である。

また、受光光学系３０Ｂは、レチクルＲの下面Ｒａからの照明光Ｌ１による反射光Ｌ２を集光及び反射する対物レンズ３８及びミラー３７と、ミラー３７からの反射光Ｌ２を分岐するビームスプリッタ３６と、ビームスプリッタ３６で送光光学系３０Ａとは異なる方向に分岐された反射光Ｌ２をそれぞれ反射及び集光するミラー３９及びレンズ４０と、レンズ４０からの反射光Ｌ２を反射光Ｌ３及びＬ４に分岐するビームスプリッタ４１と、分岐された反射光Ｌ３の光路上に光軸に垂直に配置されて、多数のピンホールが形成された第２多点ピンホール板４２と、第２多点ピンホール板４２の多数のピンホールの縮小像を形成するレンズ４３Ａ及び４３Ｂよりなるリレーレンズ系とを備えている。ビームスプリッタ３６、ミラー４７、対物レンズ３８、及び開口絞り５１は、送光光学系３０Ａと受光光学系３０Ｂとで兼用されている。

また、下地モニタ光学系３０Ｃは、受光光学系３０Ｂのビームスプリッタ４１から分岐された反射光Ｌ４の光路上に光軸に対して傾斜して配置されて、多数のピンホールが形成された第３多点ピンホール板４５と、第３多点ピンホール板４５の多数のピンホールの縮小像を形成するレンズ４７Ａ及び４７Ｂよりなるリレーレンズ系とを備えている。
この場合、対物レンズ３８、ビームスプリッタ３６、ミラー３９の一部は、レチクルベースＲＢＳに設けられた開口１１ｂ内に収納され、照明光Ｌ１及び反射光Ｌ２は、対物レンズ３８とレチクルＲの下面Ｒａとの間で開口１１ｂを通過する。

また、図２（Ｂ）に示すように、３つのＲＡＦセンサ２Ａ〜２Ｃの対物レンズ３８は、それぞれレチクルＲの下面の計測ライン４９Ａ〜４９Ｃに沿って配置されている。本実施形態では、図２（Ａ）に示すように、レチクルＲの下面Ｒａに照明光Ｌ１をほぼ垂直に照射できるため、ＲＡＦセンサ２Ａを小型化できる。従って、投影光学系ＰＬの上部側面とレチクルベースＲＢＳとの間に、３つのＲＡＦセンサ２Ａ〜２Ｃをコンパクトに配置することができる。

次に、図２（Ａ）のＲＡＦセンサ２Ａを簡略化した図３を参照して、ＲＡＦセンサ２Ａの構成につき説明する。なお、図３においては、分かり易くするために、図２（Ａ）のミラー３４，３７，３９，４６、及び開口絞り５１が省略され、かつビームスプリッタ３６及び４１に対する送光光学系３０Ａ、受光光学系３０Ｂ、及び下地モニタ光学系３０Ｃの配置が図２（Ａ）の配置とは異なっている。

図３において、送光光学系３０Ａの光軸ＡＸ１はＺ軸に平行である。そして、第１多点ピンホール板３３の表面は、光軸ＡＸ１に垂直な平面、従ってレチクルマーク板の基準面ＲＦＭａにほぼ平行な平面に対してＸ軸に平行な軸の周りに所定角度傾斜しており、第１多点ピンホール板３３の表面にＹ方向（レチクルＲの走査方向ＳＤ）のピッチがＰＹ１となるように多数のピンホールＡ１，Ａ２，…，Ａ９が形成されている。第１多点ピンホール板３３は、例えばガラス基板の表面の遮光膜（例えばクロム等の金属膜）中に、エッチング等によって、図３の紙面に平行な直線に沿って多数のピンホールを形成したものである。なお、図３では、分かり易くするために、ピンホールＡ１〜Ａ９は９個であるが、ピンホールＡ１〜Ａ９の個数は、実際には例えば２５６点又は５１２点等である。

また、送光光学系３０Ａのレンズ３５及び対物レンズ３８から、照明光Ｌ１によって、第１多点ピンホール板３３のピンホールＡ１〜Ａ９の像Ｂ１〜Ｂ９をレチクルＲの下面Ｒａ近傍に例えば１／２以下程度に縮小して、Ｙ方向にスポット間隔（ピッチ）ΔＹで形成する縮小結像光学系が構成されている。この際に、第１多点ピンホール板３３が光軸ＡＸ１に対して傾斜したアオリ配置であるため、像Ｂ１〜Ｂ９は、図２（Ａ）でレチクルステージＲＳＴを駆動してレチクルマーク板ＲＦＭを対物レンズ３８の上部に移動した場合の基準面ＲＦＭａに対して、Ｙ方向にほぼ線形にデフォーカス量が異なっている。なお、中央の像Ｂ５は基準面ＲＦＭａに対してデフォーカス量が０に設定されている。

なお、例えば像Ｂ１及びＢ９で示すように、レチクルＲの下面Ｒａからの反射光Ｌ２によるピンホールＡ１，Ａ９の像Ｂ１’，Ｂ９’のＺ方向の位置は、下面Ｒａに関して像Ｂ１，Ｂ９と対称な位置になる。本実施形態の受光光学系３０Ｂでは、下面Ｒａからの反射光Ｌ２を受光するため、受光光学系３０Ｂから見たピンホールＡ１〜Ａ９の像の位置は、下面Ｒａに関して像Ｂ１〜Ｂ９と対称な位置になる。そして、受光光学系３０Ｂの対物レンズ３８とレンズ４０とから、反射光Ｌ２を用いて、レチクルＲの下面Ｒａ近傍のピンホールの像Ｂ１〜Ｂ９（実際には像Ｂ１’〜Ｂ９’）を、送光光学系３０Ａの縮小倍率の逆数で拡大して、ピンホールＡ１〜Ａ９の像Ｃ１〜Ｃ９を形成する拡大結像光学系が構成されている。図３のようにレチクルＲの下面Ｒａが基準面ＲＦＭａにほぼ平行である場合には、像Ｃ１〜Ｃ９の光軸ＡＸ２に沿った結像位置（ベストフォーカス位置）は、ほぼ光軸ＡＸ２に垂直な平面に対してＸ軸に平行な軸の周りに傾斜した直線上に配置されている。

また、像Ｃ１〜Ｃ９の中央の像Ｃ５の位置に、光軸ＡＸ２に垂直に配置された第２多点ピンホール板４２の表面が配置され、第２多点ピンホール板４２の表面には、光軸ＡＸ２に垂直な方向（図３のＺ方向）に、像Ｃ１〜Ｃ９のピッチと同じピッチで、かつそれぞれ像Ｃ１〜Ｃ９を通り光軸ＡＸ２に平行な直線上に位置するように、ピンホールＤ１〜Ｄ９が形成されている。本実施形態では、ピンホールＤ１〜Ｄ９は、基準面ＲＦＭａの受光光学系３０Ｂによって形成される像（共役像）と同じ面上に配置されている。第２多点ピンホール板４２は、第１多点ピンホール板３３と同様に、ガラス基板の表面の遮光膜中に、多数のピンホールを形成したものであるが、ピンホールＤ１〜Ｄ９の大きさは、例えば後述の光電センサ４４からの検出信号が十分に得られるように設定してもよい。

また、像Ｃ１〜Ｃ９を形成する光束中でピンホール（開口）Ｄ１〜Ｄ９を通過した反射光Ｌ３が、レンズ４３Ａ，４３Ｂよりなるリレーレンズ系を介して、光電センサ４４の受光面上にピンホールの像Ｅ１〜Ｅ９を形成する。これらの像Ｅ１〜Ｅ９に対応して、光電センサ４４には、シリコンフォトダイオードよりなる受光素子Ｆ１〜Ｆ９が設けられている。従って、光電センサ４４は、フォトダイオード列である。光電センサ４４の受光素子Ｆｉ（ｉ＝１〜９）からは、ＲＡＦ制御系５２Ａによって例えば図１のレチクルステージＲＳＴの速度等に応じて設定される一連のタイミングで検出信号ＦｉＳが読み取られ、読み取られた検出信号ＦｉＳは、レチクルステージＲＳＴ（レチクルＲ）のＹ座標、Ｘ座標に対応させてＲＡＦ制御系５２Ａ内のメモリに格納される。なお、検出信号ＦｉＳは、同じ光量に対して同じレベルとなるように予め校正されている。

光電センサ４４の受光素子Ｆ１〜Ｆ９の検出信号ＦｉＳのレベルは、受光光学系３０Ｂによって形成される像Ｃ１〜Ｃ９のピンホールＤ１〜Ｄ９に対するデフォーカス量が小さいほど大きくなる。図３の配置では、第２多点ピンホール板４２が光軸ＡＸ２に垂直であるため、検出信号Ｆ１Ｓ〜Ｆ９Ｓは、送光光学系３０Ａから投影されるピンホールの像Ｂ１〜Ｂ９の下面Ｒａに関する鏡像Ｂ１’〜Ｂ９’が基準面ＲＦＭａ上にあるとき、即ち、下面Ｒａ上の各点が像Ｂ１〜Ｂ９を結ぶ直線と基準面ＲＦＭａとを等角度で分割する２点鎖線の直線Ｋ１上にあるときに最大レベルとなる。なお、実際には、像Ｂ１〜Ｂ９のうちの２点を含む範囲程度で下面Ｒａがほぼ直線Ｋ１上に位置することはあっても、像Ｂ１〜Ｂ９の全範囲で下面Ｒａがほぼ直線Ｋ１上に位置するほど、下面Ｒａが傾斜することはない。図３の状態（レチクルＲの静止状態）で得られる検出信号Ｆ１Ｓ〜Ｆ９Ｓは、中央の像Ｃ５に対応する検出信号Ｆ５Ｓが最も大きく、その前後の信号が次第に小さくなる山型の分布となる。光電センサ４４の検出信号ＦｉＳによって、像Ｃ１〜Ｃ９のデフォーカス量、ひいてはピンホールの像Ｂ１〜Ｂ９に対するレチクルＲの下面ＲａのＺ位置が求められる。これによって下面ＲａのＹ軸に沿った一連の計測点のＺ位置を求めることが可能となる。

なお、図３において、第２多点ピンホール板４２を像Ｃ１〜Ｃ９を結ぶ直線に対して対称な２点鎖線の直線Ｋ２に沿って傾斜させた場合には、レチクルＲの下面Ｒａの各点が像Ｂ１〜Ｂ９に合致するときに、対応する検出信号Ｆ１Ｓ〜Ｆ９Ｓが最大レベルとなる。この意味で、第２多点ピンホール板４２は、必ずしも基準面ＲＦＭａとの共役面上に配置する必要はなく、基準面ＲＦＭａとの共役面に対して所定角度（例えば下面Ｒａが基準面上にあるときの像Ｃ１〜Ｃ９を結ぶ直線と重ならない角度）傾斜させてもよい。
また、図３において、ビームスプリッタ４１で分岐された反射光Ｌ４によって、下地モニタ光学系３０Ｃ内で、受光光学系３０Ｂによって形成されるピンホールの像Ｃ１〜Ｃ９と同じく、ピンホールＡ１〜Ａ９の像Ｇ１〜Ｇ９が形成される。図３の像Ｇ１〜Ｇ９は、レチクルＲの下面ＲＡが基準面ＲＦＭａに合致する場合の像とする。この場合、像Ｇ１〜Ｇ９の光軸ＡＸ３に沿った結像位置は、ほぼ光軸ＡＸ３に垂直な平面に対してＸ軸に平行な軸の周りに傾斜した直線上に配置されている。

また、下面Ｒａが基準面ＲＦＭａに合致している場合の像Ｇ１〜Ｇ９の位置に接するように、光軸ＡＸ３に対して傾斜して第３多点ピンホール板４５の表面が配置され、この表面には、像Ｇ１〜Ｇ９と同じ位置にピンホールＨ１〜Ｈ９が形成されている。言い換えると、第３多点ピンホール板４５は、第１多点ピンホール板３３と、送光光学系３０Ａ、レチクルＲの下面Ｒａ（ミラー面）、受光光学系３０Ｂ、及びビームスプリッタ４１に関して共役になるように傾斜したアオリ配置で、かつピンホールＡ１〜Ａ９と共役な位置にピンホールＨ１〜Ｈ９が形成されている。第３多点ピンホール板４５は、第２多点ピンホール板４２と同様に形成されている。

像Ｇ１〜Ｇ９を形成する光束中でピンホールＨ１〜Ｈ９を通過した反射光Ｌ４が、レンズ４７Ａ，４７Ｂよりなるリレーレンズ系を介して、光電センサ４８の受光面上にピンホールの像Ｉ１〜Ｉ９を形成する。これらの像Ｉ１〜Ｉ９に対応して、光電センサ４８には、光電センサ４４と同様にシリコンフォトダイオードよりなる受光素子Ｊ１〜Ｊ９が設けられている。第１多点ピンホール板３３のピンホールＡ１〜Ａ９の個数が５１２個である場合には、第２多点ピンホール板４２のピンホールＤ１〜Ｄ９、光電センサ４４の受光素子Ｆｉ、第３多点ピンホール板４５のピンホールＨ１〜Ｈ９、及び光電センサ４８の受光素子Ｊｉ（ｉ＝１〜９）の個数もそれぞれ５１２個である。光電センサ４７の受光素子Ｊｉからは、ＲＡＦ制御系５２Ａによって光電センサ４４と同じタイミングで検出信号ＪｉＳが読み取られ、読み取られた検出信号ＪｉＳは、レチクルステージＲＳＴ（レチクルＲ）のＹ座標、Ｘ座標に対応させてＲＡＦ制御系５２Ａ内のメモリに格納される。検出信号ＪｉＳも、同じ光量に対して同じレベルとなるように予め校正されている。

下面Ｒａが基準面ＲＦＭａに合致する状態で、下地モニタ光学系３０Ｃ内の像Ｇ１〜Ｇ９は、第３多点ピンホール板４５のピンホールＨ１〜Ｈ９に合致しているため、検出信号ＪｉＳはレチクルＲの下面Ｒａに形成されたパターンの反射率に応じたレベルとなる。従って、下地モニタ光学系３０Ｃを介して検出される検出信号ＪｉＳを用いることで、後述のように受光光学系３０Ｂを介して検出される検出信号ＦｉＳから下面Ｒａに形成されたパターン（下地パターン）の影響を除くことができる。

次に、光電センサ４４からの検出信号ＦｉＳを用いてレチクルＲの下面ＲａのＺ位置を求める際のＲＡＦ制御系５２Ａにおける信号処理につき説明する。
この際に、図４（Ａ）に誇張して示すように、レチクルＲが撓んでいるものとして、図２（Ａ）のレチクルステージＲＳＴを介して、レチクルＲを図３のピンホールの像Ｂ１〜Ｂ９に対して、Ｙ方向に速度Ｖで走査するものとする。この際に図３の光電センサ４４の受光素子Ｆｉから出力される検出信号ＦｉＳ（ｉ＝１〜９）を図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）、（Ｈ）、（Ｉ）の縦軸に示す。図６（Ａ）〜（Ｉ）の横軸は時点ｔ１〜ｔ９までの時間ｔである。以下では、代表的に図４（Ａ）の下面ＲａのＺ位置が異なる３つの計測点ＲＰ１，ＲＰ２，ＲＰ３に関する信号処理につき説明するが、実際には計測点は、下面ＲａにおいてＹ方向に像Ｂ１〜Ｂ９のスポット間隔ΔＹ（図３参照）の１／Ｍ（Ｍは整数）に設定される。

なお、図３の配置では、実際には下面Ｒａの各点が図３の直線Ｋ１上にあるときに検出信号ＦｉＳが最大になるが、以下では説明を簡単にするために、下面Ｒａの各点がそれぞれ像Ｂ１〜Ｂ９に合致するときに検出信号Ｆ１Ｓ〜Ｆ９Ｓが最大レベルになるものとして説明する。
先ず、図４（Ａ）（時点ｔ１とする）の状態では、像Ｂ１が下面Ｒａ上に形成され、他の像Ｂ２〜Ｂ９に対して下面Ｒａが次第に大きくＺ方向に離れているため、検出信号ＦｉＳは、図６（Ａ）の検出信号Ｆ１Ｓが最大となり、図６（Ｂ）〜（Ｉ）の検出信号Ｆ２Ｓ〜Ｆ９Ｓは次第に減少する。即ち、図４（Ａ）の状態では、像Ｂ１が下面Ｒａに合焦しているため、対応する図３のピンホールの像Ｃ１は第２多点ピンホール板４２のピンホールＤ１の位置に形成されて、対応する受光素子Ｆ１の検出信号Ｆ１Ｓが最大になる。

次に、レチクルＲがＹ方向に移動して、図４（Ｂ）（時点ｔ２）で示すように計測点ＲＰ１が像Ｂ１の位置に達すると、図６（Ａ）の検出信号Ｆ１Ｓは計測点ＲＰ１の像Ｂ１に対するＺ位置のずれ量に対応して僅かにレベルが低下する。その後、図４（Ｃ）（時点ｔ３）に示すように計測点ＲＰ１及びＲＰ２がそれぞれ像Ｂ３及びＢ１の位置に達すると、検出信号Ｆ３Ｓ（図６（Ｃ））及び検出信号Ｆ１Ｓはそれぞれ計測点ＲＰ１及びＲＰ２のＺ位置のずれ量に対応した信号となる。計測点ＲＰ１は像Ｂ３に合致しているため、検出信号Ｆ３Ｓのレベルは最大である。なお、図４（Ｂ）と図４（Ｃ）との間で計測点ＲＰ１が像Ｂ２の位置に達した時点で、図６（Ｂ）の検出信号Ｆ２Ｓは計測点ＲＰ１のＺ位置のずれ量に対応した信号となる（以下同様）。

下面Ｒａ上の一つの計測点が図３の像Ｂ１〜Ｂ９のスポット間隔ΔＹを移動するのに要する時間が、図６（Ｂ）に示すＺ位置データの取り込み時間間隔Δｔである。時間間隔Δｔは、レチクルステージＲＳＴのＹ方向の速度Ｖ及びスポット間隔ΔＹを用いて以下のようになる。
Δｔ＝ΔＹ／Ｖ …（１）
また、図６（Ａ）の一連の実際の計測点に対応するサンプリングポイントＳＰの間隔である信号取り込みサンプリング間隔Δｔｓは、任意の整数Ｍを用いて以下のようになる。なお、図６（Ａ）では、整数Ｍは２であるが、整数Ｍは実際には１６、２５６等の信号処理が容易な値に設定されることが好ましい。

Δｔｓ＝Δｔ／Ｍ …（２）
その後、図４（Ｄ）（時点ｔ４）に示すように計測点ＲＰ１，ＲＰ２，ＲＰ３がそれぞれ像Ｂ５，Ｂ３，Ｂ１の位置に達すると、検出信号Ｆ５Ｓ（図６（Ｅ））、検出信号Ｆ３Ｓ、及び検出信号Ｆ１Ｓはそれぞれ計測点ＲＰ１，ＲＰ２及びＲＰ１のＺ位置のずれ量に対応した信号となる。続いて、図４（Ｅ）（時点ｔ５）に示すように計測点ＲＰ１，ＲＰ２，ＲＰ３がそれぞれ像Ｂ７，Ｂ５，Ｂ３の位置に達すると、検出信号Ｆ７Ｓ（図６（Ｇ））、検出信号Ｆ５Ｓ、及び検出信号Ｆ３Ｓはそれぞれ計測点ＲＰ１，ＲＰ２及びＲＰ３のＺ位置のずれ量に対応した信号となる。計測点ＲＰ２は像Ｂ５に合致しているため、検出信号Ｆ５Ｓのレベルは最大となっている。

その後、図５（Ａ）（時点ｔ６）に示すように計測点ＲＰ１，ＲＰ２，ＲＰ３がそれぞれ像Ｂ９，Ｂ７，Ｂ５の位置に達すると、検出信号Ｆ９Ｓ（図６（Ｉ））、検出信号Ｆ７Ｓ、及び検出信号Ｆ５Ｓはそれぞれ計測点ＲＰ１，ＲＰ２及びＲＰ３のＺ位置のずれ量に対応した信号となる。続いて、図５（Ｂ）（時点ｔ７）に示すように計測点ＲＰ２，ＲＰ３がそれぞれ像Ｂ９，Ｂ７の位置に達すると、検出信号Ｆ９Ｓ，Ｆ７Ｓはそれぞれ計測点ＲＰ２，ＲＰ３のＺ位置のずれ量に対応した信号となる。計測点ＲＰ３は像Ｂ７に合致しているため、検出信号Ｆ７Ｓのレベルは時点ｔ７で最大となっている。

その後、図５（Ｃ）（時点ｔ８）に示すように計測点ＲＰ３が像Ｂ９の位置に達すると、検出信号Ｆ９Ｓは計測点ＲＰ３のＺ位置のずれ量に対応した信号となり、図５（Ｄ）（時点ｔ９）のように計測点ＲＰ３が像９を通過した時点では、計測点ＲＰ１〜ＲＰ３に関するＺ位置計測は終了している。
上述の説明をまとめると、図６（Ａ）〜（Ｉ）に示すように、下面Ｒａの計測点ＲＰ１，ＲＰ２及びＲＰ３に関する検出信号ＦｉＳ（ｉ＝１〜９）は、それぞれ点線の直線６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃに沿って式（１）の取り込み時間間隔Δｔだけ次第にずれた時点の信号の集合となる。このように下面Ｒａの各計測点に関する検出信号ＦｉＳの集合を、以下では共焦点波形と呼ぶ。これは、各計測点を実質的に図３の送光光学系３０Ａによって形成されるピンホールＡ１〜Ａ９の像Ｂ１〜Ｂ９の位置（Ｙ方向の位置）に設置した状態で得られる信号と言う意味である。この意味で、送光光学系３０Ａ及び受光光学系３０Ｂをそれぞれ共焦点光学系と呼ぶことができる。

図４（Ａ）の下面Ｒａの中央の計測点ＲＰ２に関する共焦点波形、即ち図６（Ａ）〜（Ｉ）の点線６２Ｂに沿って得られる検出信号Ｆ１Ｓ〜Ｆ９Ｓを並べて得られる信号は、図７（Ａ）の中央の受光素子Ｆ５の信号レベルが高い実線の波形６３Ａとなる。図７（Ａ）の横軸は図３の光電センサ４４の受光素子Ｆｉ（ｉ＝１〜９）を表し、縦軸は受光素子Ｆｉの検出信号ＦｉＳ（光量）を表している。同様に、図４（Ａ）の下面Ｒａの左右の計測点ＲＰ１，ＲＰ３に関する共焦点波形、即ち図６（Ａ）〜（Ｉ）の点線６２Ａ，６２Ｃに沿って得られる検出信号Ｆ１Ｓ〜Ｆ９Ｓを並べて得られる信号は、図７（Ａ）のそれぞれ左右の受光素子Ｆ３及びＦ７の信号レベルが高い点線の波形６３Ｂ，６３Ｃとなる。

また、図４（Ａ）の計測点ＲＰ１，ＲＰ２，ＲＰ３のＺ位置はそれぞれピンホールの像Ｂ３，Ｂ４，Ｂ７のＺ位置に等しいことから、一例として、図７（Ａ）の共焦点波形のピーク位置を示す検出信号ＦｉＳに対応するピンホールの像Ｂ１〜Ｂ９のＺ位置を特定することで、計測点ＲＰ１，ＲＰ２，ＲＰ３のＺ位置を求めることができる。この場合には、予め図３のピンホールの像Ｂ１〜Ｂ９のＺ方向の結像位置の情報、例えば基準面ＲＦＭａに対するＺ方向の位置ずれΔＺｉ（ｉ＝１〜９）の情報がＲＡＦ制御系５２Ａ内の記憶部に記憶されている。そして、ＲＡＦ制御系５２Ａでは、下面Ｒａの一連の各計測点毎に図７（Ａ）の共焦点波形（波形６３Ａ〜６３Ｃ等）のピーク位置を求め、このピーク位置に対応するピンホールの像Ｂ１〜Ｂ９のＺ方向の位置ずれ量ΔＺｉを求めることで、その計測点のＺ位置（ここでは基準面ＲＦＭａに対するＺ方向の位置ずれ量）を求めることができる。図３の配置では、そのピーク位置に対応する像Ｂ１〜Ｂ９の位置ずれ量ΔＺｉの１／２が、対応する計測点のＺ位置となる。なお、図３の第２多点ピンホール板４２が直線Ｋ２に沿って傾斜している場合には、そのピーク位置に対する像Ｂ１〜Ｂ９の位置ずれ量ΔＺｉそのものが、対応する計測点のＺ位置となる。

なお、例えば図７（Ａ）の共焦点波形のピークが隣接する受光素子の中間にあるような場合には、隣接する受光素子に対応する像Ｂ１〜Ｂ９のＺ方向の位置ずれ量の補間によって、より正確に当該計測点のＺ位置を求めることができる。
このように共焦点波形を用いる場合には、図７（Ｂ）に示すように、レチクルＲの下面Ｒａの反射率が低い部分で、信号レベルが高い波形６３Ａに対して信号レベルが低い波形６４Ｄが得られても、正確に例えばそのピーク位置等を特定することができる。従って、被検面の反射率が全体として次第に変動するような場合でも、被検面の一連の計測点におけるＺ位置を正確に求めることができる。

さらに、図２（Ｃ）において、レチクルＲの下面の３本の計測ライン４９Ａ〜４９Ｃに沿った一連の計測点でそれぞれＲＡＦセンサ２Ａ〜２Ｃを介してＺ位置を計測することによって、レチクルＲの下面のＹＺ平面内及びＸＺ平面内の湾曲の状態も計測できる。この計測結果からレチクルＲのパターンの像面湾曲を求めることができる。
また、本実施形態では、図３の下地モニタ光学系３０Ｃによって光電センサ４８から得られる検出信号ＪｉＳについても、光電センサ４４から得られる検出信号ＦｉＳと同様の処理を行うことによって、図８（Ｂ）に示すように、レチクルＲの下面の各計測点毎に受光素子Ｊｉ（ｉ＝１〜９）の検出信号ＪｉＳを配列した共焦点波形が得られる。なお、この際に、光電センサ４４から得られる検出信号ＦｉＳの共焦点波形を図８（Ａ）として、図８（Ａ）の共焦点波形はレチクルＲの下面Ｒａに形成されている下地パターンによる反射率の変動によって、ピーク位置が本来の位置からずれているものとする。

この場合、図８（Ｂ）の下地モニタ光学系３０Ｃを介して得られる共焦点波形は、その下地パターンの反射率に対応したものである。そこで、一例として、ＲＡＦ制御系５２Ａおいて、図８（Ａ）の検出信号ＦｉＳの共焦点波形を図８（Ｂ）の検出信号ＪｉＳの共焦点波形で除算して、図８（Ｃ）の規格化された検出信号ＦｉＳＮの共焦点波形を求めることによって、下地パターンに影響されることなく、正確に共焦点波形のピーク位置、ひいては当該計測点のＺ位置を求めることができる。なお、図８（Ａ）の検出信号ＦｉＳの共焦点波形から図８（Ｂ）の検出信号ＪｉＳの共焦点波形を減算するような他の演算も可能である。

また、さらに下地パターンの影響を軽減するために、図９（Ｂ）の計測領域６４で示すように、レチクルＲの下面Ｒａの計測点をＹ方向（走査方向ＳＤ）の他にＸ方向（走査方向に直交する方向ＮＳＤ）にもずらして、Ｚ位置の計測を行うようにしてもよい。
図９（Ａ）は、図２（Ａ）を＋Ｙ方向に見た要部の図、図９（Ｂ）は図９（Ａ）のレチクルＲの下面に設定される多数の計測領域６４の分布の一例を示す平面図、図９（Ｃ）は図９（Ｂ）の一つの計測領域６４を示す拡大図である。

図９（Ｂ）に示すように、計測領域６４は、３つのＲＡＦセンサ２Ａ〜２Ｃによる計測ライン４９Ａ〜４９Ｃに沿ってＹ方向の幅ΔＭＹに設定されるとともに、Ｘ方向の幅ΔＭＸに設定されている。この場合、幅ΔＭＹは、例えば５１２個以上のＺ位置の計測点の幅程度であり、幅ΔＭＸは例えば６４μｍ程度である。図２（Ａ）のレチクルステージＲＳＴ（相対移動する機構）はＸ方向にも幅ΔＭＸを超える所定範囲内で微動できるため、その計測領域６４はレチクルステージＲＳＴを例えば１μｍ程度のステップ量でＸ方向に移動させてからレチクルステージＲＳＴを介してレチクルＲの下面の全面をＲＡＦセンサ２Ａ〜２Ｃに対して走査するという計測動作を例えば６４回繰り返すことによって設定することができる。レチクルステージＲＳＴの走査は極めて高速に行うことができるため、６４回の走査も極めて短時間に行うことができる。

図６（Ｃ）に示すように、計測領域６４には、Ｙ方向に沿って配列されたｎ本（ｎは例えば６４）の計測ライン６６−１，６６−２，…，６６−ｎに沿って図４のサンプリング間隔Δｔｓに対応する間隔で例えば５１２点以上の計測点６５が設定され、各計測点６５において、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）の共焦点波形が求められる。そこで、各計測領域６４において、例えば５１２×６４点程度の計測点６５で得られる共焦点波形に所定の統計処理（例えば、図８（Ａ）の共焦点波形の図８（Ｂ）の共焦点波形による除算及び平均化等）を施すことによって、レチクルＲの下面の下地パターンの影響を低減できる。

本実施形態の作用効果は以下の通りである。
（１）本実施形態の図３のＲＡＦセンサ２Ａを含むレチクルＲのＺ位置の検出装置は、レチクルＲの下面Ｒａ上にピンホールＡ１〜Ａ９の像Ｂ１〜Ｂ９を基準面ＲＦＭａに対して異なるデフォーカス量で形成する送光光学系３０Ａと、下面Ｒａからの反射光を受光してピンホールＡ１〜Ａ９の像Ｃ１〜Ｃ９を形成する受光光学系３０Ｂと、像Ｃ１〜Ｃ９をそれぞれピンホールＤ１〜Ｄ９を通して検出する光電センサ４４と、下面Ｒａと像Ｂ１〜Ｂ９とを基準面ＲＦＭａに沿って相対走査するレチクルステージＲＳＴと、その相対走査によって得られる光電センサ４４の検出信号ＦｉＳに基づいて、下面ＲａのＺ位置（法線方向の位置）を求めるＲＡＦ制御系５２Ａとを備えている。

従って、光学部材を駆動する方式を用いることなく下面ＲａのＺ位置を求めることが可能であり、光学部材が振動しないため、高精度に計測を行うことができる。また、下面Ｒａに照明光をほぼ垂直に入射させることができるため、光学系の小型化が可能である。さらに、例えば相対走査方向に計測点をずらして計測を行うことによって、必要に応じて下面Ｒａのパターン又は反射率の影響を低減させることができる。

（２）また、レチクルステージＲＳＴは、下面ＲａとピンホールＡ１〜Ａ９の像Ｂ１〜Ｂ９とを像Ｂ１〜Ｂ９の配列方向に相対走査している。従って、各計測点毎に容易に図７（Ａ）に示す共焦点波形を得ることができ、例えば下面Ｒａの反射率が次第に変動しても高精度にＺ位置の計測を行うことができる。
（３）また、レチクルステージＲＳＴは、下面ＲａとピンホールＡ１〜Ａ９の像Ｂ１〜Ｂ９とを像Ｂ１〜Ｂ９の配列方向に交差する方向（直交する方向を含む）に相対移動する機構を備えている。従って、レチクルＲをその配列方向に交差する方向にシフトさせてＺ位置の計測を繰り返し、近接する計測点の計測結果を統計処理することによって、下地パターンの影響を低減できる。

（４）また、図３の送光光学系３０Ａは、ピンホールＡ１〜Ａ９が形成された第１多点ピンホール板３３と、ピンホールＡ１〜Ａ９の像の位置が基準面ＲＦＭａに対して傾斜するように、ピンホールＡ１〜Ａ９の像Ｂ１〜Ｂ９を下面Ｒａ上に形成するレンズ３５及び対物レンズ３８よりなる結像光学系とを備える。従って、簡単な構成で、基準面ＲＦＭａに対してデフォーカス量が異なる像Ｂ１〜Ｂ９を下面Ｒａに形成（投影）できる。

（５）また、その結像光学系は縮小光学系であるため、第１多点ピンホール板３３の作製が容易であるとともに、レチクルＲに近い部分の光学系をコンパクトにまとめることができる。
（６）また、受光光学系３０Ｂ内で下面Ｒａからの反射光の一部を分離して、ピンホールＡ１〜Ａ９の像Ｇ１〜Ｇ９を形成する下地モニタ光学系３０Ｃと、像Ｇ１〜Ｇ９を像Ｂ１〜Ｂ９とほぼ共役な位置に配置されたピンホールＨ１〜Ｈ９を通して検出する光電センサ４８とを備え、ＲＡＦ制御系５２Ａは、光電センサ４４の検出信号を光電センサ４８の検出信号を用いて補正している。従って、下面Ｒａに下地パターンが形成されていても、その反射率の変動の影響を低減できる。

なお、本実施形態では、レチクルステージＲＳＴによって計測点をＸ方向、Ｙ方向に移動させて、Ｚ位置の計測を繰り返すことができる。そのため、その作用のみで、十分に下地の影響を排除できる場合には、下地モニタ光学系３０Ｃ及び光電センサ４８は省略することが可能である。
（７）また、上記の実施形態の投影露光装置（露光装置）は、露光光により照明されたレチクルＲのパターンを投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に露光する投影露光装置において、ＲＡＦセンサ２Ａ及びＲＡＦ制御系５２Ａからなる検出装置を備え、その検出装置はレチクルＲの下面の投影光学系ＰＬの光軸方向の位置情報を検出している。従って、この位置情報を用いて、レチクルＲに撓み等が生じていても、レチクルＲのパターンの像に対してウエハＷの露光面を高精度に合焦できるため、レチクルＲのパターンを高解像度でウエハＷ上に転写できる。

（８）また、その投影露光装置は、その検出装置の検出情報に基づいて、レチクルＲのパターンの像とウエハＷとの投影光学系ＰＬの光軸方向の位置関係を補正するＺ駆動部２２Ａ〜２２Ｃ及び結像特性制御機構（補正機構）を備えている。従って、容易に、かつ高精度に合焦を行うことができる。
［第２の実施形態］
以下、本発明の第２の実施形態につき図１０〜図１３を参照して説明する。本例も、レチクル用のオートフォーカスセンサ（ＲＡＦセンサ）に本発明を適用したものであり、図１０及び図１２において図３及び図６に対応する部分には同一又は類似の符号を付してその詳細な説明を省略又は簡略化する。

図１０は、本実施形態のＲＡＦセンサ２ＡＳ及びＲＡＦ制御系５２ＡＳを示し、この図１０において、ＲＡＦセンサ２ＡＳは、光軸ＡＸ１に対して傾斜して配置された多点スリット板７１にＹ方向にピッチＰＹ１で形成された多数のスリット（開口）ａ１〜ａ９の像ｂ１〜ｂ９を、基準面ＲＦＭａに対して異なるデフォーカス量でレチクルＲの下面ＲａにＹ方向（走査方向ＳＤ）の間隔ΔＹで形成する送光光学系３０ＡＳと、下面Ｒａからの反射光Ｌ２を受光して、スリットａ１〜ａ９の像ｃ１〜ｃ９を形成する受光光学系３０ＢＳと、像ｃ１〜ｃ９を基準面ＲＦＭａとの共役面上に配置された受光面７２ｂ上の所定の開口（本実施形態では受光素子の受光面自体）を通して検出する光電センサ７２とを備えている。

さらにＲＡＦセンサ２ＡＳは、受光光学系３０ＢＳから分岐した反射光Ｌ４によってスリットａ１〜ａ９の像ｇ１〜ｇ９を形成する下地モニタ光学系３０ＣＳと、多点スリット板７１と共役な状態で光軸ＡＸ３に対して傾斜して配置された受光面７３ｂを有し、像ｇ１〜ｇ９を所定の開口（本実施形態では受光素子の受光面自体）を通して検出する光電センサ７３とを備えている。また、図１０においても、レチクルＲは図２（Ａ）のレチクルステージＲＳＴと同じステージ（不図示）によって像ｂ１〜ｂ９に対してＹ方向に走査されるとともに、Ｘ方向に相対移動可能である。また、ＲＡＦ制御系５２ＡＳは、そのステージのＹ座標、Ｘ座標ＲＹ，ＲＸと、光電センサ７２，７３の検出信号とを用いてレチクルＲの下面ＲａのＹ方向に沿った一連の計測点におけるＺ位置を計測する。

即ち、多点スリット板７１には図１０の紙面に垂直な方向（Ｘ方向）に細長い多数のスリットａ１〜ａ９が形成されている。スリットａ１〜ａ９の個数は、実際には２５６又は５１２等である。また、光電センサ７２及び７３はそれぞれ像ｃ１〜ｃ９，ｇ１〜ｇ９の配列方向に沿って多数の画素（受光素子）が配列されたＴＤＩ(Time-Delay Integration)方式の光電センサである。

図１１は、図１０中の受光光学系３０ＢＳ用の光電センサ７２と像ｃ１等との関係を示す要部の拡大図であり、図１１に示すように、光電センサ７２の受光部７２ａに、長さＴＤＨの画素ｆ１，ｆ２，…がピッチＴＤＰで配列され、その画素ｆ１，ｆ２，…上に図１０のスリットの像ｃ１，ｃ２，…がピッチＳＩＰで投影される。像ｃ１，ｃ２，…のベストフォーカス状態での高さはＳＩＨ、幅はＳＩＷである。本実施形態では、光電センサ７２の画素ｆｉ（ｉ＝１，２，…）の大きさは、ほぼベストフォーカス状態での像ｃｊ（ｊ＝１，２，…）の大きさに等しく設定されている。従って、本実施形態では、画素ｆｉの受光面自体を像ｃｊを検出する際の開口として使用する。

一方、画素ｆｉの配列のピッチＴＤＰは、像ｃｊのピッチＳＩＰに対して整数分の一に設定されている。従って、整数ｍを用いて次式が成立する。整数ｍは例えば４である。
ＴＤＰ＝ＳＩＰ／ｍ …（３）
一例として整数ｍを４として、図１１において、スリットの像ｃ１，ｃ２，ｃ３，…，ｃｋがそれぞれ光電センサ７２の画素ｆ１，ｆ５，ｆ９，…，ｆ（４ｋ−３）上に投影されるものとすると、光電センサ７２の画素ｆ（４ｋ−３）（ｋ＝１，２，…）以外の画素ｆｕｓ（例えば画素ｆ２〜ｆ４等）の検出信号は、レチクルＲのＺ位置検出用としては使用されない。この場合、像ｃ１，ｃ２，…の個数を２５６個とすると、光電センサ７２の画素ｆ１，ｆ２，…の個数は１０２４であり、このようなＴＤＩセンサは容易に入手することができる。

また、図１３（Ａ）は、実際に図１１の像ｃ１，ｃ２，…を光電センサ７２上に形成したときの全部の画素ｆｉの検出信号ｆｉＳ（光量）の一例を示し、この図１３（Ａ）に示すように、実際の像ｃ１等のデフォーカス量に応じて、３個おきの画素ｆ１，ｆ５，ｆ９，…の間の画素（例えばｆ２，ｆ４，ｆ６等）においても僅かな検出信号（光量）が検出される。

そこで、図７（Ａ）に対応する共焦点波形を得る際には、図１３（Ｂ）に示すように、３個おきの画素ｆ（４ｋ−３）の検出信号のみを用いることで、高精度にレチクルＲのＺ位置を計測できる。
同様に、図１０の下地モニタ光学系３０ＣＳ用の光電センサ７３も受光部７３ａに、図１１に示すように画素ｆ１，ｆ２，…をピッチＴＤＰで配列して構成されており、スリットの像ｇ１，ｇ２，…はピッチＳＩＰで形成される。従って、光電センサ７３においても、画素ｆｉの受光面自体を像ｇｊを検出する際の開口として使用するとともに、画素ｆ（４ｋ−３）（ｋ＝１，２，…）以外の画素の検出信号は、レチクルＲのＺ位置検出用としては使用しない。これによって、レチクルＲの下面Ｒａの下地パターンの影響を高精度に低減できる。この他のＲＡＦセンサ２ＡＳの構成は、図３のＲＡＦセンサ２Ａと同様である。

式（３）の整数ｍが４の場合、図１０のＲＡＦ制御系５２ＡＳは、図６（Ａ）〜（Ｉ）に対応する図１２（Ａ）〜（Ｉ）に示すように、図１０の光電センサ７２中の３個おきの画素ｆ（４ｋ−３）の検出信号ｆ（４ｋ−３）Ｓ（ｋ＝１，２，３，…）のみを用いてレチクルＲの下面ＲａのＺ位置を計測する。この場合、図１０のスリットの像ｂ１〜ｂ９に対して、図４（Ａ）〜（Ｅ）及び図５（Ａ）〜（Ｄ）に示すように撓んだレチクルＲの下面Ｒａの計測点ＲＰ１，ＲＰ２，ＲＰ３がＹ方向に移動するものとする。そして、ＲＡＦ制御系５２ＡＳでは、図１２の点線６２Ａ，６２Ｂ，６２Ｃに沿って時間間隔Δｔでずれた検出信号ｆ（４ｋ−３）Ｓを求めることによって、計測点ＲＰ１〜ＲＰ３に対して図７（Ａ）と同様の共焦点波形を求めることができる。一例として、この共焦点波形のピーク位置に対応する図１０のスリットの像ｂ１〜ｂ９の基準面ＲＦＭａに対する既知のデフォーカス量から、当該計測点のＺ位置を求めることができる。

さらに、図１０の光電センサ７３中の３個おきの画素の検出信号のみを用いて図１２と同様にして共焦点波形を求めることによって、レチクルＲの下地パターンの影響を低減できる。
本実施形態によれば、光電センサ７２は、スリットａ１〜ａ９の像ｃ１〜ｃ９に沿って配列された複数の画素ｆｉ（光電変換素子）を備え、その画素ｆｉの受光面が光電センサ７２用の開口を兼用しているため、第１の実施形態の効果に加えて更に、ＲＡＦセンサ２ＡＳをコンパクトにまとめることができる。

なお、本実施形態の光学系に対し、光学系の光軸出しや、各パターン板の倒れ調整を行う機構等に関しては、適宜、光学部品や、メカ機構を追加し、光学系を構成することが望ましい。これによって、ＲＡＦセンサ２Ａ，２ＡＳ等の組立調整を容易に行うことができる。また、本実施形態の光源としては、ＬＥＤやハロゲンランプとしたが、レーザ光源やその他の光源であっても、前述する、光ファイバ束３１の射出端３１ａ（図３参照）からの照明光Ｌ１の代わりとなる構成が可能であれば使用可能である。

また、この実施の形態においては、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置を例に挙げて説明しているが、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置にも本発明を適用することができる。
また、本実施形態のデバイス製造方法は、上記の実施形態の投影露光装置（露光装置）を用いてレチクルＲのパターン（所定のパターン）をウエハＷ（感光性基板）上に露光する露光工程と、その露光工程により露光されたウエハＷを現像する現像工程とを含むものである。本実施形態の露光装置によって、レチクルＲのパターンを高い解像度でウエハＷの各ショット領域に転写できるため、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を高精度に製造することができる。

以下、上述の実施の形態にかかる投影露光装置を用いて感光性基板としてのウエハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図１４のフローチャートを参照して説明する。
先ず、図１４のステップ３０１において、１ロットのウエハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、そのウエハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、上述の実施の形態にかかる投影露光装置を用いて、レチクルのパターンの像が投影光学系を介して、その１ロットのウエハの各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ３０４において、その１ロットのウエハのフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウエハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチング等を行うことによって、レチクル上のパターンに対応する回路パターンが、各ウエハ上の各ショット領域に形成される。

その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。
また、上述の実施の形態にかかる投影露光装置では、例えば図１５のフローチャートに示すように、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。

即ち、図１５のパターン形成工程４０１では、上述の実施の形態にかかる投影露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィ工程が実行されて、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。
次に、カラーフィルタ形成工程４０２では、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に対応した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複数水平走査線方向に配列することで、カラーフィルタを形成する。そして、次のセル組立工程４０３では、例えばパターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板と、カラーフィルタ形成工程４０２にて得られたカラーフィルタとの間に液晶を注入して液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。

その後、モジュール組み立て工程４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。
また、本発明は、半導体デバイス、液晶表示素子の製造プロセスへの適用に限定されることなく、例えば、プラズマディスプレイ等の製造プロセスや、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、ＭＥＭＳ(Microelectromechanical Systems：微小電気機械システム)、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスの製造プロセスにも広く適用できる。このように本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。

第１の実施形態の投影露光装置の概略構成を示す一部を切り欠いた図である。 （Ａ）は図１のＲＡＦセンサ２中のＲＡＦセンサ２Ａ及びＲＡＦ制御系５２Ａを示す一部を切り欠いた図、（Ｂ）は図２（Ａ）のレチクルステージＲＳＴを示す平面図である。 図２（Ａ）のＲＡＦセンサ２Ａを簡略化して示す図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は、それぞれピンホールの像Ｂ１〜Ｂ９に対してレチクルＲを走査する際の像Ｂ１〜Ｂ９とレチクルＲとの位置関係の変化を示す図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、それぞれ図４（Ｅ）の状態に続いてレチクルＲを走査する際の、像Ｂ１〜Ｂ９とレチクルＲとの位置関係の変化を示す図である。 （Ａ）〜（Ｉ）はそれぞれ図４（Ａ）〜（Ｅ）及び図５（Ａ）〜（Ｄ）の状態に対応して得られる検出信号Ｆ１Ｓ〜Ｆ９Ｓの一例を示す図である。 （Ａ）は図６（Ａ）〜（Ｉ）の検出信号から得られる共焦点波形の一例を示す図、（Ｂ）はレチクルの下面の反射率が異なる場合の２つの共焦点波形を示す図である。 （Ａ）は図３の検出信号ＦｉＳから得られる共焦点波形の一例を示す図、（Ｂ）は図３の検出信号ＪｉＳから得られる共焦点波形の一例を示す図、（Ｃ）は図８（Ａ）の共焦点波形を図８（Ｂ）の共焦点波形で補正して得られる共焦点波形を示す図である。 （Ａ）は図２（Ａ）のレチクルＲを示す要部の側面図、（Ｂ）は図９（Ａ）のレチクルＲの下面に設定される多数の計測領域の分布の一例を示す平面図、（Ｃ）は図９（Ｂ）中の一つの計測領域を示す拡大図である。 第２の実施形態のＲＡＦセンサ２ＡＳを示す図である。 図１０中の光電センサ７２と像ｃ１等との関係を示す拡大図である。 第２の実施形態において、図４（Ａ）〜（Ｅ）及び図５（Ａ）〜（Ｄ）の状態に対応して得られる検出信号の一例を示す図である。 （Ａ）は図１１の光電センサ７２の全部の画素の検出信号の一例を示す図、（Ｂ）は光電センサ７２の画素ｆ（４ｋ−３）の検出信号を示す図である。 半導体デバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。 液晶表示素子の製造工程の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

Ｒ…レチクル、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、ＲＳＴ…レチクルステージ、Ａ１〜Ａ９，Ｄ１〜Ｄ９…ピンホール、Ｂ１〜Ｂ９…ピンホールの像、２Ａ〜２Ｃ，２ＡＳ…ＲＡＦセンサ、３０Ａ…送光光学系、３０Ｂ…受光光学系、３０Ｃ…下地モニタ光学系、３３…第１多点ピンホール板、４２…第２多点ピンホール板、４４，４８…光電センサ、４５…第３多点ピンホール板、５２Ａ，５２ＡＳ…ＲＡＦ制御系、ａ１〜ａ９…スリット、ｂ１〜ｂ９…スリットの像、７１…多点スリット板、７２，７３…ＴＤＩ方式の光電センサ

Claims (10)

1. 被検面の法線方向の位置情報を検出する位置検出装置であって、
   前記被検面上に複数の開口の第１の像を所定の基準面に対して異なるデフォーカス量で形成する送光系と、
   前記被検面からの反射光を受光して前記複数の開口の第２の像を形成する第１受光系と、
   前記複数の開口の第２の像をそれぞれ前記基準面との共役面に対して所定の位置関係の開口を通して検出する第１受光センサと、
   前記被検面と前記複数の開口の第１の像とを前記基準面に沿って相対走査する相対走査機構と、
   前記相対走査機構によって前記被検面と前記複数の開口の第１の像とを相対走査したときに得られる前記第１受光センサの検出情報に基づいて、前記被検面の法線方向の位置情報を求める演算部と、
   を備えることを特徴とする位置検出装置。
2. 前記相対走査機構は、前記被検面と前記複数の開口の第１の像とを前記複数の開口の第１の像の配列方向に相対走査することを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
3. 前記相対走査機構は、前記被検面と前記複数の開口の第１の像とを、前記複数の開口の第１の像の配列方向に交差する方向に相対移動する機構を備えることを特徴とする請求項２に記載の位置検出装置。
4. 前記送光系は、
   前記複数の開口が形成された開口部材と、
   前記複数の開口の第１の像の位置が前記基準面に対して傾斜するように、前記複数の開口の第１の像を前記被検面上に形成する結像光学系とを備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の位置検出装置。
5. 前記結像光学系は、縮小光学系であることを特徴とする請求項４に記載の位置検出装置。
6. 前記第１受光系内で前記被検面からの反射光の一部を分離して、前記複数の開口の第３の像を形成する第２受光系と、
   前記複数の開口の第３の像をそれぞれ前記第１の像とほぼ共役な位置に配置された開口を通して検出する第２受光センサとを備え、
   前記演算部は、前記第１受光センサの検出情報を前記第２受光センサの検出情報を用いて補正することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の位置検出装置。
7. 前記第１受光センサは前記複数の開口の第２の像に沿って配列された複数の光電変換素子を備え、
   前記複数の光電変換素子の受光面が前記第１受光センサ用の開口を兼用することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の位置検出装置。
8. 照明光により照明されたマスクのパターンを投影光学系を介して感光性基板上に露光する露光装置において、
   請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の位置検出装置を備え、
   前記位置検出装置は、前記マスクの前記投影光学系の光軸方向の位置情報を検出することを特徴とする露光装置。
9. 前記位置検出装置の検出情報に基づいて、前記マスクのパターンの像と前記感光性基板との前記投影光学系の光軸方向の位置関係を補正する補正機構を備えることを特徴とする請求項８に記載の露光装置。
10. 請求項８または請求項９に記載の露光装置を用いて所定のパターンを感光性基板上に露光する露光工程と、
    前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像工程と、
    を含むことを特徴とするデバイスの製造方法。

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