JP2013200506A - 露光装置、露光方法及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】互いに対向して配置されるプレートとマスクとの間の距離に関する情報を所定範囲にわたって求めること。
【解決手段】露光装置１は、マスクＭを支持するマスクステージと、マスクＭに形成されたパターンが露光されるプレートＰを支持するプレートステージと、マスクステージとプレートステージとの間を移動し、かつマスクからの光を通過させてマスクに形成されたパターンをプレートの表面に結像させるマイクロレンズアレイと、マスクステージとプレートステージとの間を移動して、プレートＰからの反射光及び前記マスクＭからの反射光を検出する距離計１００と、距離計１００の検出結果に基づき、プレートＰとマスクＭとの距離に関する情報を求める演算部と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、マスクに形成されたパターンを感光基板に露光するリソグラフィー装置において、マスクを照明する照明光学系とマスクに形成されたパターンを投影する投影光学系とを移動させつつ、マスクに形成されたパターンを感光基板の表面に投影露光する走査型の露光装置、露光方法及びデバイス製造方法に関する。

近年、情報表示装置として、液晶又は有機ＥＬ（Electro Luminescence）等の素子を用いた薄型の表示パネルが多用されている。これらの表示パネルは、薄いガラス基板に透明薄膜電極をフォトリソグラフィ手法でパターンニングすることにより製造されている。このフォトリソグラフィ工程でマスクに形成されたパターンを感光基板（以下、プレートともいう）に投影露光する装置として、マスクを照明する照明光学系としてレンズアレイを用い、互いに対向して配置させたマスクとプレートとの間でレンズアレイを移動させつつ、マスクパターンをプレート上に投影露光する走査型の露光装置が知られている（例えば、特許文献１）。

特開２０１１−１１８１５５号公報

特許文献１に記載のような露光装置では、マスクのパターンをプレートに高解像で露光するため、レンズアレイを移動させつつ投影露光を行うにあたり、そのレンズアレイの移動範囲にわたってマスクとプレートとの間の距離を所定の大きさに設定する必要がある。そこで、本発明の態様は、互いに対向して配置されるプレートとマスクとの間の距離に関する情報を所定範囲にわたって求めることができる露光装置、露光方法及びデバイス製造方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に従えば、マスクに形成されたパターンをプレートに露光する露光装置であって、前記マスクを支持するマスクステージと、前記マスクステージに支持された前記マスクに対向させた状態に前記プレートを支持するプレートステージと、前記マスクステージに支持された前記マスクと前記プレートステージに支持された前記プレートとの間を移動可能に設けられたレンズアレイを含み、前記パターンの像を前記プレートに投影する投影光学系と、前記マスクステージに支持された前記マスクと前記プレートステージに支持された前記プレートとの間を移動可能に設けられ、前記プレートに光を照射して該プレートからの反射光を検出し、かつ前記マスクに光を照射して該マスクからの反射光を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づき、前記プレートと前記マスクとの距離に関する情報を求める演算部と、を含む露光装置が提供される。

本発明の第２の態様に従えば、マスクに形成されたパターンを照明光で照明し、前記マスクとプレートとの間を移動可能なレンズアレイを介して前記プレートを露光する露光方法において、前記マスクと前記プレートとの間から、前記マスクに第１光を照射し、前記プレートに第２光を照射する工程と、前記マスクと前記プレートとの間で、前記第１光の反射光を複数の第１受光部で受光し、前記第２光の反射光を複数の第２受光部で受光する工程と、異なる前記第１受光部間における受光量の差分値と、異なる前記第２受光部間における受光量の差分値とに基づいて前記プレートと前記マスクとの距離に関する情報を求める工程と、得られた前記プレートと前記マスクとの距離に関する情報に基づき、前記プレートと前記マスクと前記レンズアレイとのうち少なくとも２つの位置関係を制御しながら前記プレートを露光する工程と、を含む露光方法が提供される。

本発明の第３の態様に従えば、本発明の第２の態様に係る露光方法によって、前記マスクに形成されたパターンをプレートに転写する工程と、前記パターンが転写された前記プレートを、転写されたパターンに基づいて加工するデバイス製造方法が提供される。

本発明の態様によれば、互いに対向して配置されるプレートとマスクとの間の距離に関する情報を所定範囲にわたって求めることができる露光装置、露光方法及びデバイス製造方法を提供することができる。

図１は、実施形態１に係る露光装置の側面図である。 図２は、実施形態１に係る露光装置を、投影光学系とプレートとの間から見た図である。 図３は、実施形態１に係る露光装置を照明光学系及び投影光学系が移動する方向側から見た図である。 図４は、一方の距離計を照明光学系及び投影光学系が移動する方向側から見た図である。 図５は、本実施形態に係る距離計ユニット及び距離計の構造を示す平面図である。 図６は、本実施形態に係る距離計をＸ軸方向から見た状態を示す図である。 図７は、第２距離計でプレートまでの距離を計測する例を示す図である。 図８は、第２距離計でプレートまでの距離を計測する例を示す図である。 図９は、第２距離計でプレートまでの距離を計測する例を示す図である。 図１０は、第２検出ファイバの受光面とプレート面までの距離を変化させたときにおける光量分布の変化を示す図である。 図１１は、第２検出ファイバの受光量とＺ軸方向におけるプレート面の位置との関係を示す図である。 図１２は、第２検出ファイバの受光量と、出射面から受光面までの往復距離との関係を示す図である。 図１３は、Ｚ軸方向におけるプレート及びマスクの位置の基準を求めてから露光する例を説明するための図である。 図１４は、第２受光ミラーの配置の変形例を示す図である。 図１５は、第２受光ミラーの配置の変形例を示す図である。 図１６は、本実施形態の変形例に係る照明光学系及び投影光学系を備えた露光装置を示す側面図である。 図１７は、本実施形態の変形例に係る照明光学系及び投影光学系を備えた露光装置を示す側面図である。 図１８は、本実施形態に係る露光方法の各ステップを示すフローチャートである。 図１９は、本実施形態に係るデバイス製造方法の各ステップを示すフローチャートである。 図２０は、実施形態２に係る距離計を示す平面図である。 図２１は、理解を助けるために、Ｘ軸方向に対して長さのスケールを拡大して示してある。 図２２は、実施形態２に係る第２距離計をＸ軸方向から見た図である。 図２３は、実施形態２に係る距離計が有するスリットを示す平面図である。 図２４は、プレート又はマスクで反射した光を受光する部分の拡大図である。 図２５は、プレート又はマスクで反射した光を受光する部分をＹ軸方向かつ反射光の進行方向側から見た図である。 図２６は、検出ファイバの受光量と、Ｚ軸方向におけるプレートの位置との関係を示す図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。以下において、下は重力が作用する方向（鉛直方向）側であり、上は重力が作用する方向とは反対方向側である。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る露光装置の側面図である。図２は、実施形態１に係る露光装置を、投影光学系とプレートとの間から見た図である。図３は、実施形態１に係る露光装置を照明光学系及び投影光学系が移動する方向側から見た図である。図４は、一方の距離計を照明光学系及び投影光学系が移動する方向側から見た図である。露光装置１は、投影光学系にレンズアレイ（Multi Lens Allay）を用いて、照明光学系及び投影光学系をマスク及びプレート（感光基板）に対して移動（走査）させることにより、プレートにマスクのパターン（マスクパターン）を露光する走査型の露光装置である。以下においては、投影光学系の光軸ＡＸＬ（図１参照）と平行な方向にＺ軸をとり、照明光学系及び投影光学系の走査方向にＸ軸をとり、Ｚ軸とＸ軸とに直交する方向にＹ軸をとる。まず、露光装置１の概要を説明する。

＜露光装置の概要＞
露光装置１は、フレーム１Ｆと、照明光学系２と、投影光学系３と、距離計ユニット４とを含む。露光装置１は、制御装置９によって制御される。フレーム１Ｆは、基部１Ｖと、基部１Ｖに取り付けられた側部１Ｗと、照明光学系２を支持する一対の照明系ガイド５Ｌと、投影光学系３を支持する一対の投影系ガイド５Ｐとを有する。基部１Ｖは、露光装置１の設置対象（例えば、基礎）に取り付けられて、露光装置１の下部に位置することになる。基部１Ｖの上部には、側部１Ｗが取り付けられている。側部１Ｗには、一対の照明系ガイド５Ｌと、一対の投影系ガイド５Ｐとが取り付けられている。照明系ガイド５Ｌと一対の投影系ガイド５Ｐとは、前者が後者よりも上側に配置されて、側部１Ｗに支持される。

照明系ガイド５Ｌ及び投影系ガイド５Ｐは、Ｘ軸と平行な方向に向かって延在している。一対の照明系ガイド５Ｌ及び一対の投影系ガイド５Ｐは、Ｙ軸方向に所定の間隔を空けて配置される。照明光学系２は、一対の照明系ガイド５Ｌを跨いでこれらに支持される。そして、照明光学系２は、一対の照明系ガイド５Ｌに沿ってＸ軸方向（図１の矢印ｘｌで示す方向）に移動する。投影光学系３は、一対の投影系ガイド５Ｐを跨いでこれらに支持される。そして、投影光学系３は、一対の投影系ガイド５Ｐに沿ってＸ軸方向（図１の矢印ｘｐで示す方向）に移動する。照明系ガイド５Ｌは投影系ガイド５Ｐよりも上に配置されるので、照明光学系２は投影光学系３よりも上に配置される。

マスクステージ１Ｔは、マスクＭを支持する。マスクＭは、プレートステージ１Ｓの上方で、側部１Ｗからフレーム１Ｆの内側に突出したマスクステージ１Ｔに支持される。基部１Ｖの上部には、プレートステージ１Ｓが設けられている。プレートステージ１Ｓは、露光対象のプレートＰを載置して支持する。本実施形態において、プレートステージ１Ｓは、プレートＰをホルダに保持した状態で載置し、支持する。このようにすることで、プレートステージ１Ｓは、マスクステージ１Ｔに支持されたマスクＭに対向させた状態にプレートＰを支持する。マスクパターンをプレートＰに投影露光している間、マスクＭはマスクステージ１Ｔに設けられた真空チャックによってエアー吸着され、固定されている。マスクＭを交換するときはエアー吸着が開放され、所望のマスクＭに交換することができる。マスクＭは、プレートＰよりも上に配置される。プレートＰに露光する際には、プレートＰが最も下に配置され、上に向かって投影光学系３、マスクＭ、照明光学系２の順に配置される。照明光学系２及び投影光学系３は、同期してＸ軸方向に移動しながらマスクパターンをプレートＰに投影露光する。

露光装置１は、マスクステージ１Ｔ及びプレートステージ１Ｓがフレーム１Ｆに取り付けられ、固定されている。照明光学系２及び投影光学系３は、マスクステージ１Ｔ及びプレートステージ１Ｓに対してＸ軸方向に移動しながらマスクパターンをプレートＰに投影露光する。照明光学系２及び投影光学系３は、マスクパターンをプレートＰに投影露光するにあたって、マスクステージ１Ｔ及びプレートステージ１Ｓに対してＸ軸方向へ移動する。

マスクパターンをプレートＰに投影露光する場合、プレートＰの厚さがばらつくことに起因したフォーカスのずれが発生すると、露光性能が低下する。このため、露光装置１において、投影レンズ（本実施形態では、投影光学系３が有するレンズアレイ８）の合焦位置にマスク及びプレートを正しく配置させることは、露光性能を確保するために非常に重要である。このため、露光装置１は、検出部としての距離計１００を複数（本実施形態では３個）有した距離計ユニット４を備えている。検出部としての距離計１００は、マスクステージ１Ｔに支持されたマスクＭとプレートステージ１Ｓに支持されたプレートＰとの間を移動可能に設けられ、プレートＰに光を照射してプレートＰからの反射光を検出し、かつマスクＭに光を照射してマスクＭからの反射光を検出する。

複数の距離計１００は、マスクステージ１Ｔとプレートステージ１Ｓとの間を移動して、プレートＰからの反射光及びマスクＭからの反射光を検出する。そして、距離計１００は、プレートＰとマスクＭとの間の距離（プレート／マスク間距離）ｔｃを計測する。制御装置９は、距離計１００が計測したプレート／マスク間距離ｔｃに基づいてプレートＰとマスクＭと投影光学系３との位置関係を制御することにより、投影光学系３が有する投影レンズの焦点位置にプレートＰの表面を合焦させながら、マスクパターンをプレートＰに投影露光する。このように、制御装置９は、距離計１００が計測したプレート／マスク間距離ｔｃに基づいて、マスクパターンをプレートＰに投影露光する際の合焦状態を制御する。

投影光学系３の移動方向（Ｘ軸方向）の両側には、それぞれ距離計ユニット４が取り付けられている。両者を区別する場合、一方を距離計ユニット４Ｔといい、他方を距離計ユニット４Ｌという。両者を区別する必要がない場合は距離計ユニット４という。本実施形態においては、２個の距離計ユニット４が投影光学系３の移動方向の両側に取り付けられているので、投影光学系３の移動方向の両側には、それぞれ複数の距離計１００が配置されることになる。複数の距離計１００は、投影光学系３の移動方向と交差する方向に向かって配置されている。以下において、これらを区別する場合、Ｙ軸の正方向（Ｙ軸を示す矢印の方向）に向かって距離計１００Ｒ、１００Ｃ、１００Ｌと表記し、区別する必要がない場合は、距離計１００という。

本実施形態では、投影光学系３の移動方向と交差する方向に向かって複数の距離計１００が配置されているので、Ｙ軸方向の複数箇所でプレート／マスク間距離ｔｃが計測される。このため、制御装置９は、Ｙ軸方向における合焦状態をより精度よく制御することができる。なお、距離計ユニット４が有する距離計１００の数は本実施形態の態様に限定されるものではなく、単数であってもよい。次に、照明光学系２についてより詳細に説明する。

＜照明光学系＞
照明光学系２は、光源６から発した光束を導光ファイバ７で導光し、マスクＭを照明する光として入射する構成である。照明光学系２は、図２に示す照明視野ＳＲ、ＳＬを形成する光学系１０Ｌ、１０Ｒと、照明視野ＳＣを形成する光学系１０Ｃとを有する。本実施形態において、光源６は、レーザ光源であるが、これに限定されるものではない。本実施形態において、導光ファイバ７は単一の石英ファイバである。光源６から射出した光束は集光レンズ６Ｌで集光して、導光ファイバ７に入射する。導光ファイバ７で導光された光束は、光学系１０Ｌ、１０Ｒに入射し、リレー光学系１１、１２によって導光ファイバ７の出射端面をフライアイレンズ１３の入射面に投影する。このとき、リレー光学系１１、１２は、導光ファイバ７の出射端面を所定の倍数に拡大して、フライアイレンズ１３の入射面に投影する。フライアイレンズ１３は、複数のエレメントレンズが配列し、接合されている。本実施形態においては、列方向に８個、行方向に１０個のエレメントレンズが配列するとともに、合計８０個のエレメントが接合されている。

フライアイレンズ１３を射出した光束は、σ絞り１４を通過する。σ絞り１４は、光束の径を制限して照明ＮＡを定める。σ絞り１４を通過した光束は、２個のコンデンサレンズ１５及びミラー１６を介してマスクＭの表面（照明光学系２側の表面）に集光されて、照明視野を形成する。フライアイレンズ１３の射面とマスクＭの表面とは共役関係になっており、フライアイレンズ１３の入射面の照度分布がフライアイレンズ１３のエレメントレンズ毎に重なり合って平均化されて、マスクＭの表面では均一な照度分布が得られる。このような光学系１０Ｌ、１０Ｒにより、マスクＭの表面には、図２に示す照明視野ＳＲ、ＳＬが形成される。照明視野ＳＣを形成する光学系１０Ｃも、コンデンサレンズ１５とミラー１６との配置が異なる以外は、光学系１０Ｌ、１０Ｒと同様の構造である。次に、投影光学系３についてより詳細に説明する。

＜投影光学系＞
投影光学系３は、マスクパターンをプレートＰの表面に結像して投影するための光学系である。投影光学系３は、マスクステージ１Ｔに支持されたマスクＭとプレートステージ１Ｓに支持されたプレートＰとの間を移動可能に設けられたレンズアレイを含み、マスクＭに形成されたパターンの像をプレートＰに投影する。本実施形態において、投影光学系３は、レンズアレイを用いた結像光学系を用いて、マスクパターンをプレートＰの表面に結像して投影する。レンズアレイとは、多数の要素レンズを２次元的に配置した結像素子のことである。投影光学系は、複数のレンズアレイ８を有している。図１、図２に示すように、レンズアレイ８は、投影光学系３のステージ３Ｓに搭載される。ステージ３Ｓが投影系ガイド５Ｐに沿って移動することにより、レンズアレイ８がＸ軸方向に移動する。レンズアレイのうち、要素レンズとしてマイクロレンズを用いるものがあるが、本実施形態において使用できるレンズアレイはこれに限定されるものではない。

本実施形態においては、照明光学系２が形成した照明視野ＳＲ、ＳＣ、ＳＬに対応した位置に、それぞれレンズアレイ８Ｒ、レンズアレイ８Ｃ、レンズアレイ８Ｌが配置されている。以下において、レンズアレイ８Ｒ、レンズアレイ８Ｃ、レンズアレイ８Ｌを区別しない場合、単にレンズアレイ８という。本実施形態において、照明視野ＳＲ、ＳＣ、ＳＬは、Ｙ軸方向に向かって互いにＸ軸方向に所定間隔だけずれて、千鳥状に配置されている。このようにすることで、レンズアレイ８Ｒ、レンズアレイ８Ｃ、レンズアレイ８ＬもＹ軸方向に向かって千鳥状に配置されるので、これらの干渉を回避することができる。その結果、Ｙ軸方向の照明視野を拡大することが可能になる。レンズアレイ８は薄いため、投影光学系３も薄くなる。本実施形態において、プレートＰとマスクＭとの距離（プレート／マスク間距離）ｔｃは３ｍｍ程度である。次に、距離計１００についてより詳細に説明する。

＜距離計＞
図４に示すように、距離計１００は、マスクＭ側の距離を計測する第１検出部としての第１距離計１００Ｍと、プレートＰ側の距離を計測する第２検出部としての第２距離計１００Ｐとを有する。距離計ユニット４は、レンズアレイ８を搭載して移動する、投影光学系３のステージ３Ｓに固定されている。したがって、第１距離計１００Ｍ及び第２距離計１００Ｐも、投影光学系３のステージ３Ｓに固定されて、レンズアレイ８とともに移動する。

本実施形態では、距離計１００は、ステージ３Ｓに固定されてレンズアレイ８とともに移動するが、距離計１００は、レンズアレイ８とともに移動しなくてもよい。この場合、距離計１００は、レンズアレイ８が搭載されたステージ３Ｓとは別個のステージ等に搭載されて、レンズアレイ８とは独立してＸ軸方向に移動する。この場合、距離計１００が検出した検出値によって計測されたプレート／マスク間距離ｔｃは、Ｘ軸方向における位置情報に対応付けられて制御装置９が記憶しておき、マスクパターンをプレートＰに投影露光する際の合焦状態を制御する際に使用される。

第１距離計１００Ｍを用いるのは、プレート／マスク間距離ｔｃを計測する他に、投影光学系３の移動（走査）によるピッチング動作にともなって、プレート／マスク間距離ｔｃに関する情報に生じる誤差を補正するためである。マスクＭは、一度マスクステージ１Ｔに吸着して固定されれば、そのマスクＭを使用している間はフォーカス方向、すなわちＺ軸方向の位置が変化することはない。したがって、制御装置９は、マスクＭ側との距離を第１距離計１００Ｍで計測し、モニタすることで、ＭＡＬ８を備えた投影光学系３の移動によるピッチング動作にともなうプレート／マスク間距離ｔｃの計測誤差を補正することができる。例えば、同一のマスクＭを使用している最中に、マスクＭまでの距離に変化があった場合、その変化は投影光学系３のピッチングに起因するものであるとして、変化が発生する前の値との差をピッチングに起因する誤差として取扱い、プレート／マスク間距離ｔｃを補正する。

本実施形態では、第１距離計１００Ｍと第２距離計１００Ｐとがステージ３Ｓに固定されてレンズアレイ８とともに移動する。このため、レンズアレイ８を搭載するステージ３ＳがＺ軸方向に移動した場合に、第１距離計１００ＭとマスクＭとの距離がＺ１だけ短くなると、第２距離計１００ＰとプレートＰとの距離は同じ距離ＺＬ１だけ長くなる。反対に、第１距離計１００ＭとマスクＭとの距離がＺＬ１だけ長くなると、第２距離計１００ＰとプレートＰとの距離は同じ距離ＺＬ１だけ短くなる。このように、第１距離計１００Ｍと第２距離計１００Ｐとがステージ３Ｓに固定されることにより、第１距離計１００ＭとマスクＭとの距離変化と第２距離計１００ＰとプレートＰとの距離変化とが相殺されるので、レンズアレイ８を搭載したステージ３ＳのＺ軸方向における移動が距離計１００の計測に与える影響を低減することができる。

図１、図２に示すように、露光装置１は、投影光学系３の移動方向の両側にそれぞれ複数の距離計１００を有した距離計ユニット４Ｌ、４Ｔが配置されるので、マスクパターンをプレートＰに投影露光する際に照明光学系２及び投影光学系３がＸ軸方向に移動するときには、距離計ユニット４Ｌ、４Ｔのいずれかの距離計１００が先行してプレート／マスク間距離ｔｃを計測することができる。このため、露光装置１は、Ｘ軸方向においていずれの方向に移動する場合であってもマスクパターンをプレートＰに投影露光することができる。

それぞれの距離計ユニット４Ｌ、４Ｔが有する３個の距離計１００Ｒ、１００Ｃ、１００Ｌは、それぞれ投影光学系３のレンズアレイ８Ｒ、８Ｃ、８Ｌに対応している。すなわち、Ｘ軸方向から見ると、レンズアレイ８Ｒと距離計１００Ｒとが重なり、レンズアレイ８Ｃと距離計１００Ｃとが重なり、レンズアレイ８Ｌと距離計１００Ｌとが重なる。このように、本実施形態では、それぞれのレンズアレイ８Ｒ、８Ｃ、８Ｌの位置において、プレート／マスク間距離ｔｃを計測するようになっている。

上述した通り、レンズアレイ８は薄いため、プレートＰとマスクＭとの間に配置される投影光学系３も薄い。一般的な露光装置の投影光学系であれば、投影レンズからプレートまでの距離は最低でも１０ｍｍ程度はある。このため、その空間を利用して、例えば、斜入射オートフォーカス光学系で、プレート表面のＺ軸方向における位置を計測し、プレートを載置するステージをＺ軸方向へ移動させることにより、投影レンズの焦点位置にプレート表面のＺ方向における位置を合焦させることができる。

しかし、上述したように、レンズアレイ８を有する投影光学系３は薄いため、プレート／マスク間距離ｔｃは３ｍｍ程度となる。このため、上述したような斜入射オートフォーカス光学系を用いることはできない。このため、本実施形態では、投影光学系３のステージ３Ｓに第１距離計１００Ｍ及び第２距離計１００Ｐを固定して、プレートＰとマスクＭとの間に形成される薄い空間を、投影光学系３とともにＸ軸方向に移動するようにしてある。第１距離計１００Ｍ及び第２距離計１００Ｐは、このような空間で距離を計測できるように構成されている。

図５は、本実施形態に係る距離計ユニット及び距離計の構造を示す平面図である。図５は、Ｘ軸方向のスケールを拡大して示してある。図６は、本実施形態に係る距離計をＸ軸方向から見た状態を示す図である。図５に示すように、距離計ユニット４は、３個の距離計１００Ｒ、１００Ｃ、１００Ｌを備えている。距離計１００Ｒ、１００Ｃ、１００Ｌは、いずれも第１距離計１００Ｍ及び第２距離計１００Ｐを備えている。これらはいずれも同じ構造なので、次においてはこれらを区別せず、距離計１００として説明する。

距離計１００が有する第１距離計１００Ｍは、第１照射ファイバ１０３Ｍ（本実施形態では１個）と、複数（本実施形態では４個）の第１検出ファイバ１０４Ｍと、第１照射ミラー１０５Ｍと、複数（本実施形態では４個）の第１受光ミラー１０６Ｍとを含む。また、距離計１００が有する第２距離計１００Ｐは、第２照射ファイバ１０３Ｐ（本実施形態では１個）と、複数（本実施形態では４個）の第２検出ファイバ１０４Ｐと、第２照射ミラー１０５Ｐと、複数（本実施形態では４個）の第２受光ミラー１０６Ｐとを含む。

第１照射ファイバ１０３Ｍと、複数の第１検出ファイバ１０４Ｍと、第１照射ミラー１０５Ｍと、複数の第１受光ミラー１０６Ｍとは、図１、図２に示す投影光学系３のレンズアレイ８とともにＸ軸方向に移動する。第２照射ファイバ１０３Ｐと、複数の第２検出ファイバ１０４Ｐと、第２照射ミラー１０５Ｐと、複数の第２受光ミラー１０６Ｐも同様である。第１照射ファイバ１０３Ｍと、第１検出ファイバ１０４Ｍと、第２照射ファイバ１０３Ｐと、第２検出ファイバ１０４Ｐとは、いずれも単一の石英ファイバである。

本実施形態において、第１照射ミラー１０５Ｍと複数の第１受光ミラー１０６Ｍとは、Ｘ軸と平行な直線ＸＬＭ上に一列に配置される。複数の第１受光ミラー１０６Ｍは、第１照射ミラー１０５Ｍを中心として、対称に配置されている。すなわち、第１照射ミラー１０５Ｍの両側に同数（本実施形態では２個）の第１受光ミラー１０６Ｍが配置される。また、第２照射ミラー１０５Ｐと複数の第２受光ミラー１０６Ｐとは、Ｘ軸と平行な直線ＸＬＰ上に一列に配置されている。複数の第２受光ミラー１０６Ｐは、第２照射ミラー１０５Ｐを中心として、対称に配置されている。すなわち、第２照射ミラー１０５Ｐの両側に同数（本実施形態では２個）の第２受光ミラー１０６Ｐが配置される。

第１照射ファイバ１０３Ｍの一端は、第１照射ミラー１０５Ｍに対向しており、他端は第１光源１０１Ｍに対向している。同様に、第２照射ファイバ１０３Ｐの一端は、第２照射ミラー１０５Ｐに対向しており、他端は第２光源１０１Ｐに対向している。このような構造により、第１照射ファイバ１０３Ｍは、第１光源１０１Ｍからの光（第１光）を第１照射ミラー１０５Ｍに導光して照射し、第２照射ファイバ１０３Ｐは、第２光源１０１Ｐからの光（第２光）を第２照射ミラー１０５Ｐに導光して照射する。本実施形態においては、第１光源１０１Ｍ及び第２光源１０１Ｐに、白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いている。第１光源１０１Ｍ及び第２光源１０１Ｐの種類は問わないが、第２光源１０１Ｐが照射する第２光はプレートＰに照射されるので、プレートＰの表面に塗布されたレジストの吸収波長とは異なる波長の光を照射するものであってもよい。

図６に示すように、第１照射ミラー１０５Ｍは、第１照射ファイバ１０３Ｍから照射された第１光を反射してマスクＭの表面に照射し、第２照射ミラー１０５Ｐは、第２照射ファイバ１０３Ｐから照射された第２光を反射して、プレートＰの表面に照射する。マスクＭの表面で反射した第１光の反射光は、複数の第１受光ミラー１０６Ｍが受光し、プレートＰの表面で反射した第２光の反射光は、複数の第２受光ミラー１０６Ｐが受光する。

第１検出ファイバ１０４Ｍの一端は第１受光ミラー１０６Ｍに対向しており、他端は第１受光センサ１０２ＡＭ、１０２ＢＭに対向している。同様に、第２検出ファイバ１０４Ｐの一端は第２受光ミラー１０６Ｐに対向しており、他端は第２受光センサ１０２ＡＰ、１０２ＢＰに対向している。より具体的には、第１照射ミラー１０５Ｍに隣接する２個の第１受光ミラー１０６Ｍに一端が対向する２個の第１検出ファイバ１０４Ｍの他端は、１個の第１受光センサ１０２ＡＭと対向している。そして、第１照射ミラー１０５Ｍに隣接する２個の第１受光ミラー１０６Ｍの外側に配置された２個の第１受光ミラー１０６Ｍに一端が対向する２個の第１検出ファイバ１０４Ｍの他端は、１個の第１受光センサ１０２ＢＭと対向している。同様に、第２照射ミラー１０５Ｐに隣接する２個の第２受光ミラー１０６Ｐに一端が対向する２個の第２検出ファイバ１０４Ｐの他端は、１個の第２受光センサ１０２ＡＰと対向している。そして、第２照射ミラー１０５Ｐに隣接する２個の第２受光ミラー１０６Ｐの外側に配置された２個の第２受光ミラー１０６Ｐに一端が対向する２個の第２検出ファイバ１０４Ｐの他端は、１個の第２受光センサ１０２ＢＰと対向している。

このような構造により、複数の第１受光ミラー１０６Ｍが受光した第１光の反射光は、複数の第１検出ファイバ１０４Ｍによって第１受光センサ１０２ＡＭ、１０２ＢＭに導光されてこれらに受光される。同様に、複数の第２受光ミラー１０６Ｐが受光した第２光の反射光は、複数の第２検出ファイバ１０４Ｐによって第２受光センサ１０２ＡＰ、１０２ＢＰに導光されてこれらに受光される。第１受光センサ１０２ＡＭ、１０２ＢＭ及び第２受光センサ１０２ＡＰ、１０２ＢＰは、例えば、フォトダイオード又はフォトトランジスタ等の受光素子である。

第１受光センサ１０２ＡＭ、１０２ＢＭ及び第２受光センサ１０２ＡＰ、１０２ＢＰは、制御装置９に接続されている。第１受光センサ１０２ＡＭ、１０２ＢＭ及び第２受光センサ１０２ＡＰ、１０２ＢＰの検出値、すなわちこれらの受光量に対応した電気信号は、制御装置９が取得する。制御装置９は、プレート／マスク間距離ｔｃに関する情報を求める演算部９Ｃと、図１に示す露光装置１の動作を制御する装置制御部９Ｍとを含んでいる。制御装置９は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とメモリとを含むコンピュータであり、演算部９Ｃ及び装置制御部９Ｍの機能は、ＣＰＵが実現する。

本実施形態において、第１光源１０１Ｍ、第２光源１０１Ｐ、第１受光センサ１０２ＡＭ、１０２ＢＭ及び第２受光センサ１０２ＡＰ、１０２ＢＰは、投影光学系３の外部に配置されており、投影光学系３とともには移動しない。このため、屈曲性のある第１照射ファイバ１０３Ｍ及び第２照射ファイバ１０３Ｐを介して第１光源１０１Ｍ及び第２光源１０１Ｐからの光を投影光学系３内の第１照射ミラー１０５Ｍ及び第２照射ミラー１０５Ｐに導光する。同様に、屈曲性のある第１検出ファイバ１０４Ｍ及び第２検出ファイバ１０４Ｐを介してプレートＰの表面（プレート表面）Ｐｐからの反射光を第１受光センサ１０２ＡＭ、１０２ＢＭ及び第２受光センサ１０２ＡＰ、１０２ＢＰに導光する。このような構造により、静止系に配置された第１光源１０１Ｍ、第２光源１０１Ｐ、第１受光センサ１０２ＡＭ、１０２ＢＭ及び第２受光センサ１０２ＡＰ、１０２ＢＰと、投影光学系３に配置された第１距離計１００Ｍ及び第２距離計１００Ｐとの間で照明光及び反射光を導光することができる。

なお、第１光源１０１Ｍ、第２光源１０１Ｐ、第１受光センサ１０２ＡＭ、１０２ＢＭ及び第２受光センサ１０２ＡＰ、１０２ＢＰは、投影光学系３に搭載されて、投影光学系３とともに移動するようにしてもよい。この場合、制御装置９は、配線を介して第１受光センサ１０２ＡＭ、１０２ＢＭ及び第２受光センサ１０２ＡＰ、１０２ＢＰの検出値を取得する。また、第１光源１０１Ｍ及び第２光源１０１Ｐは、配線を介して投影光学系３の外部、すなわち静止系から電力の供給を受ける。

本実施形態において、第１距離計１００Ｍが有する第１照射ファイバ１０３Ｍと第１照射ミラー１０５Ｍとは、マスクＭに第１光を照射する第１発光部に相当し、複数の第１受光ミラー１０６Ｍと複数の第１検出ファイバ１０４Ｍとは、第１発光部がマスクＭに照射した第１光の反射光を受光する複数の第１受光部に相当する。同様に、第２距離計１００Ｐが有する第２照射ファイバ１０３Ｐと第２照射ミラー１０５Ｐとは、プレートＰに第２光を照射する第２発光部に相当し、複数の第２受光ミラー１０６Ｐと複数の第２検出ファイバ１０４Ｐとは、第２発光部がプレートＰに照射した第２光の反射光を受光する複数の第２受光部に相当する。次に、第１距離計１００Ｍと第２距離計１００ＰとによるマスクＭまでの距離とプレートまでの距離との計測について説明する。上述した通り、第１距離計１００Ｍと第２距離計１００Ｐとは構成が同様で、計測する距離が異なるのみなので、次においては、プレートＰまでの距離を計測する第２距離計１００Ｐを例として説明する。

図７から図９は、第２距離計でプレートまでの距離を計測する例を示す図である。図７に示すように、第２照射ファイバ１０３Ｐ及び複数の第２検出ファイバ１０４Ｐは、中心がマスクＭとプレートＰとの間の同一の平面Ｖｐ上に存在する。本実施形態において、複数の第２検出ファイバ１０４Ｐは、直径Ｄが０．２５ｍｍの多成分ファイバであって、取り込み開口角２θ＝１２０度である。

第２照射ファイバ１０３Ｐに隣接する第２検出ファイバ１０４Ｐから第２照射ファイバ１０３Ｐまでの距離をｒ１、第２照射ファイバ１０３Ｐに隣接する第２検出ファイバ１０４Ｐの外側にある第２検出ファイバ１０４Ｐから第２照射ファイバ１０３Ｐまでの距離をｒ２とする。次においては、必要に応じて、第２照射ファイバ１０３Ｐに隣接する第２検出ファイバ１０４Ｐを第２検出ファイバ１０４ＰＡ１、１０４ＰＡ２とし、第２検出ファイバ１０４ＰＡ１、１０４ＰＡ２の外側の第２検出ファイバ１０４Ｐを第２検出ファイバ１０４ＰＢ１、１０４ＰＢ２とする。

本実施形態では、第２照射ファイバ１０３Ｐを中心として２個の第２検出ファイバ１０４ＰＡ１、１０４ＰＡ２が対称に、かつ２個の第２検出ファイバ１０４ＰＢ１、１０４ＰＢ２が対称に配置されている。第２検出ファイバ１０４ＰＡ１、１０４ＰＡ２、１０４ＰＢ１、１０４ＰＢ２はこのような第２照射ファイバ１０３Ｐを中心とした対称配置に限定されるものではない。例えば、すなわち、第２照射ファイバ１０３Ｐに対して一方側のみに第２検出ファイバ１０４ＰＡ１、１０４ＰＢ１が配置されてもよい。

図８に示すように、第２照射ファイバ１０３Ｐの端面（出射面）１０３Ｔから第２照射ミラー１０５Ｐまでの距離をＹａとする。また、図９に示すように、第２検出ファイバ１０４Ｐの端面（受光面）１０４Ｔから第２受光ミラー１０６Ｐまでの距離をＹａとする。図８、図９に示すように、第２照射ミラー１０５Ｐ及び複数の第２受光ミラー１０６Ｐは、プレートＰを支持する露光装置１のプレートステージ１Ｓの表面１Ｓｐに対して傾斜している。プレートステージ１Ｓの表面１Ｓｐに対する第２照射ミラー１０５Ｐ及び複数の第２受光ミラー１０６Ｐの傾きの大きさ及び方向は同一である。第２照射ミラー１０５Ｐ及び第２受光ミラー１０６Ｐが傾斜した状態において、これらのＺ方向における寸法は、いずれもＺｍである。

第２照射ファイバ１０３Ｐは、図５に示す第２光源１０１Ｐからの第２光を導光し、第２照射ミラー１０５Ｐを介してプレートＰの表面（プレート表面）Ｐｐを照射する。プレートＰの位置がＺ１であり、第２照射ファイバ１０３Ｐ及び複数の第２検出ファイバ１０４Ｐの中心からプレート表面Ｐｐまでの距離がＣａである場合、プレート表面Ｐｐで反射した第２光の反射光の光束の一部は、第２照射ミラー１０５Ｐに隣接する第２受光ミラー１０６Ｐを介して、第２検出ファイバ１０４ＰＡ１、１０４ＰＡ２に入射する。第２検出ファイバ１０４ＰＡ１、１０４ＰＡ２に入射した光束の一部は、第２受光センサ１０２ＡＰが受光する。

プレートＰのＺ軸方向における位置がＺ２に変化して、第２照射ファイバ１０３Ｐ及び複数の第２検出ファイバ１０４Ｐの中心からプレート表面Ｐｐまでの距離がＣｂ（Ｃａ＜Ｃｂ）になったとする。この場合、プレート表面Ｐｐで反射した第２光の反射光の光束の一部は、第２照射ミラー１０５Ｐに隣接する第２受光ミラー１０６Ｐの外側に配置された第２受光ミラー１０６Ｐを介して、第２検出ファイバ１０４ＰＢ１、１０４ＰＢ２にも入射する。第２検出ファイバ１０４ＰＢ１、１０４ＰＢ２に入射した光束の一部は、第２受光センサ１０２ＢＰが受光する。

プレートＰのＺ軸方向における位置がＺ２であるとき、第２照射ファイバ１０３Ｐに隣接する第２検出ファイバ１０４ＰＡ１、１０４ＰＡ２に入射し、第２受光センサ１０２ＡＰが受光した光束の量（受光量）は、プレートＰのＺ軸方向における位置がＺ１であるときよりも少なくなる。また、第２検出ファイバ１０４ＰＡ１、１０４ＰＡ２の外側に配置されている第２検出ファイバ１０４ＰＢ１、１０４ＰＢ２に入射し、第２受光センサ１０２ＢＰが受光した光束の量（受光量）は、プレートＰのＺ軸方向における位置がＺ１であるときよりも多くなる。このように、プレート表面ＰｐのＺ方向における位置が変化すると、第２受光センサ１０２ＡＰ、１０２ＢＰに入射する光束の量、すなわち受光量が変化する。したがって、プレート表面ＰｐのＺ方向における位置は、第２受光センサ１０２ＡＰ、１０２ＢＰに入射する光束の量、すなわち受光量の違いとして計測できる。次に、プレート表面ＰｐのＺ方向における位置と、第２受光センサ１０２ＡＰ、１０２ＢＰとで検出される受光量との関係を説明する。

図１０は、第２検出ファイバの受光面とプレート面までの距離を変化させたときにおける光量分布の変化を示す図である。図１１は、第２検出ファイバの受光量とＺ軸方向におけるプレート面の位置との関係を示す図である。図１２は、第２検出ファイバの受光量と、出射面から受光面までの往復距離との関係を示す図である。図１０の縦軸は照度の相対値（相対照度）、図１１、図１２の縦軸は、受光量の相対値である。図１０のＺ１からＺ８で示す曲線は、第２照射ファイバ１０３Ｐの出射面１０３Ｔから出射した光束の、プレート表面Ｐｐにおける分布を示している。Ｚ１からＺ８で示す曲線は、第２検出ファイバ１０４Ｐの出射面１０３Ｔから出射した光束の角度特性を示す。Ｚ１からＺ８となるにしたがって、出射面１０３Ｔからプレート表面Ｐｐまでの距離は大きくなる。光束の分布としては式（１）で表される正規分布を用いた。式（１）のａ、ｂは定数である。図１０の縦軸は、プレート表面Ｐｐにおける光束の照度（相対照度）を示し、横軸は第２検出ファイバ１０４Ｐからプレート表面Ｐｐに照射された光（第２光）のプレート表面Ｐｐにおける直径（相対値）を示している。
Ｙ＝ｂ／√（２×π）×ｅｘｐ｛−（Ｘ／ａ）^２／２｝・・・（１）

図１０のＡ１、Ａ２は、図７に示す第２検出ファイバ１０４ＰＡ１、１０４ＰＡ２の位置を示し、Ｂ１、Ｂ２は、第２検出ファイバ１０４ＰＢ１、１０４ＰＢ２の位置を示している。図１０から、プレート表面ＰｐのＺ軸方向における位置が変化すると、第２検出ファイバ１０４ＰＡ１、１０４ＰＡ２の位置のおける相対照度と、第２検出ファイバ１０４ＰＢ１、１０４ＰＢ２の位置における相対照度とが変化することが分かる。

図１１は、図１０に示す相対照度から、第２検出ファイバ１０４ＰＡ１、１０４ＰＡ２と第２検出ファイバ１０４ＰＢ１、１０４ＰＢ２とが受光する光束の照度を受光量として求め、得られた受光量とＺ軸方向におけるプレート表面Ｐｐの位置Ｚ１からＺ８との関係を示している。図１１の点線は、第２検出ファイバ１０４ＰＡ１、１０４ＰＡ２の受光量の変化を示し、図１１の一点鎖線は、第２検出ファイバ１０４ＰＢ１、１０４ＰＢ２の受光量の変化を示す。図１１の実線は、第２検出ファイバ１０４ＰＡ１、１０４ＰＡ２の受光量をＡ、第２検出ファイバ１０４ＰＢ１、１０４ＰＢ２の受光量をＢとしたときの指標値（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）を示す。指標値（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）は、第２検出ファイバ１０４ＰＡ１、１０４ＰＡ２の受光量Ａと、第２検出ファイバ１０４ＰＢ１、１０４ＰＢ２の受光量Ｂとの差分値、すなわち、異なる第２受光部間における差分値を含んでいる。

図１１に示すように、第２検出ファイバ１０４ＰＡ１、１０４ＰＡ２の受光量と、第２検出ファイバ１０４ＰＢ１、１０４ＰＢ２の受光量とは、プレート表面ＰｐのＺ軸方向における位置に応じて変化する。その結果として、第２検出ファイバ１０４ＰＡ１、１０４ＰＡ２から導光された第２光の反射光を受光する第２受光センサ１０２ＡＰの受光量と、第２検出ファイバ１０４ＰＢ１、１０４ＰＢ２から導光された第２光の反射光を受光する第２受光センサ１０２ＢＰの受光量とは、プレート表面ＰｐのＺ軸方向における位置に応じて変化する。

図１２は、図１１の横軸を、第２照明ファイバ１０３Ｐの出射面１０３Ｔから第２検出ファイバ１０４ＰＡ１、１０４ＰＡ２及び第２検出ファイバ１０４ＰＢ１、１０４ＰＢ２の受光面１０４Ｔまでの往復距離（出射面−受光面間距離）に変換したものである。単位はｍｍである。出射面−受光面間距離は、第２照射ファイバの出射面から照射された光（第２光）がプレート表面Ｐｐで反射して、第２検出ファイバ１０４ＰＡ１等の受光面１０４Ｔに至るまでの距離である。図１２に示すように、指標値（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）は、出射面−受光面間距離との相関が認められるとともに、出射面−受光面間距離に応じて線形性を保って変化する範囲ＡＬが存在する。

例えば、出射面−受光面間距離が４ｍｍの位置（出射面１０３Ｔからプレート表面Ｐｐまでの光軸上の長さは２ｍｍになる）を基準として、出射面１０３Ｔから第２照射ミラー１０５Ｐまでの距離Ｙａ（図８参照）を１．５ｍｍとし、第２照明ミラー１０５Ｐからプレート表面Ｐｐまでの距離を０．５ｍｍとする。このときのプレート表面ＰｐのＺ軸方向における位置を基準として、指標値（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）は、±０．２ｍｍの範囲ＡＬで線形性が認められる（図１２参照）。

図１２に示した範囲ＡＬは往復の距離なので±０．４ｍｍであるが、Ｚ軸方向におけるプレート表面Ｐｐの位置に変換すると、±０．２ｍｍとなる。したがって、プレート表面ＰｐのＺ軸方向における位置が±０．２ｍｍの範囲で変化したとき、第２受光センサ１０２ＡＰ、１０２ＢＰの検出値から指標値（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）の値を求めれば、プレート表面ＰｐのＺ軸方向における位置が検出できることになる。検出の分解能は、第２受光センサ１０２ＡＰ、１０２Ｂｐの検出値の階調分解能にも依存する。階調分解能を２００階調と仮定すると、Ｚ軸方向における検出の分解能は±０．２ｍｍ／２００＝±１μｍｍと見積もることができる。本実施形態では、Ｚ軸方向において計測可能なダイナミックレンジは、前述したように±０．２ｍｍである。

第２検出ファイバ１０４ＰＡ１、１０４ＰＡ２の受光量Ａは第２受光センサ１０２ＡＰの受光量であり、第２検出ファイバ１０４ＰＢ１、１０４ＰＢ２の受光量Ｂは第２受光センサ１０２ＢＰの受光量である。図５に示す制御装置９の演算部９Ｃは、第２受光センサ１０２ＡＰ、１０２ＢＰの検出値から指標値（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）を求める。そして、演算部９Ｃは、求めた指標値（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）からプレート表面Ｐｐまでの距離を求める。上述した出射面−受光面間距離は、出射面１０３Ｔからプレート表面Ｐｐを経由して受光面１０４Ｔへ至る距離なので、プレート表面Ｐｐから受光面１０４Ｔまでの距離は、出射面−受光面間距離の１／２になる。受光面１０４Ｔから第２受光ミラー１０６Ｐまでの距離はＹａで既知なので、演算部９Ｃは、第２受光ミラー１０６Ｐからプレート表面Ｐｐまでの距離は、出射面−受光面間距離の１／２から距離Ｙａを減算することにより求めることができる。このようにして、演算部９Ｃは、第２受光ミラー１０６Ｐからプレート表面Ｐｐまでの距離を求める。

第１距離計１００Ｍは、距離の計測対象がマスクＭである以外は第２距離計１００Ｐと同様である。したがって、演算部９Ｃは、第１受光センサ１０２ＡＭ、１０２ＢＭの検出値から指標値（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）を求め、第２受光ミラー１０６Ｐからプレート表面Ｐｐまでの距離を求めた手法と同様の手法で、第１受光ミラー１０６ＭからマスクＭの表面までの距離を求める。第１受光ミラー１０６Ｍと第２受光ミラー１０６ＰとのＺ軸方向における位置が同じであれば、第１受光ミラー１０６ＭからマスクＭの表面までの距離と、第２受光ミラー１０６Ｐからプレート表面Ｐｐまでの距離との和がプレート／マスク間距離ｔｃになる。第１受光ミラー１０６Ｍと第２受光ミラー１０６ＰとのＺ軸方向における位置が異なる場合、両者の差と、第１受光ミラー１０６ＭからマスクＭの表面までの距離と、第２受光ミラー１０６Ｐからプレート表面Ｐｐまでの距離とを用いて、プレート／マスク間距離ｔｃを求めることができる。このようにして、演算部９Ｃは、プレートＰとマスクＭとの距離に関する情報（計測結果）を求める。

上記の例では、演算部９Ｃは、指標値（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）を用いて、プレート／マスク間距離ｔｃそのものをプレートＰとマスクＭとの距離に関する情報として求めたが、指標値（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）を用いて、プレート／マスク間距離ｔｃの変化をプレートＰとマスクＭとの距離に関する情報として求めてもよい。例えば、プレートＰ及びマスクＭのＺ軸方向における位置の基準を露光装置１に用意しておく。露光の開始前に、演算部９Ｃは、位置の基準での第１受光センサ１０２ＡＭ、１０２ＢＭ及び第２受光センサ１０２ＡＰ、１０２ＢＰの検出値を取得して、マスクＭ側とプレートＰ側との両方の指標値（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）を求める。この指標値（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）が、基準の位置での値となる。

露光中、すなわち、投影光学系３とともに第１距離計１００Ｍ及び第２距離計１００ＰがＸ軸方向へ移動している状態において、演算部９Ｃは、第１受光センサ１０２ＡＭ、１０２ＢＭ及び第２受光センサ１０２ＡＰ、１０２ＢＰの検出値を取得する。そして、演算部９Ｃは、基準の位置での指標値（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）と、露光中における指標値（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）との差分をプレート／マスク間距離ｔｃの変化とする。このように、本実施形態において、演算部９Ｃは、異なる第１受光部間における受光量の差分値と、異なる第２受光部間における受光量の差分値とに基づいて、プレート／マスク間距離ｔｃ又はプレート／マスク間距離ｔｃの変化等といった、プレートＰとマスクＭとの距離に関する情報を求める。制御装置９は、距離計１００が計測し、演算部９Ｃによって求められたプレートＰとマスクＭとの距離に関する情報に基づいてプレートＰとマスクＭと投影光学系３との位置関係を制御することにより、投影光学系３が有する投影レンズの焦点位置にプレートＰの表面を合焦させながら、マスクパターンをプレートＰに投影露光する。

次に、第２距離計１００Ｐ（第１距離計１００Ｍも同様）について、被検出面、すなわちプレート表面Ｐｐのパターンの影響について考える。出射面１０３Ｔから第２照射ミラー１０５Ｐまでの距離Ｙａ（図７参照）を１．５ｍｍとし、第２照明ミラー１０５Ｐからプレート表面Ｐｐまでの距離を０．５ｍｍとしたとき、すなわち、出射面１０３Ｔからプレート表面Ｐｐまでの距離が２ｍｍであるときを基準位置とする。このとき、第２照明ファイバ１０３Ｐから射出されている光（第２光）が照射されているプレート表面Ｐｐの照射範囲は直径が約７ｍｍの円形である。第２検出ファイバ１０４ＰＡ１、１０４ＰＡ２等の受光面１０４Ｔには、直径が約１．４ｍｍの範囲に第２光の反射光の光束が入射することになる。

本実施形態において、演算部９Ｃは、第２受光センサ１０２ＡＰ、１０２ＢＰが検出した受光量Ａ、Ｂの差分値を含む指標値（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）に基づいて、Ｚ軸方向におけるプレート表面Ｐｐの位置を求める。プレート表面Ｐｐに光（第２光）が照射されている、直径が約７ｍｍの円形の範囲内において、プレートＰｐの反射率が変わっても、例えば、露光時におけるサンプリング周期０．０２３秒内で平均化した差分信号はＤＣ成分になるため、キャンセルできる。

例えば、露光時における第２距離計１００Ｐの移動速度を３００ｍｍ／ｓｅｃ．とし、演算部９Ｃが０．０２３秒周期で第２受光センサ１０２ＡＰ、１０２ＢＰの検出値をサンプリングする場合を考える。そして、第２距離計１００Ｐは、計測ポイント（計測範囲は直径１ｍｍの円形の領域と仮定）において、Ｚ軸方向におけるプレート表面Ｐｐまでの距離を計測する。例えば、第２距離計１００Ｐの移動方向における移動距離を７００ｍｍとすると、プレートＰのＸ軸方向に沿って、Ｚ軸方向におけるプレート表面Ｐｐの位置に関する情報を、約１００個得ることができる。次に、第１距離計１００Ｍ及び第２距離計１００Ｐを有する距離計ユニット４を用いた距離の計測例を説明する。

＜距離の計測例＞
図１３は、Ｚ軸方向におけるプレート及びマスクの位置の基準を求めてから露光する例を説明するための図である。本計測例は、上述した、プレート／マスク間距離ｔｃの変化をプレートとマスクとの距離に関する情報として計測するものである。このため、Ｚ軸方向におけるプレートＰの位置の基準（プレート位置基準）２０と、Ｚ軸方向におけるマスクＭの位置の基準（マスク位置基準）２１とを露光装置に設ける。プレート位置基準２０は、Ｘ軸方向におけるプレートＰの両側に配置され、マスク位置基準２１は、Ｘ軸方向におけるマスクＭの両側に配置される。プレート位置基準２０及びマスク位置基準２１は、平面かつ反射体の基準面２０Ｂ、２１Ｂを有している。基準面２０Ｂは、プレートステージ１Ｓに載置されたプレートＰの表面と一致するようになっており、基準面２１Ｂは、マスクステージ１Ｔに取り付けられたマスクＭの表面に一致するようになっている。

照明光学系２及び投影光学系３が、プレートＰへマスクパターンを投影露光するに先立ち、制御装置９の装置制御部９Ｍは、距離計ユニット４をプレート位置基準２０及びマスク位置基準２１と対向する位置に移動させる。図１３に示す矢印Ｘ１の方向に照明光学系２及び投影光学系３が移動する場合、距離計ユニット４Ｌがプレート位置基準２０及びマスク位置基準２１と対向する。また、矢印Ｘ２の方向に照明光学系２及び投影光学系３が移動する場合、距離計ユニット４Ｔがプレート位置基準２０及びマスク位置基準２１と対向する。この状態で、演算部９Ｃは、距離計ユニット４が有する第１距離計１００Ｍ及び第２距離計１００Ｐを用いて、マスクＭ側における指標値（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）及びプレートＰ側における指標値（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）を求める。これらの指標値を、基準指標値ＩＭＢ、ＩＰＢとする。

基準指標値ＩＭＢ、ＩＰＢが得られたら、装置制御部９Ｍは、照明光学系２及び投影光学系３をＸ軸方向に移動させてマスクパターンをプレートＰに投影露光する。このとき、演算部９Ｃは、距離計ユニット４が有する第１距離計１００Ｍ及び第２距離計１００Ｐを用いて、投影露光中におけるマスクＭ側の指標値（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）及びプレートＰ側の指標値（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）を求める。そして、演算部９Ｃは、投影露光中に求めたマスクＭ側の指標値と基準指標値ＩＭＢとの差分ΔＩＭ及びプレートＰ側の指標値と基準指標値ＩＰＢとの差分ΔＩＰを求める。装置制御部９Ｍは、差分ΔＩＭ及びΔＩＰに基づいて、マスクパターンをプレートＰに投影露光する際の合焦状態を制御する。

＜ミラーの配置の変形例＞
図１４、図１５は、第２受光ミラーの配置の変形例を示す図である。第１距離計１００Ｍと第２距離計１００Ｐの構造は同一なので、本変形例においても第２距離計１００Ｐについて説明する。上述した例において、図５に示すように、第２受光部の第２受光ミラー１０６ＰはＸ軸と平行な直線ＸＬＰ上に一列に配置されていた。しかし、第２受光ミラー１０６Ｐの配置はこれに限定されるものではない。例えば、図１４に示すように、第２発光部の第２照射ミラー１０５ＰがプレートＰに光（第２光）を照射する位置（照射位置）ＬＣを中心とした異なる円Ｃｉａ、Ｃｉｂ上に、複数の第２受光ミラー１０６Ｐがそれぞれ配置されてもよい。２個の円Ｃｉａ、Ｃｉｂは、マスクＭとプレートＰとの間の同一の平面に存在する。円Ｃｉａの半径はｒ１であり、円Ｃｉｂの半径はｒ２（＞ｒ１）である。このように複数の第２受光ミラー１０６Ｐを配置することにより、第２発光部が第２光を照射する位置、すなわち、第２照射ミラー１０５Ｐの位置からの距離が異なる位置に配置される。

図５に示す例は、Ｘ軸と平行な直線ＸＬＰが照射位置ＬＣを通る場合であり、図１４の白抜きの円で示す位置に第２受光ミラー１０６Ｐが配置される場合に相当する。異なる２個の円Ｃｉａ、Ｃｉｂ上に複数の第２受光ミラー１０６Ｐが配置される場合、例えば、図１４の白抜きの三角で示す位置に第２受光ミラー１０６Ｐが配置されてもよい。この場合、半径の小さい円Ｃｉａ上に配置される第２受光ミラー１０６Ｐからの受光量と、半径の大きい円Ｃｉｂ上に配置される第２受光ミラー１０６Ｐからの受光量との差分値に基づいて、第２距離計１００ＰからプレートＰまでの距離を求める。

図１５に示す例は、Ｚ軸方向における異なる位置に第２受光ミラー１０６Ｐを配置した例である。図１５のＡ１で示す位置とＢ１’で示す位置とにそれぞれ第２受光ミラー１０６Ｐを配置すると、複数の第２受光部の第２受光ミラー１０６Ｐは、第２発光部が第２光を照射する位置、すなわち、第２照射ミラー１０５Ｐの位置からの距離が異なる位置に配置される。複数の第２受光ミラー１０６Ｐをこのように配置しても、Ｚ軸方向におけるプレートＰの位置によって異なる第２検出ファイバ１０４Ｐ間における受光量が変化する。その結果、演算部９Ｃは、異なる第２受光部間における受光量の差分値に基づいてプレートＰとマスクＭとの距離に関する情報を求めることができる。この配置は、Ｚ軸方向における寸法が大きくなるので、プレートＰとマスクＭとの間隔が比較的大きい場合に適用できる。

なお、図１５のＡ１で示す位置とＢ１で示す位置とにそれぞれ第２受光ミラー１０６Ｐを配置すると、上述した図７に示す例と同様になる。図１５のＢ１’で示す位置とＢ１で示す位置とにそれぞれ第２受光ミラー１０６Ｐを配置すると、プレートＰで反射した反射光の光軸上にそれぞれ第２受光ミラー１０６Ｐが存在する。この配置の場合、Ｚ軸方向におけるプレートＰの位置が変化すると、異なる第２検出ファイバ１０４Ｐ間における受光量は同様に変化するので、演算部９Ｃは、異なる第２受光部間における受光量の差分値とに基づいてプレートＰとマスクＭとの距離に関する情報を求めることができない。このため、プレートＰで反射した反射光の光軸上である場合には、第２照射ミラー１０５Ｐの位置からの距離が異なる位置であっても、複数の第２受光ミラー１０６Ｐを配置することはできない。次に、照明光学系２及び投影光学系３の変形例を説明する。

＜照明光学系及び投影光学系の変形例＞
図１６、図１７は、本実施形態の変形例に係る照明光学系及び投影光学系を備えた露光装置を示す側面図である。図１７は、図１６に示す露光装置を、投影光学系とプレートとの間から見た図である。上述した露光装置１（図１等参照）が備える投影光学系３は、複数のレンズアレイ８を備えていたが、本変形例の露光装置１ａが備える投影光学系３ａは、Ｙ軸方向に延在した１個のレンズアレイ８ａを有する。これに対応して、照明光学系２ａは、１個の凹面ミラー１６ａを用いて光束を投影光学系３ａに出射する。

照明光学系２ａは、光源６から発した光束を導光ファイバ７で導光し、マスクＭを照明する光として入射する構成である。照明光学系２ａは、図１７に示す照明視野Ｓを形成する光学系１０ａを有する。光源６から射出した光束は集光レンズ６Ｌで集光して、導光ファイバ７に入射する。導光ファイバ７で導光された光束は、光学系１０ａに入射し、リレー光学系１１ａでコリメートされ、ミラー１７で反射し、リレー光学系１２ａを介してフライアイレンズ１３ａに入射する。このとき、リレー光学系１１ａ、１２ａは、導光ファイバ７の出射端面を所定の倍数に拡大して、フライアイレンズ１３ａの入射面に入射する。フライアイレンズ１３ａは、複数のエレメントレンズが配列し、接合されている。本実施形態においては、列方向に５個、行方向に１７個のエレメントレンズが配列するとともに、合計８５個のエレメントが接合されている。フライアイレンズ１３ａを射出した光束は、σ絞り１４ａを通過する。σ絞り１４ａは、光束の径を制限して照明ＮＡを定める。σ絞り１４ａを通過した光束は、凹面ミラー１６ａによって、マスクＭの表面（照明光学系２側の表面）に集光され、照明視野Ｓを形成する。

投影光学系３ａは、Ｙ軸方向に向かって延在する１つのレンズアレイ８ａを有する。レンズアレイ８ａは、照明光学系２ａが形成した照明視野Ｓに対応した位置に配置されている。レンズアレイ８ａは、投影光学系３ａのステージ３Ｓに搭載される。ステージ３Ｓが投影系ガイド５Ｐに沿って移動することにより、レンズアレイ８ａがＸ軸方向に移動する。図１６、図１７に示すように、投影光学系３ａの移動方向の両側に、複数の距離計１００を有する距離計ユニット４Ｌ、４Ｔを備える点は、上述した露光装置１（図１、図２等参照）と同様である。

距離計ユニット４Ｌ、４Ｔが有する複数（本変形例では３個）の距離計１００は、Ｙ軸と交差する方向に向かって配列されている。このような配置により、複数の距離計１００は、Ｙ軸方向における照明視野Ｓの中心１箇所と、その両側とのプレート／マスク間距離ｔｃを計測する。Ｙ軸方向に配列される距離計１００の数は限定されるものではなく、例えば、単数であってもよい。この場合、単数の距離計１００は、Ｙ軸方向における照明視野Ｓの中心１箇所に配置されることが好ましい。

単独のレンズアレイ８ａを有する露光装置１ａに対しても、本実施形態に係る距離計１００を適用することにより、プレートＰとマスクＭとの間に形成される数ｍｍ程度の薄い空間に距離計１００を配置して、プレートＰとマスクＭとの距離に関する情報を得ることができる。次に、本実施形態に係る露光方法につい手説明する。

＜露光方法＞
図１８は、本実施形態に係る露光方法の各ステップを示すフローチャートである。本実施形態に係る露光方法は、露光装置１によって実現できる。図１に示す露光装置１のマスクステージ１Ｔの真空チャックにマスクＭがエアー吸着され、プレートステージ１Ｓに露光対象のプレートＰが載置されたら、制御装置９の装置制御部９Ｍは、プレートＰに対するマスクパターンの投影露光を開始する（ステップＳ１０１）。投影露光が開始されると、装置制御部９Ｍは、レンズアレイ８の移動方向側、すなわち投影光学系３の移動方向側で、第１距離計１００Ｍが有する第１発光部及び第２距離計１００Ｐが有する第２発光部に光（第１光及び第２光）を照射させながら、照明光学系２及び投影光学系３とともに第１距離計１００Ｍ及び第２距離計１００ＰをＸ軸方向に移動（走査）させる（ステップＳ１０２）。

レンズアレイ８の移動方向側の第１距離計１００Ｍが有する第１受光部は、プレート表面Ｐｐで反射した第１光の反射光を受光し、レンズアレイ８の移動方向側の第２距離計１００Ｐが有する第２受光部は、プレート表面Ｐｐで反射した第２光の反射光を受光する（ステップＳ１０３）。第１受光部が受光した反射光は、第１受光部が有する複数の第１検出ファイバ１０４Ｍから第１受光センサ１０２ＡＭ、１０２ＢＭに導光される（図５参照）。第２受光部が受光した反射光は、第２受光部が有する複数の第２検出ファイバ１０４Ｐから第２受光センサ１０２ＡＰ、１０２ＢＰに導光される（図５参照）。

演算部９Ｃは、２個の第１受光センサ１０２ＡＭ、１０２ＢＭ間における受光量の差分値（第１差分値）と第２受光センサ１０２ＡＰ、１０２ＢＰ間における受光量の差分値（第２差分値）とを求める（ステップＳ１０４）。そして、演算部９Ｃは、第１差分値と第２差分値とに基づいて、プレートＰとマスクＭとの距離に関する情報として、プレート／マスク間距離ｔｃを求める（ステップＳ１０５）。例えば、プレート／マスク間距離ｔｃは、第１距離計１００ＭからマスクＭの表面までの距離と第２距離計１００ＰからプレートＰの表面までの距離とから求めることができる。ステップＳ１０５は、異なる第１受光部間における受光量の差分値と、異なる第２受光部間における受光量の差分値とに基づいてプレートＰとマスクＭとの距離に関する情報を求める工程に相当する。その後、装置制御部９Ｍは、プレート／マスク間距離ｔｃに基づいて、プレートＰとマスクＭとレンズアレイ８とのうち少なくとも２つの位置関係を制御しながら投影露光時の合焦状態を制御する（ステップＳ１０６）。このようにして、本実施形態に係る露光制御が実現される。ステップＳ１０６においては、マスクＭとプレートＰとの間にレンズ等の光学的な部材を介在させて、投影露光時の合焦状態を制御してもよい。次に、本実施形態に係るデバイス製造方法を説明する。

＜デバイス製造方法＞
図１９は、本実施形態に係るデバイス製造方法の各ステップを示すフローチャートである。本実施形態に係るデバイス製造方法でデバイスを製造するにあたって、まず、デバイス（電子デバイス）の機能及び性能の設計が行われる（ステップＳ２０１）。次に、ステップＳ２０１における設計に基づいたマスクＭが製造される（ステップＳ２０２）。次に、レジストが塗布されたプレートＰに、ステップＳ２０２で製造されたマスクＭのマスクパターンが投影露光される工程、露光したプレートＰを現像する工程、現像されたプレートＰの加熱工程及びエッチング工程等を含む基板処理が行われる（ステップＳ２０３）。

基板処理においてマスクパターンがプレートＰに投影露光される工程では、露光装置１が本実施形態に係る露光方法を実行することにより、マスクＭに形成されたパターンがプレートＰに転写される。マスクパターンが転写されたプレートＰは、現像、加熱及びエッチングによって、転写されたパターンに基づいて加工される。基板処理が終了したら、ダイシング工程、ボンディング工程及びパッケージ工程等の加工プロセスを含むデバイスの組立てが行われ（ステップＳ２０４）、その後の検査（ステップＳ２０５）を経てデバイスが完成する。

以上、本実施形態及びその変形例は、プレートとマスクとの間を移動する投影光学系にレンズアレイを有する露光装置において、マスクを支持するマスクステージとプレートを支持するプレートステージとの間で、プレートからの反射光及びマスクからの反射光を検出する検出部を移動させる。そして、この検出部が検出した検出結果に基づき、マスクとプレートとの距離に関する情報を求める。このように、マスクステージとプレートステージとの間に両者の距離を計測するための検出部を配置して、両者に対して移動させるので、プレートとマスクとの間を移動する投影光学系にレンズアレイを有する露光装置において、マスクとプレートとの距離を計測することができる。その結果、本実施形態及びその変形例は、互いに対向して配置されるプレートとマスクとの間の距離に関する情報を所定範囲にわたって求めることができる。

また、検出部をレンズアレイとともに移動させることにより、よりレンズアレイに近い位置でマスクとプレートとの間の距離を計測することができる。この場合、検出部とレンズアレイとはそれぞれ別個の手段（アクチュエータ等）が移動させてもよいし、後述するように、両者を同一の手段で移動させてもよい。また、検出部を、レンズアレイの移動方向の両側にそれぞれ配置することにより、レンズアレイがいずれの方向に移動しても、いずれかの検出部がレンズアレイに先行してマスクとプレートとの間の距離を計測することができるので、レンズアレイがいずれの方向へ移動する場合でも、マスクパターンをプレートＰに投影露光する際の合焦状態を確実に制御することができる。

検出部をレンズアレイとともに移動させる場合、レンズアレイを搭載して移動するステージに検出部を取り付けることが好ましい。このようにすれば、前記ステージを移動させる手段のみで、検出部を移動させることができるので、検出部を移動させるための手段が不要になる。また、前記ステージとともにレンズアレイ及び検出部が動くので、レンズアレイと検出部とが同様の動きをすることになる。その結果、検出部は、レンズアレイの移動にともなう振動等を考慮した上で、マスクとプレートとの間の距離を計測することができる。

また、レンズアレイの移動方向（Ｘ軸方向）と交差する方向に向かって複数の検出部を配置することにより、Ｙ軸方向の複数箇所でマスクとプレートとの間の距離を計測することができる。その結果、マスクパターンをプレートＰに投影露光する際の合焦状態をより精度よく制御することができる。複数のレンズアレイがＹ軸方向に配列されている場合は、レンズアレイに対応して検出部を設けることが好ましい。このようにすることで、それぞれのレンズアレイの位置におけるマスクとプレートとの間の距離を計測できるので、マスクパターンをプレートＰに投影露光する際の合焦状態をより精度よく制御することができる。

検出部は、マスクに第１光を照射する第１発光部と、第１発光部がマスクに照射した第１光の反射光を受光する複数の第１受光部とを有する第１検出部と、プレートに第２光を照射する第２発光部と、第２発光部がプレートに照射した第２光の反射光を受光する複数の第２受光部とを有する第２検出部とを含むようにすることができる。この場合、異なる第１受光部間における受光量の差分値と、異なる第２受光部間における受光量の差分値とに基づいてマスクとプレートとの間の距離に関する情報（計測結果）を求める。このように、異なる第１受光部間における受光量の差分値及び異なる第２受光部間における受光量の差分値を用いることで、受光量の差分値とマスクとプレートとの間の距離とは相関があるので、比較的簡単にマスクとプレートとの間の距離についての情報を得ることができる。受光量の差分値を用いる場合、受光量の差分値がマスクとプレートとの間の距離に対して線形性を保って変化する範囲を用いることで、マスクとプレートとの間の距離についてのより正確な情報を得ることができる。

上述した第１発光部及び第２発光部は、照射する光を光ファイバで導光し、第１受光部及び第２受光部は、反射光を光ファイバで導光することが好ましい。このようにすることで、レンズアレイを用いた場合、マスクとプレートとの間は数ｍｍ程度の狭い間隔であるが、光ファイバを用いて照射光及び反射光を導光することで、狭い間隔の空間に検出部を配置することができる。本実施形態及びその変形例と同様の構成を有するものは、本実施形態及びその変形例と同様の作用、効果を奏する。また、本実施形態及びその変形例の構成は、以下においても適宜適用することができる。

（実施形態２）
図２０は、実施形態２に係る距離計を示す平面図である。図２１は、理解を助けるために、Ｘ軸方向に対して長さのスケールを拡大して示してある。図２１は、実施形態２に係る第１距離計をＸ軸方向から見た図である。図２２は、実施形態２に係る第２距離計をＸ軸方向から見た図である。図２３は、実施形態２に係る距離計が有するスリットを示す平面図である。図２４は、プレート又はマスクで反射した光を受光する部分の拡大図である。図２５は、プレート又はマスクで反射した光を受光する部分をＹ軸方向かつ反射光の進行方向側から見た図である。図２６は、検出ファイバの受光量と、Ｚ軸方向におけるプレートの位置との関係を示す図である。

図２０に示す距離計１００ａは、第１距離計１００Ｍａと第２距離計１００Ｐａとを含む。距離計１００ａは、実施形態１の露光装置１、１ａに搭載される。図２０では、１個の距離計１００ａを示しているが、実施形態１の距離計１００と同様に、露光装置１、１ａの投影光学系３、３ａの移動方向両側に配置される距離計ユニット４に設けられる。距離計１００ａは、Ｙ軸と交差する方向に複数配置されてもよいが、複数に距離計１００ａの数は限定されるものではない。

第１距離計１００ＭａはマスクＭまでの距離を計測する。第２距離計１００ＰａはプレートＰまでの距離を計測する。両者は、計測の対象が異なるのみで、いずれも計測原理及び構造は共通している。第１距離計１００Ｍａ及び第２距離計１００Ｐａの計測原理は、スリット像をマスクＭ又はプレートＰに対して斜入射投影し、その反射像の位置ズレを検出して、マスクＭ又はプレートＰのＺ軸方向における位置の情報を得るものである。

第１距離計１００Ｍａは、第１照射ファイバ１０３Ｍと、複数の第１検出ファイバ１０４Ｍと、第１光学系１０８Ｍとを有している。第１照射ファイバ１０３Ｍは、第１光源１０１Ｍからの光（第１光）を第１光学系１０８Ｍに導光する。複数の第１検出ファイバ１０４Ｍは、第１光学系１０８Ｍを通過する過程で第１光がマスクＭの表面で反射した反射光を受光し、２個の異なる第１受光センサ１０７ＡＭ、１０７ＢＭへ導光する。本実施形態では、異なる２個の第１受光センサ１０７ＡＭ、１０７ＢＭに対して、それぞれ複数の第１検出ファイバ１０４ＭでマスクＭからの反射光を導光するが、第１検出ファイバ１０４Ｍの数は限定されるものではない。例えば、それぞれ単数の第１検出ファイバ１０４Ｍで異なる２個の第１受光センサ１０７ＡＭ、１０７ＢＭに反射光を導光してもよい。この点は、後述する第２距離計１００Ｐが有する第２検出ファイバ１０４Ｐも同様である。

第１距離計１００Ｍａ及び第２距離計１００Ｐａは、第１光学系１０８Ｍ及び第２光学系１０８Ｐを有するので、プレートＰとマスクＭとの間隔が比較的大きい場合（例えば、１０ｍｍ程度）に好適である。

第２距離計１００Ｐａは、第２照射ファイバ１０３Ｐと、複数の第２検出ファイバ１０４Ｐと、第２光学系１０８Ｐとを有している。第２照射ファイバ１０３Ｐは、第２光源１０１Ｐからの光（第２光）を第２光学系１０８Ｐに導光する。複数の第２検出ファイバ１０４Ｐは、第２光学系１０８Ｐを通過する過程で第２光がプレートＰの表面で反射した反射光を受光し、２個の異なる第２受光センサ１０７ＡＰ、１０７ＢＰへ導光する。次に、図２０から図２２を用いて第１光学系１０８Ｍ及び第２光学系１０８Ｐの構造を説明する。

第１光学系１０８Ｍ及び第２光学系１０８Ｐは、第１照射ファイバ１０３Ｍ及び第２照射ファイバ１０３Ｐの出射面１０３Ｔ側から順に、コンデンサレンズ１１０と、スリット１１１と、送光レンズ１１２と、送光プリズム１１３と、受光レンズ１１４と、第１反射体又は第２反射射体としての第１ミラー１１５と、第２ミラー１１６とを有する。スリット１１１は、図２３に示すように円板状の部材であり、矩形の孔１１１Ｈを有している。スリット１１１は、表面がＺ軸と平行になるように、第１光学系１０８Ｍと第２光学系１０８Ｐとに配置される。スリット１１１は、矩形の孔１１１ＨがマスクＭの表面（マスク表面）Ｍｐとプレート表面Ｐｐとに対して傾斜するように第１光学系１０８Ｍと第２光学系１０８Ｐとに配置される。

本実施形態における第１光学系１０８Ｍ及び第２光学系１０８Ｐの仕様の一例を説明する。次の仕様は一例であって、これに限定されるものではない。スリット１１１からプレート表面Ｐｐまでの倍率は１倍であり、プレート表面ＰｐからＰ共役面１１７までの倍率も１倍である。送光プリズム１１３は、第１反射面１１３Ｒ１に対する送光側光軸の入射角が６２．４５度、プレート表面Ｐｐに対する入射角は６０度である。スリット孔の寸法は４ｍｍ×０．４ｍｍであり、第１検出ファイバ１０４Ｍ及び第２検出ファイバ１０４Ｐは、１本の光学的な有効直径が１．２ｍｍ、取り込み開口数は２θ＝１２０度である。コンデンサレンズ１１０は、ｆ＝１０ｍｍで直径が６ｍｍであり、送光レンズ１１２及び受光レンズ１１４は、ｆ＝２０ｍｍで直径が６ｍｍ、照明ＮＡを０．０３５、結像ＮＡを０．０３とする。

第１光学系１０８Ｍ及び第２光学系１０８Ｐは同一の構造なので、次においては、第２光学系１０８Ｐを例として説明する。第２照射ファイバ１０３Ｐから導光された第２光源１０１Ｐからの光（第２光）は、コンデンサレンズ１１０を介してスリット１１１を照明する。スリット１１１の孔１１１Ｈを通過した第２光の光束は、送光レンズ１１２を介して送光プリズム１１３の第１反射面１１３Ｒ１で反射し、スリット像をプレート表面Ｐｐに斜入射投影する。プレート表面Ｐｐで反射したスリット像は、再度、送光プリズム１１３の第２反射面１１３Ｒ２で反射し、受光レンズ１１４を介してＰ共役面１１７に結像する。

第２光学系１０８Ｐにおいて、スリット像は、プレート表面Ｐｐに対しても、Ｘ軸及びＹ軸に対して４５度傾いて投影される。プレートＰのパターンは、Ｘ軸方向又はＹ軸方向に平行なライン状のパターンを有していることが多いが、Ｘ軸及びＹ軸に対して４５度傾けてスリット像をプレート表面Ｐｐに投影することにより、プレートＰのパターンの影響を低減することができる。スリット像は、プレート表面Ｐｐで４５度回転して投影されるので、プレート表面Ｐｐに共役なＰ共役面１１７においても、反射光の光軸の周りに４５度回転して結像する。

図２４、図２５は、結像したスリット像と、このスリット像を２個に分岐する第１ミラー１１５と、第１ミラー１１５の位置におけるＰ共役面１１７を通過した光束が入射する第２検出ファイバ１０４Ｐ（必要に応じて第２検出ファイバ１０４ＰＡという）との位置関係を示している。また、図２４、図２５は、第１ミラー１１５で反射した光束が第２ミラー１１６で反射した後に入射する検出ファイバ１０４Ｐ（必要に応じて第２検出ファイバ１０４ＰＢという）の位置関係も示している。

スリット像は、Ｐ共役面で４ｍｍ×０．４ｍｍのサイズになる。スリット像は、スリット１１１の孔１１１Ｈを通過した第２光が送光プリズム１１３によってプレートＰで反射した光である。すなわち、スリット像は、第２光の反射光である。図２５は、第２検出ファイバ１０４ＰＡに入射するＲｐ領域（４ｍｍ×０．２ｍｍ）と、第２検出ファイバ１０４ＰＢに入射するＲｒ領域（４ｍｍ×０．２ｍｍ）とを示している。図２５は、実際のスリット像の形状に対して、長手方向と短手方向との比率が異なるが、説明の便宜上、誇張して示している。本実施形態では、複数の第２検出ファイバ１０４ＰＢでＰ共役面１１７を通過した第２光の反射光を受光するが、スリット像に合わせた矩形形状の受光部で第２光の反射光を受光するようにしてもよい。

プレート表面ＰｐがＺ軸方向に変化すると、Ｐ共役面１１７のスリット像は、図２５に示した計測軸Ｚａｘｍの方向へ移動する。第２検出ファイバ１０４ＰＡの受光量をｐ、第２検出ファイバ１０４ＰＢの受光量をｒとする。Ｐ共役面１１７を通過した第２光の反射光、すなわち、第１ミラー１１５が反射した第２光の残りの光を受光した第２受光部の第２検出ファイバ１０４ＰＡからの光を受光する第２受光センサ１０７ＡＰの受光量はｐとなる。また、第１ミラー１１５が反射した第２光の反射光を受光した第２受光部の第２検出ファイバ１０４ＰＢからの光を受光する第２受光センサ１０７ＢＰの受光量はｒとなる。図２６は、受光量ｐ、ｒ及び受光量ｐ、ｒの差分値に基づく指標値（ｐ−ｒ）／（ｐ＋ｒ）と、プレート表面ＰｐのＺ軸方向における位置との関係を示している。

図２６の縦軸は、第２検出ファイバ１０４ＰＡ、１０４ＰＢの受光量ｒ、ｐ（相対照度）であり、横軸は、プレートＰのＺ方向における位置である。図２６においては、プレートＰのＺ方向における位置の値が大きくなると、プレートＰが第２距離計１００Ｐａへ近づくことを意味している。図２６のＲｐで示す点線は、第２検出ファイバ１０４ＰＡの受光量、すなわち、Ｐ共役面１１７を通過した光の強度であり、Ｒｒで示す一点鎖線は、第２検出ファイバ１０４ＰＢの受光量、すなわち、第１ミラー１１５で反射した光の強度である。

図２６から、プレートＰのＺ軸方向における位置が第２距離計１００Ｐａへ近づくにしたがって、第２検出ファイバ１０４ＰＡの受光量は単調に増加し、第２検出ファイバ１０４ＰＢの受光量は単調に減少する。そして、プレートＰのＺ軸方向における位置が第２距離計１００Ｐａへ近づくにしたがって、指標値（ｐ−ｒ）／（ｐ＋ｒ）は単調に増加する。プレートＰのＺ軸方向における位置の変化に対して、指標値（ｐ−ｒ）／（ｐ＋ｒ）は線形で変化する。したがって、実施形態２においても、実施形態１と同様に指標値（ｐ−ｒ）／（ｐ＋ｒ）によってプレートＰのＺ軸方向における位置を求めることができる。

図２４に示す演算部９Ｃは、第２受光センサ１０７ＡＰの受光量ｐと第２受光センサ１０７ＢＰの受光量ｒとを取得して、指標値（ｐ−ｒ）／（ｐ＋ｒ）を求め、プレートＰのＺ軸方向における距離を求める。第１距離計１００Ｍａにおいても、Ｐ共役面１１７を通過した光を受光した第１受光センサ１０７ＡＭの受光量ｐと、第１ミラー１１５で反射した光を受光した第１受光センサ１０７ＢＭの受光量ｒとを取得して、指標値（ｐ−ｒ）／（ｐ＋ｒ）を求め、マスクＭのＺ軸方向における距離を求める。そして、演算部９Ｃは、距離計１００ａからプレートＰまでの距離とマスクＭまでの距離とに基づき、プレート／マスク間距離ｔｃを求める。

上述したように、受光量ｐは、Ｐ共役面１１７を通過した光を受光した第１検出ファイバ１０４Ｍ（又は第２検出ファイバ１０４Ｐ）の受光量であり、受光量ｒは、第１ミラー１１５で反射した光を受光した第１検出ファイバ１０４Ｍ（又は第２検出ファイバ１０４Ｐ）の受光量である。すなわち、指標値（ｐ−ｒ）／（ｐ＋ｒ）に含まれるｐ、ｒは、異なる第１検出ファイバ１０４Ｍ（又は第２検出ファイバ１０４Ｐ）の受光量である。複数の第１検出ファイバ１０４Ｍは第１受光部に含まれており、複数の第２検出ファイバ１０４Ｐは第２受光部に含まれている。したがって、指標値（ｐ−ｒ）／（ｐ＋ｒ）は、異なる第１受光部間（又は異なる第２受光部間）における差分値を含んでいる。演算部９Ｃは、指標値（ｐ−ｒ）／（ｐ＋ｒ）を用いてプレートＰ及びマスクＭのＺ軸方向における距離を求めるので、異なる第１受光部間における受光量の差分値と、異なる第２受光部間における受光量の差分値とに基づいてプレートＰとマスクＭとの距離に関する情報を求めることになる。

プレートＰがδＺだけＺ軸方向に移動した場合において、Ｐ共役面１１７におけるスリット像の計測軸Ｚａｘｍ方向における移動距離δＬ（＝２×ｓｉｎ６０°×β×δＺ）によりＺ軸方向におけるダイナミックレンジを見積もる。βはプレートＰからＰ共役面までの倍率である。スリット１１１の短手方向の長さが０．４ｍｍなので、Ｚ軸方向のダイナミックレンジは±０．１６３ｍｍ（＝±０．２×√２／（２×ｓｉｎ６０°）となる。２００階調程度の光量検出分解能があれば、Ｚ軸方向の分解能は０．８μｍ程度を確保できる。

第２光学系１０８Ｐにおいて、スリット像は、プレート表面Ｐｐに対しても、Ｘ軸及びＹ軸に対して４５度傾いて投影される。プレートＰのパターンは、Ｘ軸方向又はＹ軸方向に平行なライン状のパターンを有していることが多いが、Ｘ軸及びＹ軸に対して４５度傾けてスリット像をプレート表面Ｐｐに投影することにより、プレートＰのパターンの影響を低減することができる。

プレートＰのＺ軸方向における位置を計測する際のパターンの影響を見積もる。プレートＰが、明／暗が１／０となるパターンを有していると仮定する。このパターンが、図２５に示すＲｐ領域にだけかかったと想定すると、その影響は、ダイナミックレンジの１／４０（＝０．２^２×０．５／（４×０．２）と見積もられる。上述したようにダイナミックレンジは±１６３μｍなので、最大±４μｍ程度の計測誤差が生じる可能性はある。しかし、焦点深度ＤＯＦ（＝λ／ＮＡ^２）の１／８程度なので、露光性能に対しては問題となるレベルではない。なお、ＤＯＦは、投影レンズのＮＡ＝０．０８、露光に用いる光のλ＝０．４０５μｍとして見積もった。

以上、本実施形態は、投影光学系にレンズアレイを有する露光装置において、光ファイバと送光プリズムと複数のレンズとで構成した検出部を、マスクを支持するマスクステージとプレートを支持するプレートステージとの間を移動させるとともに、プレートからの反射光及びマスクからの反射光を検出させる。そして、検出部が検出した検出結果に基づき、マスクとプレートとの距離に関する情報を求める。このように、マスクステージとプレートステージとの間に配置した検出部を移動させることにより、マスクとプレートとの距離を計測することができる。本実施形態の検出部は、送光プリズムと複数のレンズとを含むため、プレートとマスクとの間隔が比較的大きい場合（１０ｍｍ程度）に適している。

上述の実施形態の基板としては、ディスプレイデバイス用のガラス基板のみならず、半導体デバイス製造用の半導体ウエハ、薄膜磁気ヘッド用のセラミックウエハ、あるいは露光装置で用いられるマスク又はレチクルの原版（合成石英、シリコンウエハ）等を適用することができる。

また、上記実施形態は、米国特許第６３４１００７号明細書、米国特許第６２０８４０７号明細書、米国特許第６２６２７９６号明細書等に記載されているような、複数の基板ステージを備えたツインステージ型の露光装置にも適用できる。

また、上記実施形態は、米国特許第６８９７９６３号明細書、欧州特許出願公開第１７１３１１３号明細書等に開示されているような、基板を保持する基板ステージと、基板を保持せずに、基準マークが形成された基準部材及び／又は各種の光電センサを搭載した計測ステージとを備えた露光装置にも適用することができる。また、複数の基板ステージと計測ステージとを備えた露光装置を採用することもできる。

また、露光装置の種類としては、液晶表示素子製造用又はディスプレイ製造用の露光装置に限られず、基板に半導体素子パターンを露光する半導体素子製造用の露光装置、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ）、マイクロマシン、ＭＥＭＳ、ＤＮＡチップ、レチクル又はマスク等を製造するための露光装置等にも広く適用できる。

また、上記実施形態においては、レーザ干渉計を含む干渉計システムを用いて各ステージの位置情報を計測するものとしたが、これに限らず、例えば各ステージに設けられるスケール（回折格子）を検出するエンコーダシステムを用いてもよい。

また、上記実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン（又は位相パターン・減光パターン）を形成した光透過型マスクを用いたが、このマスクに代えて、例えば米国特許第６７７８２５７号明細書に記載されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する可変成形マスク（電子マスク、アクティブマスク、あるいはイメージジェネレータとも呼ばれる）を用いてもよい。また、非発光型画像表示素子を備える可変成形マスクに代えて、自発光型画像表示素子を含むパターン形成装置を備えるようにしてもよい。

また、上記実施形態の露光装置は、本願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、電気的精度及び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、露光装置の組立ての前後には、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及び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立て工程の前に、各サブシステム個々の組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及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。

また、上記実施形態の構成要素は適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。また、法令で許容される限りにおいて、上述の実施形態で引用した露光装置等に関するすべての公開公報及び米国特許の記載を援用して本明細書の記載の一部とする。このように、上記実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態及び運用技術等は、すべて本発明の範囲に含まれる。

１、１ａ 露光装置
１Ｓ プレートステージ
１Ｔ マスクステージ
２、２ａ 照明光学系
３、３ａ 投影光学系
３Ｓ ステージ
４、４Ｌ、４Ｔ 距離計ユニット
６ 光源
７ 導光ファイバ
９ 制御装置
９Ｃ 演算部
９Ｍ 装置制御部
１０Ｃ、１０Ｌ、１０Ｒ、１０ａ 光学系
１１、１１ａ、１２、１２ａ リレー光学系
１３、１３ａ フライアイレンズ
１５ コンデンサレンズ
１６、１７ ミラー
１６ａ 凹面ミラー
２０ プレート位置基準
２０Ｂ、２１Ｂ 基準面
１００、１００Ｃ、１００Ｌ、１００Ｒ、１００ａ 距離計
１００Ｍ、１００Ｍａ 第１距離計
１００Ｐ、１００Ｐａ 第２距離計
１０１Ｍ 第１光源
１０１Ｐ 第２光源
１０２ＡＭ、１０２ＢＭ、１０７ＡＭ、１０７ＢＭ 第１受光センサ
１０２ＡＰ、１０２ＢＰ、１０７ＡＰ、１０７ＢＰ 第２受光センサ
１０３Ｍ 第１照射ファイバ
１０３Ｐ 第２照射ファイバ
１０３Ｔ 出射面
１０４Ｍ 第１検出ファイバ
１０４Ｐ、１０４ＰＡ、１０４ＰＡ１、１０４ＰＢ、１０４ＰＢ１ 第２検出ファイバ
１０４Ｔ 受光面
１０５Ｍ 第１照射ミラー
１０５Ｐ 第２照射ミラー
１０６Ｍ 第１受光ミラー
１０６Ｐ 第２受光ミラー
１０８Ｍ 第１光学系
１０８Ｐ 第２光学系
１１０ コンデンサレンズ
１１１ スリット
１１２ 送光レンズ
１１３ 送光プリズム
１１４ 受光レンズ
１１５ 第１ミラー
１１６ 第２ミラー
１１７ Ｐ共役面

Claims (11)

1. マスクに形成されたパターンをプレートに露光する露光装置であって、
   前記マスクを支持するマスクステージと、
   前記マスクステージに支持された前記マスクに対向させた状態に前記プレートを支持するプレートステージと、
   前記マスクステージに支持された前記マスクと前記プレートステージに支持された前記プレートとの間を移動可能に設けられたレンズアレイを含み、前記パターンの像を前記プレートに投影する投影光学系と、
   前記マスクステージに支持された前記マスクと前記プレートステージに支持された前記プレートとの間を移動可能に設けられ、前記プレートに光を照射して該プレートからの反射光を検出し、かつ前記マスクに光を照射して該マスクからの反射光を検出する検出部と、
   前記検出部の検出結果に基づき、前記プレートと前記マスクとの距離に関する情報を求める演算部と、
   を含むことを特徴とする露光装置。
2. 前記検出部は、前記レンズアレイとともに移動する請求項１に記載の露光装置。
3. 前記検出部は、前記レンズアレイの移動方向の両側にそれぞれ配置される請求項２に記載の露光装置。
4. 前記検出部は、前記レンズアレイの移動方向と交差する方向に向かって複数配置される、請求項１から３のいずれか１項に記載の露光装置。
5. 前記レンズアレイを複数有し、それぞれの前記レンズアレイに対応する前記検出部を有する、請求項１から４のいずれか１項に記載の露光装置。
6. 前記検出部は、
   前記マスクに第１光を照射する第１発光部と、前記第１発光部が前記マスクに照射した第１光の反射光を受光する複数の第１受光部とを有する第１検出部と、
   前記プレートに第２光を照射する第２発光部と、前記第２発光部が前記プレートに照射した第２光の反射光を受光する複数の第２受光部とを有する第２検出部と、を含み、
   前記演算部は、異なる前記第１受光部間における受光量の差分値と、異なる前記第２受光部間における受光量の差分値とに基づいて前記距離に関する情報を求める請求項１から５のいずれか１項に記載の露光装置。
7. 前記第１発光部及び前記第２発光部は、照射する光を光ファイバで導光し、前記第１受光部及び前記第２受光部は、反射光を光ファイバで導光する、請求項６に記載の露光装置。
8. 前記演算部は、
   前記第１発光部が前記第１光を照射する位置からの距離が異なる位置に配置された複数の第１受光部間における受光量の差分値と、
   前記第２発光部が前記第２光を照射する位置からの距離が異なる位置に配置された複数の第２受光部間における受光量の差分値と、
   に基づいて前記プレートと前記マスクとの距離に関する情報を求める、請求項６又は７に記載の露光装置。
9. 前記第１光の反射光を反射させる第１反射体と、
   前記第２光の反射光を反射させる第２反射体と、を有し、
   異なる前記第１受光部間における受光量の差分値は、前記第１反射体が反射した前記第１光を受光する前記第１受光部の受光量と、前記第１反射体が反射した前記第１光の残りの光を受光する前記第１受光部の受光量との差分値であり、
   異なる前記第２受光部間における受光量の差分値は、前記第２反射体が反射した前記第２光を受光する前記第２受光部の受光量と、前記第２反射体が反射した前記第２光の残りの光を受光する前記第２受光部の受光量との差分値である、請求項６又は７に記載の露光装置。
10. マスクに形成されたパターンを照明光で照明し、前記マスクとプレートとの間を移動可能なレンズアレイを介して前記プレートを露光する露光方法において、
    前記マスクと前記プレートとの間から、前記マスクに第１光を照射し、前記プレートに第２光を照射する工程と、
    前記マスクと前記プレートとの間で、前記第１光の反射光を複数の第１受光部で受光し、前記第２光の反射光を複数の第２受光部で受光する工程と、
    異なる前記第１受光部間における受光量の差分値と、異なる前記第２受光部間における受光量の差分値とに基づいて前記プレートと前記マスクとの距離に関する情報を求める工程と、
    得られた前記プレートと前記マスクとの距離に関する情報に基づき、前記プレートと前記マスクと前記レンズアレイとのうち少なくとも２つの位置関係を制御しながら前記プレートを露光する工程と、
    を含むことを特徴とする露光方法。
11. 請求項１０に記載の露光方法によって、前記マスクに形成されたパターンをプレートに転写する工程と、
    前記パターンが転写された前記プレートを、転写されたパターンに基づいて加工することを特徴とするデバイス製造方法。

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