KR20010098503A - 면 위치 검출 장치와, 그를 이용한 노광 장치 및 노광 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 광학계의 구성 및 배치에 대해서 피검면의 규약을 실질적으로 받는 일 없이, 주변의 진동이나 온도 변동 등에 기인하는 검출 정밀도의 악화를 양호하게 억제할 수 있는 면 위치 검출 장치를 제공하는 것이다.

피검면(Wa)의 면 위치를 검출하는 면 위치 검출 장치이다. 피검면상에 경사 방향으로부터 광속을 투사하기 위한 투사계(1~6)와, 피검면에서 반사된 광속을 수광하기 위한 수광계(7~14)를 구비하고 있다. 투사계의 광로 및 수광계의 광로중 적어도 한쪽의 광로에는 우수면의 반사면을 갖고 입사 광속을 해당 입사 광속과는 비평행한 각도로 사출시키는 광속 편향 수단(6, 7)이 마련되어 있다. 수광계의 출력에 근거하여 피검면의 면 위치를 검출한다.

Description

면 위치 검출 장치와, 그를 이용한 노광 장치 및 노광 방법{FACE POSITION DETECTION APPARATUS, AND EXPOSURE APPARATUS AND METHOD USING THE SAME}

본 발명은 면 위치 검출 장치, 해당 검출 장치를 이용한 노광 장치 및 노광 방법에 관한 것이다. 특히, 반도체 소자, 액정 표시 소자, 촬상 소자(CCD 등), 박막 자기 헤드 등의 마이크로 장치를 제조하기 위한 리소그래피 공정으로 마스크 패턴을 감광성 기판상에 전사하는 데 사용되는 투영 노광 장치에 있어서의 감광성 기판의 면 위치의 검출에 관한 것이다.

종래, 투영 노광 장치의 바람직한 면 위치 검출 장치로서, 본 출원인에 의한 일본 특허 공개 소화 제 56-42205 호 공보에 개시된 경사 입사형 면 위치 검출 장치가 알려져 있다. 이 면 위치 검출 장치에서는, 투영 렌즈에 의해서 마스크 패턴이 전사되는 위치에 배치된 반도체 웨이퍼에 대해서, 경사 방향으로부터 검출광을 조사한다. 더 구체적으로는, 반도체 웨이퍼의 표면을 피검면(被檢面)으로 하고, 이 피검면에 슬릿 형상의 패턴을 그 긴 쪽 방향이 입사면(입사광과 반사광에 의해 덮혀지는 평면)과 수직으로 되도록 투사한다. 그리고, 그 반사광을 집광하는 것에 의해 패턴 상(像)을 광전 변환 소자로 이루어지는 검출 수단의 검출면상에 재결상(再結像)시키고, 검출면상의 패턴 상(像)의 형성 위치를 검출한다.

이 면 위치 검출 장치의 구성에서는, 피검면으로 되는 반도체 웨이퍼의 표면이 상하 방향으로 변위하면(투영 렌즈의 광축을 따라 변위하면), 그 상하 방향의 변위에 대응하여 검출 수단에 입사하는 슬릿 반사광이 그 폭 방향(짧은 쪽 방향)으로 횡(橫)으로 어긋나는 것을 이용하여, 그 횡으로 어긋나는 량에 근거하여 반도체 웨이퍼의 표면의 상하 위치를 검출한다. 이렇게 해서, 검출 결과에 근거하여, 웨이퍼 표면이 투영 렌즈의 합초(合焦) 기준 위치에 일치하는지 여부, 즉 투영 렌즈에 의해서 투영되는 마스크 패턴면과의 공역(共役)면에 일치하는 지 여부가 판정된다.

또한, 본 출원인에 의한 일본 특허 공개 평성 제 6-97045 호 공보에는, 상술한 경사 입사형 면 위치 검출 장치에 관한 개량예로서, 피검면이 넓은 영역에서 위치 검출이 가능한 면 위치 검출 장치가 개시되어 있다. 이 면 위치 검출 장치는, 제 1 면에 형성된 소정 패턴의 상을 피검면인 웨이퍼 표면에 투사하는 투사 광학계와, 피검면에서 반사된 광속을 집광하여 소정 패턴의 상을 수광 슬릿이 형성된 제 2 면상에 형성하는 집광 광학계를 구비하고 있다. 그리고, 제 1 면과 피검면이 투사 광학계에 대해서 샤인 프루프(shine proof)의 조건을 만족하고, 또한 피검면과 제 2 면이 집광 광학계에 대해서 샤인 프루프의 조건을 만족하도록 구성되어 있다.

또한, 이 면 위치 검출 장치에서는, 투사 광학계 및 집광 광학계가 각각 양측 텔레센트릭으로 구성되어 있고, 제 1 면상의 각 점과 피검면상의 각 공역점이 면내 전역에서 동배율로 되고, 또한 피검면의 각 점과 제 2 면상의 각 공역점이 면내 전역에서 동배율로 되는 것이 보증되어 있다. 이들 구성에 의해, 제 2 면상에 형성되는 소정 패턴의 상과 수광 슬릿을 상대적으로 주사시키고, 광변조 신호를 동기 검파하는 광전자 현미경의 원리에 근거하는 검출 방식에 의해, 피검면의 검출 영역 전체에 걸쳐 동일한 검출 정밀도가 얻어진다.

그런데, 피검면의 면 위치의 검출 정밀도를 원리적으로 높이기 위해서는, 피검면으로의 광속의 입사각을 크게 하는 것(90°에 근접시키는 것)이 필요하다. 이 경우, 투사 광학계 및 집광 광학계가 피검면에 접근하게 되어, 이들 광학계의 구성 및 배치에 대해서 피검면의 제약을 받게 된다. 특히, 피검면이 넓은 범위에서 면 위치의 검출을 실행할 필요가 있는 경우에는, 광학계의 구성 부품이 대형화하게 되어, 구성 및 배치상의 제약이 더 커진다. 이 구성 및 배치상의 제약을 회피하기 위해서 투사 광학계 및 집광 광학계의 작동 거리(WD)를 함께 크게 설정하면, 그것에 따라 광학계의 구성 부품이 커진다. 이 때문에, 광학계의 작동 거리를 크게 설정하는 방법은 구성 및 배치상의 제약에 대한 유효한 회피책으로는 되기 어렵다.

상술한 구성 및 배치상의 제약을 회피하기 위해서는, 본 출원인에 의한 일본 특허 공고 평성 제 7-39955 호 공보(도 4를 참조)에 개시되어 있는 것 같이, 투사 광학계의 광로 및 집광 광학계의 광로 중에 미러(mirror)를 각각 마련하고, 피검면으로의 입사 광속의 광로 및 피검면으로부터의 반사 광속의 광로를 크게 꺽어, 투사 광학계 및 집광 광학계를 피검면으로부터 멀리 떨어지게 하는 것이 유효하다. 또는, 동일 공보(도 6을 참조)에 개시되어 있는 것 같이, 투사 광학계의 광로 및 집광 광학계의 광로 중에 서로 평행한 한 쌍의 전반사면(全反射面)을 갖는 프리즘을 각각 배치하고, 피검면으로의 입사 광속의 광로 및 피검면으로부터의 반사 광속의 광로를 각각 평행 이동시켜, 투사 광학계 및 집광 광학계를 피검면으로부터 멀리 떨어지게 하는 것이 유효하다.

그러나, 광로중에 미러를 마련하는 구성에서는, 주위의 진동이나 온도 변동 등에 의한 미러 유지 부재의 변동이나 변형에 따라 미러 반사면의 경사 변화가 발생한다. 이 경우, 피검면으로의 광속의 입사각 및 입사 위치, 및 검출면(제 2 면)으로의 광속의 입사각 및 입사 위치가 변화하여, 피검면의 면 위치의 검출 정밀도가 악화된다는 불합리성이 발생한다. 한편, 서로 평행한 한 쌍의 전반사면을 갖는 프리즘을 배치하는 구성에서는, 주위의 진동이나 온도 변동 등에 의한 검출 정밀도의 악화가 거의 발생하지 않는다. 그러나, 이 프리즘에서는 입사 광속의 광로와 사출 광속의 광로가 평행하게 유지된 채로, 이 프리즘에 의해서 광속은 전혀 편향되는 일이 없기 때문에, 투사 광학계나 집광 광학계가 피검면을 따라 방사 형상으로 양측으로 돌출하는 구성으로 되어, 구성 및 배치상의 제약이 충분히 해소되지 않는 두려움이 있다.

본 발명은, 전술한 과제에 비추어 보아 이루어진 것으로, 광학계의 구성 및 배치에 대해서 피검면의 제약을 실질적으로 받는 일이 없고, 주위의 진동이나 온도 변동 등에 기인하는 검출 정밀도의 악화를 양호하게 억제할 수 있는 면 위치 검출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명의 면 위치 검출 장치를 이용하여, 마스크의 패턴면과 감광성 기판의 피노광면을 투영 광학계에 대해서 고정밀도로 위치 정합할 수 있는 노광 장치 및 노광 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 면 위치 검출 장치를 구비한 투영 노광 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면,

도 2는 도 1의 투사 광학계 및 집광 광학계가 함께 양측 텔레센트릭(telecentric)인 것을 나타내는 광로(光路)도,

도 3은 피검면 Wa상에 격자 패턴(3a)의 1차 상(像)이 형성되어 있는 상태를 나타내는 사시도,

도 4는 5개의 X 방향으로 가늘고 길게 연장되는 직사각형 형상의 개구부 Sa1∼Sa5를 갖는 수광 슬릿 S의 구성을 개략적으로 도시하는 도면,

도 5는 5개의 실리콘 포토 다이오드 PD1∼PD5가 수광 슬릿 S의 개구부 Sa1∼Sa5에 광학적으로 대응하도록, 수광부(14)의 수광면(14a)상에 마련되어 있는 모양을 도시하는 도면,

도 6은 도 1의 펜타 프리즘(penta prism)(6)에 있어서의 한 쌍의 반사면이 이루는 교차각과 편향각의 관계를 도시하는 도면,

도 7은 도 1의 실시예의 변형예에 따른 면 위치 검출 장치를 구비한 투영 노광 장치의 주요부 구성을 개략적으로 도시하는 도면,

도 8은 광속 편향 수단의 변형예의 구성을 개략적으로 나타내는 도면,

도 9는 도 8의 유지 부재의 구성을 개략적으로 도시하는 도면.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 광원 2 : 콘덴서 렌즈

3 : 편향 프리즘 4, 5 : 투사 광학계

6, 7 : 펜타 프리즘 8, 9 : 집광 광학계

10 : 진동 미러 11 : 아오리 보정 프리즘

12, 13 : 릴레이 광학계 14 : 수광부

15 : 미러 구동부 16 : 위치 검출부

17 : 보정량 산출부 21 : 웨이퍼 홀더

22 : 홀더 유지 기구 23 : 홀더 구동부

IL : 조명계 R : 레티클

RH : 레티클 홀더 PL : 투영 광학계

W : 웨이퍼

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제 1 발명에서는, 피검면의 면 위치를 검출하는 면 위치 검출 장치에 있어서, 상기 피검면상에 경사 방향으로부터광속을 투사하기 위한 투사계와, 상기 피검면에서 반사된 광속을 수광하기 위한 수광계를 구비하되, 상기 투사계의 광로 및 상기 수광계의 광로중 적어도 한쪽의 광로에는 우수(偶數)면의 반사면을 갖고 입사 광속을 해당 입사 광속과는 비(非)평행한 각도로 사출시키는 광속 편향 수단이 마련되고, 상기 수광계의 출력에 근거하여 상기 피검면의 면 위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 면 위치 검출 장치를 제공한다.

제 1 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 투사계는 상기 피검면상에 소정 패턴의 1차 상(像)을 형성하기 위한 투사 광학계를 갖고, 상기 수광계는 상기 피검면에서 반사된 광속을 집광하여 상기 소정 패턴의 2차 상(像)을 형성하기 위한 집광 광학계와, 해당 집광 광학계를 거쳐서 형성되는 상기 소정 패턴의 2차 상을 검출하기 위한 검출부를 가지며, 상기 검출부의 출력에 근거하여 상기 피검면의 면 위치를 검출한다.

또한, 제 1 발명의 바람직한 형태에 의하면, 상기 광속 편향 수단은 서로 평행하지 않는 한 쌍의 반사면이 형성된 프리즘을 갖는다. 이 경우, 상기 프리즘은, 입사 광속을 투과시키기 위한 제 1 투과면과, 해당 제 1 투과면을 투과하여 상기 프리즘의 내부를 전파한 광속을 반사하기 위한 제 1 반사면과, 해당 제 1 반사면에 의해 반사되어 상기 프리즘의 내부를 전파한 광속을, 상기 제 1 투과면을 투과한 광속의 광로와 교차하는 광로를 따라 반사하기 위한 제 2 반사면과, 해당 제 2 반사면에 의해 반사되어 상기 프리즘의 내부를 전파한 광속을 투과시키기 위한 제 2 투과면을 갖는 것이 바람직하다.

상기 제 1 반사면과 상기 제 2 반사면이 이루는 각도가 40도 이상 또한 45도미만의 범위로 규정되어 있는 것이 더 바람직하다. 또한, 상기 프리즘은, 65 이상의 아베수(abbe constant)를 갖는 저분산의 광학 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 프리즘은 1ppm/K 이하의 열팽창 계수를 갖는 저열팽창의 광학 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 제 1 발명이 바람직한 형태에 의하면, 상기 광속 편향 수단은, 서로 평행하지 않는 한 쌍의 반사 미러와, 해당 한 쌍의 반사 미러를 감합(嵌合) 유지하기 위한 유지 부재를 갖는다. 이 경우, 상기 유지 부재는 1ppm/K 이하의 열팽창 계수를 갖는 저열팽창의 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 2 발명에 의하면, 투영 광학계를 거쳐서 마스크상의 패턴을 감광성 기판상으로 투영 노광하는 노광 장치에 있어서, 상기 마스크의 패턴면 또는 상기 감광성 기판의 피노광면의 상기 투영 광학계에 대한 면 위치를, 상기 피검면의 면 위치로서 검출하기 위한 제 1 발명의 면 위치 검출 장치와, 상기 면 위치 검출 장치의 검출 결과에 근거하여, 상기 마스크의 패턴면 또는 상기 감광성 기판의 피노광면을 상기 투영 광학계에 대해서 위치 정합하기 위한 위치 정합 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치를 제공한다.

본 발명의 제 3 발명에 의하면, 투영 광학계를 거쳐서 마스크상의 패턴을 감광성 기판상으로 투영 노광하는 노광 방법에 있어서, 제 1 발명의 면 위치 검출 장치를 이용하여, 상기 마스크의 패턴면 또는 상기 감광성 기판의 피노광면의 상기 투영 광학계에 대한 면 위치를, 상기 피검면의 면 위치로서 검출하는 검출 공정과,상기 검출 공정에서의 검출 결과에 근거하여, 상기 마스크의 패턴면 또는 상기 감광성 기판의 피노광면을 상기 투영 광학계에 대해서 위치 정합하는 위치 정합 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법을 제공한다.

본 발명의 면 위치 검출 장치에서는, 피검면상에 경사 방향으로부터 광속을 투사하는 투사계의 광로중 또는 피검면에서 반사된 광속을 수광하는 수광계의 광로중에, 우수면의 반사면을 갖고 입사 광속을 해당 입사 광속과는 비평행한 각도로 사출시키는 광속 편향 수단을 마련하고 있다. 본 발명이 전형적인 형태에 의하면, 투사계가 피검면상에 소정 패턴의 1차 상을 형성하는 투사 광학계를 갖고, 수광계가 피검면에서 반사된 광속을 집광하여 소정 패턴의 2차 상을 형성하는 집광 광학계를 갖는 경우, 투사 광학계와 피검면 사이의 광로중 및 집광 광학계와 피검면 사이의 광로중에 상술한 광속 편향 수단이 각각 마련된다.

구체적으로는, 예를 들면 5각 기둥 형상의 프리즘에 있어서 대향하는 한 쌍의 측면에 반사막을 형성함으로써, 서로 평행하지 않는 한 쌍의 반사면이 형성된 프리즘의 형태를 갖는 광속 편향 수단이 실현된다. 본 발명에서는, 상술한 5각 기둥 형상의 프리즘을 펜타 프리즘으로 호칭한다. 이 경우, 펜타 프리즘으로의 입사 광속은, 제 1 투과면을 그대로 투과하여 프리즘 내부를 전파한 후에, 제 1 반사면에 의해 반사된다. 제 1 반사면에 의해 반사되어 프리즘 내부를 전파한 광속은, 제 1 투과면을 투과한 광속의 광로와 교차하는 광로를 따라 제 2 반사면에 의해 반사된다. 제 2 반사면에 의해 반사되어 프리즘 내부를 전파한 광속은, 제 2 투과면을 그대로 투과하여, 펜타 프리즘으로부터 사출된다. 이렇게 해서, 각도 Φ를 이루는 한 쌍의 반사면을 갖는 펜타 프리즘의 작용에 의해, 입사 광속은 각도 Φ만큼 편향되어 사출된다.

펜타 프리즘에서는, 후에 상술하는 바와 같이, 그 편향각 Φ가 한 쌍의 반사면의 교차각 Φ에 의해 일의적으로 결정되고, 또한 5각 기둥 형상의 프리즘의 대향하는 2개의 측면에 반사막을 형성함으로써, 한 쌍의 반사면이 구성되어 있기 때문에, 주위의 진동이나 온도 변동 등에 기인하여, 한 쌍의 반사면의 교차각 Φ가 실질적으로 변화되는 일이 없어, 그 편향각 Φ도 실질적으로 변화되는 일이 없다. 따라서, 주위의 진동이나 온도 변동 등에 기인하는 유지 부재의 변동이나 변형에 따라 펜타 프리즘이, 예를 들면 입사면(펜타 프리즘의 입사 광속과 사출 광속을 포함하는 면)내에서 미소량만큼 경사져 있더라도, 한 쌍의 반사면이 상대적인 각도 위치 관계(즉, 교차각 Φ)는 일정하게 유지되기 때문에, 펜타 프리즘의 편향각 Φ는 불변이고, 즉 사출 광속의 방향이 불변이며, 나아가서는 피검면 또는 수광면으로의 광속의 입사각도 변화하지 않게 된다. 그 결과, 피검면이나 수광면에 있어서 입사각의 변화도 입사 위치의 변화도 거의 발생하는 일없이, 주위의 진동이나 온도 변동 등에 기인하는 검출 오차의 발생을 양호하게 억제할 수 있다.

또한, 본 발명에서는, 투사 광학계와 피검면 사이의 광로중 및 집광 광학계와 피검면 사이의 광로중에 각각 마련된 펜타 프리즘의 작용에 의해 피검면으로의 입사 광속의 광로 및 피검면으로부터의 반사 광속의 광로가 크게 꺽이기 때문에, 투사 광학계 및 집광 광학계가 피검면으로부터 멀어져, 이들 광학계의 구성 및 배치가 피검면의 제약을 실질적으로 받는 일이 없다.

이상과 같이, 본 발명의 면 위치 검출 장치에서는, 광학계의 구성 및 배치에 대해서 피검면의 제약을 실질적으로 받는 일이 없고, 주위의 진동이나 온도 변동 등에 기인하는 검출 정밀도의 악화를 양호하게 억제할 수 있다.

또한, 투영 노광 장치에 있어서 투영 광학계에 대한 감광성 기판의 면 위치의 검출에 본 발명의 면 위치 검출 장치를 적용하면, 투영 노광 장치의 진동이나 주위의 온도 변동 등에 실질적으로 영향받는 일없이, 마스크의 패턴면과 감광성 기판의 피노광면을 투영 광학계에 대해서 고정밀도로 위치 정합할 수 있다. 그 결과, 본 발명의 면 위치 검출 장치를 구비한 투영 노광 장치를 이용하여 양호한 마이크로 장치를 제조할 수 있다.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적, 특징, 국면 및 이익 등은 첨부 도면을 참조로 하여 설명하는 이하의 상세한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다.

본 발명의 실시예를 첨부 도면에 근거하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 면 위치 검출 장치를 구비한 투영 노광 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 또한, 도 2는 도 1의 투사 광학계 및 집광 광학계가 함께 양측 텔레센트릭(telecentric)인 것을 나타내는 광로도이다. 또, 도 1에 있어서, 투영 광학계 PL의 광축 AX에 평행하게 Z축을, 광축 AX에 수직인 면내에 있어서 도 1의 지면에 평행하게 Y축을, 지면에 수직으로 X축을 설정하고 있다. 본 실시예에서는, 투영 노광 장치에 있어서의 감광성 기판의 면 위치의 검출에 대해서 본 발명의 면 위치 검출 장치를 적용하고 있다.

도시한 투영 노광 장치는, 노광용 광원(도시하지 않음)으로부터 사출된 조명광(노광광)으로 소정의 패턴이 형성된 마스크로서의 레티클 R을 균일하게 조명하기 위한 조명계 IL을 구비하고 있다. 레티클 R은, 레티클 홀더 RH를 거쳐서, 레티클 스테이지(도시하지 않음)상에 있어서 XY 평면에 평행하게 유지되어 있다. 레티클 스테이지는, 도시를 생략한 구동계의 작용에 의해, 레티클면(즉, XY 평면)을 따라 2차원적으로 이동 가능하고, 그 위치 좌표는 레티클 간섭계(도시하지 않음)에 의해서 계측되고 또한 위치 제어되도록 구성되어 있다.

레티클 R에 형성된 패턴으로부터의 광은, 투영 광학계 PL을 거쳐서 감광성 기판인 웨이퍼 W의 표면(피노광면) Wa상에 레티클 패턴 상(像)을 형성한다. 웨이퍼 W는 웨이퍼 홀더(21)상에 탑재되고, 웨이퍼 홀더(21)는 홀더 유지 기구(22)에 의해서 지지되어 있다. 홀더 유지 기구(22)는, 홀더 구동부(23)의 제어에 근거하여, 상하 방향(Z 방향)으로 이동 가능한 3개의 지지점(22a∼22c)(도 1에서는 2개의 지지점(22a, 22b)만을 도시함)에 의해서 웨이퍼 홀더(21)를 지지하고 있다.

이렇게 해서, 홀더 구동부(23)는, 홀더 유지 기구(22)의 각 지지점(22a∼22c)의 상하 이동을 각각 제어하는 것에 의해, 웨이퍼 홀더(21)의 레벨링(수평 인출) 및 Z 방향(포커싱 방향) 이동을, 나아가서는 웨이퍼 W의 레벨링 및 Z 방향 이동을 행한다. 또한, 웨이퍼 홀더(21) 및 홀더 유지 기구(22)는 웨이퍼 스테이지(도시하지 않음)에 의해서 지지되어 있다. 웨이퍼 스테이지는, 도시를 생략한 구동계의 작용에 의해 웨이퍼면(즉, XY 평면)을 따라 이차원적으로 이동 가능하고, 또한 Z축 주위를 회전 가능하고, 그 위치 좌표는 웨이퍼 간섭계(도시하지않음)에 의해서 계측되고 또한 위치 제어되도록 구성되어 있다.

여기서, 레티클 R의 패턴면상에 마련된 회로 패턴을 웨이퍼 W의 피노광면 Wa의 각 노광 영역에 양호하게 전사하기 위해서는, 각 노광 영역으로의 노광마다 투영 광학계 PL에 의한 결상면을 중심으로 한 초점 심도의 폭내에 피노광면 Wa의 현재의 노광 영역을 위치 정합할 필요가 있다. 이를 위해서는, 현재의 노광 영역에 있어서의 각 점의 면 위치, 즉, 투영 광학계 PL의 광축 AX를 따른 면 위치를 정확히 검출한 후에, 피노광면 Wa가 투영 광학계 PL의 초점 심도의 폭의 범위내에 들어가도록, 웨이퍼 홀더(21)의 레벨링 및 Z 방향의 이동을, 나아가서는 웨이퍼 W의 레벨링 및 Z 방향의 이동을 행하면 좋다.

그래서, 본 실시예의 투영 노광 장치는 피노광면 Wa의 현재의 노광 영역에 있어서의 각 점의 면 위치를 검출하기 위한 면 위치 검출 장치를 구비하고 있다. 도 1을 참조하면, 본 실시예의 면 위치 검출 장치는 검출광을 공급하기 위한 광원(1)을 구비하고 있다. 그런데, 일반적으로 피검면인 웨이퍼 W의 표면 Wa는 레지스트 등의 박막으로 덮혀져 있다. 따라서, 이 박막에 의한 간섭의 영향을 저감하기 위해서, 광원(1)은 파장 폭이 넓은 백색 광원인 것이 바람직하다. 또, 광원(1)으로서, 레지스트에 대한 감광성이 약한 파장대의 광을 공급하는 발광 다이오드 등을 이용할 수도 있다.

광원(1)으로부터의 발산 광속은, 콘덴서 렌즈(2)를 거쳐서 대략 평행 광속으로 변환된 후, 편향 프리즘(3)에 입사된다. 편향 프리즘(3)은, 콘덴서 렌즈(2)로부터의 대략 평행 광속을 굴절 작용에 의해 -Z 방향을 따라 편향시킨다. 또한, 편향 프리즘(3)의 사출측에는, X 방향으로 연장되는 가늘고 긴 투과부 및 X 방향으로 연장되는 가늘고 긴 차광부가 일정한 피치로 교대로 마련된 투과형 격자 패턴(3a)이 형성되어 있다. 또, 투과형 격자 패턴 대신에, 요철 형상의 반사형 회절 격자를 적용하더라도 무방하고, 혹은 반사부와 무반사부가 교대로 형성된 반사형 격자 패턴을 적용하더라도 무방하다.

투과형 격자 패턴(3a)을 투과한 광은 투영 광학계의 광축 AX에 평행한 광축 AX1을 따라 배치된 투사 광학계(4, 5)에 입사된다. 투사 광학계(4, 5)는 투사용 집광 렌즈(4)와 투사용 대물 렌즈(5)로 구성되어 있다. 투사 광학계(4, 5)를 거친 광속은 펜타 프리즘(6)에 입사된다. 펜타 프리즘(6)은, 그 긴 쪽 방향축 선이 X 방향을 따라 연장된 5각 기둥 형상의 편향 프리즘으로서, 광축 AX1을 따라 입사한 광을 굴절시키는 일없이 그대로 투과시키기 위한 제 1 투과면(6a)을 갖는다. 즉, 제 1 투과면(6a)은 광축 AX1에 대해서 수직으로 설정되어 있다. 제 1 투과면(6a)을 투과하여 펜타 프리즘(6)의 내부를 광축 AX1을 따라 전파한 광은, 제 1 반사면(6b)에 의해 반사된 후, 제 2 반사면(6c)에 의해 광축 AX2를 따라 다시 반사된다.

제 2 반사면(6c)에 의해 반사되어 펜타 프리즘(6)의 내부를 광축 AX2를 따라 전파한 광은 제 2 투과면(6d)에 의해, 굴절되는 일없이 그대로 투과한다. 즉, 제 2 투과면(6d)은 광축 AX2에 대해서 수직으로 설정되어 있다. 여기서, 펜타 프리즘(6)은 석영 유리와 같은 저열팽창으로 또한 저분산의 광학 재료로 형성되고, 제 1 반사면(6b) 및 제 2 반사면(6c)에는 알루미늄이나 은 등으로 이루어지는 반사막이 형성되어 있다.

이렇게 해서, 광축 AX1을 따라 -Z 방향으로 입사한 광은 펜타 프리즘(6)에 의해서 크게 편향되어, 광축 AX2를 따라 소요(所要)의 입사각으로 피검면 Wa에 도달한다. 이 때, 피검면 Wa으로의 입사각이 충분히 커지도록, 광축 AX2의 방향이 설정되고, 나아가서는 펜타 프리즘(6)에 의한 편향각이 설정되고 있다. 이상과 같이, 펜타 프리즘(6)은 한 쌍의 반사면을 갖고 입사 광속을 해당 입사 광속과는 비평행한 각도로 사출시키는 광속 편향 수단을 구성하고 있다. 또, 펜타 프리즘(6)의 상세한 구성 및 그 작용 효과에 대해서는 후술한다.

여기서, 피검면 Wa가 투영 광학계 PL의 결상면과 합치(合致)되어 있는 상태에 있어서, 투사 광학계(4, 5)가 격자 패턴(3a)의 형성면(즉, 편향 프리즘(3)의 사출면)과 피검면 Wa를 공역으로 배치하도록 구성되어 있다. 또한, 격자 패턴(3a)의 형성면과 피검면 Wa가 투사 광학계(4, 5)에 대해서 샤인 프루프의 조건을 만족하도록 구성되어 있다. 그 결과, 격자 패턴(3a)으로부터의 광은 투사 광학계(4, 5)를 거쳐서 피검면 Wa상의 패턴 상(像) 형성면의 전체에 걸쳐 정확히 결상된다.

또한, 도 2에 있어서 광로를 파선으로 도시하는 바와 같이, 투사용 집광 렌즈(4)와 투사용 대물 렌즈(5)로 구성되는 투사 광학계(4, 5)는 소위 양측 텔레센트릭 광학계이다. 따라서, 격자 패턴(3a)의 형성면상의 각 점과 피검면 Wa상의 각 공역점은 전면에 걸쳐 각각 동배율이다. 이렇게 해서, 피검면 Wa상에는, 도 3에 도시하는 바와 같이 격자 패턴(3a)의 1차 상이 그 전체에 걸쳐 정확히 형성된다.

다시 도 1을 참조하면, 피검면 Wa에서 반사된 광은, 상술한 펜타 프리즘(6)과 마찬가지의 구성을 갖는 펜타 프리즘(7)을 거쳐서, 집광 광학계(8, 9)에 입사된다. 즉, 피검면 Wa에서 반사된 광은, 투영 광학계 PL의 광축 AX에 대해서 광축 AX2와 대칭인 광축 AX3을 따라 펜타 프리즘(7)에 입사된다. 펜타 프리즘(7)에서는, 광축 AX3에 수직인 제 1 투과면(7a)을 투과한 광이, 제 1 반사면(7b) 및 제 2 반사면(7c)에 의해 순차적으로 반사된 후, Z 방향으로 연장되는 광축 AX4를 따라 제 2 투과면(7d)에 도달한다. 광축 AX4에 수직인 제 2 투과면(7d)을 투과한 광은 광축 AX4를 따라 +Z 방향으로 집광 광학계(8, 9)에 입사된다.

집광 광학계(8, 9)는 수광용 대물 렌즈(8)와 수광용 집광 렌즈(9)로 구성되어 있다. 그리고, 수광용 대물 렌즈(8)와 수광용 집광 렌즈(9) 사이의 광로중에는 주사 수단으로서의 진동 미러(10)가 마련되어 있다. 따라서, 광축 AX4를 따라 수광용 대물 렌즈(8)에 입사한 광은, 진동 미러(10)를 거쳐서 편향되어, 광축 AX5를 따라 수광용 집광 렌즈(9)에 도달한다. 또, 본 실시예에서는, 진동 미러(10)를 집광 광학계(8, 9)의 대략 동면(瞳面)에 배치하고 있지만, 이에 한정되지 않고, 피검면 Wa와 수광면 사이의 광로중에 있어서 임의의 위치에 배치할 수 있다.

집광 광학계(8, 9)를 거친 광은 상술한 편향 프리즘(3)과 마찬가지의 구성을 갖는 아오리 보정 프리즘(11)에 입사된다. 여기서, 피검면 Wa가 투영 광학계 PL의 결상면과 합치되어 있는 상태에 있어서, 집광 광학계(8, 9)가 피검면 Wa와 아오리 보정 프리즘(11)의 입사면(11a)을 공역으로 배치하도록 구성되어 있다. 이렇게 해서, 아오리 보정 프리즘(11)의 입사면(11a)에는 격자 패턴(3a)의 2차 상이 형성된다.

또, 아오리 보정 프리즘(11)의 입사면(11a)에는 차광 수단으로서의 수광 슬릿 S가 마련되어 있다. 수광 슬릿 S는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 예컨대 5개의 X 방향으로 가늘고 길게 연장되는 직사각형 형상의 개구부 Sa1∼Sa5를 갖는다. 집광 광학계(8, 9)를 거친 피검면 Wa로부터의 반사광은, 수광 슬릿 S의 각 개구부 Sa1∼Sa5를 각각 통과하여, 아오리 보정 프리즘(11)에 입사된다.

여기서, 수광 슬릿 S의 개구부 Sa의 수가 피검면 Wa 상에 있어서의 검출점의 수에 대응한다. 즉, 피검면 Wa상에 격자 패턴(3a)의 1차 상이 형성되어 있는 상태를 나타내는 도 3에 있어서, 피검면 Wa상의 검출점(검출 영역) Da1∼Da5는, 도 4에 나타내는 수광 슬릿 S의 5개의 개구부 Sa1∼Sa5에 광학적으로 대응하고 있다. 따라서, 피검면 Wa상에서의 검출점의 수를 늘리고 싶을 때에는, 개구부 Sa의 수만 늘리면 되고, 검출점의 수를 늘리더라도 구성의 복잡화를 초래하는 일이 없다.

또, 투영 광학계 PL에 의한 결상면과 아오리 보정 프리즘(11)의 입사면(11a)이 집광 광학계(8, 9)에 관해 샤인 프루프의 조건을 만족하도록 구성되어 있다. 따라서, 피검면 Wa와 결상면이 합치되어 있는 상태에 있어서, 격자 패턴(3a)으로부터의 광이, 집광 광학계(8, 9)를 거쳐서, 프리즘 입사면(11a)상의 패턴 상(像) 형성면의 전체에 걸쳐 정확히 재결상한다.

또한, 도 2에 있어서 광로를 파선으로 도시하는 바와 같이, 집광 광학계(8, 9)가 양측 텔레센트릭 광학계로 구성되어 있다. 따라서, 피검면 Wa상의 각 점과 프리즘 입사면(11a)상의 각 공역점은, 전면에 걸쳐 동배율이다. 이렇게 해서, 아오리 보정 프리즘(11)의 입사면(11a)상에는 격자 패턴(3a)의 2차 상이 그 전체에걸쳐 정확히 형성된다.

그런데, 아오리 보정 프리즘(11)의 입사면(11a)의 위치에 수광면을 배치하면, 피검면 Wa에 대한 광속의 입사각 θ가 크기 때문에, 수광면에 있어서의 광속의 입사각도 커진다. 이 경우, 수광면에, 예컨대 실리콘 포토 다이오드를 배치하면, 실리콘 포토 다이오드로의 광속의 입사각이 커지기 때문에, 실리콘 포토 다이오드에 있어서의 표면 반사가 커짐과 동시에, 광속의 식(eclipse)이 발생하여, 수광량이 현저히 저하되는 두려움이 있다.

그래서, 본 실시예에서는, 수광면에 있어서의 광속의 입사각에 기인하는 수광량의 저하를 피하기 위해서, 도 1에 도시하는 바와 같이 집광 광학계(8, 9)에 관한 피검면 Wa와의 공역면에 편향 광학계로서의 아오리 보정 프리즘(11)의 입사면(11a)을 배치하고 있다. 그 결과, 집광 광학계(8, 9)를 거쳐서 광축 AX5를 따라 아오리 보정 프리즘(11)의 입사면(11a)에 입사한 광속은, 아오리 보정 프리즘(11)의 정각(頂角)(입사면과 사출면이 이루는 각)과 동일한 굴절각에 따라 편향되어, 사출면(11b)으로부터 광축 AX6을 따라 사출된다. 여기서, 사출면(11b)은 광축 AX6에 수직으로 설정되어 있다.

아오리 보정 프리즘(11)의 사출면(11b)으로부터 광축 AX6을 따라 사출된 광은 한 쌍의 렌즈(12, 13)로 구성되는 릴레이 광학계(12, 13)에 입사된다. 릴레이 광학계(12, 13)를 거친 광은, 아오리 보정 프리즘(11)의 입사면(11a)상에 형성된 격자 패턴(3a)의 2차 상과 수광 슬릿 S의 개구부 Sa1∼Sa5의 공역 상을, 수광부(14)의 수광면(14a)상에 형성한다. 수광면(14a)에는, 도 5에 도시하는 바와같이 5개의 실리콘 포토 다이오드 PD1∼PD5가 수광 슬릿 S의 개구부 Sa1∼Sa5에 광학적으로 대응하도록 마련되어 있다. 또, 실리콘 포토 다이오드 대신에, CCD(2차원 전하 결합형 촬상 소자)나 광전자 증배관(photomultiplier)을 이용할 수도 있다.

이와 같이, 본 실시예에 있어서는, 편향 광학계로서의 아오리 보정 프리즘(11)을 이용하고 있기 때문에, 수광면(14a)에 입사하는 광속의 입사각이 충분히 작게 되어, 수광면(14a)에서의 광속의 입사각에 기인하는 수광량의 저하가 회피된다. 또, 릴레이 광학계(12, 13)는, 도 2에 도시하는 바와 같이 양측 텔레센트릭 광학계인 것이 바람직하다. 또한, 아오리 보정 프리즘(11)의 입사면(11a)과 수광면(14a)이 릴레이 광학계(12, 13)에 관해 샤인 프루프의 조건을 만족하도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.

그런데, 상술한 바와 같이,아오리 보정 프리즘(11)의 입사면(11a)상에는 5개의 개구부 Sa1∼Sa5를 갖는 수광 슬릿 S가 마련되어 있다. 따라서, 입사면(11a)에 형성된 격자 형상 패턴(3a)의 2차 상은 수광 슬릿 S를 거쳐서 부분적으로 차광된다. 즉, 수광 슬릿 S의 개구부 Sa1∼Sa5의 영역에 형성된 격자 형상 패턴(3a)의 2차 상으로부터의 광속만이, 아오리 보정 프리즘(11) 및 릴레이 광학계(12, 13)를 거쳐서, 수광면(14a)에 도달한다.

이렇게 해서, 도 5에 도시하는 바와 같이 수광부(14)의 수광면(14a)상에 배치된 실리콘 포토 다이오드 PD1∼PD5상에는 수광 슬릿 S의 개구부 Sa1∼Sa5의 상, 즉, 슬릿 상(像) SL1∼SL5가 각각 형성된다. 또, 슬릿 상 SL1∼SL5는 실리콘 포토다이오드 PD1∼PD5의 직사각형 형상의 수광 영역의 내측에 각각 형성되도록 설정되어 있다.

여기서, 피검면 Wa가 투영 광학계 PL의 광축 AX를 따라 Z 방향으로 상하 이동하면, 아오리 보정 프리즘(11)의 입사면(11a)상에 형성되는 격자 패턴(3a)의 2차 상은 피검면 Wa의 상하 이동에 대응하여 패턴의 피치 방향으로 횡으로 어긋남을 발생시킨다. 본 실시예에서는, 예컨대 일본 특허 공개 소화 제 56-42205 호 공보에 개시된 광전자 현미경의 원리에 의해, 격자 패턴(3a)의 2차 상의 횡으로 어긋남 량을 검출하고, 검출한 횡으로 어긋남 량에 근거하여 투영 광학계 PL의 광축 AX를 따른 피검면 Wa의 면 위치를 검출한다. 이하, 광전자 현미경의 원리에 의한 면 위치 검출에 대하여 간단히 설명한다.

도 1을 참조하면, 상술한 바와 같이, 집광 광학계(8, 9)의 광로중에는 진동 미러(10)가 마련되고, 진동 미러(10)는 미러 구동부(15)에 의해서 X축 주위로 정부(正負) 회전 구동되도록 구성되어 있다. 미러 구동부(15)는, 내부의 발진기로부터의 신호에 근거하여, 소정의 주기 T로 진동 미러(10)를 도면중 화살표 방향으로 진동시킨다. 진동 미러(10)의 진동에 따라, 아오리 보정 프리즘(11)의 입사면(11a)상에 형성되는 격자 형상 패턴(3a)의 2차 상도 그 패턴 피치 방향으로 진동한다. 이 때, 격자 형상 패턴(3a)의 2차 상의 진동에 따라, 수광 슬릿 S의 개구부 Sa1∼Sa5를 각각 투과하는 광의 광량이 변화된다. 수광 슬릿 S의 투과광은, 릴레이 광학계(12, 13)를 거쳐서, 수광부(14)의 수광면(14a)상의 실리콘 포토 다이오드 PD1∼PD5에 도달한다.

설명을 간단히 하기 위해서, 하나의 실리콘 포토 다이오드 PD1에 도달하는 광에 주목하면, 수광 슬릿 S의 개구부 Sa1을 투과한 광이, 실리콘. 포토·다이오드 PD1상에 슬릿상 SL1을 형성한다. 이 슬릿상 SL1의 밝기는 진동 미러(10)의 진동에 따라 변화된다. 본 실시예에 있어서는, 개구부 Sa1의 폭(즉, 격자 형상 패턴(3a)의 2차 상의 피치 방향의 치수)이 격자 형상 패턴(3a)의 2차 상의 피치의 1/2 이하로 되도록 규정하고, 격자 형상 패턴(3a)의 2차 상의 진폭이 그 피치의 1/2 이하로 되도록 규정하고 있다.

또한, 피검면 Wa와 투영 광학계 PL의 결상면이 일치하고 있는 상태에 있어서, 개구부 Sa1의 중심이 격자 형상 패턴(3a)의 2차 상의 진동 중심과 일치하도록 설정되어 있다. 따라서, 진동 미러(10)의 진동에 따라 격자 형상 패턴(3a)의 2차 상이 진동하면, 실리콘 포토 다이오드 PD1에서의 수광량이 변화된다. 수광부(14)의 실리콘 포토 다이오드 PD1은 슬릿 상 SL1의 광 강도의 변화, 즉, 광변조에 따른 검출 신호를 위치 검출부(16)에 출력한다. 마찬가지로, 실리콘 포토 다이오드 PD2∼PD5도 슬릿 상 SL2∼SL5의 광변조에 따른 검출 신호를 위치 검출부(16)에 출력한다.

또한, 미러 구동부(15)로부터도 진동 미러(10)의 진동 주기 T와 동일한 위상의 교류 신호가 위치 검출부(16)로 공급된다. 위치 검출부(16)는, 주기 T의 교류 신호의 위상을 기준으로 하여, 수광부(14)의 실리콘 포토 다이오드 PD1∼PD5로부터의 검출 신호의 동기 정류, 즉, 동기 검파를 실행하여 얻어진 검파 출력 신호를 보정량 산출부(17)로 출력한다. 위치 검출부(16)로부터 출력되는 검파 출력 신호는,소위 S 커브 신호라고 불리고, 피검면 Wa상의 각 검출 영역 Da1∼Da5가 투영 광학계 PL의 결상면에 위치하고 있을 때, 즉, 검출 신호가 진동 미러(10)의 진동 주기 T의 1/2의 주기로 변화되어 있을 때에, 각각 영(zero) 레벨로 된다.

한편, 검파 출력 신호는, 피검면 Wa의 검출 영역 Da1∼Da5가 투영 광학계 PL의 결상면보다도 윗쪽으로 변위하고 있을 때에는 정(定)의 레벨을, 피검면 Wa의 검출 영역 Da1∼Da5가 투영 광학계 PL의 결상면보다도 아래쪽으로 변위하고 있을 때에는 부(負)의 레벨을 나타낸다. 환언하면, 검파 출력 신호는 피검면 Wa의 면 위치의 변화에 대응한 출력값을 나타내게 된다. 이렇게 해서, 보정량 산출부(17)에서는, 공급된 검파 출력 신호의 정부 레벨에 근거하여, 피검면 Wa상의 각 검출 영역 Da1∼Da5의 Z 방향에 따른 위치를 각각 산출하고, 피검면 Wa가 평균적인 기울기 및 Z 방향에 따른 위치를 요구한다.

그리고, 보정량 산출부(17)는, 피검면 Wa가 투영 광학계 PL의 초점 심도의 범위내에 모으는 데 필요한 기울기 보정량 및 Z 방향 보정량을 각각 산출하고, 산출한 이들 보정량을 홀더 구동부(23)로 공급한다. 홀더 구동부(23)는, 기울기 보정량 및 Z 방향 보정량에 근거하여 홀더 유지 기구(22)를 구동 제어하여, 웨이퍼 홀더(21)의 레벨링 및 Z 방향 이동을, 나아가서는 웨이퍼 W의 레벨링 및 Z 방향 이동을 실행한다. 이렇게 해서, 웨이퍼 W는, 그 피노광면 Wa의 현재의 노광 영역이 투영 광학계 PL의 초점 심도의 범위내에 모이도록, 투영 광학계 PL에 대해서 고정밀도로 위치 정합된다. 또, 샤인 프루프의 조건, 편향 프리즘(3) 및 아오리 보정 프리즘(11)의 구성이나 작용 및 광전자 현미경의 원리가 구체적인 적용 등에 대해서는, 본 출원인에 의한 일본 특허 공개 평성 제 6-97045 호 공보에 상세히 개시되어 있다.

다음에, 광속 편향 수단으로서의 펜타 프리즘(6, 7)의 구성 및 작용에 대해서 상술한다. 상술한 바와 같이, 펜타 프리즘(6, 7)은 마찬가지의 구성을 갖고, 그 결과 마찬가지의 작용을 성취한다. 따라서, 설명을 간단히 하기 위해서, 펜타 프리즘(6)에 주목하여 그 구성 및 작용을 설명한다. 도 1을 참조하면, 펜타 프리즘(6)은, -Z 방향을 따라 낙사(落射)하게 되는 광속을, 피검면 Wa에 대하여 소요의 비교적 큰 입사각으로 입사하도록, 수평에 가까운 방향까지 크게 편향시키는 작용을 갖는다.

도 6은 도 1의 펜타 프리즘(6)에 있어서의 한 쌍의 반사면이 이루는 교차각과 편향각과의 관계를 도시하는 도면이다. 도 6에 있어서, 광축 AX1을 따라 펜타 프리즘(6)에 입사한 광선 L1은, 제 1 반사면(6b) 및 제 2 반사면(6c)에 의해 순차적으로 반사된 후, 광축 AX2에 따른 광선 L2로서 펜타 프리즘(6)으로부터 사출된다. 즉, 펜타 프리즘(6)은 입사 광선 L1을 각도 Φ만큼 편향시키게 된다. 여기서, 제 1 반사면(6b)과 제 2 반사면(6c)이 이루는 교차각 Φ와, 입사 광선 L1과 사출 광선 L2가 이루는 편향각 Φ 사이에는 다음 수학식 1에 나타내는 관계가 성립한다.

Φ+ π= (π-2α) + (π-2β)

여기서, α는 광축 AX1을 따라 펜타 프리즘(6)에 입사된 광선의 제 1반사면(6b)으로의 입사각이다. 또한, β은 광축 AX1을 따라 펜타 프리즘(6)에 입사한 광선의 제 2 반사면(6c)으로의 입사각이다. 그런데, 이들 입사각 α 및 β과 교차각 Φ 사이에는 다음 수학식 2에 나타내는 관계가 성립한다.

Φ= α+ β

따라서, 상술한 수학식 1은 다음 수학식 3에 도시하는 바와 같이 변형된다.

Φ+ π= 2π- 2(α+ β) = 2π- 2Φ

이렇게 해서, 상술한 수학식 3으로부터 편향각 Φ은 다음 수학식 4로 표시된다.

Φ= π- 2Φ

수학식 4를 참조하면, 펜타 프리즘(6)의 편향각 Φ가 한 쌍의 반사면(6b, 6c)의 교차각 φ에 관계하는 것, 환언하면 교차각 Φ에 의해 일의적으로 결정되는 것을 알 수 있다. 한편, 펜타 프리즘(6)에서는, 상술한 바와 같이 석영 유리로 일체적으로 형성된 5각 기둥 형상의 프리즘의 대향하는 2개의 측면에 반사막을 형성함으로써 한 쌍의 반사면(6b, 6c)을 구성하고 있다. 그 결과, 펜타 프리즘(6)에서는, 주위의 진동이나 온도 변동 등에 기인하여, 한 쌍의 반사면의 교차각 Φ가 실질적으로 변화되는 일이 없고, 그 편향각 Φ도 실질적으로 변화되는 일이 없다.

따라서, 본 실시예에서는, 주위의 진동이나 온도 변동 등에 기인하는 유지부재의 변동이나 변형에 따라 펜타 프리즘(6)이, 예컨대 X축 주위로(AX1과 AX2를 포함하는 입사면내에서) 미소 회전했다고 해도, 한 쌍의 반사면(6b, 6c)의 상대적인 각도 위치 관계(즉, 교차각 Φ)는 일정하게 유지되기 때문에, 펜타 프리즘(6)의 편향각 φ는 불변이고, 즉 사출 광선 L2의 방향이 불변이며, 나아가서는 피검면 Wa로의 광속의 입사각도 변화되지 않게 된다. 이 때, 사출 광선의 공간 위치는 한 쌍의 반사면(6b, 6c) 사이의 거리에 따라 변화되지만, 더 구체적으로는 도 6에 있어서 사출 광선 L2가 AX2에 평행하게 횡으로 어긋나지만, 그 횡으로 어긋남 량은 실용상 무시할 수 있는 정도이며, 나아가서는 이 횡으로 어긋남에 따른 피검면 Wa로의 광속의 입사 위치 어긋나 량도 실용상 무시할 수 있는 정도이다.

이에 반하여, 종래 기술에 따라서 펜타 프리즘(6)의 위치에 통상의 반사 미러(단일의 반사면을 갖는 미러)를 배치하는 경우, 주위의 진동이나 온도 변동 등에 기인하는 유지 부재의 변동이나 변형에 따라 반사 미러의 반사면이, 예컨대 X축 주위로 미소 회전하면, 반사 미러의 편향각이 경사 각(미소 회전각)의 2배만큼 변화하게 되어, 피검면으로의 광속의 입사각과 함께 피검면으로의 광속의 입사 위치가 변화된다. 이 경우, 입사 위치의 변화량은, 입사각의 변화량과 피검면으로부터 반사 미러의 반사면까지의 거리에 거의 비례한다.

이 때, 입사각의 변화는 피검면의 면 위치의 검출용 환산 계수의 변화에 관련되고, 입사 위치의 변화는 패턴상의 형성 위치의 변화에 관련되게 되어, 어느 쪽의 변화도 피검면 위치의 검출 오차를 발생시키게 된다. 환언하면, 실제로는 피검면이 그 면 위치를 전혀 변화되고 있지 않은 경우에서도, 반사 미러의 편향각에 기인하는 입사각의 변화 및 입사 위치의 변화에 따라서 수광 슬릿상에서의 패턴 상(像)의 형성 위치가 변화하게 되어, 마치 피검면의 면 위치가 변화한 것과 같이 검출되게 된다.

상술한 바와 같이, 본 실시예에서는, 주위의 진동이나 온도 변동 등에 기인하는 유지 부재의 변동이나 변형 등에 따라 펜타 프리즘(6)이 입사면내에서 미소량만큼 경사지더라도, 그 편향각이 불변이고, 피검면으로의 입사각이 변화되는 것은 없다. 따라서, 종래 기술에 있어서의 1면 반사의 반사 미러의 경우와는 달리, 입사각의 변화도 피검면으로부터 반사 미러까지의 거리에 의존한 입사 위치의 변화도 발생시키는 일없이, 주위의 진동이나 온도 변동 등에 기인하는 검출 오차의 발생을 양호하게 억제할 수 있다.

마찬가지로, 펜타 프리즘(7)에 대해서도 펜타 프리즘(6)과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 즉, 주위의 진동이나 온도 변동 등에 기인하는 유지 부재의 변동이나 변형 등에 따라 펜타 프리즘(7)이 입사면내에서 미소량만큼 경사져 있더라도, 그 편향각이 불변이고, 수광 슬릿 S로의 입사각이, 나아가서는 수광면(14a)으로의 입사각이 변화되는 일은 없다. 따라서, 종래 기술에 있어서의 1면 반사의 반사 미러의 경우와는 달리, 수광 슬릿 S로의 입사각의 변화도 반사 미러로부터 수광 슬릿 S까지의 거리에 의존한 입사 위치의 변화도 발생시키는 일없이, 주위의 진동이나 온도 변동 등에 기인하는 검출 오차의 발생을 양호하게 억제할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 투사 광학계(4, 5)와 피검면 Wa 사이의 광로중 및 집광 광학계(8, 9)와 피검면 Wa 사이의 광로중에 펜타 프리즘(6, 7)을 각각 마련하여, 피검면 Wa로의 입사 광속의 광로 및 피검면 Wa로부터의 반사 광속의 광로를 펜타 프리즘(6, 7)의 작용에 의해 크게 꺽여, 투사 광학계(4, 5) 및 집광 광학계(8, 9)를 피검면 Wa로부터 충분히 멀리 떨어지게 하고 있다. 그 결과, 투사 광학계(4, 5) 및 집광 광학계(8, 9)의 구성 및 배치가 피검면 Wa의 제약을 실질적으로 받는 일이 없다.

이상과 같이, 본 실시예의 면 위치 검출 장치에서는, 광학계의 구성 및 배치에 대하여 피검면 Wa의 제약을 실질적으로 받는 일이 없고, 주위의 진동이나 온도 변동 등에 기인하는 검출 정밀도의 악화를 양호하게 억제할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 면 위치 검출 장치를 구비한 투영 노광 장치에서는, 그 진동이나 주위의 온도 변동 등에 실질적으로 영향받는 일없이 마스크의 패턴면과 감광성 기판의 피노광면을 투영 광학계에 대하여 고정밀도로 위치 정합할 수 있어, 양호한 마이크로 장치를 제조할 수 있다.

단, 본 실시예의 경우에도, 펜타 프리즘(6, 7)의 미소 경사에 따라 편향후의 광속이 조금이긴 하지만 시프트하게 되기 때문에(펜타 프리즘으로부터의 사출 위치가 변화되기 때문에), 펜타 프리즘을 가능한 한 조밀하게 구성하는 것(펜타 프리즘중의 광로길이를 가능한 한 짧게 함)이 바람직하다. 이 경우, 상술한 수학식 4에 의해 소요의 편향각 Φ에 따라서 한 쌍의 반사면의 소요의 교차각 Φ가 규정되기 때문에, 이 소요의 교차각 Φ와 확보해야 할 한 쌍의 유효 반사 영역에 근거하여 조밀하게 펜타 프리즘을 구성하게 된다.

또, 펜타 프리즘 자체의 열팽창에 의해 한 쌍의 반사면이 이루는 교차각이변화하는 경우에는, 편향각(나아가서는 피검면이나 수광면으로의 입사각이나 입사 위치)이 변화되어, 검출 오차가 발생하게 된다. 이 때문에, 석영 유리와 같은 저열팽창의 광학 재료로 펜타 프리즘을 형성하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 석영 유리의 열팽창 계수는 약 0.5ppm/K이지만, 펜타 프리즘을 형성하는 광학 재료는 1ppm/K 이하의 열팽창 계수를 갖는 것이 바람직하다.

예를 들면, 저열팽창 유리로서, 티타늄 규산 유리(예컨대, 미국 뉴욕주 코닝시의 코닝 인코포레이티드(Corning Incorporated)로부터 입수 가능한 ULE(상표)), 동일하게 코닝 인코포레이티드로부터 입수 가능한 젤로듀아(상표), 가나가와현 사가미하라시의 주식회사 오하라로부터 입수 가능한 클리알세람 Z(CLIARCERAM Z)(상표) 등을 들 수 있다. 여기서, ULE의 열팽창 계수는 +0.05ppm/K이고, 젤로듀아의 열팽창 계수는 -0.03ppm/K이며, 클리알세람 Z의 열팽창 계수는 0.08ppm/K이다. 또, 투과율의 관점에 보면, 저열팽창 유리로서는 석영 유리가 가장 바람직하다.

또한, 프리즘 내부에서의 색 수차의 발생을 저감시키기 위해서, 석영 유리와 같은 저분산의 광학 재료로 펜타 프리즘을 형성하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 석영 유리의 아베수는 약 68이지만, 펜타 프리즘을 형성하는 광학 재료는 65 이상의 아베수를 갖는 것이 바람직하다.

그런데, 전술한 바와 같이, 피검면 Wa의 면 위치의 검출 정밀도를 높이기 위해서는, 피검면 Wa으로의 광속의 입사각을 가능한 한 크게 하는 것(90도에 접근시킴)이 바람직하다. 본 실시예에서는, -Z 방향을 따라 입사하는 광속을 편향각 Φ만큼 편향시켜 XY 평면에 평행한 피검면 Wa로 입사되고 있기 때문에, 피검면 Wa에대한 입사각 θ 및 반사각 θ과 편향각 Φ 사이에는 Φ= π- θ의 관계가 성립한다.

따라서, 소망하는 입사각 θ 및 반사각 θ을, 예컨대 80°≤θ<90°로 설정하는 경우, 펜타 프리즘에서의 소요의 편향각 Φ는 100°≥Φ> 90°로 되어, 수학식 4의 관계에 따라서 펜타 프리즘에서의 한 쌍의 반사면의 교차각 Φ는 40°≥Φ> 45°로 된다. 환언하면, 40°≥Φ> 45°을 만족하는 교차각 Φ를 갖는 펜타 프리즘을 이용하는 것에 의해, 피검면 Wa로의 광속의 입사각을 소망하는 값으로 설정한 후에, 투사 광학계(4, 5) 및 집광 광학계(8, 9)를 투영 광학계 PL과 마찬가지로 연직(鉛直) 방향을 따라 배치할 수 있다.

도 7은 도 1의 실시예의 변형예에 따른 면 위치 검출 장치를 구비한 투영 노광 장치의 요부 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.

도 7의 변형예는 도 1의 실시예와 유사한 구성을 갖는다. 그러나, 도 7의 변형예에서는, 펜타 프리즘(6)과 피검면 Wa 사이의 광로중 및 펜타 프리즘(7)과 피검면 Wa 사이의 광로중에 마름모 형태 프리즘(31, 32)이 각각 부설되어 있는 점만이 도 1의 실시예와 상위(相違)하고 있다. 따라서, 도 7에 있어서, 도 1의 실시예의 구성 요소와 마찬가지의 기능을 갖는 요소에는 도 1과 동일한 참조 부호를 부여하고 있다. 이하, 도 1의 실시예와의 상위점에 주목하여, 도 7의 변형예를 설명한다.

도 7의 변형예에서는, 광축 AX2를 따라 펜타 프리즘(6)으로부터 사출된 광속이 마름모 형태 프리즘(31)에 입사한다. 마름모 형태 프리즘(31)은 마름모 형태단면을 갖는 사각기둥 형상의 프리즘이고, 그 긴 쪽 방향축 선이 펜타 프리즘(6)과 마찬가지로 X 방향을 따라 배치되어 있다. 마름모 형태 프리즘(31)에서는, 광축 AX2에 수직인 제 1 투과면(31a)을 투과한 광이, 서로 평행한 한 쌍의 반사면(31b, 31c)에 의해 순차적으로 반사된 후, 제 1 투과면(31a)에 평행한 제 2 투과면(31d)을 투과하고, 광축 AX2에 평행한 광축 AX21을 따라 마름모 형태 프리즘(31)으로부터 사출된다. 마름모 형태 프리즘(31)으로부터 광축 AX21을 따라 사출된 광속은 피검면 Wa에 입사된다.

한편, 투영 광학계 PL의 광축 AX에 관해서 광축 AX21과 대칭인 광축 AX31을 따라 피검면 Wa에서 반사된 광속은 마름모 형태 프리즘(32)에 입사된다. 마름모 형태 프리즘(32)은, 마름모 형태 프리즘(31)과 마찬가지로, X 방향을 따라 긴 쪽 방향축 선을 갖고 또한 마름모 형태 단면을 갖는 사각기둥 형상의 프리즘이다. 따라서, 마름모 형태 프리즘(32)에서는, 광축 AX31에 수직인 제 1 투과면(32a)을 투과한 광이 서로 평행한 한 쌍의 반사면(32b, 32c)에 의해 순차적으로 반사된 후, 제 1 투과면(32a)에 평행한 제 2 투과면(32d)을 투과하고, 광축 AX31에 평행한 광축 AX3을 따라 마름모 형태 프리즘(32)으로부터 사출된다.

이상과 같이, 도 7의 변형예에서는, 펜타 프리즘(6)과 피검면 Wa 사이의 광로중 및 펜타 프리즘(7)과 피검면 Wa 사이의 광로중에 마름모 형태 프리즘(31, 32)이 각각 부설되어 있기 때문에, 피검면 Wa로의 입사 광속의 광로 및 피검면 Wa로부터의 반사 광속의 광로가 마름모 형태 프리즘(31, 32)의 작용에 의해 각각 평행 이동한다. 그 결과, 한 쌍의 펜타 프리즘(6, 7)을 피검면 Wa로부터 멀게 할 수 있어, 한 쌍의 펜타 프리즘(6, 7) 및 그 유지 부재의 구성 및 배치가 피검면 Wa의 제약을 실질적으로 받는 일이 없다.

그런데, 도 1의 실시예에서는, 광속 편향 수단이 펜타 프리즘의 형태를 갖지만, 서로 평행하지 않는 한 쌍의 반사 미러와 해당 한 쌍의 반사 미러를 감합 유지하기 위한 유지 부재로 광속 편향 수단을 구성할 수도 있다. 도 8은 광속 편향 수단의 변형예의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다. 또한, 도 9는 도 8의 유지 부재의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.

도 8의 변형예에서는, 도 1의 펜타 프리즘(6)의 제 1 반사면 및 제 2 반사면에 대응하는 반사면을 갖는 제 1 반사 미러(41) 및 제 2 반사 미러(42)가 제 1 미러 유지 부재(43) 및 제 2 미러 유지 부재(44)에 의해서 각각 감합 유지되어 있다. 또한, 제 1 미러 유지 부재(43) 및 제 2 미러 유지 부재(44)는, 베이스(45)와 일체적으로 형성되어 있고, 또는 베이스(45)에 부착되어 있다. 이와 같이, 베이스(45)는, 제 1 반사 미러(41)의 반사면과 제 2 반사 미러(42)의 반사면의 교차각 Φ를 고정적으로 유지하도록, 제 1 미러 유지 부재(43) 및 제 2 미러 유지 부재(44)를 거쳐서, 제 1 반사 미러(41) 및 제 2 반사 미러(42)를 유지하고 있다.

도 9를 참조하면, 미러 유지 부재(70)(도 8의 제 1 미러 유지 부재(43) 및 제 2 미러 유지 부재(44)에 대응)는, 회전 대칭 형상(구체적으로는 두께 및 외경이 일정한 원반 형상)을 이루는 반사 미러(51)(도 8의 제 1 반사 미러(41) 및 제 2 반사 미러(42)에 대응)를 유지하기 때문에, 광학 부재 유지 금속물(81)과 스페이서(82) 및 고정 링(83)을 갖는다.

광학 부재 유지 금속물(81)은, 내경측이 단부 형상으로 되고, 외경측이 일정 직경의 대략 원통 형상으로 되어 있다. 즉, 그 내경측에는, 축선 방향에 있어서의 일측에 제 1 내경부(85)가 형성되어 있고, 축선 방향에 있어서의 타측에 제 2 내경부(86)가 형성되어 있다. 여기서, 제 1 내경부(85)는 제 2 내경부(86)보다 소직경으로 되어 있어, 그 결과, 이들 사이에는 축선 방향에 직교하는 단부(87)가 형성되어 있다.

제 1 내경부(85)에는, 제 2 내경부(86)에 대하여 반대측의 단부에, 중심 방향으로 돌출하는 사다리꼴 형상의 지지부(89)가 3개 형성되어 있다. 이들 지지부(89)는, 동일 형상을 하고 있으며, 광학 부재 유지 금속물(81)의 주방향에 있어서의 등간격 위치로 형성되어 있다. 이들 지지부(89)는, 광학 부재 유지 금속물(81)의 축선 방향에 있어서의 제 2 내경부(86)측에 축선 방향에 직교하는 사다리꼴 형상의 접촉면(89a)을 각각 갖고 있다. 이들 접촉면(89a)은 동일 형상을 하고 있으며, 광학 부재 유지 금속물(81)의 축선 방향과 직교하는 동일면내에 위치한다.

덧붙여, 제 2 내경부(86)에는, 제 1 내경부(85)에 대하여 반대측의 단부에 암나사(91)가 형성되어 있다. 단부(87)에는, 지지부(89)와 직경 방향에 있어서의 위치를 정렬시켜, 쌍을 이루는 삽입 구멍(하나만 도시함)(92)이 각각 형성되어 있다. 이 광학 부재 유지 금속물(81)에는, 반사 미러(51)가 제 2 내경부(85)로부터 삽입되어, 모든 지지부(89)의 접촉면(89a)에 반사 미러(51)의 다른 쪽의 면(51a)에 있어서의 주변부(62)가 탑재된다.

스페이서(82)는, 쌍을 이루는 삽입 구멍(92)에 각각 부착되고, 삽입구멍(92)에 삽입되는 한 쌍의 평행한 축부(93)와, 이들 축부(93)로부터 축선 방향에 직교하여 연장되는 삽입 장식 판부(94)를 갖고 있다. 각 스페이서(82)를 삽입 구멍(92)에 삽입하는 것에 의해, 스페이서(82)는 그 삽입 장식 판부(94)의 접촉면(94a)이 반사 미러(51)의 한쪽의 면(51b)에 있어서의 주변부(62)에 맞닿아 있다.

여기서, 반사 미러(51)의 한쪽의 면(51b)에 접촉하는 삽입 장식 판부(94)의 접촉면(94a)의 형상은, 반사 미러(51)의 다른 쪽의 면(51a)에 접촉하는 지지부(89)의 접촉면(89a)의 형상에 일치시키고 있다. 그 결과, 이들 접촉면(94a, 89a)의 면적은 서로 동면 곱으로 되어 있다. 또한, 대응하는 접촉면(94a, 89a)끼리는 서로 대향하는 위치(광학 부재 유지 금속물(81)의 주방향에 있어서의 동위치)에 배치되어 있다.

고정 링(83)은, 외경측이 단부착 형상으로 되고 내경측이 일정 직경의 대략 원형 고리 형상으로 되어 있다. 즉, 그 외경측에는, 축선 방향에 있어서의 일측에 제 1 외경부(96)가, 축선 방향에 있어서의 타측에 제 2 외경부(97)가 형성되어 있다. 여기서, 제 1 외경부(96)는 제 2 외경부(97)보다 큰 직경으로 되어 있고, 제 1 외경부(96)에는 수나사(98)가 형성되어 있다. 이 고정 링(83)은, 상기한 바와 같이 반사 미러(51)를 제 1 내경부(85)에 삽입시키고 또한 모든 스페이서(82)가 부착된 상태로 있는 광학 부재 유지 금속물(81)의 암나사(91)에, 수나사(98)가 회전 접합함으로써 금속물(81)에 부착된다. 여기서, 이 고정 링(83)이 광학 부재 유지 금속물(81)에 회전 접합되면, 반사 미러(51)가 축선 방향에 있어서의 양측으로부터지지부(89)의 사다리꼴 형상의 접촉면(89a)과 삽입 장식 판부(94)의 사다리꼴 형상의 접촉면(94a)으로 협지된다.

미러 유지 부재(70)에 의하면, 접착제를 이용하는 일없이, 반사 미러(51)가 유지된다. 따라서, 예를 들면 주위의 온도 변동에 기인하는 접착제의 변형 등에 따라서 반사 미러(51)의 반사면이 입사면내에 있어서 경사짐을 유효하게 회피할 수 있다. 또, 도 8의 변형예에서는, 한 쌍의 반사 미러(41, 42)의 교차각을 고정적으로 유지하기 위해서, 한 쌍의 미러 유지 부재(43, 44) 및 베이스(45)를 1ppm/K 이하의 열팽창 계수를 갖는 저열팽창의 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 저열팽창 세라믹, 저열팽창 유리, 저열팽창 합금 등으로 이들 부재를 형성할 수 있다.

또, 상술한 실시예 및 변형예에서는, 투사 광학계(4, 5)와 피검면 Wa 사이의 광로중 및 집광 광학계(8, 9)와 피검면 Wa 사이의 광로중에 펜타 프리즘(6, 7)을 각각 마련하고 있지만, 적어도 한쪽의 광로중에 펜타 프리즘을 마련하는 것에 의해 본 발명의 효과를 성취할 수 있다.

또한, 상술한 실시예 및 변형예에서는, 투영 노광 장치가 단일의 면 위치 검출 장치를 구비하고 있는 예를 설명하고 있지만, 이에 한정되는 일없이, 필요에 따라 복수 세트의 면 위치 검출 장치로 검출 시야를 분할할 수도 있다. 이 경우, 제 1 면 위치 검출 장치의 검출 시야와 제 2 면 위치 검출 장치의 검출 시야의 공통의 시야에 있어서의 검출 결과에 근거하여, 각 장치의 캘리브레이션을 실행할 수도 있다.

또한, 상술한 실시예 및 변형예에서는, 한 쌍의 반사면을 갖는 5각 기둥 형상의 프리즘 또는 한 쌍의 반사 미러를 갖는 미러 조립체로 광속 편향 수단을 구성하고 있지만, 이에 한정되는 일없이, 우수면의 반사면을 갖는 프리즘 형태 또는 미러 조립체 형태의 광속 편향 수단을 이용할 수도 있다.

또한, 상술한 실시예 및 변형예에서는, 투영 노광 장치의 감광성 기판의 면 위치의 검출에 대하여 본 발명을 적용하고 있지만, 투영 노광 장치의 마스크의 면 위치의 검출에 본 발명을 적용할 수도 있다.

또한, 상술한 실시예 및 변형예에서는, 투영 노광 장치에 있어서의 감광성 기판의 면 위치의 검출에 대하여 본 발명을 적용하고 있지만, 일반적인 피검면의 면 위치의 검출에 본 발명을 적용할 수도 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 면 위치 검출 장치에서는, 예를 들면 투사 광학계와 피검면 사이의 광로중 및 집광 광학계와 피검면 사이의 광로중에 각각 마련된 펜타 프리즘과 같은 광속 편향 수단의 작용에 의해 피검면으로의 입사 광속의 광로 및 피검면으로부터의 반사 광속의 광로가 크게 꺽이기 때문에, 투사 광학계 및 집광 광학계가 피검면으로부터 멀리 떨어지게 되고, 이들 광학계의 구성 및 배치가 피검면의 제약을 실질적으로 받는 일이 없다.

또한, 주위의 진동이나 온도 변동 등에 기인하는 유지 부재의 변동이나 변형에 따라 펜타 프리즘이, 예를 들면 입사면내에서 미소량만큼 기울었다고 해도, 그편향각은 불변이고, 즉 사출 광속의 방향이 불변이며, 나아가서는 피검면 또는 수광면으로의 광속의 입사각도 변화하지 않게 된다. 그 결과, 피검면이나 수광면에 있어서 입사각의 변화도 입사 위치의 변화도 거의 발생시키는 일없이, 주위의 진동이나 온도 변동 등에 기인하는 검출 오차의 발생을 양호하게 억제할 수 있다.

또한, 투영 노광 장치에 있어서 투영 광학계에 대한 감광성 기판의 면 위치의 검출에 본 발명의 면 위치 검출 장치를 적용하면, 투영 노광 장치의 진동이나 주위의 온도 변동 등에 실질적으로 영향받는 일없이, 마스크의 패턴면과 감광성 기판의 피노광면을 투영 광학계에 대해서 고정밀도로 위치 정합할 수 있기 때문에, 양호한 마이크로 장치를 제조할 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

Claims (26)

1. 피검면(被檢面)의 면 위치를 검출하는 면 위치 검출 장치에 있어서,

   상기 피검면상에 경사 방향으로부터 광속을 투사하기 위한 투사계와,

   상기 피검면에서 반사된 광속을 수광하기 위한 수광계

   를 구비하되,

   상기 투사계의 광로 및 상기 수광계의 광로중 적어도 한쪽의 광로에는 우수(偶數)면의 반사면을 갖고 입사 광속을 상기 입사 광속과는 비평행한 각도로 사출시키는 광속 편향 수단이 마련되며,

   상기 수광계의 출력에 근거하여 상기 피검면의 면 위치를 검출하는 것을 특징으로 하는

   면 위치 검출 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 투사계는 상기 피검면상에 소정 패턴의 1차 상(像)을 형성하기 위한 투사 광학계를 갖고,

   상기 수광계는,

   상기 피검면에서 반사된 광속을 집광하여 상기 소정 패턴의 2차 상(像)을 형성하기 위한 집광 광학계와,

   상기 집광 광학계를 거쳐서 형성되는 상기 소정 패턴의 2차 상을 검출하기 위한 검출부를 가지며,

   상기 검출부의 출력에 근거하여 상기 피검면의 면 위치를 검출하는 것을 특징으로 하는

   면 위치 검출 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 광속 편향 수단은 서로 평행하지 않는 한 쌍의 반사면이 형성된 프리즘을 갖는 것을 특징으로 하는 면 위치 검출 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 프리즘은,

   입사 광속을 투과시키기 위한 제 1 투과면과,

   상기 제 1 투과면을 투과하여 상기 프리즘의 내부를 전파한 광속을 반사시키기 위한 제 1 반사면과,

   상기 제 1 반사면에 의해 반사되어 상기 프리즘의 내부를 전파한 광속을, 상기 제 1 투과면을 투과한 광속의 광로와 교차하는 광로를 따라 반사하기 위한 제 2 반사면과,

   상기 제 2 반사면에 의해 반사되어 상기 프리즘의 내부를 전파한 광속을 투과시키기 위한 제 2 투과면을 갖는 것을 특징으로 하는

   면 위치 검출 장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 제 1 반사면과 상기 제 2 반사면이 이루는 각도가 40도 이상이고 45도 미만의 범위로 규정되어 있는 것을 특징으로 하는 면 위치 검출 장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 프리즘은 65 이상의 아베수(abbe constant)를 갖는 저분산의 광학 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 면 위치 검출 장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 프리즘은 1ppm/K 이하의 열팽창 계수를 갖는 저열팽창의 광학 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 면 위치 검출 장치.
8. 제 4 항에 있어서,

   상기 프리즘은 65 이상의 아베수를 갖는 저분산의 광학 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 면 위치 검출 장치.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 프리즘은 1ppm/K 이하의 열팽창 계수를 갖는 저열팽창의 광학 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 면 위치 검출 장치.
10. 제 4 항에 있어서,

    상기 프리즘은 1ppm/K 이하의 열팽창 계수를 갖는 저열팽창의 광학 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 면 위치 검출 장치.
11. 제 3 항에 있어서,

    상기 프리즘은 1ppm/K 이하의 열팽창 계수를 갖는 저열팽창의 광학 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 면 위치 검출 장치.
12. 제 2 항에 있어서,

    상기 광속 편향 수단은,

    서로 평행하지 않는 한 쌍의 반사 미러와,

    상기 한 쌍의 반사 미러를 감합(嵌合) 유지하기 위한 유지 부재를 갖는 것을 특징으로 하는

    면 위치 검출 장치.
13. 제 1 항에 있어서,

    상기 광속 편향 수단은 서로 평행하지 않는 한 쌍의 반사면이 형성된 프리즘을 갖는 것을 특징으로 하는 면 위치 검출 장치.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 프리즘은,

    입사 광속을 투과시키기 위한 제 1 투과면과,

    상기 제 1 투과면을 투과하여 상기 프리즘의 내부를 전파한 광속을 반사시키기 위한 제 1 반사면과,

    상기 제 1 반사면에 의해 반사되어 상기 프리즘의 내부를 전파한 광속을, 상기 제 1 투과면을 투과한 광속의 광로와 교차하는 광로를 따라 반사하기 위한 제 2 반사면과,

    상기 제 2 반사면에 의해 반사되어 상기 프리즘의 내부를 전파한 광속을 투과시키기 위한 제 2 투과면을 갖는 것을 특징으로 하는

    면 위치 검출 장치.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 제 1 반사면과 상기 제 2 반사면이 이루는 각도가 40도 이상이고 45도 미만의 범위로 규정되어 있는 것을 특징으로 하는 면 위치 검출 장치.
16. 제 15 항에 있어서,

    상기 프리즘은 65 이상의 아베수를 갖는 저분산의 광학 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 면 위치 검출 장치.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 프리즘은 1ppm/K 이하의 열팽창 계수를 갖는 저열팽창의 광학 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 면 위치 검출 장치.
18. 제 15 항에 있어서,

    상기 프리즘은 1ppm/K 이하의 열팽창 계수를 갖는 저열팽창의 광학 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 면 위치 검출 장치.
19. 제 13 항에 있어서,

    상기 프리즘은 65 이상의 아베수를 갖는 저분산의 광학 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 면 위치 검출 장치.
20. 제 19 항에 있어서,

    상기 프리즘은 1ppm/K 이하의 열팽창 계수를 갖는 저열팽창의 광학 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 면 위치 검출 장치.
21. 제 13 항에 있어서,

    상기 프리즘는 1ppm/K 이하의 열팽창 계수를 갖는 저열팽창의 광학 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 면 위치 검출 장치.
22. 제 1 항에 있어서,

    상기 광속 편향 수단은,

    서로 평행하지 않는 한 쌍의 반사 미러와,

    상기 한 쌍의 반사 미러를 감합 유지하기 위한 유지 부재를 갖는 것을 특징으로 하는

    면 위치 검출 장치.
23. 제 22 항에 있어서,

    상기 유지 부재는 1ppm/K 이하의 열팽창 계수를 갖는 저열팽창의 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 면 위치 검출 장치.
24. 제 23 항에 있어서,

    상기 프리즘은 1ppm/K 이하의 열팽창 계수를 갖는 저열팽창의 광학 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 면 위치 검출 장치.
25. 투영 광학계를 거쳐서 마스크상의 패턴을 감광성 기판상에 투영 노광하는 노광 장치에 있어서,

    상기 마스크의 패턴면 또는 상기 감광성 기판의 피노광면의 상기 투영 광학계에 대한 면 위치를, 상기 피검면의 면 위치로서 검출하기 위한 청구항 1 내지 청구항 24 중 어느 한 항에 기재된 면 위치 검출 장치와,

    상기 면 위치 검출 장치의 검출 결과에 근거하여, 상기 마스크의 패턴면 또는 상기 감광성 기판의 피노광면을 상기 투영 광학계에 대해서 위치 정합하기 위한 위치 정합 수단

    을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
26. 투영 광학계를 거쳐서 마스크상의 패턴을 감광성 기판상에 투영 노광하는 노광 방법에 있어서,

    청구항 1 내지 청구항 24 중 어느 한 항에 기재된 면 위치 검출 장치를 이용하여, 상기 마스크의 패턴면 또는 상기 감광성 기판의 피노광면의 상기 투영 광학계에 대한 면 위치를 상기 피검면의 면 위치로서 검출하는 검출 공정과,

    상기 검출 공정에서의 검출 결과에 근거하여, 상기 마스크의 패턴면 또는 상기 감광성 기판의 피노광면을 상기 투영 광학계에 대해서 위치 정합하는 위치 정합 공정

    을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 방법.