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JP3158446B2 - 表面位置検出装置及び表面位置検出方法、並びに露光装置、露光方法及び半導体製造方法 - Google Patents

表面位置検出装置及び表面位置検出方法、並びに露光装置、露光方法及び半導体製造方法

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JP3158446B2
JP3158446B2 JP40188090A JP40188090A JP3158446B2 JP 3158446 B2 JP3158446 B2 JP 3158446B2 JP 40188090 A JP40188090 A JP 40188090A JP 40188090 A JP40188090 A JP 40188090A JP 3158446 B2 JP3158446 B2 JP 3158446B2
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wafer
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直行 小林
伸貴 馬込
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    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7003—Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
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    • G03F9/7026—Focusing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216—Mask projection systems
    • G03F7/70358—Scanning exposure, i.e. relative movement of patterned beam and workpiece during imaging

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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は表面位置検出装置に関す
るものであり、例えば半導体製造装置における焦点位置
検出装置に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体検出装置における焦点位置
検出装置として、本願と同一出願人による特開昭56-422
05号公報に開示されているように、投影レンズによって
マスクパターンが転写される位置に配設された半導体ウ
エハに対し、斜め方向から検出光を照射する斜め入射型
の焦点位置検出装置が用いられている。
【０００３】この焦点検出装置は、半導体ウエハの表面
を被検面として、該被検面にスリット状のパターンをス
リットの長手方向が、入射光と反射光で張る平面、即ち
入射面と垂直になるような方向で投射し、その反射光を
光電変換素子でなる検出手段上で再結像させ、検出手段
上の反射光の入射位置を判知し得るようになされてい
る。
【０００４】この構成において、被検面となる半導体ウ
エハの表面が上下方向に変位する（投影レンズの光軸方
向に沿って近づいたり遠のいたりすることをいう）と、
その上下方向の変位に対応して検出手段に入射するスリ
ット反射光が入射面と平行な方向、即ちスリット幅方向
に像ズレすることを利用して、その像ズレ量を知ること
によって半導体ウエハの表面の上下位置を検出すること
ができ、ウエハ表面が投影レンズの合焦基準位置、即ち
投影レンズによって投影されるレンズとの共役面に一致
しているか否かを判定するように成されている。
【０００５】このとき、被検面に投射される微小なスリ
ット状のパターン領域からの反射光を再結像して、この
スリット状の微小な被検領域での平均的な位置を検出し
ている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年におい
てはＬＳＩの高集積化に伴い、ウエハ上の露光領域（シ
ョット領域）により微細なパターンの転写することが望
まれており、これに対応するために投影レンズのＮＡが
大きくされている。これにより、投影対物レンズの焦点
深度が浅くなるので、露光領域をより正確かつ確実に投
影対物レンズの焦点位置（焦点深度内）に位置づけるこ
とが望まれている。
【０００７】また、投影露光装置による露光領域の大型
化が進んでいる。これにより、１回の露光でＬＳＩチッ
プ自体の露光面積の大型化を図った焼付けを行ったり、
あるいは１回の露光で複数のＬＳＩチップの焼付け行っ
ている。このため、大型化する露光領域全体をより正確
かつ確実に投影対物レンズの焦点位置（焦点深度内）に
位置づけることが望まれている。
【０００８】さらに、複数のＬＳＩチップをまとめて露
光する場合、及び露光するＬＳＩチップのサイズ（露光
領域のサイズ）を変更する場合には、検出すべき被検面
の適切な箇所に位置検出のための照射光が当たらず、こ
の照射光の位置を変更する必要がある。このような状況
において、従来の焦点検出装置で対応するためには、ウ
エハ上の露光領域での位置検出を複数箇所で行うことが
必要となる。
【０００９】このため、必要な検出箇所に焦点検出装置
からのスリット光を投射して、これらの位置を検出する
ために、ウエハを載置しているステージを逐次移動させ
ることが考えられるが、スループットの低下を避けられ
ない問題がある。本発明の上記の問題点に鑑みてなされ
たものであり、より大きな露光領域にも対応でき、また
複数のＬＳＩチップをまとめて露光する場合、露光する
ＬＳＩチップのサイズを変更する場合にもスループット
の低下を招くことなく十分に対応できる高性能な表面位
置検出装置及び表面位置検出方法並びに露光装置、露光
方法及び半導体製造方法を提供することを目的としてい
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１発明は、例えば、被検面の表面位置を検出する
ための表面位置検出装置において、前記被検面を光で照
明する照射光学系と；前記被検面からの光を受ける検出
光学系と；前記被検面上の所定の領域内の構造に応じ
て、前記被検面での複数の異なる部分を検出点として選
択する選択手段と；該選択手段によって選択された複数
の検出点に対応する光を前記検出光学系を介して光電変
換し、該光電変換された情報に基づいて、前記被検面内
での複数の検出点に関する位置を検出する検出手段と；
を含むようにしたものである。また、第２発明は、例え
ば、被検面の表面位置を検出する方法において、前記被
検面を光で照明する工程と；前記被検面からの光を受け
る工程と；前記被検面上の所定の領域内の構造に応じ
て、前記被検面での複数の異なる部分を検出点として選
択する工程と；該選択手段によって選択された複数の検
出点に対応する光を光電変換し、該光電変換された情報
に基づいて、前記被検面内での複数の検出点に関する位
置を検出する工程と；を含むようにしたものである。ま
た、第３発明は、例えば、ウエハ上の露光領域に対して
露光を行う露光装置において、前記ウエハ上の露光領域
を光で照明する照射光学系と；前記ウエハ上の露光領域
からの光を受ける検出光学系と；前記ウエハ上の露光領
域内の構造に応じて、前記ウエハ上での複数の異なる部
分を検出点として選択する選択手段と；前記選択手段に
よって選択された複数の検出点に対応する光を前記検出
光学系を介して光電変換し、該光電変換された情報に基
づいて前記複数の検出点に関する位置を検出する検出手
段と；を含むようにしたものである。また、第４発明
は、例えば、ウエハ上の露光領域での位置を検出する位
置検出工程と、前記ウエハ上の露光領域に所定のパター
ンを転写する転写工程とを含む露光方法において、前記
位置検出工程は、前記ウエハを光で照明する工程と；前
記ウエハから反射される光を受光する工程と；前記ウエ
ハ上の露光領域内の構造に応じて、前記ウエハ上での複
数の異なる部分を検出点として選択する工程と；前記選
択工程によって選択された複数の検出点に対応する光を
光電変換し、該光電変換された情報に基づいて前記複数
の検出点に関する位置を検出する工程と；を含むように
したものである。また、第５発明は、例えば、露光領域
が形成される被検面の表面位置を検出するための表面位
置検出装置において、前記被検面を光で照明する照射光
学系と；前記被検面からの光を受ける検出光学系と；前
記被検面上に形成される露光領域の変更又は該露光領域
の大きさの違いに応じて、前記被検面上での複数の異な
る部分を検出点として選択する選択手段と；該選択手段
によって選択された複数の検出点に対応する光を前記検
出光学系を介して光電変換し、該光電変換された情報に
基づいて、前記被検面内での複数の検出点に関する位置
を検出する検出手段と；を含むようにしたものである。
また、第６発明は、例えば、露光領域が形成される被検
面の表面位置を検出する方法において、前記被検面を光
で照明する工程と；前記被検面からの光を受ける工程
と；前記被検面上に形成される露光領域の変更又は該露
光領域の大きさの違いに応じて、前記被検面上での複数
の異なる部分を検出点として選択する工程と；該選択工
程によって選択された複数の検出点に対応する光を光電
変換し、該光電変換された情報に基づいて、前記被検面
内での複数の検出点に関する位置を検出する工程と；を
含むようにしたものである。また、第７発明は、例え
ば、ウエハ上の露光領域に対して露光を行う露光装置に
おいて、前記ウエハ上の露光領域を光で照明する照射光
学系と；前記ウエハ上の露光領域からの光を受ける検出
光学系と；前記ウエハ上の露光領域の変更又は前記ウエ
ハ上の露光領域の大きさの違いに応じて、前記ウエハ上
での複数の異なる部分を検出点として選択する選択手段
と；前記選択手段によって選択された複数の検出点に対
応する光を前記検出光学系を介して光電変換し、該光電
変換された情報に基づいて前記複数の検出点に関する位
置を検出する検出手段と；を含むようにしたものであ
る。また、第８発明は、例えば、ウエハ上の露光領域で
の位置を検出する位置検出工程と、前記ウエハ上の露光
領域に所定のパターンを転写する転写工程とを含む露光
方法において、前記位置検出工程は、前記ウエハを光で
照明する工程と；前記ウエハから反射される光を受光す
る工程と；前記ウエハ上の露光領域の変更又は前記ウエ
ハ上の露光領域の大きさの違いに応じて、前記ウエハ上
での複数の異なる部分を検出点として選択する工程と；
前記選択手段によって選択された複数の検出点に対応す
る光を光電変換し、該光電変換された情報に基づいて前
記複数の検出点に関する位置を検出する工程と；を含む
ようにしたものである。
【００１１】また、第９発明は、例えば、図２に示す如
く、被検面に対して斜め方向から所定形状のパターンを
投射する照射光学系と、該被検面で反射された光束を受
光して前記所定パターンの像を再結像する集光光学系
と、該集光光学系により再結像された前記所定パターン
の像が形成される位置近傍に設けられて、所定形状の開
口部を有する受光用遮光手段と、前記集光光学系により
再結像されるパターン像と前記受光用遮光手段とを相対
的に振動させるための走査手段と、該走査手段によって
前記受光用遮光手段の開口部を通過した光を受け、前記
被検面の位置の応じた光変調を検出する検出手段とを有
する表面位置検出装置において、前記照射光学系により
前記被検面上に投射される投射パターンは、前記被検面
に対する光束の入射面に垂直で、所定の長さを有する直
線状パターンで形成され、前記検出手段は、前記直線状
パターンで投射された前記被検面上の直線領域を複数の
部分領域に分割して、該部分領域での被検面位置を独立
に検出するために、直線状に配列された複数の検出部分
を有するようにしたものである。また、第１０発明は、
例えば、図７及び図９に示す如く、所定形状の開口部を
有する投射用遮光手段を有し、該投射用遮光手段により
形成される所定形状のパターンを被検面に対して斜め方
向から投射する照射光学系と、該被検面で反射された光
束を集光して前記所定パターンの像を再結像する集光光
学系と、該集光光学系により再結像された前記所定のパ
ターンの像が形成される位置近傍に設けられて、所定形
状の開口部を有する受光用遮光手段と、前記集光光学系
により再結像されるパターン像を前記受光用遮光手段と
を相対的に振動させるための走査手段と、該走査手段に
よって前記受光用遮光手段の開口部を通過した光を受
け、前記被検面の位置に応じた光変調を検出する検出手
段とを有する表面位置検出装置において、前記照射光学
系により前記被検面上に投射される投射パターンは、前
記被検面に対する光束の入射面に垂直で、所定の長さを
有する直線状パターンで形成され、該直線状パターンが
投射された前記被検面上の直線領域を複数の部分領域に
分割して、該部分領域での被検面位置を独立に検出する
ために、前記投射用遮光手段の開口部または前記受光用
遮光手段の開口部を通過する光束の一部をその開口部で
の位置毎に選択的に通過させる光束部分選択手段が配置
されてるようにしたものである。
【００１２】
【作用】本発明は、所定の長さを有する直線状のパター
ン光を被検面に投射し、この被検面上のパターン光の投
射領域を複数の部分に分割検出することにより、被検面
の複数の位置情報が得られるようにしたものである。こ
れにより、所定のパターン光が投射された領域での被検
面での複数の位置情報が得られるため、露光領域の大型
化、ＬＳＩのチップのまとめ焼き、ＬＳＩのチップサイ
ズ（露光領域のサイズ）を変更した時の露光への対応を
可能としながら、被検面の傾き状態、投影対物レンズの
焦点位置に対する被検面のディフォーカス状態、さらに
は被検面の断面形状が正確に検出することができる。
【００１３】そして、被検面の面情報を入力するための
入力手段と、この入力手段からの前記被検面の面情報に
基づいて検出すべき前記直線状パターン投射領域の部分
領域の位置を選択する検出位置選択手段を有する構成と
することが可能であり、このとき上述の如き露光領域と
なる被検面のウエハ上に形成されているパターン構造に
よる影響を軽減するには有効である。
【００１４】
【実施例】以下、図１を参照しながら本発明を詳述す
る。図１は本発明による第１実施例の概略構成を示す図
であり、（Ａ）は入射面内での光路を示す概略側面図、
（Ｃ）は被検面１を真上から見た時の光路を示す概略平
面図である。
【００１５】光源11からの照明光束は、コンデンサーレ
ンズ12によって投射用遮光手段としての投射スリット板
13を照明する。このスリット板13は図１の（Ｂ）の平面
図に示される如く、直線状パターンを有し、このパター
ンの長手方向が図１の（Ａ）の紙面と直交する方向とな
るように光軸に垂直に設けられている。このスリット板
13を通過した光束は、照射対物レンズ15及び反射鏡10Ｍ
によって所定の入射角αで投影レンズＬの光軸Ａｘと交
わる被検面１上を集光する。すなわち、スリット板13の
像SLが投射対物レンズ14により被検面１上を投射され、
このスリット像の長手方向が図１の（Ａ）の紙面と垂直
となっている。この時の被検面１を真上から見た様子を
図１の（Ｃ）に示している。
【００１６】被検面１からの反射光は、反射鏡20Ｍによ
り反射して、集光対物レンズ21によって集光作用を受け
て、矢印方向に走査する走査手段としての振動鏡22を反
射する。その後、受光用遮光手段としての受光スリット
23上で集光する。すなわち、被検面上に形成されたスリ
ット像SLが集光対物レンズ21によって受光スリット上23
で再結像される。
【００１７】この受光スリット23は図１の（Ｄ）に示す
如く、投射スリット13と同様に直線状パターンを有し、
これの長手方向は、入射面Ｓに垂直であり、図１の
（Ａ）では、紙面と垂直である。そして、この受光スリ
ット23を通過した光束が光電変換素子24によって検出さ
れる。この光電変換素子24は、図１の（Ｅ）に示す如
く、入射面Ｓと平行な方向（図１（Ａ）の紙面に垂直な
方向）へ直線状に配列された複数の独立な受光部分（24
a1,24a2,24a3・・・・24an) を有している。
【００１８】図２は受光スリット板23とこれに隣接して
設けられた光電変換素子24との様子を示す図であり、
（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。この光電変換
素子24の個々の受光部分24a1,24a2,24a3・・・・24anは、図
１の（Ｃ）に示す如く、これらと共役な直線状の被検領
域に投射された直線状パターンSLの像の部分SLa1,SLa2,
SLa3・・・・SLan でのそれぞれ反射した光束を独立に検出
する。
【００１９】ここで、光源11から投射対物レンズ14まで
が照射光学系を構成し、集光対物レンズから受光スリッ
ト板23までが集光光学系を構成している。また、光電変
換素子24と検出部25とで検出手段200 が構成される。次
に、被検面１の変位検出するための原理を図３を参照し
ながら具体的にに説明する。なお、図１と同一の機能を
持つ部材には同一の符号を付しており、図１に示した振
動鏡22に代わりに、受光スリット23を光軸と直交平面内
（ａ方向）で振動させている。
【００２０】ここで、説明を簡単にするために、光電変
換素子24の受光面を１つとする。今、図３に示す如く、
被検面１が水平状態を維持しながら基準位置Ｚ0 から下
方へ距離ΔＺだけ変位したとすると、受光スリット23上
でのスリット像の変位Δｙは、受光側対物レンズ21の結
像倍率をβ、スリット検出光の被検面１の法線に対する
入射角（投影対物レンズの光軸と被検面１とのなす角）
をαとするとき、 Δｙ＝２・β・sinα・ΔＺ が与えられ、この関係によって光電変換素子24から得ら
れる受光スリット板23上でのスリット像の位置ズレ量Δ
ｙから、被検面１の変位量ΔＺを検出することができ
る。
【００２１】ここで、被検面１の全体が基準位置Ｚ0 の
高さ（基準位置Ｚ0 で水平状態）にある時、この被検面
１からの集光光学系の光軸20a 上を進行する反射光が図
３に示す受光スリット23の基準位置Ｐ0 に入射するよう
に光学系が形成されている。但し、10a は投射光学系の
光軸であり、20a は集光光学系の光軸である。このよう
に、基準位置Ｐ0 に、被検面１からの集光光学系の光軸
20a 上を進行する反射光が入射するとき、スリット像SL
が基準位置Ｐ0 を中心として周期Ｔで振動することによ
り、光電変換素子24の受光面に達する変調光の強さが周
期Ｔ／２のほぼ正弦波状に変化し、これにより光電変換
素子24から正弦波検出出力を得ることができる。そし
て、この検出出力を検出部25で別途同期検波することに
より、光電変換素子24の受光面に達する反射光がその入
射方向と直交する方向にΔＺだけズレれれば、その位置
ずれ量にに相当する検波出力を得ることができる。
【００２２】なお、同期検波の手法によって変位量を知
る方法は、例えば特開昭56-42205号公報に開示されてお
り、光電顕微鏡の原理とされている。以上における検出
手法については、光電変換素子24を１つとした場合につ
いて述べたが、本発明の第１実施例の図１では、光電変
換素子24の受光面は受光スリット板23の長手方向に沿っ
て個々の受光部分24a1,24a2,24a3・・・・24anを有してい
る。このため、図１の（Ｃ）に示す如く、被検面１の個
々の部分を反射したスリット像SLの個々の部分SLa1,SLa
2,SLa3・・・・SLan をそれぞれ光電変換素子24の個々の受
光部分24a1,24a2,24a3・・・・24anで受光し、これらからそ
れぞれ個々の検出出力SD1,SD 2,SD3・・・・SDnが得られ
る。これらの検出出力を検出部25でそれぞれ別途同期検
波することにより、投射スリット像SLの個々の部分SL
a1,SLa2,SLa3・・・・SLan の位置に対応した複数の位置を
独立に検出することができる。これにより、被検面１上
の投射スリット像SLでの複数位置を検出できるため、図
１の被検面が傾いた様子を示す図４から分かる如く、複
数位置での焦点検出のみならず被検面１の傾き状態が検
出でき、さらには被検面の断面形状までもが検出でき
る。
【００２３】そこで、図１の検出光学系の光軸20側から
照射光学系を見た様子を示す図５と、図１の受光スリッ
ト23上に形成されるスリット像の様子を示す図６とを参
照しながら、被検面１が基準位置Ｚ0 からディフォーカ
スした状態、被検面１が基準位置Ｚ0 に対して傾いてい
る状態、被検面１が基準位置Ｚ0 に対してディフォーカ
スして傾いている状態での検出について具体的に説明す
る。
【００２４】図５の（ａ）の如く、被検面１が基準位置
Ｚ0 から単にディフォーカスしていると、図１の振動鏡
22の矢印方向の振動により受光スリット23を横切るスリ
ット像SLの振動中心が、図６の（ａ）に示す如く、Ｐ0
からＰ1 へ平行に移動する。そして、光電変換素子24の
個々の受光部分24a1,24a2,24a3・・・・24anでスリット像SL
の個々の部分を受光すると、共に等しい複数の検出出力
（光変調出力）SD1,SD 2,SD3・・・・SDnが得られる。これ
らの検出出力を検出部25でそれぞれ別途同期検波するこ
とにより、被検面１の基準位置Ｚ0 からのディフォーカ
ス量ΔＺがそれぞれ独立に検出できる。
【００２５】次に、図５の（ｂ）の如く、被検面１が基
準位置Ｚ0 に対して単に傾いていると、図１の振動鏡22
の矢印方向の振動により受光スリット23を横切るスリッ
ト像SL及びこれの振動中心が、被検面１の傾きθ1 に応
じて、Ｐ0 からＰ2 へ傾く。そして、光電変換素子24の
個々の受光部分24a1,24a2,24a3・・・・24anで被検面１上の
スリット像SLの個々の部分SLa1,SLa2,SLa3・・・・SLan を
受光すると、このスリット像SLの個々の部分SLa1,SLa2,
SLa3・・・・SLan での位置（傾き）に応じた異なる複数の
検出出力（光変調出力）SD1,SD 2,SD3・・・・SDnが得られ
る。これらの検出出力を検出部25でそれぞれ別途同期検
波することにより、最終的に、被検面１の基準位置Ｚ0
に対する傾きθ1 が検出できる。
【００２６】また、図５の（ｃ）の如く、被検面１が基
準位置Ｚ0 に対してΔＺだけディフォーカスし、θ2 だ
け傾いていると、図１の振動鏡22の矢印方向の振動によ
り受光スリット23を横切るスリット像SL及びこれの振動
中心が、基準位置Ｚ0 に対するΔＺのディフォーカス分
だけＰ0 からＰ3 へ平行に移動すると共に、被検面１の
傾きθ2 に応じて、Ｐ3 からＰ4 へ傾く。そして、光電
変換素子24の個々の受光部分24a1,24a2,24a3・・・・24anで
スリット像SLの個々の部分SLa1,SLa2,SLa3・・・・SLan を
受光すると、このスリット像SLの個々部分SLa1,SLa2,SL
a3・・・・SLan での位置（デフォーカス及び傾き）に応じ
た異なる複数の検出出力（光変調出力）SD 1,SD 2,SD3・・
・・SDnが得られる。これらの検出出力を検出部25でそれ
ぞれ別途同期検波することにより、最終的に、被検面１
の基準位置Ｚ0 に対するデフォーカス量ΔＺと傾きθ2
が検出できる。
【００２７】以上の如く、本発明により被検面での多点
の位置計測が１度に可能となるため、被検面のデフォー
カス及び傾きの迅速な検出に十分に対応することがで
き、より高精度な被検面の位置を検出が可能となる。こ
のように、被検面１での多点の位置計測により求められ
たこの被検面１での表面状態を基準位置（基準平面）Ｚ
0 に補正するには、図１に示す如く、検出部25にて被検
面１の位置検出された検出信号に基づいて、補正量算出
手段26は補正量を算出し、この補正信号に基づいて駆動
手段27は補正装置32を移動させる。例えば、この補正装
置32は、被検面１としてのウエハを載置しているＸＹス
テージ31を投影対物レンズＬの光軸AXの方向へ移動させ
たり、あるいは露光領域の表面の傾きを補正するように
移動させる。
【００２８】さて、以上においては、本発明による被検
面の検出について説明したが、半導体製造装置の露光領
域を被検面とした場合には、この被検面上に形成された
パターン構造によって以下の示す如き様々な問題が生ず
る。 （Ａ）ウエハ上に異なる反射率のパターンがパターニン
グ、例えばＡＬ層と非ＡＬ層とのパターンがパターニン
グされている場合、ＡＬ（アルミニウム）層と非ＡＬ
（アルミニウム）層との反射率が大きく異なるため、検
出光量が大きく変化する点、 （Ｂ）ウエハ上に粗パターンと密パターンとが混在して
パターニングされている場合には、密パターンは粗パタ
ーンよりも位置検出精度が厳しくなる点、 （Ｃ）ウエハ上に高部と低部との段差構造が存在する場
合には、この段差構造によって検出位置毎に被検面での
高さが異なり、位置検出に誤差が生ずる点、 （Ｄ）上記（Ａ）〜（Ｃ）が混在して、反射率の異なる
パターンにより検出光量の変化し、粗パターンと密パタ
ーンとにより位置検出精度が異なり、段差構造により検
出位置毎に被検面での高さが異なる点、である。
【００２９】本実施例では、このようなパターン構造に
よる問題を解決しつつ、さらに欠けチップ（露光領域の
１部のパターンしか転写できないウエハ周辺にあるチッ
プ）にも対応できるように、被検面上に形成されている
設計値によるパターンのマップを入力するための入力手
段28と、この入力手段からの出力情報（出力信号）に基
づいて、被検面１に投射される投射スリット像SLの各部
分（SLa1,SLa2,SLa3・・・・・・SLa n ）の内、最適な部分を
選択する選択手段29を設けている。
【００３０】 （Ａ）まず反射率の異なる層がパターンニングされてい
る被検面上に投射スリット像SLが位置している場合に
は、選択手段29は以下の（A1）〜（A3）に示す如く手法
により検出する位置を選択することが良い。 （A1）投射スリット像SLが位置している被検面上の反射
率の高い部分のみ、あるいは反射率の低い部分のみを検
出する旨を検出部25へ指令する。
【００３１】 （A2）投射スリット像SLが位置している被検面上の反射
率の高い部分と反射率の低い部分とを独立に検出し、こ
れらの検出情報の平均を検出する旨を検出部25へ指令す
る。 （A3）投射スリット像SLが位置している被検面上の反射
率の高い部分と反射率の低い部分とを独立に検出し、こ
の独立検出した情報に重み付けをしてこれらの検出情報
の平均を検出する旨を検出部25へ指令する。
【００３２】 （Ｂ）次に、粗パターンと密パターンとがパターニング
されている被検面上に投射スリット像SLが位置している
場合には、選択手段29は以下の（B1）、（B2）に示す如
き手法により検出位置を選択することが良い。 （B1）投射スリット像SLが位置している被検面上の粗パ
ターンの部分のみ、あるいは密パターン部分のみを検出
する旨を検出部25へ指令する。
【００３３】 （B2）投射スリット像SLが位置している被検面上の粗パ
ターンの部分と密パターンの部分とを独立に検出し、こ
の独立検出した情報に重み付けをしてこれらの検出情報
の平均を検出する旨を検出部25へ指令する。 （Ｃ）被検面上に段差構造が形成されている場合には、
選択手段29は以下の（C1）〜（C3）に示す如き手法によ
り検出する位置を選択することが良い。
【００３４】 （C1）投射スリット像SLが位置している被検面上の段差
構造の高い部分のみ、あるいは低い部分のみを検出する
旨を検出部25へ指令する。 （C2）投射スリット像SLが位置している被検面上の段差
構造の高い部分と低い部分とを独立に検出し、これらの
検出情報の平均を検出する旨を検出部25へ指令する。
【００３５】 （C3）投射スリット像SLが位置している被検面上の段差
構造の高い部分と低い部分とを独立に検出し、２つ検出
情報を重み付けをしてこれらの検出情報の平均を検出す
る旨を検出部25へ指令する。 （Ｄ）被検面の段差構造上に上記（Ａ）〜（Ｃ）のパタ
ーン構造が複合した領域に投射スリット像SLが位置して
いる場合には、選択手段29は以下の（D1）〜（D6）に示
す如く手法により検出する位置を選択することが良い。
【００３６】 （D1）投射スリット像SLが位置している被検面上の段差
構造の高い部分かつ反射率の高い（または低い）部分の
み、あるいは段差構造の低い部分かつ反射率の低い（ま
たは高い）部分のみを検出する旨を検出部25へ指令す
る。 （D2）投射スリット像SLが位置している被検面上の段差
構造の高い部分かつ反射率の高い（または低い）部分
と，段差構造の低い部分かつ反射率の高い（または低
い）部分と，を独立に検出し、この検出情報を重み付け
をしてこれらの検出情報の平均を検出する旨を検出部25
へ指令する。
【００３７】 （D3）投射スリット像SLが位置している被検面上の段差
構造の高い部分かつ反射率の高い部分と，段差構造の低
い部分かつ反射率の高い部分と，を独立に検出し、この
検出情報を重み付けをした第１情報と、段差構造の高い
部分かつ反射率の低い部分と，段差構造の低い部分かつ
反射率の低い部分と，を独立に検出し、この検出情報を
重み付けをした第２情報とを検出し、これらの第１及び
第２検出情報の平均を検出する旨を検出部25へ指令す
る。
【００３８】 （D4）投射スリット像SLが位置している被検面上の段差
構造の高い部分かつ密パターン（または粗パターン）部
分のみ、あるいは段差構造の低い部分かつ密パターン
（または粗パターン）部分のみを検出する旨を検出部25
へ指令する。 （D5）投射スリット像SLが位置している被検面上の段差
構造の高い部分かつ密パターン（または粗パターン）部
分と，段差構造の低い部分かつ密パターン（または粗パ
ターン）部分と，を独立に検出し、この検出情報を重み
付けをしてこれらの検出情報の平均を検出する旨を検出
部25へ指令する。
【００３９】 （D6）投射スリット像SLが位置している被検面上の段差
構造の高い部分かつ密パターン部分と，段差構造の低い
部分かつ密パターン部分と，を独立に検出し、この検出
情報を重み付けをした第１情報と、段差構造の高い部分
かつ粗パターン部分と，段差構造の低い部分かつ粗パタ
ーン部分と，を独立に検出し、この検出情報を重み付け
をした第２情報とを検出し、これらの第１及び第２検出
情報の平均を検出する旨を検出部25へ指令する。
【００４０】また、被検面１としてのウエハの周辺部で
は露光領域の１部しか存在しない欠けチップがあり、こ
の場合、選択手段29は、露光される必要部分のみの位置
を検出する旨を検出部25へ指令するようにしても良い。
以上においては、被検面上のパターンの構造に応じて選
択手段29が選択すべき手法の１例を単に示したものであ
り、これに限るものではない。例えば、実際の被検面上
では、反射率の相違したパターン構造、粗と密のパター
ン構造、パターン段差構造等が複合しており、このと
き、選択手段29は、光電変換素子24における複数の適切
な箇所の受光部分（24a1,24a2,24a3・・・・24an）を適宜選
択し、この選択した箇所の位置信号に重み付け検出する
旨を検出部25に指令するようにすることが望ましい。こ
れにより、パターン構造に全く影響されずに被検面の厚
さ方向での最適な平均的な面を検出することができる。
【００４１】なお、位置検出速度の向上を図るには、選
択手段29は、適宜、適切な箇所だけの被検面の位置情報
を選択することが望ましい。また、光電変換素子24にお
ける受光部分（24a1,24a2,24a3・・・・24an）をｎ個ずつま
とめて検出するようにしても良い。さらに、選択手段29
の構成を省略して、以上の如き被検面としてのウエハ上
のパターンの構造を加味して予め適切な複数箇所のみを
指定した情報（データ）を入力手段28に入力し、この入
力情報に基づいて、検出部25はこの入力手段28による指
令に基づいて被検面の所定の複数の位置検出を行っても
良い。
【００４２】次に第２実施例について説明する。図７は
第２実施例の概略構成を示しており、この図７には、第
１実施例と共通の機能を持つ部材には同一の符号を付し
ている。本実施例が第１実施例と異なる所は、複数の受
光部分を持つ光電変換素子24に変えて、受光スリット23
の後方隣接して配置された、直線状に複数設けられた透
過率可変部分としてのＥＣ素子（41a1,41a2,41a3・・・・・・
41an）を有するＥＣ（エレクトロクロミック）部材41
（光束部分選択手段）と、集光レンズ42、光電変換素子
43を配置した点である。
【００４３】この構成によって、受光スリット23上に
は、被検面１に投射対物レンズ14によって投射された投
射スリット13の像SLが集光対物レンズ21により受光スリ
ット23上に再結像され、ＥＣ部材41を通過した光が集光
レンズ42により光電変換素子43上に集光される。図８は
受光スリット板23とこれに隣接して光源側に設けられた
ＥＣ部材41との様子を示す図であり、（Ａ）は平面図、
（Ｂ）は側面図である。 このＥＣ部材41の各ＥＣ素子
41a1,41a2,41a3・・・・・・41anは、被検面上に投射されたス
リット光SL及び受光スリット23上に形成される投射スリ
ット像SLの個々の部分SLa1,SLa2,SLa3・・・・SLan に対応
して設けられている。そして、このＥＣ部材41は、選択
的に１つのＥＣ素子を脱色させて透過率を上げ、脱色さ
せた部分以外を着色させて透過率をほぼ零にし得るよう
に電気的制御されている。このため、例えば、ＥＣ素子
41a1のみの透過率を高くすれば、被検面上に投射された
スリット光SLのSLa1部分からの反射光のみが光電変換素
子43にて受光され、この被検面上に投射されたスリット
光SLのSLa1部分の位置を検出することができる。
【００４４】従って、ＥＣ部材41のＥＣ素子の透過率を
上げる位置を選択的に逐次変えれば、被検面１上に投射
されたスリット光SLの個々の部分（SLa1,SLa2,SLa3・・・・
SLan ）での位置を逐次、選択的に検出することができ
る。本実施例では、第１実施例と同様に、入力手段28と
選択手段29とを有しており、この選択手段29により選択
された選択信号がＥＣ部材41へ送信される。このＥＣ部
材41は、この選択信号に基づいて、ＥＣ部材41のＥＣ素
子の透過率を上げる位置を選択的に逐次変化させること
により、スリット光が投射された被検面の異なる位置で
の反射光の光強度分布が検出素子42で逐次検出される。
【００４５】このように逐次検出された出力信号は、第
１実施例と同様に検出部25で同期検波の手法により信号
処理がなされ、被検面１の選択された複数点での位置が
検出される。なお、本実施例での選択手段による選択手
法、被検面を正しい位置に補正するための構成及び動作
は第１実施例と同様なので説明を省略する。
【００４６】また、各検出点の位置に応じて重み付け値
を設定し、その重み付け値に応じて各ＥＣ素子（41a1,4
1a2,41a3・・・・・・41an）毎の透過率を異ならせしめて、光
電変換素子42で被検面からの反射光を１度に検出すれ
ば、この検出信号は各検出点の重み付け平均を行ったも
のと等しくなり、演算操作が不要となり、好都合とな
る。
【００４７】以上の構成により、第２実施例でも、第１
実施例と同様な効果を達成することができる。次に、第
３実施例について説明する。図９は第３実施例の概略構
成を示しており、この図９には、第１実施例と共通の機
能を持つ部材には同一の符号を付している。
【００４８】本実施例が第２実施例と異なる所は、受光
スリット23に隣接して設けられて、複数のＥＣ素子（41
a1,41a2,41a3・・・・・・41an）を有するＥＣ部材41（光束部
分選択手段）を、投射スリット13と隣接した光源側の位
置に配置した点である。図８は投射スリット板13とこれ
に隣接して設けられたＥＣ部材51との様子を示す図であ
り、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【００４９】このＥＣ部材51の各ＥＣ素子51a1,51a2,51
a3・・・・・・51anは、被検面上に投射されるスリット光SLの
個々の部分SLa1,SLa2,SLa3・・・・SLan に対応して設けら
れており、選択的に１つのＥＣ素子を脱色させて透過率
を上げ、脱色させた部分以外を着色させて透過率をほぼ
零にし得るように電気的制御されている。このため、例
えば、ＥＣ素子51a1のみの透過率を高くすれば、被検面
上に投射されべきスリット光SLのSLa1部分のみが被検面
１を投射し、この反射光のみが光電変換素子43にて受光
され、この被検面上に投射されたスリット光SLのSLa1部
分の位置を検出することができる。
【００５０】従って、ＥＣ部材51のＥＣ素子の透過率を
上げる位置を選択的に逐次変えれば、投射光が被検面上
の異なる位置を逐次投射するように、被検面１上に投射
されるべきスリット光SLの個々の部分が被検面を選択的
に投射する。そして、その反射光を逐次検出することに
より、選択的に逐次投射された被検面の複数位置を検出
することができる。
【００５１】なお、本実施例での選択手段による選択手
法、被検面を正しい位置に補正するための構成及び動作
は第１及び第２実施例と同様なので説明を省略する。以
上の構成により、第３実施例でも、第１及び第２実施例
と同様な効果を達成することができる。このように、第
２及び第３実施例に示した如く、被検面１と共役な位置
に配置されたスリット13,23 を通過する光束の１部をこ
のスリット13,23 位置に応じて選択的に通過させるよう
に構成することによって、被検面１の選択された複数点
での位置の検出が可能となる。従って、本発明は、ＥＣ
部材の代わりに部分的に透過率可変な液晶素子が配列さ
れた液晶部材を適用しても良い。さらには、スリット1
3,23 を通過する光束の１部を取り出せるような機械的
な遮光を行っても同様な効果が期待できる。この場合、
例えば、矩形状もしくは円形状等の微小開口部を有する
遮光部材をスリット13,23 の近傍に配置し、その遮光部
材をスリット13,23 の長手方向に振動させる構成が好ま
しい。
【００５２】なお、投射スリット板13のスリット状開口
部を並列的に複数設け、これに対応して受光スリット板
24のスリット状開口部と、検出器を並列的に複数設けれ
ば、より多点の被検面の位置情報を含む光を検出するこ
とができるため、より高精度な位置検出が可能となる。
さて、被検面１のウエハ上の矩形状の露光領域1aには互
いに直交した露光領域の辺方向に方向性を持つパターン
が形成されている場合が多く、このパターンにより発生
する散乱光等の検出精度に対する影響を軽減することが
望ましい。このための好ましい投射スリット13のパター
ン像SLの投射方法として、矩形状の露光領域の１つの対
角線上に投射スリット13のパターン像SLを投射すること
が良い。さらに、本発明の表面位置検出装置を被検面と
しての露光領域の２つの対角線上に２つの投射スリット
の像SL1,SL2 を投射できるように、２つの表面位置検出
装置の光学系の光軸を被検面の中心で互いに直交するよ
うに配置すれば、２次元的な被検面全体におけるより多
くの計測点による位置検出が可能となり、さらに高精度
な位置検出が達成できる。すなわち、ウエハ上の露光領
域の傾きが２次元的に測定できるため、ウエハ上の露光
領域と投影レンズＬの像面とを一致させる、傾き補正
（レベリング）が可能となり、ウエハ上の露光領域全体
での位置検出精度が保証される。
【００５３】また、本発明は、被検面１としてのウエハ
上に１チップ毎に露光する場合、チップサイズ（露光領
域のサイズ）を変更しても、被検面の多点位置検出が達
成できる。例えば、図10に示す如く、被検面としてのＭ
×ＮサイズのチップＣＳ1 の対角線上に２つのスリット
光SL1,SL2 を投射して、チップＣＳ1 の対角線に沿った
多点の位置計測を行い、Ｍ×ＮサイズのチップＣＳ1 毎
に露光している状態から、Ｍ×ＮサイズのチップＣＳ1
よりも小さなｍ×ｎサイズのチップＣＳ2 毎の露光に変
更した場合でも、常に２つのスリット光SL1,SL2 の斜線
で示す部分は、ｍ×ｎサイズのチップＣＳ2をカバーし
ている。従って、このｍ×ｎサイズのチップＣＳ2 の多
点の位置計測を行うことが可能となり、高精度の位置検
出が達成できる。この場合、異なるサイズのチップのに
ついてのマップデータを予め入力手段に入力し、選択手
段は、小さくなった露光領域内の適切な箇所の多点位置
を計測する旨を検出部25に指令するように構成すること
が望ましい。なお、被検面に対し１方向でスリット光を
投射した場合でも、チップサイズに変更に対して対応で
きることは言うまでもない。
【００５４】また、本発明は、被検面１としてのウエハ
上に複数のチップを１度に露光する場合にも被検面の多
点位置検出が達成できる。例えば、図11に示す如く、被
検面としての矩形状の露光領域1a内で並列的に２つのチ
ップＣＳが存在していても、露光領域1aの対角線上に投
射された２つのスリット光SL1,SL2 の斜線で示す部分
は、各チップＣＳ上をカバーしている。従って、各チッ
プＣＳ上での多点の位置計測を行えるため、正確な位置
検出が達成できる。なお、被検面に対し１方向でスリッ
ト光を投射しても、複数のチップを１度に露光する場合
に対応できることは言うまでもない。
【００５５】なお、被検面としてのウエハ上に塗布され
たレジストによる薄膜干渉による影響を軽減するには、
光源11として多波長光を発するものが好ましい。次に、
本発明による表面位置検出装置に表面傾斜検出装置を組
み合わせた例を示す。そこで、まず表面傾斜検出装置の
構成について、図12を参照しながら説明する。図示の如
く、傾斜検出用照射光学系60は光源61、コンデンサーレ
ンズ62、微小円形開口部を有する絞り63、照射対物レン
ズ64とからなり、コンデンサーレンズ62は光源61の像を
絞り63上に形成し、絞り63上に焦点を有する照射対物レ
ンズ64により平行光束が被検面１のウエハ上に供給され
る。
【００５６】また、傾斜検出用集光光学系70は集光対物
レンズ71と４分割受光素子72とからなり、照射光学系60
から供給されウエハ１上で反射された平行光束は受光対
物レンズ71によりこの受光対物レンズ71の焦点位置に設
けられた４分割受光素子72上に集光される。ここで、投
影対物レンズＬの光軸Axに対して、照射光学系60の光軸
60a と集光光学系70との光軸70a とは対称である。従っ
て、投影対物レンズＬの光軸Axに対して、ウエハ１の露
光領域が垂直を保っているならば、照射光学系60からの
光束は４分割受光素子22の中心に集光される。また、ウ
エハ１の露光領域が垂直からθだけ傾いているならば、
ウエハ１で反射される照射光学系60からの平行光束は集
光光学系70の光軸70a に対して２θ傾くため、４分割受
光素子72上の中心から離れた位置に集光される。このよ
うに、４分割受光素子22上での集光点の位置からウエハ
１の露光領域での平均的な傾き量が検出される。
【００５７】この図12に示した如き表面傾斜検出装置
と、図１，７，９に示した如き本発明による表面位置検
出装置とを組み合わせた状態での被検面の様子を図13に
示しており、この図13を参照しながら説明する。表面位
置検出装置により被検面としてのウエハ１上の露光領域
（１ショット領域）1aの一方の対角線上に投射スリット
像SLを投射するとともに、表面傾斜検出装置により上記
投射スリット像SLの投射方向とは異なる方向からウエハ
１上の露光領域1aを内接（あるいは外接）する円形領域
Ｄに平行光束を照射すれば、表面位置検出装置によって
一方の対角線方向での複数点の位置検出が行え、表面傾
斜検出装置により露光領域1aでの平均的な傾きを検出す
ることができる。これにより、２次元的な露光領域1aの
表面状態を精度良く検出することができる。
【００５８】さらに、図14に示す如く、ウエハ１上の露
光領域（１ショット領域）1aの２つの対角線上に投射ス
リット像SL1 、SL2 を投射するための表面位置検出装置
を２つ設け、これらの投射スリット像SL1 、SL2 の投射
方向とは異なる方向よりからウエハ１上の露光領域1aを
内接（あるいは外接）する円形領域Ｄに平行光束を照射
すれば、より精度の高い２次元的な露光領域1aの表面状
態の検出することができる。
【００５９】また、図15に示す如く、表面位置検出装置
と表面傾斜検出装置との構成を１部共用させて装置の簡
素化を図っても良い。但し、図１及び図12と同一の機能
を持つ部材については同一の符号を付してある。すなわ
ち、図15の装置では、図１に示す表面位置検出装置にお
いて、第１反射ミラー10Ｍに代わりに第１ダイクロイッ
クミラー10Ｍ’を、第２反射ミラー20Ｍの代わりに第２
ダイクロイックミラー20Ｍ’をそれぞれ配置し、この２
つのダイクロイックミラー10Ｍ’、20Ｍ’を挟んで、照
射対物レンズ14’、64と集光対物レンズ71、21’とが配
置する。そして、第１ダイクロイックミラー10Ｍ’の透
過方向に、表面傾斜検出装置の照射光学系の光源61、コ
ンデンサーレンズ62、絞り63を配置し、第２ダイクロイ
ックミラー20Ｍ’の透過方向に４分割受光素子72を配置
している。
【００６０】このような構成により、光源11からの第１
波長光は、コンデンサーレンズ12、投射スリット板13、
照射対物レンズ14’、第１ダイクロイックミラー10
Ｍ’、照射対物レンズ64を介して、ウエハ１の露光領域
上に投射スリット板13の像SLが投射される。その後、こ
のウエハ１上を反射した光源11からの光束は、集光対物
レンズ71、第２ダイクロイックミラー20Ｍ’、振動鏡2
2、受光スリット板23を介して、受光素子24に達し、こ
の受光素子24からの複数の出力信号SD1,SD 2,SD3・・・・SD
nにより位置検出が達成される。
【００６１】一方、光源11からの第１波長光とは異なる
第２波長光を供給する光源61から光束は、コンデンサー
レンズ62、絞り63、第１ダイクロイックミラー10Ｍ’、
集光対物レンズ64を介してウエハ１の露光領域を内接
（外接）する円形領域Ｄへ照射するための平行光束に変
換される。その後、ウエハ１の露光領域を反射した平行
光束は、集光対物レンズ71、第２ダイクロイックミラー
20Ｍ’を介して、４分割受光素子72上で集光し、この４
分割受光素子72からの出力信号によりウエハ１の露光領
域全体の平均的な傾きを検出することができる。
【００６２】この様な装置において、各光学系の光軸が
ウエハ１の露光領域1aの一方の対角線方向となるように
配置することにより、図13に示す如き露光領域1aの傾斜
と多点位置検出が達成できる。さらにウエハ１の露光領
域1aのもう一方の対角線方向に図１に示す如き表面位置
検出装置を配置すれば、図14に示す如き露光領域1aの傾
斜と多点位置検出が可能となる。
【００６３】
【発明の効果】以上の如く、本発明によれば、所定のパ
ターン光が投射された領域での被検面の複数の位置情報
が得られるため、スーループットの低下を招くことな
く、被検面の位置を高精度に検出することができる。こ
れにより、露光領域の大型化、ＬＳＩのチップのまとめ
焼き、ＬＳＩのチップサイズを変更した時の位置検出へ
の対応を可能としながら、被検面の傾き状態、投影対物
レンズの焦点位置に対する被検面のディフォーカス状
態、さらには被検面の断面形状が正確に検出することが
できる。
【００６４】また、被検面での複数の位置情報を含む複
数の光を選択的に検出すれば、被検面上の適切な箇所の
みの位置検出が可能となり、また被検面に形成されるパ
ターン構造による影響を軽減することができる。さら
に、被検面での複数の位置情報を含む複数の検出信号に
重み付けをすることりより、より正確な位置検出が可能
となる。
【００６５】また、従来の表面位置検出装置に僅かな改
良を加えるだけで、大きな効果を期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、本発明による表面位置検出装置の第１実施
例の構成を示す図である。
【図２】は、本発明の第１実施例における受光スリット
板に隣接して設けられた光電変換素子の様子を示す図で
ある。
【図３】は、本発明の表面位置検出装置における位置検
出の原理を示す図である。
【図４】は、図１での被検面が傾いた様子を示す斜示図
である。
【図５】は、図１の紙面方向から照射光学系を見た時で
の被検面の各様子を示す図である。
【図６】は、図５での被検面の各状態に応じて受光スリ
ット上に結像されるスリット像の各様子を示す平面図で
ある。
【図７】は、本発明による表面位置検出装置の第２実施
例の構成を示す図である。
【図８】は、本発明の第２実施例における受光スリット
板あるいは第３実施例における投射スリット板に隣接し
て設けられたＥＣ部材の様子を示す図である。
【図９】は、本発明による表面位置検出装置の第３実施
例の構成を示す図である。
【図１０】は、ＬＳＩのチップサイズを変更した時の位
置検出の様子を示した図である。
【図１１】は、複数のＬＳＩのチップのまとめ焼きする
時の位置検出の様子を示した図である。
【図１２】は、表面傾斜検出装置の構成を示す図であ
る。
【図１３】は、表面位置検出装置と表面傾斜検出装置と
を組み合わせて被検面の位置及び傾斜を検出する様子を
示す図である。
【図１４】は、２つの表面位置検出装置と１つの表面傾
斜検出装置とを組み合わせて被検面の位置及び傾斜を検
出する様子を示す図である。
【図１５】は、表面位置検出装置と表面傾斜検出装置と
を組み合わせた装置の構成を示す図である。
【主要部分の符号の説明】
１・・・・被検面 13・・・・投射スリット板 14・・・・投射対物レンズ 21・・・・集光対物レンズ 22・・・・振動鏡 23・・・・受光スリット板 24,42 ・・・・光電変換素子 25・・・・検出部 200 ・・・・検出手段 28・・・・入力手段 29・・・・選択手段 41,51 ・・・・ＥＣ部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−262323（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−190410（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−198130（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 102 G03F 9/00 H01L 21/027

Claims (28)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】被検面の表面位置を検出するための表面位
    置検出装置において、 前記被検面を光で照明する照射光学系と；前記被検面か
    らの光を受ける検出光学系と；前記被検面上の所定の領
    域内の構造に応じて、前記被検面での複数の異なる部分
    を検出点として選択する選択手段と；該選択手段によっ
    て選択された複数の検出点に対応する光を前記検出光学
    系を介して光電変換し、該光電変換された情報に基づい
    て、前記被検面内での複数の検出点に関する位置を検出
    する検出手段と；を含むことを特徴とする表面位置検出
    装置。
  2. 【請求項２】前記被検面上の所定の領域内の前記構造
    は、互いに異なる高さを持つ部分、互いに異なる反射率
    を持つ部分、及び互いに異なるパターン密度を持つ部分
    のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項
    １に記載の表面位置検出装置。
  3. 【請求項３】前記検出手段は、前記選択手段にて選択さ
    れた複数の検出点に対応する光を前記検出光学系を介し
    て一度に光電変換することを特徴とする請求項１又は請
    求項２に記載の表面位置検出装置。
  4. 【請求項４】被検面の表面位置を検出する方法におい
    て、 前記被検面を光で照明する工程と；前記被検面からの光
    を受ける工程と；前記被検面上の所定の領域内の構造に
    応じて、前記被検面での複数の異なる部分を検出点とし
    て選択する工程と；該選択工程によって選択された複数
    の検出点に対応する光を光電変換し、該光電変換された
    情報に基づいて、前記被検面内での複数の検出点に関す
    る位置を検出する工程と；を含むことを特徴とする表面
    位置検出方法。
  5. 【請求項５】前記選択する工程は、前記被検面上の所定
    の領域内の前記構造に応じて、前記選択された各位置に
    重み付けをする工程を含むことを特徴とする請求項４に
    記載の表面位置検出方法。
  6. 【請求項６】前記被検面上の所定の領域内の前記構造
    は、互いに異なる高さを持つ部分、互いに異なる反射率
    を持つ部分、及び互いに異なるパターン密度を持つ部分
    のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項
    ４又は請求項５に記載の表面位置検出方法。
  7. 【請求項７】前記被検面内での複数の検出点に関する位
    置を検出する工程は、前記選択工程にて選択された複数
    の検出点に対応する光を検出光学系を介して一度に光電
    変換することを特徴とする請求項４乃至請求項６に記載
    の表面位置検出方法。
  8. 【請求項８】ウエハ上の露光領域に対して露光を行う露
    光装置において、 前記ウエハ上の露光領域を光で照明する照射光学系と；
    前記ウエハ上の露光領域からの光を受ける検出光学系
    と；前記ウエハ上の露光領域内の構造に応じて、前記ウ
    エハ上での複数の異なる部分を検出点として選択する選
    択手段と；前記選択手段によって選択された複数の検出
    点に対応する光を前記検出光学系を介して光電変換し、
    該光電変換された情報に基づいて前記複数の検出点に関
    する位置を検出する検出手段と；を含むことを特徴とす
    る露光装置。
  9. 【請求項９】前記ウエハ上の露光領域内の前記構造は、
    互いに異なる高さを持つ部分、互いに異なる反射率を持
    つ部分、及び互いに異なるパターン密度を持つ部分のう
    ちの少なくとも１つであ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１０】前記検出手段は、前記選択手段にて選択
    された複数の検出点に対応する光を前記検出光学系を介
    して一度に光電変換することを特徴とする請求項８又は
    請求項９に記載の露光装置。
  11. 【請求項１１】請求項８乃至請求項１０に記載の露光装
    置を用いて半導体を製造する方法において、 前記ウエハ上の露光領域に所定のパターンを転写する工
    程を含むことを特徴とする半導体製造方法。
  12. 【請求項１２】ウエハ上の露光領域での位置を検出する
    位置検出工程と、前記ウエハ上の露光領域に所定のパタ
    ーンを転写する転写工程とを含む露光方法において、 前記位置検出工程は、前記ウエハを光で照明する工程
    と；前記ウエハから反射される光を受光する工程と；前
    記ウエハ上の露光領域内の構造に応じて、前記ウエハ上
    での複数の異なる部分を検出点として選択する工程と；
    前記選択工程によって選択された複数の検出点に対応す
    る光を光電変換し、該光電変換された情報に基づいて前
    記複数の検出点に関する位置を検出する工程と；を含む
    ことを特徴とする露光方法。
  13. 【請求項１３】前記選択する工程は、前記ウエハ上の所
    定の領域内の前記構造に応じて、前記選択された各位置
    に重み付けをする工程を含むことを特徴とする請求項１
    ２に記載の露光方法。
  14. 【請求項１４】前記ウエハ上の露光領域内の前記構造
    は、互いに異なる高さを持つ部分、互いに異なる反射率
    を持つ部分、及び互いに異なるパターン密度を持つ部分
    のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項
    １２又は請求項１３に記載の露光方法。
  15. 【請求項１５】前記複数の検出点に関する位置を検出す
    る工程は、前記選択工程にて選択された複数の検出点に
    対応する光を検出光学系を介して一度に光電変換するこ
    とを特徴とする請求項１２乃至請求項１４に記載の露光
    方法。
  16. 【請求項１６】露光領域が形成される被検面の表面位置
    を検出するための表面位置検出装置において、 前記被検面を光で照明する照射光学系と；前記被検面か
    らの光を受ける検出光学系と；前記被検面上に形成され
    る露光領域の変更又は該露光領域の大きさの違いに応じ
    て、前記被検面上での複数の異なる部分を検出点として
    選択する選択手段と；該選択手段によって選択された複
    数の検出点に対応する光を前記検出光学系を介して光電
    変換し、該光電変換された情報に基づいて、前記被検面
    内での複数の検出点に関する位置を検出する検出手段
    と；を含むことを特徴とする表面位置検出装置。
  17. 【請求項１７】前記検出手段は、前記選択手段にて選択
    された複数の検出点に対応する光を前記検出光学系を介
    して一度に光電変換することを特徴とする請求項１６に
    記載の表面位置検出装置。
  18. 【請求項１８】露光領域が形成される被検面の表面位置
    を検出する方法において、 前記被検面を光で照明する工程と；前記被検面からの光
    を受ける工程と；前記被検面上に形成される露光領域の
    変更又は該露光領域の大きさの違いに応じて、前記被検
    面上での複数の異なる部分を検出点として選択する工程
    と；該選択工程によって選択された複数の検出点に対応
    する光を光電変換し、該光電変換された情報に基づい
    て、前記被検面内での複数の検出点に関する位置を検出
    する工程と；を含むことを特徴とする表面位置検出方
    法。
  19. 【請求項１９】前記被検面内での複数の検出点に関する
    位置を検出する工程は、前記選択工程にて選択された複
    数の検出点に対応する光を検出光学系を介して一度に光
    電変換することを特徴とする請求項１８に記載の表面位
    置検出方法。
  20. 【請求項２０】ウエハ上の露光領域に対して露光を行う
    露光装置において、 前記ウエハ上の露光領域を光で照明する照射光学系と；
    前記ウエハ上の露光領域からの光を受ける検出光学系
    と；前記ウエハ上の露光領域の変更又は前記ウエハ上の
    露光領域の大きさの違いに応じて、前記ウエハ上での複
    数の異なる部分を検出点として選択する選択手段と；前
    記選択手段によって選択された複数の検出点に対応する
    光を前記検出光学系を介して光電変換し、該光電変換さ
    れた情報に基づいて前記複数の検出点に関する位置を検
    出する検出手段と；を含むことを特徴とする露光装置。
  21. 【請求項２１】前記検出手段は、前記選択手段にて選択
    された複数の検出点に対応する光を前記検出光学系を介
    して一度に光電変換することを特徴とする請求項２０に
    記載の露光装置。
  22. 【請求項２２】請求項２０又は請求項２１に記載の露光
    装置を用いて半導体を製造する方法において、 前記ウエハ上の露光領域に所定のパターンを転写する工
    程を含むことを特徴とする半導体製造方法。
  23. 【請求項２３】ウエハ上の露光領域での位置を検出する
    位置検出工程と、前記ウエハ上の露光領域に所定のパタ
    ーンを転写する転写工程とを含む露光方法において、 前記位置検出工程は、前記ウエハを光で照明する工程
    と；前記ウエハから反射される光を受光する工程と；前
    記ウエハ上の露光領域の変更又は前記ウエハ上の露光領
    域の大きさの違いに応じて、前記ウエハ上での複数の異
    なる部分を検出点として選択する工程と；前記選択手段
    によって選択された複数の検出点に対応する光を光電変
    換し、該光電変換された情報に基づいて前記複数の検出
    点に関する位置を検出する工程と；を含むことを特徴と
    する露光方法。
  24. 【請求項２４】前記複数の検出点に関する位置を検出す
    る工程は、前記選択工程にて選択された複数の検出点に
    対応する光を検出光学系を介して一度に光電変換するこ
    とを特徴とする請求項２３に記載の露光方法。
  25. 【請求項２５】被検面に対して斜め方向から所定形状の
    パターンを投射する照射光学系と、該被検面で反射され
    た光束を受光して前記所定パターンの像を再結像する集
    光光学系と、該集光光学系により再結像された前記所定
    パターンの像が形成される位置近傍に設けられて、所定
    形状の開口部を有する受光用遮光手段と、前記集光光学
    系により再結像されるパターン像と前記受光用遮光手段
    とを相対的に振動させるための走査手段と、該走査手段
    によって前記受光用遮光手段の開口部を通過した光を受
    け、前記被検面の位置の応じた光変調を検出する検出手
    段とを有する表面位置検出装置において、 前記照射光学系により前記被検面上に投射される投射パ
    ターンは、前記被検面に対する光束の入射面に垂直で、
    所定の長さを有する直線状パターンで形成され、前記検
    出手段は、前記直線状パターンで投射された前記被検面
    上の直線領域を複数の部分領域に分割して、該部分領域
    での被検面位置を独立に検出するために、直線状に配列
    された複数の検出部分を有することを特徴とする表面位
    置検出装置。
  26. 【請求項２６】所定形状の開口部を有する投射用遮光手
    段を有し、該投射用遮光手段により形成される所定形状
    のパターンを被検面に対して斜め方向から投射する照射
    光学系と、該被検面で反射された光束を集光して前記所
    定パターンの像を再結像する集光光学系と、該集光光学
    系により再結像された前記所定のパターンの像が形成さ
    れる位置近傍に設けられて、所定形状の開口部を有する
    受光用遮光手段と、前記集光光学系により再結像される
    パターン像を前記受光用遮光手段とを相対的に振動させ
    るための走査手段と、該走査手段によって前記受光用遮
    光手段の開口部を通過した光を受け、前記被検面の位置
    に応じた光変調を検出する検出手段とを有する表面位置
    検出装置において、 前記照射光学系により前記被検面上に投射される投射パ
    ターンは、前記被検面に対する光束の入射面に垂直で、
    所定の長さを有する直線状パターンで形成され、該直線
    状パターンが投射された前記被検面上の直線領域を複数
    の部分領域に分割して、該部分領域での被検面位置を独
    立に検出するために、前記投射用遮光手段の開口部また
    は前記受光用遮光手段の開口部を通過する光束の一部を
    その開口部での位置毎に選択的に通過させる光束部分選
    択手段が配置されていることを特徴とする表面位置検出
    装置。
  27. 【請求項２７】前記被検面の面情報を入力するための入
    力手段と、該入力手段からの前記被検面の面情報に基づ
    いて検出すべき前記直線状パターンの投射領域の部分領
    域の位置を選択し、該選択された部分領域の位置情報を
    前記検出手段へ送る検出位置選択手段とを有することを
    特徴とする請求項２５記載の表面位置検出装置。
  28. 【請求項２８】前記被検面の面情報を入力するための入
    力手段と、該入力手段からの前記被検面の面情報に基づ
    いて検出すべき前記直線状パターンの投射領域の部分領
    域の位置を選択し、該選択された部分領域の位置情報を
    前記検出手段へ送る検出位置選択手段とを有することを
    特徴とする請求項２６記載の表面位置検出装置。
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