JPH04215015A - 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

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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−
４２２０５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】上記の目的を達成するた
めに、第１発明は、例えば図１に示す如く、該被検面に
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、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。

【００１１】また、本発明の目的を達成するために、第
２発明は、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、前記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、該部分領域を独立に検出するために、前記投射
用遮光手段または前記受光用遮光手段の開口部を通過す
る光束の１部をその開口部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２
２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
（２４ａ１，２４ａ２，２４ａ３・・・・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２４ａ１，２４ａ２，２４
ａ３・・・・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Δｙ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，ＳＬａ２，Ｓ
Ｌａ３・・・・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Ｓ
Ｌａ１，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２４ａ１，２４ａ２，２
４ａ３・・・・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Ｓ
Ｌ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，ＳＬａ３・・・・ＳＬ
ａｎ　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）ＳＤ１，ＳＤ　２，Ｓ
Ｄ３・・・・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）Ｚ０
　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・・・・・・Ｓ
Ｌａ　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）〜（Ｄ
６）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２
５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（４１ａ１，４１ａ
２，４１ａ３・・・・・・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４１ａ１，４１ａ２，４１ａ
３・・・・・・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，ＳＬａ
３・・・・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Ｓ
Ｌａ１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Ｓ
Ｌａ１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，ＳＬ
ａ２，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（４１ａ
１，４１ａ２，４１ａ３・・・・・・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（
４１ａ１，４１ａ２，４１ａ３・・・・・・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，
５１ａ２，５１ａ３・・・・・・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，Ｓ
Ｌａ２，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１３，２３　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６
２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７
２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ＳＬ
１　、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’、２
０Ｍ’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１０Ｍ’、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２２、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・・・・ＳＤｎ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

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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、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。
2. 【請求項２】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１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。
3. 【請求項３】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１記載の表面位置検出装置。
4. 【請求項４】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
   記光束部分選択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２記載の表面位置検出装置。