JP3303329B2 - 焦点置検出装置、露光装置及び方法 - Google Patents
焦点置検出装置、露光装置及び方法Info
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- JP3303329B2 JP3303329B2 JP06734592A JP6734592A JP3303329B2 JP 3303329 B2 JP3303329 B2 JP 3303329B2 JP 06734592 A JP06734592 A JP 06734592A JP 6734592 A JP6734592 A JP 6734592A JP 3303329 B2 JP3303329 B2 JP 3303329B2
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- 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
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- 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
- G03F9/7023—Aligning or positioning in direction perpendicular to substrate surface
- G03F9/7026—Focusing
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は焦点位置検出装置に関
し、特に半導体製造装置に使用される焦点位置検出装置
に関するものである。
し、特に半導体製造装置に使用される焦点位置検出装置
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体検出装置における焦点位置
検出装置としては、本願と同一出願人が提案した特開昭
58−113706号公報等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。
検出装置としては、本願と同一出願人が提案した特開昭
58−113706号公報等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。
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】ところで、近年においてはLSI(Large
Scale Integration)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
の開口数NA(Numerical Apature) は大きく構成されて
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。
Scale Integration)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
の開口数NA(Numerical Apature) は大きく構成されて
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。
【0005】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チップの焼付けを行
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。
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チップの焼付けを行
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。
【0006】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。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であった。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。
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。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であった。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。
【0007】また、感光基板上のショット領域内の複数
点(例えば5点)の夫々に、投影光学系を介することな
くピンホール像を斜入射方式で投射し、その反射像を2
次元位置検出素子(CCD)で一括に受光する方式の多
点斜入射光式焦点検出系も、特開平2−102518号
公報等で知られている。しかしながら、各点の検出結果
はそれぞれ独立した情報として扱われていた。
点(例えば5点)の夫々に、投影光学系を介することな
くピンホール像を斜入射方式で投射し、その反射像を2
次元位置検出素子(CCD)で一括に受光する方式の多
点斜入射光式焦点検出系も、特開平2−102518号
公報等で知られている。しかしながら、各点の検出結果
はそれぞれ独立した情報として扱われていた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の技
術においては、高さを検出しようとする被検査面に段差
がある場合、センサにより検出される場所の高さと焦点
を合わせようとする面の高さが一致しないことがあり、
実際の焦点合わせにおいては、事前に検出結果と合焦位
置のずれを求め、そのずれを見込んで面の高さを合わせ
る必要がある。このずれは検出点を複数化して段差の上
下で高さ位置を検出し、夫々の検出結果を平均化するこ
とも可能である。しかしながら、一部のセンサが高さ位
置を検出できない場合もあり、検出結果に誤差を生じて
しまうという問題点があった。
術においては、高さを検出しようとする被検査面に段差
がある場合、センサにより検出される場所の高さと焦点
を合わせようとする面の高さが一致しないことがあり、
実際の焦点合わせにおいては、事前に検出結果と合焦位
置のずれを求め、そのずれを見込んで面の高さを合わせ
る必要がある。このずれは検出点を複数化して段差の上
下で高さ位置を検出し、夫々の検出結果を平均化するこ
とも可能である。しかしながら、一部のセンサが高さ位
置を検出できない場合もあり、検出結果に誤差を生じて
しまうという問題点があった。
【0009】また、露光領域内の面全体に光を照射し
て、平均化効果を上げて、合焦点を求める方式がある。
本方式の場合、照射面の平均段差しか求めることができ
ず、複数の段差を持つ被検査面の特定段差部分に合焦さ
せたくても、出来ないという問題点があった。さらに、
被検査面内の複数点の高さを検出することにより面の傾
きを検出することができるが、被検査面に段差がある場
合には、検出位置とその点での高さ位置から単純に傾き
を求めると誤差が大きいという問題点があった。
て、平均化効果を上げて、合焦点を求める方式がある。
本方式の場合、照射面の平均段差しか求めることができ
ず、複数の段差を持つ被検査面の特定段差部分に合焦さ
せたくても、出来ないという問題点があった。さらに、
被検査面内の複数点の高さを検出することにより面の傾
きを検出することができるが、被検査面に段差がある場
合には、検出位置とその点での高さ位置から単純に傾き
を求めると誤差が大きいという問題点があった。
【0010】そこで本発明は、被検査面の高さと傾きを
正確に安定して検出する焦点位置検出装置、露光装置及
び方法を提供することを目的とする。また、任意の高さ
位置を合焦点とすることが可能な焦点位置検出装置を得
ることを目的とする。
正確に安定して検出する焦点位置検出装置、露光装置及
び方法を提供することを目的とする。また、任意の高さ
位置を合焦点とすることが可能な焦点位置検出装置を得
ることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記問題点の解決の為に
本発明では、被検査面に対して斜め方向から該被検査面
上で所定形状を持つパターン光を投射する投射光学系
(2、3、4、5、6)と被検査面で反射されたパター
ン光の像を結像する結像光学系(9)と被検査面と光学
的にほぼ共役な位置に設けられ、所定形状の開口部を有
する受光側遮光手段(14)と結像光学系により結像さ
れるパターン像と前記開口部とを相対的に移動させる移
動手段(10、11)と遮光手段を通過した前記パター
ン光を受光し、開口部と前記パターン光像との位置関係
に応じた信号を出力する受光手段(15)とを有し、受
光手段からの信号に基づいて被検査面の高さ位置を検出
する焦点位置検出装置において、パターン像を複数の部
分に分割し、パターン像の少なくとも2つの部分を選択
的に検出する選択手段(13)と;選択手段により選択
された前記パターン像の夫々について、被検査面の高さ
位置に対応する第1検出信号を出力する第1高さ位置検
出手段(30C)と;第1検出信号の夫々に重み係数を
掛ける加重手段(30G)と;加重後の信号の和を重み
係数の和で平均化して被検査面の高さに対応する第2検
出信号を出力する第2高さ位置検出手段(30G)とを
備えた。また、投影光学系を介して基板を露光する露光
装置であって、投影光学系の投影視野に対する所定の複
数箇所に予め設定された計測点を有し、該複数の計測点
において基板の投影光学系の光軸方向における位置情報
を検出する検出手段(1〜17)と、基板と投影光学系
の結像面とを相対的に移動させる駆動手段(18〜2
0)と、基板の表面形状に基づいて複数の計測点を複数
のグループに分類するとともに各グループにおける位置
情報を演算処理し、各グループ毎の演算処理結果に応じ
て駆動手段を制御する制御手段(30)と、を備えた。
また、投影光学系を介して基板を露光する露光方法であ
って、投影光学系の投影視野に対する所定の複数箇所に
予め設定された計測点において基板の投影光学系の光軸
方向における位置情報を同時に検出し、基板の表面形状
に基づいて複数の計測点を複数のグループに分類すると
ともに、各グループにおける位置情報を演算処理し、各
グループの演算処理結果に応じて基板と投影光学系の結
像面とを相対的に移動させることとした。さらに、投影
光学系を介して基板を露光する露光装置であって、投影
光学系の投影視野に対する所定の複数箇所に予め設定さ
れた計測点を有し、該複数の計測点において基板の投影
光学系の光軸方向における位置情報を検出する検出手段
(1〜17)と、基板と投影光学系の結像面とを相対的
に移動させる駆動手段と(18〜20)、複数の計測点
のうち任意の計測点をグルーピング可能なグルーピング
手段(31)と、グルーピング手段によってグルーピン
グされた複数のグループは複数の計測点を有するグルー
プを含み、複数のグループ毎に各グループにおける位置
情報を演算処理し、各グループの演算処理結果を用いて
駆動手段を制御する制御手段(30)とを備えた。
本発明では、被検査面に対して斜め方向から該被検査面
上で所定形状を持つパターン光を投射する投射光学系
(2、3、4、5、6)と被検査面で反射されたパター
ン光の像を結像する結像光学系(9)と被検査面と光学
的にほぼ共役な位置に設けられ、所定形状の開口部を有
する受光側遮光手段(14)と結像光学系により結像さ
れるパターン像と前記開口部とを相対的に移動させる移
動手段(10、11)と遮光手段を通過した前記パター
ン光を受光し、開口部と前記パターン光像との位置関係
に応じた信号を出力する受光手段(15)とを有し、受
光手段からの信号に基づいて被検査面の高さ位置を検出
する焦点位置検出装置において、パターン像を複数の部
分に分割し、パターン像の少なくとも2つの部分を選択
的に検出する選択手段(13)と;選択手段により選択
された前記パターン像の夫々について、被検査面の高さ
位置に対応する第1検出信号を出力する第1高さ位置検
出手段(30C)と;第1検出信号の夫々に重み係数を
掛ける加重手段(30G)と;加重後の信号の和を重み
係数の和で平均化して被検査面の高さに対応する第2検
出信号を出力する第2高さ位置検出手段(30G)とを
備えた。また、投影光学系を介して基板を露光する露光
装置であって、投影光学系の投影視野に対する所定の複
数箇所に予め設定された計測点を有し、該複数の計測点
において基板の投影光学系の光軸方向における位置情報
を検出する検出手段(1〜17)と、基板と投影光学系
の結像面とを相対的に移動させる駆動手段(18〜2
0)と、基板の表面形状に基づいて複数の計測点を複数
のグループに分類するとともに各グループにおける位置
情報を演算処理し、各グループ毎の演算処理結果に応じ
て駆動手段を制御する制御手段(30)と、を備えた。
また、投影光学系を介して基板を露光する露光方法であ
って、投影光学系の投影視野に対する所定の複数箇所に
予め設定された計測点において基板の投影光学系の光軸
方向における位置情報を同時に検出し、基板の表面形状
に基づいて複数の計測点を複数のグループに分類すると
ともに、各グループにおける位置情報を演算処理し、各
グループの演算処理結果に応じて基板と投影光学系の結
像面とを相対的に移動させることとした。さらに、投影
光学系を介して基板を露光する露光装置であって、投影
光学系の投影視野に対する所定の複数箇所に予め設定さ
れた計測点を有し、該複数の計測点において基板の投影
光学系の光軸方向における位置情報を検出する検出手段
(1〜17)と、基板と投影光学系の結像面とを相対的
に移動させる駆動手段と(18〜20)、複数の計測点
のうち任意の計測点をグルーピング可能なグルーピング
手段(31)と、グルーピング手段によってグルーピン
グされた複数のグループは複数の計測点を有するグルー
プを含み、複数のグループ毎に各グループにおける位置
情報を演算処理し、各グループの演算処理結果を用いて
駆動手段を制御する制御手段(30)とを備えた。
【0012】
【作用】本発明では、段差のある被検査面でも複数の異
なる点の高さ位置を検出し夫々の点における検出値に所
定の重みを掛けることにより、全体の平均的高さについ
て正確に求めることが可能となる。また、重み係数を調
整することにより、被検査面内での任意の位置を目標焦
点位置(合焦点)とすることができる。
なる点の高さ位置を検出し夫々の点における検出値に所
定の重みを掛けることにより、全体の平均的高さについ
て正確に求めることが可能となる。また、重み係数を調
整することにより、被検査面内での任意の位置を目標焦
点位置(合焦点)とすることができる。
【0013】また、検出点をほぼ同じ段差(高さ)構造
を持つ被検査面に基づいてグループ分けし重みを掛ける
ことにより高さ検出精度が向上する。グループ分けする
ことで何らかの原因により一部の計測点で検出が不可能
となった場合でも焦点位置検出が対応可能となる。例え
ば、グループ内の他のセンサでの検出が可能であれば、
そのグループに対応する被検査面の高さ検出が可能なの
で、全体の平均的高さを求める場合の精度の低下が少な
くなる。また、グループ内ごとの検出結果に重み係数を
かけることにより、被検査面内での任意の位置を焦点位
置とすることができる。
を持つ被検査面に基づいてグループ分けし重みを掛ける
ことにより高さ検出精度が向上する。グループ分けする
ことで何らかの原因により一部の計測点で検出が不可能
となった場合でも焦点位置検出が対応可能となる。例え
ば、グループ内の他のセンサでの検出が可能であれば、
そのグループに対応する被検査面の高さ検出が可能なの
で、全体の平均的高さを求める場合の精度の低下が少な
くなる。また、グループ内ごとの検出結果に重み係数を
かけることにより、被検査面内での任意の位置を焦点位
置とすることができる。
【0014】さらに、傾きを検出する際にも、ほぼ同じ
高さの段差ごとにグルーピングした検出点内部で傾きを
求めているので検出位置に依存する度合いが少なく、検
出結果に対する補正の必要性も小さくなる。
高さの段差ごとにグルーピングした検出点内部で傾きを
求めているので検出位置に依存する度合いが少なく、検
出結果に対する補正の必要性も小さくなる。
【0015】
【実施例】図1は本発明の一実施例による斜入射光式の
AF系を備えた投影露光装置を部分的に示す図であり、
図1を参照して以下本発明の一実施例を説明する。図1
に示すAF系は多点AF系を採用している。多点AFと
は投影レンズPLの投影視野内の複数ケ所に、ウェハW
の光軸方向の位置ずれ(いわゆる焦点ずれ)を計測する
測定点を設けたものである。
AF系を備えた投影露光装置を部分的に示す図であり、
図1を参照して以下本発明の一実施例を説明する。図1
に示すAF系は多点AF系を採用している。多点AFと
は投影レンズPLの投影視野内の複数ケ所に、ウェハW
の光軸方向の位置ずれ(いわゆる焦点ずれ)を計測する
測定点を設けたものである。
【0016】図1において、ウェハW上に塗布されたレ
ジストに対して非感光性の照明光ILはスリット板1を
照明する。そしてスリット板1のスリットを通った光
は、レンズ系2、ミラー3、絞り4、投光用対物レンズ
5、及びミラー6を介してウェハWを斜めに照射する。
このとき、ウェハWの表面が最良結像面Foにあると、
スリット板1のスリットの像がレンズ系2、対物レンズ
5によってウェハWの表面に結像される。また対物レン
ズ5の光軸とウェハ表面との角度は5〜12度位に設定
され、スリット板1のスリット像の中心は、投影レンズ
PLの光軸AXがウェハWと交差する点に位置する。
ジストに対して非感光性の照明光ILはスリット板1を
照明する。そしてスリット板1のスリットを通った光
は、レンズ系2、ミラー3、絞り4、投光用対物レンズ
5、及びミラー6を介してウェハWを斜めに照射する。
このとき、ウェハWの表面が最良結像面Foにあると、
スリット板1のスリットの像がレンズ系2、対物レンズ
5によってウェハWの表面に結像される。また対物レン
ズ5の光軸とウェハ表面との角度は5〜12度位に設定
され、スリット板1のスリット像の中心は、投影レンズ
PLの光軸AXがウェハWと交差する点に位置する。
【0017】さてウェハWで反射したスリット像光束
は、ミラー7、受光用対物レンズ8、レンズ系9、振動
ミラー10、及び平行平面板(プレーンパラレル)12
を介して受光用スリット板14上に再結像される。振動
ミラー10は受光用スリット板14にできるスリット像
を、その長手方向と直交する方向に微小振動させるもの
であり、プレーンパラレル12はスリット板14上のス
リットと、ウェハWからの反射スリット像の振動中心と
の相対関係を、スリット長手方向と直交する方向にシフ
トさせるものである。そして振動ミラー10は、発振器
(OSC.)16からの駆動信号でドライブされるミラ
ー駆動部(M−DRV)11により振動される。
は、ミラー7、受光用対物レンズ8、レンズ系9、振動
ミラー10、及び平行平面板(プレーンパラレル)12
を介して受光用スリット板14上に再結像される。振動
ミラー10は受光用スリット板14にできるスリット像
を、その長手方向と直交する方向に微小振動させるもの
であり、プレーンパラレル12はスリット板14上のス
リットと、ウェハWからの反射スリット像の振動中心と
の相対関係を、スリット長手方向と直交する方向にシフ
トさせるものである。そして振動ミラー10は、発振器
(OSC.)16からの駆動信号でドライブされるミラ
ー駆動部(M−DRV)11により振動される。
【0018】こうして、スリット像が受光用スリット板
14上で振動すると、スリット板14のスリットを透過
した光束はアレイセンサー15で受光される。このアレ
イセンサー15はスリット板14のスリットの長手方向
を複数の微小領域に分割し、各微小領域毎に個別の光電
セルを配列したものであり、ここではシリコンフォトダ
イオード、又はフォトトランジスタのアレイセンサーを
使うものとする。そしてアレイセンサー15の各受光セ
ルからの信号はセレクター回路13を介してセレクト、
又はグループ化されて、同期検波回路(PSD)17に
入力する。このPSD17にはOSC.16からの駆動
信号と同じ位相の交流信号が入力し、この交流信号の位
相を基準として同期整流が行なわれる。
14上で振動すると、スリット板14のスリットを透過
した光束はアレイセンサー15で受光される。このアレ
イセンサー15はスリット板14のスリットの長手方向
を複数の微小領域に分割し、各微小領域毎に個別の光電
セルを配列したものであり、ここではシリコンフォトダ
イオード、又はフォトトランジスタのアレイセンサーを
使うものとする。そしてアレイセンサー15の各受光セ
ルからの信号はセレクター回路13を介してセレクト、
又はグループ化されて、同期検波回路(PSD)17に
入力する。このPSD17にはOSC.16からの駆動
信号と同じ位相の交流信号が入力し、この交流信号の位
相を基準として同期整流が行なわれる。
【0019】このときPSD17は、アレイセンサー1
5の中から選ばれた複数の受光セルの各出力信号を個別
に同期検波するために、複数の検波回路を備え、その各
検波出力信号FSは主制御ユニット(MCU)30に出
力される。検波出力信号FSは、いわゆるSカーブ信号
と呼ばれ、受光用スリット板14のスリット中心とウェ
ハWからの反射スリット像の振動中心とが一致したとき
に零レベルとなり、ウェハWがその状態から上方に変位
しているときは正のレベル、ウェハWが下方に変位して
いるときは負のレベルになる。したがって出力信号FS
が零レベルになるウェハWの高さ位置が合焦点として検
出される。
5の中から選ばれた複数の受光セルの各出力信号を個別
に同期検波するために、複数の検波回路を備え、その各
検波出力信号FSは主制御ユニット(MCU)30に出
力される。検波出力信号FSは、いわゆるSカーブ信号
と呼ばれ、受光用スリット板14のスリット中心とウェ
ハWからの反射スリット像の振動中心とが一致したとき
に零レベルとなり、ウェハWがその状態から上方に変位
しているときは正のレベル、ウェハWが下方に変位して
いるときは負のレベルになる。したがって出力信号FS
が零レベルになるウェハWの高さ位置が合焦点として検
出される。
【0020】ただし、このような斜入射光方式では合焦
点(出力信号FSが零レベル)となったウェハWの高さ
位置が、いつでも最良結像面Foと必ず一致していると
いう保証はない。すなわち斜入射光方式では、その系自
体で決まる仮想的な基準面を有し、その基準面にウェハ
表面が一致したときにPSD出力信号FSが零レベルに
なるのであって、基準面と最良結像面Foとは装置製造
時等に極力一致するように設定されてはいるが、長期間
に渡って一致しているという保証はない。そこで図1中
のプレーンパラレル12を傾けることによって仮想的な
基準面を光軸AX方向に変位させることで、基準面と最
良結像面Foとの一致(又は位置関係の規定)をはかる
ことができる。
点(出力信号FSが零レベル)となったウェハWの高さ
位置が、いつでも最良結像面Foと必ず一致していると
いう保証はない。すなわち斜入射光方式では、その系自
体で決まる仮想的な基準面を有し、その基準面にウェハ
表面が一致したときにPSD出力信号FSが零レベルに
なるのであって、基準面と最良結像面Foとは装置製造
時等に極力一致するように設定されてはいるが、長期間
に渡って一致しているという保証はない。そこで図1中
のプレーンパラレル12を傾けることによって仮想的な
基準面を光軸AX方向に変位させることで、基準面と最
良結像面Foとの一致(又は位置関係の規定)をはかる
ことができる。
【0021】また図1においてMCU30は光電センサ
ー45からの出力信号KSを入力して、斜入射光式の多
点AF系をキャリブレーションする機能、プレーンパラ
レル12の傾きを設定する機能、多点AF系の各出力信
号FSに基づいて、Zステージ20の駆動用モータ19
をドライブする回路(Z−DRV)18へ指令信号DS
を出力する機能、及びXYステージ21を駆動する駆動
部(モータとその制御回路とを含む)22へ指令を出力
する機能等を備えている。また、図1において、Zステ
ージ20上にはレベリングステージ23が設けられてお
り、MCU30は多点AF系の各出力信号FSに基づい
て、レベリングステージ23を駆動するレベリングステ
ージ駆動部24(モータとその制御回路とを含む)への
指令を出力する機能も備えている。また、Zステージ2
0上には最良結像面Foを求めるためのフィディーシャ
ルマークFMが設けられている。マークFMの表面には
スリット状の開口部が複数個設けられており、マークF
Mはファイバー41を介して露光光とほぼ同一の波長の
光で下から(Zステージ側から)照明される。このマー
クFMの表面はウェハWの表面とほぼ一致するように設
けられている。マークFMのスリット状開口を透過した
光は投影レンズPLを介してレチクル(不図示)で反射
し、開口部の下に設けられた光電センサ45に開口部を
介して入射する。最良結像面の計測に際しては、Zステ
ージ20を上下し、この受光器で受光する光のコントラ
ストが最高となる位置(Z方向の高さ位置)が最良結像
面位置Foとなる。
ー45からの出力信号KSを入力して、斜入射光式の多
点AF系をキャリブレーションする機能、プレーンパラ
レル12の傾きを設定する機能、多点AF系の各出力信
号FSに基づいて、Zステージ20の駆動用モータ19
をドライブする回路(Z−DRV)18へ指令信号DS
を出力する機能、及びXYステージ21を駆動する駆動
部(モータとその制御回路とを含む)22へ指令を出力
する機能等を備えている。また、図1において、Zステ
ージ20上にはレベリングステージ23が設けられてお
り、MCU30は多点AF系の各出力信号FSに基づい
て、レベリングステージ23を駆動するレベリングステ
ージ駆動部24(モータとその制御回路とを含む)への
指令を出力する機能も備えている。また、Zステージ2
0上には最良結像面Foを求めるためのフィディーシャ
ルマークFMが設けられている。マークFMの表面には
スリット状の開口部が複数個設けられており、マークF
Mはファイバー41を介して露光光とほぼ同一の波長の
光で下から(Zステージ側から)照明される。このマー
クFMの表面はウェハWの表面とほぼ一致するように設
けられている。マークFMのスリット状開口を透過した
光は投影レンズPLを介してレチクル(不図示)で反射
し、開口部の下に設けられた光電センサ45に開口部を
介して入射する。最良結像面の計測に際しては、Zステ
ージ20を上下し、この受光器で受光する光のコントラ
ストが最高となる位置(Z方向の高さ位置)が最良結像
面位置Foとなる。
【0022】さて、図2(A)は投影レンズPLの投影
視野Ifと、AF系の投光スリット像STとの位置関係
をウェハ面上でみた図である。投影視野Ifは一般に円
形であり、レチクルRのパターン領域PAはその円内に
包含される矩形をしている。スリット像STはXYステ
ージ21の移動座標軸X、Yの夫々に対して45°程度
だけ傾けてウェハ上に形成される。従って投光用対物レ
ンズ5と受光用対物レンズ8の両光軸AFxはウェハ面
ではスリット像STと直交した方向に延びている。さら
にスリット像STの中心は光軸AXとほぼ一致するよう
に定められる。このような構成で、スリット像STはパ
ターン領域PAの投影領域内で出来るだけ長く延びるよ
うに設定される。一般にパターン領域PAが投影される
ウェハ表面上には、それと重ね合わせされるショット領
域がすでに形成されている。スタック型のメモリーIC
等では高集積化対応のため、ウェハ表面に大きな段差形
状を有しており、さらにショット領域内には、デバイス
製造のプロセスをへるたびに凹凸部分の変化が増大し、
スリット像STの長手方向においても、大きな凹凸変化
が存在し得る。
視野Ifと、AF系の投光スリット像STとの位置関係
をウェハ面上でみた図である。投影視野Ifは一般に円
形であり、レチクルRのパターン領域PAはその円内に
包含される矩形をしている。スリット像STはXYステ
ージ21の移動座標軸X、Yの夫々に対して45°程度
だけ傾けてウェハ上に形成される。従って投光用対物レ
ンズ5と受光用対物レンズ8の両光軸AFxはウェハ面
ではスリット像STと直交した方向に延びている。さら
にスリット像STの中心は光軸AXとほぼ一致するよう
に定められる。このような構成で、スリット像STはパ
ターン領域PAの投影領域内で出来るだけ長く延びるよ
うに設定される。一般にパターン領域PAが投影される
ウェハ表面上には、それと重ね合わせされるショット領
域がすでに形成されている。スタック型のメモリーIC
等では高集積化対応のため、ウェハ表面に大きな段差形
状を有しており、さらにショット領域内には、デバイス
製造のプロセスをへるたびに凹凸部分の変化が増大し、
スリット像STの長手方向においても、大きな凹凸変化
が存在し得る。
【0023】また図2(B)に示すように、1つのショ
ット領域内に複数のチップ(PA1、PA2)を配置す
る場合、各チップを分離するためのスクライブラインが
ショット領域内にX方向、又はY方向に延びて形成され
ることになり、スクライブライン上の点とチップ上の点
とでは極端な場合、2μm以上の段差が生じることもあ
る。スリット像ST内のどの部分にスクライブラインが
位置するかは、設計上のショット配置やショット内チッ
プサイズ等によって予めわかる。このため、どの領域に
計測点を設定すればよいかが自ずとわかる。計測点に対
応して、スリット像STの長手方向のいずれかの部分か
らの反射光をアレイセンサー15上で選択すればよい。
本実施例では45°方向に傾いた1本のスリット像ST
で検出を行うものとする。ここでは、スリット像ST内
の被検査面のうち、測定点を5つとして夫々をMPa、
MPb、MPc、MPd、MPeとする。例えば、ショ
ット領域内に2個のチップを配置する場合(2個取りの
場合)、図に示すようにY軸に関して対称構造となって
おり、ここではスリット像のうち、計測点MPcがスク
ライブラインを計測し、残りのMPa、MPb、MP
d、MPeがパターン領域を計測することとなる。そし
て計測点MPa、MPeはそれぞれパターン領域PAの
周辺領域を検出するものであり、計測点MPb、MPd
は計測点MPcと計測点MPa、MPeとの間の領域を
検出するものである。スリット像ST内での計測点(検
査領域)の選択は、スリット像ST領域全てを単純に5
分割するようにしてもよいし、被検査面状態に応じて、
スリット像ST領域内の所望の部分を計測点として選択
してもよい。例えば、図2(B)に示すように、選択す
る計測面積は5点とも等しくし、各計測点の間隔は計測
点MPaとMPbの間隔(計測点MPdとMPeの間
隔)をaとし、計測点MPbとMPcの間隔(計測点M
PdとMPcの間隔)をbとしたとき、段差形状に基づ
いて任意に定められる。
ット領域内に複数のチップ(PA1、PA2)を配置す
る場合、各チップを分離するためのスクライブラインが
ショット領域内にX方向、又はY方向に延びて形成され
ることになり、スクライブライン上の点とチップ上の点
とでは極端な場合、2μm以上の段差が生じることもあ
る。スリット像ST内のどの部分にスクライブラインが
位置するかは、設計上のショット配置やショット内チッ
プサイズ等によって予めわかる。このため、どの領域に
計測点を設定すればよいかが自ずとわかる。計測点に対
応して、スリット像STの長手方向のいずれかの部分か
らの反射光をアレイセンサー15上で選択すればよい。
本実施例では45°方向に傾いた1本のスリット像ST
で検出を行うものとする。ここでは、スリット像ST内
の被検査面のうち、測定点を5つとして夫々をMPa、
MPb、MPc、MPd、MPeとする。例えば、ショ
ット領域内に2個のチップを配置する場合(2個取りの
場合)、図に示すようにY軸に関して対称構造となって
おり、ここではスリット像のうち、計測点MPcがスク
ライブラインを計測し、残りのMPa、MPb、MP
d、MPeがパターン領域を計測することとなる。そし
て計測点MPa、MPeはそれぞれパターン領域PAの
周辺領域を検出するものであり、計測点MPb、MPd
は計測点MPcと計測点MPa、MPeとの間の領域を
検出するものである。スリット像ST内での計測点(検
査領域)の選択は、スリット像ST領域全てを単純に5
分割するようにしてもよいし、被検査面状態に応じて、
スリット像ST領域内の所望の部分を計測点として選択
してもよい。例えば、図2(B)に示すように、選択す
る計測面積は5点とも等しくし、各計測点の間隔は計測
点MPaとMPbの間隔(計測点MPdとMPeの間
隔)をaとし、計測点MPbとMPcの間隔(計測点M
PdとMPcの間隔)をbとしたとき、段差形状に基づ
いて任意に定められる。
【0024】また、各計測点でのオフセットの傾向を考
慮した一連のキャリブレーションが必要となる。原則的
には各計測点MPa〜MPeで求めたオフセット量ΔF
Sa〜ΔFSeは、その計測点での較正値になるのであ
って、例えば計測点MPaでウェハWの表面を検出する
ときは、その検波出力信号FSaがΔFSaになるよう
にZステージ20を駆動すれば、計測点MPaにおいて
ウェハ表面とベストフォーカス面Foとを一致させるこ
とができる。ところが実際のフォーカス合わせは、かな
らずしも1点のみで行なわれるとは限らず、面と面を考
慮して決めなければならないこともある。またこのこと
に加えて、投影レンズPLの焦点深度も考えておく必要
がある。以上の点を考慮して、プレーンパラレル12を
駆動して、各オフセットの平均化較正(キャリブレーシ
ョン)を行う。また、像面湾曲等により像面に傾きがあ
る場合は、レベリングステージを傾けておくことによ
り、傾斜に対してのキャリブレーションも終了する。
慮した一連のキャリブレーションが必要となる。原則的
には各計測点MPa〜MPeで求めたオフセット量ΔF
Sa〜ΔFSeは、その計測点での較正値になるのであ
って、例えば計測点MPaでウェハWの表面を検出する
ときは、その検波出力信号FSaがΔFSaになるよう
にZステージ20を駆動すれば、計測点MPaにおいて
ウェハ表面とベストフォーカス面Foとを一致させるこ
とができる。ところが実際のフォーカス合わせは、かな
らずしも1点のみで行なわれるとは限らず、面と面を考
慮して決めなければならないこともある。またこのこと
に加えて、投影レンズPLの焦点深度も考えておく必要
がある。以上の点を考慮して、プレーンパラレル12を
駆動して、各オフセットの平均化較正(キャリブレーシ
ョン)を行う。また、像面湾曲等により像面に傾きがあ
る場合は、レベリングステージを傾けておくことによ
り、傾斜に対してのキャリブレーションも終了する。
【0025】さて、図3はアレイセンサー15、セレク
ター13、PSD17及びMCU30の具体的な処理回
路の一例を示し、ここではアレイセンサー15内の受光
セルを5つのセンサ領域Ga、Gb、Gc、Gd、Ge
に分け、各センサ領域内で受光セルの選択、統合を行な
うものとする。センサ領域は検査点MPa、MPb、M
Pc、MPd、MPeに対応するものである。仮に検査
点を3つとし、センサ領域をGa、Ge、Gcとしたと
きは、センサ領域Gcはスリット像STの中央部を検出
し、センサ領域Ga、Geはそれぞれスリット像STの
両端側を検出する。また、センサの領域化は計測点情報
に基づいて各セレクターの接続先を指定することによ
り、選択される。この計測点情報は入力手段31により
入力される。
ター13、PSD17及びMCU30の具体的な処理回
路の一例を示し、ここではアレイセンサー15内の受光
セルを5つのセンサ領域Ga、Gb、Gc、Gd、Ge
に分け、各センサ領域内で受光セルの選択、統合を行な
うものとする。センサ領域は検査点MPa、MPb、M
Pc、MPd、MPeに対応するものである。仮に検査
点を3つとし、センサ領域をGa、Ge、Gcとしたと
きは、センサ領域Gcはスリット像STの中央部を検出
し、センサ領域Ga、Geはそれぞれスリット像STの
両端側を検出する。また、センサの領域化は計測点情報
に基づいて各セレクターの接続先を指定することによ
り、選択される。この計測点情報は入力手段31により
入力される。
【0026】まず、センサ領域Ga内にはアレイセンサ
ー15内の複数個の受光セルが含まれているので、セレ
クター13Aによってその受光セルのうち少なくとも1
つを選択してその出力信号をPSD17Aへ出力する。
尚、セレクター13Aは、センサ領域Ga内の受光セル
のうち任意の1つを選んでその出力信号をPSD17A
へ送る機能の他に、センサ領域Ga内の隣接する複数の
受光セルを任意に選び、それらの出力信号を加算した信
号をPSD17Aへ送る機能も備えている。また、セン
サ領域Gb、Gc、Gd、Ge中の各受光セルからの出
力信号も、同様にしてセレクター13B、13C、13
D、13Eで処理され、選択された信号がPSD17
B、17C、17D、17Eへ送られる。PSD17
A、17B、17C、17D、17EはそれぞれOS
C.16からの基本波交流信号を入力して検波出力FS
a、FSb、FSc、FSd、FSeを出力する。これ
らの検波出力FSa、FSb、FSc、FSd、FSe
はMCU30内のアナログ−デジタル変換器(ADC)
30Aでそれぞれデジタルに変換され、補正演算部30
Bへ送られる。補正演算部30Bは5つの検波出力の
値、すなわち5点でのフォーカスずれ量に基づいて、各
検出点でのZステージ20のZ方向の目標とすべき位置
に対応した値を算出して、その値を、偏差検出回路30
Cに出力する。検出回路30CはADC30Aからの検
波出力値と演算部30Bからの値からの目標値との差
(計測面とベストフォーカス面Foとの偏差)Zを計測
値としてCPU30Gに出力する。このとき、補正演算
部30Bは、記憶部30Dに予め記憶されている各検波
出力FSa、FSb、FSc、FSd、FSeの夫々に
対するオフセット値を導入して各種の演算を行なう。こ
のオフセット値は、較正値決定部30Eによって計測、
算出されるものであり、決定部30Eは5つの検波出力
FSa、FSb、FSc、FSd、FSeと光電センサ
ー45の出力信号KSとを入力して、多点AF系自体の
基準面とベストフォーカス面Foとの偏差を、検波出力
上の零レベルからの偏差電圧として求める。偏差検出回
路30Cからの計測値は平均化処理部30Gからのタイ
ミング信号に基づいてメモリ30F内に記憶される。ま
た、メモリ30F内には平均化処理における重み係数が
記憶されているものとする。
ー15内の複数個の受光セルが含まれているので、セレ
クター13Aによってその受光セルのうち少なくとも1
つを選択してその出力信号をPSD17Aへ出力する。
尚、セレクター13Aは、センサ領域Ga内の受光セル
のうち任意の1つを選んでその出力信号をPSD17A
へ送る機能の他に、センサ領域Ga内の隣接する複数の
受光セルを任意に選び、それらの出力信号を加算した信
号をPSD17Aへ送る機能も備えている。また、セン
サ領域Gb、Gc、Gd、Ge中の各受光セルからの出
力信号も、同様にしてセレクター13B、13C、13
D、13Eで処理され、選択された信号がPSD17
B、17C、17D、17Eへ送られる。PSD17
A、17B、17C、17D、17EはそれぞれOS
C.16からの基本波交流信号を入力して検波出力FS
a、FSb、FSc、FSd、FSeを出力する。これ
らの検波出力FSa、FSb、FSc、FSd、FSe
はMCU30内のアナログ−デジタル変換器(ADC)
30Aでそれぞれデジタルに変換され、補正演算部30
Bへ送られる。補正演算部30Bは5つの検波出力の
値、すなわち5点でのフォーカスずれ量に基づいて、各
検出点でのZステージ20のZ方向の目標とすべき位置
に対応した値を算出して、その値を、偏差検出回路30
Cに出力する。検出回路30CはADC30Aからの検
波出力値と演算部30Bからの値からの目標値との差
(計測面とベストフォーカス面Foとの偏差)Zを計測
値としてCPU30Gに出力する。このとき、補正演算
部30Bは、記憶部30Dに予め記憶されている各検波
出力FSa、FSb、FSc、FSd、FSeの夫々に
対するオフセット値を導入して各種の演算を行なう。こ
のオフセット値は、較正値決定部30Eによって計測、
算出されるものであり、決定部30Eは5つの検波出力
FSa、FSb、FSc、FSd、FSeと光電センサ
ー45の出力信号KSとを入力して、多点AF系自体の
基準面とベストフォーカス面Foとの偏差を、検波出力
上の零レベルからの偏差電圧として求める。偏差検出回
路30Cからの計測値は平均化処理部30Gからのタイ
ミング信号に基づいてメモリ30F内に記憶される。ま
た、メモリ30F内には平均化処理における重み係数が
記憶されているものとする。
【0027】さて、平均化処理部30Gは計測値Zと重
み係数とに基づいて平均化処理、及び重み係数の総和で
平均化する加重平均処理を行う。その結果5つの測定点
を加重平均した目標焦点面(焦点合わせすべき面)BZ
を求める。ここでは、目標焦点面BZは平均化処理、加
重平均化処理後の調整量Zaとして求められるものでも
ある。平均化処理部30Gには、指令信号DSをZ−D
RV18に出力し、Zステージを移動して目標焦点面B
Zをベストフォーカス位置Foと一致させる(調整量Z
aを零、又は所定値とする)サーボ系が組まれている。
尚、加重平均化処理における重み係数は入力手段31に
より入力される。
み係数とに基づいて平均化処理、及び重み係数の総和で
平均化する加重平均処理を行う。その結果5つの測定点
を加重平均した目標焦点面(焦点合わせすべき面)BZ
を求める。ここでは、目標焦点面BZは平均化処理、加
重平均化処理後の調整量Zaとして求められるものでも
ある。平均化処理部30Gには、指令信号DSをZ−D
RV18に出力し、Zステージを移動して目標焦点面B
Zをベストフォーカス位置Foと一致させる(調整量Z
aを零、又は所定値とする)サーボ系が組まれている。
尚、加重平均化処理における重み係数は入力手段31に
より入力される。
【0028】次に、本発明の一実施例による目標焦点位
置BZを求める方法について説明する。ショット領域内
の特定の計測点からの焦点検出信号(検波信号)に基づ
いて、ベストフォーカス面を目標平面(目標焦点位置B
Z)に合致させるものである。図4は、ウエハW上の1
つのショット領域の表面の断面構造の一例を示し、矢印
は多点AF系の5つの計測点MPa〜MPeを表す。こ
こでは、5点各点での調整量をZ1、Z2、Z3、Z
4、Z5,重み係数をW1、W2、W3、W4、W5と
する。尚、重み係数W1〜W5は段差形状により定めら
れる任意の値であり、ここでは0〜任意の整数であるも
のとする。
置BZを求める方法について説明する。ショット領域内
の特定の計測点からの焦点検出信号(検波信号)に基づ
いて、ベストフォーカス面を目標平面(目標焦点位置B
Z)に合致させるものである。図4は、ウエハW上の1
つのショット領域の表面の断面構造の一例を示し、矢印
は多点AF系の5つの計測点MPa〜MPeを表す。こ
こでは、5点各点での調整量をZ1、Z2、Z3、Z
4、Z5,重み係数をW1、W2、W3、W4、W5と
する。尚、重み係数W1〜W5は段差形状により定めら
れる任意の値であり、ここでは0〜任意の整数であるも
のとする。
【0029】まず、目標焦点位置BZを求める第1の方
法について説明する。図4(A)において、領域AS1a
は凸となっている領域で、領域AS1b、AS 2b、AS3b
は凹となっている領域である。各測定点からの検出値の
夫々に所定の重みを掛け、その後、加重平均化して目標
焦点位置BZを求めるものとする。これを式で表すと例
えば次式のようになり、目標焦点位置に対応した調整量
Zaとして求めることができる。
法について説明する。図4(A)において、領域AS1a
は凸となっている領域で、領域AS1b、AS 2b、AS3b
は凹となっている領域である。各測定点からの検出値の
夫々に所定の重みを掛け、その後、加重平均化して目標
焦点位置BZを求めるものとする。これを式で表すと例
えば次式のようになり、目標焦点位置に対応した調整量
Zaとして求めることができる。
【0030】
【数1】 Za=(Z1×W1+Z2×W2+Z3×W3+Z4×W4+Z5×W5)/N ただし、N=W1+W2+W3+W4+W5とする。重
みを付ける係数を可変とすることにより、任意の高さ位
置に重みをつけて目標焦点位置BZを求めることができ
る。重み係数が高いほど、重みを掛けた高さ位置が目標
焦点位置に近くなる。重みをつける計測点位置の選択の
方法は、5点のうち、どれか一点について重みをつける
ようにしてもよいし、全点を均等に重みをつけるように
してもよい。また、5点のうち何点かの重み係数を零と
して、他の計測点のみで焦点位置を検出するようにして
もよい。また、各段の高さを個別に求められることで、
段毎の面積比や焦点合わせの重要度に応じた重み付け
(重みをかける位置、重み量の選択)が可能である。ま
た、図4(A)の点線で示すような段と段との中間の任
意の位置を目標焦点面BZとして、この仮想的な面に焦
点を合わせることもできる。このように、任意に重み係
数を設定することで任意の高さ位置にベストフォーカス
面を一致させることができる。
みを付ける係数を可変とすることにより、任意の高さ位
置に重みをつけて目標焦点位置BZを求めることができ
る。重み係数が高いほど、重みを掛けた高さ位置が目標
焦点位置に近くなる。重みをつける計測点位置の選択の
方法は、5点のうち、どれか一点について重みをつける
ようにしてもよいし、全点を均等に重みをつけるように
してもよい。また、5点のうち何点かの重み係数を零と
して、他の計測点のみで焦点位置を検出するようにして
もよい。また、各段の高さを個別に求められることで、
段毎の面積比や焦点合わせの重要度に応じた重み付け
(重みをかける位置、重み量の選択)が可能である。ま
た、図4(A)の点線で示すような段と段との中間の任
意の位置を目標焦点面BZとして、この仮想的な面に焦
点を合わせることもできる。このように、任意に重み係
数を設定することで任意の高さ位置にベストフォーカス
面を一致させることができる。
【0031】以上の重み係数の掛け方は、設計上のデー
タでほとんどきまるものであり、既知の段差形状(スク
ライブラインの位置、凸部パターンの位置)等に合わせ
て設定される。尚、被検査面には通常レジストが塗布さ
れているため、小さな段差形状についてはその影響は小
さいが、例えば、スクライブラインとパターン面との段
差は大きいためレジストが塗布されていたとしても段差
の影響が大きく、これを考慮した重み付けが有効となっ
てくる。プロセスによる影響を加味する場合は、調整量
Zaにプロセスオフセットを加えるようにすればよい。
タでほとんどきまるものであり、既知の段差形状(スク
ライブラインの位置、凸部パターンの位置)等に合わせ
て設定される。尚、被検査面には通常レジストが塗布さ
れているため、小さな段差形状についてはその影響は小
さいが、例えば、スクライブラインとパターン面との段
差は大きいためレジストが塗布されていたとしても段差
の影響が大きく、これを考慮した重み付けが有効となっ
てくる。プロセスによる影響を加味する場合は、調整量
Zaにプロセスオフセットを加えるようにすればよい。
【0032】次に、目標焦点位置BZを求める第2の方
法について説明する。目標焦点位置を求める第2の方法
は、5点の検出点を複数のグループに分けて、グループ
内で平均化処理した後重みを掛け、その後平均化処理し
た結果を重みの総和で割ることにより全体の加重平均化
処理を行うものである。例えば図4(B)に示すような
段差部を有する被検査面の場合について3つのグループ
分けを行う場合について説明する。図4(B)で領域A
S1 と領域AS3 は凸部となっている領域で、領域AS
2 は凹部となっている領域である。さらに、領域AS1a
と領域AS3a、及び領域AS1bと領域AS3bはほぼ同じ
高さ位置となる領域であり、ここではほぼ同じ高さ位置
を有する領域(例えば領域AS1aとAS3a)を1つのグ
ループとする。領域AS1aと領域AS3aを検出するのは
計測点MPbとMPdであり、これらの測定点からの計
測値Z2 、Z3 を第1グループとする。領域AS1bと領
域AS3bを検出するのは計測点MPaとMPeであり、
これらの測定点からの計測値Z4 、Z5 を第2グループ
とする。そして領域AS2 を検出する計測点MPcから
の計測値Z1 を第3グループとする。そしてグループ内
で平均化した後、各グループの値ごとに重みをつけ、さ
らにその和を重みの総和で割る(平均化する)。すなわ
ちグループ内で平均化したあと加重平均化処理するもの
である。このグループ内平均化、加重平均化処理の両方
により平均化効果を高めている。
法について説明する。目標焦点位置を求める第2の方法
は、5点の検出点を複数のグループに分けて、グループ
内で平均化処理した後重みを掛け、その後平均化処理し
た結果を重みの総和で割ることにより全体の加重平均化
処理を行うものである。例えば図4(B)に示すような
段差部を有する被検査面の場合について3つのグループ
分けを行う場合について説明する。図4(B)で領域A
S1 と領域AS3 は凸部となっている領域で、領域AS
2 は凹部となっている領域である。さらに、領域AS1a
と領域AS3a、及び領域AS1bと領域AS3bはほぼ同じ
高さ位置となる領域であり、ここではほぼ同じ高さ位置
を有する領域(例えば領域AS1aとAS3a)を1つのグ
ループとする。領域AS1aと領域AS3aを検出するのは
計測点MPbとMPdであり、これらの測定点からの計
測値Z2 、Z3 を第1グループとする。領域AS1bと領
域AS3bを検出するのは計測点MPaとMPeであり、
これらの測定点からの計測値Z4 、Z5 を第2グループ
とする。そして領域AS2 を検出する計測点MPcから
の計測値Z1 を第3グループとする。そしてグループ内
で平均化した後、各グループの値ごとに重みをつけ、さ
らにその和を重みの総和で割る(平均化する)。すなわ
ちグループ内で平均化したあと加重平均化処理するもの
である。このグループ内平均化、加重平均化処理の両方
により平均化効果を高めている。
【0033】例えば、3つのグループに分け平均化、加
重平均化処理を行う場合を式で表すと例えば次式のよう
になる。
重平均化処理を行う場合を式で表すと例えば次式のよう
になる。
【0034】
【数2】 Za=〔Z1×W1 +(Z2+Z3)/2×W2 +(Z4+Z5)/2×W4〕/N ただし、W2=W3、W4=W5、N=W1+W2+W
4 ここで、この結果に前述の同様にプロセスオフセットを
加えるようにしてもよい。
4 ここで、この結果に前述の同様にプロセスオフセットを
加えるようにしてもよい。
【0035】図4(B)に示すように測定点MPdのよ
うに段差の端部を測定する場合、検出信号がばらつく可
能性がある。又ウェハ周辺のショットを計測する場合、
測定点がウェハからはみ出してしまい信号が得られない
場合が生じてしまう。そこで、第1グループ内のMPa
とMPeのどちらか、又は第2グループ内の計測点MP
bと計測点MPdのどちらか一方からの信号がエラーの
場合(計測点から信号がえられなかったり、検出信号が
許容値を越えている場合)、その信号を使わないで平均
化処理すればよい。
うに段差の端部を測定する場合、検出信号がばらつく可
能性がある。又ウェハ周辺のショットを計測する場合、
測定点がウェハからはみ出してしまい信号が得られない
場合が生じてしまう。そこで、第1グループ内のMPa
とMPeのどちらか、又は第2グループ内の計測点MP
bと計測点MPdのどちらか一方からの信号がエラーの
場合(計測点から信号がえられなかったり、検出信号が
許容値を越えている場合)、その信号を使わないで平均
化処理すればよい。
【0036】また、図4(B)に示すような、対称的な
段差構造を持つウエハWの最適焦点位置を求める場合、
第1の方法と比較して第2の方法はグループ分けの効果
により平均化精度を上げることができる。また、グルー
プ分けは、段差形状が既知であれば、同一高さの段に限
るものではなく、高さの近接した複数の段についてまと
めてグルーピングしてもよい。さらに、任意の計測点を
グルーピングしてもよく、図4(A)で領域AS1a、領
域AS1bとを検出する計測点をグルーピングしてもよ
い。以上のように、重み係数とグルーピングによる処理
を用いて精度よく任意の高さ位置に目標位置を設定する
ことができる。
段差構造を持つウエハWの最適焦点位置を求める場合、
第1の方法と比較して第2の方法はグループ分けの効果
により平均化精度を上げることができる。また、グルー
プ分けは、段差形状が既知であれば、同一高さの段に限
るものではなく、高さの近接した複数の段についてまと
めてグルーピングしてもよい。さらに、任意の計測点を
グルーピングしてもよく、図4(A)で領域AS1a、領
域AS1bとを検出する計測点をグルーピングしてもよ
い。以上のように、重み係数とグルーピングによる処理
を用いて精度よく任意の高さ位置に目標位置を設定する
ことができる。
【0037】尚、第1の方法でエラーとなった計測点を
除いて(例えばそのグループの重みを零として)平均化
処理をしてもよく、第2の方法でグループ内の全ての計
測点からの信号がエラーとなった場合、そのグループを
除いて加重平均化処理をしてもよい。次に図1に示す焦
点検出系AFにおいて目標焦点位置BZとベストフォー
カス位置を一致させる検出動作の一例について図5を参
照して説明する。
除いて(例えばそのグループの重みを零として)平均化
処理をしてもよく、第2の方法でグループ内の全ての計
測点からの信号がエラーとなった場合、そのグループを
除いて加重平均化処理をしてもよい。次に図1に示す焦
点検出系AFにおいて目標焦点位置BZとベストフォー
カス位置を一致させる検出動作の一例について図5を参
照して説明する。
【0038】まず、ステップ100で入力手段31によ
り各計測点情報(センサ領域)、グループ分けに関する
情報、グループ分けを実行するかどうかの指定、及び重
み係数が入力される。次にステップ101で位相検出回
路30Cは各計測点での計測値Z1 〜Z5 を求め、各計
測値はメモリ30Fに記憶される。そしてステップ10
2でグループ分けを行うかどうかが判断される。ステッ
プ100でグループ分けを実行が指定されている場合は
ステップ104へ進む。ステップ104ではセンサのグ
ループ分け、グループ内での信号の平均化処理が行われ
る。その後ステップ103に進む。ステップ100でグ
ループ分けの実行が指定されていない場合は、ステップ
102からステップ103へ進む。ステップ103にお
いて平均化処理部30Gは各計測量Z1 〜Z5 と重み係
数とから調整値Za(目標焦点位置)を前述の第1、又
は第2の方法により求める。ステップ104でMCU3
0は制御信号DSをZ−DRV18に出力し、Zステー
ジ20を移動する。このとき調整値Zaの符号にもとづ
いてZステージの移動方向を決定することができる。こ
こでは前述の如く調整値Zaは目標焦点位置BZのベス
トフォーカス位置Foからの偏差量となる演算値であ
る。従って、Zステージ20の移動に伴って、調整量Z
aが逐次演算される。ステップ105で目標焦点位置B
Zがベストフォーカス位置Foに一致しているかどうか
が検査される(調整値Zaが零かどうかが検査され
る)。目標焦点位置BZがベストフォーカス位置Foに
一致している場合は、検出動作は終了する。一致してい
ない場合は、一致するまでステップ105とステップ1
06の動作を繰り返す(サーボ制御する)。
り各計測点情報(センサ領域)、グループ分けに関する
情報、グループ分けを実行するかどうかの指定、及び重
み係数が入力される。次にステップ101で位相検出回
路30Cは各計測点での計測値Z1 〜Z5 を求め、各計
測値はメモリ30Fに記憶される。そしてステップ10
2でグループ分けを行うかどうかが判断される。ステッ
プ100でグループ分けを実行が指定されている場合は
ステップ104へ進む。ステップ104ではセンサのグ
ループ分け、グループ内での信号の平均化処理が行われ
る。その後ステップ103に進む。ステップ100でグ
ループ分けの実行が指定されていない場合は、ステップ
102からステップ103へ進む。ステップ103にお
いて平均化処理部30Gは各計測量Z1 〜Z5 と重み係
数とから調整値Za(目標焦点位置)を前述の第1、又
は第2の方法により求める。ステップ104でMCU3
0は制御信号DSをZ−DRV18に出力し、Zステー
ジ20を移動する。このとき調整値Zaの符号にもとづ
いてZステージの移動方向を決定することができる。こ
こでは前述の如く調整値Zaは目標焦点位置BZのベス
トフォーカス位置Foからの偏差量となる演算値であ
る。従って、Zステージ20の移動に伴って、調整量Z
aが逐次演算される。ステップ105で目標焦点位置B
Zがベストフォーカス位置Foに一致しているかどうか
が検査される(調整値Zaが零かどうかが検査され
る)。目標焦点位置BZがベストフォーカス位置Foに
一致している場合は、検出動作は終了する。一致してい
ない場合は、一致するまでステップ105とステップ1
06の動作を繰り返す(サーボ制御する)。
【0039】次に検出動作の変形例を図6を参照して説
明する。ステップ200で入力手段31により所定の情
報(各計測点、グループ分けに関する情報、グループ分
けを実行するかどうかの指定、重み係数)が入力される
のは図5の場合と同様である。次にステップ201で所
定の計測点(例えば重み係数の一番大きな計測点、投影
視野のほぼ中心を計測する計測点)での被計測面をベス
トフォーカス面Foに一致させるようにZステージ20
を移動する。これは例えば、計測値Z1 〜Z5のうち所
定計測点での計測値をZM として、この計測値ZM が零
となるようにZステージを移動することによって行われ
る。そして、ステップ202で位相検出回路30Cは各
計測点での計測値Z1 〜Z5 を求め、各計測値はメモリ
30Fに記憶される。そしてステップ203でグループ
分けを行うかどうかが判断される。ステップ200でグ
ループ分けを実行が指定されている場合はステップ20
5へ進む。ステップ205ではセンサのグループ分け、
グループ内での信号の平均化処理が行われる。その後ス
テップ204に進む。ステップ200でグループ分けの
実行が指定されていない場合は、ステップ203からス
テップ204へ進む。そしてステップ204で平均化処
理部30Gは各計測量Z1 〜Z5 と重み係数とから前述
の第1、又は第2の方法によって調整値Zaを求め、調
整量Zaをメモリ30Fに記憶する。次にステップ20
6でMCU30は制御信号DSをZ−DRV18に出力
し、Zステージ20を移動する。ステップ207で所定
検査点での計測値ZM (例えば計測値ZM =Z1 とす
る)が調整量Zaと一致するようにサーボ制御する。こ
のとき、調整量Zaが許容値を越えている場合には、プ
レーンパラレル12を回転したり、電気的にオフセット
を乗せて調整量Zaが零又は所定値となるようにしても
よい。
明する。ステップ200で入力手段31により所定の情
報(各計測点、グループ分けに関する情報、グループ分
けを実行するかどうかの指定、重み係数)が入力される
のは図5の場合と同様である。次にステップ201で所
定の計測点(例えば重み係数の一番大きな計測点、投影
視野のほぼ中心を計測する計測点)での被計測面をベス
トフォーカス面Foに一致させるようにZステージ20
を移動する。これは例えば、計測値Z1 〜Z5のうち所
定計測点での計測値をZM として、この計測値ZM が零
となるようにZステージを移動することによって行われ
る。そして、ステップ202で位相検出回路30Cは各
計測点での計測値Z1 〜Z5 を求め、各計測値はメモリ
30Fに記憶される。そしてステップ203でグループ
分けを行うかどうかが判断される。ステップ200でグ
ループ分けを実行が指定されている場合はステップ20
5へ進む。ステップ205ではセンサのグループ分け、
グループ内での信号の平均化処理が行われる。その後ス
テップ204に進む。ステップ200でグループ分けの
実行が指定されていない場合は、ステップ203からス
テップ204へ進む。そしてステップ204で平均化処
理部30Gは各計測量Z1 〜Z5 と重み係数とから前述
の第1、又は第2の方法によって調整値Zaを求め、調
整量Zaをメモリ30Fに記憶する。次にステップ20
6でMCU30は制御信号DSをZ−DRV18に出力
し、Zステージ20を移動する。ステップ207で所定
検査点での計測値ZM (例えば計測値ZM =Z1 とす
る)が調整量Zaと一致するようにサーボ制御する。こ
のとき、調整量Zaが許容値を越えている場合には、プ
レーンパラレル12を回転したり、電気的にオフセット
を乗せて調整量Zaが零又は所定値となるようにしても
よい。
【0040】次に、本発明の第2の実施例について説明
する。本実施例は被検査面の傾きに関するものである。
段差のある面に対してレベリングを行う場合、複数の計
測点からの信号が等しくなるように単純にレベリングス
テージ23を移動すると正常なレベリングができないと
いう問題点が生じる。例えば、図7(A)に示すように
段差形状を有する被検査面(傾きがない状態)の凸部で
の計測点をMPaとし、凹部での計測点をMPbとして
計測量を求める。そして計測点MPaと計測点MPbと
で被検査面の高さを同一とするようにレベリングステー
ジ23を移動する。すると図7(B)に示すように大き
く傾いてしまい正常なレベリングができない。ここで、
当然ながら計測点MPaとMPbがより近く、段差がよ
り大きい程、面の傾きが大きくなる。
する。本実施例は被検査面の傾きに関するものである。
段差のある面に対してレベリングを行う場合、複数の計
測点からの信号が等しくなるように単純にレベリングス
テージ23を移動すると正常なレベリングができないと
いう問題点が生じる。例えば、図7(A)に示すように
段差形状を有する被検査面(傾きがない状態)の凸部で
の計測点をMPaとし、凹部での計測点をMPbとして
計測量を求める。そして計測点MPaと計測点MPbと
で被検査面の高さを同一とするようにレベリングステー
ジ23を移動する。すると図7(B)に示すように大き
く傾いてしまい正常なレベリングができない。ここで、
当然ながら計測点MPaとMPbがより近く、段差がよ
り大きい程、面の傾きが大きくなる。
【0041】そこで、多点センサの計測点が各段ごとに
グルーピングされている場合(ほぼ高さの等しい段差ご
とにグルーピングされている場合)、そのグループ内で
は図7に示すような段差による問題はない。このため単
にそのグループ内で高低差がないようにレベリングステ
ージを駆動すればよいので処理が非常に簡単になる。図
8を参照して被検査面の傾きを補正する動作の一例を説
明する。
グルーピングされている場合(ほぼ高さの等しい段差ご
とにグルーピングされている場合)、そのグループ内で
は図7に示すような段差による問題はない。このため単
にそのグループ内で高低差がないようにレベリングステ
ージを駆動すればよいので処理が非常に簡単になる。図
8を参照して被検査面の傾きを補正する動作の一例を説
明する。
【0042】ステップ300で入力手段31により所定
の情報が入力され、各計測点(受光アレイ)、及びほぼ
同じ高さ位置を検出する計測点毎のグループ分けが決定
される。次にステップ301で各計測点での計測値を求
める。ステップ302で各グループごとにZ方向の(m
ax−min)を求める。次にステップ302で各グル
ープごとの(max−min)の和を求める。そしてス
テップ303で求められた和を小さくするように各計測
点からの測定値にオフセットを加える。ステップ305
でレベリングステージ23を移動する。ステップ306
で計測値がオフセット値と等しくなるようにサーボ制御
する。
の情報が入力され、各計測点(受光アレイ)、及びほぼ
同じ高さ位置を検出する計測点毎のグループ分けが決定
される。次にステップ301で各計測点での計測値を求
める。ステップ302で各グループごとにZ方向の(m
ax−min)を求める。次にステップ302で各グル
ープごとの(max−min)の和を求める。そしてス
テップ303で求められた和を小さくするように各計測
点からの測定値にオフセットを加える。ステップ305
でレベリングステージ23を移動する。ステップ306
で計測値がオフセット値と等しくなるようにサーボ制御
する。
【0043】以上の処理においては、各検出点の位置
(例えば検出点間隔等)を考慮する必要はほとんどな
く、被検査面の段差形状による図7のような問題はなく
なる。また、高さ位置のほぼ等しいあるグループに着目
して、グループ内での計測値の差、計測点の間隔から傾
きを求めてももちろん構わない。また、各計測値から最
小二乗法を用いて仮想的な検査面を求め、傾きを求める
ようにしてもよい。
(例えば検出点間隔等)を考慮する必要はほとんどな
く、被検査面の段差形状による図7のような問題はなく
なる。また、高さ位置のほぼ等しいあるグループに着目
して、グループ内での計測値の差、計測点の間隔から傾
きを求めてももちろん構わない。また、各計測値から最
小二乗法を用いて仮想的な検査面を求め、傾きを求める
ようにしてもよい。
【0044】レベリングステージの制御の方法は、レベ
リングセンサを設け補正量をレベリングセンサにオフセ
ットとして加え、レベリングセンサの値が零、若しくは
所定値になるようにレベリングステージをサーボ制御す
るようにしてもよい。次に本発明の第3の実施例につい
て説明する。前述の実施例では、スリット像STは1本
であるとして説明したが、本実施例では3本のスリット
像ST1、ST2、ST3を用いるものとする。各スリ
ット像についての構造、検出動作については第1、第2
の実施例と同様である。しかしながら、各スリットにお
いて段差構造が異なるため、重みの掛け方やオフセット
量が夫々のスリットで異なる。また、各スリット相互間
で、平均化処理を行うことをより、計測精度がより向上
する。また、ショット領域内のチップ数がさらに複数
(4個等)となった場合にも対応可能となる。さらに、
傾きを求める場合、各スリット間の少なくとも3点を用
いることにより、面の傾き計測精度が向上する。尚、1
本のスリットで複数位置を計測し、焦点位置や傾きを求
めることも考えられるが、本実施例のように複数のスリ
ットを用いることで、計測時間を短縮することができ
る。
リングセンサを設け補正量をレベリングセンサにオフセ
ットとして加え、レベリングセンサの値が零、若しくは
所定値になるようにレベリングステージをサーボ制御す
るようにしてもよい。次に本発明の第3の実施例につい
て説明する。前述の実施例では、スリット像STは1本
であるとして説明したが、本実施例では3本のスリット
像ST1、ST2、ST3を用いるものとする。各スリ
ット像についての構造、検出動作については第1、第2
の実施例と同様である。しかしながら、各スリットにお
いて段差構造が異なるため、重みの掛け方やオフセット
量が夫々のスリットで異なる。また、各スリット相互間
で、平均化処理を行うことをより、計測精度がより向上
する。また、ショット領域内のチップ数がさらに複数
(4個等)となった場合にも対応可能となる。さらに、
傾きを求める場合、各スリット間の少なくとも3点を用
いることにより、面の傾き計測精度が向上する。尚、1
本のスリットで複数位置を計測し、焦点位置や傾きを求
めることも考えられるが、本実施例のように複数のスリ
ットを用いることで、計測時間を短縮することができ
る。
【0045】また、本発明は前述の光学式の焦点検出系
に限定されるものでなく、複数の計測点を有するエアマ
イクロ式の焦点検出系であってもよい。
に限定されるものでなく、複数の計測点を有するエアマ
イクロ式の焦点検出系であってもよい。
【0046】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、被検査面
に段差がある場合でも任意の場所について任意の重みを
掛けることができるので、より正確な高さ位置が検出で
きる。また、重み係数の値を調整することにより任意の
高さ位置とベストフォーカス面とを一致させることがで
きる。さらに、ほぼ同じ高さを有する被検査面をグルー
プ分けし、グループ内で平均化したあと重み係数を掛
け、その後さらにを重み係数の和で平均化処理を行うの
で平均化効果を高めることができる。
に段差がある場合でも任意の場所について任意の重みを
掛けることができるので、より正確な高さ位置が検出で
きる。また、重み係数の値を調整することにより任意の
高さ位置とベストフォーカス面とを一致させることがで
きる。さらに、ほぼ同じ高さを有する被検査面をグルー
プ分けし、グループ内で平均化したあと重み係数を掛
け、その後さらにを重み係数の和で平均化処理を行うの
で平均化効果を高めることができる。
【0047】また、各段の高さを個別に求められるの
で、被検査面の傾きが検出可能となる。さらに、基板上
に段差がある場合でも、基板の高さ位置情報を正確に安
定して検出することが可能となる。
で、被検査面の傾きが検出可能となる。さらに、基板上
に段差がある場合でも、基板の高さ位置情報を正確に安
定して検出することが可能となる。
【図1】本発明の一実施例による焦点検出系の構成を投
影露光装置の概略とともに示す図、
影露光装置の概略とともに示す図、
【図2】(A)投影視野と焦点検出系によるスリット投
影像との配置関係を示す図、(B)パターン領域と計測
点を説明する図、
影像との配置関係を示す図、(B)パターン領域と計測
点を説明する図、
【図3】本発明の一実施例による焦点検出系の信号処理
回路の構成を示すブロック図、
回路の構成を示すブロック図、
【図4】ウェハ上のショット領域の表面の断面構造の一
例を示す図、
例を示す図、
【図5】本発明の一実施例による目標焦点位置をベスト
フォーカス面に一致させる動作を説明するフローチャ−
ト図、
フォーカス面に一致させる動作を説明するフローチャ−
ト図、
【図6】目標焦点位置をベストフォーカス面に一致させ
る動作の変形例を説明するフローチャ−ト図、
る動作の変形例を説明するフローチャ−ト図、
【図7】段差のある被検査面の傾きを補正する場合の問
題点を説明する図、
題点を説明する図、
【図8】本発明の一実施例による被検査面の傾きを補正
する動作を示す図、
する動作を示す図、
【図9】焦点検出系のスリット投影像を複数にした場合
を説明する図である。
を説明する図である。
2、9…レンズ系、 3、6…ミラー、 4…絞り、 5…投光用対物レンズ5、 9…結像光学系 10…振動ミラー、 11…ミラー駆動部、 12…平行平面板(プレーンパラレル)、 13…セレクター、 14…スリット板、 15…アレイセンサ−、 17…同期検波回路(PSD)、 30…主制御ユニット
Claims (17)
- 【請求項1】 被検査面に対して斜め方向から前記被検
査面上で所定形状を持つパターン光を投射する投射光学
系と前記被検査面で反射された前記パターン光の像を結
像する結像光学系と前記被検査面と光学的にほぼ共役な
位置に設けられ、所定形状の開口部を有する受光側遮光
手段と前記結像光学系により結像されるパターン像と前
記開口部とを相対的に移動させる移動手段と前記遮光手
段を通過した前記パターン光を受光し、前記開口部と前
記パターン光像との位置関係に応じた信号を出力する受
光手段とを有し、前記受光手段からの信号に基づいて前
記被検査面の高さ位置を検出する焦点位置検出装置にお
いて、 前記被検査面の計測すべき位置情報を入力する入力手段
と; 前記入力手段からの情報に基づいて、前記パターン像を
複数の部分に分割し、前記パターン像の少なくとも2つ
の部分を選択的に検出する選択手段と; 前記選択手段により選択された前記パターン像の夫々に
ついて、前記被検査面の高さ位置に対応する第1検出信
号を出力する第1高さ位置検出手段と; 前記第1検出信号の夫々に重み係数を掛ける加重手段
と; 前記加重後の信号の和を重み係数の和で平均化して前記
被検査面の高さに対応する第2検出信号を出力する第2
高さ位置検出手段とを有することを特徴とする焦点位置
検出装置。 - 【請求項2】 前記重み係数の少なくとも1つは他の重
み係数と異なることを特徴とする請求項1に記載の焦点
位置検出装置。 - 【請求項3】 被検査面に対して斜め方向から前記被検
査面上で所定形状を持つパターン光を投射する投射光学
系と前記被検査面で反射された前記パターン光の像を結
像する結像光学系と前記被検査面と光学的にほぼ共役な
位置に設けられ、所定形状の開口部を有する受光側遮光
手段と前記結像光学系により結像されるパターン像と前
記開口部とを相対的に移動させる移動手段と前記遮光手
段を通過した前記パターン光を受光し、前記開口部と前
記パターン光像との位置関係に応じた信号を出力する受
光手段とを有し、前記受光手段からの信号に基づいて前
記被検査面の高さ位置を検出する焦点位置検出装置にお
いて、 前記被検査面の計測すべき位置情報を入力する入力手段
と; 前記入力手段からの情報に基づいて、前記パターン像を
複数の部分に分割し、 前記パターン像の少なくとも2つの部分を選択的に検出
する選択手段と; 前記選択手段により選択された前記パターン像の夫々に
ついて、前記被検査面の高さ位置に対応する第1検出信
号を出力する第1高さ位置検出手段と; 前記選択された複数のパターン像を所定のグループに分
類し、該グループ毎に前記第1検出信号の和をグループ
内の前記パターン像の数で平均化した信号の夫々に重み
係数を掛ける前記第1検出信号の夫々に重み係数を掛け
る加重手段と; 前記加重後の信号の和を重み係数の和で平均化して前記
被検査面の高さに対応する第2検出信号を出力する第2
高さ位置検出手段とを有することを特徴とする焦点位置
検出装置。 - 【請求項4】 被検査面に対して斜め方向から該被検査
面上で所定形状を持つパターン光を投射する投射光学系
と前記被検査面で反射された前記パターン光の像を結像
する結像光学系と前記被検査面と光学的にほぼ共役な位
置に設けられ、所定形状の開口部を有する受光側遮光手
段と前記結像光学系により結像されるパターン像と前記
開口部とを相対的に移動させる移動手段と前記遮光手段
を通過した前記パターン光を受光し、前記開口部と前記
パターン光像との位置関係に応じた信号を出力する受光
手段とを有し、前記受光手段からの信号に基づいて前記
被検査面の高さ位置を検出する焦点位置検出装置におい
て、 前記被検査面の計測すべき位置情報を入力する入力手段
と; 前記入力手段からの情報に基づいて、前記パターン像を
複数の部分に分割し、前記パターン像の少なくとも2つ
の部分を選択的に検出する第1選択手段と; 前記第1選択手段により選択された前記パターン像の各
々について、前記被検査面の高さ位置に対応する検出信
号を出力する位置検出手段と; 前記検出信号のうち、高さ位置がほぼ等しい前記被検査
面に対応する少なくとも2つの検出信号を選択する第2
選択手段と; 前記第2選択手段で選択された少なくとも2つの検出信
号の差から前記被検査面の傾きを検出する傾き検出手段
とを有することを特徴とする焦点位置検出装置。 - 【請求項5】 前記被検査面体は高さ位置がほぼ等しい
前記被検査面を複数有し、 前記第2選択手段は該高さ位置がほぼ等しい複数の前記
被検査面ごとに前記検出信号を分類して選択し、 前記傾き検出手段は前記信号差を各分類ごとに求め、信
号差の和が最小となるように前記被検査面の傾きを検出
することを特徴とする請求項4記載の焦点位置検出装
置。 - 【請求項6】 投影光学系を介して所定のマスクパター
ンを露光すべき感光基板の被検査面の複数の位置に計測
点を有し、該計測点の夫々で該被検査面の前記投影光学
系の光軸方向のずれを検出する焦点位置検出手段と前記
感光基板を載置するとともに、前記投影光学系の光軸方
向に移動可能なステージとを備えた焦点位置検出装置に
おいて、 前記計測点情報を入力する入力手段と; 前記入力手段からの情報に基づいて、前記計測点のうち
少なくとも2つの計測点を選択する選択手段と; 前記選択手段により選択された計測点の夫々について、
前記被検査面の前記投影光学系の所定結像面からのずれ
に対応する第1検出信号を出力する第1高さ位置検出手
段と; 前記第1検出信号の夫々に重み係数を掛ける加重手段
と; 前記加重後の信号の和を重み係数の和で平均化して、所
定焦点面の前記結像面からのずれに対応する第2検出信
号を出力する第2高さ位置検出手段と; 前記第2検出信号に基づいて、前記所定焦点面と前記所
定結像面とを一致させるように前記ステージを制御する
制御手段とを有することを特徴とする焦点位置検出装
置。 - 【請求項7】 前記位置検出手段は前記投影光学系の投
影視野内に複数の計測点を有することを特徴とする請求
項6記載の焦点位置検出装置。 - 【請求項8】 投影光学系を介して所定のマスクパター
ンを露光すべき感光基板の被検査面の複数の位置に計測
点を有し、該計測点の夫々で該被検査面の前記投影光学
系の光軸方向のずれを検出する焦点位置検出手段と前記
感光基板を載置するとともに、前記投影光学系の光軸方
向に移動可能なステージとを備えた焦点位置検出装置に
おいて、 前記計測点情報を入力する入力手段と; 前記入力手段からの情報に基づいて、前記計測点のうち
少なくとも2つの計測点を選択する選択手段と; 前記選択手段により選択された計測点の夫々について、
前記被検査面の前記投影光学系の所定結像面からのずれ
に対応する第1検出信号を出力する第1高さ位置検出手
段と; 前記選択された少なくとも2つの計測点を所定のグルー
プに分類し、該グループ毎に前記第1検出信号の和をグ
ループ内の前記パターン像の数で平均化した信号の夫々
に重み係数を掛ける加重手段と; 前記加重後の信号の和を重み係数の和で平均化して所定
焦点面の前記所定結像面からのずれに対応する第2検出
信号を出力する第2高さ位置検出手段と; 前記第2検出信号に基づいて、前記所定焦点面と前記所
定結像面とを一致させるように前記ステージを制御する
制御手段とを有することを特徴とする焦点位置検出装
置。 - 【請求項9】 投影光学系を介して所定のマスクパター
ンを露光すべき感光基板の被検査面の複数の位置に計測
点を有し、該計測点の夫々で該被検査面の前記投影光学
系の光軸方向の高さ位置を検出する焦点位置検出手段と
前記感光基板を載置するとともに、前記基板の傾きを可
変とするレベリングステージとを備えた焦点位置検出装
置において、 前記計測点情報を入力する入力手段と; 前記入力手段からの情報に基づいて、前記計測点のうち
少なくとも2つを選択する第1選択手段と; 前記第1選択手段により選択された前記計測点の各々に
ついて、前記被検査面の高さ位置に対応する検出信号を
出力する位置検出手段と; 前記検出信号のうち、高さ位置がほぼ等しい前記被検査
面に対応する少なくとも2つの検出信号を選択する第2
選択手段と; 前記第2選択手段で選択された少なくとも2つの検出信
号の差から前記被検査面の傾きを検出する傾き検出手段
と; 前記傾き検出手段からの情報に基づいて、前記レベリン
グステージを制御する焦点位置検出装置。 - 【請求項10】 投影光学系を介して基板を露光する露
光装置であって、 前記投影光学系の投影視野に対する所定の複数箇所に予
め設定された計測点を有し、該複数の計測点において前
記基板の前記投影光学系の光軸方向における位置情報を
検出する検出手段と、 前記基板と前記投影光学系の結像面とを相対的に移動さ
せる駆動手段と、 前記基板の表面形状に基づいて前記複数の計測点を複数
のグループに分類するとともに各グループにおける前記
位置情報を演算処理し、前記各グループ毎の演算処理結
果に応じて前記駆動手段を制御する制御手段と、 を有することを特徴とする露光装置。 - 【請求項11】 前記基板の表面形状の情報を入力する
入力手段をさらに有することを特徴とする請求項10に
記載の露光装置。 - 【請求項12】 前記制御手段は、前記演算処理により
前記各グループにおける位置情報の平均値を求めること
を特徴とする請求項10または11に記載の露光装置。 - 【請求項13】 前記制御手段は、前記演算処理により
前記各グループにおける前記基板の傾き情報を求めるこ
とを特徴とする請求項10または11に記載の露光装
置。 - 【請求項14】 前記制御手段は、前記各グループの演
算処理結果に対して前記表面形状に応じた重み係数を掛
けることを特徴とする請求項10〜12のいずれか一項
に記載の露光装置。 - 【請求項15】 前記制御手段は、前記複数の計測点を
複数のグループに分類するか否かを判断することを特徴
とする請求項10〜15のいずれか一項に記載の露光装
置。 - 【請求項16】 投影光学系を介して基板を露光する露
光方法であって、 前記投影光学系の投影視野に対する所定の複数箇所に予
め設定された計測点において前記基板の前記投影光学系
の光軸方向における位置情報を同時に検出し、 前記基板の表面形状に基づいて前記複数の計測点を複数
のグループに分類するとともに各グループにおける前記
位置情報を演算処理し、 前記各グループの演算処理結果に応じて前記基板と前記
投影光学系の結像面とを相対的に移動させることを特徴
とする露光方法。 - 【請求項17】 投影光学系を介して基板を露光する露
光装置であって、 前記投影光学系の投影視野に対する所定の複数箇所に予
め設定された計測点を有し、該複数の計測点において前
記基板の前記投影光学系の光軸方向における位置情報を
検出する検出手段と、 前記基板と前記投影光学系の結像面とを相対的に移動さ
せる駆動手段と、 前記複数の計測点のうち任意の計測点をグルーピング可
能なグルーピング手段と、 前記グルーピング手段によってグルーピングされた複数
のグループは複数の計測点を有するグループを含み、前
記複数のグループ毎に各グループにおける前記位置情報
を演算処理し、前記各グループの演算処理結果を用いて
前記駆動手段を制御する制御手段と、 を有することを特徴とする露光装置。
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