JPH03246411A

JPH03246411A - 面位置検出装置

Info

Publication number: JPH03246411A
Application number: JP2044236A
Authority: JP
Inventors: Haruna Kawashima; 春名川島
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-02-23
Filing date: 1990-02-23
Publication date: 1991-11-01
Anticipated expiration: 2014-03-03
Also published as: JP2862311B2; US5414515A

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】〔技術分野〕本発明は面位置検出装置に関し、特に、被検面上の相異
なる複数個の測定点の高さを検出できる面位置検出装置
に関する。

〔従来技術〕

従来から、被検面の高さを光学的に検出する面位置検出
装置が、様々な用途で使用されている。

例えば、半導体製造用の縮小投影露光装置では、縮小投
影レンズ系を介してレチクルパターンと共役な平面に、
半導体ウェハの表面を正確に位力＼゛置付ける必要与ある為、半導体ウェハの表面の面位置を
光学的に検出する装置が搭載されている。

この種の面位置検出装置は、投光光学系を介して、光ビ
ームを半導体ウェハの表面に斜入射させ、この光ビーム
を半導体ウェハの表面で反射せしめ、この表面に対して
傾いた方向へ向けられた反射ビームを、受光光学系を介
して光電変換素子上へ投影し、光電変換素子からの出力
信号に基づいて半導体ウェハの表面の高さを検出してい
る。

〔発明の概要〕

本発明は、この種の面位置検出装置の改良に関するもの
であり、本発明の目的は、複数のビームを使用し、被検
面上の複数の測定点の高さを互いにほぼ同一の精度で検
出することが可能な、面位置検出装置を提供することに
ある。

この目的を達成する為に、本発明の面位置検出装置は、
被検面に対して傾いた方向から、該被検面上の第１測定
点に第１ビームを照射せしめ該被検面上の該第１測定点
とは異なる第２測定点に第２ビームを照射せしめる照射
手段と、該第１、第２測定点で反射して被検面に対して
傾いた方向へ向けられた該第１、第２ビームを光電変換
手段に投影し、該光電変換手段から該第１測定点の高さ
に応じた第１信号と該第２測定点の高さに応じた第２信
号とを出力せしめる投影手段とを有する装置であって、
該投影手段が、該光電変換手段上に、該第１、第２測定
点の各機を互いにほぼ同じ大きさで形成することを特徴
としている。

本発明の装置では、投影手段を介して、第１、第２測定
点の各機が光電変換手段（の受光面）上に形成され、し
かも、第１、第２測定点の各機が、互いにほぼ同じ大き
さである為、被検面の傾きの影響を受けず、その上光電
変換手段による各測定点の高さの検出精度をほぼ同じに
することができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示す概略図である。第１図
では、本面位置検出装置を、縮小投影露光装置に搭載し
た例を示している。

第１図において、１は縮小投影レンズ系で、この投影レ
ンズ系１の上方には不図示のレチクルステージが、そし
て、このレチクルステージの上方には不図示の露光用照
明系が、設けられている。

ＡＸは投影レンズ系１の光軸を示す。２は半導体ウェハ
であり、ウェハステージ３上に吸着−固定されて、載置
しである。ウェハステージ３は可動であり、ウェハ２を
投影レンズ系１の光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）と光軸ＡＸと
直交する２方向（ｘ　＋ｙ力方向へ動かすことができ、
また光軸ＡＸと直交する平面（ｘ−ｙ平面）に対して、
ウェハ２の表面を傾けることができる。ウェハステージ
３の、このようなｘ、ｙ、ｚ方向への移動制御と傾き制
御とは、ステージ制御装置４により行われる。ウェハ２
上への回路パターンの転写は、露光用照明系からの光で
、レチクルステージに載置１ししたレチクニの回路パターンを均一な照度で照明し、投
影レンズ系１により、レチクルの回路パターンの像を、
ウェハ２上に投影することにより行われる。この時、ウ
ェハ２の表面は、投影レンズ系１に関して、レチクルの
回路パターンがある平面と共役な平面に位置づけられな
ければならない。

このようなウェハ２の表面の位置制御の為に、光照射手
段Ａ、投影手段Ｂ、光電変換手段Ｃとを備えた面位置検
出装置が設けられる。

光照射手段Ａは、光源５、コリメーターレンズ６、スリ
ット７、補正光学系８．９、及びレンズ系１０を含む。

光源５は、相異なる複数の波長の光を放射するランプよ
り成り、コリメーターレンズ６が光源５からの光を断面
の強度分布がほぼ均一な平行光束に変換して、スリット
７に向ける。

スリット７には２個のピンホール７１．７２が形成され
ており、これらのピンホール７１．７２の大きさと形状
は、互いにほぼ同じになるように設定しである。補正光
学系８．９は各々レンズ系を備え、補正光学系８がピン
ポール７Ｊを通過した光を受けて、ピンホール７１の像
を、光学系８の光軸上の位置１６に形成する。一方、補
正光学系９がピンホール７２を通過した光を受けて、ピ
ンホール７２の像を、光学系９の光軸上の位置１７に形
成する。レンズ系１０は、その光軸が、補正光学系８．
９の各々の光軸に対して偏心している。図示されている
通り、位置１６．１７は、レンズ系１０から、その光軸
方向に関して互いに異なる距離前れた場所に設定しであ
る。レンズ系１０は、位置１６に形成されたピンポール
７１の像と位置１７に形成されたピンホール７２の像の
双方からの光を受けて、ウェハ２上に向ける。

そして、レンズ系１０は、ピンホール７１の像をウェハ
２上の測定点１８に再結像し、ピンホール７２の像をウ
ェハ２上の測定点１９に再結像する。ウェハ２上には多
数個のパターン領域（ショット）が配列しており、これ
らの領域の所定の領域内に、測定点１８．１９が、互い
に離して、設定しである。

本実施例では、補正光学系８によるピンホール７１の結
像倍率と補正光学系９によるピンホール７２の結像倍率
を、互いに異ならしめて、しかも、位置１６．１７を含
むレンズ系１０の光軸に対して傾いた平面と、ウェハ２
の表面とが、レンズ系１０に関してシャインプルーフの
条件を満たすようにすることで、スリット７のピンホー
ル７１．７２の各々の像を、ウェハ２の表面に、互いに
等しい倍率で、形成している。ここでは、補正光学系８
によるピンホール７１の結像倍率をβ８、補正光学系９
によるピンホール７２の結像をβ６、レンズ系１０によ
る位置１６のピンホール像の結像倍率をβＩＱｓ　　レ
ンズ系１０による位置１７のピンホール像の結像倍率を
β１ｏｆｉとする時、 β１ｏ、×β８　＝βｌｏｂ　×β。

を満たすように、光照射手段Ａが構成しである。

投影手段Ｂは、各測定点１８．１９に対して、共通の受
光レンズ系１１、各測定点１８．１９に対して個別に設
けた補正光学系１２．１３を備え、補正光学系１２．１
３は、各々、平行平板とレンズ系を有する系である。こ
の平行平板は光路長を補正する為の素子として設けてあ
り、この平板、レンズ系が配されている。

光電変換手段ＣはＣＣＤ　１４を備え、ＣＣＤ１４が位
置検出素子として設けである。

光照射手段Ａにより測定点１８．１９に光を照射すると
、測定点１８．１９で、これらの光が反射し、２つの反
射光が生じる。受光レンズ系１１は、この２つの反射光
、即ち測定点１８上に形成したピンホール像と測定点１
９上に形成したピンホール像の双方からの光を受けて、
補正光学系１２．１３へ向ける。この時、受光レンズ系
１１は、測定点１８上のピンホール像を、補正光学系１
３の光軸上の位置２０に再結像し、そこにピンホール７
１の像を形成する。また、受光レンズ系１１は、測定点
１９上のピンホール像を、補正光学系１２の光軸上の位
置２１に再結像し、そこにピンホール７２の像を形成す
る。補正光学系１２．１３の各々の光軸は、受光レンズ
系１１の光軸に対して偏心しており、また互いに平行で
ある。ここで、補正光学系１３は、位置２０に形成され
たピンホール像からの光を受けてＣＣＤ１４の位置１２
上に向け、そこに、ピンホール７１の像（測定点１８の
像）を形成する。一方、補正光学系１２は、位置２１に
形成されたピンホール像か、らの光を受けてＣＣＤ１４
の位置２３上に向け、そこにピンホール７２の像（測定
点１９の像）を形成する。従って、投影手段Ｂを介して
ウェハ２の測定点１８．１９とＣＣＤ１４の受光面とが
互いに共役となり、ウェハ２の表面が光軸ＡＸに対して
傾いても、ＣＣＤ１４の受光面におけるピンホール７１
．７２の各機の位置は変化しない。そして、ウェハ２の
表面の光軸ＡＸ方向に関する面位置の変化、即ち、測定
点１８．１９の高さの変化に応答して、ＣＣＤ　１４の
受光面上でピンホール７１．７２の各機の位置が変化す
ることになる。

本実施例では、補正光学系１３が位ｆ１２０に形成され
たピンホール像（測定点１８の像）をＣＣＤ１４の受光
面上に再結像する時の結像倍率と、補正光学系１２が位
置２１に形成された像（測定点１９の像）をＣＣＤ１４
の受光面上に再結像する時の結像倍率とを互いに異なら
しめ、しかも、受光レンズ系１１に関して、ウェハ２の
表面と、位置２０．２１を含む、受光レンズ系１１の光
軸に対して傾いた平面とが、シャインプルーフの条件を
満たすようにすることで、ピンホール７１．７２の各機
（測定点１８．１９の各機）を、ＣＣＤ１４の受光面に
、互いに等しい倍率で、形成している。これにより、Ｃ
ＣＤ　１４の受光面に形成されるピンホール７１．７２
の各機（測定点１８．１９の各機）の大きさが、互いに
等しくなる。ここでは、受光レンズ系１１による測定点
１８上のピンホール像の結像倍率をβ１８．、受光レン
ズ系１１による測定点１９上のピンホール像の結像倍率
をβ１□。、補正光学系１３による位［２０上のピンホ
ール像の結像倍率をβ１８、補正光学系１２による位置
２１上のピンホール像の結像倍率β１２とする時、 β１３．×β１．＝β１１．×β１゜を満たすように、投影手段Ｂが構成しである。

光電変換手段ＣのＣＣＤ１４は、その受光面上に形成さ
れたピンホール７１．７２の各機（測定点１８．１９の
各機）の位置に応じた信号を出力し、これらの信号がフ
ォーカス制御手段１５に入力される。ＣＣＤ１４の受光
面上に形成される各機の大きさは互いにほぼ等しいので
、各測定点１８．１９の高さ検出に関する分解能や精度
をほぼ同一にすることができる。フォーカス制御手段１
５は、ＣＣＤ１４からの出力信号に基づいて、各測定点
１８．１９の高さ情報を得て、ウェハ２の表面の面位置
として、その２方向（光軸ＡＸ方向）に関する位置や、
Ｘ−Ｙ平面に対する傾きを検出する。そして、ウェハ２
の表面を投影レンズ系１に関してレチクルの回路パター
ンが存する平面と共役な平面（結像面）に位置づける為
に必要な、ウェハステージ３の駆動量に対応する信号を
、ステージ制御装置４に入力する。ステージ制御装置４
は、入力信号に応じてウェハステージ３を駆動し、これ
により、ウェハ２の位置と姿勢を調整する。

第２図は、第１図に示した面位置検出装置の変形例を示
す概略図である。第２図において、第１図で既に示した
部材には、第１図と同一の符号を符し、説明は省略する
。

本実施例の装置の、第１図の装置に対する改良点は、第
１図のスリット７及び補正光学系８．９に代えて、光学
ブロック２４を設けた点にある。

光学ブロック２４は、一対のプリズムを、互いの斜面が
相対するようにして貼り合せたものであり、この貼り合
せ面にスリット２４０が形成されている。このスリット
２４０には、ピンホール２４１．２４２が設けられてい
る。レンズ系１０に対するピンホール２４１の位置と、
レンズ系１０に対するピンホール２４２の位置は、各々
、第１図の位置１６．１７に対応しており、スリット２
４０を含む平面とウェハ２の表面とは、レンズ系１０に
関して、シャインブルーフの条件を満足する。従って、
レンズ系１０によるピンホール２４１の結像倍率はβ１
゜、　レンズ系１０によるピンホール２４２の結像倍率
はβ、。、となる。

ここで、β１゜、≠β１゜。であるから、本実施例では
、ウェハ２の表面に、ピンホール２４１．２４２の各機
を互いにほぼ同じ大きさで形成する為に、スリット２４
０のピンホール２４１．２４２を、第３図に示す如き大
きさと形状にしている。第３図は、第２図において、レ
ンズ系１０の光軸方向からスリット２４０を見た図であ
り、図中の斜線部が遮蕎部であり、光学ブロック２４を
成す一方のプリズムにクロム等の遮光膜を形成して作ら
れる。また、図中の空白部が、符号で示しているように
、ピンホール２４１．２４２である。ピンホール２４１
の径をり、、ピンホール２４２の径をり、とすると、次
の関係を満たすように、径り、、Ｄｂが設定されている
。

Ｄ、／Ｄ、　　β・・・ βＩＤａ二のように設定することにより、ウェハ２上の測定点１
８．１９の各々に、互いに大きさがほぼ等しい、ピンホ
ール像が形成される。

本実施例の面位置検出装置における投影手段Ｂ１光電変
換手段Ｃの作用は、第１図の装置と同じであり、第１図
の装置同様の効果が得られる。

また、本実施例では、第１図の装置よりも光照射手段Ａ
の構成を小型にできるという、更なる利点を有する面位
置検出装置を提供した。

第４図は、第２図及び第３図に示した面位置検出装置の
変形例を示す概略図である。第４図において、第１図乃
至第３図で既に示した部材には第１図乃至第３図と同一
の符号を符し、説明を省略する。

本実施例の装置の、第２図及び第３図で示した装置に対
する改良点は、第２図の受光レンズ系１１に代えて、光
射出側がテレセントリックな、比較的低倍率の受光レン
ズ系３１を設け、これに併せて、光射出側がテレセント
リックな比較的低倍率の補正光学系３０．３１を新たに
配置した点と、第２図のＣＣＤ１４に代えて、２個のポ
ジションセンサーダイオード（以下、ｒＰｓＤｊと記す
。）２７．２８を設けた点にある。第４図中の、符号３
２が示すのは、測定点１８の、受光レンズ系３１による
結像位置、同様に符号３３が示すのが、測定点１９の、
受光レンズ系３１による結像位置である。また、２個の
ＰＳＤ２７．２８からの各出力信号がフォーカス制御装
置１５に入力される。

前述の実施例のように、光電変換手段Ｃの要素としてＣ
ＣＤを用いると、２つの光束（２つのピンホール像）の
位置検出を、１つの素子でできるという利点があるが、
ＣＯＤはＰＳＤに比べ分解能が低く、測定時間が長くな
ってしまう。それ故、ＣＯＤを用いる場合、第１図及び
第２図中の受光レンズ系１１、補正光学系１２．１３の
結像倍率を上げて、ウェハ２の表面上の測定点１８．１
９の高さ検出の分解能を高める事が必要となり、また、
測定時間を短縮する為の高価な信号処理回路が必要とな
る。そこで、本実施例では、光電変換手段Ｃの要素とし
て２つのＰＳＤ２７．２８を用いている。こうすると、
ウェハ２の表面上の測定点１８．１９の位置に形成され
たピンホール２４１．２４２の各機を、低倍率の受光レ
ンズ系３１で、位ｆｔ３２．３３に形成し、そして低倍
率の補正光学系２９．３０を用いてＰＳＤ２７．２８上
の位置２５．２６に再結像させても、ＣＣＤを用いた前
記実施例と同等の、ウェハの表面位置の検出分解能を達
成することが可能となる。

また、ＰＳＤ２７．２８は処理回路も単純で安価であり
、測定時間も高速である。

この様に、本実施例に示す様な構成をとれば、投影手段
Ｂの光学系が低倍率ですみ、小型に形成でき、しかも、
安価で測定時間も高速な装置を提供することが可能とな
る。

また、本実施例では、受光レンズ系３１と補正光学系２
９．３０の各々を、光射出側がテレセントリックな系と
しているので、投影手段Ｂの受光レンズ系３１以降の各
光束の光路が互いに平行となり、投影手段の光学系を支
持する鏡筒などの各種部品が簡便且つ安価に製作できる
。その上、ウェハ２の表面で反射した各光束を、常に、
はぼ垂直に、ＰＳＤ２７．２８へ入射せしめることがで
きる為、ウェハ２の表面上の測定点１８．１９の高さ検
出を行う際の、ＰＳＤ２７．２８による光電変換効率を
最大且つ一定にすることが可能である。

本実施例で使用している補正光学系２９．３０も、前述
の各実施例同様、光路長補正用の平行平板と倍率補正用
のレンズ系とを備えている。そして、本実施例の装置も
、前述の各実施例の装置と同等の効果を奏する。

第５図は、第４図に示した面位置検出装置の変形例を示
す概略図である。第５図において、第１図乃至第４図で
既に示した部材には第１図乃至第４図と同一の符号を符
し、説明を省略する。

本実施例の装置の、第４図で示した装置に対する改良点
は、受光レンズ系３１と補正光学系２９の間に折り曲げ
ミラー３４を、受光レンズ系３１と補正光学系３０の間
に折り曲げミラー３５を設けた点と、光源５及びコリメ
ーターレンズ系の代りに第７図に示す照明ユニット５０
を設けた点と、レンズ系１０の代りに光射出側がテレセ
ントリックなレンズ系４０を設けた点と、レンズ系４０
と光学ブロック２４の間に回動可能な平行平板２５を設
け、この平行平板２５を回転せしめてレンズ４０に対す
る傾きを調整する調整機構２５０を付加した点と、にあ
る。

第５図に示す通り、折り曲げミラー３４は、その反射面
を、受光レンズ系３１による測定点１８の結像位置３２
に設定してあり、測定点１８からの反射光を受光レンズ
系３１を介して受けて反射し、この反射光の光路を光軸
ＡＸと平行な方向へ折り曲げ、補正光学系２９に向けて
いる。一方、折り曲げミラー３５は、その反射面を、受
光レンズ系３１による測定点１９の結像位置３３に設定
してあり、測定点１９からの反射光を受光レンズ系３１
を介して受けて反射し、この反射光の光路を光軸ＡＸと
平行な方向へ折り曲げ、補正光学系３０に向けている。

このように、折り曲げミラー３４．３５を、ウェハ２の
表面と共役な位置に設けることにより、ミラー３４．３
５を小型にできるばかりか、ミラー３４．３５自身の傾
きの変動も、検出精度には影響しなくなる。また、図示
される通り、補正光学系２９．３０の間の間隔を離すこ
とができるなど、光学系の配置に余裕が生じて、好まし
い。

第７図に示すように、照明ユニット５０は、互いに波長
が異なる光を発する３個のＬ　Ｅ　Ｄ　（１）、ＬＥＤ
　（２）　、ＬＥＤ　（３）と、ミラー５４、ダイクロ
イックミラー５５．５６、光分割器５１、光ファイバー
５２．５３、コンデンサーレンズ５７．５８．５９を備
えている。そして、ＬＥＤ（１）からの光がし・ンズ５
７で平行光に変換され、ミラー５４へ向けられる一方、
ＬＥＤ　（２）からの光がレンズ５８で平行光に変換さ
れてダイクロイックミラー５５に向けられ、ＬＥＤ（３
）からの光がしンズ５９で平行光に変換されてダイクロ
イックミラー５６に向けられる。ミラー５４で反射しま
た平行光は、ダイクロイックミラー５７に向けられ、ミ
ラー５５て反射した平行光は、ミラー５４からの平行光
と重なり合ってダイクロイックミラー５６に向けられる
。ミラー５６で反射した平行光は、ミラー５５からの平
行光と重なり合って、光分割器５１に向けられ、こうし
て、相異なる３つの波長（λ１．λ２．λ３）の光を含
む多色の光束が光分割器５１に入射する。光分割器５１
は、この光束を互いに強度が等しい２つの光束に分割し
、一方の光束を光ファイバー５２に入射させ、他方の光
束を光ファイバー５３に入射せしめる。そして、光ファ
イバー５２を介して光学ブロック２４の内部に形成した
ピンホール２４へ光束を照射し、光ファイバー５３を介
して光学ブロック２４の内部に形成したピンホール２４
２へ光束を照射する。

本実施例では、このような照明ユニット５０を使用して
いる為、光源（ＬＥＤ　（１）　、ＬＥＤ（２）　、Ｌ
ＥＤ　（３）’）からの光を有効に利用でき、明るい、
しかも互いに強度がほぼ等しいピンホール像を、ウェハ
２上の測定点１８．１９の各々に形成することが可能に
なる。

光学ブロック２４は、第５図に示されるように、箱型を
しているので、光照射手段Ａの一要素として組込むのが
極めて簡単である。そして、光ファイバー５２．５３の
光射出端を光学ブロック２４の光入射面に近接して配置
すれば、光ファイバー５２．５３からの光を効率良く、
スリット２４０のピンホール２４１．２４２へ投射でき
。

また、平行平板２５は、光学ブロック２４がレンズ系４
０の光軸に対して相対的に傾いた時に、光学ブロック２
４から射出する光束の光路を所望の位置にシフトさせる
為に設けられており、調整機構２５０で平行平板２５を
レンズ系４０の光軸に対して傾いて、その傾角を調整す
ることにより、光学ブロック２４から射出する光束の光
路を、レンズ系４０の光軸と平行な状態を維持しつつ、
シフトさせることができる。

本実施例では、光射出側がテレセントリックなレンズ系
４０により、ピンホール２４１．２４２からの各光束を
ウェハ２の表面１．の測定点】８．１９に向けるので、
測定点１８に入射する光束の入射角と、測定点１９に入
射する光束の入射角とを互いにほぼ等しくすることがで
きる。ウエノ＼２の表面の反射率は、そこに入射する光
の入射角に依存して変化するが、本実施例の如く、測定
点１８．１９に入射する各光束の入射角を一致させるこ
とにより、測定点１８．１９からの各反射光の強度を互
いにほぼ等しくすることができ、測定点１８．１９間の
高さの検出精度を同等にし易いという利点が生じる。

本実施例では、レンズ系４０を光射出側がテレセントリ
ックな系としているが、光入射側と光射出側の双方がテ
レセントリックな光学系を用いても良い。同様に、受光
レンズ系３１、補正光学系２９．３０に関しても、光入
射側及び光射出側の双方がテレセントリックな光学系を
用いても良い。

また、レンズ系４０、受光レンズ系３１、補正光学系２
９．３０の光射出側をテレセントリックにする代りに、
各レンズ系、各光学系の光路にプリズムを設け、光路の
向きを変更するように、光照射手段Ａや投影手段Ｂを構
成することもできる。

例えば、第１図及び第２図に示す装置において、補正光
学系１２とＣＣＤ１４の間、及び補正光学系１３とＣＣ
Ｄ１４の間の、各々に、プリズムを設け、補正光学系１
２．１３からの光束の光路が、各々、ＣＣＤ１４の受光
面に垂直になるように補正する。

以上、第１図乃至第５図、第７図を用いて説明したいく
つかの実施例では、面位置検出の測定点として２箇所、
そして２つの光束を使用しているが、３箇所以上の測定
点の高さを３つ以上の光束を使用して検出するように構
成することができる。

第６図は、ウェハの表面上の５箇所の測定点の高さを、
５つの光束を使用して検出する装置の一例を示す概略図
である。

第６図において、スリット７には５つのピンホールが形
成されており、この５つのピンホールは、ウェハ２のパ
ターン領域内の中心と周辺４箇所の測定点に対応してい
る。６１．６２．６３．６４はいずれも折り曲げミラー
であり、光照射手段Ａと投影手段Ｂの各々の光路を折り
曲げて、装置全体の小型化に寄与している。８１．８２
．８３．８４．８５はいずれも補正光学系であり、これ
らの光学系は、各々、レンズ系と平行平板を含む。また
、９１．９２．９３．９４．９５はシリンドリカルレン
ズであり、ＰＳＤｌｏｌ、１０２．１０３．１０４．１
０５の各長手方向と直交する方向に関して、それに入射
する光を集光する。これは、各ＰＳＤＩＯＩ、１０２．
１０３．１０４．１０５に、ウェハ２の表面からの反射
光を効率良く向ける為に設けた。

スリット７の各ピンホールを通過した５個の光束は、ミ
ラー６１、レンズ系１０、ミラー６２を介して、全て、
ウェハ２の表面上に各ピンンホールの像が同じ大きさで
形成されるように、ウェハ２の対応する測定点に向けら
れる。各測定点でこれらの光束が反射して生じた５個の
反射光は、ミラー６３、受光レンズ系１１、ミラー６４
を介して、各々、対応する補正光学系８１．８２．８３
．８４．８５に入射し、その後、対応するシリンドリカ
ルレンズ９１．９２．９３．９４．９５を介して、各Ｐ
ＳＤ１０１．１０２．１０３．１０４．１０５に向けら
れる。

本実施例においても、補正光学系８１．８２．８３．８
４．８５により、各ＰＳＤＩＯＩ、１０２．１０３．１
０４．１０５の受光面上に、ウェハ２の表面の各測定点
の像（ピンホールの像）が、互いに同じ大きさで投影さ
れる。従って、ＰＳＤとして、同一の性能のＰＳＤＩＯ
Ｉ、１０２．１０３．１０４．１０５を使用することに
より、ウェハ２の表面の各測定点の高さを互いにほぼ同
じ分解能及び精度で検出できる。この検出結果を用いて
、ウェハ２の表面の傾きと高さを調整するようにすれば
、従来にない精度で、不図示の投影レンズ系の像平面に
ウェハ２の表面を位置付けることが可能である。

第６図に示す装置に、第１図乃至第５図、及び第７図で
示した各実施例の技術を、適宜使用することにより、各
種形態の面位置検出装置を構築できる。

また、以上説明した各実施例では、光電変換手段Ｃとし
てＣＣＤ５ＰＳＤを備えるものを挙げたが、光電変換手
段Ｃは、これらの位置検出素子を使用するものに限定さ
れない。即ち、ウェハの表面の各測定点の高さの変化に
応答して変化する各測定点の像の変位、位置を検出でき
るものであれば、どのような手段を用いても良い。−例
として、ここでは、ウェハ表面と共役な平面に振動スリ
ットを設けるタイプの光電変換手段、ウェハ表面と共役
な平面に固定スリットを設けて、このスリットに対して
測定点の像を走査するタイプの光電変換手段があること
を述べておく。同様に、光照射手段Ａ１投影手段Ｂの構
成も、装置の使用等にあわせて、適宜変更することが可
能である。

以上説明した各実施例によれば、被検面であるウェハ表
面の複数の測定点の高さを検出する為に用いる複数の光
束に対して、光照射手段Ａと投影手段Ｂの双方が、各々
、共通の光学系を備えているので、装置全体の小型化が
図れ、また、価格も低く抑えることができる。その上、
少なくとも投影手段Ｂが複数の光束に対して個別に補正
光学系を備え、これらの光学系により、各測定点の像を
同じ大きさで光電変換手段上に投影するので、各測定点
の高さを互いにほぼ同一の精度で検出できるという格別
の効果を奏する。

特に、半導体製造用投影露光装置に用いれば、される方
向にある被露光領域（ショット）の全域に渡り、複数の
測定箇所の位置検出を、同一の測定精度をもって検出し
、投影レンズ系のレチクル結像面に、被露光領域全域を
合致させる事が可能となり、被露光領域全域で解像力の
均一性を保てる為、高解像のパターンが形成可能となり
、より集積度の高い回路を高品質で形成できるという効
果がある。

〔発明の効果〕

以上、本発明によれば、被検面上の複数の測定点の高さ
を、互いにほぼ同一の精度で検出することが可能であり
、優れた面位置検出装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略図。第２図は第１図に示す装置の変形例を示す概略図。第３図は第２図に示す光学ブロックのスリットを示す平
面図。第４図は第２図及び第３図に示す装置の変形例を示す概
略図。第５図は第４図に示す装置の変形例を示す概略図。第６図は本発明の他の実施例を示す概略図。第７図は照明ユニットの一例を示す概略図。Ａ・・・光照射手段Ｂ・・・投影手段Ｃ・・・光電変換手段１０．４０・・・レンズ系１１．３１・・・受光レンズ系８．９．１２．１３．２９．３０・・・補正光学系１８
．１９・・・測定点７１．７２．２４１．２４２・・・ピンホール２妃

Claims

【特許請求の範囲】

被検面に対して傾いた方向から、該被検面上の第１測定
点に第１ビームを照射せしめ該被検面上の該第１測定点
とは異なる第２測定点に第２ビームを照射せしめる照射
手段と、該第１、第２測定点で反射して被検面に対して
傾いた方向へ向けられた該第１、第２ビームを光電変換
手段に投影し、該光電変換手段から該第１測定点の高さ
に応じた第１信号と該第２測定点の高さに応じた第２信
号とを出力せしめる投影手段とを有する装置であって、
該投影手段が、該光電変換手段上に、該第１、第２測定
点の各像を互いにほぼ同じ大きさで形成することを特徴
とする面位置検出装置。