JPH05280929A

JPH05280929A - 面位置検出装置及びこれを有する露光装置

Info

Publication number: JPH05280929A
Application number: JP4079805A
Authority: JP
Inventors: Haruna Kawashima; 春名川島
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-04-01
Filing date: 1992-04-01
Publication date: 1993-10-29
Anticipated expiration: 2016-03-07
Also published as: JP3143514B2

Abstract

(57)【要約】【目的】条件に応じて測定点を可変にすることで面位
置の検出の精度を向上させた面位置検出装置及びこれを
有する露光装置の提供。【構成】ウエハ上の被検領域の複数位置に光ビームを
斜入射し、この被検領域で反射された反射光束を位置検
出素子上に投影する。被検領域の上下方向の位置変化を
位置検出素子上の反射光束の位置変化として計測するこ
とができる。ここでパターン転写の行なわれる露光領域
の大きさに合わせて複数の計測点の中から露光領域内の
計測点のみを選択したり、露光領域の面精度に合わせて
適切な計測点を選択して、選択した検出出力によって面
位置情報を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えばウエハ上に回路パ
ターンを転写するための半導体投影露光装置等に利用さ
れる焦点位置検出の技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術とその課題】近年、半導体露光装置の焦点
位置検出機構は投影露光光学系の高ＮＡ化が進み、パタ
ーン転写の許容焦点深度がますます少なくなる傾向があ
る。それ故、焦点位置検出機構は、パターン転写を行な
うウエハ上の露光領域の傾きを検出し、露光領域全面に
焦点が合うように調整するシステム構成が主流になって
いる。

【０００３】従来の焦点面位置検出機構は、ウエハ上の
露光領域の周辺部に複数個のエアセンサを設け、露光領
域周辺の高さ情報により露光領域の傾き及び高さ位置を
算出して調整する方法が一般的であった。又、これ以外
の方法としては特公平２ー１０３６１号公報等に記載さ
れているように、露光領域の中心の高さ位置を斜入射の
高さ位置検出光学系により検出調整し、これとは別の斜
入射の傾き検出光学系（コリメータ）により露光領域内
の傾きを算出調整する例が知られている。

【０００４】ところが上記従来例は種々の欠点を有して
いる。そこで本願出願人は先に特願平３−１５７８２２
号において、これらの欠点を解決する優れた方式の面位
置検出装置を提案した。

【０００５】本発明は該提案の装置を更に改良したもの
であり、その目的は条件に応じて測定点を可変にするこ
とで面位置の検出の精度を向上させた面位置検出装置及
びこれを有する露光装置の提供である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の面位置検出装置は、被検面上の相異なる複数の測定
位置に光ビームを斜め方向から照射する手段と、条件に
応じて前記測定位置を可変にする手段と、該測定位置で
反射した光を受光して、各測定位置における検出信号を
基に前記被検面の位置情報を得る手段とを有することを
特徴とする。

【０００７】

【実施例】図１、図２は本発明の一実施例の側面図であ
り、図１はウエハ上の被検領域内に複数の計測点を形成
するための光照射手段Ａを示す構成図、図２はウエハ上
の被検領域内の複数の計測点位置で反射された各光束を
検出する光電変換手段Ｃ及び投影手段Ｂを示す構成図で
ある。本実施例では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。

【０００８】両図において、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
が設けられ、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は半導体ウエハであり、ウエハステー
ジ３上に吸着固定されて載置してある。ウエハステージ
３は可動であり、ウエハ２を投影レンズ系１の光軸Ａx
方向（ｚ方向）と光軸Ａx と直行方向（ｘ，ｙ方向）へ
動かすことができ、又、光軸Ａx と直交する平面（ＸＹ
平面）に対してウエハ２の表面を傾けることができる。
ウエハステージ３のこのようなｘ，ｙ，ｚ方向への移動
制御と傾き制御はステージ制御装置４により行なわれ
る。ウエハ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したレチクルの回
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エハ２上に縮小投影
することにより行なわれる。この時、ウエハ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付けられなければならない。こ
のようなウエハ２の表面の位置制御のために光照射手段
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。

【０００９】光照射手段Ａは、光源５、コリメータレン
ズ６、ミラー７、光学系ブロック８、レンズ系９、ミラ
ー１０を含む。光源５は相異なる複数の波長の光を放射
するランプよりなり、コリメータレンズ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、この平行光束をミラー７で反射させて光学系ブロッ
ク８に向ける。光学系ブロック８は一対のプリズムを互
いの斜面が相対するように貼合せたものであり、貼合せ
面にはスリット８０が形成されている。このスリット８
０には、ピンホール８１、８２、８３、８４、８５、８
６、８７、８８、８９が設けられている。

【００１０】レンズ系９に対して、ピンホール８１〜８
９の形成されているスリット８０を含む平面とウエハ２
の表面を含む平面はシャインプルーフの条件を満足し、
レンズ系９によるピンホール８１〜８９の結像倍率をβ
₉₍₈₁₎ 〜β₉₍₈₉₎ とすると、β₉₍₈₁₎ ≠β₉₍₈₂₎ ≠ β
₉₍₈₃₎ ≠β₉₍₈₄₎ ≠β₉₍₈₅₎ ≠β₉₍₈₆₎ ≠β₉₍₈₇₎ ≠β
₉₍₈₈₎ ≠β₉₍₈₉₎ であり、レンズ系９に近いピンホー
ル像程の結像倍率が大きくなっている。即ち、β₉₍₈₁₎
＜β₉₍₈₂₎ ＜β₉₍₈₃₎ ＜β₉₍₈₄₎ ＜β₉₍₈₅₎ ＜β₉₍₈₆₎
＜β₉₍₈₇₎ ＜β₉₍₈₈₎ ＜β₉₍₈₉₎ である。そこで本実施
例ではウエハ２の表面にピンホール８１〜８９の各像を
互いにほぼ同じ大きさに形成するために、スリット８０
のピンホール８１〜８９を図３に示す如き互いに異なる
大きさにしている。図３は、図１においてレンズ系９の
光軸方向からスリット８０を見た図である。図中の斜線
部が遮光部であり、光学ブロック８を成す一方のプリズ
ム表面にクロム等の遮光膜を形成して作られる。ここで
各ピンホール８１〜８９の径をそれぞれＤ₈₁〜Ｄ₈₉とす
ると、次の関係を満たすように径Ｄ₈₁〜Ｄ₈₉が設定され
ている。

【００１１】Ｄ₈₁：Ｄ₈₂：Ｄ₈₃：Ｄ₈₄：Ｄ₈₅：Ｄ₈₆：Ｄ
₈₇：Ｄ₈₈：Ｄ₈₉＝β₉₍₈₉₎ ：β₉₍₈₈₎ ：β₉₍₈₇₎ ：β
₉₍₈₆₎ ：β₉₍₈₅₎ ：β₉₍₈₄₎ ：β₉₍₈₃₎ ：β₉₍₈₂₎ ：β
₉₍₈₁₎ このように設定することにより、ウエハ２上の測定点８
１〜８９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。レンズ系９はピンホール８１〜８９か
らの光束をウエハ２上に入射角φで照射し、ウエハ２上
の測定点１１１〜１１９にそれぞれのピンホール像を形
成する。このレンズ系９はその内部に各々の光束（ピン
ホール８１〜８９に対応する）のＮＡをほぼ同一に揃え
るための開口絞り１１を具備している。

【００１２】図４は本実施例の装置を上方から見た図で
ある。はＸＹ平面内にθ＝２２．５°に回転させた方向
から各光束を入射させることにより、ウエハ２上の互い
に離れた位置に測定点１１１〜１１９を形成させてい
る。ＸＹ平面内にθ＝２２．５°回転させた方向から各
光束を入射させのは、各々の光束に対応する光学素子の
空間配置を容易にする目的によるものである。これにつ
いては本出願人が先に提案した特願平３−１５７８２２
号に詳しく述べられているためここでは詳細な説明は省
略する。

【００１３】図２において、投影手段Ｂは各測定点１１
１〜１１９に対して共通なミラー１２、受光レンズ系１
３、ストッパ絞り１４、光学系ブロック１５を有する。
更には、測定点１１１、１１２に対して結像レンズ１
６、ミラー２１、シリンドリカルレンズ２６を共通に、
測定点１１３、１１４に対して結像レンズ１７、ミラー
２２、シリンドリカルレンズ２７を共通に、測定点１１
５に対して結像レンズ１８、ミラー２３を、測定点１１
６、１１７に対して結像レンズ１９、ミラー２４、シリ
ンドリカルレンズ２８を共通に、測定点１１８、１１９
に対して結像レンズ２０、ミラー２５、シリンドリカル
レンズ２９を共通にそれぞれ有する。又、測定点１１１
に対して補正光学系３５を、測定点１１３に対して補正
光学系３６を、測定点１１６に対して補正光学系３７
を、測定点１１８に対して補正光学系３８をそれぞれ有
するものである。

【００１４】各測定点１１１〜１１９に対して共通に設
けられたストッパ絞り１４は、ウエハ２上に存在する微
細な回路パターンによって、各々の光束がウエハ２上で
反射する際に生じる高次の回折光をカットする作用を有
する。又、測定点１１１、１１３、１１６、１１８のそ
れぞれに対して設けられた補正光学系３５、３６、３
７、３８は各々平光平板とレンズ系を有し、平行平板は
光路長を補正するために、レンズ系は倍率を補正するた
めに設けてある。これら補正光学系３５、３６、３７、
３８によって結像レンズ１６、１７、１９、２０の結像
倍率及び結像位置を補正する。

【００１５】光学系ブロック１５は一対のプリズムを互
いの斜面が相対するように貼合せたものであり、この貼
合せ面に部分的にアルミ等の反射面が蒸着形成されてお
り、測定点１１１、１１２、１１５、１１８、１１９か
らの光を反射させ、且つ測定点１１３、１１４、１１
６、１１７の光を透過させる作用を有する。

【００１６】光電変換手段Ｃは位置検出素子としての一
次元ＣＣＤセンサ３０、３１、３２、３３、３４を備え
る。各センサの出力はフォーカス制御装置４０に接続さ
れている。

【００１７】光照射手段Ａにより測定点１１１〜１１９
の９点にに光を照射すると９つの反射光が生じる。受光
レンズ系１３はこれらの９つの反射光すなわち測定点１
１１〜１１９上に形成されたピンホール像からの光を受
けて光学系ブロック１５に向ける。この時、受光レンズ
系１３は測定点１１１〜１１９上のピンホール像を光学
系ブロック１５の貼合せ面近傍の位置２１１〜２１９に
各々のピンホール像を再結像させている。

【００１８】測定点１１１、１１２でそれぞれ反射した
光は光学系ブロック１５の貼合せ面で反射し、それぞれ
位置２１１、２１２にピンホール像を再結像した後、結
像レンズ１６に入光する。この内、測定点１１１で反射
した光は、結像レンズ１６を出た後ミラー２１で反射さ
れ、補正光学系３５及びシリンドリカルレンズ２６を通
過し一次元ＣＣＤセンサ３０上に入光する。この時、測
定点１１１上のピンホール像は一次元ＣＣＤセンサ３０
上に、一次元ＣＣＤセンサ３０のアレイ形成方向に一致
した方向のみ再々結像し、これと直交方向はシリンドリ
カルレンズ２６の作用により結像関係とはなっていな
い。又、測定点１１２で反射した光は、結像レンズ１６
を出た後ミラー２１で反射され、更にシリンドリカルレ
ンズ２６を通過し一次元ＣＣＤセンサ３０上に入光す
る。この時、測定点１１２上のピンホール像は一次元Ｃ
ＣＤセンサ３０上に、一次元ＣＣＤセンサ３０のアレイ
形成方向に一致した方向のみ再々結像し、これと直交方
向はシリンドリカルレンズ２６の作用により結像関係と
はなっていない。又、測定点１１３、１１４で反射した
光は、光学系ブロック１５の貼合せ面を透過し、それぞ
れ位置２１３、２１４にピンホール像を再結像した後、
結像レンズ１７に入光する。この後の一次元ＣＣＤセン
サ３１に達するまで上記の測定点１１１、１１２で反射
した光と同様である。又、測定点１１５で反射した光は
光学系ブロック１５の貼合せ面で反射し、位置２１５に
ピンホール像を再結像した後、結像レンズ１８を通り、
ミラー２３で反射され、更にシリンドリカルレンズ３９
を通過し一次元ＣＣＤセンサ３２上に入光する。この
時、測定点１１５上のピンホール像は一次元ＣＣＤセン
サ３２上に、一次元ＣＣＤセンサ３２のアレイ形成方向
に一致した方向のみ再々結像し、これと直交方向はシリ
ンドリカルレンズ２６の作用により結像関係とはなって
いない。すなわち３０上には２つのピンホールの像が同
時にずれた関係で結像しており、これにより装置のコン
パクト化を達成している。又、測定点１１６、１１７で
反射した光が一次元ＣＣＤセンサ３３に達するまでは上
記の測定点１１３、１１４で反射した光と同様であり、
測定点１１８、１１９で反射した光が一次元ＣＣＤセン
サ３４に達するまでは上記の測定点１１１、１１２で反
射した光と同様である。

【００１９】このように、ウエハ２上の９つの測定点１
１１〜１１９と、一次元ＣＣＤ３０〜３４の受光面のア
レイ形成方向に一致した方向とが投影手段Ｂを介して互
いに共役となっているので、仮にウエハ２の表面が光軸
Ａx に対して傾いても、一次元ＣＣＤセンサ３０〜３４
の受光面のアレイ形成方向に一致した方向の位置は変化
しない。そして、ウエハ２の表面の光軸Ａx 方向に関す
る面位置の変化すなわち測定点１１１〜１１９の高さに
応答して、一次元センサＣＣＤ３０〜３４の受光面のア
レイ形成方向に一致した方向に対して、ピンホール８１
〜８９の各像の位置が変化することになる。又、一次元
ＣＣＤセンサ３０〜３４の受光面のアレイ形成方向と直
交した方向では、ウエハ２上の測定点１１１〜１１９と
は互いに共役になっていないので、ウエハ２の表面が光
軸Ａx に対して傾くと、一次元ＣＣＤセンサ３０〜３４
の受光面のアレイ形成方向に直交した方向の位置は変化
する。しかし一次元ＣＣＤセンサ３０〜３４の受光面の
幅はたかだか数十μｍであるのに対して、シリンドリカ
ルレンズ２６〜２９及び３９の焦点距離を適当に設定す
ることにより、この方向の測定点１１１〜１１９で反射
した光の集光する幅を十分大きく取ることは可能であ
り、ウエハ２の表面が光軸Ａx に対して傾いて光の入光
位置が動いても、常に光の集光する幅内に一次元ＣＣＤ
センサ３０〜３４の受光面を位置させることは容易であ
り測定上は問題とはならない。

【００２０】本実施例では結像レンズ１６が位置２１２
に形成されたピンホール像（測定点１１２の像）を一次
元ＣＣＤセンサ３０の受光面上に再結像（一次元ＣＣＤ
センサ３０のアレイ形成方向に一致した方向に対する）
する時の結像倍率と、結像レンズ１６と補正光学系３５
によって形成される合成光学系が位置２１１に形成され
たピンホール像（測定点１１１の像）を一次元ＣＣＤセ
ンサ３０の受光面上に再結像（一次元ＣＣＤセンサ３０
のアレイ形成方向に一致した方向に対する）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１
３に関して、ウエハ２の表面と位置２１１、２１２を含
む受光レンズ系１３の光軸に対して傾いた平面とが、シ
ャインフルークの条件（Scheimpflug's condition)を満
たすようにすることで、ピンホール８１、８２の各像
（測定点１１１、１１２の各像）を一次元ＣＣＤセンサ
３０の受光面に互いに等しい倍率（一次元ＣＣＤセンサ
３０のアレイ形成方向に一致した方向に対する）で形成
している。これにより一次元ＣＣＤセンサ３０の受光面
に形成されるピンホール８１、８２の各像（測定点１１
１、１１２の各像）の大きさが互いに等しくなる。

【００２１】ここで、受光レンズ系１３による測定点１
１１上のピンホール像の結像倍率をβ_13(111) ，受光レ
ンズ系１３による測定点１１２上のピンホール像の結像
倍率をβ_13(112) ，結像レンズ１６と補正光学系３５に
よって形成される合成光学系の位置２１１形成されたピ
ンホール像の結像倍率（一次元ＣＣＤセンサ３０のアレ
イ形成方向に一致した方向に対する）をβ_16-35(211)，
結像レンズ１６による位置２１２形成されたピンホール
像の結像倍率（一次元ＣＣＤセンサ３０のアレイ形成方
向に一致した方向に対する）をβ_16(212) とした時，β
_13(111) ×β_16-35(211)＝β_13(112) ×β_16(212) を満
たすように構成してある。

【００２２】又、同様に測定点１１３、１１４の各像、
及び測定点１１６、１１７の各像、及び測定点１１８、
１１９の各像に対しては、 β_13(113) ×β_17-36(213)＝β_13(114) ×β_17(214) β_13(116) ×β_19-37(216)＝β_13(117) ×β_19(217) β_13(118) ×β_20-38(218)＝β_13(119) ×β_20(219) 更に、測定点１１５を含めた全ての測定点の間には、 β_13(111) ×β_16-35(211)＝β_13(112) ×β_16(212) ＝β_13(113) ×β_17-36(213)＝β_13(114) ×β_17(214) ＝β_13(115) ×β_18(215) ＝β_13(116) ×β_19-37(216)＝β_13(117) ×β_19(217) ＝β_13(118) ×β_20-38(218)＝β_13(119) ×β_20(219) を満たすように投影光学系Ｂが構成してある。本実施例
のような斜入射投影光学系において複数計測点を構成す
る場合、各測定点の高さ検出に関する分解能や精度をほ
ぼ等しく構成するためには上記の補正光学系を用いるこ
とが必要になる。これについては特開平３ー２４６４１
１号公報に詳しく述べられているため、ここではこれ以
上の説明を省略するものとする。

【００２３】図５、図６は一次元ＣＣＤセンサの受光面
上に２つのピンホール像からの光を入光させる図を示し
ている。図５は図２と同じ方向から見た図、図６は図２
と直交する方向から見た図を示す。図５、図６において
位置３０１は位置２１１、２１３、２１６、２１８に、
位置３０２は位置２１２、２１４、２１７、２１９に、
結像レンズ系４０１は結像レンズ系１６、１７、１９、
２０に、補正光学系４０２は補正光学系３５、３６、３
７、３８に、シリンドリカルレンズ４０３はシリンドリ
カルレンズ２６、２７、２８、２９に、一次元ＣＣＤセ
ンサ５０１は一次元ＣＣＤセンサ３０、３１、３３、３
４にそれぞれ対応するものである。なおミラー２１、２
２、２４、２５に対応するものは、本質的ではないため
ここでは省略している。

【００２４】図５において、位置３０１上のピンホール
像から出た光は、中心から偏心した位置で結像レンズ系
４０１を通り、補正光学系４０２、シリンドリカルレン
ズ４０３（この方向にはレンズとしての作用は持たな
い）を通った後、一次元ＣＣＤセンサ５０１の受光面上
の位置６０１に入光する。この時、位置３０１と位置６
０１は、結像レンズ系４０１と補正光学系４０２よりな
る合成光学系に対して共役な位置にあり結像関係にあ
り、補正光学系４０２がない場合は一次元ＣＣＤセンサ
５０１の手前に結像する。位置３０２上のピンホール像
から出た光は、中心より偏心した位置で結像レンズ系４
０１を通り、シリンドリカルレンズ４０３（この方向に
はレンズとしての作用は持たない）を通った後、一次元
ＣＣＤセンサ５０１の受光面上の位置６０２に入光す
る。この時、位置３０２と位置６０２は結像レンズ系４
０１に対して共役な位置にあり結像関係となる。

【００２５】図６において、位置３０１上のピンホール
像から出た光は、中心より偏心した位置で結像レンズ系
４０１を通り、更に補正光学系４０２を通り、中心より
偏心した位置でシリンドリカルレンズ４０３（この方向
にはレンズとしての作用を持つ）を通った後、一次元Ｃ
ＣＤセンサ５０１の受光面上の位置６０１に入光する。
この時、位置６０１は結像レンズ系４０１、補正光学系
４０２、シリンドリカルレンズ４０３よりなる合成光学
系を介して位置３０１に対しほぼ瞳の位置にある。位置
３０２上のピンホール像から出た光は、中心より偏心し
た位置で結像レンズ系４０１を通り、中心より偏心した
位置でシリンドリカルレンズ４０３（この方向にはレン
ズとしての作用を持つ）を通った後、一次元ＣＣＤセン
サ５０１の受光面上の位置６０２に入光する。この時、
位置６０２は結像レンズ系４０１及びシリンドリカル４
０３よりなる合成光学系を介して位置３０１に対しほぼ
瞳の位置にある。異なる２点の位置３０１と位置３０２
に対する一次元ＣＣＤセンサ５０１上の瞳の位置は、補
正光学系４０２の有無により厳密には異なるが、ほぼ同
一の位置に光を集光するという目的に関しては無視でき
る程度に光学系を構成している。

【００２６】図７、図８は位置２１５からのピンホール
像からの光が一次元ＣＣＤセンサの受光面上に入光する
図を示している。図７は、図２と同じ方向から見た図を
示し、図８は、図２と直交する方向から見た図を示し、
ミラー２３は本質的でないため省略している。

【００２７】図７において、位置２１５上のピンホール
像からの光は結像レンズ系１８を通り、シリンドリカル
レンズ３９（この方向にはレンズとしての作用はない）
を通った後、一次元ＣＣＤセンサ３２の受光面上の位置
６０３に入光する。この時、位置２１５と位置６０３は
結像レンズ系１８に対して共役な位置にあり結像関係と
なる。又、図８において、位置２１５上のピンホール像
からの光は、結像レンズ系１８を通り、シリンドリカル
レンズ３９（この方向にはレンズとしての作用を持つ）
を通った後、一次元ＣＣＤセンサ３２の受光面上の位置
６０３に入光する。この時、位置６０３は結像レンズ系
１８及びシリンドリカルレンズ３９よりなる合成光学系
を介して位置２１５に対しほぼ瞳の位置にある。位置２
１５上のピンホール像からの光に対しては、格別にシリ
ンドリカルレンズ３９必要はないが、ここでシリンドリ
カルレンズ３９を設ける目的は、位置２１５と位置３０
１、３０２の高さ検出に関する分解能や精度をぼ等しく
するためである。

【００２８】光電変換手段Ｃの一次元ＣＣＤセンサ３
０、３１、３２、３３、３４は、それぞれその受光面上
に形成されたピンホール８１と８２、８３と８４、８
５、８６と８７、８８と８９の各像（測定点１１１と１
１２、１１３と１１４、１１５、１１６と１１７、１１
８と１１９の各像）の位置に応じた信号を出力して、信
号がフォーカス制御手段４０に入力される。一次元ＣＣ
Ｄセンサ３０、３１、３２、３３、３４の受光面上に形
成される各像の大きさは互いにほぼ等しいので、各測定
点１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６、
１１７、１１８、１１９の高さ検出に関する分解能や精
度がほぼ等しく行なうことが可能となる。フォーカス制
御手段４０は一次元ＣＣＤセンサ３０、３１、３２、３
３、３４からの出力信号に基づいて各測定点１１１〜１
１９の高さ情報を得て、ウエハ２の表面位置として、そ
のｚ方向（光軸Ａx 方向）に関する位置やＸＹ平面に対
する傾きを検出する。そして、ウエハ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在する平
面と共役な平面（結像面）に位置付けるために必要なウ
エハステージ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
じてウエハステージ３を駆動し、これによりウエハ２の
位置と姿勢を調整する。

【００２９】本実施例において各測定点１１１〜１１９
の高さ情報からウエハ２の表面位置を算出するに際して
は、以下に述べるように条件に応じて適切な計測点を選
択する。ここで言う条件とは、例えば露光光の露光領域
の大きさや形状、ウエハ周辺部露光におけるウエハ形状
などである。

【００３０】図９はウエハ上に全ての測定点が存在する
場合の、各測定点１１１〜１１９の配置と回路パターン
が投影される領域９０１、９０２、９０３との関係を示
している。各測定点１１１〜１１９の配置に対して投影
領域が領域９０１のように大きい場合は、領域内の９つ
の測定点１１１〜１１９全てを用いて領域９０１の表面
位置を算出する。あるいは一次元ＣＣＤセンサ当たり一
つの測定点１１１、１１３、１１５、１１７、１１９を
用いて領域９０１の表面位置を算出するようにしても良
い。後者の場合は用いる測定点が少ない分だけ測定点検
出時間及び演算時間が短縮され、スループットが高まる
利点がある。一方、各測定点１１１〜１１９の配置に対
して投影領域が領域９０２のように小さい場合は、領域
内に含まれるの一部の測定点１１２、１１４、１１５、
１１６、１１８を用いて領域９０２の表面位置を算出す
る。又、領域９０３のように更に領域が小さいときは、
測定点１１２、１１４、１１５、１１６、１１８を用い
て領域９０３の表面位置を算出する。あるいは傾きは補
正できないが測定点１１５のみを用いて領域９０３の表
面位置を算出するようにしても良い。

【００３１】図１０はウエハ２の周辺部で斜線で示すウ
エハ２上に一部の測定点が存在する場合の、各測定点１
１１〜１１９の配置と回路パターンが投影される領域９
０４、９０５との関係を示している。領域９０４に対し
ては測定点１１７がウエハ２上になく、測定点１１９が
ウエハ２の周辺境界部に位置している。この場合は測定
点１１９の代わりの測定点１１８と、測定点１１１、１
１３、１１５の計４点を用いて領域９０４の表面位置を
算出する。なお、この場合もウエハ２上に含まれる全て
の計測点６点を用いて領域９０４の表面位置を算出する
ようにしてもよい。又、領域９０５に対しては測定点１
１６がウエハ２上にない。よってこの場合は測定点１１
２、１１４、１１５、１１８の計４点を用いて領域９０
５の表面位置を算出する。

【００３２】図１１はウエハ２の周辺部で斜線で示すウ
エハ２上に一部の測定点が存在する場合の、各測定点１
１１〜１１９の配置と回路パターンが投影される領域９
０６、９０７との関係を示している。領域９０６対して
は測定点１１１、１１３、１１５の計３点を用いて領域
９０６の表面位置を算出する。上記と同様、この場合も
ウエハ２上の全ての計測点５点を用いて領域９０６の表
面位置を算出するようにしても良い。又、領域９０７対
しては測定点１１２、１１４、１１５の計３点を用いて
領域９０７の表面位置を算出する。

【００３３】なお、一次元ＣＣＤセンサ毎に演算処理回
路を設けて並列に演算処理を行なうようにすればスルー
プットをより一層高めることができる。又、測定点毎に
演算処理回路を設けて並列に計算処理を行なえば更なる
高速化も可能となる。更には全点（９点）を使うように
すればより精密な位置の設定が可能となる。

【００３４】次に上記実施例のいくつかの変形例を以下
に説明する。近年、回路パターンの投影露光を行なう投
影レンズ１の露光領域は大型化する傾向がある。これは
露光領域内に一度に複数個のチップを形成して歩留まり
を向上させる要求によるものである。例えば投影露光装
置で作られることの多いメモリチップを考えると、一般
にメモリチップは形状が長方形である場合が多く、複数
個のメモリチップを一括露光する場合も長方形の露光領
域が必要とされる。

【００３５】図１２は単一のメモリチップの露光領域９
０８が縦に３個配置された例を示す図であり、図１３は
メモリチップが縦に３個配置された場合の一括露光露光
領域９０９に適するように、上記図４に示した測定点の
配置を変更した例を示す図である。図１３の例では、正
方形の露光画面４隅の測定点１１１、１１３、１１７、
１１９及び中央の測定点１１５は図４と同じであるが、
図４における測定点１１２、１１４、１１６、１１８に
各々相当する測定点１２２、１２４、１２６、１２８
を、測定点１１１、１１３、１１７、１１９の内側にＹ
方向がＸ方向に対し長くなる位置に設けている。長方形
の露光領域９０９に回路パターンの投影露光を行なう場
合は、この長方形の４隅の測定点１２２、１２４、１２
６、１２８及び中央の測定点１１５を用いて露光領域９
０９の表面形状を決定するものとする。

【００３６】図１４は図４に示した測定点の配置を変更
し、領域９０１内の対角方向、ｘｙ方向、及び中心に配
置した例である。図１３に示すように、正方形の露光画
面４隅の測定点１１１、１１３、１１７、１１９及び中
央の測定点１１５は図４と同じであるが、図４における
測定点１１２、１１４、１１６、１１８に各々相当する
測定点１３２、１３４、１３６、１３８を図示のよう
に、測定点１１１、１１３、１１７、１１９の内側の領
域に対角線がｘ，ｙ方向に向くように配置したものであ
る。これにより各測定点間の距離を略均等に領域９０１
内全体に配置することができ、領域９０１の表面形状を
より高精度に決定することができる。

【００３７】図１５は図６のシリンドリカルレンズ４０
３の代わりに平行平板４０４、４０５を用いて一次元Ｃ
ＣＤセンサの受光面上に２つのピンホール像からの光を
入光させる図を示し、図２と直交する方向から見たもの
である。なお図５と同じ方向から見た図はこの方向には
平行平板４０４、４０５は光を曲げる作用がないため省
略する。図１５において、位置３０１上のピンホール像
から出た光は、中心より偏心した位置で結像レンズ系４
０１を通り、補正光学系４０２、平行平板４０４を通り
方向を変えられた後、一次元ＣＣＤセンサ５０１の受光
面上の位置６０１に入光する。この時、位置３０１と位
置６０１は結像レンズ系４０１と補正光学系４０２より
なる合成光学系に対して共役な位置にあり結像関係にあ
る。すなわち補正光学系４０２がない場合は一次元ＣＣ
Ｄセンサ５０１の手前に結像する。位置３０２上のピン
ホール像から出た光は、中心より偏心した位置で結像レ
ンズ系４０１を通り、平行平板４０５を通り方向を変え
られた後、一次元ＣＣＤセンサ５０１の受光面上の位置
６０２に入光する。この時、位置３０２と位置６０２は
結像レンズ系４０１に対して共役な位置にあり結像関係
となる。このように構成しても異なる２点から発せられ
た光束を共通の一次元ＣＣＤセンサで測定することが可
能となる。

【００３８】図１６は図６のシリンドリカルレンズ４０
３の代わりにくさび形プリズム４０７を用いて、一次元
ＣＣＤセンサの受光面上に２つのピンホール像からの光
を入光させる図を示し、図２と直交する方向から見たも
のである。なお図５と同じ方向から見た図はこの方向に
はくさび形プリズム４０７は光を曲げる作用がないため
省略する。図１６において、位置３０１上のピンホール
像から出た光は、中心より偏心した位置で結像レンズ系
４０１を通り、補正光学系４０２、中心より偏心した位
置でくさび形プリズム４０７を通り方向を変えられた
後、一次元ＣＣＤセンサ５０１の受光面上の位置６０１
に入光する。この時、位置３０１と位置６０１は結像レ
ンズ系４０１と補正光学系４０２よりなる合成光学系に
対して共役な位置にあり結像関係となり、補正光学系４
０２がない場合は一次元ＣＣＤセンサ５０１の手前に結
像する。位置３０２上のピンホール像から出た光は、中
心より偏心した位置で結像レンズ系４０１を通り、中心
より偏心した位置でくさび形プリズム４０７を通り方向
を変えられた後、一次元ＣＣＤセンサ５０１の受光面上
の位置６０２に入光する。この時、位置３０２と位置６
０２は結像レンズ系４０１に対して共役な位置にあり結
像関係となる。このように構成しても、異なる２点から
発せられた光束を共通の一次元ＣＣＤセンサで測定する
ことが可能となる。

【００３９】図１７は図６のシリンドリカルレンズ４０
３の代わりにミラー４０８、４０９を用いて、一次元Ｃ
ＣＤセンサの受光面上に２つのピンホール像からの光を
入光させる図を示し、図２と直交する方向から見た図で
ある。なお図５と同じ方向から見た図はこの方向にはミ
ラー４０８、４０９は光を曲げる作用がないため省略す
る。図１７において、位置３０１上のピンホール像から
出た光は、中心より偏心した位置で結像レンズ系４０１
を通り、補正光学系４０２、ミラー４０８で反射し方向
を変えられた後、一次元ＣＣＤセンサ５０１の受光面上
の位置６０１に入光する。この時、位置３０１と位置６
０１は、結像レンズ系４０１と補正光学系４０２よりな
る合成光学系に対して共役な位置にあり結像関係とな
り、補正光学系４０２がない場合は一次元ＣＣＤセンサ
５０１の手前に結像する。

【００４０】位置３０２上のピンホール像から出た光
は、中心より偏心した位置で結像レンズ系４０１を通
り、ミラー４０９で反射して方向を変えられた後、一次
元ＣＣＤセンサ５０１の受光面上の位置６０２に入光す
る。この時、位置３０２と位置６０２は結像レンズ系４
０１に対して共役な位置にあり結像関係となる。このよ
うに構成しても、異なる２点から発せられた光束を共通
の一次元ＣＣＤセンサで測定することが可能となる。

【００４１】なお、図１５、図１６、図１７に示す構成
をとる場合、位置２１５に関しては図１８に示す構成を
とるものとする。図１８は図８のシリンドリカルレンズ
３９を省いた構成を有し、同一の符号は同一の部材を表
す。図１８において、位置２１５上のピンホール像から
の光は、結像レンズ系１８を通った後、一次元ＣＣＤセ
ンサ３２の受光面上の位置６０３に入光する。この時、
位置２１５と位置６０９は結像レンズ系１８に対して共
役な位置にあり結像関係となる。位置２１５上のピンホ
ール像からの光に対しては、もともとシリンドリカルレ
ンズ３９は必要なく、ここでシリンドリカルレンズ３９
をなくす目的は、位置２１５と位置３０１、３０２の高
さ検出に関する分解能や精度をほぼ等しくするためであ
る。

【００４２】図１９は図１に示した装置を一部変形した
変形例を示す図である。同図では異なる部分のみ示し光
学系ブロック８以降は図１と同様なので省略している。
光源５１は白色あるいは相異なる複数波長の光を照射す
るランプよりなり、光源５１より出た光は集光レンズ６
１によりファイバ系７１の入射端面に入光する。ファイ
バ系７１を通った光はファイバ系７１の出射端面より出
てスリット８１を照射する。同様に、ファイバ系７２〜
７９がスリット８２〜８９に対して設けられており、そ
れぞれ個別な光源を持ちスリット８２〜８９を照明す
る。ここでは簡単のためファイバ系７１に対してのみ光
源部５０を図示した。このように計測点毎に光源を持つ
ことで、計測点下の反射率が異なった場合でも個別に光
量を調整して常に安定した検出が可能となる。

【００４３】図２０は、図１９における光源部５０を波
長の異なる２つの単色光源（ＬＥＤ又はレーザ等）５
２、５３を用いて構成した更なる変形例を示している。
単色光源５２から出た光は集光レンズ６２を通り、ビー
ムスプリッタ６４を通った後、ファイバ系７１の入射端
面に入光する。単色光源５３から出た光は集光レンズ６
３を通りビームスプリッタ６４で反射した後、ファイバ
系７１の入射端面に入光する。ビームスプリッタ６４は
特定波長の光に対しては透過性を持ち、他の波長の光に
対しては反射特性を持つものとする。このように波長の
異なる２つの単色光源５２、５３から多波長光源を構成
することができる。ＬＥＤやレーザなどの単色光源は応
答特性が早く光量を調整する目的では使いやすい光源で
あるが、その反面、単色であるため薄膜干渉の影響を受
けやすい欠点がある。本構成をとれば多波長光源となり
薄膜干渉の影響を軽減することが可能となる。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、パターン転写の行なわ
れる露光領域の大きさ等の測定条件に応じて、複数の計
測点の中から適切な計測点を選択して計測することによ
り、高精度で汎用性に富んだ優れた面位置検出装置及び
露光装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の装置の側面図である。

【図２】本発明の実施例の装置の側面図である。

【図３】図１に示す光学ブロックのスリットの形状を示
す図である。

【図４】本実施例の装置を上方から見た図である。

【図５】一次元ＣＣＤセンサの受光面上に２つのピンホ
ール像からの光を入光させる図である。

【図６】一次元ＣＣＤセンサの受光面上に２つのピンホ
ール像からの光を入光させる図である。

【図７】位置２１５からのピンホール像からの光が一次
元ＣＣＤセンサの受光面上に入光する図である。

【図８】位置２１５からのピンホール像からの光が一次
元ＣＣＤセンサの受光面上に入光する図である。

【図９】各測定点の配置と回路パターンの投影領域との
関係を示す図である。

【図１０】ウエハの周辺部での各測定点の配置と回路パ
ターンとの投影領域の関係を示す図である。

【図１１】ウエハの周辺部での各測定点の配置と回路パ
ターンとの投影領域の関係を示す図である。

【図１２】メモリチップの露光領域を示す図である。

【図１３】複数の測定点の配置の変更例を示す図であ
る。

【図１４】複数の測定点の配置の変更例を示す図であ
る。

【図１５】図６に示す構成の変形例を示す図である。

【図１６】図６に示す構成の変形例を示す図である。

【図１７】図６に示す構成の変形例を示す図である。

【図１８】図８に示す構成の変形例を示す図である。

【図１９】図１で示した面位置検出装置の変形例を示す
図である。

【図２０】図１で示した面位置検出装置の変形例を示す
図である。

【符号の説明】

９、１３レンズ系１６〜２０結像レンズ系３５〜３８補正光学系８１〜８９ピンホール１１１〜１１９測定点３０〜３４一次元ＣＣＤセンサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検面上の相異なる複数の測定位置に光
ビームを斜め方向から照射する手段と、条件に応じて前記測定位置を可変にする手段と該測定位
置で反射した光を受光して、各測定位置における検出信
号を基に前記被検面の位置情報を得る手段と、を有する
ことを特徴とする面位置検出装置。
【請求項２】ステージ上に載置されたウエハに対して
マスクパターンを投影露光するための露光光学系と、前記ウエハの被検面上の相異なる複数の測定位置に光ビ
ームを斜め方向から照射する手段と、条件に応じて前記測定位置を可変にする手段と前記選択
した測定位置で反射した光を受光して、各測定位置にお
ける検出信号を基に前記被検面の位置情報を得る手段
と、前記得られた被検面の位置情報に応じて、前記露光光学
系の結像面に前記被検面が合致するように制御を行なう
手段と、を有することを特徴とする露光装置。
【請求項３】反射光を受光するためのアレイセンサを
有し、複数の測定点からの反射光を同一のアレイセンサ
に導くための光学系を有する請求項１の面位置検出装置
又は請求項２の露光装置。