JPH06188173A

JPH06188173A - 表面位置検出装置

Info

Publication number: JPH06188173A
Application number: JP33483692A
Authority: JP
Inventors: Masanori Kato; 正紀加藤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-12-16
Filing date: 1992-12-16
Publication date: 1994-07-08

Abstract

(57)【要約】【目的】被検物が可視光に対して光透過性である場合
にも、その被検物の表面の焦点位置を正確に検出する。【構成】赤外光源１２から射出された赤外線をフィー
ルドレンズ２を介して投光スリット３に照射し、投光ス
リット３のスリット開口の像を送光側対物レンズ４Ａを
介してガラス基板５の表面５ａ上に結像する。表面５ａ
上に結像されたスリット像を受光側対物レンズ４Ｂを介
して受光スリット６上に再結像し、振動する受光スリッ
ト６のスリット開口を通過する光をコレクタレンズ７を
介して受光素子８で受光する。外線はガラス基板５で吸
収されて、内部の反射光が表面５ａ側に射出されるのが
抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被検面の変位を検出す
るための表面位置検出装置に関し、特に、例えば液晶製
造用の露光装置における焦点位置検出装置に適用して好
適な表面位置検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子をリソグラフィ工程で製造す
る際に、フォトマスク又はレチクル（以下、「レチク
ル」と総称する）のパターン像を投影光学系を介して感
光材が塗布された半導体ウエハ上に露光する投影露光装
置が使用されている。斯かる投影露光装置において、半
導体ウエハ上にパターン像を高い解像度で露光するため
には、その半導体ウエハの露光面を投影光学系の最良結
像面に対して焦点深度の範囲内に配置する必要がある。
そのために、投影露光装置には、半導体ウエハの露光面
のその最良結像面に対する傾斜角を計測する水平位置検
出装置及び半導体ウエハの露光面の所定の計測点におけ
る投影光学系の光軸方向の位置（フォーカス位置）を計
測する焦点位置検出装置が備えられている。

【０００３】水平位置検出装置で検出された傾斜角をレ
ベリング機構で０に設定すると共に、焦点位置検出装置
で検出されたフォーカス位置をオートフォーカス機構に
よりベストフォーカス位置に設定することにより、半導
体ウエハの露光面が最良結像面に合致する。この状態で
露光を行うことにより、高い解像度でレチクルのパター
ン像が半導体ウエハの露光面に露光される。

【０００４】これに関して、最近は液晶表示素子を製造
する際にも投影露光装置が使用されるようになってきて
いる。この場合、液晶製造用の露光装置における焦点位
置検出装置としては、従来より半導体製造用の露光装置
に用いられている焦点位置検出装置を適用している場合
が多い。従来の焦点位置検出装置としては、投影光学系
によってマスクパターン像が転写される位置に設けられ
た半導体ウエハに対して斜めに入射光を照射し、その半
導体ウエハの表面から斜めに反射する反射光を検出し
て、その表面位置を検出する斜め入射型焦点位置検出装
置などが知られている（例えば特開昭５６−４２２０５
号公報参照）。このように従来の焦点位置検出装置は、
半導体ウエハの表面を被検面としてその被検面上に投影
光束を斜めに投影し、被検面上にスリット状のパターン
像を結像し、その反射光を集光して受光系に設けられた
光電変換素子の受光面上にそのスリット状のパターン像
を再結像し、その再結像された像の位置から被検面の位
置を検知するものである。即ち、被検面としての半導体
ウエハ表面が上下方向に変位すると、その上下方向の変
位に対応して受光系において、再結像されたスリット状
のパターン像が受光系の光軸に対して直交する方向に横
ずれを起こす。この横ずれ量を検出することによって、
半導体ウエハの表面が投影光学系に対して合焦位置にあ
るか否かが判定される。

【０００５】図１０は、従来の斜入射型の焦点位置検出
装置で液晶製造用のガラス基板の焦点位置を検出する場
合を示し、この図１０において、光源１からの波長０．
５〜１μｍの検出光はフィールドレンズ２を介して投光
スリット３を照射する。投光スリット３は図１０の紙面
に垂直な方向に長いスリット開口３ａを有し、このスリ
ット開口３ａを通して投射される検出光Ｌ₀ は、送光側
対物レンズ４Ａによって集光され、ガラス基板５の表面
５ａ上に光スリット像が結像される。ガラス基板５の表
面５ａから反射する反射光Ｌ_1Aは、受光側対物レンズ４
Ｂによって集束され、受光スリット６上に光スリット像
が再結像される。また、受光スリット６に設けられたス
リット開口６ａを通過した反射光Ｌ_1Aは、コレクタレン
ズ７により光電変換素子よりなる受光素子８上に集光さ
れる。受光スリット６、コレクタレンズ７及び受光素子
８をもって光電検出器９が構成されている。

【０００６】この場合、受光スリット６がスリット開口
６ａの幅方向に所定周期で振動するように構成されてい
る。そして、ガラス基板５の表面５ａが上下に変位する
と、そのスリット開口６ａの近傍に再結像される光スリ
ット像の位置もそのスリット開口６ａの幅方向に移動す
るため、例えば受光素子８の出力信号を受光スリット６
の駆動信号で同期整流することにより、ガラス基板５の
表面５ａの変位に応じて所定範囲でほぼリニアに変化す
る焦点信号が得られる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の半導体ウエハ用
の焦点位置検出装置をそのまま液晶用に転用する場合、
液晶では被検物が可視光を透過するガラス基板５である
ことから、ガラス基板５の表面５ａにて反射する光以外
に、ガラス基板５の裏面５ｂにて反射する光、ガラス基
板５を保持しているステージの表面にて反射する光、又
はガラス基板５の内部での多重反射の光等が受光素子８
で検出されてしまい、焦点位置の検出結果に誤差が生じ
る虞があった。

【０００８】即ち、図１０において、ステージ１０上に
ガラス基板５が保持されている場合を考えてみる。この
場合、ガラス基板５の表面５ａ上の点Ｑ₀ に入射角θで
入射した検出光Ｌ₀ の一部が反射光Ｌ_1Aとして反射され
るのみならず、ガラス基板５内を透過してガラス基板５
の裏面５ｂにて反射角θａで反射する反射光Ｌ₂ が生
じ、この反射光Ｌ₂ が表面５ａを透過して、第２の反射
光Ｌ_2Aとして表面５ａから射出される。以下同様にし
て、反射光Ｌ₂ のうち表面５ａで内面反射される反射光
Ｌ₃ に基づいて、順次第３、第４、‥‥の反射光Ｌ_3A，
Ｌ_4A，‥‥が発生し、これらが第１の反射光Ｌ_1Aに複合
されたり、それぞれの反射光Ｌ_2A，Ｌ_3A，Ｌ _4A，‥‥
が、本来検出すべき表面５ａの反射光Ｌ_1Aとして誤って
検出されてしまうこともあり得る。

【０００９】また、図１１は、更にガラス基板５が載置
されているステージが、ある段差的な構造を持っている
ステージ１１の場合を示し、この図１１の場合には、ス
テージ１１のガラス基板５の裏面５ｂとの接触面に凹部
１１ａ，１１ｂ，‥‥が形成されている。従って、図１
０の場合に加えて、ガラス基板５の裏面５ｂを透過した
後、ステージ１１の凹部１１ａ等の表面により反射され
る反射光Ｍ₂ も現れる。そして、この反射光Ｍ₂ がガラ
ス基板５の裏面５ｂ及び表面５ａを経て反射光Ｍ_2Aとし
て図１０の受光素子８の受光面に入射する虞がある。

【００１０】同様に考えると、反射面が１面増す毎に、
その反射面からの反射光が本来検出すべき表面５ａから
の反射光Ｌ_1Aに複合されたり、誤検出されたりする可能
性が増すことになる。また、ステージ１１のように、ガ
ラス基板５を載置する部材の構造が場所により異なる場
合には、場所によりその反射光の影響も異なるという不
都合がある。

【００１１】なお、上述の説明は焦点位置検出装置につ
いてのものであるが、従来の半導体ウエハ用の水平位置
検出装置でガラス基板の傾斜角を検出する際にも、裏面
反射等の影響が問題となる。本発明は斯かる点に鑑み、
被検物が可視光に対して光透過性である場合にも、その
被検物の表面の焦点位置を正確に検出できる表面位置検
出装置を提供することを目的とする。更に、本発明は、
被検物が可視光に対して光透過性である場合にも、その
被検物の表面の傾斜状態を正確に検出できる表面位置検
出装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の表面
位置検出装置は、例えば図１に示す如く、被検物（５）
の表面上の所定の領域を所定の共役関係に形成するため
の主対物レンズと、光源（１２）と、この光源からの光
を用いてその主対物レンズの光軸外から被検物（５）の
表面上へ所定形状の検出パターン像を投影する送光対物
レンズ（４Ａ）とを有する照射光学系と、この照射光学
系から供給され被検物（５）の表面上で反射される光束
を集光してその検出パターン像を再結像する受光対物レ
ンズ（４Ｂ）と、この再結像された検出パターン像の位
置を検出する受光手段（６〜８）とを有する集光光学系
とを設け、その照射光学系及びその集光光学系の光軸を
その主対物レンズの光軸に関して対称に配置し、その照
射光学系の光源（１２）として、被検物（５）に吸収さ
れる波長域の光を発生する光源を用いるものである。

【００１３】この場合、その光源（１２）の一例は波長
２μｍ以上の赤外線を発生する光源である。また、その
光源（１２）の他の例は波長３５０ｎｍ以下の紫外線を
発生する光源である。また、本発明の第２の表面位置検
出装置は、例えば図８に示す如く、被検物（５）の表面
上の所定の領域を所定の共役関係に形成するための主対
物レンズ（２５）と、光源（２９）と、この光源からの
光を平行光束にして主対物レンズ（２５）の光軸外から
被検物（５）の表面上へ供給する照射対物レンズ（３
２）とを有する照射光学系（２８）と、この照射光学系
から供給され被検物（５）の表面上で反射される光束を
集光する集光対物レンズ（３４）と、この集光された光
束を受光する受光手段（３５）とを有する集光光学系
（３３）とを設け、照射光学系（２８）及び集光光学系
（３３）の光軸を主対物レンズ（２５）の光軸に関して
対称に配置し、照射光学系（２８）による被検物（５）
の表面上への平行光束の照射領域を主対物レンズ（２
５）によって所定の共役関係に形成される被検物（５）
の表面上の共役領域とほぼ同じ大きさに設定し、照射光
学系（２８）の光源（２９）として、被検物（５）に吸
収される波長域の光を発生する光源を用いるものであ
る。

【００１４】

【作用】斯かる本発明の第１の表面位置検出装置におい
て、被検物（５）がガラス基板である場合を考える。こ
の場合、その照射光学系の光源（１２）として、ガラス
基板に吸収される波長域の光を発生する光源を使用す
る。これにより、ガラス基板５の裏面等での反射光の影
響がなくなり、焦点位置検出が高精度に行われる。ま
た、一般にガラスの透過率は、図３に示すように入射す
る光の波長λが紫外領域及び赤外領域であるときには著
しく減少し、その分だけガラスによる吸収が大幅に増大
する。また、ガラス基板の硝材及び厚さ等により多少異
なるが、可視領域と紫外領域との境界の波長λ₁ より短
い紫外領域の波長の光に関しては、その光はガラス基板
を透過せずに吸収される。同様に、可視領域と赤外領域
との境界の波長λ₂ より長い赤外領域の波長の光もガラ
ス基板に吸収されてしまう。

【００１５】また、ガラス基板だけを検出するのであれ
ば紫外又は赤外の領域の光を用いることができるが、ガ
ラス基板の表面上にはフォトレジスト等の薄膜が付着し
ている場合が多い。例えばガラス基板の表面にフォトレ
ジストが塗布されている場合に紫外領域の光を用いる
と、フォトレジストが感光してしまうという問題が起こ
ってしまう。そこで、このような場合には、斜入射型で
表面位置検出を行う際に波長２μｍ以上の赤外領域の光
を用いることにより、本来検出すべきガラス基板の表面
の反射光のみを検出出来ると共に、フォトレジストの感
光を防止できる。

【００１６】また、ガラス基板上にフォトレジストのよ
うな薄膜が無い場合には、光源として赤外光（望ましく
は波長２μｍ以上）又は紫外光（望ましくは波長３５０
ｎｍ以下）の何れを使用した場合でも、ガラス基板の表
面の焦点位置が正確に検出される。同様に、本発明の第
２の表面位置検出装置によれば、被検物（５）の裏面等
からの反射光が検出されることがなくなるため、被検物
（５）の表面の傾斜角が正確に検出される。

【００１７】

【実施例】以下、本発明による表面位置検出装置の第１
実施例につき図１〜図４を参照して説明する。本実施例
は、投影露光装置用の斜入射型の焦点位置検出装置に本
発明を適用したものである。図１は、本実施例の焦点位
置検出装置の概略構成を示し、この図１において、実線
にて示す光線の経路はスリット像の共役関係を示し、破
線にて示す光線の経路は光源像の共役関係を示す。図１
において、赤外光源１２からの検出光はフィールドレン
ズ２を介して投光スリット３を照射する。この投光スリ
ット３の図１の紙面に垂直な方向に長いスリット開口３
ａを通して投射される検出光Ｌ₀ は、送光側対物レンズ
４Ａによって集光されて、ガラス基板５の表面５ａ上に
光スリット像が結像される。

【００１８】この場合、赤外光源１２としては、近赤外
線ランプの光からフィルターにより波長２μｍ〜５μｍ
の光を取り出す光源、赤外線レーザー光源（例えば発振
波長が３３９１．２ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザー光源）、
ハロゲンランプの光からフィルターにより赤外線を取り
出す光源等を使用できる。また、フィールドレンズ２及
び送光側対物レンズ４Ａは、赤外線を通過させるレンズ
であり、例えば赤外用石英、シリコン又はゲルマニウム
から形成したレンズが使用できる。

【００１９】ガラス基板５の表面５ａで反射された反射
光Ｌ₁ は、受光側対物レンズ４Ｂによって集束され、受
光スリット６上に光スリット像が再結像される。また、
受光スリット６に設けられた図１の紙面に垂直な方向に
長いスリット開口６ａを通過した反射光Ｌ₁ は、検出光
Ｌとしてコレクタレンズ７により光電変換素子よりなる
受光素子８上に集光される。なお、受光スリット６、コ
レクタレンズ７及び受光素子８をもって光電検出器９が
構成されている。また、受光側対物レンズ４Ｂ及びコレ
クタレンズ７もそれぞれ赤外線を通過させるレンズであ
る。

【００２０】受光スリット６は、スリット開口６ａの幅
方向（第１図中で矢印ａにて示す方向）に所定の振幅を
もって振動し、受光スリット６上に再結像された光スリ
ット像はスリット開口６ａにて走査され、受光素子８か
らの検出信号が最大となったときのスリット開口６ａの
基準位置からの変位量から、表面５ａの基準面（ベスト
フォーカス面）からの変位が検出される。

【００２１】図２は、ガラス基板５の表面５ａが投影光
学系の光軸Ｚに沿って変位した場合における受光スリッ
ト６上での光スリット像の変位量を示す説明図である。
検出光（入射光）Ｌ₀ が入射角θをもって、基準位置Ｚ
₀ に在る表面５ａに入射すると、表面５ａ上の点Ｑ₀ に
結像された光スリット像は、受光側対物レンズ４Ｂによ
って受光スリット６上の基準位置Ｐ₀ に再結像される。
被検出面５ａが鎖線で示す面５ｓの位置まで△Ｚだけ光
軸Ｚの方向に変位すると、検出光Ｌ₀ は点Ｑ₁で反射
し、光スリット像を形成する反射主光線Ｌ_s は受光側対
物レンズ４Ｂを介して、受光スリット６上の点Ｐ₁ に達
し、そこに光スリット像が再結像される。

【００２２】この場合、受光スリット６上での基準位置
Ｐ₀ から点Ｐ₁ までの光スリット像の変位量を△ｙ、受
光側対物レンズ４Ｂの結像倍率をβとすると、表面５ａ
の変位量△Ｚは次式で与えられる。

【００２３】

【数１】△Ｚ＝△ｙ／（２β・ｓｉｎθ）この関係より、光スリット像の変位量Δｙからガラス基
板５の表面５ａの変位量ΔＺが求められる。また、図３
は本例のガラス基板５の一般的な透過率特性及び吸収率
特性を示し、この図３から明かなように、ガラス基板５
は可視領域の光をほとんど通過させて、赤外線及び紫外
線をほとんど吸収する。従って、本例の赤外光源１２か
らの光の内で、そのガラス基板５の表面５ａで反射する
ことなく表面５ａで屈折した光は、ほとんどガラス基板
５の内部で吸収される。

【００２４】図４はガラス基板５の内部で光が吸収され
る様子を示し、この図４において、ガラス基板５の表面
５ａ上にある点Ｑ₀ に入射した検出光Ｌ₀ の一部が反射
光Ｌ _1Aとして反射され、受光スリット６に点Ｑ₀ 上の光
スリット像が再結像される。また、検出光Ｌ₀ の他の一
部はガラス基板５の内部へと屈折する光Ｌ_r であるが、
光Ｌ_r は赤外光である為にガラス基板５の内部で吸収さ
れてしまう。従って、ガラス基板５が載置されているス
テージ１０からの反射光がガラス基板５の表面５ａから
射出されることも無い。つまり、受光スリット６上には
反射光Ｌ_1Aよりなる表面５ａからの反射光のみが到達す
ることになる。従って、本実施例によれば、ガラス基板
５の表面５ａからの反射光のみが検出され、その表面５
ａの変位が正確に検出される。

【００２５】次に、本発明の第２実施例につき図５及び
図６を参照して説明する。第１の実施例においては、赤
外線を用いている為に、送光側対物レンズ４Ａ及び受光
側対物レンズ４Ｂ等をシリコン又はゲルマニウム等の特
殊な材質を用いて形成しなければならないが、この第２
実施例では、反射系を用いることにより、光学系内の光
の吸収を減少させている。また、本実施例は、光源とし
て紫外光源を使用すると共に、特公昭５７−５１０８３
号公報に開示されている反射光学系を用いて焦点位置検
出装置を構成したものでもある。

【００２６】図５は本例の焦点位置検出装置を示し、こ
の図５において、紫外光源１２Ｄから射出された検出光
はフィールドレンズ２を介して投光スリット３を照明す
る。投光スリット３の図５の紙面に垂直な方向に長いス
リット開口を通過した検出光は、ミラー１３Ａ、凹面鏡
１４Ａ、ミラー１３Ｂ、凸面鏡１５Ａ、ミラー１３Ｃ、
凹面鏡１４Ｂ、ミラー１３Ｄ及びミラー１３Ｅで順次反
射されて、ガラス基板５の表面５ａに入射する。表面５
ａ上の検出点Ｑ₀ に、投光スリット３のスリット開口の
像（光スリット像）が結像される。

【００２７】また、表面５ａ上の検出点Ｑ₀ からの反射
光が、ミラー１３Ｆ、ミラー１３Ｇ、凹面鏡１４Ｃ、ミ
ラー１３Ｈ、凸面鏡１５Ｂ、ミラー１３Ｉ、凹面鏡１４
Ｄ及びミラー１３Ｊで反射されて受光スリット６上に集
光される。受光スリット６の図５の紙面に垂直な方向に
長いスリット開口の形成面上に、ガラス基板５の表面５
ａ上の検出点Ｑ₀ に結像された光スリット像が再結像さ
れる。その受光スリット６のスリット開口を通過した光
が、コレクタレンズ７を介して受光素子８の受光面上に
集光される。そして、第１実施例と同様に、受光スリッ
ト６上に再結像された光スリット像は、振動するスリッ
ト開口にて走査され、受光素子８からの検出信号が最大
となったときの、スリット開口の基準位置からの変位量
に基づいて表面５ａの基準面（ベストフォーカス面）か
らの変位が検出される。

【００２８】なお、フィールドレンズ２及びコレクタレ
ンズ７としては、紫外光を通過させるレンズが使用され
る。次に、投光スリット３のスリット開口の像を表面５
ａ上の検出点Ｑ₀ に結像するまでの光学部品の配置につ
いて簡単に説明する。

【００２９】図６は、図５の投光スリット３からガラス
基板５の表面５ａ上の検出点Ｑ₀ までの光学部品の配置
を簡略化して示し、この図６において、図５のミラー１
３Ａ〜１３Ｅを除いて凹面鏡１４Ａ及び１４Ｂが１個の
凹面鏡１４で示されている。この場合、投光スリット３
又は検出点Ｑ₀ と凹面鏡１４との距離Ｒ_B は、凹面鏡１
４の曲率半径の絶対値に等しく、また、凸面鏡１５Ａと
投光スリット３又は検出点Ｑ₀ との距離Ｒ_A は、凸面鏡
１５Ａの曲率半径の絶対値に等しい。更に、距離Ｒ_A 及
び距離Ｒ_B は次の関係を満たす。

【００３０】

【数２】Ｒ_A ＝Ｒ_B ／２以上の条件を満たす配置をとり、図６の凹面鏡１４を実
際に光が通る部分を２つに分割して配置したのが図５と
なる。また、図５のミラー１３Ａ〜１３Ｅは以上の条件
をみたす場合には任意に配置できる。また、この条件か
ら僅かに外れて、特公昭６０−３９２０５号公報に開示
されているように、凹面鏡及び凸面鏡の曲率半径を僅か
に変えたり、凹面鏡及び凸面鏡の位置をずらしたりし
て、メリジオナル像面とサジタル像面とを使用する像高
で交わらせる配置をとっても良い。ここで、像高とは図
６において凹面鏡１４及び凸面鏡１５Ａの中心軸ＡＸ０
と点Ｑ₀ との距離を表わしている。

【００３１】図５に戻り、本例の紫外光源１２Ｄから
は、波長３５０ｎｍ以下程度の紫外線が発生され、この
紫外線がガラス基板５に照射される。この場合、紫外線
はガラス基板５によりほとんど吸収されるため、ガラス
基板５の内部に屈折して入射した紫外線は表面５ａ側に
は戻って来ない。従って、ガラス基板５の表面５ａから
の反射光のみが受光素子８で受光され、その表面５ａの
焦点位置が正確に検出される。また、本例の光学系は主
に反射系で構成されているため、光学系による吸収が少
なく、紫外光源１２Ｄからの紫外光が効率的に利用され
る。

【００３２】次に、本発明の第３実施例につき図７を参
照して説明する。本例は図５の第２実施例を変形したも
のであり、この図７において図５に対応する部分には同
一符号を付してその詳細説明を省略する。即ち、この第
３実施例は、第２実施例の光源を、紫外光源、可視光
源、赤外光源の３種類中から選択できるようにして、感
光基板がガラス基板のみならず、赤外線が透過して可視
光が表面反射するシリコンウエハや、紫外線で感光して
しまうレジストの薄膜等が塗布されている基板であって
も、共通の光学系によって表面位置を検出できるように
したものである。

【００３３】図７は本実施例の焦点位置検出装置を示
し、この図７において、赤外光源１２Ａからの赤外光
が、フィールドレンズ２Ａ、ハーフミラー１６及び１７
を介して投光スリット３に照射され、可視光源１２Ｂか
らの可視光がフィールドレンズ２Ｂ、ハーフミラー１６
及び１７を介して投光スリット３に照射され、紫外光源
１２Ｃからの紫外光がフィールドレンズ２Ｃ及びハーフ
ミラー１７を介して投光スリット３に照射されている。
また、赤外光源１２Ａ、可視光源１２Ｂ及び紫外光源１
２Ｃから射出される光の光路中にそれぞれシャッター１
８Ａ，１８Ｂ及び１８Ｃを選択的に挿入することによ
り、赤外光源１２Ａ、可視光源１２Ｂ及び紫外光源１２
Ｃの内の何れか１つの光源からの光が投光スリット３に
照射される。

【００３４】また、受光スリット６のスリット開口を通
過した光の内で、ハーフミラー１９で反射された光がコ
レクタレンズ７Ｃを経て紫外光用の受光素子８Ｃに入射
し、ハーフミラー１９を透過してハーフミラー２０で反
射された光が、コレクタレンズ７Ｂを経て可視光用の受
光素子８Ｂに入射し、ハーフミラー２０を透過した光が
コレクタレンズ７Ａを経て赤外光用の受光素子８Ａに入
射する。この場合、ハーフミラー１６，１７，１９及び
２０としてダイクロイックミラーを用いることにより、
光量損失を少なくすることができる。更に、受光素子８
Ａ〜８Ｃとしては、視外線、可視光及び赤外線を１つで
受光できる素子であれば１つの受光素子で代用すること
ができる。

【００３５】また、本例では焦点検出対象としてのガラ
ス基板５の表面５ａ上の一部にガラス基板であることを
示すバーコード２１が形成されており、他の感光基板が
使用される場合にもそれぞれ材質を示すバーコードが形
成されている。それらバーコード２１等をバーコードリ
ーダー２２で読み取り、この読み取った結果を主制御系
２３に供給する。主制御系２３は、読み取られたバーコ
ードから現在ステージ１０上に載置されている感光基板
の材質を認識し、その材質に応じて３個のシャッター１
８Ａ〜１８Ｃの出し入れを制御して、その感光基板で吸
収されると共に、感光基板上に塗布されている感光材を
感光させない光を用いて焦点位置の検出を行うようにす
る。他の構成は図５の実施例と同様である。

【００３６】この第３実施例によれば、感光材が塗布さ
れていないガラス基板５の代わりに、例えばシリコンウ
エハ、レジストが塗布されたガラス基板等がステージ１
０上に載置されている場合でも、それぞれ最適な検出光
を用いて焦点位置を正確に検出することができる。な
お、上述の説明では、検出光として、紫外線、可視光又
は赤外線の内の１種類の光を用いているが、用途によっ
てはそれら３種類の光の内の２種類の波長域の光を混合
して使用することも当然可能である。

【００３７】また、上記実施例においては、振動する受
光スリット６を含む光電検出器で反射光を検出するよう
に構成されているが、受光部として赤外ＣＣＤ、赤外ビ
ジコン等の固体撮像素子、撮像管又はＰＳＤ（Position
Sensitive Detector ：位置検出装置）等の位置検出素
子を用いてもよい。また、第２実施例において、フィー
ルドレンズ２及びコレクタレンズ７が用いられている
が、これらの代わりに表面鏡等を用いてもよい。

【００３８】次に、本発明の第４実施例につき図８及び
図９を参照して説明する。本実施例は投影露光装置のレ
ベリング機構用の水平位置検出装置（傾斜角検出装置）
に本発明を適用したものである。図８は本実施例の水平
位置検出装置を示し、この図８において、投影対物レン
ズ（投影光学系）２５に関してレチクル２４とガラス基
板５とが共役に配置され、図示なき照明光学系によって
照明されたレチクル２４上のパターンがガラス基板５上
に投影される。ガラス基板５上への焼付露光はステップ
・アンド・リピート方式により、ガラス基板５を逐次所
定量だけ移動させて繰り返され、異なるパターンを有す
るレチクルに交換する毎に同様の動作が繰り返される。

【００３９】そのガラス基板５は支持装置２６上に保持
され、支持装置２６はステージ２７上に載置されてい
る。また、本例の水平位置検出装置は、照射光学系２８
及び集光光学系３３より構成されている。照射光学系２
８において、赤外光源２９からの光がコンデンサーレン
ズ３０により絞り３１上に集光され、絞り３１上に赤外
光源２９の像が形成される。絞り３１の微小開口を通過
した光は、絞り３１上に焦点を有する照射対物レンズ３
２により平行光束に変換され、この平行光束がガラス基
板５上に供給される。照射光学系２８からガラス基板５
に供給される光は、ガラス基板５で吸収される領域の波
長であり、ガラス基板５が一般のガラス基板の場合には
２μｍ以上の波長の光である。

【００４０】また、集光光学系３３において、照射光学
系２８から供給されガラス基板５で反射された光束は、
集光対物レンズ３４により集光対物レンズ３４の焦点位
置に設けられた４分割受光素子３５上に集光される。こ
こで、投影対物レンズ２５の光軸２５ａに関して、照射
光学系２８の光軸２８ａと集光光学系３３の光軸３３ａ
とは対称である。従って、投影対物レンズ２５の光軸２
５ａに対してガラス基板５の露光領域が垂直を保ってい
るならば、照射光学系２８からの光束は４分割受光素子
３５の中心位置に集光される。また、ガラス基板５の露
光領域が光軸２５ａに垂直な面から角度θだけ傾いてい
るならば、ガラス基板５で反射される照射光学系２８か
らの平行光束は集光光学系３３の光軸３３ａに対して２
θだけ傾くため、４分割受光素子３５上で中心から外れ
た位置に集光される。

【００４１】４分割受光素子３５上での集光点の位置か
らガラス基板５の露光領域の傾き方向が検出され、制御
手段３６は４分割受光素子３５上の集光点の変位方向及
び変位量に対応する制御信号を駆動手段３７に供給す
る。駆動手段３７がステージ２７を介して支持装置２６
を移動させることにより、ガラス基板５の表面の傾斜角
が修正される。本例の構成によれば、照射光学系２８に
よって照射される範囲のガラス基板５について部分的な
傾き検出がなされ、ガラス基板５上への照射領域を投影
対物レンズ２５による露光領域とほぼ同じ大きさとする
ことによって、ガラス基板５の露光領域を投影対物レン
ズ２５の光軸２５ａに対して平均的に垂直な面に、自動
的に平行に設定することができる。

【００４２】図９を参照して本例で赤外光源を使用する
ことの利点につき説明する。図９に示すように、ガラス
基板５が載置されている支持装置２６の形状がガラス基
板５を吸着するために例えば溝状になっているとものと
する。この場合、図８の赤外光源２９からガラス基板５
に照射される光が、ガラス基板５に吸収されない光Ｌ ₅
であると、ガラス基板５内に入射して支持装置２６上の
凸部２６ａの角部Ａに達する光は、散乱、回折されて、
図９の実線で示される検出光とは別に点線で示すように
あらゆる方向に散乱される。

【００４３】散乱された光は、図８の集光対物レンズ３
４により４分割受光素子３５上において、本来の検出光
とは別の位置に散乱又は回折された角度に応じて集束す
る。これが検出光にノイズとして加算されて正確にガラ
ス基板５の表面の傾きを検出できなくなってしまう。こ
れに対して、本実施例によれば、赤外光源２９からの赤
外線はガラス基板５にて吸収される為に、支持装置２６
の形状等によらず正確にガラス基板５上の表面の露光領
域の傾きを検出することができる。

【００４４】なお、本発明は上述実施例に限定されず、
本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る
こは勿論である。

【００４５】

【発明の効果】本発明の第１の表面位置検出装置によれ
ば、検出光として被検物に吸収される波長域の光が使用
されているので、被検物が可視光に対して光透過性であ
る場合にも、その被検物の表面の焦点位置を正確に検出
できる利点がある。また、波長２μｍ以上の赤外線を発
生する光源を使用したときには、特にその被検物がガラ
ス基板である場合で、且つこのガラス基板上にフォトレ
ジスト等の感光材が塗布されている場合に、その感光材
を感光させることなく、そのガラス基板の表面の焦点位
置を正確に検出できる。

【００４６】また、波長３５０ｎｍ以下の紫外線を発生
する光源を使用したときには、その被検物上に感光材が
塗布されていない場合等にその被検物の表面の焦点位置
を正確に検出できる。更に、第２の表面位置検出装置に
よれば、検出光として被検物に吸収される波長域の光が
使用されているので、被検物が可視光に対して光透過性
である場合にも、その被検物の表面の傾斜状態を正確に
検出できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による表面位置検出装置の第１実施例の
光学系の概略構成を示す光路図である。

【図２】図１における被検面の位置の変化と検出面にお
ける光スリット像の位置の変化との関係を示す説明図で
ある。

【図３】図１の実施例で使用されるガラス基板の波長に
対する一般的な透過率及び吸収率を表す図である。

【図４】図１のガラス基板にて反射される反射光を示す
説明図である。

【図５】本発明の第２実施例の光学系を示す構成図であ
る。

【図６】図５の投光スリット３からガラス基板５までの
光学系を簡略化して示す光路図である。

【図７】本発明の第３実施例の光学系を示す構成図であ
る。

【図８】本発明の第４実施例の水平位置検出装置の概略
を示す構成図である。

【図９】図８においてガラス基板で吸収されない光を使
用した場合の影響の説明に供する拡大図である。

【図１０】従来の半導体素子用の焦点位置検出装置でガ
ラス基板の焦点位置を検出する場合を示す構成図であ
る。

【図１１】図１０においてガラス基板内に入射する光の
影響の説明に供する拡大図である。

【符号の説明】

２フィールドレンズ３投光スリット４Ａ送光側対物レンズ４Ｂ受光側対物レンズ５ガラス基板６受光スリット７コレクタレンズ８受光素子１２，１２Ａ赤外光源１２Ｄ，１２Ｃ紫外光源１２Ｂ可視光源１３Ａ〜１３Ｊミラー１４Ａ〜１４Ｄ，１４凹面鏡１５Ａ，１５Ｂ凸面鏡２８照射光学系２９赤外光源３３集光光学系

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検物の表面上の所定の領域を所定の共
役関係に形成するための主対物レンズと、光源と、該光源からの光を用いて前記主対物レンズの光
軸外から前記被検物の表面上へ所定形状の検出パターン
像を投影する送光対物レンズとを有する照射光学系と、該照射光学系から供給され前記被検物の表面上で反射さ
れる光束を集光して前記検出パターン像を再結像する受
光対物レンズと、該再結像された検出パターン像の位置
を検出する受光手段とを有する集光光学系とを設け、前記照射光学系及び前記集光光学系の光軸を前記主対物
レンズの光軸に関して対称に配置し、前記照射光学系の前記光源として、前記被検物に吸収さ
れる波長域の光を発生する光源を用いることを特徴とす
る表面位置検出装置。
【請求項２】前記光源は波長２μｍ以上の赤外線を発
生する光源であることを特徴とする請求項１記載の表面
位置検出装置。
【請求項３】前記光源は波長３５０ｎｍ以下の紫外線
を発生する光源であることを特徴とする請求項１記載の
表面位置検出装置。
【請求項４】被検物の表面上の所定の領域を所定の共
役関係に形成するための主対物レンズと、光源と、該光源からの光を平行光束にして前記主対物レ
ンズの光軸外から前記被検物の表面上へ供給する照射対
物レンズとを有する照射光学系と、該照射光学系から供給され前記被検物の表面上で反射さ
れる光束を集光する集光対物レンズと、該集光された光
束を受光する受光手段とを有する集光光学系とを設け、前記照射光学系及び前記集光光学系の光軸を前記主対物
レンズの光軸に関して対称に配置し、前記照射光学系に
よる前記被検物の表面上への平行光束の照射領域を前記
主対物レンズによって所定の共役関係に形成される前記
被検物の表面上の共役領域とほぼ同じ大きさに設定し、前記照射光学系の前記光源として、前記被検物に吸収さ
れる波長域の光を発生する光源を用いることを特徴とす
る表面位置検出装置。