JPH095055A - 面傾斜検出装置 - Google Patents

面傾斜検出装置

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JPH095055A
JPH095055A JP7153146A JP15314695A JPH095055A JP H095055 A JPH095055 A JP H095055A JP 7153146 A JP7153146 A JP 7153146A JP 15314695 A JP15314695 A JP 15314695A JP H095055 A JPH095055 A JP H095055A
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JP
Japan
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light
wafer
light flux
optical system
optical path
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Withdrawn
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JP7153146A
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English (en)
Inventor
Yasuaki Tanaka
康明 田中
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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    • 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
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • 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
    • G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被検面の傾きと検出結果とのリニアリティを
広くする。 【構成】 可干渉性のある光源１からの光束をビームス
プリッター２により第１光束ＬＢ1 及び第２光束ＬＢ2
の２つの光束に分割し、第１光束ＬＢ1 と第２光束ＬＢ
2 とをほぼ同一光路上で且つ逆方向に進ませる。ウエハ
の表面３ａから反射される第１光束ＬＢ1 及び第２光束
ＬＢ2 を共にビームスプリッター２で合成して干渉さ
せ、その干渉縞のピッチを光電センサ７で検出し、その
結果からウエハの表面３ａの傾きを制御系８において算
出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばウエハの表面等
の被検出面の傾きを検出する面傾斜検出装置に関し、特
に半導体素子等の製造に使用される投影露光装置におい
て回路パターンを形成する感光基板の表面の投影光学系
の像面に対する傾斜角を計測するレベリングセンサに適
用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば半導体素子、液晶表示素子、撮像
素子（ＣＣＤ等）、又は薄膜磁気ヘッド等の製造の際の
リソグラフィー技術で使用される投影露光装置において
は、マスク（レチクル等）のパターンを投影光学系を介
して感光基板（ウエハ、ガラス基板等）上の各ショット
領域に高解像で転写するため、投影光学系の像面に感光
基板の表面を精密に合わせ込む必要があり、感光基板の
表面の傾きを高精度で測定するためのレベリングセンサ
が設けられている。
【０００３】従来のレベリングセンサでは、通常、送光
光学系のピンホールから出た光を平行光束として被検出
面となる感光基板の表面に対し斜めから投影し、その反
射光を受光光学系の４分割フォトセンサ上に集光するよ
うにしていた。そして、投影光学系の結像面と感光基板
の表面とが平行になったときに４分割フォトセンサの各
出力が等しくなるように調整した状態で測定を行い、感
光基板の表面が傾くことにより生じる集光位置のずれに
より４分割フォトセンサの各フォトセンサの出力に差が
生じることを利用して傾きを検出していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
においては、集光位置の横ずれによる４分割フォトセン
サの出力変化を検出しているため、感光基板の傾きに対
して４分割フォトセンサからの出力値のリニアリティ
（直線性）が得られる範囲が狭いという不都合があっ
た。また、これを解決しようとして送光光学系のピンホ
ールを大きくすると、傾斜角に対する出力の変化量であ
る検出感度が低下するという不都合があった。
【０００５】本発明は斯かる点に鑑み、被検面の傾きに
対して検出結果のリニアリティが広く且つ検出感度の高
い面傾斜検出装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明による面傾斜検出
装置は、第１光束（ＬＢ1 ）及び第２光束（ＬＢ2 ）を
発生する光源系（１，２）と、その第１光束（ＬＢ1 ）
及び第２光束（ＬＢ2）を被検面（３ａ）に交差して入
射させ、同一光路を逆方向に進ませる光路制御光学系
（６，４，１２）と、その同一光路を逆方向に進んだ後
のその第１光束（ＬＢ1 ）及び第２光束（ＬＢ2 ）を合
成して干渉させる干渉光学系（２）と、この干渉光学系
により形成される干渉縞の光強度分布を検出する受光手
段（７）と、この受光手段の検出結果に基づいて、その
被検面（３ａ）の傾きを算出する演算手段（８）と、を
備えたものである。
【０００７】この場合、その面傾斜検出装置をマスクパ
ターン（９ａ）を基板（３）上に投影光学系（５）を介
して投影する投影露光装置におけるその基板（３）の表
面の傾きを検出するために使用した場合、その光路制御
光学系は、その第１光束（ＬＢ1 ）及び第２光束（ＬＢ
2 ）を反射する部材を含み、この部材はその投影光学系
（５）のその基板（３）側の先端部分に設けられた光学
部材（１２）であることが望ましい。
【０００８】
【作用】斯かる本発明の面傾斜検出装置によれば、被検
面（３ａ）にほぼ同一光路を逆方向に進む第１光束（Ｌ
Ｂ1 ）と第２光束（ＬＢ2 ）とが照射され、被検面（３
ａ）から反射されて一巡した第１及び第２光束（Ｌ
Ｂ1 ，ＬＢ2 ）により受光手段（７）上で干渉縞が生成
され、例えばその干渉縞の明暗の間隔（ピッチ）の変化
に基づいて被検面（３ａ）の傾きが検出される。従っ
て、従来のように被検面の傾きに対する検出信号のリニ
アリティの得られる範囲が狭いという不都合は生じな
い。
【０００９】また、被検面（３ａ）の高さが変化して
も、第１光束（ＬＢ1 ）及び第２光束（ＬＢ2 ）の検出
手段（７）への入射角度に変化がないので、位相が変化
しない。従って、干渉縞の間隔に変化はなく、被検面
（３ａ）の高さが変化しても被検面（３ａ）の傾きの検
出値に対する影響がない。また、その面傾斜検出装置が
マスクパターン（９ａ）を基板（３）上に投影光学系
（５）を介して投影する投影露光装置におけるその基板
（３）の表面の傾きを検出するために使用されるもので
あり、その光路制御光学系がその第１光束（ＬＢ1 ）及
び第２光束（ＬＢ2 ）を反射する部材を含み、この部材
はその投影光学系（５）のその基板（３）側の先端部分
に設けられた光学部材（１２）である場合には、光学部
材（１２）を反射板として有効に活用して基板（３）の
傾斜角が大きく変化してもその傾斜角を高精度に検出す
ることができる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明による面傾斜検出装置の一実施
例につき図面を参照して説明する。本実施例は、半導体
素子製造用のステッパー型の投影露光装置に設けられた
オートレベリング機構のレベリングセンサに本発明を適
用したものである。図１は本実施例の投影露光装置の要
部を示し、この図１において、露光時には不図示の照明
光学系からの露光光ＩＬのもとで、レチクル９の回路パ
ターン９ａが投影光学系５を介して所定の投影倍率β
（βは例えば１／４，１／５等）で縮小されて、フォト
レジストが塗布されたウエハ３の各ショット領域に投影
される。ここで、投影光学系５の光軸ＡＸに平行にＺ軸
を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図１の紙面に平行にＸ軸
を取り、図１の紙面に垂直にＹ軸を取る。
【００１１】ウエハ３は、ウエハホルダ１４上に真空吸
着により保持され、ウエハホルダ１４はそれぞれＺ方向
に伸縮自在な３個の支点１６Ａ〜１６Ｃを介してＺレベ
リングステージ１５上に載置され、Ｚレベリングステー
ジ１５は、Ｘ方向及びＹ方向にウエハ３を位置決めする
ためのＸＹステージ１７上に固定されている。ウエハホ
ルダ１４、Ｚレベリングステージ１５、支点１６Ａ〜１
６Ｃ、ＸＹステージ１７、及び不図示の回転テーブル等
からウエハステージが構成されている。
【００１２】この場合、支点１６Ａ〜１６Ｃとしては、
機械的に例えば球体をＺ方向に移動させるカム機構、送
りねじ機構、又はピエゾ素子等が使用できる。Ｚレベリ
ングステージ１５内の駆動部において、それら支点１６
Ａ〜１６Ｃを同時に同じ量だけ伸縮させることによりウ
エハ３をＺ方向に微動することができ、それら支点１６
Ａ〜１６Ｃを互いに独立に所定量だけ伸縮させることに
よりウエハ３を所望の方向に所望の角度だけ傾斜させる
ことができるようになっている。
【００１３】また、ウエハ３のＸ座標及びＹ座標は不図
示のレーザ干渉計により常時計測され、計測値が制御系
８に供給され、制御系８は、供給された計測値に基づい
て駆動系１９を介してＸＹステージ１７の位置決め動作
を制御する。同時に制御系８は、後述のように検出され
るウエハ３の傾斜角に基づいて駆動系１９、及びＺレベ
リングステージ１５内の駆動部を介して支点１６Ａ〜１
６Ｃの伸縮量を制御することにより、オートレベリング
を行う。
【００１４】さて、ウエハ３の各ショット領域にレチク
ル９上の回路パターン９ａの像を良好に転写するには、
各ショット領域の表面を投影光学系５の結像面に一致さ
せる必要がある。そのためには、被検面としてのウエハ
３の表面３ａ内の露光対象のショット領域の傾斜角を正
確に検出する必要がある。そのための、本例の傾斜角を
検出するレベリングセンサにつき説明する。本例のレベ
リングセンサは、光源１、及び光束を２つの光束に分割
するビームスプリッター２からなる光源系と、２つの光
束を同一光路上を進ませ、一巡後再びビームスプリッタ
ー２に戻すためのミラー４，６及び補正板１２からなる
光路制御光学系と、２つの検出光を合成して干渉させる
ビームスプリッター２と、合成された干渉光の縞位置を
検出する光電センサ７からなる検出系と、この検出系か
らの情報に基づいてウエハ３の傾斜角を算出する制御系
８とから構成されている。なお、図１のレベリングセン
サは、ウエハ３の表面３ａ（被検面）上のＹ軸に平行な
軸の回りでの１次元の傾斜角を検出する検出系であり、
実際にはＸ軸に平行な軸の回りでの傾斜角を検出する同
様のレベリングセンサ（不図示）も設けられている。こ
れら２つのレベリングセンサにより、その被検面上の２
次元方向の傾斜角が検出される。
【００１５】そのＹ軸に平行な軸の回りでの傾斜角を検
出するレベリングセンサにおいて、単色の光源、例えば
Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源又はレーザダイオード等の可干渉
性のある光源１から射出されたフォトレジストに対して
非感光性の光束ＬＢ0 はビームスプリッター２の接合面
２ａにより第１光束ＬＢ1 及び第２光束ＬＢ2 に２分割
される。ビームスプリッター２は、断面形状が台形状の
２つのプリズムを接合面２ａで貼り合わせたものであ
り、接合面２ａがほぼハーフミラー面となっている。ま
た、光束ＬＢ0 はほぼウエハ上の１つのショット領域の
全面を覆う程度の大きさに断面形状が設定されている。
分割された一方の第１光束ＬＢ1 が進む経路を実線で示
す光路Ａ0 、第２光束ＬＢ2 が進む経路を点線で示す光
路Ｂ0 とする。光路Ａ0 ，Ｂ0 は特に投影光学系５とウ
エハ３との空間内において殆ど同一の経路であるが完全
には一致しておらず２つの光路Ａ0 ，Ｂ0 の光軸同士に
は微小な傾きを持たせるように光源１からの光束ＬＢ0
の方向が調整されている。また、第１光束ＬＢ1 と第２
光束ＬＢ2 はそれぞれビームスプリッター２から光路制
御光学系を経てビームスプリッター２に戻る光路Ａ0 ，
Ｂ0 上において、互いに逆方向に進行する。
【００１６】光路Ａ0 を進む第１光束ＬＢ1 は、ビーム
スプリッター２を透過した後、ウエハ３の表面３ａの投
影光学系５のほぼ真下の検出領域で反射される。ウエハ
の表面３ａで反射された第１光束ＬＢ1 は、投影光学系
５及びウエハ３のほぼ中間の高さに設置されウエハステ
ージの右端上部でＺＹ平面にほぼ平行に設置されたミラ
ー４に向かって進み、ミラー４で反射されて光路Ａ0 上
を投影光学系５の下面に向かって進行する。投影光学系
５のウエハ３に対向する面には、ＸＹ平面にほぼ平行に
補正板１２が設置されている。補正板１２は投影光学系
５の球面収差を補正するための下面が平面となった光学
部材である。補正板１２に達した第１光束ＬＢ1 は補正
板１２の下面で反射されて、ビームスプリッター２の下
部に設置されたミラー６に入射し、ミラー６の上面で反
射された後Ｚ方向にほぼ平行にビームスプリッター２に
入射する。この第１光束ＬＢ1 は、ビームスプリッター
２を透過して、後述する第２光束ＬＢ2 と合成され干渉
光を形成する。そして、その干渉光の干渉縞の間隔（ピ
ッチ）が縞位置検出用の１次元又は２次元ＣＣＤ等より
なる光電センサ７で計測される。
【００１７】一方、点線で示す光路Ｂ0 を進む第２光束
ＬＢ2 はビームスプリッター２によりＸＹ平面に垂直な
−Ｚ方向に反射された後、ミラー６の上面で反射されて
投影光学系５の下面に向かって進み、補正板１２で反射
される。補正板１２の下面で反射された第２光束ＬＢ2
はミラー４に向かって進み、ミラー４で反射されてウエ
ハ３に向けて光路Ｂ0 上を進む。ウエハの表面３ａに達
した第２光束ＬＢ2 は、表面３ａの検出領域で反射さ
れ、再びビームスプリッター２に向かって進み、ビーム
スプリッター２で反射された後上述のように第１光束Ｌ
Ｂ1 と合成される。なお、図１では説明の便宜上光束Ｌ
Ｂ1 ，ＬＢ2 はウエハ３上の異なる領域に照射されてい
るように表現されているが、実際には両光束ＬＢ1 ，Ｌ
Ｂ2 はほぼ同一の光軸ＡＸを中心とする検出領域に照射
されている。
【００１８】以上のように、ビームスプリッター２によ
り分割されて光路Ａ0 と光路Ｂ0 に分かれた２つの光束
ＬＢ1 ，ＬＢ2 は、それぞれの光路を一巡した後ビーム
スプリッター２で１つに重ね合わされる。この２つの光
路Ａ0 ，Ｂ0 は互いに微小な角度で交差し、それに伴っ
てそれぞれの光路に沿って進む光の波面も互いに微小な
角度で交差する。縞位置検出用の光電センサ７は、２つ
の光束ＬＢ1 ，ＬＢ2の光電センサ７の撮像面への入射
角が互いにほぼ等しくなるように取り付け位置が調整さ
れており、光電センサ７の撮像面には第１光束ＬＢ1 と
第２光束ＬＢ2との干渉光による均一なピッチの干渉縞
が形成される。光電センサ７からの撮像信号は制御系８
に送られ、制御系８はその撮像信号よりその干渉縞の明
暗のピッチを求め、このピッチに基づきウエハの表面３
ａの傾斜角を算出する構成となっている。
【００１９】なお、投影光学系５が補正板１２を使用し
ない場合には、投影光学系５の最下端のレンズの下面を
反射面として使用してもよい。この際に、そのレンズの
下面にある程度の曲率があっても差し支えない。以上の
ように構成されたレベリングセンサの動作について図２
〜図５を参照して説明する。
【００２０】図２（ａ）及び図２（ｂ）は、それぞれ被
検出面であるウエハの表面３ａが実線で示す水平（ＸＹ
平面に平行）な状態から点線で示すように傾斜した場合
の第１光束ＬＢ1 及び第２光束ＬＢ2 の光路の変化の様
子を示し、この図２（ａ）、（ｂ）において、ウエハの
表面３ａが水平な状態にあるときの光路を実線で示し、
ウエハの表面３ａが傾斜したときの光路を点線で示す。
図２（ａ）に示すように、ウエハの表面３ａが反時計回
りに角度Δθだけ傾いた場合に第１光束ＬＢ1は、ウエ
ハの表面３ａ上の検出領域から光路Ａ0 に対して反時計
回りに角度２Δθだけ変化した光路Ａ1 上を進んでミラ
ー４に達する。第１光束ＬＢ1 はミラー４で光路Ａ0 に
対して角度２Δθだけ時計回りに回転した角度で反射さ
れる。そして、第１光束ＬＢ1 は光路Ａ0 から少しずれ
た光路Ａ1 上を進み、投影光学系５の補正板１２、ミラ
ー６、及びビームスプリッター２を経て、光電センサ７
の撮像面に入射する。この場合、ビームスプリッター２
を出た直後での第１光束ＬＢ1 の光路Ａ1 は光路Ａ0 に
対して時計回りに角度２Δθだけ傾く。
【００２１】他方、図２（ｂ）に示すように、ウエハの
表面３ａが反時計回りに角度Δθだけ傾いた場合に第２
光束ＬＢ2 は、ウエハの表面３ａ上の検出領域置から光
路Ｂ 0 に対して第１光束ＬＢ1 と同様に反時計回りに角
度２Δθだけ変化した光路Ｂ 1 上を進んでビームスプリ
ッター２に入射する。第２光束ＬＢ2 はビームスプリッ
ター２で光路Ｂ0 に対して角度２Δθだけ反時計回りに
回転した角度で反射される。そして、第２光束ＬＢ2 は
光路Ｂ0 から少しずれた光路Ｂ1 上を進んで光電センサ
７の撮像面に入射する。この場合、ビームスプリッター
２を出た直後での第２光束ＬＢ2 の光路Ｂ1 は光路Ｂ0
に対して反時計回りに角度２Δθだけ傾いている。
【００２２】従って、ビームスプリッター２を出た直後
での２つの光路Ａ1 ，Ｂ1 は互いに角度４Δθだけ傾い
たものとなる。このため光電センサ７の撮像面において
２つの光束ＬＢ1 ，ＬＢ2 が同位相となる位置が変化し
て干渉縞のピッチが変化する。図４は、光電センサ７の
撮像面７ａで干渉縞の間隔が変化する様子を示し、この
図４において、斜め左方向に傾斜して光電センサ７の撮
像面７ａの位置Ｐ5 ，Ｐ7 に入射している点線で示す波
面２０Ａは、ウエハの表面３ａが傾斜する前の第１光束
ＬＢ1 の波面を示し、斜め右方向に傾斜して光電センサ
７の撮像面７ａの位置Ｐ5 ，Ｐ7 に入射している点線で
示す波面２１Ａは、ウエハの表面３ａが傾斜する前の第
２光束ＬＢ2 の波面を示している。また、斜め左及び斜
め右方向に傾斜して撮像面７ａの位置Ｐ5 ，Ｐ6 に入射
している実線で示す波面２０Ｂ，２１Ｂは、それぞれウ
エハ表面３ａが傾斜した後の２つの光束ＬＢ1 ，ＬＢ2
の波面を示している。そして、点線同士の波面２０Ａ，
２１Ａ及び実線同士の波面２０Ｂ，２１Ｂはそれぞれ同
一の位相を示している。
【００２３】前述したように、波面２０Ａの撮像面７ａ
に対する角度θＡ1 は、波面２１Ａの撮像面７ａに対す
る角度θＡ2 とほぼ同一である。同様に、波面２０Ｂの
撮像面７ａに対する角度θＢ1 は、波面２１Ｂの撮像面
７ａに対する角度θＢ2 とほぼ同一である。従って、位
相が同一同士の波面の重なりにより撮像面７ａ上に一定
ピッチの干渉縞が形成される。図４に示すように、ウエ
ハの表面３ａが傾斜する前の波面２０Ａ及び波面２１Ａ
により形成された位置Ｐ5 と位置Ｐ7 との間の干渉縞の
ピッチＤＡに対して、ウエハの表面３ａが傾斜した後の
波面２０Ｂ及び波面２１Ｂにより形成された位置Ｐ5 と
位置Ｐ6 との間の干渉縞のピッチＤＢは広くなってい
る。即ち、撮像面７ａへの入射角が小さくなる（傾斜角
が大きくなる）に従って形成される干渉縞のピッチが広
くなる。
【００２４】この干渉縞のピッチの変化は２つの光束Ｌ
Ｂ1 ，ＬＢ2 の撮像面７ａへの入射角の変化にほぼ比例
するため、縞位置（明部又は暗部の位置）を検出してそ
の間隔、即ち干渉縞のピッチを求めることにより２つの
光束ＬＢ1 ，ＬＢ2 の傾きの変化を求めることができ
る。２つの光束ＬＢ1 ，ＬＢ2 の入射角の変化は、前述
のようにウエハの表面３ａの傾きの変化に比例している
ので、縞位置検出用の光電センサ７によって干渉縞のピ
ッチを検出し、そのピッチを所定の基準ピッチと比較す
ることによってウエハの表面３ａの傾斜角の変化を求め
ることができる。この規準ピッチとしては、例えば、予
めウエハの表面３ａの傾きを順次変化させながら露光を
行い、最良の結果が得られたときに形成される干渉縞の
ピッチを用いればよい。
【００２５】ここで、ウエハの表面３ａの高さが変化し
たときの動作について説明する。図３（ａ）、（ｂ）
は、それぞれウエハの表面３ａの高さが変化した場合の
第１光束ＬＢ1 及び第２光束ＬＢ2 の光路が変化する様
子を示し、この図３（ａ）において、ウエハの表面３ａ
の高さが初期状態よりΔｚだけ低くなった場合、第１光
束ＬＢ1 はウエハの表面３ａの検出領域から少し右方向
（Ｘ方向）にずれた領域で反射され、ウエハの表面３ａ
が変位する前の光路Ａ0 とほぼ平行な光路Ａ 2 上を進ん
で、光電センサ７に入射する。この場合、第１光束ＬＢ
1 のウエハの表面３ａからの反射角（＝入射角）をθと
すると、光電センサ７の撮像面７ａにおける入射位置
は、初期状態における入射位置に対して幅２Δｚｓｉｎ
θだけ左方向（−Ｘ方向）にずれるが、第１光束ＬＢ1
の傾きは初期状態から変化することはない。
【００２６】また、図３（ｂ）に示すように、第２光束
ＬＢ2 はウエハの表面３ａの検出領域から少し左にずれ
た領域で反射され、ウエハの表面３ａが変位する前の光
路Ｂ 0 とほぼ平行な光路Ｂ2 上を進んで、光電センサ７
に入射する。この場合、第２光束ＬＢ2 のウエハの表面
３ａからの反射角（＝入射角）は第１光束ＬＢ1 の反射
角θと僅かに異なっているが、その差は反射角θに対し
て極めて小さいものとして第１光束ＬＢ1 と同様に角度
θとする。このとき光電センサ７の撮像面７ａにおける
入射位置は、初期状態における入射位置に対して幅２Δ
ｚｓｉｎθだけ右方向（Ｘ方向）にずれるが、第２光束
ＬＢ2 の傾きは第１光束ＬＢ1 と同様に初期状態から変
化することはない。
【００２７】図５は、ウエハの表面３の高さが変化した
場合の撮像面７ａにおける第１及び第２光束ＬＢ1 ，Ｌ
Ｂ2 の波面が変化する様子を示し、この図５において、
斜め左方向に傾いて光電センサ７の撮像面７ａ上の位置
Ｐ8 に入射している実線で示す波面２０Ａは、ウエハの
表面３ａが傾斜する前の第１光束ＬＢ1 の波面を示し、
斜め右方向に傾いて光電センサ７の撮像面７ａに入射し
ている実線で示す波面２１Ａは、ウエハの表面３ａが傾
斜する前の第２光束ＬＢ2 の波面を示している。同様
に、斜め左及び斜め右方向に傾いて撮像面７ａに入射し
ている点線で示す波面２０Ｃ，２１Ｃは、それぞれウエ
ハ３ａが傾斜した後の２つの光束ＬＢ1 ，ＬＢ2 の波面
を示している。
【００２８】ウエハの表面３ａの高さが変化することに
より、第１光束ＬＢ1 の波面２０Ａは右方向（−Ｘ方
向）に平行移動した波面２０Ｃとなり、同様に第２光束
ＬＢ2の波面２１Ａは左方向（Ｘ方向）に移動した波面
２１Ｃとなる。そして、前述のようにそれらの移動幅は
ほぼ同一である。従って、入射位置Ｐ8 において、波面
２０Ａと波面２０Ｃとの進行方向の間隔Ｅ２は波面２１
Ａと波面２１Ｃとの進行方向の間隔Ｅ１と等しい。従っ
て、間隔Ｅ２で表される第１光束ＬＢ1 の位相変化量
は、間隔Ｅ１で表される第２光束ＬＢ2 の位相変化量と
同一となり、ウエハの表面３ａの高さが変化することに
より干渉縞の位相が変化することはない。
【００２９】以上のように、ウエハの表面３ａの高さが
変化しても、光電センサ７の撮像面７ａに対する２つの
光束ＬＢ1 ，ＬＢ2 の入射角が変化せず、且つ両光束Ｌ
Ｂ1，ＬＢ2 の位相変化量もほぼ同一であるため、撮像
面７ａ上で２つの光束ＬＢ1，ＬＢ2 の干渉縞の位相は
変化しない。従って、その干渉縞のピッチは変化せず、
ウエハの表面３ａの高さが変化しても、ウエハの表面３
ａの傾斜角の検出に影響を与えることはない。
【００３０】以上、本例のレベリングセンサによれば、
光源１からの光束ＬＢ0 を第１及び第２光束ＬＢ1 ，Ｌ
Ｂ2 に２分割してほぼ同一光路を逆向きに進ませ、被検
面であるウエハの表面３ａを経て光路を一巡した後に、
光電センサ７上で２つの光束ＬＢ1 ，ＬＢ2 を重ね合わ
せて干渉縞を作り、その縞のピッチを検出している。従
って、従来のように被検面の傾きに対するセンサの出力
値のリニアリティが得られる範囲が狭いという不都合は
生じない。また、干渉縞を使用するので、検出感度は極
めて高く、且つ被検面の高さが変化しても傾斜角度の検
出に影響しないという特徴もある。
【００３１】なお、本例では干渉縞のピッチを直接縞位
置検出用の光電センサを介して検出しているが、現実的
には縞のピッチが小さくそのままでは検出しにくい場合
があり得る。この場合は拡大光学系を用いて光電センサ
の撮像面での干渉縞を拡大することによってより高精度
な検出を行うことが可能となる。なお、本発明の面傾斜
検出装置は投影露光装置のレベリングセンサに限らず、
基板の表面等の傾斜角を検出することが必要な全ての装
置に適用できる。
【００３２】このように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。
【００３３】
【発明の効果】本発明の面傾斜検出装置によれば、被検
面に照射された同一光路上を逆向きに進む第１光束及び
第２光束の２つの検出光による干渉縞の光強度分布の例
えば明部又は暗部の間隔（ピッチ）を検出し、その結果
より傾斜角を求めるようにしているため、被検面の傾き
と求められる傾斜角とのリニアリティが広いという利点
がある。また、干渉縞の例えばピッチより傾斜角を求め
るため、検出感度が高い利点もある。
【００３４】また、その面傾斜検出装置がマスクパター
ンを基板上に投影光学系を介して投影する投影露光装置
における基板の表面の傾きを検出するために使用される
ものであり、光路制御光学系が第１光束及び第２光束を
反射する部材を含み、この部材が投影光学系の基板側の
先端部分に設けられた光学部材である場合には、その光
学部材を反射部材として有効に活用することにより基板
の傾斜角が大きく変化してもその傾斜角を高精度で検出
することができる。また、マスクパターンの露光中に
も、サーボ機構によりその基板の傾斜角を投影光学系の
結像面に合わせ込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の面傾斜検出装置の一実施例が適用され
た投影露光装置を示す概略構成図である。
【図２】図１のウエハ３の表面が傾いたときの２つの光
束の光路の変化を示す光路図である。
【図３】図１のウエハ３が投影光学系の光軸方向に変位
したときの２つの光束の光路の変化を示す光路図であ
る。
【図４】図２のようにウエハ３の表面が傾いた状態にお
ける干渉縞のピッチ変化の説明に供する図である。
【図５】図３のようにウエハ３の高さが変化した状態に
おける干渉縞のピッチ変化の説明に供する図である。
【符号の説明】
１ 光源 ＬＢ1 第１光束 ＬＢ2 第２光束 Ａ0 〜Ａ2 ，Ｂ0 〜Ｂ2 光路 ２ ビームスプリッター ３ ウエハ ３ａ 表面 ４ ミラー ５ 投影光学系 ６ ミラー ７ 光電センサ ８ 制御系 ９ レチクル ９ａ 回路パターン １２ 補正板 １４ ウエハホルダ １５ Ｚレベリングステージ １７ ＸＹステージ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１光束及び第２光束を発生する光源系
    と、 前記第１光束及び第２光束を被検面に交差して入射さ
    せ、同一光路を逆方向に進ませる光路制御光学系と、 前記同一光路を逆方向に進んだ後の前記第１光束及び第
    ２光束を合成して干渉させる干渉光学系と、 該干渉光学系により形成される干渉縞の光強度分布を検
    出する受光手段と、 該受光手段の検出結果に基づいて、前記被検面の傾きを
    算出する演算手段と、 を備えたことを特徴とする面傾斜検出装置。
  2. 【請求項２】 マスクパターンを基板上に投影光学系を
    介して投影する投影露光装置における前記基板の表面の
    傾きを検出するために使用される請求項１記載の面傾斜
    検出装置であって、 前記光路制御光学系は、前記第１光束及び第２光束を反
    射する部材を含み、該部材は前記投影光学系の前記基板
    側の先端部分に設けられた光学部材であることを特徴と
    する面傾斜検出装置。
JP7153146A 1995-06-20 1995-06-20 面傾斜検出装置 Withdrawn JPH095055A (ja)

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