JPH01240802A - 水平位置検出装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、対物レンズの光軸に対して半導体ウェハ面や
被検物体面を垂直位置に正確に設置するための基準位置
検出装置、特に水平位置検出装置に関する。ものである
。

〔従来の技術〕

半導体集積回路の製造におけるリソグラフィー工程では
、主にステップ・アンド・リピート方式による縮小投影
型露光装置、所謂ステッパーが用いられ、マスク或いは
レチクル（以下、レチクルと呼ぶ）に形成された回路パ
ターンを、投影対物レンズ（以下、阜に投影レンズと呼
ぶ）を介して順次加工片たるウェハ上に露光する。この
ステッパーには一般に大きな開口数（Ｎ、Ａ、）を有す
る投影レンズが用いられるため、許容焦点範囲は非常に
小さい。そこで、ウェハ上の露光領域全体にわたって鮮
明なパターンの露光を行うために、通常オートフォーカ
ス機構を用いて露光領域毎に露光領域の中心或いは周辺
の点を検出し、投影レンズの光軸に対して垂直となるよ
うに露光領域を投影レンズの光軸方向へ移動させている
。しかし、最近ではサブ・ミクロン程度で形成される回
路の最小線幅に対応して、投影レンズの開口数（Ｎ。

Ａ、）がさらに増大し、オートフォーカス機構による露
光領域上の検出点以外の領域で投影レンズの結像面に対
する傾きが生じ、この傾きによる露光領域内での部分的
な焦点ずれの発生等が問題となっている。このため、露
光領域面を投影レンズの光軸に対して垂直位置、即ち水
平位置に正確に維持する必要がある。この露光領域の水
平位置を検出するための装置としては、例えば本願出願
人が先に出願した特開昭５８−１１３７０６号公報に開
示されているようなコリメータ型の水平位置検出装置が
ある。この水平位置検出装置を投影レンズの光軸方向か
ら見た時の概略的な配ぽを第６図に示す。この種の装置
において、平行光束を投影レンズの光軸に対して斜め方
向より供給する照射光学系１０と、照射光学系１０から
供給されウェハＷ上の露光領域で反射した光束を受光対
物レンズ２１を介して４分割受光素子２２上に集光する
集光光学系２０は、両光学系の光軸１０ａ、２０ａが投
影レンズの光軸に関して対称となるように配置される。

ここで、この照射光学系１０と集光光学系２０から成る
水平位置検出系は、直交座標系ＸＹにおいて投影レンズ
の光軸に関してＸ軸からψｐだけ回転した位置に設けら
れているものとする。尚、照射光学系１０の光軸１０ａ
、集光光学系２０の光軸２０ａ及び投影レンズの光軸を
含む平面を入射面と呼び、座標系ｘｙにおいて入射面に
沿った方向をＰ軸方向、入射面と垂直な方向をＲ軸方向
、また４分割受光素子２２の受光面において受光面と入
射面との交線に沿った方向をｐ方向、この交線（ｐ方向
）と垂直な方向をｒ方向とする。さて、露光領域が投影
レンズの光軸に対して垂直を保っているならば、露光領
域で反射された光束は４分割受光素子２２の中心（ｐ方
向とｒ方向との交点）に集光され、露光領域が垂直から
αだけ傾いているならば、反射された光束は集光光学系
２０の光軸２０ａに対して２α傾くため、４分割受光素
子２２上の中心から外れた位置に集光される。従って、
投影レンズの光軸に対して露光領域を垂直位置に正確に
設定するためには、まず露光領域のＰ軸、Ｒ軸方向の傾
きに応して４分割受光素子２２上で集光点は中心から位
置変化するので、この集光点のｐ方向、ｒ方向への変位
量ΔＰ、ΔＲを検出する。次に、集光点の変位量ΔＰ、
ΔＲから以下の式（１）、（２）を用い、投影レンズの
結像面に対する露光領域のＰ軸、Ｒ軸方向の傾き角θｐ
、θｒを算出する。但し、集光光学系２０、即ち受光対
物レンズ２１の焦点距離を「、照射光学系１０により露
光領域上に供給される平行光束の露光領域面と成す角を
θＳとする。

ΔＰ＝ｆ−ｊａｎ（２θｐ）　　　　　・−−−−−（
１）ΔＲ＝ｆ−ｔａｎ（２θｒ）・ｃｏｓ（９０’　−
θＳ）・・・・・・（２） ここで、４分割受光素子２２面上での検出方向、つまり
ｐ方向、「方向の開口数ＮＡｐ、ＮＡｒと焦点深度ＦＤ
ｐ、ＦＤｒとを、以下の式（３）〜（６）を用いて算出
することができ、この条件の下で集光点の変位量ΔＰ、
ΔＲは検出される。但し、照射光学系１０により供給さ
れる平行光束の円形形状の検出領域Ｄａの半径をａ、中
心波長をλとする。

ＮＡｌ）＝２　・ｓ　ｉＨθＳ／ｆ　・・・・・・（３
）ＮＡｒ＝ａ／ｆ　　　　　　　　　−（４）２　　　
（ＮＡｐ）” １　　　　　λ ２　　　（ＮＡｒ）” 上述の式（１）、（２）から算出された傾き角θｐ、θ
ｒに基づいて、制御手段は傾き角θｐ、θｒに応じた制
御信号を発生し、駆動装置によりウェハが載置されたス
テージがウェハの露光領域表面の傾きを補正するように
移動され、露光領域が投影レンズの光軸に対して平均的
に正確な垂直位置に自動的に設定される。

尚、露光領域の傾き方向は第７図に示すＺ軸からの傾き
角θと、ＸＹ平面上へ射影した像のＸ軸からの角度（以
下、方位角と呼ぶ）ψで一意的に決定される法線単位ベ
クトル５で表される。そこで、投影レンズの結像面に対
する露光領域の座標系ｘｙのＸ軸、Ｙ軸方向の傾き角を
それぞれθＸ、θｙとすると、傾き角θと方位角ψはθ
Ｘ＝θ・ｃｏｓ　ψ、θｙ＝−θ・ｓｉｎ　ψなる関係
式で表される。

従って、弐（１）、（２）により算出された傾き角θｐ
、θｒから以下の式（７）、（８）を用いて傾き角θＸ
、θｙを算出すれば、方位角ψと傾き角θを決定するこ
とができる。

この結果、法線単位ベクトル冨、即ち投影レンズの結像
面に対する露光領域の傾き方向を検出することができる
。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、この種の水平位置検出装置では１組の照
射光学系１０と集光光学系２０を用い、露光領域の２方
向（Ｐ軸、Ｒ軸方向）の傾き角θｐ、θｒを検出して、
投影レンズの結像面に対する露光領域の傾きを求めてい
る。このため、上述の式（３）〜（６）から明らかのよ
うに４分割受光素子２２においてｐ方向の開口数ＮＡｐ
に対してｒ方向の開口数ＮＡｒが大きくなり、これに伴
い焦点深度ＦＤｐに対して焦点深度ＦＤｒが浅くなる０
例えば、このような装置の一般的な設計値、検出領域Ｄ
ａの半径ａ＝７．５ｍｍ、集光光学系２０の焦点距離ｆ
＝１００ｍｍ、中心波長λ＝８００ｎｍ、平行光束の露
光領域面と成す角θ５＝２０°として開口数ＮＡｐ、Ｎ
Ａｒを算出すると、−ＮＡｐ＝０．０２６、ＮＡｒ＝０
．０７５となる。

同様に、焦点深度ＦＤｐ、ＦＤｒはＦＤＩ）＝±６０８
μｍ５ＦＤｒ′＝−±７１μｍとなる。この結果からも
ｐ方向の焦点深度ＦＤｐに比べてｒ方向の焦点深度ＦＤ
ｒが非常に浅くなることがわかる。

この結果、４分割受光素子２２でのｒ方向の焦点合わせ
が困難となると共に、装置の立ち上げ時等での受光素子
の焦点合わせに時間がかかる。さらに、露光領域上に形
成されている回路パターンによって反射率分布が生じて
いる露光領域の傾き、即ち露光領域のＰ、Ｒ軸方向の傾
き角θｐ、θｒを検出する場合、４分割受光素子２２に
焦点ずれが残留していると、４分割受光素子２２での光
量分布が変動して検出誤差が生し、露光領域の傾きを高
精度に検出することができないという問題点があった。

また、Ｐ軸、Ｒ軸方向への傾き角が等しい露光領域の傾
きの検出を行う場合、式（１）、（２）において平行光
束の露光領域面と成す角θＳをθ５＝２０°とすると、
４分割受光素子２２でのｐ方向とｒ方向への集光点の変
位量の比は、ΔＰ：ΔＲ＝１：０．３４となる。つまり
、ｒ方向への集光点の変位量ΔＲはｐ方向への変位置Δ
Ｐと比べて小さく、ｒ方向の検出感度が低いという問題
点もあった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、集光光学
系の受光素子の焦点合わせを容易に行うことができると
共に検出感度が良く、高精度にウェハ等の被検物体の水
平位置を検出することができる水平位置検出装置を得る
こと目的としている。

Ｃ課題を解決する為の手段〕 かかる問題点を解決するため本発明においては、投影レ
ンズ１の光軸ＡＸに対して垂直にレベリングステージ２
にｉｉｉされるウェハＷ上の露光領域Ｅａへ、第１微小
開口としての絞り１３ｘから発する平行光束を第１視野
絞りとしての視野絞り１６ｘを介して投影レンズ１の光
軸ＡＸに対して斜め方向より供給する第１照射光学系１
０ｘと、第１照射光学系１０ｘから供給され露光領域Ｅ
ａで反射される平行光束を第１受光素子としての２分割
受光素子２２ｘ上に集光する第１集光光学系２０ｘとを
有し、第１照射光学系１０ｘの光軸１０ｘａと第１集光
光学系２０ｘの光軸２０ｘａとが投影レンズ１の光軸Ａ
Ｘに関して対称に配置され、基準平面Ｆに対する露光領
域ＥａのＸ軸方向（第１方向）の傾き角θＸを検出する
第１水平位置検出系１００ｘと；露光領域Ｅａへ第２微
小開口としての絞り１３ｙから発する平行光束を第２視
野絞りとしての視野絞り１６ｙを介して投影レンズ１の
光軸ＡＸに対して斜め方向より供給する第２照射光学系
ｔｏｙと、第２照射光学系ＬＯｙから供給され露光領域
Ｅａで反射される平行光束を第２受光素子としての２分
割受光素子２２ｙ上に集光する第２集光光学系２０ｙと
を有し、第２照射光学系１０ｙの光軸１０ｙａと第２集
光光学系２０ｙの光軸２０ｙａとが投影レンズ１の光軸
ＡＸに関して対称に配置され、基準平面Ｆに対する露光
領域ＥａＯＹ軸方向（第２方向）の傾き角θｙを検出す
る第２水平位置検出系１００ｙと；第１水平位置検出系
１００ｘにより検出されたＸ軸方向の傾き角θＸと、第
２水平位置検出系１００ｙにより検出されたＹ軸方向の
傾き角θｙとに基づいて、基準平面Ｆ、即ち投影レンズ
１の結像面ＩＭに対する露光領域Ｅａの傾きを算出する
演算手段としての制御装置３１とを設ける。

〔作用〕 本発明では、集光光学系を構成する受光素子の受光面に
おいて、この受光面と水平位置検出系の入射面との交線
に沿った方向は、この交線と垂直な方向と比べて開口数
が小さくかつ集光点の変位量が大きい、言い換えれば焦
点深度が深くかつ検出感度が高いことを用い、照射光学
系と集光光学系とから成る２組の水平位置検出系を座標
系ＸＹＯＸ軸、Ｙ軸方向に沿って設け、常に露光領域の
Ｘ軸、Ｙ軸方向の傾き角を各受光素子の交線に沿った方
向で検出するように構成されている。このため、開口数
が大きい方向（交線と垂直な方向）で受光素子の焦点合
わせを容易に行うことができると共に、受光素子におい
て交線と垂直な方向で露光領域の傾き角を検出すること
がないので、受光素子の検出感度を実質的に高くするこ
とができ、さらに焦点ずれによる検出誤差の発生等を防
止することができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳述する。第１
図は本発明の第１の実施例による水平位置検出装置を備
えたステッパーの概略的な構成を示す図、第２図はステ
ッパーに設けられた水平位置検出装置の概略的な配置を
示す図である。このステッパーの構成については、例え
ば本願出願人が先に出願した特開昭６０−１３０７４２
号公報に開示されているので、ここでは簡単に説明する
。

尚、従来装置と同じ機能、作用の部材には同じ符号を付
けである。

第１図、第２図において、不図示の照明光学系により発
生されたレジストを感光するような波長（露光波長）の
照明光は、レチクルＲのパターン領域Ｐａを均一な照度
で照明する。ウェハＷのＸＹ移動平面（座標系ＸＹ）に
対して垂直な光軸ＡＸを有する両側若しくは片側テレセ
ンドリンクな投影レンズ１は、レチクルＲに形成された
パターンの像を１１５或いは１／１０に縮小し、この投
影像を投影レンズ１の結像面ＩＭに形成する。この結像
面ＩＭは予め定められた基準平面Ｆ（座標系ＸＹと平行
）と−敗している。尚、本実施例で用いる投影レンズ１
はレチクルＲ１ウェハＷ側共にテレセンドリンクな光学
系である。さて、露光すべきウェハＷは基準平面Ｆに対
して任意方向に傾斜可能なティルティングステージ（以
下、レベリングステージと呼ぶ）２上に不図示のウェハ
・ホルダー（θテーブル）を介して保持される。ここで
、レベリングステージ２の構成等については、例えば本
願出願人が先に出願した特開昭６２−２７４２０１号公
報に開示されているので説明は省略するが、レベリング
ステージの複数点（例えば３−）の動作点）のそれぞれ
をＺ方向に駆動する手段によって、レベリングステージ
を基準平面Ｆに対して任意の方向に傾斜させる。そして
、この駆動手段の駆動点が所定のニュートラル状態（例
えば、３つの動作点がＸ方向の移動ストロークの中心に
ある状態）の時、動作点が略基準平面Ｆ内に位置するよ
うに構成され、ウェハＷを傾斜させた時のウェハＷの横
ずれ量を実用上無視し得る程度に小さくできるものであ
る。尚、第２図にレベリングステージ２のウェハ載置中
心に関して約１２０°の角度でＺステージ３上に配置さ
れた駆動部３２　ａ、　３２　ｂ、　３２　ｃと、ウェ
ハ載置中心から一定距離の円周ＣＣ上に位置する各駆動
部３２ａ、３２ｂ、３２ｃの動作点ＯＡ、ＯＢ、Ｏｃの
みを示している。また、駆動部３２ａ、３２ｂ、３２Ｃ
を以下まとめて駆動装置と呼び、第１図では駆動装置３
２として示しである。このレベリングステージ２はＺス
テージ３上に設けられ、Ｚステージ３は基準平面Ｆに沿
ってＸ、Ｙ方向に移動するＸ−Ｙステージ４上に設けら
れている。Ｚステージ３はＸ−Ｙステージ４に対してＸ
方向（光軸ＡＸ方向）にのみ移動するように構成され、
このＺステージ３の端部にはＸ−Ｙステージ４のＸ方向
の位置（Ｘ座標値）の検出を行う光波干渉測長器（以下
、レーザ干渉計と呼ぶ）５用の平面鏡６Ｘが設けられて
いる。また、同様にＸ−Ｙステージ４のＹ方向の位置（
Ｙ座標値）の検出を行うレーザ干渉計及び平面鏡も設け
られているが、平面鏡６ｙのみを第２図に示しておく、
このレーザ干渉計によって計測されたＸ−Ｙステージ４
のＸ、Ｙ座標値は中央演算処理装置７に送られる。中央
演算処理装置７には、ウェハＷの径、ウェハＷ上の露光
領域Ｅａの配列マツプ等の必要なデータが予め設定され
ており、ウェハＷ上での露光領域Ｅａの位置等から適当
な視野絞りを選択し、その情報を制御装置８へ出力する
。

さて、第２図中に示した照射光学系１０ｘと集光光学系
２０ｘから成るコリメータ型の第１水平位置検出系１０
０ｘは、両光学系の光軸１０ｘａ、２０ｘａが投影レン
ズｌの光軸ＡＸに関して対称に配置され、かつ水平位置
検出系１００ｘの入射面Ｐｘ（光軸１０ｘａ、ｚｏＸａ
、ＡＸを含む平面）が座標系ＸＹＯＸ軸と平行となるよ
うに設けられている。第１図に示すように照射光学系１
０Ｘは、光源１１ｘ、コンデンサ−レンズ１２ｘ１微小
円形開口を有する絞り１３ｘ、ミラー１４ｘ、第１リレ
ーレンズ１５ｘ、検出領域Ｄａの形状を任意に設定する
視野絞り１６ｘ１第２リレーレンズ１７ｘ及び照射対物
レンズ１８ｘから構成されている。この照射光学系ｆｏ
ｘにおいて、光源１１ｘの像はコンデンサーレンズ１２
ｘにより絞り１３Ｘ上に形成され、さらに絞り１３ｘ上
に焦点を有する第１リレーレンズ１５ｘによって平行光
束が視野絞り１６ｘに供給される。ここで、ミラー１４
ｘは光路方向を変更する役割を果たし、光学系の横方向
の大きさを小さくするために設けられたものである。ま
た、視野絞り１６ｘとしては形状が異なる複数の視野絞
りを備えている視野絞り仮、或いは液晶シャッターの原
理を応用した可変絞り等が用いられ、露光領域Ｅａの形
状等に応じて視野絞り１６ｘの形状を変え、検出領域Ｄ
ａの形状を任意に設定することができるように構成され
ている。尚、本実施例においては制御装置８からの制御
信号に基づいて、駆動手段が視野絞り板（不図示）を回
転させ、露光領域Ｅａの形状に応じた最適な視野絞り１
６ｘを絞り位置に回転位置決めするものとする。第２リ
レーレンズ１７Ｘと照射対物レンズ１８ｘは、第２リレ
ーレンズ１７ｘの後側焦点と照射対物レンズ１８ｘの前
側焦点とが一致するような位置にそれぞれ配置され、ウ
ェハＷ上にも平行光束が供給されるようになっている。

ここで、投影レンズ１の結像面ＩＭと視野絞り１６ｘと
は共役な位置にあり、具体的には視野絞り１６ｘは第２
リレーレンズ１７ｘの前側焦点位置に配置されると共に
、照射対物レンズ１８ｘはその後側焦点位置が結像面Ｉ
Ｍと一致するように配置される。この場合、第２リレー
レンズ１７ｘ及び照射対物レンズ１８ｘを同一焦点距離
のものとすると、視野絞り１６ｘの像は結像面１Ｍ上に
１：１で結像されることになる。尚、照射光学系１０ｘ
から供給される光はウェハＷ上のレジストを感光させな
いために露光光とは異なる波長分布の光であり、本実施
例では特にレジストによる薄膜干渉を低減させるために
多色光を用いるものとする。集光光学系２０ｘは、受光
対物レンズ２１ｘと２分割受光素子或いは１次元の位置
検出素子（ＰＳＤ）等の受光素子２２ｘから構成されて
いる。照射光学系１０ｘから供給された光束はウェハＷ
上の露光領域Ｅａで反射され、受光対物レンズ２１ｘに
より受光対物レンズ２１ｘの焦点面上に設けられた２分
割受光素子２２ｘ上に集光される。この２分割受光素子
２２ｘは投影レンズ１によるレチクルＲの結像面ＴＭの
傾きとウェハＷ上面の傾きとが一致した時に、照射光学
系１０ｘからの光束が２分割受光素子２２ｘの中心位置
に集光されるような位置に予め設けられている。

尚、ウェハＷ上に形成される回路パターンには微細な矩
形パターンがある程度の規則性を持って形成されている
ため、照射光束の直接反射光に加えて回折光が発生し得
る。そこで、本実施例では特に図示していないが、回折
光を除去して２分割受光素子２２ｘでのノイズの発生を
低減させるために、受光対物レンズ２１ｘと２分割受光
素子２２Ｘとの間に開口絞りとコンデンサーレンズとを
設けても良い。

また、第２図に示すように第２水平位置検出系１００ｙ
は照射光学系１０ｙと集光光学系２０ｙから成り、両光
学系の光軸１０ｙａ、２０ｙａが投影レンズ１の光軸Ａ
Ｘに関して対称に配置され、この水平位置検出系１００
ｙの入射面Ｐｙ（光軸１０ｙａ、２０ｙａ、ＡＸを含む
平面）が座標系ＸＹのＹ軸と平行となるように設けられ
ている。

尚、照射光学系ｔｏｙと集光光学系２０ｙは、それぞれ
上述した照射光学系１０ｘと集光光学系２０ｘと同一の
構成であるので説明は省略する。

次に、本実施例のように構成された装置の動作について
説明する。第１図において、まず中央演算処理装置７は
レーザ干渉計５により露光ずべき露光領域Ｅａのウェハ
Ｗ上でのＸ方向の位置を検出する。同様に、不図示のレ
ーザ干渉計からＹ方向の位置も検出し、このＸ、Ｙ座標
値と予め入力されている露光領域Ｅａの配列マツプ等の
情報に基づいて露光領域Ｅａの形状を判断し、露光領域
Ｅａの形状に応じた第」、第２水平位置検出系１００ｘ
、１００ｙの最適な視野絞り１６ｘ、１６ｙを選択する
。次に、中央演算処理装置７はこの情報を制御装置Ｂに
出力し、制御装置８は駆動装置９ｘに制御信号を出力す
る。駆動装置９ｘは制御信号に基づいて視野絞り板（不
図示）を回転させ、選択した視野絞り１６ｘを絞り位置
に回転位置決めする。同様に、第２水平位置検出系１０
０ｙにおいても制御装置８からの制御信号に基づいて、
選択した視野絞り１６ｙが絞り位置に回転位置決めされ
る。この最適な視野絞り１６ｘ、１６ｙの設定終了後、
第１、第２水平位置検出系１００ｘ、１００ｙはそれぞ
れ露光領域Ｅａ上に平行光束を照射し、この露光領域Ｅ
ａから反射した平行光束を２分割受光素子２２ｘ、２２
ｙで受光する。そして、２分割受光素子２２Ｘ、２２ｙ
は露光領域Ｅａの傾きに応じた２分割受光素子２２ｘ、
２２ｙ上での集光点の変位方向及び量の情報をそれぞれ
制御装置３１に出力する。制御装置３１はこの情報に基
づいて結像面ＩＭに対する露光領域ＥａのＸ軸方向、Ｙ
軸方向の傾き角θＸ、θｙを検出する。つまり、制御装
置３１は２分割受光素子２２ｘ、２２ｙにより検出され
た集光点の変位置へＸ、ΔＹから、上述した弐（１）を
用いて傾き角θＸ、θｙを算出する。次に、制御装置３
１は傾き角θＸ、θｙに対応する制御信号を発生し、駆
動装置３２に出力する。駆動装置３２はこの制御装置３
１からの制御信号、即ち駆動装置３２を構成するレベリ
ングステージ２の各駆動部５．６．７のＸ方向への駆動
量に応じてレベリングステージ２をＸ方向（光軸ＡＸ方
向）に移動させ、レベリングステージ２上に載置された
ウェハＷ上の露光領域Ｅａ裏表面結像面ＩＭに対する傾
きを補正する。これより、露光領域Ｅａ裏表面投影レン
ズ１の結像面ＩＭ（基準平面Ｆ）と正確に一致し、焦点
ずれ等が防止されて露光領域Ｅａ内の全面で精度良（（
高解像に）露光を行うことができる。

ここで、上述の実施例では結像面ＩＭに対する露光領域
Ｅａの傾き角θＸ、θｙに対応する制御信号を用い、露
光領域Ｅａの傾きを補正していた。

しかし、集光点の変位量ΔＸ、ΔＹから弐（１）を用い
て算出した傾き角θχ、θｙと、θＸ−θ’　ｃｏｓ　
ψ、θｙ＝θ・ｓｉｎ　ψなる関係式から方位角ψと角
度θを求めれば、第７図に示したような露光領域Ｅａの
傾き方向を表す法線単位ベクトル５、即ち露光領域Ｅａ
の傾き方向を検出することができる。

かくして本実施例によれば、第１、第２水平位置検出系
１００ｘ、１００３’は、共に２分割受光素子２２ｘ、
２２ｙにおいて受光面と入射面との交線に沿った方向で
のみ集光点の変位量を検出し、露光領域ＥａＯＸ軸、Ｙ
軸方向の傾き角θＸ、θｙを算出するように構成されて
いるため、２分割受光素子２２ｘ、２２ｙの焦点合わせ
を容易に行うことができ、焦点ずれによる検出誤差の発
生等が防止され、高精度に結像面ＩＭ（基準子面Ｆ）に
対する露光領域Ｂａの傾きを補正することができる。

以上の通り本発明の一実施例においては、第１水平位置
検出系１００ｘ、第２水平位置検出系１００ｙをそれぞ
れ座標系ＸＹＯＸ軸、Ｙ軸方向に沿って設け、露光領域
Ｅａの傾き角θＸ、θｙを算出するように構成していた
が、本実施例で用いる水平位置検出装置は上述の構成に
限られるものではな（、第１水平位置検出系１００ｘの
入射面Ｐｘに沿った方向と第２水平位置検出系１００ｙ
の入射面ｐｙに沿った方向とが互いに異なり、かつその
交点を投影レンズ１の光軸ＡＸが通るように２組の水平
位置検出系を配置すれば良い。例えば、第３図に示すよ
うに第１水平位置検出系１００ｘと第２水平位置検出系
１００ｙを、Ｘ軸からそれぞれψ電、ψ之だけ回転させ
た位置に配置するものとする。尚、ここでは座標系ＸＹ
において入射面Ｐｘに沿った方向をＰ、軸方向、入射面
Ｐｙ方向に沿った方向をＰ２軸方向と呼ぶ。この場合、
露光領域ＥａのＰ、軸方向、Ｐ２軸方向の傾きに応じて
２分割受光素子２２ｘ、２２ｙ上で集光点はそれぞれ中
心から位置ずれする。そこで、まず上述と同様の動作で
２分割受光素子２２ｘ、２２ｙは、受光面と入射面との
交線に沿った方向への集光点の変位量へＰ１、八Ｐ２を
検出する。

そして、露光領域ＥａのＰ１軸、Ｐ２軸方向の傾き角θ
Ｉ、θ２を算出し、露光領域ＥａのＸ軸、Ｙ軸方向の傾
き角θＸ、θｙを傾き角θ１、θ２から以下の式（９）
、（１０）を用いて求める。

次に、この傾き角θｘ１θｙに基づいてレベリングステ
ージ２を投影レンズ１の光軸ＡＸ方向に駆動させれば、
上述の実施例と同様に投影レンズ１の結像面ＩＭに対す
る露光領域Ｅａの傾きを補正することができる。或いは
、式（９）、（１０）から求めた傾き角θＸ、θｙとθ
Ｘ＝θ・ｃｏｓ　ψ、θｙ−θ・ｓｉｎψなる関係式か
ら、第７図に示した露光領域Ｅａの傾き方向を一意的に
表す法線単位ベクトル百の方位角ψとＺ軸からの傾き角
θを算出すれば、露光領域Ｅａの傾き方向を検出するこ
とができる。従って、２ｍの水平位置検出系をＸ軸、Ｙ
軸方向に沿って、或いは互いに直交するように配置しな
くとも、上述と同様の効果を得ることができるのは明ら
かである。

さらに、第１、第２水平位置検出系１００ｘ、１００ｙ
を任意の角度ψ１、ψ之だけＸ軸から回転させた位置に
配置する場合には、Ｘ軸、Ｙ軸方向の傾き角θＸ、θｙ
を傾き角θ１、θ２から式（９）、（１０）を用いて算
出していた。しかし、例えば第３図に示したように第１
水平位置検出系１００Ｘを配置した位置、即ちＰ、軸方
向（入射面Ｐｘ）のＸ軸からの角度βｘ　（＝ψ１）に
応じて、第４図に示す２分割受光素子２２ｘの受光面２
２ｘ′の分割方向（Ｓ方向）と、受光面２２ｘ′と入射
面Ｐｘとの交線に沿った方向（Ｔ方向）との相対的な位
置関係を変化（回転）させる。このように角度βＸに応
じてＳ方向とＴ方向との相対的な位置関係を調整すれば
、傾き角θ１からＸ軸方向の傾き角θＸを算出すること
なく、直接２分割受光素子の出力情報から傾き角θＸを
検出することも可能である。同様に、第２水平位置検出
系１００ｙにおいてもＰ２方向く入射面Ｐｙ）のＹ軸か
らの角度βｙ　＜＝ψ２　９０’）に応じて２分割受光
素子の受光面での分割方向と、受光面と入射面ｐｙとの
交線に沿った方向との相対的な位置関係を変化（回転）
させれば、傾き角θ２を算出することなく傾き角θｙを
検出することができる。

また、本実施例では集光光学系の受光素子として２分割
受光素子を用いていたが、この２分割受光素子の代わり
に４分割受光素子を用いることによって受光素子の焦点
合わせを行い、受光素子での焦点ずれを防止して露光領
域Ｅａの傾き、即ち露光領域Ｅａの傾き角θＸ、θｙの
検出精度を向上させることができる。そこで、第５図（
ａ）、（ｂ）を用いて第１水平位置検出系１００ｘの４
分割受光素子２２ｘ１の焦点合わせについて簡単に述べ
る。例えば、第５図（ａ）に示すようにウェハＷ上にＹ
方向に高反射率領域４０ａと低反射率領域４０ｂとを備
えた被検物体４０を設ける。

そして、高反射率領域４０ａと低反射率領域４０ｂとを
照射光学系１０Ｘからの平行光束が順次照射するように
、ウェハＷを入射面Ｐｘと垂直な方向、つまり図中の矢
印方向（Ｙ方向）へ移動させる。焦点ずれが生している
場合、４分割受光素子２２ｘ１からの受光面と入射面Ｐ
ｘとの交線に垂直な方向の出力信号Ｓ１は、第５図（ｂ
）に示すような変化が生じた波形となる。従って、この
出力信号Ｓ１が第５図（Ｃ）に示すような変化が生じた
波形（出力信号Ｓ２）となるまで４分割受光素子２２ｘ
１の位置を調整することにより、高精度に４分割受光素
子２２ｘ１の焦点合わせを行うことが可能となる。尚、
４分割受光素子２２ｘ１の受光面と入射面Ｐｘとの交線
に沿った方向では、上述の実施例と同様に露光領域Ｅａ
ＯＸ軸方向の　、傾き角θＸの検出を行う。また、第２
水平位置検出系１００ｙにおいても入射面ｐｙと垂直な
方向（Ｘ方向）ヘウエハＷ上のＸ方向に高反射率領域４
０ａと低反射率領域４０ｂとを備えた被検物体４０を移
動させ、４分割受光素子面での交線と垂直な方向の出力
信号に基づいて、４分割受光素子の位置を調整すれば、
同様に、高精度に４分割受光素子の焦点合わせを行うこ
とが可能である。尚、ここでは第５図（ａ）中に示した
ような反射率が異なる２つの領域４０ａ、４０ｂを備え
た被検物体４０を用いて焦点合わせを行っていたが、特
にこの種の被検物体４０を用いずとも、例えばウェハＷ
上に−様な反射率の領域があれば、この領域とその近傍
とを用いて同様の動作で４分割受光素子の焦点合わせ行
うことができるのは明らかである。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、集光光学系の受光素子の
焦点合わせを容易に行って集光光学系の調整時間を短縮
することができ、また受光素子において受光面と入射面
との交線と垂直な方向で露光領域の傾きを検出せずに、
常に交線に沿った方向で検出を行うので、受光素子の検
出感度を実質的に高くすることができ、焦点でわによる
検出誤差の発生等が防止される。さらに、投影レンズ周
辺のスペースに応じて２組の水平位置検出系を任意の位
置関係で配置しても、検出精度等を低下させることなく
露光領域の傾きを検出することができ、高精度にウェハ
等の被検物体の水平位置を検出することができる水平位
置検出装置を実現し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例による水平位置検出装置
を備えたステフパーの概略的な構成を示す図、第２図は
水平位置検出装置の概略的な配置を示す図、第３図は任
意の位置関係で配置した２組の水平位置検出系による水
平位置の検出動作の説明に供する図、第４図は２分割受
光素子の概略的な構成を示す図、第５図＜ａ＞は水平位
置検出装置の焦点合わせの動作の説明に供する図、第５
図（ｂ）は焦点合わせを行う際に受光素子から得られる
出力信号の波形を示す図、第５図（Ｃ）は焦点が合った
時に受光素子から得られる出力信号の波形を示す図、第
６図は従来の水平位置検出袋置の説明に供する概略図、
第７図は露光領域の傾き方向の検出動作の説明に供する
図である。 １・・・投影レンズ、２・・・レベリングステージ、３
・・・Ｚステージ、４・・・ｘ−ｙステージ、１０ｘ、
１０ｙ・・・照射光学系、２０ｘ、２０ｙ・・・集光光
学系、３１・・・制御装置、３２・・・駆動装置出願人
　　日本光学工業株式会社 代理人　弁理士　渡　辺　隆　男 第１図 ５°Ｙ 第２図 第３図 （Ｌ ×

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　主対物レンズの光軸に対して略垂直に配置される加工
   片上の所定領域へ、第１微小開口から発する略平行光束
   を第１視野絞りを介して前記主対物レンズの光軸に対し
   て斜め方向より供給する第１照射光学系と、該第１照射
   光学系から供給され前記所定領域で反射される平行光束
   を第１受光素子上に集光する第１集光光学系とを有し、
   前記第１照射光学系の光軸と前記第１集光光学系の光軸
   とが前記主対物レンズの光軸に関して対称に配置され、
   前記所定領域の基準平面に対する傾きを所定の第１方向
   に関して検出する第１水平位置検出系と； 前記所定領域へ第２微小開口から発する略平行光束を第
   ２視野絞りを介して前記主対物レンズの光軸に対して斜
   め方向より供給する第２照射光学系と、該第２照射光学
   系から供給され前記所定領域で反射される平行光束を第
   ２受光素子上に集光する第２集光光学系とを有し、前記
   第２照射光学系の光軸と前記第２集光光学系の光軸とが
   前記主対物レンズの光軸に関して対称に配置され、前記
   所定領域の前記基準平面に対する傾きを、前記第１方向
   と異なる所定の第２方向に関して検出する第２水平位置
   検出系と； 前記第１方向の傾きと前記第２方向の傾きとに基づいて
   、前記基準平面に対する前記所定領域の水平位置を算出
   する演算手段とを備えたことを特徴とする水平位置検出
   装置。