JPH0883751A - 位置検出装置 - Google Patents
位置検出装置Info
- Publication number
- JPH0883751A JPH0883751A JP6217217A JP21721794A JPH0883751A JP H0883751 A JPH0883751 A JP H0883751A JP 6217217 A JP6217217 A JP 6217217A JP 21721794 A JP21721794 A JP 21721794A JP H0883751 A JPH0883751 A JP H0883751A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- slit
- signal
- slit image
- light receiving
- image
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- 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
- 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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Automatic Focus Adjustment (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 斜入射方式で被検面の位置を検出する際に、
正確に位置検出できる範囲を広くする。 【構成】 被検面に1本のスリット像を投影し、その被
検面から反射される光束を集光して受光スリット板18
A上に幅Dのスリット像25を再結像する。受光スリッ
ト板18A上に3本の幅Dの受光スリット21A〜21
Cがx方向に幅Dだけずらして配置されている。スリッ
ト像25をx方向に幅Dで振動させた受光スリット21
A〜21Cの背面にある光電変換素子23A〜23Cか
ら出力される信号に基づいてスリット像25のx方向へ
のシフト量を求める。
正確に位置検出できる範囲を広くする。 【構成】 被検面に1本のスリット像を投影し、その被
検面から反射される光束を集光して受光スリット板18
A上に幅Dのスリット像25を再結像する。受光スリッ
ト板18A上に3本の幅Dの受光スリット21A〜21
Cがx方向に幅Dだけずらして配置されている。スリッ
ト像25をx方向に幅Dで振動させた受光スリット21
A〜21Cの背面にある光電変換素子23A〜23Cか
ら出力される信号に基づいてスリット像25のx方向へ
のシフト量を求める。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、所謂斜め入射方式の位
置検出装置に関し、特に半導体素子又は液晶表示素子等
を製造する際に使用される投影露光装置における投影光
学系の焦点位置検出装置に適用して好適なものである。
置検出装置に関し、特に半導体素子又は液晶表示素子等
を製造する際に使用される投影露光装置における投影光
学系の焦点位置検出装置に適用して好適なものである。
【0002】
【従来の技術】投影露光装置では、感光材料が塗布され
たウエハ(又はガラスプレート等)の表面を投影光学系
の結像面に対して焦点深度の幅内に収めてレチクル(又
はフォトマスク等)のパターン像を露光する必要がある
ため、従来よりオートフォーカス機構が備えられてい
る。このオートフォーカス機構は、ウエハの表面の所定
の計測点における投影光学系の光軸方向の位置(焦点位
置、又はフォーカス位置)を検出する焦点位置検出装置
と、その検出結果を用いてウエハの表面を結像面に合わ
せ込むステージ機構とから構成されている。
たウエハ(又はガラスプレート等)の表面を投影光学系
の結像面に対して焦点深度の幅内に収めてレチクル(又
はフォトマスク等)のパターン像を露光する必要がある
ため、従来よりオートフォーカス機構が備えられてい
る。このオートフォーカス機構は、ウエハの表面の所定
の計測点における投影光学系の光軸方向の位置(焦点位
置、又はフォーカス位置)を検出する焦点位置検出装置
と、その検出結果を用いてウエハの表面を結像面に合わ
せ込むステージ機構とから構成されている。
【0003】図12は、特開昭63−161616号公
報に開示された従来の斜め入射方式の焦点位置検出装置
を示し、この図12において、不図示の照明光学系から
の露光用の照明光ILのもとで、レチクル1上のパター
ンの像が投影光学系2を介してフォトレジストが塗布さ
れたウエハ3の表面に投影される。ウエハ3は、Zステ
ージ4上に吸着保持され、Zステージ4は3個のそれぞ
れ投影光学系2の光軸AXに平行に伸縮自在な支点5A
〜5Cを介してXYステージ6上に載置されている。こ
の場合、XYステージ6により、光軸AXに垂直な平面
内でのウエハ3の位置決めが行われる。また、支点5A
〜5Cを同じ量だけ駆動することにより、Zステージ4
の高さが調整され、支点5A〜5Cを独立に駆動するこ
とにより、Zステージ4の傾斜角が調整される。
報に開示された従来の斜め入射方式の焦点位置検出装置
を示し、この図12において、不図示の照明光学系から
の露光用の照明光ILのもとで、レチクル1上のパター
ンの像が投影光学系2を介してフォトレジストが塗布さ
れたウエハ3の表面に投影される。ウエハ3は、Zステ
ージ4上に吸着保持され、Zステージ4は3個のそれぞ
れ投影光学系2の光軸AXに平行に伸縮自在な支点5A
〜5Cを介してXYステージ6上に載置されている。こ
の場合、XYステージ6により、光軸AXに垂直な平面
内でのウエハ3の位置決めが行われる。また、支点5A
〜5Cを同じ量だけ駆動することにより、Zステージ4
の高さが調整され、支点5A〜5Cを独立に駆動するこ
とにより、Zステージ4の傾斜角が調整される。
【0004】次に、投影光学系2の側面に配置された焦
点位置検出装置において、光源11から射出された照明
光DLは、コンデンサーレンズ12を経てスリット板1
3を照明する。スリット板13には、図13に示すよう
に1本のスリット13aが形成されている。照明光DL
としては、ウエハ3上のフォトレジストに対する感光性
が弱い波長帯で、且つそのフォトレジスト層での薄膜干
渉の影響を軽減させるために比較的広い波長幅の光源が
使用される。
点位置検出装置において、光源11から射出された照明
光DLは、コンデンサーレンズ12を経てスリット板1
3を照明する。スリット板13には、図13に示すよう
に1本のスリット13aが形成されている。照明光DL
としては、ウエハ3上のフォトレジストに対する感光性
が弱い波長帯で、且つそのフォトレジスト層での薄膜干
渉の影響を軽減させるために比較的広い波長幅の光源が
使用される。
【0005】スリット板13中のスリットを通過した検
出光は、投射側対物レンズ14を経て投影光学系2の光
軸AXに対して斜めに、ウエハ3の表面に投射され、ウ
エハ3の表面にスリット像20が投影される。スリット
像20からの反射光は、受光側対物レンズ15を介して
振動ミラー16に向かい、振動ミラー16で反射された
検出光は、平行平面ガラス17を経て受光スリット板1
8上にスリット像25を再結像する。受光スリット板1
8には所定の配列で受光スリット、及び複数の開口が形
成され、受光スリット板18の背面に光電検出器19が
配置され、受光スリット板18の受光スリット、及び開
口を通過した検出光はそれぞれ光電検出器19上の対応
する光電変換素子により光電変換される。
出光は、投射側対物レンズ14を経て投影光学系2の光
軸AXに対して斜めに、ウエハ3の表面に投射され、ウ
エハ3の表面にスリット像20が投影される。スリット
像20からの反射光は、受光側対物レンズ15を介して
振動ミラー16に向かい、振動ミラー16で反射された
検出光は、平行平面ガラス17を経て受光スリット板1
8上にスリット像25を再結像する。受光スリット板1
8には所定の配列で受光スリット、及び複数の開口が形
成され、受光スリット板18の背面に光電検出器19が
配置され、受光スリット板18の受光スリット、及び開
口を通過した検出光はそれぞれ光電検出器19上の対応
する光電変換素子により光電変換される。
【0006】図14は受光スリット板18を示し、この
図14に示すように、受光スリット板18の中央部に受
光スリット21が形成され、受光スリット21の近傍に
スリット像25が投影されている。受光スリット21及
びスリット像25の長手方向は平行であり、受光スリッ
ト21及びスリット像25の幅はほぼ同一である。受光
スリット21の長手方向に直交する方向をx方向とする
と、受光スリット21をx方向に挟むように矩形の開口
22A及び22Bが形成され、受光スリット21を長手
方向に挟むように矩形の開口22C及び22Dが形成さ
れている。そして、光電検出器19上には、受光スリッ
ト21、及び開口22A〜22Dをそれぞれ裏面から覆
うようにフォトダイオード等からなる光電変換素子2
3、及び24A〜24Dが設けられている。
図14に示すように、受光スリット板18の中央部に受
光スリット21が形成され、受光スリット21の近傍に
スリット像25が投影されている。受光スリット21及
びスリット像25の長手方向は平行であり、受光スリッ
ト21及びスリット像25の幅はほぼ同一である。受光
スリット21の長手方向に直交する方向をx方向とする
と、受光スリット21をx方向に挟むように矩形の開口
22A及び22Bが形成され、受光スリット21を長手
方向に挟むように矩形の開口22C及び22Dが形成さ
れている。そして、光電検出器19上には、受光スリッ
ト21、及び開口22A〜22Dをそれぞれ裏面から覆
うようにフォトダイオード等からなる光電変換素子2
3、及び24A〜24Dが設けられている。
【0007】図12に戻り、ウエハ3の表面が投影光学
系2の光軸AX方向に移動して位置3Aに達すると、点
線で示すように受光スリット板18上で再結像されるス
リット像25の位置がx方向にシフトする。そこで、そ
のスリット像25のx方向へのシフト量を検出すること
により、ウエハ3の表面の結像面に対する光軸AX方向
へのずれ量を求め、このずれ量を所定の許容範囲内に収
めるようにZステージ4の高さを調整することにより、
フォーカス調整が行われる。また、ウエハ3の表面の3
点以上の計測点にスリット像を斜めに投影し、それぞれ
の計測点の光軸AX方向へのずれ量から求められる傾斜
角を所定の許容範囲内に収めるようにZステージ4の傾
斜角を調整することにより、レベリング動作が行われ
る。
系2の光軸AX方向に移動して位置3Aに達すると、点
線で示すように受光スリット板18上で再結像されるス
リット像25の位置がx方向にシフトする。そこで、そ
のスリット像25のx方向へのシフト量を検出すること
により、ウエハ3の表面の結像面に対する光軸AX方向
へのずれ量を求め、このずれ量を所定の許容範囲内に収
めるようにZステージ4の高さを調整することにより、
フォーカス調整が行われる。また、ウエハ3の表面の3
点以上の計測点にスリット像を斜めに投影し、それぞれ
の計測点の光軸AX方向へのずれ量から求められる傾斜
角を所定の許容範囲内に収めるようにZステージ4の傾
斜角を調整することにより、レベリング動作が行われ
る。
【0008】従来より、そのスリット像25のシフト量
を検出するため、振動ミラー16を振動させてスリット
像25をx方向に所定の振幅で振動させていた。このと
きに受光スリット21を通過した後、背面の光電変換素
子23により光電変換されて得られる信号(以下、「原
検出信号」と呼ぶ)をRXとする。図15は、スリット
像25がx方向に変位した場合の原検出信号RXの変化
を示し、図15において、スリット像25の位置の原点
を受光スリット21の中心に取っている。これより、原
検出信号RXは、スリット像25のx方向の位置に関し
て、スリット像25と受光スリット21とが完全に重な
っている状態でピークとなる三角形状に変化することが
分かる。そして、図12で振動ミラー16を一定周波数
で振動させると、スリット像25は受光スリット21上
でx方向に単振動を繰り返すため、原検出信号RXは図
15の信号に沿って周期的に変化する信号となる。
を検出するため、振動ミラー16を振動させてスリット
像25をx方向に所定の振幅で振動させていた。このと
きに受光スリット21を通過した後、背面の光電変換素
子23により光電変換されて得られる信号(以下、「原
検出信号」と呼ぶ)をRXとする。図15は、スリット
像25がx方向に変位した場合の原検出信号RXの変化
を示し、図15において、スリット像25の位置の原点
を受光スリット21の中心に取っている。これより、原
検出信号RXは、スリット像25のx方向の位置に関し
て、スリット像25と受光スリット21とが完全に重な
っている状態でピークとなる三角形状に変化することが
分かる。そして、図12で振動ミラー16を一定周波数
で振動させると、スリット像25は受光スリット21上
でx方向に単振動を繰り返すため、原検出信号RXは図
15の信号に沿って周期的に変化する信号となる。
【0009】図17(a)は、受光スリット21の中心
に対して振動中心が合致している状態でスリット像25
がx方向に振動する状態を示し、この場合の原検出信号
RXは実線26Aで示すように、振動ミラー16の振動
周波数(即ち、スリット像25の振動周波数)に対して
2倍の周波数で変化する。また、図17(b)〜(g)
は順に、受光スリット21の中心に対してスリット像2
5の振動中心が+x方向に次第にずれていったときに得
られる原検出信号RXの変化を示す。その振動中心のず
れ量が次第に大きくなると、原検出信号RXは実線26
B〜26Gのように変化する。
に対して振動中心が合致している状態でスリット像25
がx方向に振動する状態を示し、この場合の原検出信号
RXは実線26Aで示すように、振動ミラー16の振動
周波数(即ち、スリット像25の振動周波数)に対して
2倍の周波数で変化する。また、図17(b)〜(g)
は順に、受光スリット21の中心に対してスリット像2
5の振動中心が+x方向に次第にずれていったときに得
られる原検出信号RXの変化を示す。その振動中心のず
れ量が次第に大きくなると、原検出信号RXは実線26
B〜26Gのように変化する。
【0010】スリット像25が−x方向に最も大きくず
れた時点tLでの原検出信号RXと、スリット像25が
+x方向に最も大きくずれた時点tRでの原検出信号R
Xとの差分SXを検出していた。図17(a)〜(g)
の実線26A〜26Gで表す原検出信号SXについて、
時点tLでの値から時点tRでの値を差し引いて得られ
る差分SXを、振動中心のx方向へのずれ量を横軸にし
てプロットすると、図16の点a〜gのようになる。
れた時点tLでの原検出信号RXと、スリット像25が
+x方向に最も大きくずれた時点tRでの原検出信号R
Xとの差分SXを検出していた。図17(a)〜(g)
の実線26A〜26Gで表す原検出信号SXについて、
時点tLでの値から時点tRでの値を差し引いて得られ
る差分SXを、振動中心のx方向へのずれ量を横軸にし
てプロットすると、図16の点a〜gのようになる。
【0011】逆に、スリット像25の振動中心が次第に
−x方向にずれると、差分SXは図16の点b’〜g’
のように変化する。点b’〜g’は原点aに関して点b
〜gと回転対称である。従って、スリット像25の振動
中心が受光スリット21に対してx方向に連続的に変位
すると、原検出信号SXについて、時点tLでの値から
時点tRでの値を差し引いて得られる差分SXは、図1
6の実線のようにS字状に変化する信号となる。そこ
で、説明の便宜上以下では、差分SXを「Sカーブ信
号」と呼ぶ。
−x方向にずれると、差分SXは図16の点b’〜g’
のように変化する。点b’〜g’は原点aに関して点b
〜gと回転対称である。従って、スリット像25の振動
中心が受光スリット21に対してx方向に連続的に変位
すると、原検出信号SXについて、時点tLでの値から
時点tRでの値を差し引いて得られる差分SXは、図1
6の実線のようにS字状に変化する信号となる。そこ
で、説明の便宜上以下では、差分SXを「Sカーブ信
号」と呼ぶ。
【0012】図16において、Sカーブ信号SXは、点
c’から点cまでの領域では、受光スリット21に対す
るスリット像25の振動中心のずれ量xに対してほぼ線
形である。そこで、従来は予め例えばウエハ3の表面が
結像面に合致しているときに、Sカーブ信号SXが原点
aの近傍になるようにキャリブレーションを行ってお
き、そのSカーブ信号SXの値からスリット像25のシ
フト量、ひいてはウエハ3の表面の結像面からのずれ量
を求めていた。
c’から点cまでの領域では、受光スリット21に対す
るスリット像25の振動中心のずれ量xに対してほぼ線
形である。そこで、従来は予め例えばウエハ3の表面が
結像面に合致しているときに、Sカーブ信号SXが原点
aの近傍になるようにキャリブレーションを行ってお
き、そのSカーブ信号SXの値からスリット像25のシ
フト量、ひいてはウエハ3の表面の結像面からのずれ量
を求めていた。
【0013】この場合、シフト量xに対してSカーブ信
号SXがほぼ線形となる領域は点c’から点cまでの狭
い領域に限られてしまうため、例えば大きく曲がったウ
エハに対して焦点位置検出を行おうとすると、ウエハ上
の計測位置によってその線形領域を超えてしまうという
不都合がある。その対策として、図14に示すように、
受光スリット21の周囲に方向弁別センサとしての開口
22A〜22D、及び光電変換素子24A〜24Dが設
けられている。スリット像25が大きく−x方向にずれ
たときは、光電変換素子24Aと24Dにより反射光が
検出される。受光スリット21に近づいてくると、光電
変換素子24Aの信号が消えて光電変換素子24Dの信
号だけとなり、スリット像25が受光スリット21に重
なり始めると、光電変換素子24C,24Dにも光が入
っている状態となる。更に、スリット像25が+x方向
にずれると、光電変換素子24Dの信号もなくなり、そ
の代わりに光電変換素子24Cの信号が大きくなる。更
に、スリット像25が大きくずれてくると、光電変換素
子24Bにも光が入ってくる。つまり、光電変換素子2
4C,24Dに光が入っている状態で、Sカーブ信号が
0となっているとき、スリット像25と受光スリット2
1とが重なっていることが分かる。また、光電変換素子
24A,24BでZステージ4を上下どちらの方向に動
かせばよいかを判断することができる。
号SXがほぼ線形となる領域は点c’から点cまでの狭
い領域に限られてしまうため、例えば大きく曲がったウ
エハに対して焦点位置検出を行おうとすると、ウエハ上
の計測位置によってその線形領域を超えてしまうという
不都合がある。その対策として、図14に示すように、
受光スリット21の周囲に方向弁別センサとしての開口
22A〜22D、及び光電変換素子24A〜24Dが設
けられている。スリット像25が大きく−x方向にずれ
たときは、光電変換素子24Aと24Dにより反射光が
検出される。受光スリット21に近づいてくると、光電
変換素子24Aの信号が消えて光電変換素子24Dの信
号だけとなり、スリット像25が受光スリット21に重
なり始めると、光電変換素子24C,24Dにも光が入
っている状態となる。更に、スリット像25が+x方向
にずれると、光電変換素子24Dの信号もなくなり、そ
の代わりに光電変換素子24Cの信号が大きくなる。更
に、スリット像25が大きくずれてくると、光電変換素
子24Bにも光が入ってくる。つまり、光電変換素子2
4C,24Dに光が入っている状態で、Sカーブ信号が
0となっているとき、スリット像25と受光スリット2
1とが重なっていることが分かる。また、光電変換素子
24A,24BでZステージ4を上下どちらの方向に動
かせばよいかを判断することができる。
【0014】更に、図12において、投影光学系2によ
っては大気圧の変動や照明光ILの照射による熱変形等
により結像面の位置が変化する場合がある。そのような
場合には、受光スリット板18の前に配置された平行平
面ガラス17の傾き角を調整することにより、スリット
像25の位置を新たな結像面の位置に対応する位置にシ
フトさせる。この技術は、特開平2−6709号公報で
開示されている。これにより、投影光学系2の結像面の
位置が変動した場合でも、スリット像25のシフト量に
基づいて、ウエハ3を正しい焦点面上に合致させること
ができるようになる。
っては大気圧の変動や照明光ILの照射による熱変形等
により結像面の位置が変化する場合がある。そのような
場合には、受光スリット板18の前に配置された平行平
面ガラス17の傾き角を調整することにより、スリット
像25の位置を新たな結像面の位置に対応する位置にシ
フトさせる。この技術は、特開平2−6709号公報で
開示されている。これにより、投影光学系2の結像面の
位置が変動した場合でも、スリット像25のシフト量に
基づいて、ウエハ3を正しい焦点面上に合致させること
ができるようになる。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】上述のように従来の焦
点位置検出装置では、図16に示すようにSカーブ信号
SXの線形領域内では正確にスリット像25の横ずれ
量、及びウエハの焦点位置の結像面からのずれ量が検出
できる。しかしながら、その線形領域が狭いため、表面
の凹凸量の大きなウエハや、表面の曲がりの大きなウエ
ハに対しては、Sカーブ信号SXがその線形領域から外
れてしまうという不都合があった。このようにSカーブ
信号SXがその線形領域から外れると、その外れた方向
を上述の方向弁別センサにより弁別した後、Sカーブ信
号SXをその線形領域に入れるようにZステージ4を駆
動する必要があり、オートフォーカス動作に要する時間
が長くなり、露光工程のスループット(生産性)が低下
する。
点位置検出装置では、図16に示すようにSカーブ信号
SXの線形領域内では正確にスリット像25の横ずれ
量、及びウエハの焦点位置の結像面からのずれ量が検出
できる。しかしながら、その線形領域が狭いため、表面
の凹凸量の大きなウエハや、表面の曲がりの大きなウエ
ハに対しては、Sカーブ信号SXがその線形領域から外
れてしまうという不都合があった。このようにSカーブ
信号SXがその線形領域から外れると、その外れた方向
を上述の方向弁別センサにより弁別した後、Sカーブ信
号SXをその線形領域に入れるようにZステージ4を駆
動する必要があり、オートフォーカス動作に要する時間
が長くなり、露光工程のスループット(生産性)が低下
する。
【0016】また、従来は線形領域が狭いために、熱変
形等によって投影光学系2の結像面の位置が変化する
と、対応するスリット像25のシフト量がその線形領域
を外れ易くなるため、それを避けるために平行平板ガラ
ス17でそのスリット像25をシフトさせていた。しか
しながら、平行平板ガラス17に検出光が斜めに入射す
るため、検出光の波長によりシフト量が異なってスリッ
ト像25がぼけてしまい、焦点位置の検出精度が低下す
るという不都合があった。
形等によって投影光学系2の結像面の位置が変化する
と、対応するスリット像25のシフト量がその線形領域
を外れ易くなるため、それを避けるために平行平板ガラ
ス17でそのスリット像25をシフトさせていた。しか
しながら、平行平板ガラス17に検出光が斜めに入射す
るため、検出光の波長によりシフト量が異なってスリッ
ト像25がぼけてしまい、焦点位置の検出精度が低下す
るという不都合があった。
【0017】本発明は斯かる点に鑑み、斜入射方式で被
検面の位置を検出する際に、正確に位置検出できる範囲
の広い位置検出装置を提供することを目的とする。
検面の位置を検出する際に、正確に位置検出できる範囲
の広い位置検出装置を提供することを目的とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】本発明による第1の位置
検出装置は、例えば図1及び図12に示すように、被検
面(3)上に斜め方向からスリット像(20)を投影す
る投射光学系(11〜14)と、その被検面からの反射
光を受光してそのスリット像を再結像する受光光学系
(15)とを有し、この受光光学系により再結像される
スリット像(25)の横ずれ量に基づいてその被検面の
位置を検出する装置において、その受光光学系により再
結像されるスリット像(25)の形成面上に、このスリ
ット像の長手方向に直交する計測方向にこのスリット像
の幅以下の間隔で配置され、それぞれその再結像される
スリット像の長手方向に沿った細長い受光面(21A〜
21C)を有する複数の光電変換素子(23A〜23
C)と、その再結像されるスリット像(25)と複数の
光電変換素子(23A〜23C)とをその再結像される
スリット像の長手方向に直交する計測方向(x方向)に
相対的に振動させる相対振動手段(16,36)と、を
備え、それら複数の光電変換素子の検出信号をそれぞれ
その相対振動手段の動作に同期してサンプリングして得
られる信号(SA〜SC)に基づいて、その再結像され
るスリット像(25)の横ずれ量を求めるものである。
検出装置は、例えば図1及び図12に示すように、被検
面(3)上に斜め方向からスリット像(20)を投影す
る投射光学系(11〜14)と、その被検面からの反射
光を受光してそのスリット像を再結像する受光光学系
(15)とを有し、この受光光学系により再結像される
スリット像(25)の横ずれ量に基づいてその被検面の
位置を検出する装置において、その受光光学系により再
結像されるスリット像(25)の形成面上に、このスリ
ット像の長手方向に直交する計測方向にこのスリット像
の幅以下の間隔で配置され、それぞれその再結像される
スリット像の長手方向に沿った細長い受光面(21A〜
21C)を有する複数の光電変換素子(23A〜23
C)と、その再結像されるスリット像(25)と複数の
光電変換素子(23A〜23C)とをその再結像される
スリット像の長手方向に直交する計測方向(x方向)に
相対的に振動させる相対振動手段(16,36)と、を
備え、それら複数の光電変換素子の検出信号をそれぞれ
その相対振動手段の動作に同期してサンプリングして得
られる信号(SA〜SC)に基づいて、その再結像され
るスリット像(25)の横ずれ量を求めるものである。
【0019】この場合、その相対振動手段による相対的
な振動の全体の幅をその再結像されるスリット像(2
5)の幅Dに設定することが望ましい。また、本発明の
第2の位置検出装置は、例えば図4に示すように、上述
の第1の位置検出装置と同じ前提部において、その投射
光学系からその被検面に対して複数本のスリット像を投
影し、その受光光学系により再結像される複数本のスリ
ット像(25A〜25C)の幅方向への配列ピッチを、
それら複数の光電変換素子の受光面(41A〜41C)
の配列ピッチと異ならしめたものである。
な振動の全体の幅をその再結像されるスリット像(2
5)の幅Dに設定することが望ましい。また、本発明の
第2の位置検出装置は、例えば図4に示すように、上述
の第1の位置検出装置と同じ前提部において、その投射
光学系からその被検面に対して複数本のスリット像を投
影し、その受光光学系により再結像される複数本のスリ
ット像(25A〜25C)の幅方向への配列ピッチを、
それら複数の光電変換素子の受光面(41A〜41C)
の配列ピッチと異ならしめたものである。
【0020】この場合、そのように再結像される複数本
のスリット像(25A〜25C)の配列ピッチをP1 、
それら複数の光電変換素子の受光面(41A〜41C)
の配列ピッチをP2 として、そのように再結像されるス
リット像(25A〜25C)の幅をDとした場合、配列
ピッチP1 を2D、且つ配列ピッチP2 を3Dに設定す
ることが望ましい。
のスリット像(25A〜25C)の配列ピッチをP1 、
それら複数の光電変換素子の受光面(41A〜41C)
の配列ピッチをP2 として、そのように再結像されるス
リット像(25A〜25C)の幅をDとした場合、配列
ピッチP1 を2D、且つ配列ピッチP2 を3Dに設定す
ることが望ましい。
【0021】
【作用】斯かる本発明の第1の位置検出装置によれば、
図1に示すように、再結像されるスリット像(25)の
相対的な振動方向(x方向)に、そのスリット像(2
5)の幅以下の間隔で受光面(21A〜21C)が配列
された複数の光電変換素子(23A〜23C)が配置さ
れている。この場合、各光電変換素子(23A〜23
C)での検出信号を処理すると、例えば図2に示すよう
にx方向の位置に関して次第に横ずれする複数のSカー
ブ信号(SA〜SC)が得られる。従って、そのSカー
ブ信号をつないでいくことにより、広い範囲でスリット
像(25)の横ずれ量が検出できる。そして、その横ず
れ量から被検面の高さ方向の位置が広い範囲で検出でき
る。
図1に示すように、再結像されるスリット像(25)の
相対的な振動方向(x方向)に、そのスリット像(2
5)の幅以下の間隔で受光面(21A〜21C)が配列
された複数の光電変換素子(23A〜23C)が配置さ
れている。この場合、各光電変換素子(23A〜23
C)での検出信号を処理すると、例えば図2に示すよう
にx方向の位置に関して次第に横ずれする複数のSカー
ブ信号(SA〜SC)が得られる。従って、そのSカー
ブ信号をつないでいくことにより、広い範囲でスリット
像(25)の横ずれ量が検出できる。そして、その横ず
れ量から被検面の高さ方向の位置が広い範囲で検出でき
る。
【0022】このとき、相対的な振動の全体の幅を、そ
の再結像されるスリット像(25)の幅Dに設定した場
合、例えば更に各光電変換素子(23A〜23C)の受
光面の幅をそのスリット像(25)の幅と等しく設定す
る。そして、その相対的な振動の両端で各光電変換素子
(23A〜23C)の検出信号をサンプル/ホールド
し、得られた値の差分を求めることによりSカーブ信号
を生成すると、そのSカーブ信号はそのスリット像(2
5)の幅D内で相対的な変位に対して線形になるため、
簡単な信号処理でそのSカーブ信号より相対的な変位を
求めることができる。
の再結像されるスリット像(25)の幅Dに設定した場
合、例えば更に各光電変換素子(23A〜23C)の受
光面の幅をそのスリット像(25)の幅と等しく設定す
る。そして、その相対的な振動の両端で各光電変換素子
(23A〜23C)の検出信号をサンプル/ホールド
し、得られた値の差分を求めることによりSカーブ信号
を生成すると、そのSカーブ信号はそのスリット像(2
5)の幅D内で相対的な変位に対して線形になるため、
簡単な信号処理でそのSカーブ信号より相対的な変位を
求めることができる。
【0023】次に、本発明の第2の位置検出装置によれ
ば、例えば図4に示すように、複数の受光面(41A〜
41C)が所定ピッチで配列され、且つ複数のスリット
像(25A〜25C)が投影される。このとき、各受光
面(41A〜41C)に対応する光電変換素子(42A
〜42C)の検出信号を処理して得られる信号は、図8
(a)〜(c)に示すようにその複数のスリット像の全
体の幅と相対的な振動の幅とを加算して得られる幅内で
変化する信号が次第に相対的な振動の方向(x方向)に
ずれていく3角波状信号(TA〜TC)となる。従っ
て、それらの3角波状信号をつないでいくことにより、
広い範囲でスリット像の横ずれ量が検出できる。
ば、例えば図4に示すように、複数の受光面(41A〜
41C)が所定ピッチで配列され、且つ複数のスリット
像(25A〜25C)が投影される。このとき、各受光
面(41A〜41C)に対応する光電変換素子(42A
〜42C)の検出信号を処理して得られる信号は、図8
(a)〜(c)に示すようにその複数のスリット像の全
体の幅と相対的な振動の幅とを加算して得られる幅内で
変化する信号が次第に相対的な振動の方向(x方向)に
ずれていく3角波状信号(TA〜TC)となる。従っ
て、それらの3角波状信号をつないでいくことにより、
広い範囲でスリット像の横ずれ量が検出できる。
【0024】この際に、複数のスリット像の配列ピッチ
と複数の受光面の配列ピッチとが異なっているため、例
えば複数の3角波状信号(TA〜TC)をつないでいく
際に、相対変位に対して3角波状信号が線形になる線形
領域の間に非線形領域が生じにくくなり、信号処理が容
易になる。特に、図4に示すように、再結像される複数
本のスリット像(25A〜25C)の配列ピッチを2
D、複数の光電変換素子の受光面(41A〜41C)の
配列ピッチを3Dとした場合には、相対的な振動の幅を
Dとすることにより、図8に示すように相対的な振動方
向(x方向)に線形領域が連続的に連なるようになり、
スリット像の横ずれ量を正確に検出できる幅が最大とな
る。
と複数の受光面の配列ピッチとが異なっているため、例
えば複数の3角波状信号(TA〜TC)をつないでいく
際に、相対変位に対して3角波状信号が線形になる線形
領域の間に非線形領域が生じにくくなり、信号処理が容
易になる。特に、図4に示すように、再結像される複数
本のスリット像(25A〜25C)の配列ピッチを2
D、複数の光電変換素子の受光面(41A〜41C)の
配列ピッチを3Dとした場合には、相対的な振動の幅を
Dとすることにより、図8に示すように相対的な振動方
向(x方向)に線形領域が連続的に連なるようになり、
スリット像の横ずれ量を正確に検出できる幅が最大とな
る。
【0025】
【実施例】以下、本発明による位置検出装置の第1実施
例につき図1〜図3、及び図12を参照して説明する。
本実施例は投影露光装置の斜め入射方式の焦点位置検出
装置に本発明を適用したものである。また、本実施例の
焦点位置検出装置は、図12の焦点検出装置において、
受光スリット板18及び光電検出器19をそれぞれ図1
の受光スリット板18A及び光電検出器19Aで置き換
えると共に、平行平板ガラス17を省いたものである。
そこで、以下では受光スリット板18A及び光電検出器
19Aに関する部分について説明する。
例につき図1〜図3、及び図12を参照して説明する。
本実施例は投影露光装置の斜め入射方式の焦点位置検出
装置に本発明を適用したものである。また、本実施例の
焦点位置検出装置は、図12の焦点検出装置において、
受光スリット板18及び光電検出器19をそれぞれ図1
の受光スリット板18A及び光電検出器19Aで置き換
えると共に、平行平板ガラス17を省いたものである。
そこで、以下では受光スリット板18A及び光電検出器
19Aに関する部分について説明する。
【0026】図1(a)は本実施例の受光スリット板1
8Aを示し、この図1(a)において、受光スリット板
18A上の中央部にスリット像25が再結像され、スリ
ット像25は図12の振動ミラー16により、長手方向
に直交するx方向に所定振幅で振動している。スリット
像25の振動中心は、被検面としてのウエハの表面の高
さに応じてx方向に横ずれする。
8Aを示し、この図1(a)において、受光スリット板
18A上の中央部にスリット像25が再結像され、スリ
ット像25は図12の振動ミラー16により、長手方向
に直交するx方向に所定振幅で振動している。スリット
像25の振動中心は、被検面としてのウエハの表面の高
さに応じてx方向に横ずれする。
【0027】本実施例では、受光スリット板18Aの中
央部にそれぞれx方向に直交する方向に伸びた幅Dの3
本の受光スリット21A,21B,21Cが、x方向に
順次幅Dだけずらして、且つx方向に直交する方向に僅
かの間隔を開けて配置されている。この場合、図12に
おいてウエハ3の表面のスリット像の投影位置が投影光
学系2の結像面に合致している状態で、図1においてス
リット像25の振動中心が中央の受光スリット21Bの
中心にほぼ合致し、且つx方向に直交する方向に対する
スリット像25の長さが、受光スリット21A〜21C
の全体の長さより長くなるように光学系の調整が行われ
ている。更に、スリット像25のx方向の幅は、受光ス
リット21A〜21Cの幅と同じDに設定され、スリッ
ト像25のx方向への振動の全体の幅もその幅Dと同じ
値に設定されている。
央部にそれぞれx方向に直交する方向に伸びた幅Dの3
本の受光スリット21A,21B,21Cが、x方向に
順次幅Dだけずらして、且つx方向に直交する方向に僅
かの間隔を開けて配置されている。この場合、図12に
おいてウエハ3の表面のスリット像の投影位置が投影光
学系2の結像面に合致している状態で、図1においてス
リット像25の振動中心が中央の受光スリット21Bの
中心にほぼ合致し、且つx方向に直交する方向に対する
スリット像25の長さが、受光スリット21A〜21C
の全体の長さより長くなるように光学系の調整が行われ
ている。更に、スリット像25のx方向の幅は、受光ス
リット21A〜21Cの幅と同じDに設定され、スリッ
ト像25のx方向への振動の全体の幅もその幅Dと同じ
値に設定されている。
【0028】また、受光スリット21A〜21Cをx方
向に挟むように矩形の開口22A及び22Bが形成さ
れ、受光スリット21A〜21Cの上下にも矩形の開口
22C及び22Dが形成されている。受光スリット板1
8Aの背面に光電検出器19Aが配置され、光電検出器
19A上で開口22A〜22Dの背面に光電変換素子2
4A〜24Cが配置されている。これらの開口22A〜
22D、及び光電変換素子24A〜24Cは、従来例と
同様にスリット像25の位置が大きくずれた場合の方向
弁別センサとして機能する。但し、本実施例ではx方向
での検出幅が広いため、開口22A,22B及び光電変
換素子24A,24B,24C,24Dよりなる方向弁
別センサを省いてもよい。
向に挟むように矩形の開口22A及び22Bが形成さ
れ、受光スリット21A〜21Cの上下にも矩形の開口
22C及び22Dが形成されている。受光スリット板1
8Aの背面に光電検出器19Aが配置され、光電検出器
19A上で開口22A〜22Dの背面に光電変換素子2
4A〜24Cが配置されている。これらの開口22A〜
22D、及び光電変換素子24A〜24Cは、従来例と
同様にスリット像25の位置が大きくずれた場合の方向
弁別センサとして機能する。但し、本実施例ではx方向
での検出幅が広いため、開口22A,22B及び光電変
換素子24A,24B,24C,24Dよりなる方向弁
別センサを省いてもよい。
【0029】受光スリット21A〜21Cの背面の光電
検出器19A上には、図1(b)に示すようにそれぞれ
光電変換素子23A〜23Cが配置され、光電変換素子
23A〜23Cより出力される光電変換信号(以下、
「原検出信号」と呼ぶ)RA〜RCがそれぞれサンプル
/ホールド(S/H)回路31A〜31Cに供給されて
いる。サンプル/ホールド回路31A〜31Cで保持さ
れた原検出信号がそれぞれアナログ/デジタル(A/
D)変換器32A〜32Cを介して主制御系33に供給
され、主制御系33で後述のように信号処理が行われ
る。
検出器19A上には、図1(b)に示すようにそれぞれ
光電変換素子23A〜23Cが配置され、光電変換素子
23A〜23Cより出力される光電変換信号(以下、
「原検出信号」と呼ぶ)RA〜RCがそれぞれサンプル
/ホールド(S/H)回路31A〜31Cに供給されて
いる。サンプル/ホールド回路31A〜31Cで保持さ
れた原検出信号がそれぞれアナログ/デジタル(A/
D)変換器32A〜32Cを介して主制御系33に供給
され、主制御系33で後述のように信号処理が行われ
る。
【0030】また、主制御系33は、フォーカシング実
行時に、発振器34に一定周波数の駆動信号DSを発生
させる。駆動信号DSは増幅器35を介して振動ミラー
16用の加振器36に供給され、駆動信号DSに同期し
て振動ミラー16が振動する。更にその駆動信号DS
は、サンプル/ホールド回路31A〜31Cにも供給さ
れ、サンプル/ホールド回路31A〜31Cではそれぞ
れ、図1(a)においてスリット像25が+x方向に最
も大きく振れた時点tR、及び−x方向に最も大きく振
れた時点tLで原検出信号RA〜RCを保持する。それ
に応じて、主制御系33では、原検出信号RA〜RCの
それぞれについて、時点tLでの値から時点tRでの値
を差し引いてSカーブ信号を生成し、これらSカーブ信
号に基づいて図12のウエハ3の計測点の焦点位置を算
出する。その後、主制御系33はZステージ駆動系37
を介して図12のZレベリングステージ4の光軸AX方
向の位置を調整して、そのウエハ3の計測点の焦点位置
を結像面の位置に合わせる。
行時に、発振器34に一定周波数の駆動信号DSを発生
させる。駆動信号DSは増幅器35を介して振動ミラー
16用の加振器36に供給され、駆動信号DSに同期し
て振動ミラー16が振動する。更にその駆動信号DS
は、サンプル/ホールド回路31A〜31Cにも供給さ
れ、サンプル/ホールド回路31A〜31Cではそれぞ
れ、図1(a)においてスリット像25が+x方向に最
も大きく振れた時点tR、及び−x方向に最も大きく振
れた時点tLで原検出信号RA〜RCを保持する。それ
に応じて、主制御系33では、原検出信号RA〜RCの
それぞれについて、時点tLでの値から時点tRでの値
を差し引いてSカーブ信号を生成し、これらSカーブ信
号に基づいて図12のウエハ3の計測点の焦点位置を算
出する。その後、主制御系33はZステージ駆動系37
を介して図12のZレベリングステージ4の光軸AX方
向の位置を調整して、そのウエハ3の計測点の焦点位置
を結像面の位置に合わせる。
【0031】次に、本実施例における原検出信号RA〜
RCの処理方法につき詳細に説明する。先ず、本実施例
でも、図1の各受光スリット21A〜21Cに対応して
得られる原検出信号RA〜RCは、それぞれ従来例であ
る図17に示す原検出信号RXと同様である。従って、
例えば受光スリット21Bに対応する原検出信号RBに
ついて、主制御系33において時点tLでの値から時点
tRでの値を差し引いてSカーブ信号SBを得ると、そ
のSカーブ信号SBは図2(b)に示すように、点a2
を中心とした点c2'〜点c2 の幅Dの領域内でx方向の
ずれ量に対して線形な信号となる。点a2 、点c2 、及
び点g2 はそれぞれ図17(a),(c),及び(g)
の状態に対応する点である。ここで、その点a2 をx方
向の原点にとると、受光スリット21A、及び21Cは
それぞれ受光スリット21Bを−x方向に幅D、及び+
x方向に幅Dだけずらしたものである。
RCの処理方法につき詳細に説明する。先ず、本実施例
でも、図1の各受光スリット21A〜21Cに対応して
得られる原検出信号RA〜RCは、それぞれ従来例であ
る図17に示す原検出信号RXと同様である。従って、
例えば受光スリット21Bに対応する原検出信号RBに
ついて、主制御系33において時点tLでの値から時点
tRでの値を差し引いてSカーブ信号SBを得ると、そ
のSカーブ信号SBは図2(b)に示すように、点a2
を中心とした点c2'〜点c2 の幅Dの領域内でx方向の
ずれ量に対して線形な信号となる。点a2 、点c2 、及
び点g2 はそれぞれ図17(a),(c),及び(g)
の状態に対応する点である。ここで、その点a2 をx方
向の原点にとると、受光スリット21A、及び21Cは
それぞれ受光スリット21Bを−x方向に幅D、及び+
x方向に幅Dだけずらしたものである。
【0032】従って、受光スリット21Aに対応する原
検出信号RAについて、時点tLでの値から時点tRで
の値を差し引くことにより、図2(a)に示すように、
x座標が−Dの点a1 を中心とした点c1'〜点c1 の幅
Dの領域内で線形なSカーブ信号SAが得られ、受光ス
リット21Cに対応する原検出信号RCについて、時点
tLでの値から時点tRでの値を差し引くことにより、
図2(c)に示すように、x座標が+Dの点a3 を中心
とした点c3'〜点c3 の幅Dの領域内で線形なSカーブ
信号SCが得られる。即ち、図2において、Sカーブ信
号SA,SB,SCにおいて線形な領域はそれぞれ点c
1'〜点c1 、点c2'〜点c2 、及び点c 3'〜点c3 の範
囲であり、且つ点c1 と点c2'とが同じ位置であり、点
c2 と点c3'とが同じ位置である。そこで、図1(a)
のスリット像25のx方向へのずれ量に応じて次第に使
用する受光スリット21A〜21Cを切り換えることに
より、1つの受光スリット21Bを使用する場合に比べ
て3倍の広さの領域でスリット像25の横ずれ量を正確
に検出できる。
検出信号RAについて、時点tLでの値から時点tRで
の値を差し引くことにより、図2(a)に示すように、
x座標が−Dの点a1 を中心とした点c1'〜点c1 の幅
Dの領域内で線形なSカーブ信号SAが得られ、受光ス
リット21Cに対応する原検出信号RCについて、時点
tLでの値から時点tRでの値を差し引くことにより、
図2(c)に示すように、x座標が+Dの点a3 を中心
とした点c3'〜点c3 の幅Dの領域内で線形なSカーブ
信号SCが得られる。即ち、図2において、Sカーブ信
号SA,SB,SCにおいて線形な領域はそれぞれ点c
1'〜点c1 、点c2'〜点c2 、及び点c 3'〜点c3 の範
囲であり、且つ点c1 と点c2'とが同じ位置であり、点
c2 と点c3'とが同じ位置である。そこで、図1(a)
のスリット像25のx方向へのずれ量に応じて次第に使
用する受光スリット21A〜21Cを切り換えることに
より、1つの受光スリット21Bを使用する場合に比べ
て3倍の広さの領域でスリット像25の横ずれ量を正確
に検出できる。
【0033】そのため、図12において、照明光ILの
熱蓄積等により投影光学系2の結像面の位置がシフトし
たような場合でも、そのシフト後の結像面の位置に対応
する図2におけるx方向の位置は、Sカーブ信号SAの
中央からSカーブ信号SCの中央の範囲内に収まってい
る。従って、そのシフト後の結像面の位置をソフトウェ
ア的に算出し、この算出された位置にスリット像25の
位置を合わせるようにすることにより、図12で使用さ
れていた平行平板ガラス17を省くことができる。従っ
て、平行平板ガラス17によりスリット像25のぼけが
なくなり、より正確に焦点位置検出を行うことができ
る。
熱蓄積等により投影光学系2の結像面の位置がシフトし
たような場合でも、そのシフト後の結像面の位置に対応
する図2におけるx方向の位置は、Sカーブ信号SAの
中央からSカーブ信号SCの中央の範囲内に収まってい
る。従って、そのシフト後の結像面の位置をソフトウェ
ア的に算出し、この算出された位置にスリット像25の
位置を合わせるようにすることにより、図12で使用さ
れていた平行平板ガラス17を省くことができる。従っ
て、平行平板ガラス17によりスリット像25のぼけが
なくなり、より正確に焦点位置検出を行うことができ
る。
【0034】ここで、受光スリット21A〜21Cを切
り換える方法の一例につき説明する。そのためには、対
応するSカーブ信号SA〜SCの符号を用いるのが便利
である。図2(a)〜(c)より、Sカーブ信号SAが
有効となる場合(−3D/2<x<−D/2)には、S
カーブ信号SBが負、Sカーブ信号SCが0である。ま
たSカーブ信号SBが有効となる場合(−D/2<x<
+D/2)には、Sカーブ信号SAが正、Sカーブ信号
SCが負となる。更にSカーブ信号SCが有効となる場
合(+D/2<x<+3D/2)には、Sカーブ信号S
Aが0、Sカーブ信号SBが正となる。それらの関係を
まとめると、図3のようになる。なお、例えばSカーブ
信号SAが0である場合とは、Sカーブ信号SAの絶対
値のレベルがノイズレベルを僅かに超える所定の閾値以
下である状態を指す。
り換える方法の一例につき説明する。そのためには、対
応するSカーブ信号SA〜SCの符号を用いるのが便利
である。図2(a)〜(c)より、Sカーブ信号SAが
有効となる場合(−3D/2<x<−D/2)には、S
カーブ信号SBが負、Sカーブ信号SCが0である。ま
たSカーブ信号SBが有効となる場合(−D/2<x<
+D/2)には、Sカーブ信号SAが正、Sカーブ信号
SCが負となる。更にSカーブ信号SCが有効となる場
合(+D/2<x<+3D/2)には、Sカーブ信号S
Aが0、Sカーブ信号SBが正となる。それらの関係を
まとめると、図3のようになる。なお、例えばSカーブ
信号SAが0である場合とは、Sカーブ信号SAの絶対
値のレベルがノイズレベルを僅かに超える所定の閾値以
下である状態を指す。
【0035】図3を用いて、位置検出に使用する有効な
Sカーブ信号(有効な受光スリット)を決定するには、
先ず中心のスリット21BのSカーブ信号SBに着目
し、Sカーブ信号SBが0で、且つSカーブ信号SA又
はSCの少なくとも一方が0であれば、スリット像25
は測定範囲を超えたと判定する。この場合には、図1
(a)の開口22A,22B及び光電変換素子24A,
24Bよりなる方向弁別センサを用いて、スリット像2
5の方向を弁別する。
Sカーブ信号(有効な受光スリット)を決定するには、
先ず中心のスリット21BのSカーブ信号SBに着目
し、Sカーブ信号SBが0で、且つSカーブ信号SA又
はSCの少なくとも一方が0であれば、スリット像25
は測定範囲を超えたと判定する。この場合には、図1
(a)の開口22A,22B及び光電変換素子24A,
24Bよりなる方向弁別センサを用いて、スリット像2
5の方向を弁別する。
【0036】一方、Sカーブ信号SBが0でないか、又
はSカーブ信号SBが0で且つSカーブ信号SA,SC
の両方が0でない場合には、Sカーブ信号SBが負で且
つSカーブ信号SCが0であるときにSカーブ信号SA
(受光スリット21A)を有効とみなし、Sカーブ信号
SBが正で且つSカーブ信号SAが0であるときにSカ
ーブ信号SC(受光スリット21C)を有効とみなす。
それ以外のときにはSカーブ信号SB(受光スリット2
1B)を有効とみなせばよい。また、Sカーブ信号SA
とSカーブ信号SBとを切り換える点c1(x=−D/
2)は図3の分類中には入っていないが、その点c1 が
検出領域(−3D/2<x<−D/2)又は(−D/2
<x<+D/2)の何れに入っても、誤差は検出分解能
程度であり問題はない。このような判別回路は、コンパ
レータと論理回路とを用いて容易に構成できる。又は、
図3の関係に基づいてソフトウェア的に有効なSカーブ
信号(受光スリット)を判別してもよい。
はSカーブ信号SBが0で且つSカーブ信号SA,SC
の両方が0でない場合には、Sカーブ信号SBが負で且
つSカーブ信号SCが0であるときにSカーブ信号SA
(受光スリット21A)を有効とみなし、Sカーブ信号
SBが正で且つSカーブ信号SAが0であるときにSカ
ーブ信号SC(受光スリット21C)を有効とみなす。
それ以外のときにはSカーブ信号SB(受光スリット2
1B)を有効とみなせばよい。また、Sカーブ信号SA
とSカーブ信号SBとを切り換える点c1(x=−D/
2)は図3の分類中には入っていないが、その点c1 が
検出領域(−3D/2<x<−D/2)又は(−D/2
<x<+D/2)の何れに入っても、誤差は検出分解能
程度であり問題はない。このような判別回路は、コンパ
レータと論理回路とを用いて容易に構成できる。又は、
図3の関係に基づいてソフトウェア的に有効なSカーブ
信号(受光スリット)を判別してもよい。
【0037】なお、上述実施例では、図1(a)に示す
ように、受光スリット21A〜21Cが3本設けられて
いるが、受光スリットは2本、又は4本以上でもよい。
また、受光スリット21A〜21Cはx方向に対して密
着するように配置されているが、受光スリット21A〜
21Cをx方向に最大で幅Dだけ離して配置してもよ
い。この場合、図2においてSカーブ信号SA〜SCの
中心の間隔はD〜2Dの範囲となるが、Sカーブ信号S
A〜SCには重なりがあるため、図3と同様の関係から
どのSカーブ信号(受光スリット)を使用するかを判別
できる。但し、線形領域は狭いため、例えば隣接するS
カーブ信号の値よりテーブル的にスリット像25の横ず
れ量を求めることが望ましい。
ように、受光スリット21A〜21Cが3本設けられて
いるが、受光スリットは2本、又は4本以上でもよい。
また、受光スリット21A〜21Cはx方向に対して密
着するように配置されているが、受光スリット21A〜
21Cをx方向に最大で幅Dだけ離して配置してもよ
い。この場合、図2においてSカーブ信号SA〜SCの
中心の間隔はD〜2Dの範囲となるが、Sカーブ信号S
A〜SCには重なりがあるため、図3と同様の関係から
どのSカーブ信号(受光スリット)を使用するかを判別
できる。但し、線形領域は狭いため、例えば隣接するS
カーブ信号の値よりテーブル的にスリット像25の横ず
れ量を求めることが望ましい。
【0038】次に、本発明の第2実施例につき図4〜図
11を参照して説明する。本実施例の焦点位置検出装置
は、図12の焦点検出装置において、受光スリット板1
8及び光電検出器19をそれぞれ図4の受光スリット板
18B及び光電検出器19Bで置き換えると共に、平行
平板ガラス17を省き、更にスリット板13を図5
(a)に示す3本のスリット13a〜13cが形成され
たスリット板13Aで置き換えたものである。そのた
め、本実施例ではウエハ3の表面に3本のスリット像が
平行に投影される。以下では受光スリット板18B及び
光電検出器19Bに関する部分について説明する。
11を参照して説明する。本実施例の焦点位置検出装置
は、図12の焦点検出装置において、受光スリット板1
8及び光電検出器19をそれぞれ図4の受光スリット板
18B及び光電検出器19Bで置き換えると共に、平行
平板ガラス17を省き、更にスリット板13を図5
(a)に示す3本のスリット13a〜13cが形成され
たスリット板13Aで置き換えたものである。そのた
め、本実施例ではウエハ3の表面に3本のスリット像が
平行に投影される。以下では受光スリット板18B及び
光電検出器19Bに関する部分について説明する。
【0039】図4は本実施例の受光スリット板18Bを
示し、この図4において、受光スリット板18B上の中
央部に3本のスリット像25A〜25Bが再結像され、
スリット像25A〜25Cは図12の振動ミラー16に
より、長手方向に直交するx方向に全体の幅Dで振動し
ている。スリット像25A〜25Cの振動中心は、被検
面としてのウエハの表面の高さに応じてx方向に横ずれ
する。また、スリット像25A〜25Cのx方向の幅は
Dであり、スリット像25A〜25Cのx方向の間隔は
Dである。
示し、この図4において、受光スリット板18B上の中
央部に3本のスリット像25A〜25Bが再結像され、
スリット像25A〜25Cは図12の振動ミラー16に
より、長手方向に直交するx方向に全体の幅Dで振動し
ている。スリット像25A〜25Cの振動中心は、被検
面としてのウエハの表面の高さに応じてx方向に横ずれ
する。また、スリット像25A〜25Cのx方向の幅は
Dであり、スリット像25A〜25Cのx方向の間隔は
Dである。
【0040】本実施例では、受光スリット板18Bの中
央部にそれぞれx方向に直交する方向に伸びた幅Dの3
本の受光スリット41A,41B,41Cが、x方向に
順次間隔2Dで配置されている。スリット像25A〜2
5Cの長さは受光スリット41A〜41Cより僅かに長
い程度である。本実施例でも方向弁別センサが設けられ
ているが、第1実施例と同様であるためその説明を省略
する。
央部にそれぞれx方向に直交する方向に伸びた幅Dの3
本の受光スリット41A,41B,41Cが、x方向に
順次間隔2Dで配置されている。スリット像25A〜2
5Cの長さは受光スリット41A〜41Cより僅かに長
い程度である。本実施例でも方向弁別センサが設けられ
ているが、第1実施例と同様であるためその説明を省略
する。
【0041】また、受光スリット板18Bの背面に光電
検出器19Bが配置され、受光スリット41A〜41C
の背面の光電検出器19B上には、図5(b)に示すよ
うにそれぞれ光電変換素子42A〜42Cが配置され、
光電変換素子42A〜42Cより出力される原検出信号
(光電変換信号)RA〜RCがそれぞれ図1(b)と同
様の信号処理系に供給されている。以下、本実施例にお
ける原検出信号RA〜RCの処理方法の一例につき説明
する。
検出器19Bが配置され、受光スリット41A〜41C
の背面の光電検出器19B上には、図5(b)に示すよ
うにそれぞれ光電変換素子42A〜42Cが配置され、
光電変換素子42A〜42Cより出力される原検出信号
(光電変換信号)RA〜RCがそれぞれ図1(b)と同
様の信号処理系に供給されている。以下、本実施例にお
ける原検出信号RA〜RCの処理方法の一例につき説明
する。
【0042】先ず、本実施例では、図4を参照して説明
したように、受光スリット板18B上で再結像されたス
リット像25A〜25Cの幅と受光スリット41A〜4
1Cの幅とは等しくDであり、スリット像25A〜25
Cの間隔はDであり、受光スリット41A〜41Cの間
隔2Dは、受光スリット41A〜41Cの幅Dの2倍で
ある。また、スリット像25A〜25Cの振動の幅はD
であるため、受光スリット41A〜41Cの間隔2D
は、スリット像25A〜25Cの間隔Dに振動の幅Dを
加えた値である。そのため、中央のスリット像25Bが
中央の受光スリット41Bと重なった場合には、両側の
受光スリット41A,41Cはスリット像25A,25
Cとは重ならない。
したように、受光スリット板18B上で再結像されたス
リット像25A〜25Cの幅と受光スリット41A〜4
1Cの幅とは等しくDであり、スリット像25A〜25
Cの間隔はDであり、受光スリット41A〜41Cの間
隔2Dは、受光スリット41A〜41Cの幅Dの2倍で
ある。また、スリット像25A〜25Cの振動の幅はD
であるため、受光スリット41A〜41Cの間隔2D
は、スリット像25A〜25Cの間隔Dに振動の幅Dを
加えた値である。そのため、中央のスリット像25Bが
中央の受光スリット41Bと重なった場合には、両側の
受光スリット41A,41Cはスリット像25A,25
Cとは重ならない。
【0043】図6(a)は、受光スリット41A〜41
C上でスリット像25A〜25Cが、振動中心が受光ス
リット41Bの中心に重なる状態で振動する様子を示
し、図6(a)において、時点tRでスリット像は+x
方向に最も大きく振れ、時点tLでスリット像は−x方
向に最も大きく振れている。また、図6(a)の場合に
受光スリット41A〜41Cの背面の光電変換素子から
得られる原検出信号RA〜RCは、それぞれ実線27
A,28A,29Aのように変化する。
C上でスリット像25A〜25Cが、振動中心が受光ス
リット41Bの中心に重なる状態で振動する様子を示
し、図6(a)において、時点tRでスリット像は+x
方向に最も大きく振れ、時点tLでスリット像は−x方
向に最も大きく振れている。また、図6(a)の場合に
受光スリット41A〜41Cの背面の光電変換素子から
得られる原検出信号RA〜RCは、それぞれ実線27
A,28A,29Aのように変化する。
【0044】そして、図6(b)〜(g)は、スリット
像25A〜25Cの振動中心が図6(a)の場合に比べ
て次第に+x方向にD/2ずつずれた場合を示し、その
場合に得られる原検出信号RA〜RCがそれぞれ実線2
7B,28B,29B〜27G,28G,29Gで表さ
れている。また、図7(a)〜(g)は、スリット像2
5A〜25Cの振動中心が図6(g)の場合に比べて次
第に+x方向にD/2ずつずれた場合を示し、その場合
に得られる原検出信号RA〜RCがそれぞれ実線27
H,28H,29H〜27N,28N,29Nで表され
ている。
像25A〜25Cの振動中心が図6(a)の場合に比べ
て次第に+x方向にD/2ずつずれた場合を示し、その
場合に得られる原検出信号RA〜RCがそれぞれ実線2
7B,28B,29B〜27G,28G,29Gで表さ
れている。また、図7(a)〜(g)は、スリット像2
5A〜25Cの振動中心が図6(g)の場合に比べて次
第に+x方向にD/2ずつずれた場合を示し、その場合
に得られる原検出信号RA〜RCがそれぞれ実線27
H,28H,29H〜27N,28N,29Nで表され
ている。
【0045】本実施例でも、図6及び図7に示すよう
に、原検出信号RA〜RCのそれぞれについて時点tR
での値から時点tLでの値を差し引いて図8(a)〜
(c)に示す信号TA〜TCを得る。図8(a)〜
(c)において実線43A〜43Cが図6及び図7の原
検出信号RA〜RCから得られた信号である。これらの
信号TA〜TCは3角波状の信号であるため、これらの
信号TA〜TCを以下では、「3角波状信号」と呼ぶ。
図8(a)〜(c)では幅Dを1に規格化して示してい
る。また、図8(d)の実線44で示す信号ΣTは、3
つの3角波状信号TA,TB,及びTCの和信号であ
る。
に、原検出信号RA〜RCのそれぞれについて時点tR
での値から時点tLでの値を差し引いて図8(a)〜
(c)に示す信号TA〜TCを得る。図8(a)〜
(c)において実線43A〜43Cが図6及び図7の原
検出信号RA〜RCから得られた信号である。これらの
信号TA〜TCは3角波状の信号であるため、これらの
信号TA〜TCを以下では、「3角波状信号」と呼ぶ。
図8(a)〜(c)では幅Dを1に規格化して示してい
る。また、図8(d)の実線44で示す信号ΣTは、3
つの3角波状信号TA,TB,及びTCの和信号であ
る。
【0046】図8においては、中央の3角波状信号TB
の中央のゼロクロス点をx座標の原点に取っている。こ
の場合、図8(b)の3角波状信号TBは、ほぼピッチ
2(即ち2D)で3周期変化する信号であり、図8
(a)の3角波状信号TAは信号TBを−x方向に3
(即ち3D)だけずらした信号であり、図8(c)の3
角波状信号TCは信号TBを+x方向に3(即ち3D)
だけずらした信号である。また、図8(d)に示す和信
号ΣTは、−6.5<x<−2.5、及び2.5<x<
6.5でのみ3角波状に変化し、他の領域では0となる
信号である。
の中央のゼロクロス点をx座標の原点に取っている。こ
の場合、図8(b)の3角波状信号TBは、ほぼピッチ
2(即ち2D)で3周期変化する信号であり、図8
(a)の3角波状信号TAは信号TBを−x方向に3
(即ち3D)だけずらした信号であり、図8(c)の3
角波状信号TCは信号TBを+x方向に3(即ち3D)
だけずらした信号である。また、図8(d)に示す和信
号ΣTは、−6.5<x<−2.5、及び2.5<x<
6.5でのみ3角波状に変化し、他の領域では0となる
信号である。
【0047】本実施例では、3角波状信号TA〜TCの
符号からだけでは、スリット像25A〜25Cの振動中
心のシフト量を特定できない。例えば、図8において、
x座標が0.5から1.0の間と、2.0から2.5の
間とでは、受光スリット41Aに対応する3角波状信号
TAは0(絶対値が所定の閾値レベル以下)、受光スリ
ット41Bに対応する3角波状信号TBは負、受光スリ
ット41Cに対応する3角波状信号TCは正であり、ど
ちらの領域かを判別できない。
符号からだけでは、スリット像25A〜25Cの振動中
心のシフト量を特定できない。例えば、図8において、
x座標が0.5から1.0の間と、2.0から2.5の
間とでは、受光スリット41Aに対応する3角波状信号
TAは0(絶対値が所定の閾値レベル以下)、受光スリ
ット41Bに対応する3角波状信号TBは負、受光スリ
ット41Cに対応する3角波状信号TCは正であり、ど
ちらの領域かを判別できない。
【0048】そこで、図4においてスリット像25A〜
25Cが振動中心にあるときに各受光スリット41A〜
41Cを通過する光量に対応する信号、即ちスリット像
が振動中心にあるときに図5(b)の光電変換素子42
A〜42Cから出力される原検出信号RA〜RCのサン
プル値をψA〜ψCとして、これらのサンプル値ψA〜
ψCをも用いる。このため、図1(b)に対応する本実
施例の信号処理系では駆動信号DSに同期して振動ミラ
ー16が振動中心にあるときにも原検出信号RA〜RC
をサンプル/ホールドする。それらのサンプル値ψA,
ψB及びψCは、それぞれ図8(a)の点線45A、図
8(b)の点線45B、及び図8(c)の点線45Cに
示すようになる。
25Cが振動中心にあるときに各受光スリット41A〜
41Cを通過する光量に対応する信号、即ちスリット像
が振動中心にあるときに図5(b)の光電変換素子42
A〜42Cから出力される原検出信号RA〜RCのサン
プル値をψA〜ψCとして、これらのサンプル値ψA〜
ψCをも用いる。このため、図1(b)に対応する本実
施例の信号処理系では駆動信号DSに同期して振動ミラ
ー16が振動中心にあるときにも原検出信号RA〜RC
をサンプル/ホールドする。それらのサンプル値ψA,
ψB及びψCは、それぞれ図8(a)の点線45A、図
8(b)の点線45B、及び図8(c)の点線45Cに
示すようになる。
【0049】次に、図8よりスリット像の振動中心のず
れと、各受光スリット41A〜41Cに対応する3角波
状信号TA〜TC及び振動中心でのサンプル値ψA〜ψ
Cとの関係を抽出すると、図9のようになる。図9のよ
うに分けた振動中心のずれの各領域内では、3角波状信
号TA〜TCは振動中心のずれに対してほぼ線型に変化
するので、各領域に場合分けして3角波状信号TA〜T
Cより正確な位置を求めることができる。各領域に場合
分けするためのシーケンスの一例を図10及び図11に
示す。簡単のため、振動中心のずれをx座標で表し、x
座標を幅Dが1になるように規格化して表している。
れと、各受光スリット41A〜41Cに対応する3角波
状信号TA〜TC及び振動中心でのサンプル値ψA〜ψ
Cとの関係を抽出すると、図9のようになる。図9のよ
うに分けた振動中心のずれの各領域内では、3角波状信
号TA〜TCは振動中心のずれに対してほぼ線型に変化
するので、各領域に場合分けして3角波状信号TA〜T
Cより正確な位置を求めることができる。各領域に場合
分けするためのシーケンスの一例を図10及び図11に
示す。簡単のため、振動中心のずれをx座標で表し、x
座標を幅Dが1になるように規格化して表している。
【0050】先ず図10のステップ101において、3
角波状信号TAが負である場合には、ステップ102に
移行して3角波状信号TCの符号を判別し、信号TCが
0又は負であれば、ステップ103に移行して3角波状
信号TBの符号を判別し、信号TBが0又は負であれば
ステップ104に移行してサンプル値ψAの値を調べ、
サンプル値ψAが0.5以上であれば、−5<x<−
4.5であると判定して信号TAより振動中心のシフト
量を検出する。ステップ104において、サンプル値ψ
Aが0.5未満であれば、−4.5<x<−4であると
判定して信号TAより振動中心のシフト量を検出する。
また、ステップ103において、信号TBが正であれ
ば、ステップ105に移行して和信号ΣTの符号を判別
し、和信号ΣTが正であれば、−3<x<−2.5であ
ると判定して信号TAより振動中心のシフト量を検出
し、和信号ΣTが0又は負であれば、ステップ106に
移行してサンプル値ψBの値を調べ、サンプル値ψBが
0.5以上であれば、−2.5<x<−2であると判定
して信号TAより振動中心のシフト量を検出する。ステ
ップ106において、サンプル値ψBが0.5未満であ
れば、−1<x<−0.5であると判定して信号TA又
はTBより振動中心のシフト量を検出する。
角波状信号TAが負である場合には、ステップ102に
移行して3角波状信号TCの符号を判別し、信号TCが
0又は負であれば、ステップ103に移行して3角波状
信号TBの符号を判別し、信号TBが0又は負であれば
ステップ104に移行してサンプル値ψAの値を調べ、
サンプル値ψAが0.5以上であれば、−5<x<−
4.5であると判定して信号TAより振動中心のシフト
量を検出する。ステップ104において、サンプル値ψ
Aが0.5未満であれば、−4.5<x<−4であると
判定して信号TAより振動中心のシフト量を検出する。
また、ステップ103において、信号TBが正であれ
ば、ステップ105に移行して和信号ΣTの符号を判別
し、和信号ΣTが正であれば、−3<x<−2.5であ
ると判定して信号TAより振動中心のシフト量を検出
し、和信号ΣTが0又は負であれば、ステップ106に
移行してサンプル値ψBの値を調べ、サンプル値ψBが
0.5以上であれば、−2.5<x<−2であると判定
して信号TAより振動中心のシフト量を検出する。ステ
ップ106において、サンプル値ψBが0.5未満であ
れば、−1<x<−0.5であると判定して信号TA又
はTBより振動中心のシフト量を検出する。
【0051】一方、ステップ102において信号TCが
正であれば、−0.5<x<0.5であると判定して信
号TBより振動中心のシフト量を検出し、ステップ10
1において信号TAが0又は正であれば、動作はステッ
プ107に移行して3角波状信号TCの符号を判別し、
信号TCが正である場合には、ステップ108に移行し
て3角波状信号TBの符号を判別し、信号TBが負であ
れば、ステップ109に移行して和信号ΣTの符号を判
別し、和信号ΣTが負であればステップ110に移行し
てサンプル値ψBの値を調べ、サンプル値ψBが負であ
れば、0.5<x<1.0であると判定して信号TBよ
り振動中心のシフト量を検出する。ステップ110にお
いて、サンプル値ψBが0又は正であれば、2.0<x
<2.5であると判定して信号TB又はTCより振動中
心のシフト量を検出する。また、ステップ109におい
て、和信号ΣTが負であれば、2.5<x<3.0であ
ると判定して信号TBより振動中心のシフト量を検出す
る。
正であれば、−0.5<x<0.5であると判定して信
号TBより振動中心のシフト量を検出し、ステップ10
1において信号TAが0又は正であれば、動作はステッ
プ107に移行して3角波状信号TCの符号を判別し、
信号TCが正である場合には、ステップ108に移行し
て3角波状信号TBの符号を判別し、信号TBが負であ
れば、ステップ109に移行して和信号ΣTの符号を判
別し、和信号ΣTが負であればステップ110に移行し
てサンプル値ψBの値を調べ、サンプル値ψBが負であ
れば、0.5<x<1.0であると判定して信号TBよ
り振動中心のシフト量を検出する。ステップ110にお
いて、サンプル値ψBが0又は正であれば、2.0<x
<2.5であると判定して信号TB又はTCより振動中
心のシフト量を検出する。また、ステップ109におい
て、和信号ΣTが負であれば、2.5<x<3.0であ
ると判定して信号TBより振動中心のシフト量を検出す
る。
【0052】また、ステップ108で信号TBが0又は
正であれば、ステップ111に移行してサンプル値ψC
の値を調べ、サンプル値ψCが負であれば、4.0<x
<4.5であると判定して信号TCより振動中心のシフ
ト量を検出する。ステップ111において、サンプル値
ψCが0又は正であれば、4.5<x<5.0であると
判定して信号TCより振動中心のシフト量を検出する。
そして、ステップ107において、信号TCが0又は負
であれば、ステップ112に移行して信号TBの符号を
判別し、信号TBが負であれば、ステップ113に移行
して信号TCの符号を判別し、信号TCが0又は正であ
ればステップ114に移行してサンプル値ψBの値を調
べ、サンプル値ψBが正であれば、−2.0<x<−
1.5であると判定して信号TA又はTBより振動中心
のシフト量を検出する。ステップ114において、サン
プル値ψBが0又は負であれば、−1.5<x<−1.
0であると判定して信号TA又はTBより振動中心のシ
フト量を検出する。また、ステップ113において、信
号TCが負であれば、3.0<x<3.5であると判定
して信号TCより振動中心のシフト量を検出し、ステッ
プ112で信号TBが0又は正であれば、図11のステ
ップ115に移行して信号TBの符号を判別する。
正であれば、ステップ111に移行してサンプル値ψC
の値を調べ、サンプル値ψCが負であれば、4.0<x
<4.5であると判定して信号TCより振動中心のシフ
ト量を検出する。ステップ111において、サンプル値
ψCが0又は正であれば、4.5<x<5.0であると
判定して信号TCより振動中心のシフト量を検出する。
そして、ステップ107において、信号TCが0又は負
であれば、ステップ112に移行して信号TBの符号を
判別し、信号TBが負であれば、ステップ113に移行
して信号TCの符号を判別し、信号TCが0又は正であ
ればステップ114に移行してサンプル値ψBの値を調
べ、サンプル値ψBが正であれば、−2.0<x<−
1.5であると判定して信号TA又はTBより振動中心
のシフト量を検出する。ステップ114において、サン
プル値ψBが0又は負であれば、−1.5<x<−1.
0であると判定して信号TA又はTBより振動中心のシ
フト量を検出する。また、ステップ113において、信
号TCが負であれば、3.0<x<3.5であると判定
して信号TCより振動中心のシフト量を検出し、ステッ
プ112で信号TBが0又は正であれば、図11のステ
ップ115に移行して信号TBの符号を判別する。
【0053】信号TBが0又は負であれば、ステップ1
16に移行してサンプル値ψAの値を調べ、サンプル値
ψAが0.5未満であれば、−4<x<−3.5、又は
−6.5<x<−5.5であると判定する。ステップ1
17において、サンプル値ψAが0.5より大きけれ
ば、−5.5<x<−5であると判定して信号TAより
振動中心のシフト量を検出する。一方、ステップ116
において信号TAが0又は負であれば、ステップ118
に移行して信号TCの符号を判別し、信号TCが負であ
ればステップ119においてサンプル値ψCの値を調
べ、サンプル値ψCが0.5以下であれば、3.5<x
<4、又は5.5<x<6.5であると判定する。ステ
ップ119において、サンプル値ψCが0.5より大き
ければ、5<x<5.5であると判定して信号TCより
振動中心のシフト量を検出する。
16に移行してサンプル値ψAの値を調べ、サンプル値
ψAが0.5未満であれば、−4<x<−3.5、又は
−6.5<x<−5.5であると判定する。ステップ1
17において、サンプル値ψAが0.5より大きけれ
ば、−5.5<x<−5であると判定して信号TAより
振動中心のシフト量を検出する。一方、ステップ116
において信号TAが0又は負であれば、ステップ118
に移行して信号TCの符号を判別し、信号TCが負であ
ればステップ119においてサンプル値ψCの値を調
べ、サンプル値ψCが0.5以下であれば、3.5<x
<4、又は5.5<x<6.5であると判定する。ステ
ップ119において、サンプル値ψCが0.5より大き
ければ、5<x<5.5であると判定して信号TCより
振動中心のシフト量を検出する。
【0054】更に、ステップ115において信号TBが
正であれば、ステップ120に移行して信号TAの符号
を判別し、信号TAが0又は負であれば、ステップ12
1に移行してサンプル値ψBの値を調べ、サンプル値ψ
Bが0.5未満であれば、1.0<x<1.5であると
判定して信号TB又はTCより振動中心のシフト量を検
出する。ステップ121において、サンプル値ψBが
0.5より大きければ、1.5<x<2.0であると判
定して信号TB又はTCより振動中心のシフト量を検出
する。また、ステップ120において、信号TAが正で
あれば、−3.5<x<−3であると判定して信号TA
より振動中心のシフト量を検出する。
正であれば、ステップ120に移行して信号TAの符号
を判別し、信号TAが0又は負であれば、ステップ12
1に移行してサンプル値ψBの値を調べ、サンプル値ψ
Bが0.5未満であれば、1.0<x<1.5であると
判定して信号TB又はTCより振動中心のシフト量を検
出する。ステップ121において、サンプル値ψBが
0.5より大きければ、1.5<x<2.0であると判
定して信号TB又はTCより振動中心のシフト量を検出
する。また、ステップ120において、信号TAが正で
あれば、−3.5<x<−3であると判定して信号TA
より振動中心のシフト量を検出する。
【0055】上述実施例によれば、スリット像の振動中
心が少なくとも−3.5から3.5の間は正確にシフト
量を判別できるため、従来のように1つのスリット像を
投影し、且つ1つの受光スリットを使用する場合に比べ
て7倍の範囲で位置検出を行うことができる。但し、図
10及び図11のシーケンスでは、ステップ117及び
119の判別結果より分かるように、スリット像の振動
中心の座標xが3.5から4.0(又は−4から−3.
5)の間と、5.5から6.5(又は−6.5から−
5.5)の間とにある間は判別できない。これらの区間
でも正確に位置検出を行うためには、外側の受光スリッ
ト41A又は41Cにそれぞれ対応する図6の原検出信
号RA又はRCを積分し、その絶対値を用いて判定すれ
ばよい。
心が少なくとも−3.5から3.5の間は正確にシフト
量を判別できるため、従来のように1つのスリット像を
投影し、且つ1つの受光スリットを使用する場合に比べ
て7倍の範囲で位置検出を行うことができる。但し、図
10及び図11のシーケンスでは、ステップ117及び
119の判別結果より分かるように、スリット像の振動
中心の座標xが3.5から4.0(又は−4から−3.
5)の間と、5.5から6.5(又は−6.5から−
5.5)の間とにある間は判別できない。これらの区間
でも正確に位置検出を行うためには、外側の受光スリッ
ト41A又は41Cにそれぞれ対応する図6の原検出信
号RA又はRCを積分し、その絶対値を用いて判定すれ
ばよい。
【0056】なお、この第2実施例ではスリット像25
A〜25Cの個数と受光スリット41A〜41Cの個数
とが同数であるが、受光スリットの個数をスリット像の
個数より多くしてもよい。また、スリット像25A〜2
5Cの配列ピッチと受光スリット41A〜41Cの配列
ピッチとの関係は両者が異なる値であればよい。また、
上述実施例ではスリット像を振動させているが、逆に受
光スリット板18A,118B側を振動させてもよい。
A〜25Cの個数と受光スリット41A〜41Cの個数
とが同数であるが、受光スリットの個数をスリット像の
個数より多くしてもよい。また、スリット像25A〜2
5Cの配列ピッチと受光スリット41A〜41Cの配列
ピッチとの関係は両者が異なる値であればよい。また、
上述実施例ではスリット像を振動させているが、逆に受
光スリット板18A,118B側を振動させてもよい。
【0057】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採
り得る。
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採
り得る。
【0058】
【発明の効果】本発明の第1の位置検出装置によれば、
スリット像を計測方向に配列された複数の受光面で受光
しているため、スリット像の横ずれ量を広い範囲で検出
でき、ひいては被検面の高さを広い範囲で検出できる利
点がある。また、それらの受光面の間隔はそのスリット
像の幅以下であるため、光電変換信号を処理して得られ
る信号がスリット像のシフト量に対して線形に変化する
領域が広く、信号処理が容易である。
スリット像を計測方向に配列された複数の受光面で受光
しているため、スリット像の横ずれ量を広い範囲で検出
でき、ひいては被検面の高さを広い範囲で検出できる利
点がある。また、それらの受光面の間隔はそのスリット
像の幅以下であるため、光電変換信号を処理して得られ
る信号がスリット像のシフト量に対して線形に変化する
領域が広く、信号処理が容易である。
【0059】また、相対的な振動の幅を再結像されるス
リット像の幅に設定すると、各受光面に関してその幅内
でシフト量に対して線形に変化する信号を得ることがで
き、更に信号処理が容易になる。また、本発明の第2の
位置検出装置によれば、複数のスリット像を複数の受光
面上に投影しているため、更に広い範囲でスリット像の
シフト量を検出でき、ひいては被検面の高さをより広い
範囲で検出できる。例えばスリット像を3本、受光面を
3本とすると、スリット像及び受光面が1本ずつの場合
に比べて検出範囲は少なくとも7倍に広がる。また、ス
リット像の配列ピッチと受光面の配列ピッチとが異なる
ため、各受光面の間の領域でスリット像のシフト量を検
出できなくなる領域がなくなる。
リット像の幅に設定すると、各受光面に関してその幅内
でシフト量に対して線形に変化する信号を得ることがで
き、更に信号処理が容易になる。また、本発明の第2の
位置検出装置によれば、複数のスリット像を複数の受光
面上に投影しているため、更に広い範囲でスリット像の
シフト量を検出でき、ひいては被検面の高さをより広い
範囲で検出できる。例えばスリット像を3本、受光面を
3本とすると、スリット像及び受光面が1本ずつの場合
に比べて検出範囲は少なくとも7倍に広がる。また、ス
リット像の配列ピッチと受光面の配列ピッチとが異なる
ため、各受光面の間の領域でスリット像のシフト量を検
出できなくなる領域がなくなる。
【0060】特にスリット像の幅をDとして、スリット
像の配列ピッチを2D、受光面の配列ピッチを3Dとす
ると、線形処理により最も広い範囲でスリット像のシフ
ト量を検出できる利点がある。
像の配列ピッチを2D、受光面の配列ピッチを3Dとす
ると、線形処理により最も広い範囲でスリット像のシフ
ト量を検出できる利点がある。
【図1】(a)は本発明による位置検出装置の第1実施
例の受光スリット板上のスリット像を示す一部を切り欠
いた拡大図、(b)は第1実施例の信号処理系を示す要
部の構成図である。
例の受光スリット板上のスリット像を示す一部を切り欠
いた拡大図、(b)は第1実施例の信号処理系を示す要
部の構成図である。
【図2】第1実施例のSカーブ信号を示す波形図であ
る。
る。
【図3】図2の3つのSカーブ信号とスリット像の振動
中心との関係を示す図である。
中心との関係を示す図である。
【図4】本発明の第2実施例の受光スリット板上のスリ
ット像を示す拡大図である。
ット像を示す拡大図である。
【図5】(a)は第2実施例で使用されるスリット板1
3Aを示す図、(b)は第2実施例で使用される光電変
換素子を示す図である。
3Aを示す図、(b)は第2実施例で使用される光電変
換素子を示す図である。
【図6】第2実施例で受光スリットに対してスリット像
が振動し、且つその振動中心が次第にずれていく場合の
原検出信号RA〜RCの変化の様子を示す図である。
が振動し、且つその振動中心が次第にずれていく場合の
原検出信号RA〜RCの変化の様子を示す図である。
【図7】第2実施例で受光スリットに対してスリット像
が振動し、且つその振動中心が図6の場合より更にずれ
ていく場合の原検出信号RA〜RCの変化の様子を示す
図である。
が振動し、且つその振動中心が図6の場合より更にずれ
ていく場合の原検出信号RA〜RCの変化の様子を示す
図である。
【図8】第2実施例の3個の3角波状信号TA〜TC、
及び和信号ΣTを示す波形図である。
及び和信号ΣTを示す波形図である。
【図9】第2実施例における、スリット像の振動中心
と、3角波状信号TA〜TC及びサンプル値ψA〜ψC
との関係を示す図である。
と、3角波状信号TA〜TC及びサンプル値ψA〜ψC
との関係を示す図である。
【図10】第2実施例におけるスリット像の振動中心の
位置の判別シーケンスの前半部を示すフローチャートで
ある。
位置の判別シーケンスの前半部を示すフローチャートで
ある。
【図11】第2実施例におけるスリット像の振動中心の
位置の判別シーケンスの後半部を示すフローチャートで
ある。
位置の判別シーケンスの後半部を示すフローチャートで
ある。
【図12】従来、及び本発明の実施例で使用される焦点
位置検出装置を示す構成図である。
位置検出装置を示す構成図である。
【図13】図12中のスリット板13を示す図である。
【図14】図12中の受光スリット板18を示す図であ
る。
る。
【図15】従来の原検出信号を示す波形図である。
【図16】従来のSカーブ信号を示す波形図である。
【図17】従来例で受光スリットに対してスリット像が
振動し、且つその振動中心が次第にずれていく場合の原
検出信号RXの変化の様子を示す図である。
振動し、且つその振動中心が次第にずれていく場合の原
検出信号RXの変化の様子を示す図である。
1 レチクル 2 投影光学系 3 ウエハ 11 光源 12 コンデンサーレンズ 13 スリット板 14 投射側対物レンズ 15 受光側対物レンズ 16 振動ミラー 17 平行平板ガラス 18A,18B 受光スリット板 19A,19B 光電検出器 21A〜21C 受光スリット 25,25A〜25C スリット像 41A〜41C 受光スリット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G02B 7/28
Claims (4)
- 【請求項1】 被検面上に斜め方向からスリット像を投
影する投射光学系と、前記被検面からの反射光を受光し
て前記スリット像を再結像する受光光学系とを有し、該
受光光学系により再結像されるスリット像の横ずれ量に
基づいて前記被検面の位置を検出する装置において、 前記受光光学系により再結像されるスリット像の形成面
上に、該スリット像の長手方向に直交する計測方向に該
スリット像の幅以下の間隔で配置され、それぞれ前記再
結像されるスリット像の長手方向に沿った細長い受光面
を有する複数の光電変換素子と、 前記再結像されるスリット像と前記複数の光電変換素子
とを前記再結像されるスリット像の長手方向に直交する
計測方向に相対的に振動させる相対振動手段と、を備
え、 前記複数の光電変換素子の検出信号をそれぞれ前記相対
振動手段の動作に同期してサンプリングして得られる信
号に基づいて、前記再結像されるスリット像の横ずれ量
を求めることを特徴とする位置検出装置。 - 【請求項2】 前記相対振動手段による相対的な振動の
全体の幅を前記再結像されるスリット像の幅に設定する
ことを特徴とする請求項1記載の位置検出装置。 - 【請求項3】 前記投射光学系から前記被検面に対して
複数本のスリット像を投影し、 前記受光光学系により再結像される複数本のスリット像
の該スリット像の幅方向への配列ピッチを、前記複数の
光電変換素子の受光面の配列ピッチと異ならしめたこと
を特徴とする請求項1又は2記載の位置検出装置。 - 【請求項4】 前記再結像される複数本のスリット像の
配列ピッチをP1 、前記複数の光電変換素子の受光面の
配列ピッチをP2 として、前記再結像されるスリット像
の幅をDとした場合、配列ピッチP1 を2D、且つ配列
ピッチP2 を3Dに設定することを特徴とする請求項3
記載の位置検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6217217A JPH0883751A (ja) | 1994-09-12 | 1994-09-12 | 位置検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6217217A JPH0883751A (ja) | 1994-09-12 | 1994-09-12 | 位置検出装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0883751A true JPH0883751A (ja) | 1996-03-26 |
Family
ID=16700701
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6217217A Withdrawn JPH0883751A (ja) | 1994-09-12 | 1994-09-12 | 位置検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0883751A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009302531A (ja) * | 2008-06-02 | 2009-12-24 | Asml Netherlands Bv | リソグラフィ装置及びデバイス製造方法 |
-
1994
- 1994-09-12 JP JP6217217A patent/JPH0883751A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009302531A (ja) * | 2008-06-02 | 2009-12-24 | Asml Netherlands Bv | リソグラフィ装置及びデバイス製造方法 |
JP2010034516A (ja) * | 2008-06-02 | 2010-02-12 | Asml Netherlands Bv | リソグラフィ装置及びデバイス製造方法 |
US8264671B2 (en) | 2008-06-02 | 2012-09-11 | Asml Netherlands B.V. | Lithographic apparatus and device manufacturing method |
US8446564B2 (en) | 2008-06-02 | 2013-05-21 | Asml Netherlands B.V. | Lithographic apparatus and device manufacturing method |
US8477289B2 (en) | 2008-06-02 | 2013-07-02 | Asml Netherlands B.V. | Position measurement using natural frequency vibration of a pattern |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3555230B2 (ja) | 投影露光装置 | |
CN103728849B (zh) | 位置检测装置、曝光装置及曝光方法 | |
US4577095A (en) | Automatic focusing apparatus for a semiconductor pattern inspection system | |
JP2734004B2 (ja) | 位置合わせ装置 | |
US5729337A (en) | Inclination detecting apparatus | |
JPH09266169A (ja) | 露光方法 | |
JPH06302496A (ja) | 位置合わせ方法 | |
JP2001296105A (ja) | 面位置検出装置、並びに該検出装置を用いた露光装置および露光方法 | |
WO1993006618A1 (fr) | Procede et appareil de formation de motifs | |
JP4882384B2 (ja) | 面位置検出装置、面位置検出方法、露光装置及びデバイスの製造方法 | |
TW200305066A (en) | Position detecting method, surface shape estimating method, and exposure apparatus and device manufacturing method using the same | |
JP3391470B2 (ja) | 投影露光装置、及び投影露光方法 | |
JP2002093690A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
JPH0883751A (ja) | 位置検出装置 | |
JP3531227B2 (ja) | 露光方法および露光装置 | |
JPH10242040A (ja) | 投影露光装置 | |
JPH11233398A (ja) | 露光装置及び露光方法 | |
JP3218484B2 (ja) | 投影露光装置、露光方法、及び該方法を用いる半導体製造方法 | |
JPH1140476A (ja) | 露光条件選択方法、及び該方法で使用される検査装置 | |
JP3495868B2 (ja) | 走査型投影露光装置及びそれを用いたデバイスの製造方法 | |
JP2551049B2 (ja) | アライメント装置 | |
JPH06349707A (ja) | 位置合わせ方法 | |
JPH0677096B2 (ja) | 投影装置の焦点合せ装置 | |
JPH07211612A (ja) | 投影露光装置 | |
JPH06314648A (ja) | 位置合わせ方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20011120 |