JPH0883751A

JPH0883751A - 位置検出装置

Info

Publication number: JPH0883751A
Application number: JP6217217A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Komatsu; 宏一郎小松
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1994-09-12
Filing date: 1994-09-12
Publication date: 1996-03-26

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。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【図２】第１実施例のＳカーブ信号を示す波形図であ
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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【符号の説明】

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

【特許請求の範囲】

【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。