JPH10239015A

JPH10239015A - 表面位置検出装置

Info

Publication number: JPH10239015A
Application number: JP9060049A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nishimura; 宏西村; Hideo Mizutani; 英夫水谷
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-02-27
Filing date: 1997-02-27
Publication date: 1998-09-11

Abstract

(57)【要約】【課題】投影光学系の合焦の際、下地パターンによる
ウエハ面の反射率分布の不均一性に起因する誤差を低減
する。【解決手段】ウエハ面Ｗに対して位置検出用の光を照
射する照射系と、ウエハ面Ｗからの位置検出用の光を受
光することによりウエハ面Ｗにほぼ垂直な方向での位置
を検出する位置検出系とを備えた表面位置検出装置にお
いて、前記ウエハ面を均一に照明しその光学特性を検出
する光学特性検出系と、該光学特性検出系からの検出情
報に基づいて、前記位置検出系からのウエハ面Ｗの位置
情報を補正する補正系とを有する表面位置検出装置。光
学特性検出系を備えるのでウエハ面Ｗの光学特性が求ま
り、また補正系を備えるので、求められた光学特性に関
する検出情報に基づいて、ウエハ面Ｗの位置情報が補正
され、正確に合焦できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被検面の表面変位
検出装置に関し、特に、光学系の焦点検出、例えば半導
体デバイスや液晶装置などの下地にパターンが存在する
被検面用の投影露光装置の焦点を検出する表面変位検出
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１０に示すように、半導体デバイスや
液晶装置などを製造するための投影露光装置の焦点位置
検出装置は、光源１からの光をコンデンサーレンズ２を
介して送光スリット３に照射し、その送光スリット３の
像を投射レンズ系４によりウエハ面Ｗに斜めから投影
し、その反射光Ｌ０を結像レンズ系光学系５を介して投
射することにより、ウエハ面Ｗに形成されたスリット３
の像を受光スリット６またはセンサアレイ上に結像す
る。そして、そのスリット像の光量重心の横ずれを測定
することによってウエハ面Ｗの上下方向の位置を検出す
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】以上のような焦点位置
検出装置によれば、ウエハ面Ｗからの反射光の光量重心
を測定しているので、半導体デバイスの回路パターン等
によってウエハ面Ｗの反射率が均一でない場合には反射
光の重心が移動し、検出誤差となってしまう。そこで、
そのような検出誤差を軽減するために、図１１に示すよ
うに縦横の回路パターンが多い露光エリア１１に対し、
スリットの像１２や縞の像１３の長手方向が４５°の角
度をなすようにそれらのパターンを投影している。即ち
長い検出スリット１２が回路パターンを形成するライン
とスペースにまたがって、これらを広くカバーすること
により平均化したり、複数本のスリットからなる縞１３
により検出して平均化するなどしていた。しかしそれで
も回路パターンの影響は皆無ではなかった。

【０００４】そこで本発明は、被検面の下地の反射率分
布の影響を排除し、被検面の変位を正確に検出する表面
位置検出装置、そのような表面位置検出装置を備える露
光装置、及び基板上の下地の反射率分布の影響を排除し
投影光学系の合焦を行う半導体デバイスの製造方法を提
供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明による表面位置検出装置は、図
１に示すように、被検面Ｗに対して位置検出用の光を照
射する照射系（１１０〜１４２）と、該被検面からの位
置検出用の光を受光することにより被検面にほぼ垂直な
方向での位置を検出する位置検出系（１５０〜１７０）
とを備えた表面位置検出装置において；前記被検面の光
学特性を検出する光学特性検出系と；該光学特性検出系
からの検出情報に基づいて、前記位置検出系からの被検
面の位置情報を補正する補正系（１８０）とを有する。

【０００６】請求項２に係る発明による表面位置検出装
置では、図４に示すように、請求項１の装置において、
前記照射系は、所定のパターンを有するパターン部材２
３０と、該パターン部材を照射するために前記位置検出
用の光を供給する第１の光源２１０と、前記所定のパタ
ーンを前記被検面上に投射し像を形成する投射光学系
（２４０、２４１）とを有し；前記位置検出系は、前記
被検面上に形成されたパターンの像を再形成する結像光
学系（２５０、２５２）と、該結像光学系により再形成
されるパターン像を光電検出する第１の光電検出器２７
０とを有し；前記光学特性検出系は、前記被検面の光学
特性検出用の照明光を供給する第２の光源２４２と、前
記被検面に対して前記照明光を照射する照明光学系（２
４１、２４３）と、前記被検面からの前記照明光を受光
するための受光光学系（２５０、２５３）と、該受光光
学系を介した前記照明光を光電検出する第２の光電検出
器３０２とを有する。所定のパターンは、例えばスリッ
トや縞である。

【０００７】ここで、パターン部材はスリットや縞パタ
ーンの形成された送光スリット板やマスクであり、投射
光学系により被検面に投射され形成される像はそのスリ
ットやパターンが結像された像であってもよいし、また
はパターン部材は位相板のような２光束発生部材であ
り、投射光学系により被検面に投射され形成される像は
その２光束による干渉縞であってもよい。その被検面に
形成された像が、結像光学系により再形成即ち結像さ
れ、第１の光電検出器で検出される。

【０００８】以上のように構成すると、光学特性検出系
を備えるので被検面の光学特性が求まり、また補正系を
備えるので、求められた光学特性に関する検出情報に基
づいて、被検面の位置情報が補正される。

【０００９】ここで、請求項３に係る発明のように、前
記光学特性検出系は、前記被検面の反射率分布を検出
し；前記補正系は、前記光学特性検出系にて検出された
反射率分布の情報に基づいて、前記位置検出系からの被
検面の位置情報を補正するように構成されていてもよ
い。このようにすると、被検面の光学特性のうちで最も
典型的な反射率分布に基づく補正が位置情報に対してな
される。

【００１０】請求項２または請求項３に記載の表面位置
検出装置では、請求項４に記載されている装置のように
（図１参照）、前記照明光学系は、前記投射光学系と共
用する投射用対物光学系を有し；前記受光光学系は、前
記結像光学系と共用する検出用対物光学系を有し；前記
第２の光源は、前記第１の光源と共用して構成されると
共に、前記第２の光電検出器は前記第１の光電検出器と
共用して構成され；前記パターン部材１３０は、前記被
検面の位置検出に際して前記所定のパターンを生成し、
前記被検面での光学特性の検出に際して前記所定のパタ
ーンを消失させる切り換え機構１３１を有してもよい。

【００１１】このような場合、投射用対物光学系、検出
用対物光学系、光源、光電検出器が共用されおり、また
パターン部材は、被検面の位置検出と光学特性の検出に
際してパターンの生成と消失の切り換え機構を有してい
るので、簡潔な装置が実現できる。

【００１２】請求項２または請求項３に記載の表面位置
検出装置では、請求項５に記載の装置のように（図４、
５、６参照）、前記照明光学系は、前記投射光学系と少
なくとも一部を共用する投射用対物光学系を有し；前記
受光光学系は、前記結像光学系と少なくとも一部を共用
する検出用対物光学系を有し；前記照射系は、前記位置
検出用の光及び前記照明光を前記投射用対物光学系を介
して前記被検面に導くための第１光学部材（２４４、４
１０、５４０）を有し；前記位置検出系は、前記位置検
出用の光を前記検出用対物光学系を介して前記第１の光
電検出器へ導くと共に前記照明光を前記検出用対物光学
系を介して前記第２の光電検出器へ導く第２光学部材
（２５１、４２０）を有してもよい。

【００１３】このような場合、投射用対物光学系、検出
用対物光学系の少なくとも一部が共用されているので、
装置の簡潔化が可能である。

【００１４】また請求項５に記載の表面位置検出装置で
は、請求項６に記載のように、前記第１及び第２光学部
材のうちの少なくとも一方は、シャッター（４１０、４
２０）で構成されてもよいし（図８）、請求項７に記載
されているように、前記第１及び第２光学部材のうちの
少なくとも一方は、光分割部材（２４４、２５１、４１
０、４２０、５４０）で構成されてもよい。

【００１５】このような構成では、シャッターあるいは
光分割部材が、位置検出用の光及び照明光を投射用対物
光学系を介して被検面に導くし、あるいは位置検出用の
光を検出用対物光学系を介して第１の光電検出器へ導く
と共に照明光を検出用対物光学系を介して第２の光電検
出器へ導く。

【００１６】請求項８に記載の露光装置は、図１に示す
ように、マスクＲ上に形成された露光用パターンを感光
性基板Ｗ上に露光する露光装置であって；請求項１乃至
請求項７のいずれかに記載の表面位置検出装置と；露光
用パターンを感光性基板上に投影する投影光学系ＰＬと
を備え；前記表面位置検出装置は、前記感光性基板の表
面を被検面として、前記感光性基板の位置を検出するよ
うに構成されている。

【００１７】このように構成すると、請求項１乃至請求
項７のいずれかに記載の表面位置検出装置を用いて感光
性基板の表面変位を検出するので、露光用パターンを投
影露光する前に、基板の下地による反射率分布の影響を
排除し合焦できる。

【００１８】請求項９に記載の半導体デバイスの製造方
法は、感光性基板を露光して半導体デバイスを製造する
方法であって；感光性基板を提供する工程と；マスク上
に形成された露光用パターンの像を形成する投影光学系
の結像面に対する感光性基板の表面の変位を検出する工
程と；前記表面の変位を検出する工程にて検出された表
面変位に基づいて、前記結像面に感光性基板の表面を合
わせる工程と；前記投影光学系の結像面と前記投影光学
系について光学的に共役な位置に設定された前記マスク
上の露光用パターンを前記投影光学系を介して前記感光
性基板に投影し露光する工程とを備え；前記表面変位を
検出する工程は、前記感光性基板に対して変位検出用の
光を照射する工程と、該照射する工程にて照射された変
位検出用の光の反射光の位置を検出する工程と、前記感
光性基板の光学特性を検出する工程と、該光学特性の検
出工程にて検出された情報に基づいて、前記反射光位置
の検出工程にて得られた情報を補正する工程とを含む。

【００１９】このような方法では、光学特性の検出工程
で基板表面の特性情報が得られ、また補正する工程で、
反射光位置の検出工程にて得られた情報が補正されるの
で、基板の下地の反射分布率の不均一性等の影響が排除
され、投影光学系の合焦が正確に行われる。

【００２０】以上のように、本発明によれば、表面変位
の検出に際して、被検面上のスリットや縞の像を検出す
るに際し、その縞等の横ずれの測定に加え、被検面を均
一に照明したときの受光面の光量分布も測定し、その検
出光量より縞等の受光面上の像の形状を補正し、正確な
縞等の位置を測定することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。なお、各図において互い
に同一あるいは相当する部材には同一符号を付し、重複
した説明は省略する。

【００２２】図９を参照して、本発明の原理を説明す
る。図９では、簡単のため、変位検出用の縞の像は正弦
波分布をしていると仮定する。横軸は被検面上の位置、
縦軸は光量である。（ａ）のグラフは計測センサアレイ
の出力、（ｂ）のグラフは被検面の下地に形成された回
路パターンの影響などによる被検面の反射率分布を測定
する補正用センサアレイの出力を示す。（ａ）と（ｂ）
は、被検面の同一領域について測定したデータである。

【００２３】（ｃ）のグラフは、（ａ）に示される出力
値を（ｂ）に示される出力値で除した値で、補正後の光
量分布を示す。ここで、（ｂ）に示される出力値は、一
様な光量を示す部分の光量（最大光量）を単位光量１と
して示してある。

【００２４】各グラフの縦の線の間が、センサアレイの
個々のセンサを示している。被検面が、（ｂ）のグラフ
に示されるような不均一な反射率分布をもっていると
き、その不均一な分だけ正弦波の形が崩れ、縞の光量重
心が移動し測定誤差が発生する様子が（ａ）のグラフに
示されてる。（ｂ）のグラフに示される光量分布で
（ａ）のグラフに示される光量の出力値を割った（ｃ）
のグラフでは正弦波が復元され、下地の回路パターンの
影響が除去されていることがわかる。

【００２５】図１を参照して、第１の実施の形態を説明
する。図中、投影光学系ＰＬについてレチクルＲと共役
な位置に被検面であるウエハ等の基板Ｗが置かれてお
り、レチクルＲへ図示しない照明系からの光が入射し、
レチクルＲ上のパターンが投影レンズＰＬを介しウエハ
Ｗに投影露光されるようになっている。本実施の形態
は、投影光学系ＰＬの光軸方向、図中では上下方向に沿
った、ウエハＷの変位を計測するものである。

【００２６】一方、光源である光ファイバ１１０からの
光路中にコンデンサーレンズ１２０、音響光学素子ＡＯ
Ｍ１３０がこの順に配置されており、光ファイバ１１０
から出た光は、コンデンサレンズ１２０を介して音響光
学素子ＡＯＭ１３０をケーラー照明するようになってい
る。後で詳述するＡＯＭ１３０は回折格子として作用
し、２光束Ｌ２、Ｌ３を作り出す。

【００２７】ＡＯＭ１３０の前方、光束Ｌ２、Ｌ３の光
路中には投射光学系１４０が配置されており、光学系１
４０についてＡＯＭ１３０と共役な位置に先のウエハＷ
が置かれている。２光束Ｌ２、Ｌ３は投射光学系１４０
を介し、ウエハＷ上に２光束干渉を起こし、ラインアン
ドスペース（Ｌ／Ｓ）の縞を形成する。あるいは前記回
折格子が結像されると考えても良い。ここで投射光学系
１４０は、集光レンズ１４１と投射用対物レンズ１４２
を含み、いわゆるテレセントリック光学系を構成してい
る。

【００２８】さらに投影光学系ＰＬの光軸に関して投射
光学系１４０と反対側に結像光学系１５０が配置されて
おり、結像光学系１５０についてウエハＷと共役な位置
にアレイセンサ１７０が配置されている。結像光学系１
５０を介して、アレイセンサ１７０上にウエハ面Ｗ上の
前記縞が結像される。該アレイセンサ１７０による情報
から前記縞の横ずれを計測し、前記ウエハＷの上下方向
の位置を計測する。即ち、例えばウエハＷが投影光学系
ＰＬから遠ざかる方向、図中下方向にずれている場合、
縞はアレイセンサ１７０上で図中下方向に横ずれする。
その縞の横ずれを計測する。ここで結像光学系１５０
は、受光用対物レンズ１５１と集光レンズ（結像レン
ズ）１５２とを含み、いわゆるテレセントリック光学系
を構成している。

【００２９】ＡＯＭ１３０は図３に示されるように、媒
体であるガラス板１３４の一方の側端面上に圧電素子１
３２が設けられ、高周波交流信号発生器１３１からの高
周波信号１３１Ａにより変調される。前記ガラス板１３
４は、交流信号１３１Ａの加えられた圧電素子１３２に
より加振され、媒体中に粗密波が作られ、圧電素子１３
２が取り付けられた端面と対向する他方の端面Ａで反射
する。ここで交流信号１３１Ａの周波数を、両端面間の
距離に対応して適切に定めれば媒体中には振動定在波１
３３が形成される。

【００３０】このようにして、ガラス板１３４中には周
期的粗密が生じるので、このガラス板を表面から裏面に
透過する光には光路長差が与えられる。即ち、ガラス板
１３４が静止した位相格子として働き、平面波Ｌ１が加
えられると＋１次光Ｌ２、―１次光Ｌ３の２光束を射出
する。該±１次光の回折効率は、理論的には容易に９０
％を越えるため、２光束として扱って差し支えない。

【００３１】該２光束は、前記高周波の交流信号１３１
Ａで変調されたときに作り出され、該交流信号１３１Ａ
で変調されないときには前記平面波Ｌ１は、ＡＯＭ１３
０を透過しそのまま射出される。したがって前記高周波
信号１３１Ａを高速でＯＮ、ＯＦＦし、アレイセンサ１
７０もそれに同期して計測すれば、縞が前記ウエハ面Ｗ
に投影され、ウエハ面Ｗの上下方向の位置を測定する場
合（図９、（ａ））と、均一に前記ウエハ面Ｗを照明し
該ウエハ面Ｗの反射率分布を測定する場合（図９、
（ｂ））の信号出力を、高周波信号発生器１３１Ａとア
レイセンサ１７０に電気的に接続されたＣＰＵ１８０に
送ることができる。

【００３２】そして、ＣＰＵ１８０は、ウエハ面Ｗの下
地の回路パターン等によって影響を受けた図９、（ａ）
のグラフに示されるような縞がウエハ面Ｗの上下によっ
て横ずれした信号を、図９、（ｂ）のグラフに示される
ようなウエハ面Ｗの反射率分布の信号で割ることによっ
て、下地の回路パターン等によって影響されない図９、
（ｃ）のグラフに示されるような信号を得ることができ
る。

【００３３】図１には、ＡＯＭ１３０がＯＮの場合の光
路が示されている。次に図２に、ＡＯＭ１３０がＯＦＦ
の場合の光路を示す。図１及び図２中、実線は主光線、
破線は結像光の光路を示す。既に説明したように、ＡＯ
ＭがＯＮの場合はＡＯＭとウエハ面Ｗは、レンズ１４
１、１４２から構成される投射光学系１４０について共
役なので、ＡＯＭ１３０の定在波により生じる２光束Ｌ
２とＬ３とにより、縞パターンがウエハ面Ｗ上に形成さ
れる。

【００３４】図２に示されるように、ＡＯＭ１３０がＯ
ＦＦの場合は、光源１１０によりケーラー照明されたＡ
ＯＭの置かれた面が、ＡＯＭの影響を受けずにそのまま
共役なウエハ面Ｗに結像するので、ウエハ面Ｗがケーラ
ー照明されることになる。したがって、このときは前述
したようにアレイセンサ１７０上で補正系の出力を得る
ことができる。

【００３５】図４を参照して、第２の実施の形態を説明
する。図１の実施の形態と同様に、投影光学系であるレ
ンズ系ＰＬについてレチクルＲと共役な位置に被検面で
あるウエハ等の基板Ｗが置かれており、レチクルＲへ図
示しない照明系からの光が入射し、レチクルＲ上のパタ
ーンが投影レンズＰＬを介しウエハ面Ｗに投影露光され
るようになっている。

【００３６】本実施の形態の自動合焦（ＡＦ）系では、
光源である光ファイバ２１０、その光路中に配されたコ
ンデンサーレンズ２２０、その前方に配されたスリット
プリズム２３０がこの順に配列されている。スリットプ
リズム２３０の、コンデンサーレンズ側の面上には、縞
パターン２３１が形成されている。この縞パターンの形
成された面は、光源２１０からの照明光Ｌ４によりレン
ズ２２０を介して照明され、また後述する光学系を介し
てウエハ面Ｗとシャインプルーフの条件を満たすように
配置されている。

【００３７】縞パターンの形成された面と、ウエハ面Ｗ
との間の光路中には、集光レンズ２４０、投射用対物レ
ンズ２４１が配置され、これらレンズ２４０、２４１を
介し、ウエハ面Ｗ上には縞Ｗ１３が投影されている。

【００３８】また、集光レンズ２４０と投射用対物レン
ズ２４１との間の光路中には、偏光ビームスプリッター
（ＰＢＳ）２４４が配置されており、レンズ２４０を介
して入射する光のうちＰ偏光をウエハ面Ｗに照射するよ
うになっている。

【００３９】一方第２の光源である光ファイバ２４２、
第２の集光レンズ２４３が、以上の光学系の外に設けら
れており、光源２４２からの光Ｌ５がレンズ２４３を介
して、ＰＢＳ２４４へ入射し、そのＰＢＳ２４４の反射
面で入射光のうちＳ偏光を反射し、先のレンズ２４０か
らのＰ偏光と一緒に、合成光Ｌ６としてウエハ面Ｗに入
射させるようになっている。

【００４０】以上述べたようにＰＢＳ２４４を介した、
ウエハ面ＷへのＰ偏光は、照明光Ｌ４のＡＦ測定系の光
である。またウエハ面ＷへのＳ偏光は、照明光Ｌ５の補
正系の光であり、ウエハ面Ｗを均一に照明する。

【００４１】ウエハ面Ｗからの反射光Ｌ６の光路中に
は、受光用対物レンズ２５０、結像レンズ２５２、受光
プリズム２６０がこの順に配置されている。受光用対物
レンズ２５０と結像レンズ２５２との間の光路中には、
偏光ビームスプリッター（ＰＢＳ）２５１が配置されて
おり、その反射面でレンズ２５０を介して入射する光Ｌ
６のうちＰ偏光、即ちウエハ２０３で反射されたＡＦ測
定系からの光は、受光プリズム２６０の方に直進し、光
Ｌ６のうちＳ偏光、即ちウエハ面Ｗで反射された補正系
からの光を反射させ、後述の補正系の受光系へ進ませる
ようになっている。

【００４２】受光プリズム２６０の、レンズ２５２と反
対側の面には、指標が形成されている。レンズ２５２を
介して受光プリズム２６０に入射したＡＦ測定系からの
光は、指標が形成されたプリズム２６０の面上に、縞パ
ターン２３１の像を結像させる。指標の形成されたプリ
ズム２６０の面とウエハ面Ｗとは、シャインプルーフの
条件を満たしている。

【００４３】プリズム２６０の面上に結像した縞は、プ
リズム２６０の作用によって、さらに結像レンズ２９０
を介してＣＣＤセンサ２７０上へ、小さなアオリ角度で
シャインプルーフの条件を満たしながら結像されるよう
になっている。ここで結像された像は、ウエハ面Ｗ上の
下地回路パターン等によって影響をうけたものである。

【００４４】一方、ＰＢＳ２５１からの反射光の光路中
には、結像レンズ２５３、受光プリズム３００がこの順
に配置されている。補正系の光束Ｌ５により照明された
ウエハ面Ｗ上の像（均一な照射面）からの反射光は、レ
ンズ２５３を介して、プリズム３００のレンズ２５３と
反対側の面上にウエハ面Ｗとシャインプルーフの条件を
満たして結像されるようになっている。

【００４５】さらにプリズム３００の先には、結像レン
ズ３０１とＣＣＤ３０２が配置されており、ＡＦ測定系
と同様に、プリズム３００のレンズ２５３と反対側の面
に入射した光は、アオリ角度を軽減されつつレンズ３０
１を介し、ＣＣＤ３０２上へシャインプルーフの条件を
満たして結像する。

【００４６】ＣＣＤ３０２上の像は、ウエハ面Ｗと共役
であり、ウエハ面Ｗを均一に照明したウエハ面Ｗの反射
率分布の像が得られる。そして、ＣＣＤ２７０及びＣＣ
Ｄ３０２と電気的に接続されたＣＰＵ２８０でＣＣＤ２
７０からのウエハ面Ｗ上の下地回路パターン等によって
影響をうけた出力をＣＣＤ３０２からの出力で割ること
によって回路パターン等の影響を取り除いた、縞２３１
の像の横ずれを計測し、ウエハ面Ｗの上下方向の位置を
検出できる。

【００４７】図５を参照して、本発明の第３の実施の形
態を説明する。図４の第２の実施の形態との相違点は、
ＰＢＳ２４４、２５１に代えて、液晶等のように信号を
加えるとミラーになって光を反射し、別の信号を加える
か信号を加えないときにはそのまま光を透過させる部材
４１０、４２０をそれぞれ用い、ＣＰＵ２８０は４１０
と４２０を同時にＯＮ、ＯＦＦし、センサ２７０、３０
２と同期させてＡＦ測定系の信号を補正系からの信号で
割ることにより補正する。この場合ＰＢＳを使用しない
ので、Ｓ偏光、Ｐ偏光共にウエハ面Ｗに導かれ、レジス
トの多重干渉の影響を受けにくくなる。光源としては、
ハロゲンランプを用いる。

【００４８】ここで、部材４１０、４２０は、液晶板の
他に、図８に示されるような、多葉回転ミラーを、その
反射面を光路に対して傾斜させて配置してもよい。この
場合も、多葉回転ミラー４１０、４２０のそれぞれのミ
ラー部と通過部を同期させて用いる。なお、図８には３
葉のミラーが回転軸回りに等間隔で配置された場合を示
してある。１葉以上何枚でも差し支えないが、回転バラ
ンスをとるために２葉以上を等配するのが好ましい。な
お、１葉でも回転バランスウエイトを付加すれば可能で
ある。

【００４９】図５の実施の形態において、部材４１０、
４２０を、固定のハーフミラーとして、光源２１０、２
４２を交互に点滅させる構成としてもよい。即ち、光源
２１０が点灯しているときは、ＣＰＵ２８０はＡＦ測定
系の受光素子２７０からの信号を受付け、光源２４２が
点灯しているときは、補正系の受光素子３０２からの信
号を受け付けるようにすればよい。この場合、光源とし
てはハロゲンランプであってもＬＥＤであってもよい
が、できるだけ点滅速度の高いものを用いる。

【００５０】図６を参照して、第４の実施の形態を説明
する。図１に示す第１の実施の形態と共通の部材には同
じ番号を付す。図中で、ＡＦ測定系は、光源であるＬＥ
Ｄ５１０、コンデンサーレンズ系５２０、縞パターン５
３０をこの順に配列して構成され、ＬＥＤ５１０から射
出された光がレンズ系５２０を介して縞パターン５３０
を均一に照明する。

【００５１】縞パターン５３０の前方に配置された、レ
ンズからなる投射光学系１４０、ウエハ面Ｗ、投影光学
系ＰＬ、結像光学系１５０、アレイセンサ１７０の配
列、作用は図１に示された実施の形態と同様である。

【００５２】但し、図１の場合と異なって、縞パターン
５３０と投射光学系１４０との間の光路中には、ハーフ
ミラーあるいはハーフプリズム５４０が挿入配置されて
いる。

【００５３】前記のように均一に照明された縞パターン
５３０からの光は、ハーフプリズム５４０を透過し、投
射光学系１４０によりウエハ面Ｗ上に投射され、縞パタ
ーンを投影（結像）し、それはさらに、レンズ系１５０
によりアレイセンサ１７０上へ結像するものである。

【００５４】補正系は、光源であるＬＥＤ５４２とコン
デンサーレンズ系５４１から構成され、ＬＥＤ５４２か
らの光はコンデンサーレンズ系５４１を介して、ハーフ
プリズム５４０に入射し、その反射面で反射され、先に
説明した縞パターン５３０からの光と同一光路を進み、
ウエハ面Ｗを均一に照明する。

【００５５】ウエハ面Ｗとアレイセンサ１７０とは共役
に配置されているので、均一に照明されたウエハ面Ｗは
アレイセンサに結像光学系１５０を介して結像され、ア
レイセンサ１７０上でウエハ面Ｗの反射率分布を測定す
ることができる。

【００５６】ＣＰＵ１８０は、アレイセンサ１７０、Ｌ
ＥＤ５１０、５４２と電気的に接続されており、ＬＥＤ
５１０、５４２を交互に切り替え、それにアレイセンサ
１７０を同期させる。これにより、ＡＦ測定系の測定値
と補正系の反射率分布測定値を交互に測定し、該ＡＦ測
定系の測定値を補正系の測定値で補正してウエハ面Ｗ
の、投影光学系ＰＬの光軸方向、図６においては上下方
向の位置をウエハ面Ｗの下地パターンの影響を排除して
計測することができる。

【００５７】なお、ＬＥＤ１３０、１３１は図７に示さ
れるように多波長化できる。即ち、図７において、それ
ぞれ波長の異なるＬＥＤ５１１、５１２、５１３・・・
を並べて配列し、それぞれにハーフプリズム５１６、５
１７、５１８・・・を対応して配列する。ハーフプリズ
ム５１６、５１７、５１８・・・は、それぞれの反射面
で反射された光が同一光路上に重なるように配列されて
いる。重なって合成された光が、図６における光源のＬ
ＥＤ５１０、またはＬＥＤ５４２の照明光として利用で
きるように配置すればよい。

【００５８】多波長化すると、その光に乗る情報量が増
えて平均化されるので、ウエハ面Ｗ上における多重干渉
の影響を受けにくくなるので有利である。

【００５９】ここで、ハーフプリズム５１６、５１７、
５１８・・・は、ＬＥＤ５１１、５１２、５１３・・・
の波長に対応したダイクロイックミラーとしてもよい。
即ち、図中で例えばダイクロイックミラー５１６は、Ｌ
ＥＤ５１１の波長の光を反射し、ＬＥＤ５１２、５１３
・・・の波長の光を透過するものとする。他のハーフプ
リズム５１７、５１８・・・と、ＬＥＤ５１２、５１３
・・・も同様な関係を持つようにする。このようにする
と、光の損失を抑えることができる。

【００６０】以上説明した実施の形態では、ウエハ面Ｗ
上の下地回路パターン等によって影響をうけたＡＦ測定
系の出力を補正系の出力で除するとしたが、両者のスケ
ール（倍率）を同一または適切なスケールとした上で差
をとっても同様な効果が得られる。

【００６１】以上にて説明した各実施の形態では、投影
光学系ＰＬの結像面に対する感光性基板（ウエハＷ）の
位置の検出（ＡＦ測定系の出力を補正系の出力に基づい
て補正した出力を得ること）を完了した後、感光性基板
としてのウエハＷを保持する不図示の基板ステージを投
影光学系ＰＬの光軸方向へ移動させて、感光性基板の表
面と投影光学系の結像面とを合致させる合焦工程に移行
する。そして、この合焦工程後に、露光の工程（フォト
リソグラフィ工程）に移行する。この露光の工程では、
投影光学系ＰＬの物体面にレチクルＲを設定するレチク
ル設定工程と、投影光学系ＰＬの像面に感光性基板とし
てのウエハＷを設定する基板設定工程と、レチクルＲと
ウエハＷとを設定する工程後に、照明光学系によってレ
チクルＲを照明して、レチクルＲのパターンを投影光学
系ＰＬを介して感光性基板としてのウエハＷ上に投影転
写する転写工程を含む。

【００６２】以上の露光の工程（フォトリソグラフィ工
程）を経たウエハＷは、現像する工程を経てから現像し
たレジスト以外の部分を除去するエッチングの工程、エ
ッチングの工程後の不要なレジストを除去するレジスト
除去の工程等を経る。そして、露光、エッチング、レジ
スト除去の工程を繰り返して、ウエハプロセスが終了す
る。その後、ウエハプロセスが終了すると、実際の組立
工程にて、焼き付けられた回路毎にウエハを切断してチ
ップ化するダイシング、各チップに配線等を付与するボ
ンディイング、各チップ毎にパッケージングするパッケ
ージング等の各工程を経て、最終的にＬＳＩ等の半導体
デバイスが製造される。

【００６３】なお、以上には、露光装置を用いたウエハ
プロセスでのフォトリソグラフィ工程によりＬＳＩ等の
半導体デバイスを製造する例を示したが、露光装置を用
いたフォトリソグラフィ工程によって、液晶表示素子、
薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ等）等の半導体デバ
イスも製造することができる。

【００６４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、被検面の
光学特性により、位置検出系の検出値を補正する補正系
を備えるので、例えば被検面の反射率が場所によって異
なる場合でも、その影響を排除して被検面の変位を検出
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態、ＡＯＭを用いた焦
点位置検出装置を示す線図である。

【図２】図１で、ＡＯＭがＯＦＦの場合を示す図であ
る。

【図３】ＡＯＭ中の定在波を示す図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態、ＰＢＳを用いてＡ
Ｆ信号とウエハ反射率分布測定を行う焦点位置検出装置
を示す概略斜視図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態、ミラーのＯＮ、Ｏ
ＦＦによりＡＦ信号とウエハ反射率分布測定を行う焦点
位置検出装置を示す概略斜視図である。

【図６】本発明の第４の実施の形態、ＬＥＤ切り替えに
よりＡＦ信号とウエハ反射率分布測定を行う焦点位置検
出装置を示す概略斜視図である。

【図７】多波長化した光源の例を示す図である。

【図８】多葉ミラーの一例の正面図である。

【図９】本発明の原理を説明する図であり、（ａ）はウ
エハの反射率分布の影響をうけた縞の検出信号、（ｂ）
はウエハの反射率分布を測定した信号、（ｃ）は補正さ
れた縞の検出信号を示す図である。

【図１０】ＡＦ測定系を説明する概略図である。

【図１１】被検出面に形成されたスリット、縞パターン
を様子を示す図である。

【符号の説明】

１１０光源１３０ＡＯＭ１３１高周波交流信号発生器１３１Ａ高周波信号１４０投射光学系１５０結像光学系１８０ＣＰＵ２３０スリットプリズム２３１縞パターン２４４、２５１ＰＢＳ２６０受光プリズム２７０ＣＣＤ２８０ＣＰＵ３００受光プリズム３０２ＣＣＤセンサ４１０、４２０液晶板５１０、５１１、５１２、５１３ＬＥＤ５１６、５１７、５１８ダイクロイックミラー５４２ＬＥＤ５３０縞パターン５４０ハーフプリズムＲレチクルＰＬ投影光学系Ｗウエハ面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検面に対して位置検出用の光を照射す
る照射系と、該被検面からの位置検出用の光を受光する
ことにより被検面にほぼ垂直な方向での位置を検出する
位置検出系とを備えた表面位置検出装置において；前記
被検面の光学特性を検出する光学特性検出系と；該光学
特性検出系からの検出情報に基づいて、前記位置検出系
からの被検面の位置情報を補正する補正系とを有するこ
とを特徴とする；表面位置検出装置。
【請求項２】前記照射系は、所定のパターンを有する
パターン部材と、該パターン部材を照射するために前記
位置検出用の光を供給する第１の光源と、前記所定のパ
ターンを前記被検面上に投射し像を形成する投射光学系
とを有し；前記位置検出系は、前記被検面上に形成され
たパターンの像を再形成する結像光学系と、該結像光学
系により再形成されるパターン像を光電検出する第１の
光電検出器とを有し；前記光学特性検出系は、前記被検
面の光学特性検出用の照明光を供給する第２の光源と、
前記被検面に対して前記照明光を照射する照明光学系
と、前記被検面からの前記照明光を受光するための受光
光学系と、該受光光学系を介した前記照明光を光電検出
する第２の光電検出器とを有することを特徴とする；請
求項１に記載の表面位置検出装置。
【請求項３】前記光学特性検出系は、前記被検面の反
射率分布を検出し；前記補正系は、前記光学特性検出系
にて検出された反射率分布の情報に基づいて、前記位置
検出系からの被検面の位置情報を補正するように構成さ
れていることを特徴とする；請求項１または請求項２に
記載の表面位置検出装置。
【請求項４】前記照明光学系は、前記投射光学系と共
用する投射用対物光学系を有し；前記受光光学系は、前
記結像光学系と共用する検出用対物光学系を有し；前記
第２の光源は、前記第１の光源と共用して構成されると
共に、前記第２の光電検出器は前記第１の光電検出器と
共用して構成され；前記パターン部材は、前記被検面の
位置検出に際して前記所定のパターンを生成し、前記被
検面での光学特性の検出に際して前記所定のパターンを
消失させる切り換え機構を有することを特徴とする；請
求項２または請求項３に記載の表面位置検出装置。
【請求項５】前記照明光学系は、前記投射光学系と少
なくとも一部を共用する投射用対物光学系を有し；前記
受光光学系は、前記結像光学系と少なくとも一部を共用
する検出用対物光学系を有し；前記照射系は、前記位置
検出用の光及び前記照明光を前記投射用対物光学系を介
して前記被検面に導くための第１光学部材を有し；前記
位置検出系は、前記位置検出用の光を前記検出用対物光
学系を介して前記第１の光電検出器へ導くと共に前記照
明光を前記検出用対物光学系を介して前記第２の光電検
出器へ導く第２光学部材を有することを特徴とする；請
求項２または請求項３に記載の表面位置検出装置。
【請求項６】前記第１及び第２光学部材のうちの少な
くとも一方は、シャッターで構成されることを特徴とす
る；請求項５に記載の表面位置検出装置。
【請求項７】前記第１及び第２光学部材のうちの少な
くとも一方は、光分割部材で構成されることを特徴とす
る；請求項５に記載の表面位置検出装置。
【請求項８】マスク上に形成された露光用パターンを
感光性基板上に露光する露光装置であって；請求項１乃
至請求項７のいずれかに記載の表面位置検出装置と；露
光用パターンを感光性基板上に投影する投影光学系とを
備え；前記表面位置検出装置は、前記感光性基板の表面
を被検面として、前記感光性基板の位置を検出するよう
に構成されていることを特徴とする；露光装置。
【請求項９】感光性基板を露光して半導体デバイスを
製造する方法であって；感光性基板を提供する工程と；
マスク上に形成された露光用パターンの像を形成する投
影光学系の結像面に対する感光性基板の表面の変位を検
出する工程と；前記表面の変位を検出する工程にて検出
された表面変位に基づいて、前記結像面に感光性基板の
表面を合わせる工程と；前記投影光学系の結像面と前記
投影光学系について光学的に共役な位置に設定された前
記マスク上の露光用パターンを前記投影光学系を介して
前記感光性基板に投影し露光する工程とを備え；前記表
面変位を検出する工程は、前記感光性基板に対して変位
検出用の光を照射する工程と、該照射する工程にて照射
された変位検出用の光の反射光の位置を検出する工程
と、前記感光性基板の光学特性を検出する工程と、該光
学特性の検出工程にて検出された情報に基づいて、前記
反射光位置の検出工程にて得られた情報を補正する工程
とを含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。