JPH118193A

JPH118193A - 表面傾斜検出装置及び表面傾斜検出工程を備える半導体デバイス製造方法

Info

Publication number: JPH118193A
Application number: JP10048821A
Authority: JP
Inventors: Masanori Kato; 正紀加藤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-04-21
Filing date: 1998-02-13
Publication date: 1999-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】表面の傾斜を短時間で検出することができる
表面傾斜検出装置と表面傾斜検出工程を備えるデバイス
製造方法を提供する。【解決手段】所定の基準面（例えばＸＹ平面）に対す
る被検面Ｗの傾斜を検出する表面傾斜検出装置におい
て、被検面Ｗ上の第１の検出箇所１０１に向けて光を照
射する照射光学系１１１〜１１４と、第１の検出箇所１
０１で反射した光を被検面Ｗ上の第２の検出箇所１０２
へ導く再照射光学系１１６、２０１〜２０６、１１７
と、被検面Ｗ上の第２の検出箇所１０２から反射した光
を受光面上に集光する検出光学系１２３、１２４と、前
記受光面での受光光の変位を光電的に検出する光電検出
部１２６〜１２８とを有する表面傾斜検出装置。照射光
学系から照射される光に、第１の検出箇所と第２の検出
箇所との情報を与えることができ、その光により被検面
の傾斜を求めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被検面の傾斜を検
出するための表面傾斜検出装置に関し、特に、大型の液
晶パネルや半導体集積回路等の基板の傾斜を検出するの
に適した表面傾斜検出装置及び表面傾斜検出工程を備え
る半導体デバイス製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置において基板の表面の傾
斜を求める場合、表面変位検出装置により基板上の２点
の変位を検出して、それら２点の変位の差をとればよ
い。そのための表面変位検出装置としては、基板の表面
に対して斜めに入射光を照射し、その基板から斜めに反
射してくる光を検出して、表面位置を検出する斜入射型
表面位置検出装置が用いられている。そのような表面位
置検出装置には、例えば、特開昭５６−４２２０５号公
報、特開平５−１２９１８２号あるいは特開平５−２０
４１６６号に記載されているものがある。

【０００３】特に特開平５−２０４１６６号に記載され
ている表面変位検出系は、大型の基板の表面変位を検出
するのに適している。この表面変位検出系は、２つの光
源と２つの受光素子を備えて構成されており、各光源の
光はハーフプリズムで分岐され、各光源毎に２箇所ずつ
の検出点に導かれ、各検出点からの光が２つの受光素子
の各々により受光され、各検出点の変位が計測されるよ
うになっている。２つの光源は、オン、オフの時分割に
より、それぞれ２点ずつの変位を同時に計測できるよう
になっている。このようにして、２つの光源と２つの受
光素子で、大型基板上の周辺部に広がった、合計４カ所
の検出点の変位が検出できる。このようにして検出した
各検出点について、向かい合った点同士の変位の差をと
れば、それら点同士を結んだ方向の基板の傾斜が求めら
れる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上のような表面変位
検出系による表面傾斜検出装置によれば、時分割にて各
検出点を検出するため、被検面上の複数の検出点を全て
検出し、基板の傾斜を求めるのに時間がかかり、スルー
プットを低下させる原因の一つになっていた。さらに同
様な構成によって、これを改善しようとすると、受光光
学系が各検出点に対して各々必要となり、構成が複雑に
なり、設計、製造上、大きな障害となり、また過大な労
力を費やすこととなっていた。

【０００５】そこで本発明は、表面の傾斜を短時間で検
出することができる表面傾斜検出装置と表面傾斜検出工
程を備えるデバイス製造方法を提供することを目的とし
ている。

【０００６】

【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傾斜検出装置は、例
えば図１に示すように、所定の基準面（例えばＸＹ平
面）に対する被検面（被検物体Ｗの表面（以下適宜「被
検面Ｗ」という））の傾斜を検出する表面傾斜検出装置
において；被検面Ｗ上の第１の検出箇所１０１に向けて
光を照射する照射光学系１１１〜１１４と；第１の検出
箇所１０１で反射した光を被検面Ｗ上の第２の検出箇所
１０２へ導く再照射光学系１１６、２０１〜２０６、１
１７と；被検面Ｗ上の第２の検出箇所１０２から反射し
た光を受光面上に集光する検出光学系１２３、１２４
と；前記受光面での受光光の変位を光電的に検出する光
電検出部１２６〜１２８とを有する。

【０００７】このように構成すると、照射光学系から照
射される光に、第１の検出箇所と第２の検出箇所との情
報を与えることができ、その光により被検面の傾斜を求
めることができる。

【０００８】請求項２に記載のように、請求項１に記載
の表面傾斜検出装置では、前記再照射光学系は、第１の
検出箇所１０１での基準面（ＸＹ平面）の法線方向（Ｚ
軸方向）に沿った変位と第２の検出箇所１０２での前記
基準面の法線方向（Ｚ軸方向）に沿った変位との差に対
応する受光光の変位を前記受光面上に形成するように構
成されている。

【０００９】言い換えれば、前記受光面での受光光の変
位が、第１の検出箇所１０１での基準面の法線方向（Ｚ
軸方向）に沿った被検面Ｗの変位と第２の検出箇所１０
２での前記基準面の法線方向（Ｚ軸方向）に沿った被検
面Ｗの変位との差に対応して変化するように、前記再照
射光学系は、構成されているということが出来る。

【００１０】このように構成すると、再照射光学系は、
第１の検出箇所１０１と第２の検出箇所１０２でのＺ軸
方向に沿った変位の差に対応する受光光の変位を受光面
上に形成するので、第１の検出箇所と第２の検出箇所と
を結んだ方向についての被検面の傾斜が求められる。

【００１１】また、請求項３に記載のように、以上の表
面傾斜検出装置では、前記再照射光学系は、被検面Ｗが
前記基準面の前記法線方向（Ｚ軸方向）に変位した際
に、第１の検出箇所１０１に入射する光束の主光線に関
する前記基準面での入射面と直交しかつ前記再照射光学
系の光軸を含む所定面により２分される前記再照射光学
系の一方の部分に向けて入射する前記主光線を、前記所
定面により２分される前記再照射光学系の前記一方の部
分から射出させて前記第２の検出箇所へ導くように構成
されている。

【００１２】このように構成すると、所定面により２分
される再照射光学系の一方の部分に向けて入射する前記
主光線を、同じく一方の部分から射出させて前記第２の
箇所へ導くように構成されているので、２箇所の変位の
差に対応して第１の方向への光束のずれが変化する。

【００１３】また、請求項４に記載のように、請求項１
乃至請求項３のいずれかに記載の表面傾斜検出装置で
は、前記再照射光学系は、第１の検出箇所１０１で反射
した光束を第２の検出箇所１０２へ偏向させる偏向部材
１１６、２０３、２０４、１１７と、第１の検出箇所１
０１と第２の検出箇所１０２とを実質的に共役にするリ
レー光学系ＡＬＲ１、ＡＬＲ２とを有するように構成し
てもよい。

【００１４】また、請求項５に記載のように、請求項１
乃至請求項４のいずれかに記載の表面傾斜検出装置で
は、照射光学系は、所定のパターンを有する送光スリッ
ト板１１２と、該所定のパターンを第１の検出箇所１０
１に投影する送光対物レンズ系１１４とを有し；前記光
電検出部は、前記受光面上に配置された受光スリット板
１２６と、受光スリット板１２６を介した光を光電変換
する光電検出器１２８を有し；前記検出光学系は、前記
受光面上に形成される前記所定のパターンの像が受光ス
リット板１２６を横切るように振動する振動ミラー１２
９を有するように構成してもよい。

【００１５】さらに、請求項６に記載のように、請求項
１乃至請求項５のいずれかに記載の表面傾斜検出装置で
は、前記光電検出部からの出力に基づいて被検面Ｗの傾
斜を演算する演算装置をさらに備えるように構成するの
が好ましい。

【００１６】とする、。

【００１７】このように構成すると、被検面が傾斜する
と、第１と第２の検出箇所の変位が、例えば図１でＺ軸
の方向に異なった変位だけ移動するので、その変位差に
対応して、振動ミラーに入射する反射光がその入射方向
に対して直交する方向に横ずれを起こすことになる。こ
の横ズレ量に応じて受光スリットを通過する光量が定ま
り、被検面のＺ方向に沿った移動に応じて受光素子の出
力が変化する。その変化から演算装置で被検面の変位の
差が算出でき、ひいては被検面の傾斜を調整することが
できる。

【００１８】また、請求項７に記載の半導体デバイスの
製造方法では、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載
の表面傾斜検出装置を備える露光装置を提供する工程
と；前記表面傾斜検出装置の前記被検面の位置に感光性
基板Ｗを載置する工程と；前記表面傾斜検出装置により
前記感光性基板Ｗの表面の傾斜を検出する工程と；前記
検出された感光性基板Ｗの表面の傾斜情報に基づいて、
感光性基板Ｗの傾斜を調整する工程と；感光性基板Ｗの
表面に露光を行う工程とを備える。

【００１９】この方法では、感光性基板の傾きが迅速に
検出でき、それに基づいて基板の表面が露光装置の光軸
と直交するように基板の傾斜を修正できる。

【００２０】なお、本発明では、液晶表示装置、プラズ
マ・ディスプレイ・パネル（ＰＤＰ）等の表示装置、Ｌ
ＳＩ等の半導体素子、及び、薄膜磁気ヘッド、ＣＣＤな
どの撮像素子を総称して、半導体デバイスと定義する。

【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１は、本発明による表面傾斜検出装置を
液晶用露光装置に適用した例を示す図である。この露光
装置は、オートフォーカス（ＡＦ）系とオートレベリン
グ（ＡＬ）系即ち表面傾斜検出装置とを含む。

【００２３】図中、本液晶用露光装置は、照明光学系
９、投影光学系ＰＬを有し、その間にレチクルＲを配置
するようになっている。投影光学系ＰＬについて、照明
光学系９と反対側で、レチクルと共役な位置に被検物体
としての基板Ｗを載置するＸＹステージＳＴ、ＸＹステ
ージの投影光学系ＰＬとは反対側にそれを駆動する駆動
装置ＳＴＤが配置されている。ここで、ＸＹＺの３次元
座標を、投影光学系ＰＬの光軸に平行な軸をＺ軸、これ
に直交する平面内の直交座標をＸ軸及びＹ軸として設定
する。ＸＹステージＳＴの基板Ｗを載置する面は、ＸＹ
座標面とほぼ平行である。典型的には、本発明の所定の
基準面はＸＹ座標面あるいはＸＹ座標面と平行な平面、
即ち投影光学系ＰＬの結像面とする。したがって、Ｚ軸
方向は、本発明でいう基準面の法線方向である。なお図
中照明光学系９のレンズは、象徴的に変形して示されて
いる。

【００２４】以上のように、照明光学系９によって所定
のパターンが形成されたレチクルＲを照明することによ
り、レチクルＲのパターン像が投影光学系ＰＬを介して
基板Ｗの被検面としての表面上に露光される。そして、
この露光工程を経ることにより、最終的に液晶表示装置
を製造することができる。

【００２５】以上の露光工程に先立って、以下に述べる
オートフォーカス（ＡＦ）系およびオートレベリング
（ＡＬ）系によって感光性基板Ｗの表面の位置即ちＺ軸
方向の変位および傾斜を検出する。なお、以上の投影露
光工程と同時に以下に述べるオートフォーカス（ＡＦ）
系およびオートレベリング（ＡＬ）系によって基板Ｗの
表面の位置および傾斜を検出することも可能である。

【００２６】図１を参照して、先ずＡＦ系の構成を説明
する。ＡＦ系は被検面である基板Ｗの表面と投影光学系
ＰＬの光軸との交点１００（または投影光学系ＰＬの結
像面）の変位を検出し、投影光学系ＰＬを被検面Ｗに合
焦するための装置である。図１に示される液晶用露光装
置に組み込まれたＡＦ系は、不図示の例えばハロゲンラ
ンプのような光源から照明用の光を導く光ファイバー１
０の光射出端が射出方向をＺ軸と平行にして、投影光学
系ＰＬの側面の近傍に配置されている。該射出端からの
光路中にコンデンサーレンズ１１、コンデンサーレンズ
１１により均一に照明される位置にスリット状の開口部
を有する送光スリット板１２（以下同一符号を適宜スリ
ット板とそれに形成されているスリットに、「スリット
板１２」、「スリット１２」のように用いる）、偏向部
材であるミラー１３がこの順に配列されている。ミラー
１３は、送光スリット板１２からの光を基板Ｗの表面上
の検出点１００に斜めに入射させるように傾斜されてい
る。ミラー１３と検出点１００との間には、送光対物レ
ンズ系１４が配置されている。

【００２７】ここで、被検物体としての基板Ｗの表面
（被検面）が基準面（投影光学系ＰＬの結像面）と一致
している場合には、送光対物レンズ系１４は、送光スリ
ット板１２と基板Ｗの表面とを光学的に共役に保つ機能
を有している。また、送光対物レンズ系１４は、基板Ｗ
の表面側に関してテレセントリックに構成されている。

【００２８】なお、コンデンサーレンズ１１からの送光
対物レンズ系１４までがＡＦ系の照射光学系を構成して
いる。

【００２９】ここで、基板Ｗ上に形成された製品用の実
パターンは、典型的には互いに直角をなす縦横の直線を
主な構成要素としている。検出点１００におけるスリッ
トの像の長手方向が、このような縦横の直線方向と一致
しないように、例えば約４５度の角度をなすように、先
の送光スリット板１２のスリットの長手方向を配置す
る。例えば、パターンの横縦の直線を座標のＸ軸、Ｙ軸
の方向に合わせて基板ＷをＸＹステージＳＴ上に載置し
た場合、スリットの長手方向は、ＸＹ平面内でＸ軸と４
５度をなすＸ₁軸と平行となる。このようにスリット像
を形成すれば、パターンによる明暗や、反射率の不均一
さを平均化して表面位置の検出精度が上がるからであ
る。なお、４５度が望ましい角度であるが、パターンの
縦と横の線を横断してスリットの像が結像されればよい
ので、９０度以外の角度、例えば３０度や６０度であっ
てもよい。このことは、以下説明する検出点１０１、１
０２についても同様である。

【００３０】以上のＡＦ系の照射光学系によって検出点
１００に多波長の光が照射されると、その検出点１００
からの反射光は、検出点１００からの反射光を所定の受
光面上に集光するＡＦ系の検出光学系（２３、２４）に
入射する。

【００３１】ここで、この検出点１００には、ＡＦ系の
照射光学系により再結像されたスリット像が形成され
る。そして、検出光学系（２３、２４）は、検出点１０
０に形成されたスリット像を所定の受光面に配置された
受光スリット板２６へ再結像（リレー）する機能を有し
ている。

【００３２】被検物体としての基板Ｗの表面（被検面）
が基準面（投影光学系ＰＬの結像面）と一致している場
合には、ＡＦ系の検出光学系（２３、２４）は、検出点
１００と所定の受光面に配置された受光スリット板２６
とを光学的に共役に保っている。

【００３３】ＡＦ系の検出光学系（２３、２４）は、被
検面に関する基準面（基板Ｗの表面と基準面とが一致し
たときの検出点１００の位置）に前側焦点が位置するよ
うに配置されて、検出点１００からの反射光を受光スリ
ット板２６上に集光する受光対物レンズ系２３と、その
受光対物レンズ系２３からの光を偏向（受光対物レンズ
系２３の光軸をＺ軸に平行な方向へ偏向）する振動ミラ
ー２４とを有している。

【００３４】なお、ＡＦ系の検出光学系（２３、２４）
又は受光対物レンズ系２３は、検出点側（物体側）及び
受光スリット板側（像側）に関して共にテレセントリッ
クに構成されている。

【００３５】また、ＡＦ系の検出光学系（２３、２４）
の像側には、所定の受光面での受光光の変位を光電検出
するＡＦ系の光電検出部２６〜２８が配置されている。

【００３６】ＡＦ系の光電検出部２６〜２８は、所定の
受光面上に配置されて所定のスリット状の開口部を有す
る受光スリット板２６と、その受光スリット板２６の開
口部を通過した光を集光する集光レンズ２７と、その集
光レンズ２７により集光された光を光電変換する光電変
換素子（光電検出器）としてのＳＰＤ２８を有してい
る。

【００３７】なお、受光スリット板２６は、受光スリッ
ト板２６に形成されるスリット状の開口部の長手方向
と、ＡＦ系の検出光学系（２３、２４）によって受光ス
リット板２６（受光面）上に形成されるスリット像の長
手方向とが一致するように設定されている。

【００３８】ここで、簡単にＡＦ系の検出動作について
述べると、振動ミラー２４は、ミラー駆動装置２９によ
りＹＸ平面に平行な軸線回り（Ｘ₁軸方向に平行な軸線
回り）に揺動（振動）させられる。そして、受光対物レ
ンズ系２３により受光スリット板２６上に形成されるス
リット像は、この振動ミラー２４の作用によって、受光
スリット板２６の開口部を横切る。したがって、ＳＰＤ
２８は、受光スリット板２６及び集光レンズ２７を通過
した光を光電検出し、その光電検出信号に基づいて後述
するコントローラ５１内部の演算装置によって同期検波
の手法によって基板Ｗの表面の位置（検出点１００の位
置）が検出される。

【００３９】なお、図１に示した例では、振動ミラー２
４を用いて同期検波によって基板Ｗの表面の位置を検出
する手法を示しているが、この手法に限ることはない。
例えば、受光スリット板２６と集光レンズ２７とＳＰＤ
２８とを取り除き、ＡＦ系の検出光学系２３〜２４によ
って形成されるスリット像（結像）の位置（受光スリッ
ト板２６が配置されていた位置）にコントローラ５１内
部の演算装置と電気的に接続されたＣＣＤ等の撮像素子
を用いても基板Ｗの表面の平均的な位置の検出をするこ
とが可能である。この場合、振動ミラー２４は光路を偏
向させる単なる固定ミラーとして用いられる。

【００４０】次に、同じく図１を参照して、液晶用露光
装置に組み込まれた表面傾斜検出装置（ＡＬ系）の構成
を説明する。図中、不図示の例えばハロゲンランプのよ
うな光源から照明用の光を導く光ファイバー１１０の光
射出端が射出方向をＺ軸とほぼ平行にして、投影光学系
ＰＬの側面の近傍に配置されている。該射出端からの光
路中にコンデンサーレンズ１１１、コンデンサーレンズ
１１１により均一に照明される位置にスリット状の開口
部を有する送光スリット板１１２、偏向部材であるミラ
ー１１３がこの順に配列されている。ミラー１１３は、
送光スリット板１１２からの光を基板Ｗの表面上の第１
の検出箇所としての検出点１０１に斜めに入射させるよ
うに傾斜されている。ミラー１１３と検出点１０１との
間には、送光対物レンズ系１１４が配置されている。

【００４１】ここで、被検物体としての基板Ｗの表面
（被検面）が基準面（投影光学系ＰＬの結像面）と一致
している場合には、送光対物レンズ系１１４は、送光ス
リット板１２と基板Ｗの表面とを光学的に共役に保つ機
能を有している。また、送光対物系レンズ１１４は、基
板Ｗの表面側（第１番目の検出点側）に関してテレセン
トリックに構成されている。

【００４２】以上のコンデンサーレンズ１１１から送光
対物系レンズ１１４までの光学部材は、本発明のＡＬ系
の照射光学系を構成している。

【００４３】なお、不図示の多波長の光を供給する光源
及びその光源からの光をコンデンサーレンズ１１１へ導
く光ファイバー１１０は、光源部を構成している。ま
た、図１に於いては、コンデンサーレンズ１１１及び送
光対物レンズ系１１４をそれぞれ１枚のレンズとして示
しているが、コンデンサーレンズ１１１及び送光対物レ
ンズ系１１４を複数のレンズで構成してよい事は言うま
でもない。

【００４４】検出点１０１におけるスリットの像の長手
方向が、基板Ｗ上に形成されたパターンの縦横の直線方
向と一致しないように、例えば約４５度の角度をなすよ
うに、送光スリット板１１２のスリットの長手方向をＸ
₁軸と平行に配置するのは、先に説明した検出点１００
とスリット１２の関係と同様である。

【００４５】以上の照射光学系によって第１番目の検出
点１０１に多波長の光が照射されると、その検出点１０
１からの反射光は、検出点１０１からの反射光を第２の
検出箇所としての第２番目の検出点１０２へ導く本発明
の再照射光学系（１１６、２０１〜２０６、１１７）に
入射する。

【００４６】ここで、この検出点１０１には、ＡＬ系の
照射光学系中のスリット板１１２の開口部の像、即ちス
リット像が形成される。そして、再照射光学系（１１
６、２０１〜２０６、１１７）は、第１番目の検出点１
０１に形成されたスリット像を第２番目の検出点１０２
へ再結像（リレー）する機能を有している。

【００４７】被検物体としての基板Ｗの表面（被検面）
が基準面（投影光学系ＰＬの結像面）と一致している場
合には、再照射光学系（１１６、２０１〜２０６、１１
７）は、第１番目の検出点１０１と第２番目の検出点１
０２を光学的に共役に保っている。

【００４８】なお、再照射光学系（１１６、２０１〜２
０６、１１７）は、第１番目の検出点１０１に形成され
るスリット像の長手方向と第２番目の検出点１０２に形
成されるスリット像の長手方向とが一致するように構成
されている。

【００４９】ここで、再照射光学系は、検出点１０１か
らの反射光をＺ軸とほぼ平行な方向へ反射（偏向）させ
る第１のミラー１１６と、被検面に関する基準面（基板
Ｗの表面と基準面とが一致したときの検出点１０１の位
置）に前側焦点が位置するように配置されて、検出点１
０１からの反射光を集光する第１リレーレンズ群ＡＬＲ
１（２０１、２０２）と、その第１リレーレンズのＡＬ
Ｒ１を介した光をＸ₁に平行な方向へ反射（偏向）させ
る第２のミラー２０３と、その第２のミラー２０３によ
り反射（偏向）された光を再びＺ軸とほぼ平行な方向へ
反射（偏向）させる第３のミラー２０４と、この第３の
ミラー２０４を介した光を集光する第２リレーレンズ群
ＡＬＲ２（２０５、２０６）とこの第２リレーレンズ群
ＡＬＲ２を介した光を第２番目の検出点１０２へ向けて
反射（偏向）させる第４のミラー１１７とを有してい
る。

【００５０】ここで、図１に示す例に於いて、本発明の
リレー光学系は、ほぼ等倍の結像倍率を持つ２つのリレ
ーレンズ群（ＡＬＲ１、ＡＬＲ２）で構成され、全体と
してほぼ等倍の結像倍率を有している。

【００５１】まず、第１リレーレンズ群ＡＬＲ１は、２
つのリレーレンズ（２０１、２０２）を有し、この２つ
のリレーレンズの間には、図４に示すように、瞳Ｐ１が
形成されている。即ち、この瞳Ｐ１は、リレーレンズ２
０１の後側焦点位置（又はリレーレンズ２０２の前側焦
点位置）に形成される。

【００５２】また、第２リレーレンズ群ＡＬＲ２は、２
つのリレーレンズ（２０５、２０６）を有し、この２つ
のリレーレンズの間には、図４に示すように、瞳Ｐ２が
形成されている。即ち、この瞳Ｐ２は、リレーレンズ２
０５の後側焦点位置（又はリレーレンズ２０６の前側焦
点位置）に形成される。

【００５３】さらに、第１リレーレンズ群ＡＬＲ１と第
２リレーレンズ群ＡＬＲ２との間には、第１リレーレン
ズ群ＡＬＲ１の集光作用により、図４に示すように、中
間結像点Ｐ（空間像）が形成される。そして、基板Ｗの
表面と基準面が一致したとき、この中間結像点Ｐの位置
は、リレーレンズ２０２（又は第１リレーレンズ群ＡＬ
Ｒ１）の後側焦点位置になる。換言すれば、このとき、
中間結像点Ｐの位置は、リレーレンズ２０５（又は第２
リレーレンズ群ＡＬＲ２）の前側焦点位置に形成され
る。

【００５４】なお、基板Ｗの表面と基準面とが一致した
とき、第１リレーレンズ群ＡＬＲ１は、第１リレーレン
ズ群ＡＬＲ１の前側焦点位置と被検面に関する基準面
（基板Ｗの表面と基準面とが一致したときの検出点１０
１の位置）とが一致すると共に第１リレーレンズ群ＡＬ
Ｒ１の後側焦点位置と第２リレーレンズ群ＡＬＲ２の前
側焦点位置とが一致するように設定されている。

【００５５】また、基板Ｗの表面と基準面とが一致した
とき、第２リレーレンズ群ＡＬＲ２は、第１リレーレン
ズ群ＡＬＲ１の後側焦点位置と第２リレーレンズ群ＡＬ
Ｒ２の前側焦点位置とが一致すると共に、第２リレーレ
ンズ群ＡＬＲ２の後側焦点位置と被検面に関する基準面
（基板Ｗの表面と基準面とが一致したときの検出点１０
２の位置）とが一致するように設定されている。

【００５６】したがって、再照射光学系（１１６、２０
１〜２０６、１１７）は、第１番目の検出点側（物体
側）及び第２番目の検出点側（像側）に関して共にテレ
セントリックに構成されている。

【００５７】なお、図１に於いては、第１リレーレンズ
群ＡＬＲ１を構成する２つのリレーレンズ（２０１、２
０２）及び第２リレーレンズ群を構成する２つのリレー
レンズ（２０５、２０６）をそれぞれ１枚のレンズとし
て示しているが、これらのリレーレンズを複数のレンズ
で構成してよいことは言うまでもない。

【００５８】さて、次に、以上の再照射光学系（１１
６、２０１〜２０６、１１７）によって第２番目の検出
箇所としての検出点１０２に光が照射されると、その検
出点１０２からの反射光は、検出点１０２からの反射光
を所定の受光面上に集光するＡＬ系の検出光学系（１２
３、１２４）に入射する。

【００５９】ここで、この検出点１０２には、再照射光
学系（１１６、２０１〜２０６、１１７）により再結像
されたスリット像が形成される。そして、ＡＬ系の検出
光学系（１２３、１２４）は、第２番目の検出点１０２
に形成されたスリット像を所定の受光面に配置された受
光スリット板１２６へ再結像（リレー）する機能を有し
ている。

【００６０】被検物体としての基板Ｗの表面（被検面）
が基準面（投影光学系ＰＬの結像面）と一致している場
合には、ＡＬ系の検出光学系（１２３、１２４）は、第
２番目の検出点１０２と所定の受光面に配置された受光
スリット板１２６とを光学的に共役に保っている。

【００６１】ＡＬ系の検出光学系（１２３、１２４）
は、被検面に関する基準面（基板Ｗの表面と基準面とが
一致したときの検出点１０２の位置）に前側焦点が位置
するように配置されて、検出点１０２からの反射光を受
光スリット板１２６上に集光する受光対物レンズ系１２
３と、受光対物レンズ系１２３からの光を偏向（受光対
物レンズ系１２３の光軸をＺ軸に平行な方向へ偏向）す
る振動ミラー１２４とを有している。

【００６２】なお、ＡＬ系の検出光学系（１２３、１２
４）又は受光対物レンズ系１２３は、第２番目の検出点
側（物体側）及び受光スリット板側（像側）に関して共
にテレセントリックに構成されている。

【００６３】また、ＡＬ系の検出光学系（１２３、１２
４）の像側には、所定の受光面での受光光の変位を光電
検出するＡＬ系の光電検出部（１２６〜１２８）が配置
されている。

【００６４】ＡＬ系の光電検出部（１２６〜１２８）
は、所定の受光面上に配置されて所定のスリット状の開
口部を有する受光スリット板１２６と、その受光スリッ
ト板１２６の開口部を通過した光を集光する集光レンズ
１２７と、その集光レンズ１２７により集光された光を
光電変換する光電変換素子（光電検出器）としてのＳＰ
Ｄ１２８を有している。

【００６５】なお、受光スリット板１２６は、受光スリ
ット板１２６に形成されるスリット状の開口部の長手方
向と、ＡＬ系の光電検出部（１２６〜１２８）によって
受光スリット板１２６（受光面）上に形成されるスリッ
ト像の長手方向とが一致するように設定されている。

【００６６】また、図１に於いては、受光対物レンズ系
１２３及び集光レンズ１２７をそれぞれ１枚のレンズと
して示しているが、受光対物レンズ系１２３及び集光レ
ンズ１２７を複数のレンズで構成してよいことは言うま
でもない。

【００６７】ここで、簡単にＡＬ系の検出動作について
述べると、振動ミラー１２４は、ミラー駆動装置１２９
によりＹＸ平面に平行な軸線回り（Ｘ₁ 軸方向に平行な
軸線回り）に揺動（振動）させられる。そして、受光対
物レンズ系１２３により受光スリット板１２６上に形成
されるスリット像は、この振動ミラー１２４の作用によ
って、受光スリット板１２６の開口部を横切る。したが
って、ＳＰＤ１２８は、受光スリット板１２６及び集光
レンズ１２７を通過した光を光電検出し、その光電検出
信号に基づいて後述するコントローラ５１内部の演算装
置によって同期検波の手法によって基板Ｗの表面の傾斜
（検出点１０１と検出点１０２との差）が検出される。

【００６８】なお、図１に示した例では、振動ミラー１
２４を用いて同期検波によって基板Ｗの表面の位置を検
出する手法を示しているが、この手法に限ることはな
い。例えば、受光スリット板１２６と集光レンズ１２７
とＳＰＤ１２８とを取り除き、ＡＬ系の検出光学系（１
２３、１２４）によって形成されるスリット像（結像）
の位置（受光スリット板１２６が配置されていた位置）
にコントローラ５１内部の演算装置と電気的に接続され
たＣＣＤ等の撮像素子を用いても基板Ｗの表面の平均的
な位置の検出をすることが可能である。この場合、振動
ミラー１２４は光路を偏向させる単なる固定ミラーとし
て用いられる。

【００６９】次に図１を参照して、本実施の形態の作用
を説明する。照明系９を介し照明されたレチクルＲ上の
破線で示された枠内のパターンは、投影光学系のレンズ
ＰＬにより、レチクルＲと共役な位置に載置されたプレ
ート基板Ｗの表面に投影露光される。この時、基板Ｗの
表面の変位をＡＦ系により計測することにより、基板Ｗ
をＺ方向に平行移動させ、所定の位置に合わせ込み、ま
たＡＬ系により検出された基板Ｗの傾斜角に基づき基板
Ｗの表面（露光面）を投影光学系ＰＬの光軸に直角に設
定して露光を開始することになる。

【００７０】また、ＸＹステージ駆動装置ＳＴＤを、表
面位置検出装置（ＡＦ系）の検出値に応じて駆動しＸＹ
ステージＳＴのＺ方向の高さを調節するコントローラ５
１が設けられており、ＳＰＤ２８からの信号を受信し、
ＸＹステージ駆動装置ＳＴＤに制御信号を送る。また同
様に、コントローラ５１は、表面傾斜検出装置（ＡＬ
系）の検出値に応じて、駆動装置ＳＴＤを駆動しＸＹス
テージＳＴのＸ₁方向の傾斜を調節するようになってい
る。コントローラ５１はまた、ＳＰＤ１２８からの信号
を受信し、検出点１０１、１０２の変位の差（Ｘ₁方向
の傾斜）を演算する演算装置を含んで構成されている。
そして、その演算に基づいてＸＹステージ駆動装置ＳＴ
Ｄに制御信号を送る。

【００７１】ここで、図１を参照して先ずＡＦ系の作用
を説明する。不図示の光源からの光が光ファイバー１０
により取り込まれ、その光が、コンデンサーレンズ１１
を介して送光スリット板１２を照明する。照明されたス
リット板１２は、ＡＦ系の送光対物レンズ系１４を介し
て、基板Ｗ上の検出点１００に結像される。更に、検出
点１００にて反射された反射光は、ＡＦ系の送光対物レ
ンズ系１４と対向して配置されたＡＦ系の受光対物レン
ズ系２３により、受光スリット板２６上にスリット１２
の像を再結像する。

【００７２】ここでミラー１６は振動ミラーであるの
で、再結像されたスリット１２の像は、受光スリット２
６上を横切って往復するように振られる。即ち光電顕微
鏡の原理を用いて、受光される。受光スリット２６を通
過した光は、集光レンズ２７を介してＳＰＤ等の光電変
換素子２８上に集光される。このようにして、ＡＦ系に
より基板Ｗ表面の検出点１００（通常は基板の投影中心
あるいはショットセンター）の高さが検出される。

【００７３】次にＡＬ系の作用を説明する。前述のＡＦ
系と同様に、不図示の光源からの光が光ファイバー１１
０により表面傾斜検出系内に取り込まれ、その光が、コ
ンデンサーレンズ１１１を介してレベリング用送光スリ
ット板１１２を照明する。照明されたスリット板１１２
は、ＡＬ系の送光対物レンズ系１１４を介して、基板Ｗ
上の検出点１０１（本発明の第１の検出箇所）に結像さ
れる。更に、結像されたスリット像は、検出点１０１に
て反射され、ＡＬ系の送光対物レンズ系１１４と対向し
て配置された第１リレーレンズ群ＡＬＲ１と、第２リレ
ーレンズ群ＡＬＲ２により、検出点１０２（本発明の第
２の検出箇所）に再結像される。

【００７４】更に、検出点１０２にて反射されたスリッ
ト像は、ＡＬ系の受光対物レンズ系１２３を介して、振
動ミラー１２４において反射され、受光スリット板１２
６の表面の受光面上に結像される。受光スリット１２６
を透過する光は、集光レンズ１２７によってＳＰＤ等の
光電変換素子１２８に導かれる。

【００７５】ここで振動ミラーを用いているのは、いわ
ゆる光電顕微鏡の原理に基づいて位相検波方式の検出を
行うためである。コントローラ５１は、受光素子２８、
１２８から出力される電気信号をミラー駆動装置２９、
１２９によるミラー２４、１２４の振動周波数で位相検
波する。

【００７６】図２と図３は、それぞれ図１の投影光学系
ＰＬ側から見た平面図と図１のＡＡ矢視方向の側面図で
ある。図２では、投影光学系ＰＬの露光フィールドが破
線によって示されている。また図２では、露光フィール
ドに対して４５度の方向（Ｘ₁軸方向）にスリットが投
影されている様子が示されている。これは、縦横のパタ
ーンが多い液晶パネルに対してパターンの影響を考慮し
たためであるのは、ＡＦ系の場合と同様である。なお基
板Ｗは図１に示されるように角型でもよく、図２に示さ
れるように丸型であってもよい。図３では、投影光学系
ＰＬは途中を二点鎖線で切断、省略して示してある。

【００７７】更に図４と図５を参照して、光学的に検出
点１０１と１０２のＺ軸方向の変位の差が検出される原
理を説明する。図４は、図１のＡＦ系を除き、ＡＬ系の
みを取り出して記載した斜視図である。図４には、送光
スリット板１１２から、受光スリット板１２６までの光
学系が示されている。図５は、図４のＢＢ矢視方向の側
面図であり、図４の光線の進む方向にあわせて矢印をふ
ってある。実線は再照射光学系（１１６、２０１〜２０
６、１１７）の光軸Ａｘを進む主光線Ｌ１を示し、ここ
では基準光線と呼ぶ。点線は検出点１０１がマイナス方
向（下方）にΔＺ１だけ移動することによって基準光線
から横ずれを起こした主光線Ｌ２を、二点鎖線は検出点
１０２がプラス方向（上方）にΔＺ２移動することによ
って基準光線から横ずれを起こした主光線Ｌ３を示す。

【００７８】なお、図４及び図５に於いて、ＡＬ系の照
射光学系（送光スリット板１１２から送光対物レンズ系
１１４までの光学部材）からの送光光（照射光）の主光
線をＬ０として示している。

【００７９】送光スリット板１１２の像は、送光対物レ
ンズ系１１４により、基板Ｗ上の検出点１０１に結像さ
れる。ここで、基板Ｗが投影光学系ＰＬの結像面として
の基準位置に対してΔＺ１だけマイナス方向（図中下
方）に移動した場合を考える。図５の基板Ｗ面の実線が
基準位置であり、当然この位置で送光スリット板１１２
の像の受光スリット１２６上での位置は変化しない。Ｚ
軸方向は本発明の基準面の法線方向である。

【００８０】次に、基板Ｗの表面上での検出点１０１が
基準面に対してΔＺ１だけマイナス方向（下方）にずれ
たとすれば、検出点１０１に当たった光の主光線Ｌ０
は、図４、図５では、点線で示された光路を通る反射光
線Ｌ２となる。検出点１０１にて反射した主光線Ｌ２
は、第１ミラー１１６では、実線で示された基準光線Ｌ
１よりも下方で反射され、リレーレンズ２０１に入射す
る。即ち、検出点１０１がＺマイナス方向に移動するこ
とによって、主光線Ｌ２は基準光線よりも基板Ｗ側（本
発明でいう再照射光学系（１１６、２０１〜２０６、１
１７）の光軸Ａｘを含む所定面により２分される該再照
射光学系（１１６、２０１〜２０６、１１７）の一方の
部分）に入射する。この主光線Ｌ２は、次にリレーレン
ズ２０１の瞳位置Ｐ１にて光軸Ａｘと交差（所定面と交
差）し、その後リレーレンズ２０２を介して、第２ミラ
ー２０３で反射され、中間結像点Ｐにスリット１１２の
像を形成する。

【００８１】中間結像点Ｐに形成されたスリット板１１
２のスリット像からの主光線Ｌ２は、第３ミラー２０４
で反射され、リレーレンズ２０５の瞳位置Ｐ２にて光軸
Ａｘと交差（所定面と交差）して、その後、リレーレン
ズ２０６を介して、第４ミラー１１７にて反射されて検
出点１０２へ導かれる。

【００８２】ここで、基板Ｗの表面での検出点１０２が
基準面に対してΔＺ２だけプラス方向（上方）にずれて
いたとすると、再照射光学系（１１６、２０１〜２０
６、１１７）から射出する主光線Ｌ２は、図４及び図５
に於いて２点鎖線で示す光線Ｌ３となる。そして、検出
点１０２を反射した主光線Ｌ３は、受光対物レンズ系１
２３及びミラー１２４を介して、受光スリット１２６の
表面の受光面上に於いて、各検出箇所（１０１、１０
２）での基準面の法線方向に沿った被検面の変位の差に
対応する受光光の変位を形成することができる。

【００８３】ここで、図４及び図５の例で示す所定面と
は被検面が基準位置と一致しているときにおいて、第１
リレーレンズ群（２０１、２０２）の光軸Ａｘに沿って
進む主光線Ｌ１の第１ミラー１１６上での偏向点Ｒ１、
第１リレーレンズ群（２０１、２０２）の光軸Ａｘに沿
って進む主光線Ｌ１の第２ミラー２０３上での偏向点Ｒ
２、第２リレーレンズ群（２０５、２０６）の光軸Ａｘ
に沿って進む主光線Ｌ１の第３ミラー２０４上での偏向
点Ｒ３、及び第２リレーレンズ群（２０５、２０６）の
光軸Ａｘに沿って進む主光線Ｌ１の第４ミラー１１７上
での偏向点Ｒ４との４点で形成される平面である。した
がって、図５に示す所定面とは、再照射光学系（１１
６、２０１〜２０６、１１７）の光軸Ａｘを含み図５の
紙面に直交する平面である。

【００８４】このため、図５に示されるように、本発明
で言う所定面は、被検面が基準面に対して基準面の法線
方向（Ｚ方向）にΔＺ１又はΔＺ２だけ変位した際に、
第１番目の検出箇所（検出点１０１）に向けて入射する
光束の主光線Ｌ０に関する基準面での入射面（実線で示
す被検面に入射する主光線Ｌ０と、主光線Ｌ０が基準面
と交差した位置での基準面の法線（Ｚ方向）とを含んで
形成される面、即ち図５の紙面）と直交した関係となっ
ている。

【００８５】したがって、図４及び図５に示す再照射光
学系（１１６、２０１〜２０６、１１７）は、被検面が
基準面の法線方向（Ｚ方向）にΔＺだけ変位した際に、
第１番目の検出箇所１０１に向けて入射する光束の主光
線Ｌ０に関する基準面での入射面と直交し且つ再照射光
学系（１１６、２０１〜２０６、１１７）の光軸Ａｘを
含む所定面により２分される再照射光学系（１１６、２
０１〜２０６、１１７）の一方の部分に向けて入射する
第１番目の検出点１０１からの主光線Ｌ２を、その所定
面により２分される再照射光学系（１５〜１８）の上記
一方の部分から射出させて、第２番目の検出箇所１０２
へ導く構成となっている。

【００８６】このような再照射光学系（１１６、２０１
〜２０６、１１７）の構成により、各検出箇所での基準
面の法線方向に沿った被検面の変位の差に対応する受光
光の変位を受光面（受光スリット板１２６）上に形成す
ることができる。

【００８７】ここでリレーレンズ２０１とリレーレンズ
２０２は、両側テレセントリックになるように配置され
るのが好ましい。そのようにすれば、リレーレンズ２０
２とその後のレンズ系が比較的コンパクトになるからで
ある。

【００８８】更に、倍率は、各リレーレンズ群において
等倍である必要はなく、任意の倍率で構わない。結局、
検出点１０１と１０２との間で等倍になるような倍率に
設定されていればよい。

【００８９】ここで、リレーレンズ２０５と２０６も両
側テレセントリックであるように配置される必要はない
が、前述同様テレセントリックである方が好ましい。倍
率は、前述のように検出点１０１と１０２との間で等倍
になるような倍率に設定されている。

【００９０】ここで検出点１０１側の入射角（又は反射
角）と、検出点１０２側の入射角（又は反射角）が同一
であることが望ましいため、検出点１０１側と、検出点
１０２側は、テレセントリックであることが好ましい。

【００９１】以上の図４及び図５に示したように、主光
線Ｌ２は、本発明の、第１の検出箇所（検出点１０１）
に入射する光束の主光線Ｌ０に関する基準面での入射面
と直交しかつ再照射光学系（１１６、２０１〜２０６、
１１７）の光軸Ａｘを含む所定面により２分される再照
射光学系の一方の部分（図中点線の光路の側）に向けて
入射する主光線Ｌ２を、その所定面により２分される再
照射光学系の前記と同じ側の部分から射出させて第２の
検出箇所（検出点１０２）へ導かれる。そして、基板Ｗ
が検出点１０２でΔＺ２だけＺ軸方向（図中上方）にず
れれば、主光線Ｌ３は図中２点鎖線で示されるように進
み、受光対物レンズ系１２３に入射する。更に、その対
物レンズ系１２３を介した光線Ｌ３は、ミラー１２４に
より反射され、受光スリット１２６上にΔだけ基準位置
とはずれた位置に結像される。図５には、ミラー１２４
と受光スリット１２６との間には開口絞り１２５が示し
てある。

【００９２】ここで例えば、検出点１０２も検出点１０
１と同じ量のΔＺ１だけ基準位置に対して下方にずれた
場合を考える。この場合は、図５を見ればわかるよう
に、点線で示される主光線Ｌ２は、ＡＬ系の検出光学系
では実線で示された基準光線Ｌ１と同じ光路をたどり、
受光スリット板１２６上に結像されるスリット１１２の
像の位置には、変化が起きないことになる。即ち、検出
点１０１、１０２は、同じ量だけずれたので、結局傾斜
は生じておらず、そのためスリット１１２の像の位置に
変化が起きない。

【００９３】以上のように、等倍等のリレーレンズ群Ａ
ＬＲ１、ＡＬＲ２とミラー１１６、１１７、２０３、２
０４を用いることにより、検出点１０１を基準にしたと
きの検出点１０２の高さを検出できることになる。

【００９４】即ち、基準の高さから見た時には、Δは、
次式 Δ＝２×ｓｉｎθ×（ΔＺ１−ΔＺ２）×β により求まる。ここで、θは、光線の入射角、βは、受
光対物レンズ系１２３の検出点１０２と受光スリット１
２６間の倍率である。角度θは、典型的には７０〜８０
度である。

【００９５】このように、この実施の形態により２点間
の高さの差を求めることができるため、基板Ｗの傾斜成
分が検出できることになる。

【００９６】ここで図１において、検出点１０１と検出
点１０２の変位の差と、検出点１００の変位を検出する
ことにより、投影光学系ＰＬの合焦点を設定し、また面
の傾斜の修正をすることが可能になる。

【００９７】図６に本発明の別の実施の形態を示す。上
記の実施の形態では、検出点１００、１０１、１０２
が、一直線上に配列された３点であるため、その直線に
直交する方向の面の傾斜の設定はできない。しかしなが
ら、図６に示される実施の形態では、先の表面傾斜検出
装置に加えて、その表面傾斜検出装置の検出点を結ぶ直
線に直交する方向に検出点１０４、１０５を有する、別
の表面傾斜検出装置を配置してある。したがって、４つ
の検出点１０１、１０２、１０３、１０４が、基板Ｗ上
で正方形の頂点に位置するように配列されていることに
なり、基板Ｗの全方向の傾斜角を求めることができる。

【００９８】この場合には、上記正方形の対角線上の点
同士、即ち中心の検出点１００を挟む２点同士（１０１
と１０２、１０４と１０５）でのΔをゼロになるように
基板を傾斜制御し、更に中心の検出点１００で高さを求
め、基板をＺ方向に移動制御すれば、ショット中心の合
焦と基板Ｗの傾斜の修正ができることになる。

【００９９】この構成によれば、常時ショット中心の検
出点の変位あるいはショット中心を挟む２点同士の変位
の差の測定が可能になるため、時間の遅れを生ずること
なく、基板Ｗの傾斜成分の検出が可能となる。

【０１００】図７はさらに別の実施の形態である。これ
は、検出フィールドが比較的小さい場合に用いられる実
施の形態であり、先の実施の形態でのリレー系の中間結
像位置Ｐを有しない形の実施の形態である。

【０１０１】図中、例えばハロゲンランプのような光源
１１０Ａからの照明用の光の（Ｚ軸に平行な）光路中に
コンデンサーレンズ１１１、コンデンサーレンズ１１１
により均一に照明される位置にスリット状の開口部を有
する送光スリット板１１２、偏向部材であるミラー１１
３がこの順に配列されている。ミラー１１３は、送光ス
リット１１２からの光を基板Ｗの表面上の検出点１０１
Ａに斜めに入射させるように傾斜されている。ミラー１
１３と検出点１０１との間には、送光対物レンズ系１１
４が、送光スリット板１１２と検出点１０１とが共役に
なるように配置されている。以上の、コンデンサーレン
ズ１１１から送光対物レンズ系１１４までを含んで、本
発明の照射光学系が構成される。

【０１０２】検出点１０１Ａにおけるスリットの像の長
手方向が、先の実施の形態と同様に基板Ｗ上に形成され
たパターンの縦横の直線方向と、例えば４５度の角度を
なすように、配置されている。

【０１０３】検出点１０１Ａで反射された光束の進行方
向に、リレーレンズ２０６、その先に光束を、該光束の
主光線に関する検出点１０１Ａへの入射面内で該主光線
に直角な方向に偏向するミラー２０３Ａが配置されてお
り、偏向された先、図中の上方にはミラー２０４Ａが配
置され、光軸をさらにリレーレンズ２０１の光軸と平行
に偏向し、光束を基板上の検出点１０２Ａに斜めに入射
させるように構成されている。ミラー２０４Ａと検出点
１０２Ａとの間には、リレーレンズ２０６が配置されて
おり、検出点１０１Ａと検出点１０２Ａとが共役になる
ようになっている。

【０１０４】検出点２で反射される光の方向には受光対
物レンズ系１２３、偏向ミラー１２４Ａがこの順に配置
されており、光路をＺ軸に平行に偏向するようになって
いる。偏向された光路の先にはＣＣＤ等の受光素子１２
８Ａが、検出点１０２と（合焦時に）共役になる位置に
置かれている。

【０１０５】またスリット１１２の像が、検出点１０１
Ａにおいて、長手方向が光軸に直交する方向になるよう
に、スリット板１１２は配置されており、かつ検出点１
０２Ａにおけるスリットの像は、検出点１０１Ａにおけ
る像と、長手方向に直交する方向に間隔をもって、長手
方向が平行になるように、以上の光学系の各要素は配置
されている。

【０１０６】この系では、スリット板１１２、受光素子
１２８Ａと、検出点１０１Ａと検出点１０２Ａとがアオ
リの関係、シャインプルーフの条件を満足するように配
置されている。

【０１０７】本実施の形態では、撮像素子１２８Ａを受
光素子として用いているが、先の実施の形態と同様に、
振動ミラーによる光電顕微鏡の方式を用いてもよい。

【０１０８】このような構成において、光源１１０Ａの
光により、コンデンサレンズ１１１を介して照明された
スリット板のスリット１１２の像は、偏向ミラー１１３
と送光対物レンズ系１１４を介して、検出点１０１Ａに
斜めに入射し、その点に結像される。

【０１０９】検出点１０１Ａで反射された光は、リレー
レンズ２０１を介して、ミラー２０３と２０４で反射さ
れ、再び、リレーレンズ２０６を介して、検出点１０２
Ａに再結像される。

【０１１０】ここで、リレーレンズは、等倍のリレーレ
ンズであって、検出点１０１Ａと検出点１０２Ａ側が両
側テレセントリックになるように配置してある。検出点
１０２Ａで反射された光は、受光対物レンズ系１２３を
介して、ＣＣＤ、ラインセンサ、ＴＤＩ等の撮像素子１
２８Ａ上に結像する。この撮像素子１２８Ａでスリット
１１２の像の位置を検出することにより、検出点１０１
Ａと検出点１０２ＡのＺ軸方向の変位の差分が検出され
ることになる。

【０１１１】このような配置をとることにより、設計上
のスペースに大きな利点が生まれる。こうした系を図６
に示されるように複数配置することにより、対角２点の
高さの差を求め、基板Ｗの傾斜角を求め、補正すること
が可能となる。

【０１１２】当然、配置上利点がある場合には、１つの
装置の中に、図７と、図４に示されるようなＡＬ系を両
方配置してもよい。更に、本実施の形態では、撮像素子
１２８Ａを受光素子として用いているが、先に述べた、
振動ミラーによる光電顕微鏡の方式を用いてもよい。

【０１１３】次に図８〜図１１を参照して別の実施の形
態を説明する。本実施の形態では、本発明の第１の検出
箇所と第２の検出箇所に、それぞれ複数の検出点が含ま
れている。第１と第２それぞれの検出箇所の複数の検出
点における被検面の変位は、補助再照射光学系により加
算されるようになっており、それぞれ加算された値同士
の差を求めることができる。したがって、複数の検出点
の変位の平均を用いて被検面の傾斜が求められるので、
各検出箇所における局部的な条件による変位の検出誤差
が緩和される。

【０１１４】図８に示される表面変位検出装置は、図１
を参照して説明した装置と同様に不図示の光源からの光
を用いて均一に照明される位置にスリット状の開口部を
有する送光スリット板３１２、偏向部材であるミラー３
１３がこの順に、Ｚ軸方向に配列されている。ミラー３
１４は、送光スリット板３１２からの光を基板Ｗの表面
上の検出点３０１に斜めに入射させるように傾斜されて
いる。ミラー３１３と検出点３０１との間には、送光対
物レンズ系３１４が、送光スリット板３１２と検出点３
０１とが共役になるように配置されている。

【０１１５】検出点３０１で反射された光束の進行方向
に、送光対物レンズ系３１４と対向して、検出点３０１
が焦点面になるようにリレーレンズ３１５が配置され、
その先にリレーレンズ３１５の光軸をＸ₁に平行な方向
に偏向するミラー３１６、偏向された光軸をさらに基板
Ｗ上の検出点３０２に向けて偏向するミラー３１７が配
置され、ミラー３１７と検出点３０２との間には、リレ
ーレンズ３１８が配置されている。

【０１１６】検出点３０１と検出点３０２とは、リレー
レンズ３１５、リレーレンズ３１８により共役である。
また、検出点３０２は、検出点３０２におけるスリット
の像の長手方向が、検出点３０１上のスリットの像の長
手方向と一致するように定められている。

【０１１７】さらに、検出点３０２で反射された光束の
進行方向に、リレーレンズ３２３、ミラー３２４が、こ
の順に配置されている。

【０１１８】このような構造において、送光スリット板
３１２からリレーレンズ３１４を介して検出点３０１に
結像される。ここで反射された反射光は、リレーレンズ
３１５と、ミラー３１６、ミラー３１７、リレーレンズ
３１８により、検出点３０２にスリットの像を再結像す
る。更に、検出点３０２にて反射されたスリットの像
は、再びリレーレンズ３２３、ミラー３２４を介して射
出される。

【０１１９】ここで、図８と図９を参照して、複数の検
出点の変位がどのようにして光学的に加算されるかを説
明する。図８は、第１の検出箇所の検出点を検出点３０
１と検出点３０２の２箇所としたときの斜視図である。
図８には、送光スリット板３１２から、ミラー３２４ま
での光学系を記載してあり、送光スリット板３１２か
ら、ミラー３２４まで光線の進む方向を示す矢印を、主
光線に付してある。実線は、光学系の光軸Ａｘを進む主
光線Ｌ１を示し、ここでは基準光線と呼ぶ。２点鎖線
は、基準光線から横ずれを起こした主光線Ｌ２を示す。

【０１２０】また、図８及び図９に於いて、照射光学系
（送光スリット板３１２から送光対物レンズ３１４まで
の光学部材）からの送光光（照射光）を主光線Ｌ０とし
て示している。なお、図８及び図９で示す補助再照射光
学系は、検出点３０１と検出点３０２との変位量をそれ
ぞれ所定量だけ加算するために、補助リレー光学系（３
１５、３１８）と２つの偏向部材（３１６、３１７）と
を有している。

【０１２１】図９は、図８のＢＢ’矢視図であり、図８
に対応して光線の進む方向に矢印を付けてある。送光ス
リット３１２の像は、送光対物レンズ系３１４により、
基板Ｗ上の検出点３０１に結像するように進む。

【０１２２】ここで、図９において基板Ｗが基準位置
（点線で示す）に対してΔＺだけ（本発明の基準面の法
線方向である）下方向（投影光学系ＰＬから離れる方
向）に動いた場合を考える。基準位置で反射した場合
は、当然受光スリット板３２６上に形成される送光スリ
ット板３１２のスリット像の位置は変化しない。次に、
基板ＷがΔＺだけ下方にずれていたとすれば、検出点３
０１（光が照射される位置は３０１’にずれる）に当た
った光Ｌ０は、図８では、２点鎖線で、図９では、実線
で示された光線Ｌ２となる。光線Ｌ１が斜めに入射する
角度、光線Ｌ１と投影光学系ＰＬの光軸とのなす角度θ
は、典型的には約７０〜８０度である。

【０１２３】光線Ｌ２は、リレーレンズ３１５では基準
光線Ｌ１よりも下方、即ち基準光線Ｌ１の基準面での入
射面と直交しかつリレーレンズ３１５の光軸Ａｘを含む
所定面により２分される空間の一方（図中下方）に向け
て入射し、これを通過し、リレーレンズ３１５の瞳位置
Ｐ１にて基準光線Ｌ１と交差し、即ち前記所定面と交差
し、リレーレンズ３１８では基準光線Ｌ１よりも上方に
進むことになる。この光線Ｌ２は、リレーレンズ３１８
を通り、基準光線Ｌ１よりも上方にあるまま検出点３０
２（光が照射される位置は３０２’にずれる）に到達す
ることになる。光線Ｌ２は、前記所定面により２分され
る他方の部分に射出されたことになる。

【０１２４】図８及び図９の例で示す所定面とは、被検
面が基準位置と一致としているときの検出点３０１、ミ
ラー３１６上での補助リレー光学系（３１５、３１８）
の光軸Ａｘの偏向点Ａ、ミラー３１７上での補助リレー
光学系（３１５〜３１８）の光軸Ａｘの偏向点Ｂ及び被
検面が基準位置と一致しているときの検出点３０２との
４点で形成される平面である。

【０１２５】したがって、図９に示す所定面とは、補助
リレー光学系（３１４、３１８）の光軸Ａｘを含み図９
の紙面に直交する平面である。

【０１２６】このため、図９に示されるように、その所
定面は、被検面が基準面に対して基準面の法線方向（Ｚ
方向）にΔＺだけ変位した際に、検出点３１０に向けて
入射する光束の主光線Ｌ０に関する基準面での入射面
（実線で示す被検面に向けて入射する主光線Ｌ０と、主
光線Ｌ０が基準面と交差した位置での基準面の法線（Ｚ
方向）とを含んで形成される面、即ち図９の紙面）と直
交した関係となっている。

【０１２７】このように、図８及び図９に示す補助再照
射光学系（３１５〜３１８）は、被検面が基準面の法線
方向（Ｚ方向）にΔＺだけ変位した際に、最初の検出点
３０１に向けて入射する光束の主光線Ｌ０に関する基準
面での入射面と直交し且つ補助再照射光学系（３１５〜
３１８）の光軸Ａｘを含む所定面により２分される補助
再照射光学系（３１５〜３１８）の一方の部分に向けて
入射する最初の検出点３０１からの主光線Ｌ２を、その
所定面により２分される補助再照射光学系（３１５〜３
１８）の他方の部分から射出させて、第２番目の検出点
３０２へ導く構成となっている。

【０１２８】このような補助再照射光学系（３１５〜３
１８）の構成により、２つの検出箇所（３０１、３０
２）での基準面の法線方向に沿った被検面の変位がそれ
ぞれ所定量だけ加算されるような受光光の受光面（受光
スリット板１２６）上に形成することができる。

【０１２９】図９で、検出点３０２でのＺ軸方向の換算
量Δ１は、リレー光学系の倍率により異なるが、等倍で
あれば、ΔＺと同等になる。更に、検出点３０２でも同
様にΔＺだけ下方にずれていれば、光線Ｌ２は、このズ
レ量だけ、加算されて、受光系対物レンズ３２３に入射
することになる。

【０１３０】リレーレンズの倍率が等倍ではない場合に
は、検出点１のズレΔＺが検出点３０２上では、光学系
の倍率がかかり、ΔＺ×βとなり、更に、これに検出点
３０２のΔＺが加算された量だけ、リレーレンズ３２３
に関して検出点３０２と共役な面において移動すること
になり、検出点３０１の値に重み付けをしたことと等価
になる。

【０１３１】また、さらにリレー光学系を増やして基板
Ｗ上の３点を検出するようにすることもできる。

【０１３２】図１０に、このようにして、検出点が２点
の場合の検出点３０１、３０２における被検面の変位の
和の情報を含んだ光を、図４を参照して説明したＡＬ系
に組み合わせた光学系を示す。図８に示されるリレーレ
ンズ３２３が、図１０に示されるリレーレンズ２０１に
対応する。

【０１３３】図１０では、ミラー１１６を検出点３０２
とリレーレンズ２０１との間に設置してあるが、図８と
同様にリレーレンズ３２３の後ろ、即ち図１０ではリレ
ーレンズ２０１とリレーレンズ２０２との間に設けても
よい。さらには、ミラー１１６（及びミラー１１７）
は、装置のコンパクト化を図るためのものであり、機能
上は不要であるので省略してもよい。

【０１３４】図１１は、図１０の装置を基板Ｗの法線方
向上方から見た平面図である。図１１に示されるよう
に、２つの検出点の変位の和を検出することのできる表
面変位検出装置が２式用意され、一方の１式が基板の矩
形の露光フィールドの対角線上の一方の頂点付近の検出
点３０１、３０２の変位の和を検出するように、他方の
１式が他方の頂点付近の検出点４０１、４０２の変位の
和を検出するように設けられている。

【０１３５】即ち、図１１に示す検出装置は、第１番目
の検出点３０１を照射する照射光学系（３１４）、第１
番目の検出点３０１と第２番目の検出点３０２での変位
の和を検出光に付与する第１の補助再照射光学系（３１
５〜３１８）と、第２番目の検出点３０２と第３番目の
検出点４０１との変位の差を検出光に付与する再照射光
学系（ＡＬＲ１、ＡＬＲ２）と、第３番目の検出点４０
１と第４番目の検出点４０２との変位の和を検出光に付
与する第２の補助再照射光学系（４１５〜４１８）と、
第４番目の検出点４０２からの検出光を所定の受光面
（不図示の受光スリット板１２６）上に集光する検出光
学系（１２３）とを有している。

【０１３６】なお、図１１では、照射光学系は、送光対
物レンズ系３１４に代表させて示しており、検出光学系
は、受光対物レンズ系１２３に代表させて示している。

【０１３７】このような構成により、第１の検出箇所の
検出点３０１、３０２における被検面の変位の和と、第
２の検出箇所の検出点４０１、４０２における被検面の
変位の和との差が求められる。したがって、一つ検出箇
所の各検出点における局部的な条件が、平均化により緩
和され、被検面の正確な傾斜が求められる。

【０１３８】なお、第１番目の検出点３０１と第２番目
の検出点３０２との重み付けを行うために、第１の補助
再照射光学系（３１５〜３１８）は、２つの検出箇所
（３０１、３０２）での基準面の法線方向に沿った被検
面の変位がそれぞれ所定量だけ加算されるような受光光
の変位を受光面（不図示の受光スリット板１２６）に形
成するように構成されても良い。また、第３番目の検出
点４０１と第４番目の検出点４０２との重み付けを行う
ために、第２の補助再照射光学系（４１５〜４１８）
は、２つの検出箇所（４０１、４０２）での基準面の法
線方向に沿った被検面の変位がそれぞれ所定量だけ加算
されるような受光光の変位を受光面（不図示の受光スリ
ット板１２６）に形成するように構成されても良い。

【０１３９】以上のように、本発明の各実施の形態によ
る表面傾斜検出装置を用いて感光性基板Ｗの傾斜を検出
し、検出された感光性基板Ｗの傾斜（傾斜量等）に基づ
いて、感光性基板Ｗの傾斜（傾斜量等）を調整し、感光
性基板Ｗ上にレチクルＲのパターンを投影光学系ＰＬを
介して露光を行うという露光方法（光リソグラフィー工
程）によって、高いスループットの下でも良好なる液晶
表示装置を製造することができる。なお、本発明は、光
リソグラフィー工程によって液晶表示装置を製造するこ
とに限ることなく、プラズマ・ディスプレイ・パネル
（ＰＤＰ）等の表示装置、ＬＳＩ等の半導体素子、薄膜
磁気ヘッド、ＣＣＤ等の撮像素子を製造することができ
る。

【０１４０】また、液晶表示装置を含む半導体デバイス
を製造する際に、レチクルＲのパターンを投影光学系Ｐ
Ｌを介して露光する露光工程（光リソグラフィー工程）
は、表面傾斜検出装置にて感光性基板Ｗの位置を検出す
る工程を完了した後に行うことに限らず、表面傾斜検出
装置にて感光性基板Ｗの位置を検出する工程と同時に行
っても良い。

【０１４１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、第１の検
出箇所に対する第２の検出箇所の変位の差を１の検出光
を受光することにより光学的に求めているため、２点間
の傾斜を容易に検出でき、傾斜検出系が複数ある場合で
あっても、時分割等で制御することなく、各検出系独立
に検出することができ、スループットの向上を図ること
がでる。また、以上の本発明の表面傾斜検出装置を備え
る露光装置を用いれば、高いスループットの下でも良好
なる半導体デバイスを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態である、１式の表面傾斜
検出装置と１式の自動合焦装置とを組み込んだ投影露光
装置の構成を示す斜視図である。

【図２】図１で、投影光学系と基板との間から基板を見
た平面図である。

【図３】図１のＡＡ矢視方向の側面図である。

【図４】図１の表面傾斜検出装置を抽出して示した、本
発明の表面変位検出装置の斜視図である。

【図５】図４のＢＢ矢視方向の側面図である。

【図６】本発明の別の実施の形態である、図２の場合に
さらに１式の表面傾斜検出装置を加えた装置の平面図で
ある。

【図７】本発明のさらに別の実施の形態の表面傾斜検出
装置の側面図である。

【図８】検出点の変位の和を求めることのできる表面変
位検出装置の斜視図である。

【図９】図８のＢＢ’矢視方向の側面図である。

【図１０】図８の表面変位検出装置を組み込まれた本発
明の一実施の形態である表面傾斜検出装置の構成を示す
斜視図である。

【図１１】図１０の装置の平面模式図である。

【符号の説明】

１１、１１１コンデンサーレンズ１２、１１２、３１２送光スリット１４、１１４、３１４送光対物レンズ系１５、３１５受光系対物レンズ１６、１１６、１１７、２０３、２０４ミラー２６、１２６受光スリット２９、１２９ミラー駆動装置５１コントローラ１００、１０１、１０２、１０４、１０５検出点２０１、２０２、２０５、２０６、３１８リレーレン
ズ３０１、３０２、４０１、４０２検出点Ｐ中間結像点Ｐ１、Ｐ２瞳ＳＴＸＹステージＳＴＤＸＹステージ駆動装置Ｗ基板ＲレチクルＰＬ投影光学系

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の基準面に対する被検面の傾斜を検
出する表面傾斜検出装置において；前記被検面上の第１
の検出箇所に向けて光を照射する照射光学系と；前記第
１の検出箇所で反射した光を前記被検面上の第２の検出
箇所へ導く再照射光学系と；前記被検面上の第２の検出
箇所から反射した光を受光面上に集光する検出光学系
と；前記受光面での受光光の変位を光電的に検出する光
電検出部とを有することを特徴とする；表面傾斜検出装
置。
【請求項２】前記再照射光学系は、前記第１の検出箇
所での前記基準面の法線方向に沿った変位と前記第２の
検出箇所での前記基準面の法線方向に沿った変位との差
に対応する受光光の変位を前記受光面上に形成すること
を特徴とする、請求項１に記載の表面傾斜検出装置。
【請求項３】前記再照射光学系は、前記被検面が前記
基準面の前記法線方向に変位した際に、前記第１の検出
箇所に入射する光束の主光線に関する前記基準面での入
射面と直交しかつ前記再照射光学系の光軸を含む所定面
により２分される前記再照射光学系の一方の部分に向け
て入射する前記主光線を、前記所定面により２分される
前記再照射光学系の前記一方の部分から射出させて前記
第２の検出箇所へ導くように構成されることを特徴とす
る、請求項１または請求項２に記載の表面傾斜検出装
置。
【請求項４】前記再照射光学系は、前記第１の検出箇
所で反射した光束を前記第２の検出箇所へ偏向させる偏
向部材と、前記第１の検出箇所と前記第２の検出箇所と
を実質的に共役にするリレー光学系とを有することを特
徴とする；請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載
の表面傾斜検出装置。
【請求項５】前記照射光学系は、所定のパターンを有
する送光スリット板と、該所定のパターンを前記第１の
検出箇所に投影する送光対物レンズ系とを有し；前記光
電検出部は、前記受光面上に配置された受光スリット板
と、該受光スリット板を介した光を光電変換する光電検
出器を有し；前記検出光学系は、前記受光面上に形成さ
れる前記所定のパターンの像が前記受光スリット板を横
切るように振動する振動ミラーを有することを特徴とす
る；請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の表面
傾斜検出装置。
【請求項６】前記光電検出部からの出力に基づいて前
記被検面の傾斜を演算する演算装置をさらに備えること
を特徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に
記載の表面傾斜検出装置。
【請求項７】請求項１乃至請求項６のいずれか１項に
記載の表面傾斜検出装置を備える露光装置を提供する工
程と；前記表面傾斜検出装置の前記被検面の位置に感光
性基板を載置する工程と；前記表面傾斜検出装置により
前記感光性基板の表面の傾斜を検出する工程と；前記検
出された感光性基板の表面の傾斜情報に基づいて、前記
感光性基板の傾斜を調整する工程と；前記感光性基板の
表面に露光を行う工程とを備える；半導体デバイスの製
造方法。