(57)【要約】【課題】  透明基板の裏面から発生するノイズ光を確実に除去することができる焦点検出装置を提供する。【解決手段】  透明基板１１の表面の像を形成する結像光学系の焦点検出装置において、透明基板の表面が結像光学系の焦点位置近傍にある状態で、透明基板の裏面を反射して、透明基板の表面の検出領域に入射するような開口数を有する光を遮蔽するよう、透明基板の表面での開口数が所定値ＮＡ0（＞０）より大きい光Ｌ１のみを選択的に通過させる選択手段(１９,２０,４１)と、選択手段によって選択された光Ｌ５Sに基づいて、透明基板の表面と結像光学系の焦点面との位置関係に応じたフォーカス信号を生成する生成手段(４２〜４８)とを備える。【選択図】      図１
2006184777.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板の表面の像を形成する結像光学系の焦点検出装置において、
前記透明基板の表面が前記結像光学系の焦点位置近傍にある状態で、前記透明基板の裏面を反射して、前記透明基板の表面の検出領域に入射するような開口数を有する光を遮蔽するよう、前記透明基板の表面での開口数が所定値（＞０）より大きい光のみを選択的に通過させる選択手段と、
前記選択手段によって選択された光に基づいて、前記透明基板の表面と前記結像光学系の焦点面との位置関係に応じたフォーカス信号を生成する生成手段とを備えた
ことを特徴とする焦点検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の焦点検出装置において、
前記透明基板の厚みをｄ、屈折率をｎ、前記検出領域の最大径の１／２の大きさをｒ0とするとき、所定値の開口数ＮＡ0は、以下の条件式を満足する
ｒ0・ｎ／ｄ ≦ ＮＡ0
ことを特徴とする焦点検出装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の焦点検出装置において、
前記生成手段は、前記選択手段によって選択された光の一次像に基づいて前記検出領域の像を形成する結像手段を有し、
前記選択手段は、前記照明光学系の瞳位置に配置され、前記所定値以下の開口数の光を遮断して、前記検出領域を前記所定値以上の開口数の光のみで照明する開口絞りである
ことを特徴とする焦点検出装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の焦点検出装置において、
前記生成手段は、前記選択手段によって選択された光の一次像に基づいて前記検出領域の像を形成する結像手段を有し、
前記選択手段は、前記結像手段の瞳位置に配置され、前記透明基板からの光のうち前記透明基板の表面において前記所定値より開口数が小さい光を遮断して、前記所定値以上の開口数の光のみを透過させる開口絞りである
ことを特徴とする焦点検出装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の焦点検出装置において、
前記結像手段は、前記結像光学系の合焦面と共役な一次像面に配置され、透明基板の前記検出領域から発生した光を選択的に通過させる視野絞りを有する
ことを特徴とする焦点検出装置。
【請求項６】
請求項５に記載の焦点検出装置において、
前記視野絞り位置での像の倍率をβとし、前記検出領域の最大寸法の１／２の大きさをｒ0（ｍｍ）、前記所定値の開口数をＮＡ0としたとき、前記視野絞りの最大寸法の１／２の大きさａ（ｍｍ）が以下の条件式を満足する
１.３×β×ｒ0  ＜  ａ  ＜  β×(ｄ/ｎ)×ＮＡ0
但し、ｄ：前記透明基板の厚さ（ｍｍ）、ｎ：前記透明基板の屈折率
ことを特徴とする焦点検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透明基板の焦点検出を行う焦点検出装置に関し、特に、固体撮像素子などの製造工程において透明基板に形成されたマークの位置を高精度に検出する際のフォーカス調整に好適な焦点検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子や液晶表示素子の製造工程と同様、固体撮像素子などの製造工程でも、周知のリソグラフィ工程を経てレジスト層に回路パターンが転写され、このレジストパターンを介してエッチングなどの加工処理を行うことにより、所定の材料膜に回路パターンが転写される(パターン形成工程)。そして、このパターン形成工程を何回も繰り返し実行することにより、様々な材料膜の回路パターンが基板上に積層され、固体撮像素子の回路が形成される。固体撮像素子の基板には、例えば厚さ１.２ｍｍ程度のガラス材料からなる透明基板（以下「ガラスウエハ」）が使用される。
【０００３】
さらに、上記の製造工程では、様々な材料膜の回路パターンを精度よく重ね合わせるため（製品の歩留まり向上を図るため）、各々のパターン形成工程のうち、リソグラフィ工程の前に、ガラスウエハのアライメントを行い、リソグラフィ工程の後でかつ加工工程の前に、ガラスウエハ上のレジストパターンの重ね合わせ検査を行っている。なお、ガラスウエハのアライメントには、１つ前のパターン形成工程で下地層に形成されたアライメントマークが用いられる。レジストパターンの重ね合わせ検査には、現在のパターン形成工程でレジスト層に形成された重ね合わせマークと、１つ前のパターン形成工程で下地層に形成された重ね合わせマークとが用いられる。
【０００４】
また、ガラスウエハのアライメントを行う装置や、ガラスウエハ上のレジストパターンの重ね合わせ検査を行う装置には、上記のアライメントマークや重ね合わせマーク（総じて単に「マーク」という）の位置を検出する装置が組み込まれている。位置検出装置では、検出対象のマークを視野領域内に位置決めし、自動的にフォーカス調整を行った後、そのマークの画像をＣＣＤカメラなどの撮像素子によって取り込み、マークの画像に対して所定の画像処理を施すことにより、マークの位置検出を行う。
【０００５】
さらに、上記の位置検出装置には、フォーカス調整の際にガラスウエハの焦点検出を行う装置も組み込まれている。ガラスウエハの焦点検出とは、結像手段の焦点面（つまり合焦面）とガラスウエハの表面（物体面）との位置関係に応じたフォーカス信号の生成に相当する。フォーカス信号は、物体面を合焦面に一致させるための制御信号として用いられ、物体面と合焦面との相対位置を調整する手段（例えばガラスウエハを支持するステージの制御装置）に出力される。
【０００６】
従来の焦点検出装置としては、例えば瞳分割方式が提案されている（例えば特許文献１を参照）。この装置では、視野絞りを介して物体面を照明し、物体面からの光（信号光）に基づいて視野絞りの像を２分割して形成し、２つの像の間隔を検知してフォーカス信号を生成する。２つの像の間隔は、例えば、物体面が結像手段に近づくほど大きく、結像手段から離れるほど小さくなり、合焦面に対する物体面の位置関係に比例して線形的に増減する。また、物体面が合焦面に一致するときの間隔は既知である。そして、２つの像の間隔と既知の間隔との差に応じてフォーカス信号が生成される。
【特許文献１】特開平１０−２２３５１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ガラスウエハの表面（物体面）のうち金属膜などが蒸着されていない部分では、焦点検出時の照明光の反射率が低く（例えば４％程度）、そこで反射した光（信号光）が微弱なものとなってしまう。また、焦点検出時の照明光の大部分はガラスウエハの表面を通過して裏面に到達し、そこで反射した光（ノイズ光）が微弱な信号光に重なってしまう。裏面からのノイズ光の強度は、ガラスウエハを支持するステージの表面の材質や形状にもよるが、信号光の強度の５０％以上になることもある。
【０００８】
このように、ガラスウエハの表面（物体面）のうち金属膜などが蒸着されていない部分では、金属膜などが蒸着されている部分と比べて、信号光に対するノイズ光の割合が高い（Ｓ/Ｎ比が低い）。そのため、フォーカス信号を正確に生成できないことがあり、ガラスウエハの表面（物体面）を合焦面に一致させるオートフォーカス動作が正常に機能しなくなってしまう。上記のような問題は、ガラスウエハの場合に限らず、焦点検出時の照明光に対して透明な基板であれば同様に発生し得る。
【０００９】
本発明の目的は、透明基板の裏面から発生するノイズ光を確実に除去することができる焦点検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、透明基板の表面の像を形成する結像光学系の焦点検出装置において、前記透明基板の表面が前記結像光学系の焦点位置近傍にある状態で、前記透明基板の裏面を反射して、前記透明基板の表面の検出領域に入射するような開口数を有する光を遮蔽するよう、前記透明基板の表面での開口数が所定値（＞０）より大きい光のみを選択的に通過させる選択手段と、前記選択手段によって選択された光に基づいて、前記透明基板の表面と前記結像光学系の焦点面との位置関係に応じたフォーカス信号を生成する生成手段とを備えたものである。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の焦点検出装置において、前記透明基板の厚みをｄ、屈折率をｎ、前記検出領域の最大径の１／２の大きさをｒ0とするとき、所定値の開口数ＮＡ0は、以下の条件式を満足するものである。
ｒ0・ｎ／ｄ ≦ ＮＡ0
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の焦点検出装置において、前記生成手段は、前記選択手段によって選択された光の一次像に基づいて前記検出領域の像を形成する結像手段を有し、前記選択手段は、前記照明光学系の瞳位置に配置され、前記所定値以下の開口数の光を遮断して、前記検出領域を前記所定値以上の開口数の光のみで照明する開口絞りである。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の焦点検出装置において、前記生成手段は、前記選択手段によって選択された光の一次像に基づいて前記検出領域の像を形成する結像手段を有し、前記選択手段は、前記結像手段の瞳位置に配置され、前記透明基板からの光のうち前記透明基板の表面において前記所定値より開口数が小さい光を遮断して、前記所定値以上の開口数の光のみを透過させる開口絞りである。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項３または請求項４に記載の焦点検出装置において、前記結像手段は、前記結像光学系の合焦面と共役な一次像面に配置され、透明基板の前記検出領域から発生した光を選択的に通過させる視野絞りを有するものである。
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の焦点検出装置において、前記視野絞り位置での像の倍率をβとし、前記検出領域の最大寸法の１／２の大きさをｒ0（ｍｍ）、前記所定値の開口数をＮＡ0としたとき、前記視野絞りの最大寸法の１／２の大きさａ（ｍｍ）が以下の条件式を満足するものである。
【００１４】
１.３×β×ｒ0  ＜  ａ  ＜  β×(ｄ/ｎ)×ＮＡ0
但し、ｄ：前記透明基板の厚さ（ｍｍ）、ｎ：前記透明基板の屈折率
【発明の効果】
【００１５】
本発明の焦点検出装置によれば、透明基板の裏面から発生するノイズ光を確実に除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
ここでは、第１実施形態の焦点検出装置について、図１に示す重ね合わせ測定装置１０を例に説明する。重ね合わせ測定装置１０は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサに代表される固体撮像素子の製造工程において、ガラスウエハ１１のレジストパターン(不図示)の重ね合わせ検査を行う装置である。重ね合わせ検査では、ガラスウエハ１１の下地層に形成された回路パターン（以下「下地パターン」という）に対するレジストパターンの位置ずれ量の測定が行われる。
【００１７】
重ね合わせ測定装置１０には、図１(ａ)に示す通り、ガラスウエハ１１を支持するステージ１２と、照明光学系(１３〜１９)と、結像光学系(１９〜２３)と、ＣＣＤ撮像素子２５と、画像処理部２６と、焦点検出部(４０〜４８)と、ステージ制御部２７とが設けられる。このうち、照明光学系(１３〜１９)と結像光学系(１９〜２３)の一部の光学素子(１９,２０)と焦点検出部(４０〜４８)とが、本実施形態の焦点検出装置として機能する。
【００１８】
ステージ１２は、図示省略したが、ガラスウエハ１１を水平状態に保って支持するホルダと、このホルダを水平方向(ＸＹ方向)に駆動するＸＹ駆動部と、ホルダを鉛直方向(Ｚ方向)に駆動するＺ駆動部とで構成されている。そして、ＸＹ駆動部とＺ駆動部は、ステージ制御部２７に接続されている。
ここで、ガラスウエハ１１は、例えば厚さ１.２ｍｍ程度のガラス材料からなり、焦点検出時の照明光Ｌ１に対して透明な基板である。また、レジスト層に対する露光・現像後で、所定の材料膜に対する加工前の状態にある。ガラスウエハ１１には、重ね合わせ検査のために多数の測定点が用意されている。測定点の位置は、各ショット領域の四隅などである。各測定点には、レジストパターンの基準位置を示すレジストマークと下地パターンの基準位置を示す下地マークとが形成されている。以下の説明では、レジストマークと下地マークとを総じて「重ね合わせマーク１１Ａ」という。
【００１９】
上記のガラスウエハ１１がステージ１２のホルダに支持された状態で、ステージ制御部２７は、ステージ１２のＸＹ駆動部を制御し、ホルダをＸＹ方向に移動させて、ガラスウエハ１１上の重ね合わせマーク１１Ａを視野領域内に位置決めする。また、焦点検出部(４０〜４８)から出力される後述のフォーカス信号に基づいて、ステージ１２のＺ駆動部を制御し、ホルダをＺ方向に上下移動させる。このフォーカス調整により、ガラスウエハ１１の表面（物体面）をＣＣＤ撮像素子２５の撮像面に対して合焦させることができる。
【００２０】
照明光学系(１３〜１９)は、光源部１３と、光軸Ｏ１に沿って順に配置された照明開口絞り１４とコンデンサーレンズ１５と照明視野絞り１６と照明リレーレンズ１７とビームスプリッタ１８と、光軸Ｏ２上に配置された第１対物レンズ１９とで構成されている。ビームスプリッタ１８は、反射透過面が光軸Ｏ１に対して略４５°傾けられ、光軸Ｏ２上にも配置されている。照明光学系(１３〜１９)の光軸Ｏ１は、結像光学系(１９〜２３)の光軸Ｏ２に垂直である。
【００２１】
また、光源部１３は、光源３Ａとコレクタレンズ３Ｂと光源リレーレンズ３Ｃとライトガイドファイバ３Ｄとで構成される。光源３Ａは、波長帯域の広い光（例えば白色光）を射出する。上記の光源部１３において、光源３Ａから射出された広帯域波長の光は、コレクタレンズ３Ｂと光源リレーレンズ３Ｃとライトガイドファイバ３Ｄとを介して、照明開口絞り１４に導かれる。
【００２２】
照明開口絞り１４は、その中心が光軸Ｏ１上に位置し、光源部１３から射出された広帯域波長の光の径を特定の径に制限する。照明開口絞り１４の開口１４ａは、図１(ｂ)に示す輪帯形状である。コンデンサーレンズ１５は、照明開口絞り１４からの光を集光する。照明視野絞り１６は、重ね合わせ測定装置１０の視野領域を制限する光学素子であり、図１(ｃ)に示すように、矩形状の開口である１つのスリット１６ａを有する。照明リレーレンズ１７は、照明視野絞り１６のスリット１６ａからの光をコリメートする。ビームスプリッタ１８は、照明リレーレンズ１７からの光を下向きに反射する。
【００２３】
上記の構成において、光源部１３から射出された広帯域波長の光は、照明開口絞り１４とコンデンサーレンズ１５とを介して、照明視野絞り１６を均一に照明する。そして、照明視野絞り１６のスリット１６ａを通過した光は、照明リレーレンズ１７を介してビームスプリッタ１８に導かれ、その反射透過面で反射した後（照明光Ｌ１）、光軸Ｏ２上の第１対物レンズ１９に導かれる。
【００２４】
第１対物レンズ１９は、ビームスプリッタ１８からの照明光Ｌ１を入射して集光する。これにより、ステージ１２上のガラスウエハ１１は、第１対物レンズ１９を透過した広帯域波長の照明光Ｌ１によって垂直に照明される（落射照明）。上記の照明光学系(１３〜１９)は、照明開口絞り１４と照明視野絞り１６を介してガラスウエハ１１の表面（物体面）を照明する手段（請求項の「照明手段」）として機能する。
【００２５】
なお、ガラスウエハ１１の表面に入射するときの照明光Ｌ１の開口数は、照明開口絞り１４の開口１４ａの形状（図１(ｂ)）によって決まる。これは、照明開口絞り１４が第１対物レンズ１９の瞳面と共役な位置関係にあるからである。第１対物レンズ１９の瞳面の近傍に結像投影された照明開口絞り１４の像を図２(ａ),(ｂ)に示す。第１実施形態では、照明開口絞り１４の開口１４ａを輪帯形状としたので、瞳面の照明開口絞り１４の像のうち、照明光Ｌ１が通過する領域１４ｂも輪帯形状となる。
【００２６】
そして、ガラスウエハ１１の表面での照明光Ｌ１の開口数は、開口数ＮＡ0(≒sinθ0)(＞０)より大きく、開口数ＮＡ1(≒sinθ1)(＞ＮＡ0)より小さくなる。開口数ＮＡ0は、請求項の「所定値」に対応する。図２(ｂ)には、開口数ＮＡ0(≒sinθ0)の光束ｍ0を実線で示し、開口数ＮＡ1(≒sinθ1)の光束ｍ1を破線で示し、その間の光束群（つまり照明光Ｌ１）を点ハッチングで示した。表面での開口数が開口数ＮＡ0(≒sinθ0)以下の光（例えば図２(ｂ)の光束ｍ2）は、不要な光であり、照明開口絞り１４の中心部で遮光されるため、表面には到達しない。表面に入射する照明光Ｌ１は、円錐形状である。
【００２７】
さらに、照明視野絞り１６と合焦状態のガラスウエハ１１の表面（物体面）とは共役な位置関係にあるため、ガラスウエハ１１の表面（物体面）には、照明視野絞り１６のスリット１６ａ（図１(ｃ)）の像が、照明リレーレンズ１７と第１対物レンズ１９の作用によって結像投影される。つまり、ガラスウエハ１１の表面のうち、スリット１６ａの像に対応する領域（以下「検出領域２８」）が、上記の照明光Ｌ１を用いて照明される。図２(ｃ)は検出領域２８を上方から見た図である。
【００２８】
図２(ｂ)には、ガラスウエハ１１の表面の検出領域２８のエッジ部ＰA（図２(ｃ)も参照）に入射する照明光Ｌ１のみを例示したが、検出領域２８の他の部分に入射する照明光Ｌ１であっても、その開口数の範囲は同じであり、開口数ＮＡ0(≒sinθ0)より大きく、開口数ＮＡ1(≒sinθ1)より小さい。すなわち、ガラスウエハ１１の表面の検出領域２８は、その全域が、開口数ＮＡ0(≒sinθ0)以下の不要な光を含まない円錐形状の照明光Ｌ１によって照明される。
【００２９】
また、ガラスウエハ１１の表面の検出領域２８は、その長手方向(図１(ｃ)のＢ方向に等価な方向)と短手方向(図１(ｃ)のＡ方向に等価な方向)が、表面上に存在するストリートパターンと４５度の角度を成すように形成される。実際の処理では、ガラスウエハ１１をステージ１２に搬送する際、ガラスウエハ１１のストリートパターンが検出領域２８の長手方向と短手方向に対して４５度の角度を成すように搬送される。このような角度関係を保つことで、オートフォーカス動作時のパターンの影響による誤差を低減できる。なお、検出領域２８の中心付近には重ね合わせマーク１１Ａが位置決めされる。
【００３０】
そして、上記した広帯域波長の照明光Ｌ１（０＜ＮＡ0＜開口数＜ＮＡ1）が照射されると、ガラスウエハ１１の検出領域２８からは、反射光Ｌ２（図１(ａ),図３(ａ)）が発生する。この反射光Ｌ２は、ガラスウエハ１１の表面のＺ位置の情報を持ち、焦点検出時の信号光として機能する。以下の説明では、反射光Ｌ２を「信号光Ｌ２」という。信号光Ｌ２は、ガラスウエハ１１の検出領域２８のうち金属膜が蒸着されている部分では十分な強度を有するが、金属膜が蒸着されていない部分では微弱なものとなってしまう。信号光Ｌ２の発生点は、照明光Ｌ１の入射点と一致する。
【００３１】
また、照明光Ｌ１（０＜ＮＡ0＜開口数＜ＮＡ1）が照射されると、検出領域２８のうち金属膜が蒸着されていない部分では、照明光Ｌ１の大部分が検出領域２８を通過して、図３(ａ)のような透過光Ｌ３となる。透過光Ｌ３は、ガラスウエハ１１の裏面に到達すると、そこで反射した後、再びガラスウエハ１１の表面を通過する。このとき表面を通過した光Ｌ４は、ガラスウエハ１１の表面のＺ位置の情報を持たないため、焦点検出時のノイズ光となる。以下の説明では、光Ｌ４を「ノイズ光Ｌ４」という。このノイズ光Ｌ４の強度は、ステージ１２のホルダの表面の材質や形状にもよるが、信号光Ｌ２の強度の５０％以上になることもある。
【００３２】
図３(ａ)には、ガラスウエハ１１の検出領域２８のエッジ部ＰA（図２(ｃ)も参照）から発生する信号光Ｌ２と、エッジ部ＰAにおける透過光Ｌ３に起因して裏面から発生するノイズ光Ｌ４とを例示したが、検出領域２８の他の部分からも同様の信号光Ｌ２が発生し、他の部分における透過光Ｌ３に起因してノイズ光Ｌ４も発生する。例えば、エッジ部ＰAとは対角に位置するエッジ部ＰB（図２(ｃ)）の場合、信号光Ｌ２とノイズ光Ｌ４は、図３(ｂ)に示すようになる。
【００３３】
さらに、ガラスウエハ１１の検出領域２８の各点（エッジ部ＰA,ＰBなど）に入射する照明光Ｌ１は円錐形状のため（ＮＡ0＜開口数＜ＮＡ1）、照明光Ｌ１の入射点（エッジ部ＰA,ＰBなど）を経て裏面から発生するノイズ光Ｌ４は、ガラスウエハ１１の表面を通過する際、それぞれ照明光Ｌ１の入射点を中心とする輪帯形状の領域ＮA,ＮB,ＮC,…（図４）を通過することになる。
【００３４】
領域ＮAは、照明光Ｌ１が検出領域２８のエッジ部ＰAに入射した場合のノイズ光Ｌ４の通過領域である。領域ＮBは、照明光Ｌ１が検出領域２８のエッジ部ＰBに入射した場合のノイズ光Ｌ４の通過領域である。領域ＮCは、照明光Ｌ１が検出領域２８の内部の点ＰCに入射した場合のノイズ光Ｌ４の通過領域である。他の入射点に対応するノイズ光Ｌ４の通過領域は図示省略したが、検出領域２８の全域に対応してノイズ光Ｌ４の通過領域が存在する。ノイズ光Ｌ４の通過領域の形状と大きさは、検出領域２８内での入射点の位置に拘わらず同じである。
【００３５】
また、ノイズ光Ｌ４の通過領域ＮA,ＮB,ＮC,…は、各々、照明光Ｌ１の開口数の下限値ＮＡ0(≒sinθ0)が小さくなると、その内径Ｒ0も小さくなる。通過領域ＮA,ＮB,ＮC,…の内径Ｒ0は、例えば図３(ｂ)に示す照明光Ｌ１の入射点（エッジ部ＰB）からノイズ光Ｌ４の通過点ＰL4までの距離に対応し、照明光Ｌ１の開口数の下限値ＮＡ0、および、ガラスウエハ１１の厚さｄと屈折率ｎを用い、次の式(１)によって近似的に表すことができる。
【００３６】
Ｒ0 ＝ ２・(ｄ/ｎ)×ＮＡ0  …(１)
そして、照明光Ｌ１の開口数の下限値ＮＡ0が小さくなり、ノイズ光Ｌ４の通過領域ＮA,ＮB,ＮC,…の内径Ｒ0が小さくなり、図４に示す通過領域ＮA,ＮB,ＮC,…が検出領域２８に重なると、ノイズ光Ｌ４が信号光Ｌ２と重なってしまう。焦点検出の際にノイズ光Ｌ４が微弱な信号光Ｌ２に重なると、図１に示す後述の焦点検出部(４０〜４８)ではフォーカス信号を正確に生成できないことがあり、ガラスウエハ１１の表面（物体面）を合焦面に一致させるオートフォーカス動作も正常に機能しなくなる。
【００３７】
そこで、本実施形態の焦点検出装置では、照明光Ｌ１によってガラスウエハ１１の裏面から発生するノイズ光Ｌ４が、表面の検出領域２８から発生する微弱な信号光Ｌ２に重ならないように（つまり検出領域２８の外側の周辺領域をノイズ光Ｌ４が通過するように）、照明光Ｌ１の条件（開口数の下限値ＮＡ0と検出領域２８の大きさ）を決定する。
具体的には、ノイズ光Ｌ４の通過領域ＮA,ＮB,ＮC,…の内径Ｒ0（図４）と、検出領域２８の最大寸法の１/２に相当する大きさｒ0が、次の条件式(２)を満足するように、照明光Ｌ１の開口数の下限値ＮＡ0と検出領域２８の大きさｒ0を決定する。検出領域２８の大きさｒ0は、検出領域２８の中心から検出領域２８の対角線上に位置するエッジ部ＰA,ＰBまでの距離に相当する。
【００３８】
２・ｒ0 ＜ Ｒ0  …(２)
上記の条件式(２)を満足する場合、検出領域２８の全域に対応するノイズ光Ｌ４の通過領域（各入射点に対応する通過領域ＮA,ＮB,ＮC,…を重ね合わせたもの）は、図５に点ハッチングで示すような形状の領域２９となる。領域２９は、検出領域２８の外側の周辺領域であり、以下「周辺領域２９」という。条件式(２)を満足するように照明光Ｌ１の条件を決定することにより、焦点検出の際にノイズ光Ｌ４が微弱な信号光Ｌ２に重なる事態を確実に回避できる。
【００３９】
上記のようにして、円錐形状の照明光Ｌ１（ＮＡ0＜開口数＜ＮＡ1）により、ガラスウエハ１１の表面の検出領域２８から発生した信号光Ｌ２と、ガラスウエハ１１の裏面から発生して周辺領域２９を通過したノイズ光Ｌ４とは、図１に示す結像光学系(１９〜２３)のうち一部の光学素子(１９,２０)を介して焦点検出部(４０〜４８)に導かれる。
結像光学系(１９〜２３)は、光軸Ｏ２に沿って順に配置された第１対物レンズ１９と第２対物レンズ２０と第１結像リレーレンズ２１と結像開口絞り２２と第２結像リレーレンズ２３とで構成されている。結像光学系(１９〜２３)の光軸Ｏ２は、Ｚ方向に平行である。なお、第１対物レンズ１９と第２対物レンズ２０との間には、照明光学系(１３〜１９)のビームスプリッタ１８が配置され、第２対物レンズ２０と第１結像リレーレンズ２１との間には、焦点検出部(４０〜４８)のビームスプリッタ４０が配置されている。ビームスプリッタ１８,４０は、光の振幅分離を行うハーフプリズムである。
【００４０】
そして、第１対物レンズ１９は、ガラスウエハ１１の検出領域２８からの信号光Ｌ２と周辺領域２９からのノイズ光Ｌ４をコリメートする。第１対物レンズ１９でコリメートされた信号光Ｌ２とノイズ光Ｌ４は、上記のビームスプリッタ１８を透過して第２対物レンズ２０に入射する。第２対物レンズ２０は、ビームスプリッタ１８からの信号光Ｌ２とノイズ光Ｌ４を集光する。
【００４１】
第２対物レンズ２０の後段に配置された焦点検出部(４０〜４８)のビームスプリッタ４０は、焦点検出部(４０〜４８)の光軸Ｏ３と結像光学系(１９〜２３)の光軸Ｏ２に対して、反射透過面が略４５°傾けられている。そして、ビームスプリッタ４０は、第２対物レンズ２０からの信号光Ｌ２とノイズ光Ｌ４の一部（Ｌ５）を反射すると共に、残りの一部（Ｌ６）を透過する。
【００４２】
ビームスプリッタ４０で反射した一部の光Ｌ５は、ガラスウエハ１１の検出領域２８から発生した信号光Ｌ２の一部（以下「信号光Ｌ５S」）と、周辺領域２９から発生したノイズ光Ｌ４の一部（以下「ノイズ光Ｌ５N」）である。
焦点検出部(４０〜４８)は、ビームスプリッタ４０の他、光軸Ｏ３に沿って順に配置されたＡＦ視野絞り４１とＡＦ第１リレーレンズ４２と平行平面板４３と瞳分割ミラー４４とＡＦ第２リレーレンズ４５とシリンドリカルレンズ４６とからなる光学系、ＡＦセンサ４７、および、信号処理部４８により構成される。
【００４３】
この焦点検出部(４０〜４８)は、上記の照明光学系(１３〜１９)と結像光学系(１９〜２３)の一部の光学素子(１９,２０)と共に、本実施形態の焦点検出装置として機能する。本実施形態の焦点検出装置は、ガラスウエハ１１の表面（物体面）がＣＣＤ撮像素子２５の撮像面に対して合焦状態にあるか否かを検出する、つまり、ガラスウエハ１１の焦点検出を行うものである。
【００４４】
焦点検出部(４０〜４８)において、ビームスプリッタ４０からの反射光Ｌ５（＝信号光Ｌ５S＋ノイズ光Ｌ５N）は、まず、ＡＦ視野絞り４１に入射する。ＡＦ視野絞り４１は、合焦状態のガラスウエハ１１の表面（物体面）と共役であり、照明視野絞り１６と共役である。そして、ＡＦ視野絞り４１の配置面には、第１対物レンズ１９と第２対物レンズ２０の集光作用によって、ガラスウエハ１１の検出領域２８の像と周辺領域２９の像（図６参照）が形成される。
【００４５】
検出領域２８の像の中心は、常に光軸Ｏ３上にあり、結像光学系(１９〜２３)の焦点面（つまり合焦面）に対するガラスウエハ１１の表面（物体面）の位置関係が変化しても、動くことはない。また、ＡＦ視野絞り４１の配置面における検出領域２８の像と周辺領域２９の像との位置関係も、ガラスウエハ１１の表面に合焦している位置の近傍では、合焦面に対する物体面の位置関係に拘わらず一定である。
【００４６】
ただし、合焦面に対する物体面の位置関係が変化すると、検出領域２８の像の輪郭のボケ具合が変化する。図６に示す検出領域２８の像は、物体面が合焦面に一致するとき(合焦状態のとき)に光軸Ｏ３の方向から見た図である。図７(ｂ)は合焦状態での検出領域２８の像の強度プロファイルであり、この場合には像の輪郭がボケていない（シャープになる）ことが分かる。図７(ａ),(ｃ)は物体面が合焦面から外れたとき(デフォーカス状態のとき)の強度プロファイルであり、この場合には像の輪郭がボケていることが分かる。
【００４７】
図７(ａ)〜(ｃ)の強度プロファイルは、ガラスウエハ１１の検出領域２８の短手方向の幅Ｄ28（図５）を８０μｍ程度とし、光学素子(１９,２０)の倍率βを１倍とし、ガラスウエハ１１の表面（物体面）のフォーカス位置を−３０μｍ,０μｍ,＋３０μｍに設定して、結像シミュレーションを行った計算結果である。図７(ａ)〜(ｃ)の横軸は、ＡＦ視野絞り４１の配置面におけるｘ方向（検出領域２８の像の短手方向）に対応する。
【００４８】
検出領域２８の像の短手方向の幅Ｄ'28は、ガラスウエハ１１の表面が合焦状態のとき（図７(ｂ)）、８０μｍ程度である。これに対し、フォーカス位置が±３０μｍ程度ずれたデフォーカス状態（図７(ａ),(ｂ)）では、像の輪郭が少しボケるため、その幅Ｄ'28が１００μｍ程度まで（つまり合焦状態の１.２５倍程度に）広がる。デフォーカス状態での検出領域２８の像を図６に点線枠で示した。
【００４９】
そして、ＡＦ視野絞り４１は、デフォーカス状態での検出領域２８の像の広がりを考慮し、検出領域２８の像より大きく、且つ、周辺領域２９の像より小さくなるように、その最大寸法の１/２に相当する大きさａ(図６参照)が決定される。つまり、光学素子(１９,２０)の倍率β、ガラスウエハ１１での検出領域２８の大きさｒ0(ｍｍ)、照明光Ｌ１の開口数の下限値ＮＡ0、ガラスウエハ１１の厚さｄ(ｍｍ)と屈折率ｎを用いて、次の条件式(３)を満足するように、ＡＦ視野絞り４１の大きさａ(ｍｍ)が決定される。
【００５０】
１.３×β×ｒ0  ＜  ａ  ＜  β×(ｄ/ｎ)×ＮＡ0  …(３)
本実施形態では、ＡＦ視野絞り４１が検出領域２８の像と相似形（つまり照明視野絞り１６と相似形）であり、検出領域２８の像の対角線を延長した線分がＡＦ視野絞り４１の対角線となる。そして、ＡＦ視野絞り４１の大きさａ(ｍｍ)は、ＡＦ視野絞り４１の中心からＡＦ視野絞り４１の対角線上に位置するエッジ部ＱA,ＱBまでの距離に相当する。
【００５１】
上記の条件式(３)の下限値（１.３×β×ｒ0）は、デフォーカス状態での広がりを考慮した検出領域２８の像の大きさであり、合焦状態での大きさ（β×ｒ0）の１.３倍に相当する。また、条件式(３)の上限値（β×(ｄ/ｎ)×ＮＡ0）は、周辺領域２９の像の大きさであり、検出領域２８の像とＡＦ視野絞り４１の対角線を延長した線分が、周辺領域２９のエッジと交差する点ＱC,ＱDの間隔の１/２に相当する。
【００５２】
上記の条件式(３)を満足する場合、ＡＦ視野絞り４１の配置面における検出領域２８の像と周辺領域２９の像とは、ガラスウエハ１１の合焦状態やデフォーカス状態に拘わらず、常に、分離した状態で保たれ、重なることはない。さらに、検出領域２８の像は、常に、ＡＦ視野絞り４１の内側に形成される。また、周辺領域２９の像は、常に、ＡＦ視野絞り４１の外側に形成される。
【００５３】
このため、ＡＦ視野絞り４１は、常に、周辺領域２９の像を遮断し、周辺領域２９からのノイズ光Ｌ５Nを遮断する。さらに、ＡＦ視野絞り４１は、常に、検出領域２８の像を遮断せずに、検出領域２８からの信号光Ｌ５Sを選択的に通過させる。なお、ＡＦ視野絞り４１と第１対物レンズ１９と第２対物レンズ２０は、総じて、請求項の「選択手段」に対応する。光学素子(１９,２０)は、請求項の「結像部」に対応する。ＡＦ視野絞り４１は、請求項の「視野絞り」に対応する。
【００５４】
ここで、光学素子(１９,２０)の倍率β＝２０、検出領域２８の大きさｒ0＝０.１１(ｍｍ)、照明光Ｌ１の開口数の下限値ＮＡ0＝０.１８、上限値ＮＡ1＝０.２７、ガラスウエハ１１の厚さｄ＝１.２(ｍｍ)、屈折率ｎ＝１.５の場合には、ＡＦ視野絞り４１の大きさａ＝２.８７(ｍｍ)とすることが好ましい。ただし、照明光Ｌ１の開口数の下限値ＮＡ0が大きくなると、ＡＦ視野絞り４１の大きさａの許容範囲（条件式(３)の範囲）も広がるため、その範囲内で適切に大きさａを設定すればよい。
【００５５】
ＡＦ視野絞り４１を通過した信号光Ｌ５S（図１）は、ＡＦ第１リレーレンズ４２によってコリメートされ、平行平面板４３を透過して、瞳分割ミラー４４に入射する。瞳分割ミラー４４上には、照明開口絞り１４の像が形成される。平行平面板４３は、照明開口絞り１４の像を瞳分割ミラー４４の中心に位置調整するための光学素子であり、チルト調整が可能な機構になっている。
【００５６】
瞳分割ミラー４４に入射した信号光Ｌ５Sは、そこで２方向の光に振幅分離（つまり２分割）された後、ＡＦ第２リレーレンズ４５とシリンドリカルレンズ４６を介して、ＡＦセンサ４７の撮像面４７ａの近傍に集光される。このとき、ＡＦセンサ４７の撮像面４７ａには、計測方向（Ｓ方向）に沿って離れた位置に、ＡＦ視野絞り４１の像（照明視野絞り１６の最終像）が２つ形成される。２つの絞り像は、シリンドリカルレンズ４６の屈折力によって非計測方向（Ｓ方向に垂直な方向）に圧縮された形状となる。
【００５７】
ここで、ＡＦセンサ４７の撮像面４７ａにおける計測方向（Ｓ方向）は、上記した瞳分割ミラー４４による２分割の方向と等価であり、ＡＦ視野絞り４１の配置面（図６）における計測方向（ｘ方向）と等価である。また、ＡＦセンサ４７の撮像面４７ａにおける非計測方向（Ｓ方向に垂直な方向）は、ＡＦ視野絞り４１の配置面における非計測方向（ｙ方向）と等価である。
【００５８】
ＡＦセンサ４７の撮像面４７ａにおける２つの絞り像は、合焦面に対する物体面の位置関係が変化すると、その間隔が変化する。そして、物体面が合焦面より下側(−側)にデフォーカスした前ピン状態ほど互いに接近し、物体面が合焦面より上側(＋側)にデフォーカスした後ピン状態ほど互いに離れる。つまり、ステージ１２をＺ方向に上下させ、物体面と合焦面との位置関係を変化させると、２つの絞り像は、ＡＦセンサ４７の撮像面４７ａの計測方向（Ｓ方向）に沿って近づいたり離れたりする。つまり、２つの絞り像の間隔が変化する。
【００５９】
ＡＦセンサ４７には、例えばラインセンサが用いられる。ＡＦセンサ４７の撮像面４７ａには複数の画素が１次元配列されている。撮像面４７ａにおける画素の配列方向は、計測方向（Ｓ方向）に平行である。ＡＦセンサ４７は、撮像面４７ａ上の２つの絞り像を撮像すると、２つの絞り像の強度プロファイルに関する撮像信号を、後段の信号処理部４８に出力する。
【００６０】
信号処理部４８は、２つの絞り像の間隔ΔＬを求める。そして、予め記憶している合焦状態での間隔ΔＬｏとの差（つまり[ΔＬ−ΔＬｏ]または[ΔＬｏ−ΔＬ]）を求め、フォーカス信号を生成する。なお、上記の光学素子(４２〜４６)とＡＦセンサ４７と信号処理部４８とは、総じて、ＡＦ視野絞り４１を通過した信号光Ｌ５Sに基づいてフォーカス信号を生成する手段（請求項の「生成手段」）として機能する。
【００６１】
フォーカス信号は、ガラスウエハ１１の表面（物体面）と合焦面との位置関係に応じた信号であり、物体面を合焦面に一致させるための制御信号としてステージ制御部２７に出力される。２つの絞り像の間隔ΔＬは、合焦面に対する物体面の位置関係が変化すると、この変化に比例して線形的に増減する。
したがって、２つの絞り像の間隔ΔＬと合焦状態での間隔ΔＬｏとの差から生成したフォーカス信号は、物体面の正確なオフセット（デフォーカス量）を表す制御信号となる。そして、このフォーカス信号を用い、物体面を合焦面に一致させることができる（オートフォーカス動作）。このとき、物体面（ガラスウエハ１１の表面）はＣＣＤ撮像素子２５の撮像面に対して合焦状態に位置決めされたことになる。
【００６２】
本実施形態の焦点検出装置では、円錐形状の照明光Ｌ１（ＮＡ0＜開口数＜ＮＡ1）によりガラスウエハ１１の検出領域２８を照明すると共に、検出領域２８からの信号光Ｌ２と周辺領域２９からのノイズ光Ｌ４とが重ならないように照明光Ｌ１の条件（開口数の下限値ＮＡ0と検出領域２８の大きさｒ0）を決定し、さらに、ＡＦ視野絞り４１の大きさａを検出領域２８の像より大きく且つ周辺領域１９より小さく設定するため、ガラスウエハ１１の裏面から発生するノイズ光Ｌ４を確実に除去することができる。
【００６３】
また、本実施形態の焦点検出装置では、照明光学系(１３〜１９)に適切な形状と大きさの照明開口絞り１４と照明視野絞り１６とを設け、焦点検出部(４０〜４８)に適切な形状と大きさのＡＦ視野絞り４１を設けるため、比較的簡易に、ガラスウエハ１１の裏面からのノイズ光を確実に除去できる。
さらに、本実施形態の焦点検出装置では、デフォーカス状態での検出領域２８の像の広がりを考慮してＡＦ視野絞り４１の大きさａを決定し（条件式(３)）、大きさａの下限値を１.３×β×ｒ0としたので、ＡＦ視野絞り４１を通過した信号光Ｌ５S（図１）の強度が極端に落ち込む事態を回避できる。その結果、ほぼ一定の光強度の信号光Ｌ５Sを用いて、精度よくフォーカス信号を生成することができる。
【００６４】
また、本実施形態の焦点検出装置では、ガラスウエハ１１の裏面からのノイズ光を確実に除去できるため、ガラスウエハ１１の検出領域２８の中に金属膜の蒸着されていない部分が含まれている場合でも、常にＳ/Ｎ比の高い信号光Ｌ５Sを用いて正確なフォーカス信号を生成することができる。したがって、オートフォーカス動作を常に正常に機能させることができ、ガラスウエハ１１に形成されたマークの位置を高精度に検出する際、常に良好な合焦状態を実現でき、装置の対応能力を向上させることができる。
【００６５】
本実施形態の焦点検出装置を備えた重ね合わせ測定装置１０（図１）では、上記オートフォーカス動作の後、ガラスウエハ１１に形成されたマークの位置検出が高精度に行われる。この場合、上記のビームスプリッタ４０を透過した一部の光Ｌ６は、１次結像面１０ａに集光された後、結像光学系(１９〜２３)の第１結像リレーレンズ２１に導かれる。
第１結像リレーレンズ２１は、ビームスプリッタ４０からの光Ｌ６をコリメートする。結像開口絞り２２は、第１対物レンズ１９の瞳面と共役な面に配置され、第１結像リレーレンズ２１からの光の径を特定の径に制限する。第２結像リレーレンズ２３は、結像開口絞り２２からの光をＣＣＤ撮像素子２５の撮像面(２次結像面)上に再結像する。結像光学系(１９〜２３)では、視野領域内にガラスウエハ１１の重ね合わせマーク１１Ａが位置決めされているとき、そのマークの像をＣＣＤ撮像素子２５の撮像面に形成する。
【００６６】
ＣＣＤ撮像素子２５は、複数の画素が２次元配列されたエリアセンサであり、その撮像面が結像光学系(１９〜２３)の像面と一致するように配置され、ガラスウエハ１１上の重ね合わせマーク１１Ａの像を撮像して、画像信号を画像処理部２６に出力する。画像信号は、ＣＣＤ撮像素子２５の撮像面における各画素ごとの輝度値に関する分布（輝度分布）を表している。
【００６７】
画像処理部２６は、ＣＣＤ撮像素子２５からの画像信号に基づいて、ガラスウエハ１１上の重ね合わせマーク１１Ａの画像を取り込み、その画像に対して重ね合わせ検査用の画像処理を施す。そして、ガラスウエハ１１の重ね合わせ検査（下地パターンに対するレジストパターンの重ね合わせ状態の検査）を行う。重ね合わせ検査では、重ね合わせマーク１１Ａのレジストマークと下地マークの位置検出や、重ね合わせマーク１１Ａの重ね合わせ量の計測が行われる。なお、画像処理部２６を介して、不図示のテレビモニタよる観察も可能である。
（第２実施形態）
ここでは、第２実施形態の焦点検出装置について、図８に示す重ね合わせ測定装置５０を例に説明する。重ね合わせ測定装置５０では、上記の照明開口絞り１４の代わりに照明開口絞り５１を設け、瞳分割ミラー４４の近傍にＡＦ開口絞り５２を設けている。その他の構成は、上記の重ね合わせ測定装置１０と同様であるため、その説明を省略する。
【００６８】
照明開口絞り５１の開口５１ａは、図８(ｂ)に示す通り、円形状である。このため、ガラスウエハ１１の表面に入射する照明光Ｌ１には、開口数がＮＡ0(≒sinθ0)以下の不要な光が混入することになる。つまり、第２実施形態の焦点検出装置では、開口数がＮＡ0以下の不要な光を混入させた状態で、不要な光と照明光Ｌ１を用いてガラスウエハ１１の検出領域２８を照明する。
【００６９】
この場合、ガラスウエハ１１から光学素子(１９,２０)を介して焦点検出部(４０〜４８)に導かれる光には、円錐形状の照明光Ｌ１（ＮＡ0＜開口数＜ＮＡ1）により、ガラスウエハ１１の表面の検出領域２８から発生した信号光Ｌ２と、ガラスウエハ１１の裏面から発生して周辺領域２９を通過したノイズ光Ｌ４の他、不要な光（開口数≦ＮＡ0）により、検出領域２８から発生した光と、裏面から発生して検出領域２８や周辺領域２９を通過した光が含まれる。
【００７０】
焦点検出部(４０〜４８)のＡＦ視野絞り４１は、これらの光のうち、不要な光（開口数≦ＮＡ0）によって裏面から発生した光の一部を上記のノイズ光Ｌ５Nと共に遮断し、残りの一部を信号光Ｌ５Sと共に選択的に通過させる。このとき、不要な光（開口数≦ＮＡ0）によって検出領域２８から発生した光も、信号光Ｌ５Sと共に選択的にＡＦ視野絞り４１を通過する。
【００７１】
そしてＡＦ視野絞り４１を通過した光（＝信号光Ｌ５S＋不要な光によって裏面から発生した光の一部＋不要な光によって検出領域２８から発生した光）は、ＡＦ第１リレーレンズ４２と平行平面板４３を通過した後、ＡＦ開口絞り５２に入射する。ＡＦ開口絞り５２は、第１対物レンズ１９の瞳面と共役な位置関係にあり、照明開口絞り１４と共役である。ＡＦ開口絞り５２の開口５２ａは、図８(ｃ)に示す輪帯形状である。
【００７２】
したがって、ＡＦ視野絞り４１を通過した光のうち、ガラスウエハ１１の表面での開口数がＮＡ0(≒sinθ0)以下の光（＝不要な光によって裏面から発生した光の一部＋不要な光によって検出領域２８から発生した光）は、ＡＦ開口絞り５２の中心部で遮光されて、後段の瞳分割ミラー４４に入射することはない。
瞳分割ミラー４４には、信号光Ｌ５Sのみが導かれる。このように、輪帯形状のＡＦ開口絞り５２によって、信号光Ｌ５Sに混入している低ＮＡの光を遮光することができる。ＡＦ開口絞り５２を通過した信号光Ｌ５Sは、上記と同様、瞳分割ミラー４４で２分割された後、ＡＦ第２リレーレンズ４５とシリンドリカルレンズ４６を介して、ＡＦセンサ４７の撮像面４７ａの近傍に集光される。
【００７３】
したがって、第２実施形態の焦点検出装置でも、ガラスウエハ１１の裏面から発生するノイズ光Ｌ４を確実に除去することができ、常にＳ/Ｎ比の高い信号光Ｌ５Sを用いて正確なフォーカス信号を生成できる。その結果、オートフォーカス動作を常に正常に機能させることができ、ガラスウエハ１１に形成されたマークの位置を高精度に検出する際、常に良好な合焦状態を実現でき、装置の対応能力を向上させることができる。
（変形例）
なお、上記した実施形態では、ガラスウエハ１１の焦点検出を行う例で説明したが、本発明はこれに限定されない。その他、焦点検出時の照明光Ｌ１に対して透明な基板であれば、本発明を用いることにより裏面からのノイズ光を確実に除去でき、良好な焦点検出を行うことができる。
【００７４】
さらに、上記した実施形態では、照明視野絞り１６とＡＦ視野絞り４１とが矩形開口を有する例で説明したが、本発明はこれに限定されない。照明視野絞り１６とＡＦ視野絞り４１が円形開口を有する場合にも同様の効果を得ることができる。この場合、上記のＡＦ視野絞り４１の大きさａ(ｍｍ)は、ＡＦ視野絞り４１の円形開口の半径に対応する。また、照明視野絞り１６の円形開口の像に対応する検出領域２８も円形状であり、検出領域２８の大きさｒ0(ｍｍ)は、その半径に対応する。
【００７５】
また、上記した実施形態では、重ね合わせ測定装置１０,５０に組み込まれた焦点検出装置を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。ガラスウエハ１１などの透明基板の同じ層に形成された２つのマークの位置ずれ量を測定する装置や、単一のマークとカメラの基準位置との光学的位置ずれを検出する装置や、単一のマークの位置を検出する装置や、ガラスウエハ１１などの透明基板に対する露光工程の前に透明基板のアライメントを行う装置（つまり露光装置のアライメント系）に組み込まれた焦点検出装置にも、本発明を適用できる。アライメント系では、下地層に形成されたアライメントマークの位置を検出し、その検出結果とステージ座標系（干渉計など）との位置関係を求める。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】重ね合わせ測定装置１０に組み込まれた第１実施形態の焦点検出装置の構成を示す図である。
【図２】第１対物レンズ１９の瞳面の近傍に結像投影された照明開口絞り１４の像と、ガラスウエハ１１の表面の検出領域２８とを説明する図である。
【図３】検出領域２８から発生した信号光Ｌ２と、裏面から発生したノイズ光Ｌ４とを説明する図である。
【図４】照明光Ｌ１の入射点を中心とする輪帯形状の領域ＮA,ＮB,ＮC,…（ノイズ光Ｌ４の通過領域）を説明する図である。
【図５】検出領域２８の全域に対応するノイズ光Ｌ４の通過領域を説明する図である。
【図６】ＡＦ視野絞り４１の配置面に形成された検出領域２８の像と周辺領域２９の像を説明すると共に、ＡＦ視野絞り４１の大きさａを説明する図である。
【図７】検出領域２８の像の強度プロファイルを説明する図である。
【図８】重ね合わせ測定装置５０に組み込まれた第２実施形態の焦点検出装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７７】
１０，５０  重ね合わせ測定装置
１１  ガラスウエハ
１２  ステージ
１３  光源部
１４，５１  照明開口絞り
１５  コンデンサーレンズ
１６  照明視野絞り
１７  照明リレーレンズ
１８，４０  ビームスプリッタ
１９  第１対物レンズ
２０  第２対物レンズ
２１  第１結像リレーレンズ
２２  結像開口絞り
２３  第２結像リレーレンズ
２５  ＣＣＤ撮像素子
２６  画像処理部
２７  ステージ制御部
２８  検出領域
２９  周辺領域
４１  ＡＦ視野絞り
４２  ＡＦ第１リレーレンズ
４３  平行平面板
４４  瞳分割ミラー
４５  ＡＦ第２リレーレンズ
４６  シリンドリカルレンズ
４７  ＡＦセンサ
４８  信号処理部
５２  ＡＦ開口絞り
【図１】
2006184777.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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