(57)【要約】【課題】比較的簡単かつ高精度に被測定面の位置を測定することが可能な測定装置及び露光装置を提供する。【解決手段】被測定面の位置を測定する測定装置１００は、光源１１２からの広帯域光を分離して一方を計測光として被測定面に導き、他方を参照光として参照面に導く投光光学系１２０と、計測光と参照光とを合成して両者の干渉光を検出する受光光学系１３０と、を有し、投光光学系１２０と受光光学系１３０は全体として複数のビームスプリッタ１２５、１３２を有し、各ビームスプリッタは、参照光が複数のビームスプリッタ１２５、１３２において反射及び透過する回数と、計測光が複数のビームスプリッタ１２５、１３２において反射及び透過する回数と、が等しくなるように配置されている。【選択図】図７
2010127670.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定面の位置を測定する測定装置であって、
光源からの広帯域光を分離して一方を計測光として前記被測定面に導き、他方を参照光として参照面に導く投光光学系と、
前記被測定面に入射して反射した前記計測光と前記参照面に入射して反射した前記参照光とを合成して前記計測光と前記参照光の干渉光を検出する受光光学系と、
を有し、
前記投光光学系と前記受光光学系は複数のビームスプリッタを有し、
各ビームスプリッタは、前記参照光が前記複数のビームスプリッタにおいて反射及び透過する回数と、前記計測光が前記複数のビームスプリッタにおいて反射及び透過する回数と、が等しくなるように配置されていることを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記複数のビームスプリッタの数は偶数であることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
各ビームスプリッタは、ペリクル型ビームスプリッタであることを特徴とする請求項１又は２に記載の測定装置。
【請求項４】
各ビームスプリッタは、半透膜と接着層の積層構造を有し、
前記複数のビームスプリッタは、前記参照光又は前記計測光を反射する場合において、前記半透膜側から入射した前記参照光の反射回数と、前記半透膜側から入射した前記計測光の反射回数と、が等しく、かつ、前記接着層側から入射した前記参照光の反射回数と、前記接着層側から入射した前記計測光の反射回数と、が等しくなるように配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の測定装置。
【請求項５】
前記複数のビームスプリッタは、前記参照光又は前記計測光を透過する場合において、前記半透膜側から入射した前記参照光の透過回数と、前記半透膜側から入射した前記計測光の透過回数と、が等しく、かつ、前記接着層側から入射した前記参照光の透過回数と、前記接着層側から入射した前記計測光の透過回数と、が等しくなるように配置されていることを特徴とする請求項４に記載の測定装置。
【請求項６】
前記複数のビームスプリッタの数は２つのビームスプリッタを含み、
前記参照光と前記計測光の一方が前記２つのビームスプリッタの一方の半透膜に入射して透過する際の前記一方の半透膜に対する入射角度と前記参照光と前記計測光の他方が前記２つのビームスプリッタの他方の半透膜に入射して透過する際の前記他方の半透膜に対する入射角度は等しく、かつ、前記参照光と前記計測光の前記一方が前記２つのビームスプリッタの前記他方の前記半透膜に入射して反射する際の入射角度と前記参照光と前記計測光の前記他方が前記２つのビームスプリッタの前記一方の前記半透膜に入射して反射する際の入射角度は等しくなるように、各ビームスプリッタは配置されていることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項７】
前記投光光学系は、前記計測光を前記被測定面に斜めに入射させ、前記参照光を参照ミラーに斜めに入射させることを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の測定装置。
【請求項８】
被測定面の位置を測定する測定装置であって、
光源からの広帯域光を分離して一方を計測光として前記被測定面に垂直に導き、他方を参照光として参照面に垂直に導く投光光学系と、
前記被測定面に入射して反射した前記計測光と前記参照面に入射して反射した前記参照光とを合成して前記計測光と前記参照光の干渉光を検出する受光光学系と、
を有し、
前記投光光学系と前記受光光学系は一つのペリクル型ビームスプリッタを共有することを特徴とする測定装置。
【請求項９】
原板のパターンの像を基板に露光する露光装置であって、
前記基板を支持及び駆動する基板ステージと、
前記基板の表面の位置を測定する請求項１〜８のうちいずれか一項に記載の測定装置と、
前記測定装置の測定結果に基づいて前記基板ステージによる駆動を制御する制御部と、
を有することを特徴とする露光装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
露光された基板を現像するステップと、
を有することを特徴とするデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定装置及び露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
露光装置において、基板表面の高さ方向の位置を検出するフォーカス検出系が通常使用する光学式センサは、基板のレジストの下層にある金属層の反射の影響を受けてレジスト表面の位置を金属層の位置と誤計測し易い。そこで、近年、白色干渉方式を利用して基板表面の位置を測定する測定装置が提案されている。白色干渉方式を利用すると、金属層の反射の影響を受けずに基板表面（レジスト表面）の位置を測定することができる。
【０００３】
白色干渉計では、光源からの白色光をビームスプリッタで分離して一方を計測光として被測定面に導き、他方を参照光として参照面に導き、両面からの反射光を別のビームスプリッタで合成する。この結果、計測光はビームスプリッタを２回透過し、参照光はビームスプリッタを２回反射する。しかしながら、反射位相と透過位相が異なること、及び他の光学系の誤差により検出される白色干渉信号に歪みが発生する。そこで、これを解決するため、特許文献１はビームスプリッタの透過光路の長波長屈折率と短波長屈折率の光路長差とビームスプリッタの反射光路の長波長屈折率と短波長屈折率の光路長差を等しくして白色干渉信号を改善する方法を開示している。
【０００４】
その他の従来技術としては特許文献２がある。
【特許文献１】特開平０７−１９８３１８号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２００７／００８６０１３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のように透過光路と反射光路の光路長差を補正する方法は煩雑で製造コストの増加と歩留まりの低下をもたらす。
【０００６】
そこで、本発明は、比較的簡単かつ高精度に被測定面の位置を測定することが可能な測定装置及び露光装置を提供することを例示的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面としての測定装置は、被測定面の位置を測定する測定装置であって、光源からの広帯域光を分離して一方を計測光として前記被測定面に導き、他方を参照光として参照面に導く投光光学系と、前記被測定面に入射して反射した前記計測光と前記参照面に入射して反射した前記参照光とを合成して前記計測光と前記参照光の干渉光を検出する受光光学系と、を有し、前記投光光学系と前記受光光学系は複数のビームスプリッタを有し、各ビームスプリッタは、前記参照光が前記複数のビームスプリッタにおいて反射及び透過する回数と、前記計測光が前記複数のビームスプリッタにおいて反射及び透過する回数と、が等しくなるように配置されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の別の側面としての露光装置は、原板のパターンの像を基板に露光する露光装置であって、前記基板を支持及び駆動する基板ステージと、前記基板の表面の位置を測定する上述の測定装置と、前記測定装置の測定結果に基づいて前記基板ステージによる駆動を制御する制御部と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、比較的簡単かつ高精度に被測定面の位置を測定することが可能な測定装置及び露光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は本実施例の露光装置のブロック図である。本実施例の露光装置は、ステップアンドスキャン方式を利用するが、本発明はステップアンドリピート方式の露光装置にも適用可能である。図１において、Ｙ方向は走査方向であり、Ｘ方向は走査方向に直交する非走査方向である。Ｚ方向はＸＹ平面に垂直な方向であり、投影光学系の光軸方向に平行な方向である。また、Ｘ軸を回転軸とする方向をωＸ方向、Ｙ軸を回転軸とする方向をωＹ方向とする。
【００１１】
露光装置は、照明装置１０、原板ステージ２０、投影光学系３０、基板ステージ４０、フォーカス検出系５０、制御部６０、測定装置１００を有する。露光装置は、光源からの光束を利用して投影光学系３０を介して原板Ｍのパターンの像を基板Ｗに露光する投影露光装置である。
【００１２】
照明装置１０は原板Ｍを照明する機能を有し、露光用の光束を射出する光源と、原板Ｍを均一に照明する照明光学系と、を有する。原板（マスク又はレチクル）Ｍは、露光されるパターンを有する。
【００１３】
原板ステージ２０は、原板Ｍを支持し、少なくとも走査方向であるＹ方向に原板ステージ２０を駆動する不図示の駆動機構が設けられている。
【００１４】
投影光学系３０は、原板Ｍと基板Ｗとを光学的に共役な関係に維持し、原板パターンの像を基板Ｗに投影する。
【００１５】
基板Ｗはフォトレジストが塗布されているウエハや液晶基板などである。基板Ｗは、フォーカス検出系５０及び測定装置１００によってその表面（被測定面）のＺ方向の位置が測定される被検体である。
【００１６】
基板ステージ４０は、基板Ｗを支持してこれをＸＹＺの各軸の方向及び各軸周りの方向に駆動する。基板ステージ４０には基準プレート４２が搭載されている。基準プレート４２は、オプティカルフラットと呼ばれる面精度の良いガラス板などが使用され、その表面は反射率分布のない均一な領域である。基準プレート４２は、露光装置の他のキャリブレーション用（例えばアライメント検出計用や、投影光学系の評価用）に必要な各種較正用マークを設けたプレートの一部を使用するようにしてもよい。
【００１７】
フォーカス検出系５０は、基板ＷのＺ方向の位置又は表面形状を検出する。本実施例のフォーカス検出系５０は光学式センサを利用し、測定装置１００とは異なる構成を有する。即ち、フォーカス検出系５０は、投光部からの光（斜入射光）でパターンを照明してその像を基板Ｗに結像し、基板Ｗからの反射光をＣＣＤなどの受光部で計測する。なお、フォーカス検出系５０は、光学式センサの代わりに、エアゲージ、キャパシタンスゲージ、近接プローブを使用してもよい。
【００１８】
制御部６０は、露光装置の各部を制御すると共に、フォーカス検出系５０による検出結果に基づいて基板ステージ４０の駆動を制御してフォーカス制御を行う。また、制御部６０は、測定装置１００の測定結果に基づいてフォーカス検出系５０の検出結果を較正する。制御部６０には記憶部６２が接続されている。
【００１９】
測定装置１００は、基板Ｗ（被検体）の表面（被測定面）のＺ方向の位置（又は表面形状）、ＸＹ面内の所定領域の平均的な高さ、平均的な傾き情報（ωｘ、ωｙ）を測定する。更に、基板Ｗ上に複数の薄膜が形成されている場合は、最上面の薄膜表面、各薄膜の界面、あるいは、基板そのものの高さ情報のいずれかを計測するものである。
【００２０】
このようにフォーカス検出系５０と測定装置１００は共に基板Ｗの表面位置を計測するが、フォーカス検出系５０の方が応答性が良く測定装置１００の方がパターンによる騙されが少ない。
【００２１】
図２は、測定装置１００の光路図である。照明装置１１０と、投光光学系１２０と、ステージ系と、受光光学系１３０と、データ処理系１４０と、を有する。照明装置１１０、投光光学系１２０、ステージ系、受光光学系１３０は干渉計を構成し、データ処理系１４０はコンピュータとして実現可能である。
【００２２】
照明装置１１０は、光源１１２と照明光学系を有する。
【００２３】
光源１１２は、広帯域な波長幅の光を発するＬＥＤ（所謂白色ＬＥＤを含む）やハロゲンランプを適用することができ、狭帯域な波長幅の異なる発光波長のレーザーを複数合成してもよい。光源１１２の波長帯域は、４００ｎｍから８００ｎｍが好ましいが、この範囲に限定されず、１００ｎｍ以上の帯域が好ましく、基板Ｗ上にレジストが構成さている場合は、レジストの感光を防ぐために３５０ｎｍよりも高いことが好ましい。光の偏光状態は、無偏光または円偏光の状態にしている。
【００２４】
照明光学系は、発生した光を集光するコンデンサーレンズ１１４と基板Ｗに光を照射するスリット板１１６を含む。スリット板１１６には、５０μｍのスリット幅で長さ７００μｍ（Ｘ方向）の矩形状の透過領域（スリット）が設けられている。透過領域は、矩形に限らず円形、ピンホールとしてもよい。基板Ｗの計測領域に応じてスリットの大きさを変更してもよい。スリットは透過領域に限らず、金属板などにスリット形状の光透過領域を設けたものを用いてもよい。
【００２５】
投光光学系１２０は、光束の方向を変更させるプリズム型ミラー１２１、凹面ミラー１２２、凸面ミラー１２３、開口絞り１２４、光を分岐するビームスプリッタ１２５を有する。
【００２６】
照明光学系を構成できる十分なスペースがある場合には、プリズム型ミラー１２１を設ける必要はない。
【００２７】
凹面ミラー１２２と凸面ミラー１２３は、それぞれの曲率中心を同心円の関係とした、いわゆるオフナー型と呼ばれる配置関係にしてもよい。更に、凹面ミラー１２２の曲率（Ｒ凹）と凸面ミラー１２３の曲率（Ｒ凸）の関係をＲ凸＝Ｒ凹／２とし、それぞれの曲率中心を非同心円の関係としてもよい。
【００２８】
また、反射膜などにより凸面ミラー１２３の反射領域を制限することにより、開口絞り１２４の代替としてもよい。
【００２９】
ビームスプリッタ１２５は、凹面ミラー１２２からの光を分離する。ビームスプリッタ１２５は、分離された光の一方（ほぼ半分の光量の光）を透過して計測光として基板Ｗの被測定面に導き、分離された光の他方（ほぼ半分の光量の光）を反射して参照光として参照ミラー１３１の参照面に導く。
【００３０】
基板Ｗと参照ミラー１３１への光の入射角度はθで等しい。基板Ｗへの入射角度θが大きくなると、基板上の薄膜表面からの反射率が薄膜の裏面からの反射率に対して強くなるので、薄膜表面の形状を測定する場合は入射角度θが大きいほど好ましい。一方、入射角度θが９０度に近くなると、光学系の組立てが難しくなる。以上から、入射角度θは、７０度から８５度が好ましい。
【００３１】
本実施例は、ビームスプリッタ１２５として１μｍから５μｍ程度の厚さの薄い膜（材質はＳｉＣやＳｉＮなど）で構成されるペリクル型ビームスプリッタを使用している。ペリクル型ビームスプリッタは半透膜を有するが、接着層は有しない。
【００３２】
ステージ系は、基板Ｗを保持する不図示のウエハチャックと基板Ｗを駆動する基板ステージ４０を有する。基板ステージ４０の位置は不図示のレーザー干渉計を利用して測定することができる。
【００３３】
受光光学系１３０は、参照ミラー１３１、ビームスプリッタ１３２、プリズム型ミラー１３３、凹面ミラー１３４、凸面ミラー１３５、開口絞り１３６、プリズム型ミラー１３７及び光電変換素子１３８を有する。
【００３４】
参照ミラー１３１は、面精度が１０ｎｍから２０ｎｍ程度のアルミ平面ミラーや、同様の面精度を持つ、ガラス平面ミラーなどを使用することができる。
【００３５】
ビームスプリッタ１３２は、基板Ｗの表面（被測定面）に入射してそこで反射した計測光と参照ミラー１３１の表面（参照面）に入射してそこで反射した参照光とを合成（合波）する。本実施例は、ビームスプリッタ１３２として１μｍから５μｍ程度の厚さの薄い膜（材質はＳｉＣやＳｉＮなど）で構成されるペリクル型ビームスプリッタを使用している。ペリクル型ビームスプリッタは接着層がないので、接着層が透過位相と反射位相に与える影響を考慮する必要はない。
【００３６】
本実施例では、ビームスプリッタ１２５と１３２は、同じ厚さと材質を使用しているため、波長に対する反射強度と反射位相は同じ特性であり、かつ、波長に対する透過強度と透過位相は同じ特性である。
【００３７】
凹面ミラー１３４と凸面ミラー１３５は、両側テレセントリックな結像光学系を構成し、基板Ｗの表面を光電変換素子１３８の受光面に結像させる。凹面ミラー１３４と凸面ミラー１３５の配置も凹面ミラー１２２と凸面ミラー１２３の配置と同様にすることができる。
【００３８】
開口絞り１３６は、凹面ミラー１３４と凸面ミラー１３５からなる結像光学系の瞳位置に配置され、結像光学系の開口数（ＮＡ）をｓｉｎ（０．１度）からｓｉｎ（５度）程度の非常に小さなＮＡに絞っている。反射膜などにより凸面ミラー１３５の反射領域を制限することにより、開口絞り１３６の代替としてもよい。
【００３９】
プリズム型ミラー１３３、１３７は光束の方向を変更する偏向部材である。光電変換素子１３８を構成できる十分なスペースがある場合には、プリズム型ミラー１３３、１３７を設ける必要はない。
【００４０】
光電変換素子１３８は、計測光と参照光によって形成される干渉光（干渉縞）を検出する。光電変換素子１３８は、フォトディテクターなどの光量検出素子、１次元ラインセンサ（フォトディテクターアレイ、ＣＣＤラインセンサ、ＣＭＯＳラインセンサなど）、２次元センサ（２次元ＣＣＤ、２次元ＣＭＯＳなど）などを使用することができる。１次元ラインセンサや２次元ラインセンサを使用すると、１回の計測にて検出可能な基板Ｗの計測領域が増加し、測定時間を短縮することができる。
【００４１】
ビームスプリッタにおいてはその半透膜の特性から、透過光と反射光に位相差が生じる。従来は、被測定面からの計測光がビームスプリッタを２回透過し、参照面からの参照光がビームスプリッタを２回反射するように２つのビームスプリッタを配置していた。しかし、これでは、計測光と参照光は各波長で位相が異なり、光電変換素子１３８が出力する白色信号波形は、図３に示すように、歪んでしまう。それを解決するために、特許文献１のように、ビームスプリッタの透過光路の長波長屈折率と短波長屈折率の光路長差とビームスプリッタの反射光路の長波長屈折率と短波長屈折率の光路長差を等しくすることは困難である。
【００４２】
この点、図４に示すように、投光光学系１２０と受光光学系１３０が一つのビームスプリッタを共有し、計測光と参照光のそれぞれがビームスプリッタを１回ずつ反射及び透過するように構成することも考えられる。しかし、図４においては、参照光と計測光はビームスプリッタ２００の半透膜２１０の異なる面より入射して反射している。このため、半透膜２１０の構成と接着剤２２０の影響により、参照光と計測光の位相に差異が生じ、白色信号波形に図３に示すような歪みが生じることになる。
【００４３】
本実施例においては、投光光学系１２０と受光光学系１３０は複数のビームスプリッタを有している。これは、投光光学系１２０と受光光学系１３０がそれぞれ少なくとも一つのビームスプリッタを有し、投光光学系１２０と受光光学系１３０に含まれるビームスプリッタの合計が複数であることを意味する。
【００４４】
次に、本実施例は、複数のビームスプリッタ１２５、１３２において参照光と計測光は反射回数と透過回数の両方が等しくなるように、各ビームスプリッタを配置している。即ち、ビームスプリッタ１２５で反射した参照光は参照ミラー１３１で反射された後、ビームスプリッタ１３２を透過して光電変換素子１３８に導光される。一方、ビームスプリッタ１２５を透過した計測光は基板Ｗで反射された後、ビームスプリッタ１３２で反射されて光電変換素子１３８に導光される。これにより、参照光と計測光がビームスプリッタ１２５、１３２から受ける影響は同等となるため、白色干渉信号に発生する歪みを低減することができる。
【００４５】
複数のビームスプリッタの数は偶数であることが好ましい。これにより、反射と透過の回数を等しくすることができる。
【００４６】
ここで、参照光と計測光の一方（例えば、計測光）が２つのビームスプリッタの一方（例えば、ビームスプリッタ１２５）の半透膜に入射して透過する際の前記一方の半透膜に対する入射角度をＵ１とする。また、参照光と計測光の他方（例えば、参照光）が２つのビームスプリッタの他方（例えば、ビームスプリッタ１３２）の半透膜に入射して透過する際の他方の半透膜に対する入射角度をＵ２とする。すると、本実施例は、Ｕ１とＵ２を等しく設定している。また、参照光と計測光の前記一方（例えば、計測光）が２つのビームスプリッタの前記他方（例えば、ビームスプリッタ１３２）の前記半透膜に入射して反射する際の入射角度をＵ３とする。また、参照光と計測光の前記他方（例えば、参照光）が２つのビームスプリッタの前記一方（例えば、ビームスプリッタ１２５）の前記半透膜に入射して反射する際の入射角度をＵ４とする。すると、本実施例は、Ｕ３とＵ４を等しく設定している。各ビームスプリッタの半透膜への透過光と反射光の入射角度を計測光と参照光との間で等しくすることによって計測光と参照光の透過特性と反射特性が受ける影響を等しくすることができる。なお、Ｕ１とＵ４は等しいので、本実施例では、Ｕ１〜Ｕ４の全ての絶対値が等しい。
【００４７】
なお、図４に示す構成において、ビームスプリッタが接着層がないペリクル型ビームスプリッタの場合には接着層による影響がなくなるので、適用可能である。この場合、投光光学系は、光源１１２からの広帯域光を分離して一方を計測光として被測定面に垂直に入射させ、他方を参照光として参照面に垂直に入射させる。また、投光光学系と受光光学系は一つのペリクル型ビームスプリッタを共有することになる。
【００４８】
データ処理系１４０は、演算処理部１４２、データ保存用の記憶部１４４、測定結果、測定条件を表示する表示部１４６を有する。演算処理部１４２は制御部６０に処理結果を出力する。
【００４９】
測定装置１００の動作において、光源１１２からの光は、コンデンサーレンズ１１４でスリット板１１６の透過領域（スリット）付近に集光され、投光光学系１２０は、基板Ｗ及び参照ミラー１３１にスリットの像を結像させる。投光光学系１２０を通った光のほぼ半分の光量の光はビームスプリッタ１２５を透過してその主光線は入射角度θで斜めに基板Ｗに入射し、ほぼ半分の光量の光はビームスプリッタ１２５を反射して参照ミラー１３１に基板Ｗと同じ入射角度θで斜めに入射する。本実施例の入射角度θは０°よりも大きく９０°よりも小さく垂直入射ではない。
【００５０】
基板Ｗで反射した計測光と参照ミラー１３１で反射した参照光は共にビームスプリッタ１３２に入射し、ビームスプリッタ１３２で合成される。また、基板Ｗ及び参照ミラー１３１に結像したスリットの像は、凹面ミラー１３４と凸面ミラー１３５により光電変換素子１３８の受光面に再結像される。光電変換素子１３８の受光面上では、計測光と参照光が重なり、光の干渉（干渉光又は干渉縞）が生じる。
【００５１】
白色干渉信号を光電変換素子１３８で得るために、基板ステージ４０をＺ方向に駆動する。なお、基板Ｗの測定領域を変更させる場合には、基板ステージ４０をＸ方向、または、Ｙ方向に駆動して所望の領域が光電変換素子１３８の受光領域に位置するように位置合わせした後に上述の測定を行う。
【００５２】
本出願において「白色」という用語は「広帯域光」と同義である。これは、青色を使用しない波長領域（例えば、５００ｎｍ〜８００ｎｍ）の広帯域光を使用しても効果が得られるからである。また、広帯域光は、コンピュータによる信号処理により分離可能な複数の波長（又は周波数）を含む光であると定義することができる。
【００５３】
まず、基板ステージ４０をＺ方向に駆動させ、光電変換素子１３８が白色干渉信号を検出すると、演算処理部１４２は、白色干渉信号に基づいて基板Ｗの表面である被測定面のＺ方向の位置を算出し、基板Ｗの表面形状を取得する。
【００５４】
図５は、白色干渉信号のグラフである。横軸は基板ステージ４０（又は基板Ｗ）のＺ方向の位置であり、縦軸は光電変換素子１３８の出力である白色干渉信号の強度である。基板ステージ４０のＺ方向の位置は、不図示のＺ軸測長干渉計（測長センサとしては、静電容量センサでもよい）によって測定される。演算処理部１４２は、白色干渉信号の信号ピークの位置を算出し、それに対応したＺ位置がその検出領域での高さ位置となる。光電変換素子１３８に２次元センサを用いれば、基板Ｗの三次元形状を測定することが可能となる。
【００５５】
より具体的には、白色干渉信号の包絡線のピークや干渉信号の最大コントラストを検出し、基板Ｗの表面位置を検出する。また、白色干渉信号の中心の干渉縞（以下、セントラルフリンジ）に対して、信号強度ピーク、重心計算、または、二次近似などの関数フィッティングを実施する。これにより、セントラルフリンジのピーク検出が可能となり、基板Ｗの表面位置を検出することも可能となる。更に、白色干渉信号の測定値に対して移動平均や関数フィッティングなどを実施することで、図５の横軸であるＺ方向のサンプリングピッチＺｐの１／１０から１／５０程度の分解能で基板Ｗの表面位置の検出が可能である。サンプリングピッチＺｐは、等ピッチでステップ的に駆動させる方法でもよい。また、Ｚステージの速度をＺｓｐとし等速度で駆動して、光電変換素子１３８の取り込みタイミングに同期して、Ｚ軸測長干渉計の出力（Ｚ位置）を取り込む場合、計測時間の短縮が可能である。
【００５６】
演算処理部１４２は、基板Ｗの各点のＸＹ方向の各点において以上の処理を実行することによって、基板表面全体の形状を求め、記憶部１４４にその形状データを保存し、また、形状データを表示部１４６で表示可能としている。
【００５７】
なお、本実施例は、参照ミラー１３１を固定し、基板Ｗを駆動しているが、基板Ｗを固定し、参照ミラー１３１をＺ方向に駆動してもよい。更に、基板Ｗ又は参照ミラー１３１の駆動を伴わずに、特許文献２に開示されているように、受光センサ手前に分光素子を配置して、センサ上にて波長毎の干渉強度を検出してもよい。
【００５８】
図６は、ペリクル型ビームスプリッタを使用するビームスプリッタ１２５と１３２の代わりに、金属膜や、誘電体多層膜など膜をスプリット膜としたプリズム型ビームスプリッタ１２６と１３９を使用した測定装置１００Ａの断面図である。測定装置１００Ａは、ビームスプリッタ１２６を有する投光光学系１２０Ａと、ビームスプリッタ１３９を有する受光光学系１３０Ａを有する点で、測定装置１００と相違する。
【００５９】
図７は、ビームスプリッタ１２６及び１３９近傍の拡大断面図である。図７において、光束Ｐ１はビームスプリッタ１２６によって分離される前の広帯域光を示している。光束Ｐ２はビームスプリッタ１２６によって分離された後の透過光（計測光）を示している。光束Ｐ３はビームスプリッタ１２６によって分離された後の反射光（参照光）を示している。光束Ｐ４は光束Ｐ３が基板Ｗの表面（被測定面）で反射した後の反射光（計測光）を示している。光束Ｐ５は光束Ｐ４が参照ミラー１３１の表面（参照面）で反射した後の反射光（参照光）を示している。光束Ｐ６はビームスプリッタ１３９によって合成された後の広帯域光を示している。
【００６０】
ビームスプリッタ１２６で反射した参照光は参照ミラー１３１で反射された後、ビームスプリッタ１３９を透過して光電変換素子１３８に導光される。一方、ビームスプリッタ１２６を透過した計測光は基板Ｗで反射された後、ビームスプリッタ１３９で反射されて光電変換素子１３８に導光される。
【００６１】
プリズム型ビームスプリッタは一つのガラスプリズムに半透膜を成膜した後、別のガラスプリズムを半透膜の表面に接着することにより製作される。即ち、ビームスプリッタ１２６は、一対のガラスプリズム１２６ａ及び１２６ｂの間に、半透膜１２６ｃと接着層１２６ｄの積層構造を有する。また、ビームスプリッタ１３９は、一対のガラスプリズム１３９ａ及び１３９ｂの間に、半透膜１３９ｃと接着層１３９ｄの積層構造を有する。この際、積層構造の半透膜側から入射した光束の反射特性と積層構造の接着層側から入射した光束の反射特性は異なる。なお、透過光については、積層構造の半透膜側から接着層を経て透過しても接着層側から半透膜を経て透過しても透過特性は同じである。
【００６２】
そこで、本実施例は、図７に示すように、参照光と計測光が反射する際に、常に半透膜側から入射して反射するようにビームスプリッタ１２６と１３９を配置している。これにより、ビームスプリッタ１２６、１３９を通過した参照光と計測光の各波長に対する反射強度と反射位相は図８に示すように等しくなり、透過強度と透過位相も図９に示すように等しくなる。即ち、参照光と計測光がビームスプリッタ１２６及び１３９から受ける影響は等しくなるため、白色干渉信号に歪みは生じず、図３の誤差なしのような信号が得られる。
【００６３】
なお、図７において、参照光と計測光が常に接着層側から入射して反射するように、ビームスプリッタ１２６と１３９の配置を入れ替えてもよい。このような構成でも、同様の効果が得られる。
【００６４】
露光においては、測定装置１００が基板Ｗの表面形状を測定し、制御部６０が、測定装置１００の測定結果に基づいて基板ステージ４０の駆動を制御する。
【００６５】
より具体的には、制御部６０は、フォーカス検出系５０の検出結果を測定装置１００の測定結果によって較正することができる。図１０は、較正方法を説明するためのフローチャートである。
【００６６】
まず、制御部６０は、フォーカス検出系５０により基準プレート４２のＺ方向の位置を検出し（Ｓ１００２）、その検出値Ｏｍを記憶部６２に格納する（Ｓ１００４）。次に、制御部６０は、フォーカス検出系５０の検出対象位置とＸＹ面に関して同じ位置を測定装置１００で測定し（Ｓ１００６）その測定値Ｐｍを記憶部６２に格納する（Ｓ１００８）。
【００６７】
次に、制御部６０は、図１１に示すように、測定装置１００の測定値Ｐｍとフォーカス検出系５０の検出値Ｏｍの差である第１オフセットを算出する（Ｓ１０１０）。第１オフセットは本来ゼロになるべきであるが、基板ステージ４０の走査方向のオフセットやフォーカス検出系５０又は測定装置１００の長期的なドリフトなどの誤差要因によって発生する。このため、本実施例の制御部６０は、定期的に第１オフセットを取得しているが、これらの誤差要因が変化しないとみなせる場合には第１オフセットを一度のみ取得すればよい。
【００６８】
これで、基準プレート４２を用いた較正フローを終了する。
【００６９】
次に、制御部６０は、基板Ｗの測定位置Ｗｐ（ＸＹ面内）のＺ方向の位置をフォーカス検出系５０で検出し（Ｓ１０１２）、その検出値Ｏｗを記憶部６２に格納する（Ｓ１０１４）。なお、測定位置Ｗｐは、基板内の１点、転写領域（ショット）内の１点、ショット内の全点、複数ショット内の全点、基板内の全点などの各種モードから選択できるようになっている。次に、制御部６０は、基板Ｗの測定位置Ｗｐを測定装置１００で測定し（Ｓ１０１６）その測定値Ｐｗを記憶部６２に格納する（Ｓ１０１８）。
【００７０】
次に、制御部６０は、図１１に示すように、測定装置１００の測定値Ｐｗとフォーカス検出系５０の検出値Ｏｗの差である第２オフセットを測定位置Ｗｐ毎に算出する（Ｓ１０２０）。
【００７１】
次に、制御部６０は、基板上の測定位置毎に、第２オフセットと第１オフセットの差を記憶部６２に格納する（Ｓ１０２２）。基板Ｗ上の各測定位置におけるオフセット量Ｏｐは次式で表わされる。
【００７２】
【数１】
2010127670.tif 000003
【００７３】
ここで、ｉは基板上の測定位置を表す番号である。オフセット量Ｏｐとしては、露光ショット単位（ステップアンドリピート方式の場合はショット、ステップアンドスキャン方式の場合は露光スリット単位）で、平均的高さオフセット（Ｚ）、平均傾きオフセット（ωｚ、ωｙ）を保存してもよい。更には、基板上の各ショットの平均値としてオフセット量Ｏｐを求めて保存してもよい。
【００７４】
これで、基板Ｗの較正フローを終了する。
【００７５】
その後の走査露光において、フォーカス検出系５０は基板Ｗ上の測定位置の面位置を測定し、それを数式１で補正して基板の表面形状を測定する。制御部６０は、補正後の基板形状に基づいてフォーカス制御を行う。本実施例によれば、基板上の反射率分布やローカルチルトによる測定誤差を低減してフォーカス精度を向上し、高解像度を維持すると共に製造歩留まりを維持することができる。
【００７６】
つぎに、本発明の一実施形態のデバイス（半導体デバイス、液晶表示デバイス等）の製造方法について説明する。ここでは、半導体デバイスの製造方法を例に説明する。
【００７７】
半導体デバイスは、ウエハに集積回路を作る前工程と、前工程で作られたウエハ上の集積回路チップを製品として完成させる後工程を経ることにより製造される。前工程は、前述の露光装置を使用して感光剤を塗布した基板を露光する工程と、その基板を現像する工程を含む。後工程は、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）と、パッケージング工程（封入）を含む。
【００７８】
本実施形態のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。
【００７９】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】実施例の露光装置のブロック図である。
【図２】図１に示す露光装置に適用可能な測定装置のブロック図である。
【図３】図２に示す測定装置の測定誤差を説明するためのグラフである。
【図４】垂直入射型のビームスプリッタの問題点を説明するための断面図である。
【図５】図２に示す測定装置の測定結果から被測定面の位置を求める方法を説明するためのグラフである。
【図６】図２に示す測定装置の変形例のブロック図である。
【図７】図６の部分拡大断面図である。
【図８】図７の効果を説明するためのグラフである。
【図９】図７の効果を説明するためのグラフである。
【図１０】図５に示す測定装置の測定結果を露光方法において使用する方法を説明するためのフローチャートである。
【図１１】図１０のＳ１０１０とＳ１０２０の動作を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００８１】
Ｍ                                原板
Ｗ                                基板
３０                              投影光学系
４０                              基板ステージ
５０                              フォーカス検出系
６０                              制御部
１００、１００Ａ                  測定装置
１２０、１２０Ａ                  投光光学系
１３０、１３０Ａ                  受光光学系
１２５、１２６、１３２、１３９    ビームスプリッタ
１３７                            光電変換素子
１２６ｃ、１３９ｃ                半透膜
１２６ｄ、１３９ｄ                接着層
【図１】
2010127670.tif 000004
【図２】
2010127670.tif 000005
【図３】
2010127670.tif 000006
【図４】
2010127670.tif 000007
【図５】
2010127670.tif 000008
【図６】
2010127670.tif 000009
【図７】
2010127670.tif 000010
【図８】
2010127670.tif 000011
【図９】
2010127670.tif 000012
【図１０】
2010127670.tif 000013
【図１１】
2010127670.tif 000014