(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被計測面の高さを計測する計測装置であって、
光源からの広帯域波長の光を計測光と参照光とに分離して、前記広帯域波長の前記計測光を前記被計測面の表面に入射させ、前記広帯域波長の前記参照光を参照面に入射させる光学系と、
前記被計測面の計測点で反射された計測光と前記参照面の参照点で反射された参照光によって形成される干渉光の強度を検出する領域が複数、第１の方向に配列された撮像素子と、
前記撮像素子の複数の領域で検出される干渉光の強度に基づいて、前記計測点における前記被計測面の高さを算出する処理部と、
を有し、
前記参照面は、前記複数の領域のそれぞれに入射する計測光又は参照光の間に異なる光路長差が生じるように配置され、
前記第１の方向に沿って前記被計測面を移動しながら、前記被計測面の第１の計測点で反射された計測光と前記参照面の複数の参照点のそれぞれで順次反射された参照光との干渉光を前記撮像素子の前記複数の領域のそれぞれに順次入射させるとともに、前記被計測面の前記第１の計測点とは異なる第２の計測点で反射された計測光と前記参照面の複数の参照点のそれぞれで順次反射された参照光との干渉光を前記撮像素子の前記複数の領域のそれぞれに順次入射させて、前記被計測面の第１の計測点で反射された計測光と前記参照面で反射された参照光との干渉光及び前記被計測面の第２の計測点で反射された計測光と前記参照面で反射された参照光との干渉光を並行して検出し、
前記処理部は、前記第１の方向に沿って前記被計測面を移動しながら前記撮像素子の前記複数の領域のそれぞれにおいて検出された前記干渉光の強度信号を用いて、前記第１の計測点及び前記第２の計測点のそれぞれについての前記干渉光の強度信号のピーク位置を特定し、特定したピーク位置に対応する前記被計測面の前記第１の計測点及び前記第２の計測点のそれぞれの高さを算出することを特徴とする計測装置。
【請求項２】
被計測面の高さを計測する計測装置であって、
光源からの広帯域波長の光を計測光と参照光とに分離して、前記広帯域波長の前記計測光を前記被計測面の表面に入射させ、前記広帯域波長の前記参照光を参照面に入射させる光学系と、
前記被計測面の計測点で反射された計測光と前記参照面の参照点で反射された参照光によって形成される干渉光の強度を検出する領域が複数、第１の方向に配列された撮像素子と、
前記撮像素子の複数の領域で検出される干渉光の強度に基づいて、前記計測点における前記被計測面の高さを算出する処理部と、
を有し、
前記参照面は、前記複数の領域のそれぞれに入射する参照光の間に異なる光路長差が生じるように構成された非平面形状を有し、
前記第１の方向に沿って前記被計測面を移動しながら、前記被計測面の第１の計測点で反射された計測光と前記参照面の複数の参照点のそれぞれで順次反射された参照光との干渉光を前記撮像素子の前記複数の領域のそれぞれに順次入射させるとともに、前記被計測面の前記第１の計測点とは異なる第２の計測点で反射された計測光と前記参照面の複数の参照点のそれぞれで順次反射された参照光との干渉光を前記撮像素子の前記複数の領域のそれぞれに順次入射させて、前記被計測面の第１の計測点で反射された計測光と前記参照面で反射された参照光との干渉光及び前記被計測面の第２の計測点で反射された計測光と前記参照面で反射された参照光の干渉光を並行して検出し、
前記処理部は、前記第１の方向に沿って前記被計測面を移動しながら前記撮像素子の前記複数の領域のそれぞれにおいて検出された前記干渉光の強度信号を用いて、前記第１の計測点及び前記第２の計測点のそれぞれについての前記干渉光の強度信号のピーク位置を特定し、特定したピーク位置に対応する前記被計測面の前記第１の計測点及び前記第２の計測点のそれぞれの高さを算出することを特徴とする計測装置。
【請求項３】
１つの計測点で反射した計測光が前記複数の領域のうち２つの領域間を移動する時間と前記複数の領域のそれぞれで干渉光の強度を検出する検出タイミングとが一致するように、前記被計測面を移動することを特徴とする請求項１又は２に記載の計測装置。
【請求項４】
レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系と、
前記基板の高さを計測する計測装置と、
前記計測装置によって計測された前記基板の高さに基づいて、前記基板の位置を調整するステージと、
を有し、
前記計測装置は、請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の計測装置であることを特徴とする露光装置。
【請求項５】
請求項４に記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
露光された前記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、計測装置、露光装置及びデバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトリソグラフィー技術を用いて微細な半導体デバイスを製造する際に、レチクル（マスク）に形成されたパターンを、投影光学系を介してウエハ等の基板に投影してパターンを転写する露光装置が使用されている。近年では、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置（ステッパー）からステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（スキャナー）が主流となってきている。
【０００３】
これらの露光装置では、露光前（又は露光中）において、光斜入射系の表面形状（表面位置）計測手段を用いて基板の所定の位置における表面位置を計測し、かかる所定の位置を露光する際に基板の表面を最適な結像位置に合わせ込む補正を行っている。特に、スキャナーでは、露光スリットの長手方向（即ち、走査方向に垂直な方向）について、基板の表面位置の高さ（フォーカス）だけではなく、表面の傾き（チルト）も計測している。このような技術に関しては、幾つか提案されている（特許文献１及び２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４３４０３０６号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００７／００８６０１３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
露光装置において、基板の表面形状を計測する表面形状計測方式としては、所謂、白色干渉信号方式が広く用いられている。かかる白色干渉信号方式では、光源から射出された白色光を２つの光に分離し、一方の光を被計測面（基板）に、他方の光を参照面に入射させる。そして、被計測面で反射した計測光と参照面で反射した参照光を合成して、計測光と参照光との干渉による干渉パターン（干渉信号）を検出する。この際、被計測面の高さ位置（Ｚ軸方向の位置）を変化させると、参照光と計測光との光路長差（ＯＰＤ）が変化し、参照光と計測光との干渉信号が変化するため、かかる干渉信号の変化から被計測面の表面形状を求めることができる。なお、従来の白色干渉信号方式では、計測点ごとに被計測面を高さ方向に駆動（スキャン）させながら干渉信号を検出する必要があるため、被計測面の３次元形状を計測する場合には、計測時間が増大してしまう。
【０００６】
特許文献１では、干渉信号を検出する画素を２次元的に配置し、１回のスキャンで計測可能な計測領域を拡大させることで、計測時間を短縮する技術が開示されている。しかしながら、２次元的に画素を配置する場合、２次元の計測領域に対して被計測面が大きい場合、被計測面を複数の領域に分割し、かかる複数の領域ごとにスキャンを行わなければならないため、分割数×スキャンの時間が必要となる。なお、被計測面を一括して計測することができるように画素を配置することも考えられるが、計測装置の光学系及び画素数が大きくなり、コスト及び配置上の問題が生じてしまう。また、計測装置の光学系を小さくするために縮小光学系を適用した場合には、画素分解能が低下してしまうため、計測精度の低下を招くことになる。
【０００７】
一方、特許文献２には、撮像素子の入射側に分光素子を配置し、撮像素子上で波長ごとの干渉強度を検出して干渉信号を求めることで、被計測面の高さ位置を計測する技術が開示されている。特許文献２では、被計測面の高さ方向へのスキャンが不要であるため、被計測面を短時間で計測することが可能である。しかしながら、高い計測精度を得るためには、波長分解能を向上させなければならないため、高精度な分光素子と高画素の撮像素子が必要となり、コストの問題が生じてしまう。
【０００８】
そこで、本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、コストを抑えながら、被計測面の表面形状を短時間で計測することができる技術を提供することを例示的目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての計測装置は、被計測面の高さを計測する計測装置であって、光源からの広帯域波長の光を計測光と参照光とに分離して、前記広帯域波長の前記計測光を前記被計測面の表面に入射させ、前記広帯域波長の前記参照光を参照面に入射させる光学系と、前記被計測面の計測点で反射された計測光と前記参照面の参照点で反射された参照光によって形成される干渉光の強度を検出する領域が複数、第１の方向に配列された撮像素子と、前記撮像素子の複数の領域で検出される干渉光の強度に基づいて、前記計測点における前記被計測面の高さを算出する処理部と、を有し、前記参照面は、前記複数の領域のそれぞれに入射する計測光又は参照光の間に異なる光路長差が生じるように配置され、前記第１の方向に沿って前記被計測面を移動しながら、前記被計測面の第１の計測点で反射された計測光と前記参照面の複数の参照点のそれぞれで順次反射された参照光との干渉光を前記撮像素子の前記複数の領域のそれぞれに順次入射させるとともに、前記被計測面の前記第１の計測点とは異なる第２の計測点で反射された計測光と前記参照面の複数の参照点のそれぞれで順次反射された参照光との干渉光を前記撮像素子の前記複数の領域のそれぞれに順次入射させて、前記被計測面の第１の計測点で反射された計測光と前記参照面で反射された参照光との干渉光及び前記被計測面の第２の計測点で反射された計測光と前記参照面で反射された参照光との干渉光を並行して検出し、前記処理部は、前記第１の方向に沿って前記被計測面を移動しながら前記撮像素子の前記複数の領域のそれぞれにおいて検出された前記干渉光の強度信号を用いて、前記第１の計測点及び前記第２の計測点のそれぞれについての前記干渉光の強度信号のピーク位置を特定し、特定したピーク位置に対応する前記被計測面の前記第１の計測点及び前記第２の計測点のそれぞれの高さを算出することを特徴とする。
【００１０】
本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、例えば、コストを抑えながら、被計測面の表面形状を短時間で計測する技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一側面としての計測装置の構成を示す概略図である。
【図２】図１に示す計測装置において、基板の表面形状を計測するための基板の駆動を説明するための図である。
【図３】図１に示す計測装置で得られる強度信号の一例を示す図である。
【図４】図１に示す計測装置において、被計測面の表面形状を短時間で計測することができる理由を説明するための図である。
【図５】図１に示す計測装置において、ＯＰＤ誤差の補正を説明するための図である。
【図６】本発明の一側面としての計測装置の別の構成を示す概略図である。
【図７】図１及び図６に示す計測装置に適用可能な参照面の構成を示す概略図である。
【図８】図１及び図６に示す計測装置に適用可能な参照面の構成を示す概略図である。
【図９】本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１４】
図１は、本発明の一側面としての計測装置１の構成を示す概略図である。計測装置１は、被計測面としての基板ＳＢの表面上（ＸＹ面内）の各計測点での高さ（Ｚ軸方向の位置）、基板ＳＢの表面における所定領域の平均的な高さ及び平均的な傾き（ωｘ、ωｙ）を計測する。換言すれば、計測装置１は、被計測面としての基板ＳＢの表面形状を計測する。また、計測装置１は、基板ＳＢに複数の薄膜が形成されている場合には、最上面の薄膜表面、各薄膜の界面、基板ＳＢの高さ又は各薄膜の厚さを計測する。ここで、基板ＳＢは、本実施形態では、露光装置においてレチクルのパターンが転写されるウエハである。
【００１５】
計測装置１は、照明系と、検出系と、処理系と、参照面４０と、ステージ５０とを有する。照明系は、光源１０と、光源１０からの光を集光するコンデンサーレンズ１２と、スリット板１４とを含む。検出系は、基板ＳＢ上の計測点に光を導光するレンズ１６ａ及び１６ｂと、開口絞り１８と、光（計測光及び参照光）を分離及び合成するビームスプリッタ２０と、レンズ２２ａ及び２２ｂと、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどの撮像素子２４とを含む。但し、撮像素子２４は、フォトディテクターなどの光量検出素子を複数配置した構成に置換することも可能である。処理系は、算出処理部２６と、データを保存する記憶部２８と、計測装置１の計測結果や計測条件などを表示する表示部３０とを含む。ステージ５０は、基板チャックを介して基板ＳＢを保持し、例えば、リニアモータを利用して、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向及び各軸の回転方向に基板ＳＢを駆動する。
【００１６】
光源１０は、本実施形態では、広帯域な波長幅の光を発するＬＥＤ（例えば、白色ＬＥＤ）、ハロゲンランプ、狭帯域な波長幅で互いに異なる波長の光を発する複数のレーザを組み合わせた光源などを使用する。光源１０からの光の波長帯域は、１００ｎｍ以上、具体的には、４００ｎｍ乃至８００ｎｍ程度である。但し、基板ＳＢにレジスト（感光剤）が塗布されている場合には、レジストの感光を防止するために、紫外線（３５０ｎｍ）以下の波長帯域の光を基板ＳＢに照射しないように構成される。光源１０からの光の偏光状態は、本実施形態では、無偏光又は円偏光の状態である。
【００１７】
光源１０からの光は、コンデンサーレンズ１２を介して、スリット板１４に集光される。スリット板１４は、矩形形状（例えば、スリット幅５０μｍ、長さ７００μｍ）の透過領域又は開口を可変とするメカ絞りを有し、スリット板１４の透過領域を通過した光は、レンズ１６ａ及び１６ｂや開口絞り１８を介して、基板ＳＢ及び参照面４０に結像される。但し、スリット板１４の透過領域は、矩形形状（スリット）に限らず、円形形状（ピンホール）であってもよい。また、開口絞り１８は、検出系の瞳位置に配置されて開口数（ＮＡ）を規定し、本実施形態では、ｓｉｎ（０．１度）乃至ｓｉｎ（５度）程度にＮＡを規定している。
【００１８】
レンズ１６ｂを通過した光の主光線は、レンズ１６ｂと基板ＳＢとの間に配置されたビームスプリッタ２０に入射する。従って、レンズ１６ｂを通過した光のうち略半分の光量の光はビームスプリッタ２０を透過して、基板ＳＢにほぼ垂直に入射する。また、レンズ１６ｂを通過した光のうち略半分の光量の光はビームスプリッタ２０で反射され、参照面４０にほぼ垂直に入射する。ここで、ビームスプリッタ２０としては、例えば、金属膜や誘電体多層膜などをスプリット膜としたプリズム型ビームスプリッタ、或いは、１μｍ乃至５μｍ程度の薄い厚さの膜（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する。
【００１９】
ビームスプリッタ２０を透過して基板ＳＢに入射した光（以下、「計測光」とする）は、基板ＳＢで反射されてビームスプリッタ２０に入射する。一方、ビームスプリッタ２０で反射されて参照面４０に入射した光（以下、「参照光」とする）は、参照面４０で反射されてビームスプリッタ２０に入射する。なお、参照面４０としては、例えば、１０ｎｍ乃至２０ｎｍ程度の面精度を有するアルミ平面ミラーやガラス平面ミラーなどを使用する。
【００２０】
基板ＳＢで反射した計測光及び参照面４０で反射した参照光は、ビームスプリッタ２０で合成され、レンズ２２ａ及び２２ｂを介して、撮像素子２４で受光される。撮像素子２４においては、計測光と参照光とが重なり（即ち、干渉し）、計測光と参照光によって形成される干渉光の強度が検出される。ここで、基板ＳＢ及び参照面４０と撮像素子２４とは、結像関係になるように配置されている。また、本実施形態では、スリット板１４と基板ＳＢとは、結像関係になるように配置されているが、像と瞳の関係になるように配置してもよい。
【００２１】
基板ＳＢを保持するステージ５０の位置を高精度に制御するために、本実施形態では、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸及びωｘ、ωｙのチルト軸の５軸にレーザ干渉計（不図示）が配置されている。かかるレーザ干渉計の出力に基づいてクローズドループ制御を行うことで、基板ＳＢの表面形状をより高精度に計測することが可能となる。特に、基板ＳＢを複数の領域に分けて計測して基板ＳＢの全体の表面形状を求める場合には、レーザ干渉計を用いることで、より正確に形状データのつなぎ合わせ（ステッチィング）を行うことができる。
【００２２】
ここで、計測装置１における参照面４０の配置、及び、参照光と計測光との光路長差（ＯＰＤ）について説明する。図１に示すように、ビームスプリッタ２０で分離される前の主光線をｒａｙ２、主光線ｒａｙ２からＹ軸方向に−δｙだけ離れた光線をｒａｙ１、主光線ｒａｙ２からＹ軸方向に＋δｙだけ離れた光線をｒａｙ３とする。この場合、主光線ｒａｙ２は、ビームスプリッタ２０において、参照光ｒａｙ＿ｒ２と計測光ｒａｙ＿ｍ２とに分離される。また、光線ｒａｙ１は、ビームスプリッタ２０において、参照光ｒａｙ＿ｒ１と計測光ｒａｙ＿ｍ１とに分離される。また、光線ｒａｙ３は、ビームスプリッタ２０において、参照光ｒａｙ＿ｒ３と計測光ｒａｙ＿ｍ３とに分離される。
【００２３】
ビームスプリッタ２０で分離され、再度、ビームスプリッタ２０で合成されるまでの参照光と計測光の光路長について考える。主光線ｒａｙ２から分離された参照光ｒａｙ＿ｒ２と計測光ｒａｙ＿ｍ２の光路長が等しくなる（光路長差（ＯＰＤ）＝０）基板ＳＢ側のＺ軸方向の位置をｚ０とする。また、計測光ｒａｙ＿ｍ１乃至ｒａｙ＿ｍ３とＺ軸方向の位置がｚ０となるＸＹ平面との交点（ＸＹＺ座標系の点）をそれぞれ（ｘ０、ｙ１、ｚ０）、（ｘ０、ｙ２、ｚ０）、（ｘ０、ｙ３、ｚ０）とする。この場合、光線ｒａｙ１及びｒａｙ３の定義から、ｙ１−ｙ２＝−δｙ、ｙ３−ｙ２＝＋δｙとなる。更に、参照光ｒａｙ＿ｒ１と計測光ｒａｙ＿ｍ１とが導光される撮像素子２４の領域（画素位置）を第１の領域ｐｉｘ１とする。同様に、参照光ｒａｙ＿ｒ２と計測光ｒａｙ＿ｍ２とが導光される撮像素子２４の領域を第２の領域ｐｉｘ２、参照光ｒａｙ＿ｒ３と計測光ｒａｙ＿ｍ３とが導光される撮像素子２４の領域を第３の領域ｐｉｘ３とする。
【００２４】
参照面４０は、撮像素子２４の複数の領域のそれぞれに入射する計測光又は参照光の間に異なる光路長差が生じるように配置され、本実施形態では、ＸＺ平面に対して角度（傾き角）φとなるように傾斜して配置されている。従って、参照面４０で反射した参照光とＺ軸方向の位置がｚ０となるＸＹ平面で反射した計測光とが撮像素子２４上で干渉した場合の光路長差ＯＰＤは、以下のように表される。
参照光ｒａｙ＿ｒ１と計測光ｒａｙ＿ｍ１との光路長差ＯＰＤ１＝−２×δｙ×ｔａｎφ
参照光ｒａｙ＿ｒ２と計測光ｒａｙ＿ｍ２との光路長差ＯＰＤ２＝０
参照光ｒａｙ＿ｒ３と計測光ｒａｙ＿ｍ３との光路長差ＯＰＤ３＝＋２×δｙ×ｔａｎφ
ここでは、参照面４０の傾き角φは小さいと仮定し、ビームスプリッタ２０から参照面４０までの往路と参照面４０からビームスプリッタ２０までの復路とは同一であるものとしている。但し、厳密には、参照面４０の傾き角φの影響によって、ビームスプリッタ２０から参照面４０までの往路と参照面４０からビームスプリッタ２０までの復路とは異なる。従って、ビームスプリッタ２０より後段の光学系における光路も参照光と計測光とで異なるため、厳密な光路長差を算出するためには、光学シミュレーションを用いる必要がある。一方、傾き角φが小さい場合には、ビームスプリッタ２０から参照面４０までの往路、参照面４０からビームスプリッタ２０までの復路及びビームスプリッタ２０より後段の光学系における光路への影響が小さいため、上述した光路長差で簡略化が可能である。
【００２５】
本実施形態では、基板ＳＢの表面形状を計測するために、基板ＳＢ上の計測点で反射した計測光及びかかる計測点に対応する参照面４０上の参照点で反射した参照光が撮像素子２４の複数の領域のそれぞれに順次入射するように基板ＳＢを駆動する。まず、Ｚ軸方向の位置がｚ０となるＸＹ平面において基板ＳＢ上の計測点（ｘｘ１、ｙｙ１）が移動するように、基板ＳＢを駆動することを考える。具体的には、図２（ａ）乃至図２（ｃ）に示すように、基板ＳＢ上の計測点（ｘｘ１、ｙｙ１）が、時刻ｔ１には点（ｘ０、ｙ１、ｚ０）に、時刻ｔ２には点（ｘ０、ｙ２、ｚ０）に、時刻ｔ３には点（ｘ０、ｙ３、ｚ０）に位置するように基板ＳＢを駆動する。
【００２６】
時刻ｔ１において、基板ＳＢ上の計測点（ｘｘ１、ｙｙ１）で反射した計測光ｒａｙ＿ｍ１と計測点（ｘｘ１、ｙｙ１）（の位置）に対応する参照面４０上の参照点で反射した参照光ｒａｙ＿ｒ１は、撮像素子２４の第１の領域ｐｉｘ１に入射する。そして、計測光ｒａｙ＿ｍ１と参照光ｒａｙ＿ｒ１によって形成される干渉光の強度が撮像素子２４の第１の領域ｐｉｘ１で検出される。時刻ｔ２において、基板ＳＢ上の計測点（ｘｘ１、ｙｙ１）で反射した計測光ｒａｙ＿ｍ２と計測点（ｘｘ１、ｙｙ１）（時刻ｔ２での計測点の位置）に対応する参照面４０上の参照点で反射した参照光ｒａｙ＿ｒ２は、撮像素子２４の第２の領域ｐｉｘ２に入射する。そして、計測光ｒａｙ＿ｍ２と参照光ｒａｙ＿ｒ２によって形成される干渉光の強度が撮像素子２４の第２の領域ｐｉｘ２で検出される。時刻ｔ３において、基板ＳＢ上の計測点（ｘｘ１、ｙｙ１）で反射した計測光ｒａｙ＿ｍ３と計測点（ｘｘ１、ｙｙ１）（時刻ｔ３での計測点の位置）に対応する参照面４０上の参照点で反射した参照光ｒａｙ＿ｒ３は、撮像素子２４の第３の領域ｐｉｘ３に入射する。そして、計測光ｒａｙ＿ｍ３と参照光ｒａｙ＿ｒ３によって形成される干渉光の強度が撮像素子２４の第３の領域ｐｉｘ３で検出される。
【００２７】
参照光ｒａｙ＿ｒ１と計測光ｒａｙ＿ｍ１、参照光ｒａｙ＿ｒ２と計測光ｒａｙ＿ｍ２、参照光ｒａｙ＿ｒ３と計測光ｒａｙ＿ｍ３のそれぞれには、光路長差ＯＰＤ１、ＯＰＤ２及びＯＰＤ３が生じている。従って、図３に示すように、撮像素子２４の第１の領域ｐｉｘ１、第２の領域ｐｉｘ２及び第３の領域ｐｉｘ３のそれぞれでは、干渉光の強度として、Ｉ１、Ｉ２及びＩ３が順次検出される。また、図３には、従来の白色干渉信号方式（即ち、被計測面の高さ位置（Ｚ軸方向の位置）を変化させる方式）で得られる干渉信号を点線で示している。図３を参照するに、撮像素子２４の第１の領域ｐｉｘ１、第２の領域ｐｉｘ２及び第３の領域ｐｉｘ３のそれぞれで検出される干渉光の強度Ｉ１、Ｉ２及びＩ３は、従来の白色干渉信号方式で得られる干渉信号上にあることがわかる。
【００２８】
従って、基板ＳＢのＹ軸方向への駆動による参照光と計測光との光路長差が生じるように参照面４０を傾斜して配置し、従来の白色干渉信号方式で干渉信号を取得した際の計測点数に相当する撮像素子２４の各領域（画素）で干渉光の強度を検出する。この際、参照光と計測光によって形成される干渉光の強度を検出する複数の領域がＹ軸方向（第１の方向）に配列された撮像素子２４において、計測光及び参照光が複数の領域のそれぞれに順次入射するようにＹ軸方向に沿って基板ＳＢを駆動する。これにより、基板ＳＢ上の計測点（ｘｘ１、ｙｙ１）で反射した計測光が撮像素子２４の異なる領域で検出されることになる。従って、基板ＳＢのＹ軸方向の座標に対応した撮像素子２４の領域で干渉光の強度を検出すれば、従来の白色干渉信号方式で得られる干渉信号と同等の信号（強度信号）を得ることが可能となる。
【００２９】
但し、従来の白色干渉信号方式で得られる干渉信号は、横軸がＺ軸方向の位置（即ち、参照光と計測光との光路長差）であり、本実施形態で得られる強度信号は、図３に示すように、横軸が撮像素子２４上の位置（領域）である。図３において、撮像素子２４上の位置（領域）を光路長差に変換するためには、かかる位置に入射する参照光と計測光との光路長差を用いればよい。上述したように、参照光ｒａｙ＿ｒ１と計測光ｒａｙ＿ｍ１、参照光ｒａｙ＿ｒ２と計測光ｒａｙ＿ｍ２、参照光ｒａｙ＿ｒ３と計測光ｒａｙ＿ｍ３のそれぞれには、光路長差ＯＰＤ１、ＯＰＤ２及びＯＰＤ３が生じている。従って、撮像素子２４上の位置を光路長差に変換することができる。
【００３０】
なお、Ｚ軸方向の位置がｚ０となるＸＹ平面に沿って、基板ＳＢをＹ軸方向に駆動する際には、駆動誤差によって、基板ＳＢがＹ軸方向だけではなく、Ｚ軸方向にも駆動されてしまうことがある。このような場合、基板ＳＢの駆動誤差に起因して、参照光と計測光との光路長差がＺ軸方向へ駆動された分だけ設定値から変化してしまう。但し、基板ＳＢの駆動誤差は、ステージ５０の位置を制御するためのレーザ干渉計の調整不足に起因することが多い。従って、基板ＳＢの駆動誤差に起因する参照光と計測光との光路長差の変化を検出する検出部を設け、かかる検出部で検出された光路長差の変化に基づいて、図３に示す強度信号を補正すればよい。
【００３１】
図３に示す強度信号に対して、強度信号のピーク値となる強度Ｉ２を検出した撮像素子２４の領域（画素位置）を特定することで、計測点における基板ＳＢの高さ（Ｚ軸方向の位置）を求めることができる。また、強度信号に対して、包絡線のピーク検出や最大コントラスト検出を実施することによって、基板ＳＢの表面位置を求めることが可能である。また、強度信号の中心の干渉縞（以下、「セントラルフリンジ」とする）に対して、強度ピーク、重心計算又は２次近似などの関数フィッティングを実施することによって、セントラルフリンジのピーク検出が可能となり、基板ＳＢの表面位置を求めることができる。更に、強度信号の強度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３の横軸に相当するサンプリングピッチの１／１０から１／５０程度の分解能で基板ＳＢの表面位置を検出することができる。
【００３２】
上述した処理（即ち、基板ＳＢの表面形状を計測する際に必要となる基板ＳＢの駆動（即ち、基板ＳＢを保持及び駆動するステージの制御）や算出処理）は算出処理部２６で実行される。そして、算出処理部２６で算出された基板ＳＢの表面形状は、例えば、記憶部２８に記憶されたり、表示部３０に表示されたりする。
【００３３】
ここで、撮像素子２４の領域（画素数と画素サイズ）、及び、参照面４０の傾き角φの設定について詳細に説明する。撮像素子２４の領域と参照面４０の傾き角φを設定するためには、計測に必要な参照光と計測光との光路長差を決定する必要がある。従来の白色干渉信号方式では、被計測面をＺ軸方向に駆動して参照光と計測光との光路長差を変化させることで、干渉信号を得ていた。計測装置１では、従来の白色干渉信号方式で得られる干渉信号と同等な強度信号を得るため、従来の白色干渉信号方式と同等な光路長差が撮像素子２４の領域内で生じるように、参照面４０の傾き角φを設定すればよい。
【００３４】
例えば、従来の白色干渉信号方式における参照光と計測光との光路長差を１０μｍ、計測点数を１００とした場合を考える。この場合、画素サイズ１０μｍ、画素数１００（有効画素サイズ１０００μｍ）の撮像素子２４に対して、参照面４０の傾き角φが、ａｔａｎ（１０／１０００）＝０．５７度となるように、参照面４０を配置すればよい。また、かかる傾き角φに対して、画素数を増加した撮像素子を適用した場合、参照光と計測光との光路長差の拡大が可能となり、検出範囲を広げることができる。また、被計測面をステージに搭載する際に、搭載状態によって被計測面の傾きが異なる場合には、その傾きの変動分を考慮して大きめに傾き角φを設定しておけば、必要な光路長差を確保することができる。
【００３５】
また、従来の白色干渉信号方式では、１つの計測点における被計測面の高さを計測するために、撮像素子２４の１つの領域（画素）を用いて干渉信号を生成している。一方、本実施形態では、１つの計測点における被計測面の高さを計測する際に、撮像素子２４の複数の領域（画素）を用いて強度信号を生成している。従って、撮像素子２４の各領域の特性が異なる場合には、強度信号の形状が歪む、或いは、強度信号のコントラストが低下することがある。このような場合には、撮像素子２４の領域ごとにペデスタルの値を補正する、又は、撮像素子２４の領域ごとに光量に対する検出値のリニアリティーを補正するようにすればよい。
【００３６】
次に、撮像素子２４の各領域における干渉光の強度を検出する検出タイミングと基板ＳＢの駆動（駆動速度）との関係について詳細に説明する。本実施形態では、ステージ５０を駆動することによって、基板ＳＢ上の計測点で反射した計測光が撮像素子２４の各領域（各画素）を移動することになる。従って、基板ＳＢ上の計測点で反射した計測光が撮像素子２４の隣接する２つの領域間を移動する時間が、撮像素子２４の複数の領域の検出タイミングと一致、或いは、早くなるように、基板ＳＢを駆動する必要がある。
【００３７】
例えば、画素サイズ１０μｍの撮像素子２４に対して、基板ＳＢ（ステージ５０）を１０００ｍｍ／ｓｅｃで駆動する場合を考える。この場合、基板ＳＢ上の計測点が撮像素子２４のある領域から隣接する領域に移動する時間ｔは、ｔ＝１０［μｍ］／１０００［ｍｍ／ｓｅｃ］＝０．０１［ｍｓｅｃ］となるため、かかる時間ｔの間隔で干渉光の強度を検出すればよい。
【００３８】
なお、撮像素子２４の各領域における検出タイミングを調整することができない場合には、基板ＳＢ（ステージ５０）の駆動速度又は撮像素子２４の画素サイズを調整すればよい。例えば、撮像素子２４の各領域における検出タイミングが０．５ｍｓｅｃである場合、基板ＳＢ（ステージ５０）の駆動速度を２０ｍｍ／ｓｅｃ、又は、撮像素子２４の画素サイズを５００μｍとすればよい。これにより、板ＳＢ上の計測点で反射した計測光が撮像素子２４の各領域（各画素）を移動する時間よりも撮像素子２４の各領域における検出タイミングを早くすることができる。
【００３９】
以下、図４を参照して、本実施形態の計測装置１において、コストを抑えながら、被計測面の表面形状を短時間で計測することができる理由について説明する。図２では、基板ＳＢ上の計測点（ｘｘ１、ｙｙ１）のみに注目して基板ＳＢの表面形状の計測について説明した。図４では、計測点（ｘｘ１、ｙｙ１）に加えて、計測点（ｘｘ１、ｙｙ１）からＹ軸方向に−δｙだけ離れた計測点（ｘｘ１、ｙｙ２）にも注目して基板ＳＢの表面形状の計測について説明する。図４（ａ）は時刻ｔ２における状態を、図４（ｂ）は時刻ｔ３における状態を、図４（ｃ）は時刻ｔ４における状態を示している。また、基板ＳＢは、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間に＋δｙだけ駆動され、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間にδｙだけ駆動されるものとする。なお、計測点（ｘｘ１、ｙｙ１）を第１の計測点、計測点（ｘｘ１、ｙｙ２）を第２の計測点とする。
【００４０】
時刻ｔ２において、基板ＳＢ上の第１の計測点で反射した計測光ｒａｙ＿ｍ２と第１の計測点に対応する参照面４０上の第１の参照点で反射した参照光ｒａｙ＿ｒ２によって形成される干渉光の強度が撮像素子２４の第２の領域ｐｉｘ２で検出される。ここで、基板ＳＢ上の第２の計測点は、上述したように、第１の計測点からＹ軸方向に−δｙだけ離れている。従って、時刻ｔ２においては、基板ＳＢ上の第２の計測点で反射した計測光ｒａｙ＿ｍ１と第２の計測点に対応する参照面４０上の第２の参照点で反射した参照光ｒａｙ＿ｒ１によって形成される干渉光の強度も撮像素子２４の第１の領域ｐｉｘ１で検出される。
【００４１】
時刻ｔ３においては、基板ＳＢ上の第１の計測点で反射した計測光ｒａｙ＿ｍ３と第１の計測点に対応する参照面４０上の第１の参照点で反射した参照光ｒａｙ＿ｒ３によって形成される干渉光の強度が撮像素子２４の第３の領域ｐｉｘ３で検出される。また、時刻ｔ３においては、基板ＳＢ上の第２の計測点で反射した計測光ｒａｙ＿ｍ２と第２の計測点に対応する参照面４０上の第２の参照点で反射した参照光ｒａｙ＿ｒ２によって形成される干渉光の強度も撮像素子２４の第２の領域ｐｉｘ２で検出される。
【００４２】
時刻ｔ４においては、基板ＳＢ上の第２の計測点で反射した計測光ｒａｙ＿ｍ３と第２の計測点に対応する参照面４０上の第２の参照点で反射した参照光ｒａｙ＿ｒ３によって形成される干渉光の強度も撮像素子２４の第２の領域ｐｉｘ３で検出される。
【００４３】
このように、基板ＳＢ上の第１の計測点に対応する強度信号は、時刻ｔ１から時刻ｔ３の間に得られ、基板ＳＢ上の第２の計測点に対応する強度信号は、時刻ｔ２から時刻ｔ４の間に得られる。
【００４４】
従って、基板ＳＢ上のＹ軸方向の計測点の数をｉ（即ち、計測点（ｘｘ１、ｙｙ１）乃至（ｘｘ１、ｙｙｉ））とすると、かかる計測点に対応する強度信号を得るために必要な時間は時刻ｔ１から時刻ｔｋとなる。ここで、ｊは強度信号を生成する際に必要なサンプリング数であり、ｋ＝ｉ＋ｊである。
【００４５】
本実施形態では、基板ＳＢ上のＹ軸方向に配列された複数の計測点のそれぞれに対応する強度信号を得る際に、基板ＳＢのＺ軸方向への駆動が不要であり、基板ＳＢをＹ軸方向だけに駆動すればよい。
【００４６】
従来の白色干渉信号方式で被計測面の表面形状を計測する場合、被計測面上の計測点が計測可能な位置に配置されるように被計測面をＸ軸方向及びＹ軸方向に駆動し、干渉信号を得るために被計測面をＺ軸方向に駆動するという動作を繰り返す。なお、１回のＺ軸方向への駆動時に計測可能な領域は限定されているため、被計測面の全面を計測するためには、被計測面をＸ軸方向及びＹ軸方向に駆動する動作を複数回繰り返すことになる。露光装置のウエハ上には、「ショット」と呼ばれる露光領域が１００程度存在しており、１回のＺ軸方向への駆動で計測可能な領域は、１ショット又は２ショット程度であることが一般的である。従って、Ｘ軸方向及びＹ軸方向への駆動回数は、５０乃至１００程度必要となる。なお、１回のＺ軸方向への駆動で計測可能な領域を拡大することで、Ｘ軸方向及びＹ軸方向への駆動回数を低減することは可能であるが、光学系の拡大による配置上の問題や高画素の撮像素子が必要となるなどのコスト上の問題を招いてしまう。
【００４７】
一方、本実施形態の計測装置１によれば、被計測面上の計測点が計測可能な位置に配置されるように被計測面を駆動し、例えば、Ｙ軸方向に配列された計測点に対応する強度信号を得るために、被計測面をＹ軸方向に駆動する。そして、被計測面上の次の計測点を計測するために被計測面をＸ軸方向に駆動し、かかる計測点に対応する強度信号を得るために、被計測面をＹ軸方向に駆動するという動作を繰り返す。このように、計測装置１では、被計測面のＺ軸方向への駆動が不要であると共に、被計測面上のＹ軸方向に配列された複数の計測点をＹ軸方向への１回の駆動で検出することができるため、被計測面の表面形状を短時間で計測することができる。上述したように、露光装置のウエハ上には１００前後のショットが隣接して存在しており、Ｘ軸方向には、１０列程度のショットが存在している。従って、本実施形態の計測装置１でショットを計測した場合、次のショットを計測するために必要なＸ軸方向への駆動は１０回程度となる。
【００４８】
例えば、各計測点におけるサンプリング数を１００、各ショット内のＹ軸方向の計測点を１００とし、次の計測点への駆動時間を１０ｍｓｅｃ、Ｚ軸方向への駆動の加減速時間を１０ｍｓｅｃとする。従来の白色干渉信号方式では、次の計測点への駆動が９９回（９９０ｍｓｅｃ）、計測点でのＺ軸方向への駆動が１００回（１ｓｅｃ）必要となるため、１．９９ｓｅｃ程度の計測時間が必要となる。一方、本実施形態の計測装置１では、次の計測点への駆動が９回（９０ｍｓｅｃ）必要であるだけで、Ｚ軸方向への駆動が不要であるため、計測時間を従来の白色干渉信号方式よりも１ｓｅｃ程度短縮することが可能である。
【００４９】
また、本実施形態では、参照面４０の傾き角φが小さい場合について説明したが、参照面４０の傾き角φが大きく、上述した光路長差で簡略化することが不可能となる場合もある。このような場合には、各計測点において被計測面をＺ軸方向に駆動し、従来の白色干渉信号方式で実際の光路長差を求め、かかる光路長差に基づいて補正を行えばよい。
【００５０】
具体的には、図５に示すように、まず、基板ＳＢ上の計測点（ｘｘ１、ｙｙ１）を、ＸＹＺ座標系の点（ｘ０、ｙ１、ｚ０）に配置する。そして、従来の白色干渉信号方式と同様に、基板ＳＢをＺ軸方向に駆動させて干渉信号を取得し、かかる干渉信号のピークを検出する。これにより、計測光ｒａｙ＿ｍ１が入射する撮像素子２４の第１の領域ｐｉｘ１における参照光ｒａｙ＿ｒ１と計測光ｒａｙ＿ｍ１との光路長差ＯＰＤが０となるＺ軸方向の位置が算出される。また、干渉信号から、計測点（ｘｘ１、ｙｙ１）のＺ軸方向の各位置での光路長差ＯＰＤを算出することも可能である。
【００５１】
一方、参照面４０の傾き角φから（即ち、本実施形態で得られた強度信号から）、計測光ｒａｙ＿ｍ１が入射する撮像素子２４の第１の領域ｐｉｘ１における参照光ｒａｙ＿ｒ１と計測光ｒａｙ＿ｍ１との光路長差ＯＰＤを算出することも可能である。従って、従来の白色干渉信号方式で得られた干渉信号から算出される光路長差ＯＰＤと本実施形態で得られた強度信号から算出される光路長差ＯＰＤとの差がＸＹＺ座標系の点（ｘ０、ｙ１、ｚ０）でのＯＰＤ誤差となる。
【００５２】
計測光が照射される全域（図５では、計測光ｒａｙ＿ｍ１乃至ｒａｙ＿ｍ３が照射される領域）においてＯＰＤ誤差を求めることによって、参照面４０の傾き角φが大きい場合のＯＰＤ誤差を補正することができる。なお、ＯＰＤ誤差を一度求めておけば、以降の計測時にはＯＰＤ誤差を再度求める必要はない。
【００５３】
また、ＯＰＤ誤差の算出は、計測装置１の光学系内部の光路長差を求めることが主目的であり、被計測面の材質に起因する光路長差を求めるものではない。但し、被計測面に多層構造が形成されている場合には、ＯＰＤ誤差の算出において、計測誤差が増大する可能性がある。従って、ＯＰＤ誤差を算出する際には、被計測面として、ＢａＳｉウエハ、ガラスウエハ、単一のレジストだけを厚く塗布したウエハ、基準プレートなどを用いるとよい。
【００５４】
図１に示す計測装置１では、被計測面としての基板ＳＢに対して垂直に計測光を入射させているが、基板ＳＢに対して斜めに計測光を入射させてもよい。この場合、基板ＳＢの上層に塗布されたレジスト層の反射率が増加し、レジスト層の下層にある金属層などで反射される光の影響が低減されるため、基板ＳＢの表面形状をより高精度に計測することができる。
【００５５】
また、図１に示す計測装置１では、照明系及び検出系として、屈折光学系を用いているが、反射光学系を用いることも可能である。反射光学系を用いることで、光学系の収差を低減させることが可能となり、基板ＳＢの表面形状をより高精度に計測することができる。例えば、光源１０が広帯域の白色光を射出する場合、光学系の収差を低減させるためにはレンズの数を増加させなければならないが、反射光学系を用いれば、レンズの数を増加させることなく収差を低減させることができる。換言すれば、反射光学系は、屈折光学系と比較して、性能面及びコスト面で有利である。
【００５６】
図６は、基板ＳＢに対して斜めに計測光を入射させると共に、照明系及び検出系として反射光学系を用いた計測装置１Ａの構成を示す図である。計測装置１Ａは、照明系として、平面ミラー６１と、凹面ミラー６２と、凸面ミラー６３と、開口絞り６４とを有する。また、計測装置１Ａは、検出系として、凹面ミラー６６と、凸面ミラー６７と、平面ミラー６８と、開口絞り６９とを有する。なお、十分なスペースがある場合には、平面ミラー６１及び６８を構成する必要はない。
【００５７】
凹面ミラー６２及び凸面ミラー６３は、照明系において結像光学系を構成する。凹面ミラー６２及び凸面ミラー６３は、本実施形態では、凹面ミラー６２の曲率中心と凸面ミラー６３の曲率中心とが一致する（同心円の関係）ように、配置されている。換言すれば、凹面ミラー６２及び凸面ミラー６３は、オフナー型と呼ばれる配置関係で配置される。但し、凸面ミラー６３の曲率（Ｒ凸）を凹面ミラー６２の曲率（Ｒ凹）の２倍とし（即ち、Ｒ凸＝２Ｒ凹）、凹面ミラー６２の曲率中心と凸面ミラー６３の曲率中心とが一致しない（非同心円の関係）ように、凹面ミラー６２及び凸面ミラー６３を配置させてもよい。開口絞り６４は、凹面ミラー６２及び凸面ミラー６３が構成する結像光学系の瞳位置に配置され、かかる結像光学系の開口数（ＮＡ）を規定する。
【００５８】
凹面ミラー６６及び凸面ミラー６７は、検出系において結像光学系を構成する。凹面ミラー６６及び凸面ミラー６７は、照明系における凹面ミラー６２及び凸面ミラー６３と同様に、凹面ミラー６６の曲率中心と凸面ミラー６７の曲率中心とが一致する（オフナー型）ように、配置されている。なお、凸面ミラー６７の曲率を凹面ミラー６６の曲率の２倍とし、凹面ミラー６６の曲率中心と凸面ミラー６７の曲率中心とが一致しないように、凹面ミラー６６及び凸面ミラー６７を配置させてもよい。開口絞り６９は、凹面ミラー６６及び凸面ミラー６７が構成する結像光学系の瞳位置に配置され、かかる結像光学系の開口数（ＮＡ）を規定する。開口絞り６９は、本実施形態では、ｓｉｎ（０．１度）乃至ｓｉｎ（５度）程度の非常に小さなＮＡに絞っている。
【００５９】
ビームスプリッタ２０ａ及び２０ｂは、上述したように、金属膜や誘電体多層膜などをスプリット膜としたプリズム型のブームスプリッタや、１μｍ乃至５μｍ程度の薄い厚さの膜で構成されるペリクル型ビームスプリッタを使用する。
【００６０】
凹面ミラー６２及び凸面ミラー６３を通過した光の主光線は、凹面ミラー６２と基板ＳＢとの間に配置されたビームスプリッタ２０ａに入射する。従って、凹面ミラー６２及び凸面ミラー６３を通過した光のうち略半分の光量の光（計測光）はビームスプリッタ２０ａを透過して、入射角度θで基板ＳＢに入射する。また、凹面ミラー６２及び凸面ミラー６３を通過した光のうち略半分の光量の光（参照光）はビームスプリッタ２０ａで反射され、入射角度θで参照面４０に入射する。
【００６１】
基板ＳＢに入射する計測光の入射角度θが大きくなると、基板ＳＢに塗布された薄膜（レジスト）表面からの反射率が、かかる薄膜の裏面からの反射率に対して相対的に強くなる。従って、基板ＳＢに塗布された薄膜の表面形状を測定する場合には、入射角度θは大きいほどよい。但し、入射角度θが９０度に近くなると、光学系の組み立てが難しくなるため、入射角度θは７０度乃至８５度が望ましい。
【００６２】
ビームスプリッタ２０ａを透過して基板ＳＢに入射した計測光は、基板ＳＢで反射されてビームスプリッタ２０ｂに入射する。一方、ビームスプリッタ２０ａで反射され参照面４０に入射した参照光は、参照面４０で反射されてビームスプリッタ２０ｂに入射する。
【００６３】
基板ＳＢで反射した計測光及び参照面４０で反射した参照光は、ビームスプリッタ２０ｂで合成され、撮像素子２４で受光される。凹面ミラー６６及び凸面ミラー６７は、両側テレセントリックな結像光学系を構成しており、基板ＳＢの表面を撮像素子２４に結像させる。従って、本実施形態では、スリット板１４の透過領域が、凹面ミラー６２及び凸面ミラー６３によって基板ＳＢ及び参照面４０に結像し、更に、凹面ミラー６６及び凸面ミラー６７によって撮像素子２４に再結像する。撮像素子２４においては、計測光と参照光とが重なり（即ち、干渉し）、計測光と参照光によって形成される干渉光の強度が検出される。なお、計測装置１Ａにおいて、参照面４０の配置（参照面４０の傾き角φの設定）、撮像素子２４の構成、算出処理部２６による基板ＳＢの表面形状を算出する処理などは、計測装置１と同様である。
【００６４】
また、図１に示す計測装置１や図６に示す計測装置１Ａでは、参照面４０として、平面形状を有するミラーを用いているが、図７に示すように、非平面形状を有するミラー４０Ａを用いてもよい。図７を参照するに、非平面形状を有するミラー４０Ａは、平面形状を有するミラーと比較して、参照光ｒａｙ＿ｒ１と計測光ｒａｙ＿ｍ１との光路長差がδＯＰＤ１だけ短くなるようになっている。同様に、参照光ｒａｙ＿ｒ３と計測光ｒａｙ＿ｍ３との光路長差がδＯＰＤ３だけ短くなるようになっている。これにより、基板ＳＢをＹ軸方向に等速で駆動した際に変化する参照光と計測光との光路長差を非等間隔にすることが可能となり、強度信号のサンプリング点の間隔を非等間隔にすることができる。上述したように、本実施形態では、強度信号に対して包絡線のピーク検出を実施することや、強度信号のセントラルフリンジに対して重心計算又は関数フィッティングを実施することによって、計測点における基板ＳＢの高さを算出している。その際、強度信号の強度が最大となる部分の近傍が重心計算や関数フィッティングに影響を及ぼすことが多い。図７に示すような非平面形状を有するミラー４０Ａを用いれば、強度が小さい部分のサンプリング数を減少させ、強度が最大となる部分の近傍のサンプリング数を増加させることができるため、計測精度を向上させることが可能となる。
【００６５】
また、参照面４０として、図８に示すように、撮像素子２４の各領域に対応して異なる段差を有する階段形状のミラー４０Ｂを用いてもよい。図８を参照するに、階段形状のミラー４０Ｂは、平面形状を有するミラーと比較して、参照光ｒａｙ＿ｒ１と計測光ｒａｙ＿ｍ１との光路長差がδＯＰＤ１だけ短くなるような段差を有する。同様に、参照光ｒａｙ＿ｒ３と計測光ｒａｙ＿ｍ３との光路長差がδＯＰＤ３だけ短くなるような段差を有する。
【００６６】
平面形状を有するミラー（図１や図６）や非平面形状を有するミラー（図７）では、撮像素子２４の１画素（１領域）における光路長差が一定ではなく、平均的な干渉光の強度が検出されることになる。一方、階段形状のミラー（図８）は、撮像素子２４の１画素（１領域）における光路長差が一定であるため、強度信号のコントラストが向上し、計測の再現性に優れている。
【００６７】
なお、図７に示すような非球面形状や図８に示すような階段形状は、平面形状を有するミラーに外力を加えることで（即ち、平面形状を変形させることで）形成することも可能である。
【００６８】
また、図１に示す計測装置１や図６に示す計測装置１Ａでは、参照面４０を傾斜させて配置する、或いは、非球面形状を有するミラーや階段形状のミラーを参照面４０として用いることで、参照光と計測光との光路長差を変化させている。但し、参照面４０ではなく、基板ＳＢを傾斜させて配置しても参照光と計測光との光路長差を変化させることが可能である。
【００６９】
次に、図９を参照して、計測装置１又は１Ａを備えた露光装置１００について説明する。図９は、本発明の一側面としての露光装置１００の構成を示す概略図である。
【００７０】
露光装置１００は、本実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式でレチクル１２０のパターンをウエハ１４０に露光する投影露光装置である。但し、露光装置１００は、ステップ・アンド・リピート方式やその他の露光方式も適用することができる。
【００７１】
露光装置１００は、図９に示すように、照明装置１１０と、レチクル１２０を載置するレチクルステージ１２５と、投影光学系１３０と、ウエハ１４０を載置するウエハステージ１４５と、制御部１６０と、計測装置１とを有する。
【００７２】
照明装置１１０は、転写用のパターンが形成されたレチクル１２０を照明し、光源１１２と、照明光学系１１４とを有する。照明光学系１１４は、光源１１２からの光を用いてレチクル１２０を照明する光学系である。照明光学系１１４は、本実施形態では、露光に最適な形状を有する露光スリットを形成する。
【００７３】
レチクル１２０は、転写用のパターンを有し、レチクルステージ１２５に支持及び駆動される。レチクル１２０から発せられた回折光は、投影光学系１３０を通り、ウエハ１４０に投影される。レチクル１２０とウエハ１４０とは、光学的に共役の関係に配置される。なお、露光装置１００は図示しない光斜入射系のレチクル検出部を備えており、レチクル１２０は、レチクル検出部によって位置が検出され、所定の位置に配置される。
【００７４】
レチクルステージ１２５は、図示しないレチクルチャックを介してレチクル１２０を支持し、図示しない移動機構に接続されている。かかる移動機構は、リニアモーターなどで構成され、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向及び各軸の回転方向にレチクルステージ１２５を駆動する。
【００７５】
投影光学系１３０は、レチクル１２０のパターンをウエハ１４０に投影する光学系である。投影光学系１３０は、屈折系、反射屈折系、或いは、反射系を使用することができる。
【００７６】
ウエハ１４０は、レチクル１２０のパターンが投影（転写）される基板であり、ウエハステージ１４５に支持及び駆動される。但し、ウエハ１４０の代わりにガラスプレートやその他の基板を用いることもできる。ウエハ１４０には、レジストが塗布されている。
【００７７】
ウエハステージ１４５は、図示しないウエハチャックを介してウエハ１４０を支持する。ウエハステージ１４５は、レチクルステージ１２５と同様に、リニアモーターを利用して、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向及び各軸の回転方向にウエハ１４０を移動させる。また、ウエハステージ１４５には、基準プレート１４９が配置されている。
【００７８】
計測装置１は、ウエハ１４０の表面形状を計測する機能を有し、上述した通りのいかなる構成をも適用可能である。また、露光装置１００が計測装置１の他にフォーカス制御用センサを備えている場合には、計測装置１をフォーカス制御用センサの校正に用いることも可能である。
【００７９】
制御部１６０は、ＣＰＵやメモリを有し、露光装置１００の動作を制御する。制御部１６０は、本実施形態では、計測装置１によって計測されたウエハ１４０の表面形状に基づいて、ウエハ１４０の位置を調整する。なお、制御部１６０は、計測装置１の算出処理部２６としての機能を備えていてもよい。
【００８０】
露光において、光源１１２から発せられた光は、照明光学系１１４によってレチクル１２０を照明する。レチクル１２０のパターンを反映する光は、投影光学系１３０によってウエハ１４０上に結像する。この際、ウエハ１４０の位置合わせが必要となる。計測装置１は、上述したように、ウエハ１４０の表面形状を短時間で計測することが可能であるため、露光装置１００は、ウエハ１４０の位置合わせを短時間で行うことができる。従って、露光装置１００は、高いスループットで経済性よく高品位なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。なお、かかるデバイスは、露光装置１００を使用して、感光剤が塗布された基板（ウエハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、露光された基板（感光剤）を現像する工程と、他の公知の工程と、を経ることにより製造される。
【００８１】
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ないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【図１】
0005406623.tif 000002
【図２】
0005406623.tif 000003
【図３】
0005406623.tif 000004
【図４】
0005406623.tif 000005
【図５】
0005406623.tif 000006
【図６】
0005406623.tif 000007
【図７】
0005406623.tif 000008
【図８】
0005406623.tif 000009
【図９】
0005406623.tif 000010