(57)【要約】【課題】光学的な検出によるオフセット等の悪影響を防止して、基板表面の形状を高精度にかつ簡便に計測することのできる表面形状計測装置を提供すること。【解決手段】この表面形状計測装置は、基板の表面近傍に配置され、表面の高さ変化に応じて位置が変化する複数の非光学的検出素子を配列して構成される高さ検出器と、非光学的検出素子に向けて測定光を発する光源と、非光学的検出素子からの測定光の反射光を受光することにより非光学的検出素子の位置を光学的に検出する光検出器とを有する。【選択図】  図３
2006112788.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面近傍に配置され、該表面の高さ変化に応じて位置が変化する複数の非光学的検出素子を配列して構成される高さ検出器と、
該非光学的検出素子に向けて測定光を発する光源と、
前記非光学的検出素子からの前記測定光の反射光を受光することにより前記非光学的検出素子の位置を光学的に検出する光検出器とを有することを特徴とする表面形状計測装置。
【請求項２】
前記基板が半導体ウエハであることを特徴とする請求項１に記載の表面形状計測装置。
【請求項３】
前記非光学的検出素子がカンチレバーであることを特徴とする請求項１に記載の表面形状計測装置。
【請求項４】
前記高さ検出器が、シリコンを材料とする第１層、酸化珪素を材料とする第２層、及びシリコンを材料とする第３層が順に積層して形成されたシリコン・オン・インシュレーターウエハを用いて作成されていることを特徴とする請求項３に記載の表面形状計測装置。
【請求項５】
前記第１層が前記複数配列されたカンチレバーとして機能し、かつ前記各カンチレバーが面積９００ｎｍ２以上の平坦部を有することを特徴とする請求項４に記載の表面形状計測装置。
【請求項６】
前記シリコン・オン・インシュレーターウエハの第３層に、前記各カンチレバーにそれぞれ対応して凹部が形成され、その凹部を介して前記各カンチレバーに前記測定光が入射することを特徴とする請求項５に記載の表面形状計測装置。
【請求項７】
前記複数の非光学的検出素子を２次元的に配列することにより所定の測定領域を有して前記高さ検出器が構成され、前記測定領域の大きさが前記基板上のショット領域の大きさ以上であることを特徴とする請求項１に記載の表面形状計測装置。
【請求項８】
基板を所定距離まで近接させた場合にその高さ変化に応じて原子間力に基づきつつ位置が変化する複数の非光学的検出素子に向けて前記基板を前記所定距離以下まで近接させるステップと、
前記非光学的検出素子に測定光を入射するステップと、
前記非光学的検出素子からの前記測定光の反射光を光検出器により受光するステップと、
該光検出器による受光位置に基づいて、前記非光学的検出素子の位置を算出するステップとを有することを特徴とする表面形状計測方法。
【請求項９】
前記近接ステップにおいて、前記基板を移動させ、前記非光学的検出素子を実質的に移動させないことを特徴とする請求項８に記載の表面形状計測方法。
【請求項１０】
前記所定距離が、前記基板と前記非光学的検出素子との間に作用する前記原子間力の斥力領域内又は引力領域内のいずれかにあることを特徴とする請求項８に記載の表面形状計測方法。
【請求項１１】
前記近接ステップに先立って前記複数の非光学的検出素子の高さバラツキを予め計測するステップと、
前記算出ステップにおいて算出された前記非光学的検出素子の位置情報に対し、前記計測された非光学的検出素子の高さバラツキの情報を加減するステップとをさらに有することを特徴とする請求項８に記載の表面形状計測方法。
【請求項１２】
前記入射ステップにおいて、前記非光学的検出素子に対し前記測定光を略垂直に入射することを特徴とする請求項８に記載の表面形状計測方法。
【請求項１３】
前記複数の非光学的検出素子が配列されて形成された測定領域の大きさが前記基板上のショット領域の大きさ未満である場合に、前記基板上で測定された領域に隣接して前記非光学的検出素子による測定領域が形成されるように前記基板を移動するステップを有することを特徴とする請求項８に記載の表面形状計測方法。
【請求項１４】
露光光源からの露光光をレチクル上に導く照明光学系と、
前記レチクルを駆動するレチクル駆動系と、
前記レチクル上のパターンを前記基板上に投影する投影光学系と、
該基板を駆動する基板駆動系と、
請求項１〜請求項７のうちいずれか１項に記載の表面形状計測装置とを有することを特徴とする露光装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の露光装置によって基板にパターンを投影露光する工程と、
投影露光された前記基板を現像する工程とを有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、一般に表面形状計測装置に係り、特に半導体ウエハ用の単結晶基板、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用のガラス基板等の被処理体の表面形状を計測する計測装置に関する。本発明は、例えば半導体素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等をリソグラフィ工程によって製造する投影露光装置や投影露光方法に好適である。
【背景技術】
【０００２】
フォトリソグラフィー（焼付け）技術を用いてデバイス（例えば、半導体素子、液晶表示素子又は薄膜磁気ヘッド）を製造する際に、マスク（レチクル）に描画された回路パターンを投影光学系によってウエハ等に投影して回路パターンを転写する投影露光装置が従来から使用されている。
【０００３】
投影露光装置においては、集積回路の微細化及び高密度化に伴い、より高い解像力でレチクルの回路パターンをウエハに投影露光することが要求されている。投影露光装置で転写できる最小の寸法（解像度）は、露光に用いる光の波長に比例し、投影光学系の開口数（ＮＡ）に反比例する。したがって、波長を短くすればするほど解像度はよくなる。このため、近年の光源は、超高圧水銀ランプ（ｇ線（波長約４３６ｎｍ））、ｉ線（波長約３６５ｎｍ）から波長の短いＫｒＦエキシマレーザー（波長約２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザー（波長約１９３ｎｍ）になり、Ｆ２レーザー（波長約１５７ｎｍ）の実用化も進んでいる。更に、露光領域の一層の拡大も要求されている。
【０００４】
これらの要求を達成するために、略正方形状の露光領域をウエハに縮小して一括投影露光するステップ・アンド・リピート方式の露光装置（「ステッパー」とも呼ばれる）から、露光領域を矩形のスリット形状としてレチクルとウエハを相対的に高速走査し大画面を精度よく露光するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（「スキャナー」とも呼ばれる）が主流になりつつある。
【０００５】
スキャナーでは、露光中において、ウエハの所定の位置が露光スリット領域に差し掛かる前に、光斜入射系の表面位置検出手段によってそのウエハの所定の位置における表面位置を計測し、その所定の位置を露光する際にウエハ表面を最適な露光像面位置に合わせ込む補正を行ってウエハの平面性の影響を低減することができる。特に、露光スリットの長手方向（すなわち、走査方向と直交する方向）には、ウエハの表面位置の高さ（フォーカス）だけではなく表面の傾き（チルト）を計測するために、露光スリット領域の前段及び後段に複数点の計測点を有している。このような、スキャナーにおけるウエハの表面位置計測方法として、例えば特許文献１に開示のものがある。
【０００６】
以下、従来のウエハ表面形状計測装置を有する露光装置構成について簡単に説明する。図１３は、従来の露光装置の概略構成を示すブロック図である。エキシマレーザ等を用いた光源８００から射出された光（露光光）は、照明光学系８０１によって露光に適した所定形状の露光スリットに整形され、レチクル１０１上のパターン面を照明する。そのパターン面には露光すべき回路パターンが形成されており、回路パターンを通過した光が投影露光レンズ１０２を介して結像面に相当するウエハ１０３面上近傍に像形成する。
【０００７】
レチクル１０１は、Ｙ方向に走査駆動可能なレチクルステージＲＳ上に保持されている。ウエハ１０３は、ＸＹＺ方向に走査駆動可能で、かつＸＹＺ角軸周りに傾斜（チルト）補正可能なウエハステージＷＳ上に保持されている。
【０００８】
レチクルステージＲＳとウエハステージＷＳとを露光倍率に対応する速度比でＹ方向に走査させることにより、レチクル１０１上の回路パターンをウエハ１０３上のショット領域へと露光する。１つのショット領域への露光（ワンショット露光）が終了した後、ウエハステージＷＳは露光領域が次のショット領域となるようにウエハ１０３をステップ移動させ、今度は−Ｙ方向への（すなわち、直前の走査方向と逆方向への）走査露光を行う。これら一連の動作はステップ・アンド・スキャンと呼ばれ、スキャナー特有の露光方法である。このステップ・アンド・スキャン動作によってウエハ１０３上のすべてのショット領域が露光される。
【０００９】
ワンショット露光内での走査中には、フォーカス及びチルト検出系１３３によりウエハ１０３表面の面位置情報が取得され、露光像面からのずれ量が算出され、Ｚ方向及びチルト方向へのステージ動作によって略露光スリット単位でウエハ１０３表面の位置補正が行われている。このフォーカス及びチルト検出系１３３の概略構成を図１４に示すが、この構成については特許文献１に詳しいので説明は省略する。
【００１０】
このフォーカス及びチルト検出系１３３は光学的にウエハ１０３表面の高さを計測している。ウエハ１０３表面、さらに詳細にはウエハ１０３上に塗布されたレジスト表面に対して高入射角度で光を入射させ、反射光の像ずれをＣＣＤ等の位置検出素子で検出している。ウエハ１０３上の複数の計測点に光を入射させ、それぞれの反射光を別個の位置検出素子に導き、異なる位置におけるウエハ１０３表面の高さ計測結果に基づいてウエハ１０３のチルト補正を行っている。
【特許文献１】特開平６−２６０３９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、集積回路の微細化及び高密度化に伴って露光光学系の焦点深度が極めて小さくなってきている。それにしたがって、露光対象としてのウエハ表面を最良結像位置（ベストフォーカス位置）に制御する際の許容範囲、すなわちフォーカス精度に対する要求もますます厳しくなってきている。その結果、ウエハ上のパターンによる影響や、レジスト厚さムラに起因する面位置検出系の計測誤差も無視できなくなってきている。
【００１２】
例えば、図９はウエハ上のパターン段差に伴うレジスト厚変化による反射率変化を説明する図である。レジストの塗布されたウエハの反射率は、レジスト表面の反射光とレジスト裏面（＝ウエハパターン表面）の反射光との干渉により決まる。ウエハに段差が無い領域Ａのレジスト厚Ｒｔに比べて、段差部Ｂのレジスト厚Ｒｔ’は厚くなるので、Ａ領域に照射された光のレジスト表面の反射光ｋａ１とレジスト表面の反射光ｋａ２の光路長差ｄＡとＢ領域に照射された光のレジスト表面の反射光ｋｂ１とレジスト表面の反射光ｋｂ２の光路長差ｄＢが異なり、その結果Ａ領域とＢ領域の反射率に差が生じる。このように、パターン板１５の格子パターンの投影像が、このような反射率変化のある領域に照射された場合には非対称な信号波形が生じることになる。このような反射率変化は、図９のような単純なレジスト厚変化に限らず、図１０のような原因でも発生する。図１０は、パターンの無い領域Ｃ（またはパターン密度が粗な領域）とパターン密度が大きい領域Ｄの反射率差を説明する図である。領域ＣとＤのレジスト厚は同等で、領域ＣとＤのレジスト表面での反射光ｋｃ１，ｋｄ１の反射率はほぼ同等であるが、領域ＣとＤはウエハ上のパターンの粗密度が異なるため、レジスト裏面での反射光ｋｃ２，ｋｄ２の反射率が異なる。また更にウエハパターンが照明光の波長以下になると、構造複屈折と呼ばれる反射での位相飛びの現象が発生し、レジスト裏面での反射光ｋｃ２，ｋｄ２の間の位相差に差が生じることにより、領域ＣとＤの反射率に差が生じることになる。
【００１３】
このように、ウエハパターンによって反射角度や反射強度が変化してしまうため、その反射光を受光した際の検出波形に非対称性を生じ、検出誤差が生じたり検出波形のコントラストが著しく低下して、正確な面位置検出が困難となってしまう場合がある。特に、ウエハパターンのパターン寸法が６５ｎｍ以下である場合はフォーカス計測精度を数ｎｍ以下に管理する必要があり、現在の光学的計測のみでは充分なフォーカス精度を確保すること困難となっている。
【００１４】
そこで、本発明は、光学的な検出によるオフセット等の悪影響を防止して、基板表面の形状を高精度にかつ簡便に計測することのできる表面形状計測装置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】
【００１５】
本発明の例示的側面としての表面形状計測装置は、基板の表面近傍に配置され、表面の高さ変化に応じて位置が変化する複数の非光学的検出素子を配列して構成される高さ検出器と、非光学的検出素子に向けて測定光を発する光源と、非光学的検出素子からの測定光の反射光を受光することにより非光学的検出素子の位置を光学的に検出する光検出器とを有することを特徴とする。
【００１６】
本発明の他の例示的側面としての表面形状計測方法は、基板を所定距離まで近接させた場合にその高さ変化に応じて原子間力に基づきつつ位置が変化する複数の非光学的検出素子に向けて基板を所定距離以下まで近接させるステップと、非光学的検出素子に測定光を入射するステップと、非光学的検出素子からの測定光の反射光を光検出器により受光するステップと、光検出器による受光位置に基づいて、非光学的検出素子の位置を算出するステップとを有することを特徴とする。
【００１７】
本発明のさらに他の例示的側面としての露光装置は、露光光源からの露光光をレチクル上に導く照明光学系と、レチクルを駆動するレチクル駆動系と、レチクル上のパターンを基板上に投影する投影光学系と、基板を駆動する基板駆動系と、上記の表面形状計測装置とを有することを特徴とする。本発明のさらに他の例示的側面としてのデバイス製造方法は、上記の露光装置によって基板にパターンを投影露光する工程と、投影露光された基板を現像するプロセスを行う工程とを有することを特徴とする。
【００１８】
本発明の他の目的及び更なる特徴は、以下、添付図面を参照して説明される実施形態により明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ウエハ表面形状の高さバラツキやウエハパターンの粗密によって影響されることなく、ウエハ等の被処理体の表面形状を高精度に計測することができる。その表面形状計測結果は光学的計測の場合に発生するオフセットによる悪影響を受けることがない。結果的に、高精度なウエハパターンの露光が可能となり、ウエハ製造のスループットや歩留まり向上、ウエハの高性能化に寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
［実施の形態１］
以下、本発明の実施の形態１に係る露光装置Ｓについて図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る露光装置Ｓの要部を概略的に示す構成図である。この露光装置Ｓは、例えば米国特許４，８６１，１６２に開示される露光装置に本発明に係る表面形状計測装置を適用して構成される。
【００２１】
ウエハ１は、計測ステージ２と露光ステージ３との２つのウエハ駆動ステージ間を、チャック４に吸着された状態で搬送されるようになっている。露光ステージ３では、投影光学系６によって導かれた光がウエハ１上に投影されるようになっている。チャック４上にはウエハ１の位置計測のためのチャックマーク４ａが設けられ、計測ステージ２においてこのチャックマーク４ａとウエハ１との３次元的な位置関係がアライメント検出系７を用いて計測される。その後、ウエハ１を吸着したままチャック４が露光ステージ３に移動する。露光ステージ３では、チャックマーク４ａの３次元的な位置がアライメント検出系７によって計測され、その計測結果及びウエハ１とチャックマーク４ａとの位置関係情報とを用いて、露光ステージ３におけるウエハ１の３次元的な位置（ＸＹＺ方向の位置）が把握される。
【００２２】
計測ステージ２内には、複数のカンチレバー５（図３も参照）を使用したフォーカス検出系（表面形状計測装置）ＭＰが配置されている。図２は、フォーカス検出系ＭＰにおけるカンチレバー５の配置例を示している。例えば、１辺が３５ｍｍの正方形領域内にカンチレバー５を１ｍｍ間隔で縦横に各３６個（合計１２９６個）配置している。このようにカンチレバー５を複数配列したものをマルチカンチレバー５ｃと呼ぶ。
【００２３】
カンチレバー５は、市販の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）等において使用されており、測定対象とカンチレバー５との間に作用する原子間力（ファンデルワールス力）を利用して測定対象のＺ方向（紙面垂直方向）位置を測定するものである。原子間力を利用することにより、図９及び図１０に示すような光学的なオフセットの発生を防止することができ、ウエハ１上に塗布されたレジストの表面形状（表面高さの変化）を正確に計測することができる。
【００２４】
図３は、複数のカンチレバー５を有するマルチカンチレバー５ｃがウエハ１表面を計測している様子を側方から見た側方図である。このカンチレバー５の計測方式は光テコ方式と呼ばれる。カンチレバー５は、計測プローブ５ａとウエハ１表面との間に作用する原子間力によってウエハ１表面の高さ位置に応じて上下移動する。カンチレバー５の背面５ｂに斜入射光８を入射させ、その背面５ｂからの反射光をＣＣＤ等の光検出器９によって検出することにより、カンチレバー５の高さ、すなわちウエハ１の表面形状を計測することができる。
【００２５】
図４は、複数のカンチレバー５による高さ計測を１つの光学系によって行う光テコ方式のフォーカス検出系ＭＰの概略構成図である。レーザ光源１０から発せられた測定光１０ａはマルチスポット発生部１１によって分割され、投光光学系１２によって複数のカンチレバー５それぞれの背面５ｂに斜入射光８として入射される。複数の背面５ｂからの反射光は、受光光学系１３により光検出器９の受光面へと導かれる。市販のＡＦＭでは光検出器として四分割センサが用いられるが、本実施の形態においては、２次元撮像素子（例えばエリア型ＣＣＤ等）を用いる。カンチレバー５の背面５ｂの高さ（Ｚ方向）位置に応じて光検出器９での受光位置が変化するので、光検出器９で受光した光を光電変換することによりカンチレバー５のＺ方向位置を計測することができる。
【００２６】
計測ステージ２におけるウエハ１の表面計測は、露光ステージ３におけるウエハ１の露光前に以下の計測シーケンスに基づいて行われる。すなわち、まずウエハ１上で最初に露光されるショット領域の表面形状を複数のカンチレバー５により計測する（Ｓ．１。次に、ウエハステージを駆動して、その他の各ショット領域の表面形状を複数のカンチレバー５により計測する（Ｓ．２）。すべてのショット領域の表面形状計測が終了したら、ウエハ１のＸＹ方向位置情報を得るため、アライメント検出系（オフアクシススコープ）７によってウエハアライメントを行う（Ｓ．３）。この場合において、多くの場合はグローバルアライメントによるウエハアライメントが行われる。チャック４上に設けられたチャックマーク４ａのＸＹＺ位置をアライメント検出系７を用いて計測する（Ｓ．４）。ウエハ１を吸着したままチャック４が露光ステージ３へと移動してウエハ１の露光を開始するとともに、計測ステージ２に未計測の新たなウエハ１を移動する（Ｓ．５）。なお、露光シーケンスについては公知の方法と同様であるので説明を省略する。
【００２７】
図５は、カンチレバー５によるウエハ１表面計測の原理を説明するための説明図である。ある任意の位置を基準としたＺ方向におけるカンチレバー５の位置（例えばカンチレバー５の背面５ｂの位置）を位置Ｃ、計測対象としてのウエハ１の計測点の表面位置を位置ｄとすると、両者の関係は図６に示すようになる。図６は、位置Ｃに保持したカンチレバー５にウエハ１を徐々に近接させた場合のカンチレバー５の位置Ｃとウエハ１の表面位置ｄとの関係を示したグラフ（フォースカーブ）である。ここで図５中のＺ方向（図中上方向）が正方向である。
【００２８】
カンチレバー５がウエハ１から充分離れている場合は、ウエハ１をカンチレバー５に近づけてもカンチレバー５の位置Ｃは変化しない。しかし、ある程度まで近接してウエハ１の表面位置が位置ｄ１になると（このとき、カンチレバー５のプローブ５ａとウエハ１の表面とは所定距離となっている。）、双方に原子間力が作用し始めて互いに引き合う。その後、ウエハ１がさらにカンチレバー５に近づくと、カンチレバー５が引力でウエハ１表面へと引きつけられ、カンチレバー５の位置Ｃの値が徐々に小さくなる（引力領域）。さらにウエハ１がカンチレバー５に近づき、ウエハ１の表面位置が位置ｄ２になると、今度は原子間力によって双方が逆に反発し合う。ウエハ１がさらにカンチレバー５に近づくと、カンチレバー５が斥力でウエハ１表面から遠ざかろうとし、カンチレバー５の位置Ｃの値が急激に大きくなる（斥力領域）。  本発明においては、この斥力領域における反発特性を利用するためにカンチレバー５とウエハ１との距離がＣ−ｄ２以下となるように配置する。もちろん引力領域における引力特性を利用することも可能であるが、引力領域では１つのカンチレバー５の位置Ｃに対して対応するウエハ１の位置が複数となる場合がある。したがって、カンチレバー５の位置Ｃから一義的にウエハ１の位置が決定されない場合があるので注意が必要である。カンチレバー５とウエハ１との距離を設定するに際しては、ウエハ１の表面形状の高さバラツキを考慮する必要がある。ウエハ１の表面形状の高さバラツキの値よりもカンチレバー５とウエハ１との距離を小さくしてしまうと、カンチレバー５のプローブ５ａがウエハ１表面に接触してしまう虞があるからである。
【００２９】
カンチレバー５を例えば１０００個以上配列してマルチカンチレバー５ｃを作成する際にはナノメートルオーダーでの高さバラツキが発生してしまう。したがって、ウエハ１の表面計測を行う前に、予め平面度が判明しているサンプル工具（いわゆる治具）を用いて複数のカンチレバー５それぞれの高さバラツキを校正するキャリブレーション作業が必要となる。以下、カンチレバー５の高さバラツキを３ｎｍ以下の精度に校正する場合のキャリブレーションの手順について説明する。
【００３０】
平面度が予め判明している治具としてのサンプルウエハを、その表面計測範囲がマルチカンチレバー５ｃのプローブ５ａ先端の下方５００ｎｍに位置するように設定する。その後、サンプルウエハを＋Ｚ方向（すなわちマルチカンチレバー５ｃに近接する方向）に移動させつつ、５ｎｍ移動させるごとにマルチカンチレバー５ｃの各カンチレバー５のＺ方向位置を光学的に計測する。
【００３１】
移動距離が６００ｎｍとなるまでこれを繰り返し行い、合計１２０カ所における計測データを取得する。各計測データに基づいて各カンチレバー５のフォースカーブを作成し、各カンチレバー５の引力領域から斥力領域に遷移する遷移点の位置（すなわち図６における位置ｄ２）を把握する。各カンチレバー５の遷移点の位置ｄ２の情報とサンプルウエハの平面度の情報とに基づいて、各カンチレバー５の高さバラツキを算出する。算出された各カンチレバー５の高さバラツキの情報を、実際のウエハ１の表面形状計測に適用することにより、ナノメートルオーダーでのカンチレバー５の高さバラツキの影響を最小限に低減することができる。さらに、サンプルウエハをＸＹ面内で９０°ずつ回転させて合計４回のキャリブレーションを行い、その平均値を使用することにより、サンプルウエハが有する平面度による影響をさらに低減することができる。
【００３２】
上記に説明したように、本実施の形態１によればマルチカンチレバー５ｃを用いた非光学的な計測と光学的な計測とを組み合わせているので、ウエハ上に塗布されたレジストの表面形状を光学的な方法のみによって計測する際に生じるオフセットが発生しない。さらにキャリブレーションを行うことにより、マルチカンチレバー作成時の高さバラツキやサンプルウエハの平面度の影響を殆ど受けることなく、ナノメートルオーダーでの高精度計測を行うことができる。
【００３３】
［実施の形態２］
以下、本発明の実施の形態２に係る露光装置について説明する。図７は、本発明の実施の形態２に係る露光装置Ｓ２に用いられる表面形状計測装置としてのマルチカンチレバー２１を側方から見た側方図である。図８は、マルチカンチレバー２１を上方から見た平面図である。このマルチカンチレバー２１は、シリコン・オン・インシュレーター（ＳＯＩ）と呼ばれる構造を利用して作成されている。ＳＩＯは、例えば１００ｎｍ以下の厚さのＳｉで形成された第１層２２、１０ｎｍ以下の厚さのＳｉＯ２で形成された第２層２３、数ｍｍ程度の厚さのＳｉで形成された第３層２４とが積層されて構成されている。第１層２２は、例えば１片が２００μｍの略正方形状とされており、マルチカンチレバー２１のプローブ２２ａとして機能する。プローブ２２ａは、図８に示すように例えば縦×横が８×８個の６４個の等間隔配列とされ、その間隔は０．５〜１ｍｍ程度である。第３層２４はバックエッチングによって各プローブ２２ａにそれぞれ対応する略四角錐形状の凹部２４ａを有している。この凹部２４ａとプローブ２２ａとを有して、１つのカンチレバー２１ａが構成される。
【００３４】
市販のＡＦＭは、先端寸法が数１０ｎｍのプローブを用いてＸＹ面内での水平分解能を獲得している。しかし本実施の形態２に係る露光装置Ｓ２おいては、水平分解能は数１００ｎｍ程度で足りる。スキャナ露光方式においては数ｍｍの露光スリットを使用しているので、水平分解能は数１００ｎｍ程度で充分であるからである。したがって、プローブ２２ａの形状が１辺２００μｍの略正方形状でも問題はない。そのようにすることで、却ってＸＹ面内におけるレジスト１ａ表面形状の微小なノイズ成分を低減して平均化効果を得ることができ、またレジスト１ａ上へのキズ付けの防止やマルチカンチレバー２１の長期使用に伴う変形を防止する効果も得ることができる。このような効果を得るためには、プローブ２２ａの１辺は少なくとも３０ｎｍ以上、すなわちプローブ２２ａの面積は少なくとも９００ｎｍ２以上であることが望ましい。
さらに図７に示すように、このマルチカンチレバー２１においては各カンチレバー２１ａの高さ位置を計測するための測定光２５をカンチレバー２１ａの背面２１ｂに対して略垂直に入射することが可能である。測定光２５の垂直入射が可能であるので干渉形状計測等の光テコ方式の形状計測方法が使用可能となる。また、図７において測定光２５の斜入射も可能であることから、カンチレバー２１ａの高さ計測を高精度化するのに入射角度を変数として使用することも可能となる。
【００３５】
［実施の形態３］
上記実施の形態１においては、計測ステージ２と露光ステージ３との複数のウエハ駆動ステージを構成しているが、本実施の形態においては１つのウエハ駆動ステージによってウエハ表面形状計測と露光との両方を行う。複数のウエハ駆動ステージを使用する場合に比較して計測及び露光のスループットは低下するものの、装置全体の小型化及びコスト低減を実現できる。また、ウエハ１を保持するチャック４を計測と露光とで異なるウエハ駆動ステージに載せ替える必要がないので、チャックマーク４ａを基準としてウエハ１の３次元的位置を測定する必要がなく、チャックマーク４ａが不要となる。
【００３６】
［実施の形態４］
実施の形態１〜３においては、マルチカンチレバー５ｃ，２１によってショット領域全体を一度に計測している。つまり、マルチカンチレバー５ｃ，２１が１回で表面形状を計測できる範囲（測定領域）が、１つのショット領域よりも広い領域となっている。しかしながら、例えばショット領域よりも小さい面積に配列された小マルチカンチレバーによって複数回計測することにより、１つのショット領域の表面形状を計測することも可能である。小マルチカンチレバーによってショット領域の一部の表面形状を計測し、測定領域が隣接するようにウエハ１を移動して再び表面形状を計測する。これを繰り返し複数回の計測によってショット領域全体の表面形状計測を行う。得られた複数個の計測データは、後の演算処理によって連結される。
【００３７】
計測回数が増加して計測のスループットが低減するが、多数のカンチレバー５，２１ａを配列してショット領域よりも大きな範囲を計測できるマルチカンチレバー５ｃ，２１の製作が計測精度の観点から困難である場合に、本実施の形態４による計測が効果的である。もちろん光学的計測のみによる場合のようなオフセットが発生することはない。
【００３８】
［実施の形態５］
次に、図１１及び図１２を参照して、上述の露光装置Ｓ，Ｓ２を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図１１は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１０１（回路設計）ではデバイスの回路設計を行う。ステップ１０２（レチクル製作）では、設計した回路パターンを形成したレチクルを製作する。ステップ１０３（ウエハ製造）ではシリコンなどの材料を用いてウエハ（基板）を製造する。ステップ１０４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、レチクルとウエハを用いてリソグラフィ技術によってウエハ上に実際の回路を形成する。ステップ１０５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ１０４によって作成されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ１０６（検査）では、ステップ１０５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ１０７）される。
【００３９】
図１２は、ステップ１０４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１１（酸化）ではウエハの表面を酸化させる。ステップ１１２（ＣＶＤ）では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１１３（電極形成）では、ウエハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１１４（イオン打ち込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１１５（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１１６（露光）では、露光装置Ｓ，Ｓ２によってレチクルの回路パターンをウエハに露光する。ステップ１１７（現像）では、露光したウエハを現像する。ステップ１１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施の形態の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。
【００４０】
以上、本発明の好ましい実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その要旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る露光装置の要部を概略的に示す構成図である。
【図２】図１に示す露光装置のフォーカス検出系におけるカンチレバーの配置例を示す図である。
【図３】図１に示す露光装置のマルチカンチレバーがウエハ表面を計測する様子を側方から見た側方図である。
【図４】複数のカンチレバーによる高さ計測を１つの光学系によって行う光テコ方式のフォーカス検出系の概略構成図である。
【図５】カンチレバーによるウエハ表面計測の原理を説明するための説明図である。
【図６】カンチレバーにウエハを徐々に近接させた場合のカンチレバーの位置Ｃとウエハの表面位置ｄとの関係を示したグラフである。
【図７】本発明の実施の形態２に係る露光装置に用いられるマルチカンチレバーを側方から見た側方図である。
【図８】図７に示すマルチカンチレバーを上方から見た平面図である。
【図９】光学的オフセットを説明するための図である。
【図１０】光学的オフセットを説明するための図である。
【図１１】図１に示す露光装置によるデバイス製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図１２】図１１に示すステップ１０４の詳細なフローチャートである。
【図１３】従来の露光装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１４】図１３に示す露光装置のフォーカス及びチルト検出系の概略構成図である。
【符号の説明】
【００４２】
ＭＰ：フォーカス検出系（表面計測装置）
ＲＳ：レチクルステージ（レチクル駆動系）
Ｓ，Ｓ２：露光装置
ＷＳ：ウエハステージ（ウエハ駆動系）
１：ウエハ（基板、半導体ウエハ）
５，２１ａ：カンチレバー（非光学的検出素子）
５ａ，２２ａ：プローブ
５ｃ，２１：マルチカンチレバー（高さ検出器）
６：投影光学系
７：アライメント検出系（オフアクシススコープ）
９：光検出器
１０：レーザ光源（光源）
１０ａ：測定光
２２：第１層
２３：第２層
２４：第３層
２４ａ：凹部
２５：測定光
１０１：レチクル
１０２：投影露光レンズ
１０３：ウエハ
１３３：フォーカス及びチルト検出系
８００：光源
８０１：照明光学系
【図１】
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【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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