(57)【要約】【課題】透過性基板からの反射光のなかに、表面からの反射光のみならず、裏面からの反射光が含まれる場合であっても、透過性基板の表面の高さ情報を正確に検出する面位置検出方法を提供することを目的とする。【解決手段】透過性基板の被検面に対して斜め方向から光を投射し、透過性基板Ｗからの反射光を受光することにより透過性基板の面位置情報を検出する面位置検出方法において、透過性基板からの反射光のなかから被検面で反射した被検面反射光を反射光の強度分布Ｄに基づいて特定して透過性基板の面位置情報を検出する。【選択図】  図６
2004273828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過性基板の被検面に対して斜め方向から光を投射し、該透過性基板からの反射光を受光することにより該透過性基板の面位置情報を検出する面位置検出方法において、
前記透過性基板からの反射光のなかから前記被検面で反射した被検面反射光を該反射光の強度分布に基づいて特定して該透過性基板の面位置情報を検出することを特徴とする面位置検出方法。
【請求項２】
前記透過性基板からの反射光のなかから前記被検面反射光を特定する際に、
前記被検面反射光に関連した参照用強度分布と前記透過性基板からの反射光の強度分布とのマッチング処理により、前記強度分布のなかから前記被検面反射光を特定することを特徴とする請求項１に記載の面位置検出方法。
【請求項３】
前記透過性基板の面位置検出に先だって、基準面に光を投射し、該基準面からの反射光に基づいて前記参照用強度分布を求めることを特徴とする請求項２に記載の面位置検出方法。
【請求項４】
前記参照用強度分布の少なくとも一部を用いて、前記透過性基板からの反射光の強度分布とのマッチング処理を行うことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の面位置検出方法。
【請求項５】
前記参照用強度分布は、前記基準面からの反射光の強度分布と、前記被検面の裏面からの反射光に相当する光の強度分布とを合成した強度分布であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の面位置検出方法。
【請求項６】
前記被検面の裏面からの反射光に相当する光の強度分布は、前記基準面からの反射光の強度分布と前記透過性基板の反射率及び厚みとを考慮して求められることを特徴とする請求項５に記載の面位置検出方法。
【請求項７】
前記参照用強度分布のパラメータを変化させて前記透過性基板からの反射光の強度分布に適合させるプロファイルフィッティング処理を行うことにより、前記被検面反射光を特定することを特徴とする請求項２から請求項６のうちいずれか一項に記載の面位置検出方法。
【請求項８】
前記透過性基板からの反射光の強度分布のなかから前記被検面反射光の最強度位置を検出することを特徴とする請求項２から請求項７のうちいずれか一項に記載の面位置検出方法。
【請求項９】
基板の被検面に対して斜め方向から光を投射する投光系と、前記基板からの反射光を受光して光電的に検出する受光系と、透過性基板から反射される光の強度分布のなかから前記被検面で反射した被検面反射光を特定して該被検面の面位置情報を検出する面位置検出部とを備えることを特徴とする面位置検出装置。
【請求項１０】
所定の光学系の焦点深度内に透過性基板を移動させる合焦装置において、
該所定の光学系に対する前記透過性基板の面位置を検出する面位置検出装置として、請求項９に記載の面位置検出装置を備えることを特徴とする合焦装置。
【請求項１１】
マスクに形成されたパターンを透過性基板上に転写する投影光学系を備える露光装置において、
該投影光学系の焦点深度内に前記透過性基板を移動させる合焦装置として、請求項１０に記載の合焦装置を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項１２】
リソグラフィ工程を含むデバイスの製造方法において、該リソグラフィ工程において請求項１１に記載の露光装置を用い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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子、液晶表示素子、撮像素子、薄膜磁気ヘッド、その他のデバイスをリソグラフィ工程で製造する際に、各種のデバイスが形成される基板の表面に対して垂直な方向の基板表面の位置を検出する面位置検出方法、面位置検出装置、合焦装置、露光装置及びデバイスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子、液晶表示素子、撮像素子、薄膜磁気ヘッド、その他のデバイスの製造工程の１つであるフォトリソグラフィ工程においては、マスクに形成されたパターンの像をフォレジスト等の感光剤が塗布されたウエハやガラスプレート等の基板上に投影露光する露光装置が用いられる。投影露光においては、マスクのパターンの結像面に基板の表面（露光面）を位置合わせする作業、すなわち焦点合わせを行うため、基板の表面の高さ情報を正確に検出する必要があり、このため、露光装置は投影光学系の光軸方向における基板の位置（高さ）を検出するオートフォーカスセンサ（ＡＦセンサ）を備える。ＡＦセンサは、基板の表面に対して複数のビームを投射する投光系と、基板の表面からの反射光を受光する受光系と、受光系からの情報を取得して基板の表面の高さ情報を検出する検出部とを備えて、基板の表面の高さ情報を検出するようになっている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−３０４０１６号公報（第４頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ガラスプレート等の透過性基板に投影露光する場合にも上述したＡＦセンサが用いられている。受光系が受光する光には、透過性基板の表面からの反射光のみならず、裏面からの反射光も含まれているが、表面反射光と裏面反射光とを区別することが可能であった。しかし、デバイスの軽薄化等の要請に伴って透過性基板の厚みが薄くなり、表面反射光と裏面反射光が重なりあってしまい、表面反射光のみを検出することができず、透過性基板の表面の高さ情報を正確に検出することが困難になるという新たな問題が発生している。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、透過性基板からの反射光のなかに、透過性基板の表面からの反射光のみならず、裏面からの反射光が含まれる場合であっても、透過性基板の表面の高さ情報を正確に検出する面位置検出方法、面位置検出装置、合焦装置、露光装置及びデバイスの製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の面位置検出方法、面位置検出装置、合焦装置、露光装置及びデバイスの製造方法では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
第１の発明は、透過性基板（Ｗ）の被検面（Ｗａ）に対して斜め方向から光を投射し、透過性基板（Ｗ）からの反射光（Ｒ）を受光することにより透過性基板（Ｗ）の面位置情報を検出する面位置検出方法において、透過性基板（Ｗ）からの反射光（Ｒ）のなかから被検面（Ｗａ）で反射した被検面反射光（Ｒａ）を反射光（Ｒ）の強度分布（Ｄ）に基づいて特定して透過性基板（Ｗ）の面位置情報を検出するようにした。これにより、透過性基板からの反射光が被検面で反射した被検面反射光と裏面で反射した裏面反射光とを合成した光である場合に、反射光の強度分布を用いることにより、合成した光のなかから被検面で反射した被検面反射光を数値処理により特定することができる。
【０００７】
また、透過性基板（Ｗ）からの反射光（Ｒ）のなかから被検面反射光（Ｒａ）を特定する際に、被検面反射光（Ｒａ）に関連した参照用強度分布（Ｄｆ）と透過性基板（Ｗ）からの反射光（Ｒ）の強度分布（Ｄ）とのマッチング処理により、強度分布（Ｄ）のなかから被検面反射光（Ｒａ）を特定するものでは、参照用強度分布と透過性基板からの反射光の強度分布とのマッチング処理により、反射光の強度分布のなかから参照用強度分布を確実に探し出すことができ、更に参照用強度分布は被検面反射光に関連することから被検面反射光を特定することができる。また、透過性基板（Ｗ）の面位置検出に先だって、基準面（８４）に光を投射し、基準面（８４）からの反射光（Ｒｂ）に基づいて参照用強度分布（Ｄｆ）を求めるものでは、被検面反射光のみからなる強度分布を得ることができるので、確実に反射光の強度分布のなかから被検面反射光の強度分布を確実に特定することができる。また、参照用強度分布（Ｄｆ）の少なくとも一部を用いて、透過性基板（Ｗ）からの反射光（Ｒ）の強度分布（Ｄ）とのマッチング処理を行うものでは、特徴的な一部分やノイズに汚染されていない部分を用いることにより、精度よくマッチング処理を行うことができる。また、参照用強度分布（Ｄｆ）は、基準面（８４）からの反射光（Ｒｂ）の強度分布（Ｄｂ）と、被検面（Ｗａ）の裏面からの反射光（Ｒｎ）に相当する光の強度分布（Ｄｎ）とを合成した強度分布であるものでは、高さ検出の際に実際に得られる光の強度分布に相当する強度分布を用いることにより、マッチング処理の精度を高めることができる。また、被検面（Ｗａ）の裏面からの反射光（Ｒｎ）に相当する光の強度分布（Ｄｎ）は、基準面（８４）からの反射光（Ｒｂ）の強度分布（Ｄｂ）と透過性基板（Ｗ）の反射率及び厚みとを考慮して求められるものでは、より正確に被検面の裏面からの反射光に相当する光の強度分布を求めることができ、マッチング処理の精度を高めることができる。また、参照用強度分布（Ｄｆ）のパラメータを変化させて透過性基板（Ｗ）からの反射光（Ｒ）の強度分布（Ｄ）に適合させるプロファイルフィッティング処理を行うことにより、被検面反射光（Ｒａ）を特定するものでは、パラメータを変化させることにより、透過性基板の厚みや反射率のばらつきによる反射光の強度分布の変形を考慮することができるので、反射光の強度分布に参照用強度分布を精度よくマッチングさせることができる。更に、マッチングさせたパラメータに基づいて透過性基板の厚みや反射率を正確に求めることができる。また、透過性基板（Ｗ）からの反射光（Ｒ）の強度分布（Ｄ）のなかから被検面反射光（Ｒａ）の最強度位置を検出するものでは、反射光の強度分布における被検面反射光の位置を正確かつ容易に検出できるので、ガラス基板の高さ計測を正確に行うことができる。
【０００８】
第２の発明に係る面位置検出装置（４１）は、基板（Ｗ）の被検面（Ｗａ）に対して斜め方向から光を投射する投光系（４２）と、基板（Ｗ）からの反射光（Ｒ）を受光して光電的に検出する受光系（４３）と、透過性基板（Ｗ）から反射される光（Ｒ）の強度分布（Ｄ）のなかから被検面（Ｗａ）で反射した被検面反射光（Ｒａ）を特定して被検面（Ｗａ）の面位置情報を検出する面位置検出部（９１）とを備えるようにした。これにより、透過性基板からの反射光が被検面で反射した被検面反射光と裏面で反射した裏面反射光とを合成した光である場合に、面位置検出部が合成した光のなかから被検面で反射した被検面反射光を特定するので、透過性基板の面位置を確実に検出することができる。また、透過性基板からの反射光を分光する光学系等の特別な設備を設ける必要がなく、設備コストを抑えることができる。
【０００９】
第３の発明は、所定の光学系（３０）の焦点深度内に透過性基板（Ｗ）を移動させる合焦装置（４０）において、所定の光学系（３０）に対する透過性基板（Ｗ）の面位置を検出する面位置検出装置（４１）として、上記面位置検出装置（４１）を備えるようにした。これにより、検出対象が薄形の透過性基板であっても被検面の高さ検出を行うことができるので、所定の光学系の焦点深度内に透過性基板を確実に移動させることができる。
【００１０】
第４の発明は、マスク（Ｍ）に形成されたパターンを透過性基板（Ｗ）上に転写する投影光学系（３０）を備える露光装置（ＳＴＰ）において、投影光学系（３０）の焦点深度内に透過性基板（Ｗ）を移動させる合焦装置（４０）として、上記合焦装置（４０）を備えるようにした。これにより、所定の光学系の焦点深度内に薄形の透過性基板を移動させることができるので、透過性基板の露光面にマスクに形成されたパターンを鮮明に転写することができる。
【００１１】
第５の発明は、リソグラフィ工程を含むデバイスの製造方法において、リソグラフィ工程において上記露光装置（ＳＴＰ）を用いるようにした。これにより、薄形の透過性基板の露光面にマスクに形成されたパターンを鮮明に転写することができるので、薄形液晶表示素子等の透過性基板を用いたデバイスの薄形化、軽量化を実現することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る面位置検出方法、面位置検出装置、合焦装置、露光装置及びデバイスの製造方法の一実施の形態について説明する。図１は、本発明に係る露光装置ＳＴＰの要部を示す概念図である。露光装置ＳＴＰは、レチクル（マスク）Ｍとガラス基板（透過性基板）Ｗとを一元方向（Ｙ方向）に同期移動させつつ、レチクルＭに形成された回路パターンをガラス基板Ｗ上の各ショット領域に転写するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ）である。
【００１３】
露光装置ＳＴＰは、光源からの照明光（エネルギビーム）によりレチクルＭを照明する照明系１０、レチクルＭと保持するとともに一元方向に移動させるレチクルステージ２０、レチクルＭから射出される照明光をガラス基板Ｗ上に投射する投影光学系３０、レチクルＭのパターンの結像面にガラス基板Ｗの露光面Ｗａを位置合わせ（焦点合わせ）する合焦系４０、ガラス基板Ｗを保持するステージ８０、及び装置全体を統括的に制御する主制御系９０等から構成される。
ステージ８０は、二次元平面内（ＸＹ平面内）で移動可能なＸＹステージ８１、ガラス基板Ｗを吸着保持しかつＸＹステージ８１上でＺ軸方向（投影光学系３０の光軸ＡＸ方向）に微小駆動可能なＺレベリングステージ８２、ＸＹステージ８１を駆動する駆動装置８３等から構成される。なお、ステージ８０には、各種調整に用いられる基準面８４がガラス基板Ｗと干渉しない位置に設けられる。また、図示しないが、レチクルステージ２０及びステージ８０の位置（Ｘ方向、Ｙ方向、或いはＺ軸周りの回転方向（θ））情報は、レーザ干渉計等の計測装置により常時モニターされ、その位置情報は主制御系９０に入力される。
なお、主制御系９０は、各種演算を行う演算部（面位置検出部）９１と各種パラメータや測値情報等を記憶するメモリ９２とを備える。
【００１４】
合焦系４０は、露光面Ｗａの高さ情報（Ｚ方向）を斜入射方式により検出するＡＦセンサ（面位置検出装置）４１、及び主制御系９０、及びＺレベリングステージ８２から構成される。この合焦系４０は、投影光学系３０の結像面に対する焦点深度内にガラス基板Ｗの露光面Ｗａが収まるように、主制御系９０の指令のもとで、ＡＦセンサ４１からの検出信号に基づいてＺレベリングステージ８２を駆動して、ガラス基板Ｗの露光面Ｗａの高さ（Ｚ方向）及びその傾斜角を制御する。
【００１５】
次に、ＡＦセンサ４１の構成及び検出方法を図１及び図２を参照しながら説明する。図２は、ＡＦセンサ４１の要部を模式的に示す斜視図である。ＡＦセンサ４１は、図１及び図２に示すように、被検面であるガラス基板Ｗの露光面Ｗａに対して斜め方向に複数のビームからなる照明光Ｐを投射する投光系４２と、露光面Ｗａで反射した複数のビームからなる反射光Ｒを受光して露光面Ｗａの複数点の高さ情報を検出する受光系４３とにより構成される。
【００１６】
投光系４２において、光源５０からの照明光Ｐは、コンデンサーレンズ５１により略平行光束に変換されてプリズム５２に入射する。プリズム５２の出射側には、複数のスリット状の開口ＳＬが設けられた投光パターン板５３が配置されており、プリズム５２によって偏向した照明光は投光パターン板５３を通過する。投光パターン板５３を通過した照明光Ｐは、集光レンズ５４、照射用対物レンズ５５を経てガラス基板Ｗの露光面Ｗａに投射され、ガラス基板Ｗの露光面Ｗａに投光パターン板５３のスリット像ＳＲが結像する。
なお、光源５０としては、ガラス基板Ｗの露光面Ｗａに塗布されるレジストに対して非感光性でかつレジスト膜による干渉の影響の少ない光を発するもの、例えば波長幅の広い白色光源が望ましく、その他に、レジストに対する感光性の弱い波長帯の光を供給する発光ダイオード等を用いてもよい。
また、投光パターン板５３としては、上述したスリット状の開口ＳＬを有するものに限らず、透過部と遮光部とが交互に設けられた縞状の開口を有する透過格子型や、凹凸を有する反射回折格子型、あるいは反射部と非反射部とが交互に形成された反射格子型など、他の形態のものを用いてもよい。
【００１７】
受光系４３において、ガラス基板Ｗの露光面Ｗａで反射した複数のビームからなる反射光Ｒは、集光対物レンズ５６、振動ミラー５７、結像レンズ５８及び平行平板（プレーンパラレルガラスもしくはハービングガラス）５９を経てプリズム６０に入射する。ここでは、プリズム６０の入射面と露光面Ｗａとはいわゆるアオリの結像関係を満たすように配置され、この関係により、露光面Ｗａ上に投影されたスリット像ＳＲがプリズム６０の入射面上に結像する。
また、平行平板５９は、複数の回転軸を有し、不図示の駆動部により、これらの回転軸周りに微小量回転可能となっている。なお、この平行平板５９の回転によってプリズム６０の入射面におけるスリット像ＳＲの結像位置が変位するようになっている。
そして、プリズム６０から射出された反射光Ｒは、ミラー６１、リレーレンズ６２，６３を経て、受光器６４の受光面に達する。これにより、複数のスリット像ＳＲが受光器６４の受光面に再結像される。なお、振動ミラー５７は、加振装置６６によって振動され、反射光Ｒを変調（モジュレーション）して反射させることにより受光器６４での分解能と検出再現性を向上させるものである。受光器６４の受光面には、複数の受光素子６５が配置されており、各受光素子６５の検出信号は信号処理装置６７に出力される。
そして、信号処理装置６７は、ガラス基板Ｗの露光面Ｗａと投影光学系３０の結像面とのずれ量ΔＺ（Ｚ軸方向ずれ量）を検出すると、そのずれ量ΔＺを主制御系９０に出力する。
【００１８】
なお、投光パターン板５３に形成された複数のスリット状の開口ＳＬは、４５゜に傾けた状態で形成され、ガラス基板Ｗの露光面Ｗａ上において、Ｘ軸及びＹ軸に対して４５°傾いたスリット像ＳＲとして結像される。そして、受光系４３のプリズム６０の入射面にはスリット状の開口ＳＬを有する受光パターン板６８が配置されており、この受光パターン板６８の開口ＳＬを通過した反射光Ｒは、受光器６４の受光素子６５にそれぞれ達する。
以上のようにして、投光系４２からの照明光Ｐがガラス基板Ｗの露光面Ｗａ上において投影光学系３０の光軸ＡＸ（図１参照）に対して斜めに投射され、ガラス基板Ｗの露光面ＷａがＺ軸方向に変位すると、受光パターン板６８上での結像位置が変化し、受光素子６５による光量変化を検出して投影光学系３０の結像面と露光面Ｗａとのずれ量ΔＺが検出される。
【００１９】
次に、ガラス基板Ｗに投射する照明光Ｐと反射光Ｒの関係について図３及び図４を参照しながら説明する。図３（ａ）は、投射光Ｐと反射光Ｒの光路を示す図である。図３（ｂ）は、従来例における反射光Ｒの強度分布Ｄを示す図である。図４は、反射光Ｒの強度分布Ｄを示す図である。
ガラス基板Ｗに照明光Ｐを投射すると、図３（ａ）に示すに、反射光Ｒが受光素子６５に入射する。照明光Ｐは、被検面（露光面）Ｗａである表面で反射するだけでなく、ガラス基板Ｗを透過して裏面側でも反射するため、反射光Ｒには、表面反射光（被検面反射光）Ｒａと裏面反射光Ｒｎとが存在する。更に、裏面反射光Ｒｎは、裏面での反射回数に対応して第１次裏面反射光Ｒ１、第２次裏面反射光Ｒ２等に分けることができる。なお、第３次裏面反射光Ｒ３以降の裏面反射光Ｒｎは、反射を繰り返す度に光の強度が減衰するため、受光器６４で検出することが困難となる場合が少なくない。
そして、表面反射光Ｒａの強度分布Ｄａの最強度位置と所定位置とのずれ量ΔＸｏに入射角度に依存する係数をかけたものが透過性基板ＷのＺ方向のずれ量ΔＺとなる。
【００２０】
ところで、従来の液晶表示ディスプレイ等で用いられるガラス基板Ｗからの反射光Ｒでは、表面反射光Ｒａと裏面反射光Ｒｎとを区別することが容易であった。なぜならば、ガラス基板Ｗの厚みが、例えば、０．５ｍｍ程度以上であっため、図３（ｂ）に示すように、反射光Ｒの強度分布Ｄにおいて表面反射光Ｒａの強度分布Ｄａと裏面反射光Ｒｎの強度分布Ｄｎとが離間しており、反射光Ｒの強度分布Ｄの最強度位置と表面反射光Ｒａの強度分布Ｄａの最強度位置とが一致することになり、その結果、反射光Ｒの強度分布Ｄの最強度位置を検出することにより容易に表面反射光Ｒａを認識することが可能であった。
しかし、液晶表示ディスプレイの軽薄化に伴い、ガラス基板Ｗの厚みが薄くなると、図４に示すように、表面反射光Ｒａの強度分布Ｄａと裏面反射光Ｒｎの強度分布Ｄｎ（Ｄ１，Ｄ２）とが重なって、表面反射光Ｒａと裏面反射光Ｒｎとを合成した強度分布Ｄが受光素子６５から得られるようになる。特に、表面反射光Ｒａに隣接する第１次裏面反射光Ｒ１の減衰が少ないので、表面反射光Ｒａと第１次裏面反射光Ｒ１との強度差が小さく、したがって、表面反射光Ｒａと第１次裏面反射光Ｒ１とが合成されると、反射光Ｒの最強度位置と表面反射光Ｒａの最強度位置とが一致しなくなり、反射光Ｒの強度分布Ｄのなかから表面反射光Ｒａを認識することが困難になる。
ガラス基板Ｗは、透過率が高く、反射率が低くいために、反射される光の強度は反射した回数のべき乗に依存する。したがって、第１次裏面反射光Ｒ１は、表面反射光Ｒａと比較すると、透過が２回多いのみであるので、減衰が少ない。一方、第２次裏面反射光Ｒ２以降は、表面反射光Ｒａと比較すると、反射した回数が１回以上になるため、減衰が大きくなる。
このような理由から、薄形のガラス基板Ｗにおいては、反射光Ｒの強度分布Ｄのなかから表面反射光Ｒａを認識することが困難となり、ガラス基板ＷのＺ位置を正確に検出することができなくなる。そのため、表面反射光Ｒａと裏面反射光Ｒｎとが合成された反射光Ｒの強度分布Ｄのなかから表面反射光Ｒａを反射光Ｒの強度分布Ｄに基づいて特定してガラス基板ＷのＺ位置を検出するようにする。
【００２１】
以下、表面反射光Ｒａと裏面反射光Ｒｎとを合成した反射光Ｒの強度分布Ｄのなかから表面反射光Ｒａを反射光Ｒの強度分布Ｄに基づいて特定する方法について説明する。図５は基準面８４からの反射光Ｒｂの強度分布Ｄｂを示す図であり、図６は強度分布Ｄから参照用強度分布Ｄｆを特定する方法を示す図である。
まず、被検面である露光面Ｗａの高さ計測に先だって、基準面８４に照明光Ｐを投射して、図５に示すような基準面８４からの反射光Ｒｂの強度分布Ｄｂを得る。基準面８４からの反射光Ｒｂは、図３（ａ）における表面反射光Ｒａに相当する光である。そして、得られた強度分布Ｄｂを参照用強度分布Ｄｆとして用いる。参照用強度分布Ｄｆと表面反射光Ｒａの強度分布Ｄａとは、共に被検面（Ｗａ或いは８４）のみからの反射光の強度分布であるため、強度分布の形状が略等しい。
したがって、ガラス基板Ｗからの反射光Ｒの強度分布Ｄのなかから参照用強度分布Ｄｆを特定することにより、表面反射光Ｒａの強度分布Ｄａを特定することが可能となる。そして、得られた参照用強度分布Ｄｆの情報は、メモリ９２に記憶される。
なお、基準面８４を用いる場合に限らず、ステージ８０上に遮光性の基板（例えば、スーパーフラットウエハ）を戴置して、遮光性の基板に照明光Ｐを投射し、遮光性の基板からの反射光Ｒｂに基づいて参照用強度分布Ｄｆを求めてもよい。
【００２２】
次に、ステージ８０上にガラス基板Ｗを戴置し、更に被検面であるガラス基板Ｗの露光面Ｗａに対して斜め方向に複数のビームからなる照明光Ｐを光源５０から投射して反射光Ｒを受光器６４により検出して、図６（ａ）に示すような反射光Ｒの強度分布Ｄを得る。そして、図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、反射光Ｒの強度分布Ｄの情報もメモリ９２に送られ、更に、演算部９１において、ガラス基板Ｗからの反射光Ｒの強度分布Ｄの波形（形状）と参照用強度分布Ｄｆの波形とを数値処理して、反射光Ｒの強度分布Ｄのなかから参照用強度分布Ｄｆを特定する。
具体的には、参照用強度分布Ｄｆと反射光Ｒの強度分布Ｄとのマッチング処理を行う。マッチング処理とは、参照用強度分布Ｄｆの波形の固有パターンを使用して、反射光Ｒの強度分布Ｄの波形のなかから参照用強度分布Ｄｆの波形を検索識別する方法である。すなわち、数値処理により反射光Ｒの強度分布Ｄの波形のなかから参照用強度分布Ｄｆの波形と一致する部分を探し出すものである。
そして、参照用強度分布Ｄｆを特定することにより、表面反射光Ｒａの強度分布Ｄａを検出することが可能となる。
【００２３】
上述したように、得られた反射光Ｒの強度分布Ｄの波形から参照用強度分布Ｄｆの波形をマッチング処理する場合、表面反射光Ｒａと裏面反射光Ｒｎとの重なりの程度が小さければ、基準面８４からの反射光Ｒｂの強度分布Ｄｂを参照用強度分布Ｄｆとし、参照用強度分布Ｄｆの波形全体を使ってマッチング処理しても良好な結果が得られる。一方、表面反射光Ｒａと裏面反射光Ｒｎとの重なりの程度が大きい場合には、良好にマッチング処理を行うことができないので、参照用強度分布Ｄｆの波形の一部を用いてマッチング処理を行うようにする。
波形の一部とは、強度分布の波形のなかの特徴的な部分であることが望ましく、例えば、波形の最強度周辺や波形の左側を用いる。波形の左側を用いるのは、強度分布Ｄの波形の左側は裏面反射光Ｒｎとの重なりが少ないので、強度分布Ｄの波形の左側に表面反射光Ｒａの強度分布Ｄａの波形の左側部分が表れる場合が多いからである。
このように、参照用強度分布Ｄｆの波形のなかから特徴的一部分を選び、この特徴的一部分を使用して、反射光Ｒの強度分布Ｄの波形のなかから参照用強度分布Ｄｆの波形（の一部）をマッチング（検索）することにより、信号ノイズの影響や表面反射光Ｒａと裏面反射光Ｒｎとの重なりの影響を避けることができる。
【００２４】
基準面８４からの反射光Ｒｂの強度分布（または、その一部）Ｄｂを参照用強度分布Ｄｆとして用いる場合に限らず、基準面８４からの反射光Ｒｂの強度分布Ｄｂを数値処理した強度分布を参照用強度分布Ｄｆとして用いることもできる。
図７は、参照用強度分布Ｄｆとして、合成した強度分布を用いる場合を示す図である。例えば、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、基準面８４からの反射光Ｒｂの強度分布Ｄｂに検出対象であるガラス基板Ｗの反射率及び厚みの影響を考慮して、裏面反射光Ｒｎ（Ｒ１、Ｒ２）の強度分布Ｄｎ（Ｄ１、Ｄ２）に相当する強度分布Ｄｎを求め、求めた強度分布Ｄｎと基準面８４からの反射光Ｒｂの強度分布Ｄｂとを合成した強度分布を参照用強度分布Ｄｆとする。
すなわち、参照用強度分布Ｄｆとして、ガラス基板Ｗから得られる反射光Ｒの強度分布Ｄに相当する強度分布を用いる。なお、ガラス基板Ｗの反射率及び厚みには、既知である平均値或いは設計値を用い、予めメモリ９２に記憶しておく。
【００２５】
次に、強度分布のフィッティング処理について、図８を参照して説明する。図８は、プロファイルフィッティング処理を示す図である。
上述したように、数値処理により求めた参照用強度分布Ｄｆを用いてマッチング処理を行う場合、図８（ａ）に示すように、参照用強度分布Ｄｆの形状と実際に得られる反射光Ｒの強度分布Ｄの形状とが少なからず形状が異なり、マッチング処理を良好に行うことができない場合が発生する。発生する理由として、ガラス基板Ｗの反射率及び厚みは、ガラス基板Ｗの表面状態等に影響して、ロット毎、或いはガラス基板Ｗ毎に異なる場合が少なくないからである。したがって、反射率及び厚みの値として設計値や平均値などの値を用いて求めた参照用強度分布Ｄｆと実際に得られる反射光Ｒの強度分布Ｄとが一致しない事態が発生してしまうのである。
そのため、求めた参照用強度分布Ｄｆのパラメータを変化させて実際に得られる反射光Ｒの強度分布Ｄに適合させるプロファイルフィッティング処理を行う。すなわち、図８（ｂ）に示すように、参照用強度分布Ｄｆの形状が反射光Ｒの強度分布Ｄの形状に一致するように参照用強度分布Ｄｆのパラメータを変化させて、参照用強度分布Ｄｆを反射光Ｒの強度分布Ｄにフィッティング（マッチング）させる。
参照用強度分布Ｄｆのパラメータとは、表面反射光Ｒａ、第１次裏面反射光Ｒ１及び第２次裏面反射光Ｒ２のそれぞれの最強度値（強度）及びその位置（Ｘｏ）である。また、プロファイルフィッティング処理には、繰り返し法が用いられる。繰り返し法としては、ガウス・ニュートン法を用いることが望ましい。ニュートン法などの他の繰り返し法に比べて、計算速度と精度の点で優れるからである。
これにより、参照用強度分布Ｄｆが反射光Ｒの強度分布Ｄにフィッティング（マッチング）されるので、参照用強度分布Ｄｆのパラメータから表面反射光Ｒａの最強度値、及びその位置が判明する。また、ガラス基板Ｗの反射率及び厚みも正確に求められる。それは、第１次裏面反射光Ｒ１及び第２次裏面反射光Ｒ２の最強度値、及びその位置は、ガラス基板Ｗの反射率及び厚みに依存するため、プロファイルフィッティングさせたパラメータからガラス基板Ｗの反射率及び厚みを逆算することができるからである。なお、照明光Ｐの入射角及びガラス基板Ｗの透過率は既知であり、予めメモリ９２に記憶されている。
また、プロファイルフィッティング処理に用いる参照用強度分布Ｄｆとしては、上述したように、合成した強度分布を用いる場合に限らず、基準面８４からの反射光Ｒｂの強度分布（または、その一部分）Ｄｂのみを参照用強度分布Ｄｆとして用いてもよい。参照用強度分布Ｄｆの全域を用いるのではなく、特徴的な一部分やノイズに汚染されていない部分を用いて、部分的にフィッティング処理をさせることにより、解析領域が絞られて、精度よくフィッティングさせることが可能である。
【００２６】
以上のようにして、ガラス基板Ｗからの反射光Ｒの強度分布Ｄのなかから表面反射光Ｒａの強度分布Ｄａを特定することができる。そして、表面反射光Ｒａの強度分布Ｄａを特定することにより、表面反射光Ｒａの最強度位置（Ｘｏ）が検出できるので、ガラス基板Ｗの露光面Ｗａの高さを精度よく検出することが可能となる。
このように、ＡＦセンサ４１により薄形のガラス基板Ｗの露光面Ｗａの高さを精度よく検出することができるので、露光処理の際にレチクルＭのパターン像を鮮明にガラス基板Ｗに投射できるように焦点を合わせることが可能となり、液晶表示ディスプレイ等の薄形、軽量化を達成することできる。
【００２７】
なお、上述した実施の形態において示した動作手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲においてプロセス条件や設計要求等に基づき種々変更可能である。本発明は、例えば以下のような変更をも含むものとする。
【００２８】
本発明に係る面位置検出装置が適用される装置は、露光装置に限らず、複数のフォーカス検出点を有する装置システムに対して広く適用可能である。
【００２９】
また、本発明に係る面位置検出装置を用いて、投影露光時のベストフォーカス面に対する較正（フォーカスキャリブレーション）を行ってもよい。
【００３０】
また、本発明に係る面位置検出装置に配置されるプリズム６０は、特開平６−９７０４５号公報に記載されているように、投影光学系３０の結像面に対してシャインプルーフの条件を満たすように配置するとよい。
【００３１】
また、任意の露光層を有する基板に対しても良好に基板表面の位置情報を検出するために、特開平９−２６６１４９号公報に記載されているように、露光すべき感光基板を用いて面位置検出装置の検出誤差を算出するようにしてもよい。
【００３２】
また、本発明が適用される露光装置として、マスクと基板とを静止した状態でマスクのパターンを露光し、基板を順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート型の露光装置を用いてもよい。
【００３３】
また、本発明が適用される露光装置として、投影光学系を用いることなくマスクと基板とを密接させてマスクのパターンを露光するプロキシミティ露光装置を用いてもよい。
【００３４】
また、露光装置の用途としては、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを露光する液晶用の露光装置に限定されることなく、例えば、半導体デバイス製造用の露光装置、薄膜磁気ヘッドを製造するための露光装置にも広く適当できる。
【００３５】
また、本発明が適用される露光装置の光源は、ｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、ＫＲｂエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡＲｂエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、Ｆ２レーザ（１５７ｎｍ）のみならず、Ｘ線や電子線などの荷電粒子線を用いることができる。例えば、電子線を用いる場合には電子銃として、熱電子放射型のランタンヘキサボライト（ＬａＢ６）、タンタル（Ｔａ）を用いることができる。さらに、電子線を用いる場合、マスクを用いる構成としてもよいし、マスクを用いずに直接基板上にパターンを形成する構成としてもよい。さらに、投影光学系の倍率は縮小系のみならず等倍および拡大系のいずれでもよい。
【００３６】
また、投影光学系としては、エキシマレーザなどの遠紫外線を用いる場合は硝材として石英や蛍石などの遠紫外線を透過する材料を用い、Ｆ２レーザやＸ線を用いる場合は反射屈折系または屈折系の光学系にし（このとき、レチクルも反射型タイプのものを用いる）、また、電子線を用いる場合には光学系として電子レンズおよび偏向器からなる電子光学系を用いればよい。なお、電子線が通過する光路は真空状態にすることはいうまでもない。
【００３７】
また、ステージにリニアモータを用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上型およびローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもいい。また、ステージは、ガイドに沿って移動するタイプでもいいし、ガイドを設けないガイドレスタイプでもよい。さらに、ステージの駆動装置として平面モ−タを用いる場合、磁石ユニット（永久磁石）と電機子ユニットのいずれか一方をステージに接続し、磁石ユニットと電機子ユニットの他方をステージの移動面側（ベース）に設ければよい。
【００３８】
また、ウエハ用ステージの移動により発生する反力は、特開平８−１６６４７５号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。本発明は、このような構造を備えた露光装置においても適用可能である。
【００３９】
また、レチクル用ステージの移動により発生する反力は、特開平８−３３０２２４号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。本発明は、このような構造を備えた露光装置においても適用可能である。
【００４０】
また、本発明が適用される露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
【００４１】
また、半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行う工程、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作する工程、シリコン材料からウエハを製造する工程、前述した実施形態の露光装置によりレチクルのパターンをウエハに露光するウエハ処理工程、デバイス組立工程（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査工程等を経て製造される。
液晶ディスプレイの場合は、ウエハの代わりにガラス基板上にレチクルパターンを露光形成し、ガラス基板のカットなどのデバイス組立工程、検査工程を経て製造される。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば以下の効果を得ることができる。
第１の発明は、透過性基板の被検面に対して斜め方向から光を投射し、透過性基板からの反射光を受光することにより透過性基板の面位置情報を検出する面位置検出方法において、透過性基板からの反射光のなかから被検面で反射した被検面反射光を反射光の強度分布に基づいて特定して透過性基板の面位置情報を検出するようにした。このため、透過性基板からの反射光が被検面で反射した被検面反射光と裏面で反射した裏面反射光とを合成した光である場合に、反射光の強度分布を用いることにより、合成した光のなかから被検面で反射した被検面反射光を数値処理により特定することができる。
【００４３】
また、透過性基板からの反射光のなかから被検面反射光を特定する際に、被検面反射光に関連した参照用強度分布と透過性基板からの反射光の強度分布とのマッチング処理により、強度分布のなかから被検面反射光を特定するようにしたので、参照用強度分布と透過性基板からの反射光の強度分布とのマッチング処理により、反射光の強度分布のなかから参照用強度分布を確実に探し出すことができる。更に、参照用強度分布は被検面反射光に関連することから被検面反射光を特定することができる。また、透過性基板の面位置検出に先だって、基準面に光を投射し、基準面からの反射光に基づいて参照用強度分布を求めるようにしたので、被検面反射光のみからなる強度分布を得ることができるので、確実に反射光の強度分布のなかから被検面反射光の強度分布を確実に特定することができる。また、参照用強度分布の少なくとも一部を用いて、透過性基板からの反射光の強度分布とのマッチング処理を行うようにしたので、特徴的な一部分やノイズに汚染されていない部分を用いることにより、精度よくマッチング処理を行うことができる。また、参照用強度分布は、基準面からの反射光の強度分布と、被検面の裏面からの反射光に相当する光の強度分布とを合成した強度分布であるようにしたので、高さ検出の際に実際に得られる光の強度分布に相当する強度分布を用いることにより、マッチング処理の精度を高めることができる。また、被検面の裏面からの反射光に相当する光の強度分布は、基準面からの反射光の強度分布と透過性基板の反射率及び厚みとを考慮して求められるようにしたので、より正確に被検面の裏面からの反射光に相当する光の強度分布を求めることができ、マッチング処理の精度を高めることができる。また、参照用強度分布のパラメータを変化させて透過性基板からの反射光の強度分布に適合させるプロファイルフィッティング処理を行うことにより、被検面反射光を特定するようにしたので、パラメータを変化させることにより、透過性基板の厚みや反射率のばらつきによる反射光の強度分布の変形を考慮することができるので、反射光の強度分布に参照用強度分布を精度よくマッチングさせることができ、更に、マッチングさせたパラメータに基づいて透過性基板の厚みや反射率を正確に求めることができる。また、透過性基板からの反射光の強度分布のなかから被検面反射光の最強度位置を検出するようにしたので、反射光の強度分布における被検面反射光の位置を正確かつ容易に検出できるので、高さ計測を正確に行うことができる。
【００４４】
第２の発明に係る面位置検出装置は、基板の被検面に対して斜め方向から光を投射する投光系と、基板からの反射光を受光して光電的に検出する受光系と、透過性基板から反射される光の強度分布のなかから被検面で反射した被検面反射光を特定して被検面の面位置情報を検出する面位置検出部とを備えるようにした。このため、透過性基板からの反射光が被検面で反射した被検面反射光と裏面で反射した裏面反射光とを合成した光である場合に、面位置検出部が合成した光のなかから被検面で反射した被検面反射光を特定するので、透過性基板の面位置を確実に検出することができる。また、透過性基板からの反射光を分光する光学系等の特別な設備を設ける必要がなく、設備コストを抑えることができる。
【００４５】
第３の発明は、所定の光学系の焦点深度内に透過性基板を移動させる合焦装置において、所定の光学系に対する透過性基板の面位置を検出する面位置検出装置として、上記面位置検出装置を備えるようにした。このため、検出対象が薄形の透過性基板であっても被検面の高さ検出を行うことができるので、所定の光学系の焦点深度内に透過性基板を確実に移動させることができる。
【００４６】
第４の発明は、マスクに形成されたパターンを透過性基板上に転写する投影光学系を備える露光装置において、投影光学系の焦点深度内に透過性基板を移動させる合焦装置として、上記合焦装置を備えるようにした。このため、所定の光学系の焦点深度内に薄形の透過性基板を移動させることができるので、透過性基板の露光面にマスクに形成されたパターンを鮮明に転写することができる。
【００４７】
第５の発明は、リソグラフィ工程を含むデバイスの製造方法において、リソグラフィ工程において上記露光装置を用いるようにした。これにより、薄形の透過性基板の露光面にマスクに形成されたパターンを鮮明に転写することができるので、薄形液晶表示素子等の透過性基板を用いたデバイスの薄形化、軽量化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】露光装置の要部を示す概念図である。
【図２】ＡＦセンサの要部を模式的に示す斜視図である。
【図３】反射光及び反射光の強度分布を示す図である。
【図４】反射光の強度分布を示す図である。
【図５】基準面からの反射光の強度分布を示す図である。
【図６】強度分布から参照用強度分布を特定する方法を示す図である。
【図７】参照用強度分布として、合成した強度分布を用いる場合を示す図である。
【図８】プロファイルフィッティング処理を示す図である。
【符号の説明】
３０  投影光学系
４０  合焦系（合焦装置）
４１  ＡＦセンサ（面位置検出装置）
４２  投光系
４３  受光系
８４  基準面
９１  演算部（面位置検出部）
ＳＴＰ  露光装置
Ｍ    レチクル（マスク）
Ｗ    ガラス基板（透過性基板）
Ｗａ  露光面（被検面）
Ｒ    反射光
Ｒａ  表面反射光（被検面反射光）
Ｒｎ  裏面反射光
Ｒｂ  基準面反射光
Ｄ    反射光の強度分布
Ｄｎ  裏面反射光の強度分布
Ｄｂ  基準面反射光の強度分布
Ｄｆ  参照用強度分布
【図１】
2004273828.tif 000003
【図２】
2004273828.tif 000004
【図３】
2004273828.tif 000005
【図４】
2004273828.tif 000006
【図５】
2004273828.tif 000007
【図６】
2004273828.tif 000008
【図７】
2004273828.tif 000009
【図８】
2004273828.tif 000010