(57)【要約】【課題】  例えばガラス基板の表面に付着した異物の影響を抑えて、ガラス基板の面位置の変位を高精度に検出することのできる変位検出装置。【解決手段】  被検面（２０ａ）の面位置の変位を検出する変位検出装置は、光源（ＬＳ）からの光に基づいて対物レンズ（５）により一旦集光点（Ｐ）を形成した後に被検面としての物体（２０）の表面に照射する照射系（ＩＬ：１，２，３，４，５）と、被検面で反射され且つ対物レンズを経た光に基づいて被検面の面位置の変位を検出する検出系（ＤＳ：５，４，３，６，７，８，９）とを備えている。【選択図】  図１
2009236653.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検面の面位置の変位を検出する変位検出装置において、
光源からの光に基づいて対物レンズにより一旦集光点を形成した後に前記被検面としての物体の表面に照射する照射系と、
前記被検面で反射され且つ前記対物レンズを経た光に基づいて前記被検面の面位置の変位を検出する検出系とを備えていることを特徴とする変位検出装置。
【請求項２】
被検面の面位置の変位を検出する変位検出装置において、
光源からの光を対物レンズにより収束させて前記被検面としての物体の表面に照射する照射系と、
前記被検面で反射されて一旦集光点を形成し且つ前記対物レンズを経た光に基づいて前記被検面の面位置の変位を検出する検出系とを備えていることを特徴とする変位検出装置。
【請求項３】
前記対物レンズの焦点距離をｆとし、前記対物レンズを形成する光学材料の線膨張係数をαとし、温度Ｔの変化に対する前記光学材料の屈折率ｎの変化率をｄｎ／ｄＴとし、温度Ｔの変化に対する前記焦点距離ｆの変動許容量をＸとするとき、
｜ｆ｛α−（ｄｎ／ｄＴ）／（ｎ−１）｝｜＜Ｘ
の条件を満足することを特徴とする請求項１または２に記載の変位検出装置。
【請求項４】
前記照射系は、前記光源からの光を反射または透過させて前記対物レンズへ導くビームスプリッターを有し、
前記検出系は、前記ビームスプリッターを透過または反射した光を光電変換する光電変換部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の変位検出装置。
【請求項５】
前記光電変換部は４分割センサを有することを特徴とする請求項４に記載の変位検出装置。
【請求項６】
前記検出系は、前記ビームスプリッターと前記光電変換部との間の光路中に配置されて前記ビームスプリッターを経た光に非点収差を発生させる収差発生部材を有することを特徴とする請求項５に記載の変位検出装置。
【請求項７】
前記検出系は、前記ビームスプリッターを経た光を部分的に遮る遮光部材を有し、
前記光電変換部は２分割センサを有することを特徴とする請求項４に記載の変位検出装置。
【請求項８】
前記ビームスプリッターは偏光分離面を有することを特徴とする請求項４乃至７のいずれか１項に記載の変位検出装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の変位検出装置を備え、所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置。
【請求項１０】
前記感光性基板を支持する基板ステージを備え、
前記変位検出装置は、前記基板ステージの表面の面位置の変位を検出することを特徴とする請求項９に記載の露光装置。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変位検出装置、露光装置、およびデバイス製造方法に関する。さらに詳細には、本発明は、被検面の面位置の変位を光学的に検出する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特開平４−３６６７１１号公報には、対物レンズを介して被検面に光源からの光を投光し、対物レンズを介した被検面からの反射光に基づいて被検面の面位置（被検面の法線方向に沿った位置）の変位を検出する変位検出装置が記載されている。具体的に、この公報に開示された変位検出装置では、対物レンズを介して被検面にレーザ光を集光し、被検面で反射されて上記対物レンズを経た光を４分割センサで受光する。そして、非点収差法を用いて、４分割センサの出力信号に基づき、被検面の面位置の変位を検出する。
【０００３】
【特許文献１】特開平４−３６６７１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された変位検出装置を用いて、ガラス基板の面位置の変位を検出する場合、例えばガラス基板の裏面またはその近傍にレーザ光の集光点を形成することが考えられる。この場合、例えばガラス基板の表面に付着した異物（ゴミなど）などの影響により、比較的大きな検出誤差が発生することがある。
【０００５】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、例えばガラス基板の表面に付着した異物の影響を抑えて、ガラス基板の面位置の変位を高精度に検出することのできる変位検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、被検面の面位置の変位を検出する変位検出装置において、
光源からの光に基づいて対物レンズにより一旦集光点を形成した後に前記被検面としての物体の表面に照射する照射系と、
前記被検面で反射され且つ前記対物レンズを経た光に基づいて前記被検面の面位置の変位を検出する検出系とを備えていることを特徴とする変位検出装置を提供する。
【０００７】
本発明の第２形態では、被検面の面位置の変位を検出する変位検出装置において、
光源からの光を対物レンズにより収束させて前記被検面としての物体の表面に照射する照射系と、
前記被検面で反射されて一旦集光点を形成し且つ前記対物レンズを経た光に基づいて前記被検面の面位置の変位を検出する検出系とを備えていることを特徴とする変位検出装置を提供する。
【０００８】
本発明の第３形態では、第１形態または第２形態の変位検出装置を備え、所定のパターンを感光性基板に露光することを特徴とする露光装置を提供する。
【０００９】
本発明の第４形態では、第３形態の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の１つの形態にしたがう変位検出装置では、光源からの光を、対物レンズを介して、例えば被検面であるガラス基板（一般には物体）の表面に照射し、表面で反射されて対物レンズを経た光に基づいて、表面の面位置の変位を検出する。その結果、ガラス基板の内部に光が入らないので、例えばガラス基板内の脈理、異物、泡、並びに裏面の面粗さなどに起因する検出誤差が発生しない。
【００１１】
また、対物レンズにより一旦集光点を形成した後に、ガラス基板の表面に対してデフォーカスした状態で光を照射し、その表面からの反射光に基づいて面位置の変位の検出を行うので、表面に入射して反射される光の光量に対して表面上の異物に入射する光の光量が相対的に小さくなり、検出精度に対する異物の影響が大幅に低減される。こうして、本発明の変位検出装置では、例えばガラス基板の表面に付着した異物の影響を抑えて、ガラス基板の面位置の変位を高精度に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施形態にかかる変位検出装置の構成を概略的に示す図である。第１実施形態では、非点収差法を用いてガラス基板の面位置の変位を検出する変位検出装置に対して本発明を適用している。図１において、ガラス基板２０の表面２０ａの法線方向にＺ軸を、表面２０ａにおいて図１の紙面に平行な方向にＹ軸を、表面２０ａにおいて図１の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。
【００１３】
図１を参照すると、第１実施形態の変位検出装置は、例えばレーザーダイオードのような光源ＬＳと、照射系ＩＬと、検出系ＤＳとを備えている。照射系ＩＬは、光源ＬＳからの光に基づいて対物レンズ５により一旦集光点Ｐを形成した後に、被検面としてのガラス基板２０の表面（装置側の面）２０ａに光を照射する。検出系ＤＳは、表面２０ａで反射され且つ対物レンズ５を経た光に基づいて、表面２０ａの面位置の変位を、ひいてはガラス基板２０の面位置の変位を検出する。
【００１４】
具体的に、照射系ＩＬは、光源ＬＳからの光の入射順に、コリメートレンズ１と、集光レンズ２と、偏光ビームスプリッター３と、１／４波長板４と、対物レンズ５とを備えている。検出系ＤＳは、ガラス基板２０の表面２０ａからの反射光の入射順に、対物レンズ５と、１／４波長板４と、偏光ビームスプリッター３と、シリンドリカルレンズ６と、集光レンズ７と、４分割センサ８とを備えている。また、検出系ＤＳは、４分割センサ８に接続された信号処理部９を備えている。
【００１５】
第１実施形態の変位検出装置では、光源ＬＳが、例えば偏光ビームスプリッター３の偏光分離面３ａに対してｓ偏光状態の光を供給する。光源ＬＳから射出された光は、コリメートレンズ１および集光レンズ２を介して、偏光ビームスプリッター３に入射する。偏光ビームスプリッター３に入射したｓ偏光状態の光は、偏光分離面３ａで反射され、偏光ビームスプリッター３から射出された後、１／４波長板４に入射する。
【００１６】
１／４波長板４を介して円偏光状態に変換された光は、対物レンズ５を介して集光点Ｐを形成した後に、ガラス基板２０の表面２０ａに入射する。被検面としての表面２０ａで反射された光は、対物レンズ５を経た後、１／４波長板４によりｐ偏光状態に変換され、偏光ビームスプリッター３に入射する。偏光ビームスプリッター３に入射したｐ偏光状態の光は、偏光分離面３ａを透過し、偏光ビームスプリッター３から射出された後、シリンドリカルレンズ６に入射する。
【００１７】
シリンドリカルレンズ６は、ＸＺ平面において正の屈折力を有し且つＹＺ平面において無屈折力であり、偏光ビームスプリッター３を経た反射光に非点収差を発生させる機能を有する。シリンドリカルレンズ６を介した光は、集光レンズ７を介して、光電変換部としての４分割センサ８に達する。なお、集光レンズ７の後側（４分割センサ８側）にシリンドリカルレンズ６を配置することもできる。また、たとえば光源ＬＳ自体が必要十分な非点収差を有している場合には、シリンドリカルレンズ６を省略してもよい。このような光源ＬＳとしてはレーザーダイオードを用いることができる。
【００１８】
４分割センサ８は、例えば＋Ｘ方向および＋Ｙ方向と４５度をなす方向に延びる線状の領域と＋Ｘ方向および−Ｙ方向と４５度をなす方向に延びる線状の領域とにより等分割された４つの受光部８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを有する。換言すれば、４つの受光部８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄは、４分割センサ８の中心点に関して点対称に配置されている。４分割センサ８の出力信号Ｓは、信号処理部９に供給される。
【００１９】
以下、第１実施形態にかかる変位検出装置の作用の説明に先立って、非点収差法を用いる通常の構成例（以下、「比較例」という）の不都合を説明する。図３に示す比較例では、図１の構成から集光レンズ２を取り除き、ガラス基板２０の裏面２０ｂまたはその近傍に集光点を形成している。比較例では、光学的な理想状態において、ガラス基板２０の裏面２０ｂが所定位置（例えば対物レンズ５の焦点位置）にあるとき、裏面２０ｂからの反射光は、図４の中央に示すように４分割センサ８’において４つの受光部８ａ’〜８ｄ’の中心点を中心とする円形状の光分布８ｅ’を形成する。
【００２０】
そして、ガラス基板２０の裏面２０ｂが上記所定位置からＺ方向に移動すると、収差発生部材としてのシリンドリカルレンズ６の作用により、４分割センサ８’に形成される光分布は、裏面２０ｂの移動方向（＋Ｚ方向または−Ｚ方向）およびＺ方向に沿った移動量に応じて、図４の左側および右側において参照符号８ｅａ’および８ｅｂ’で模式的に示すように、４つの受光部８ａ’〜８ｄ’の中心点付近を中心とする楕円形状に変化する。
【００２１】
４分割センサ８’の出力信号Ｓ’は、次の式（１）により表される。式（１）において、Ｓａ’は受光部８ａ’の受光光量に対応する値であり、Ｓｂ’は受光部８ａ’に隣接する受光部８ｂ’の受光光量に対応する値である。また、Ｓｃ’は受光部８ａ’と対向する受光部８ｃ’の受光光量に対応する値であり、Ｓｄ’は受光部８ｂ’と対向する受光部８ｄ’の受光光量に対応する値である。なお、第１実施形態における４分割センサ８の出力信号Ｓについても同様である。
Ｓ’＝（Ｓａ’＋Ｓｃ’）−（Ｓｂ’＋Ｓｄ’）      （１）
【００２２】
通常の設計にしたがう比較例において、式（１）により表される４分割センサ８’の出力信号Ｓ’と、ガラス基板２０の裏面２０ｂの面位置の変位Ｄ’との間には、図５に示すような関係が成立する。図５において、横軸は変位Ｄ’を、縦軸は４分割センサ８’の出力信号Ｓ’を表している。出力信号Ｓ’と変位Ｄ’との関係を表すＳ字状の線（Ｓカーブ）は、その原点（Ｓ’＝Ｄ’＝０の点）を中心とする所定の範囲において高い線形性（リニアリティ）を有する。
【００２３】
４分割センサ８’の出力信号Ｓ’が供給される信号処理部９では、出力信号Ｓ’の変化量の符号に基づいてガラス基板２０の裏面２０ｂの移動方向（すなわち変位Ｄ’の符号）を求め、出力信号Ｓ’の変化量の絶対値に基づいてガラス基板２０の裏面２０ｂのＺ方向に沿った移動量（すなわち変位Ｄ’の絶対値）を求める。具体的には、信号処理部９は、例えば４分割センサ８’の出力信号Ｓ’がゼロである初期状態からの裏面２０ｂの面位置の変位Ｄ’の符号および絶対値を、４分割センサ８’の出力信号Ｓ’の符号および絶対値に基づいて算出する。
【００２４】
図３の比較例では、ガラス基板２０の裏面２０ｂへの入射光束が表面２０ａを通過する領域または裏面２０ｂからの射出光束が表面２０ａを通過する領域に異物（ゴミ、水滴など）が付着していると、この異物により４分割センサ８’へ達する光が影響を受け、ひいては検出誤差が発生する。また、表面２０ａに付着した異物だけでなく、例えばガラス基板２０内の脈理、異物、泡、並びに裏面２０ｂの面粗さなども、４分割センサ８’へ達する光に影響を及ぼすため、検出誤差の原因になる。
【００２５】
通常の設計にしたがう比較例において、図６に示すように、ガラス基板２０の裏面２０ｂの面位置が変化しない状態（すなわちガラス基板２０がＺ方向に固定された状態）で、直径３０μｍの円形状の異物がＸ方向に沿って表面２０ａ上を移動するときの、装置の光軸ＡＸに対する異物の中心のＸ方向位置（ｍｍ）と検出誤差（ｎｍ）との関係を求めた。図６を参照すると、表面２０ａ上に付着した異物の中心が光軸ＡＸから僅かに位置ずれしているときに最大で４５ｎｍ程度の検出誤差が発生することがわかる。なお、異物がガラス基板２０の内部にある場合には、さらに大きい検出誤差の発生が予想される。
【００２６】
第１実施形態では、光源ＬＳからの光を、対物レンズ５を介して、ガラス基板２０の表面２０ａに照射し、表面２０ａで反射されて対物レンズ５を経た光に基づいて、表面２０ａの面位置の変位を検出している。すなわち、第１実施形態では、比較例とは異なり、ガラス基板２０の内部に光が入らないので、例えばガラス基板２０内の脈理、異物、泡、並びに裏面２０ｂの面粗さなどに起因して検出誤差が発生することがない。
【００２７】
また、第１実施形態では、比較例とは異なり、対物レンズ５により一旦集光点Ｐを形成した後に、被検面である表面２０ａに対してデフォーカスした状態で光を照射するので、表面２０ａに入射して反射される光の光量に対して表面２０ａ上の異物に入射する光の光量を相対的に小さくすることができ、検出精度に対する異物の影響を大幅に低減することができる。ちなみに、比較例では、ガラス基板２０の裏面２０ｂ上またはガラス基板２０の内部に集光点が形成されるため、異物などの影響を受けることなく裏面２０ｂに入射して反射される光の光量に対して、例えばガラス基板２０内の異物や表面２０ａ上の異物などに入射する光の光量が比較的大きくなり易い。こうして、第１実施形態の変位検出装置では、ガラス基板２０の表面２０ａに付着した異物の影響を抑えて、ガラス基板２０の面位置の変位Ｄを高精度に検出することができる。
【００２８】
具体的に、第１実施形態では、ガラス基板２０の表面２０ａの面位置の変位Ｄの発生に応じて、表面２０ａからの反射光が４分割センサ８に形成する光分布８ｅが変化する。４分割センサ８の出力信号Ｓは、次の式（２）により表される。式（２）において、Ｓａは受光部８ａ、Ｓｂは受光部８ｂ、Ｓｃは受光部８ｃ、Ｓｄは受光部８ｄの受光光量に対応する値である。
Ｓ＝（Ｓａ＋Ｓｃ）−（Ｓｂ＋Ｓｄ）      （２）
【００２９】
比較例に対応した通常の設計にしたがう第１実施形態において、式（２）により表される４分割センサ８の出力信号Ｓと、ガラス基板２０の表面２０ａの面位置の変位Ｄとの間に、図７に示すような関係が得られた。図７において、横軸は変位Ｄを、縦軸は４分割センサ８の出力信号Ｓを表している。図５と図７とを比較すると、第１実施形態で得られるＳカーブは、比較例で得られるＳカーブと同様に、その原点（Ｓ＝Ｄ＝０の点）を中心とする所定の範囲において高い線形性を有することがわかる。
【００３０】
第１実施形態では、４分割センサ８の出力信号Ｓが供給される信号処理部９において、出力信号Ｓの変化量の符号に基づいてガラス基板２０の表面２０ａの移動方向（すなわち変位Ｄの符号）を求め、出力信号Ｓの変化量の絶対値に基づいてガラス基板２０の表面２０ａのＺ方向に沿った移動量（すなわち変位Ｄの絶対値）を求める。具体的には、信号処理部９は、例えば４分割センサ８の出力信号Ｓがゼロである初期状態からの表面２０ａの面位置の変位Ｄの符号および絶対値を、４分割センサ８の出力信号Ｓの符号および絶対値に基づいて算出する。
【００３１】
さらに具体的には、４分割センサ８のＳカーブの原点を中心とする所定範囲におけるＳカーブの傾き（リニアリティ）を、面位置の変化に対する信号Ｓの変化率Ｋとして例えば計測により予め求める。そして、４分割センサ８で得られた信号Ｓに基づいて、ガラス基板２０の表面２０ａの面位置の変位Ｄを、次の式（３）により求める。
Ｄ＝Ｓ×Ｋ      （３）
【００３２】
第１実施形態においても比較例の場合と同様に、図８に示すように、ガラス基板２０の表面２０ａの面位置が変化しない状態（すなわちガラス基板２０がＺ方向に固定された状態）で、直径３０μｍの円形状の異物がＸ方向に沿って表面２０ａ上を移動するときの、光軸ＡＸに対する異物の中心のＸ方向位置（ｍｍ）と検出誤差（ｎｍ）との関係を求めた。図８を参照すると、表面２０ａ上に付着した異物の中心が光軸ＡＸから僅かに位置ずれしているときに最大で５ｎｍ程度の検出誤差、すなわち比較例の約１／９の検出誤差しか発生しないことがわかる。
【００３３】
ところで、第１実施形態では、被検物体であるガラス基板２０が存在するときには、その表面２０ａからの戻り光（反射光）が検出系ＤＳの各光学部材に入射するが、ガラス基板２０が存在しないときには検出系ＤＳの各光学部材に入射する戻り光はない。その結果、対物レンズ５、シリンドリカルレンズ６、集光レンズ７などの内部温度が、戻り光の影響を受けて変化し易い。とりわけ、対物レンズ５の内部温度Ｔの変化により屈折率が変化し且つ熱膨張すると、対物レンズ５の焦点距離ｆが変化し、検出誤差の発生の原因になる。
【００３４】
温度Ｔの変化による対物レンズ５の焦点距離の変動率ｄＦ／ｄＴは、温度変化による熱膨張の作用および温度変化による屈折率変化の作用を考慮して、以下のように求められる。まず、熱膨張の作用による焦点距離の変動率ｄＦ1／ｄＴは、次の式（４）により表される。式（４）において、αは、対物レンズ５を形成する光学材料の線膨張係数である。
ｄＦ1／ｄＴ＝α×ｆ        （４）
【００３５】
また、屈折率変化の作用については、次の式（５）に示す関係が成立する。また、式（５）に示す関係から、次の式（６）に示す関係が得られる。式（５）および（６）において、ｎは対物レンズ５を形成する光学材料の屈折率であり、ｒ１は対物レンズ５の偏光ビームスプリッター３側の面の曲率半径であり、ｒ２は対物レンズ５のガラス基板２０側の面の曲率半径である。
１／ｆ＝（ｎ−１）（１／ｒ１−１／ｒ２）      （５）
（−１／ｆ2）・ｄｆ＝（１／ｒ１−１／ｒ２）・ｄｎ      （６）
【００３６】
式（５）および式（６）から、次の式（７）に示す関係が得られる。そして、式（７）に示す関係から、屈折率変化の作用による焦点距離の変動率ｄＦ2／ｄＴは、次の式（８）により表される。
ｄｆ＝−ｆ／（ｎ−１）・ｄｎ      （７）
ｄＦ2／ｄＴ＝−ｆ／（ｎ−１）・（ｄｎ／ｄＴ）        （８）
【００３７】
式（４）および式（８）から、温度変化による対物レンズ５の焦点距離の変動率ｄＦ／ｄＴは、次の式（９）により表される。
ｄＦ／ｄＴ＝ｄＦ1／ｄＴ＋ｄＦ2／ｄＴ
＝α×ｆ−ｆ／（ｎ−１）・（ｄｎ／ｄＴ）
＝ｆ｛α−（ｄｎ／ｄＴ）／（ｎ−１）｝      （９）
【００３８】
したがって、第１実施形態では、次の条件式（Ａ）を満足することにより、対物レンズ５の内部温度Ｔの変化の影響を低減して、ガラス基板２０の面位置の変位Ｄを高精度に検出することができる。条件式（Ａ）において、ｄｎ／ｄＴは温度Ｔの変化に対する対物レンズ５の光学材料の屈折率ｎの変化率であり、Ｘは温度Ｔの変化に対する対物レンズ５の焦点距離ｆの変動許容量である。
｜ｆ｛α−（ｄｎ／ｄＴ）／（ｎ−１）｝｜＜Ｘ      （Ａ）
【００３９】
具体的な数値例として、対物レンズ５の焦点距離ｆが４ｍｍで、焦点距離ｆの変動許容量Ｘが１０ｎｍ／°Ｃの場合、線膨張係数αが７．２×１０-6［１／°Ｃ］で、波長λ＝７９０ｎｍの光に対する屈折率ｎが１．５１で、屈折率ｎの変化率ｄｎ／ｄＴが２．６×１０-6［１／°Ｃ］の光学材料ＢＫ７を用いて対物レンズ５を形成すると、条件式（Ａ）の左辺の値が８．３［ｎｍ／°Ｃ］になり、条件式（Ａ）を満たすことができる。
【００４０】
なお、必要に応じて、シリンドリカルレンズ６、集光レンズ７などの光学部材も同様に条件式（Ａ）を満たすように構成することもできる。また、条件式（Ａ）を満足することにより対物レンズ５などの内部温度の変化の影響を低減することができる点については、後述する図９の第２実施形態および図１０の変形例においても同様である。
【００４１】
なお、第１実施形態では、対物レンズ５により一旦集光点Ｐを形成した後に、ガラス基板２０の表面２０ａに光を照射し、表面２０ａで反射されて対物レンズ５を経た光に基づいて、表面２０ａの面位置の変位を検出している。しかしながら、これに限定されることなく、例えば図９の第２実施形態に示すように、例えば集光レンズ２に代えて負レンズ２ａを用いることにより、光源ＬＳからの光を対物レンズ５により収束させて、被検面としてのガラス基板２０の表面２０ａに照射し、表面２０ａで反射されて一旦集光点Ｐ’を形成し且つ対物レンズ５を経た光に基づいて、表面２０ａの面位置の変位を検出することもできる。
【００４２】
第２実施形態においても第１実施形態の場合と同様に、ガラス基板２０の内部に光が入らないので、例えばガラス基板２０内の脈理、異物、泡、並びに裏面２０ｂの面粗さなどに起因して検出誤差が発生することがない。また、被検面である表面２０ａに対してデフォーカスした状態で光を照射し且つ表面２０ａからの反射光に基づいて変位の検出を行うので、表面２０ａに入射して反射される光の光量に対して表面２０ａ上の異物に入射する光の光量を相対的に小さくすることができ、検出精度に対する異物の影響を大幅に低減することができる。
【００４３】
その結果、第２実施形態にかかる変位検出装置においても、ガラス基板２０の表面２０ａに付着した異物の影響を抑えて、ガラス基板２０の面位置の変位Ｄを高精度に検出することができる。なお、第１実施形態では、コリメートレンズ１と集光レンズ２とを、１つの正レンズで置き換えることができる。同様に、第２実施形態では、コリメートレンズ１と負レンズ２ａとを、１つの正レンズで置き換えることができる。
【００４４】
また、上述の各実施形態では、偏光ビームスプリッター３を経た光に非点収差を発生させる収差発生部材としてのシリンドリカルレンズ６と、ガラス基板２０の表面２０ａからの反射光を光電変換する光電変換部としての４分割センサ８とを用いて、非点収差法により被検面である表面２０ａの面位置の変位を検出している。しかしながら、非点収差法に限定されることなく、例えばナイフエッジ法や臨界角法などの手法を用いて被検面の面位置の変位を検出する変位検出装置に対して本発明を適用することができる。
【００４５】
以下、図１０および図１１を参照して、ナイフエッジ法によりガラス基板の表面の面位置の変位を検出する変位検出装置の構成例を説明する。図１０の変形例は図１の第１実施形態と類似の構成を有するが、集光レンズ６の前側に配置されたシリンドリカルレンズ６に代えて集光レンズ６の後側に配置された遮光部材１０が用いられ、４分割センサ８に代えて２分割センサ１１が用いられている点が第１実施形態と相違している。以下、第１実施形態との相違点に着目して、図１０の変形例の構成および作用を説明する。
【００４６】
図１０の変形例では、集光レンズ７を介した光が、遮光部材１０に入射する。遮光部材１０は、装置の光軸ＡＸと直交してＹ方向に延びるエッジ１０ａを有し、入射した光のうち光軸ＡＸから＋Ｘ方向にある部分を遮る機能を有する。２分割センサ１１は、図１１に示すように、Ｙ方向に延びる線状の領域により等分割された２つの受光部１１ａおよび１１ｂを有する。換言すれば、２つの受光部１１ａと１１ｂとは、２分割センサ１１の中心点を通ってＹ方向に延びる線分に関して対称に配置されている。
【００４７】
図１０の変形例では、ガラス基板２０の表面２０ａの面位置の変位Ｄの発生に応じて、表面２０ａからの反射光が２分割センサ１１に形成する光分布１１ｃが変化する。２分割センサ１１の出力信号Ｓ１は、次の式（１０）により表される。式（１０）において、Ｓ１ａは受光部１１ａの受光光量に対応する値であり、Ｓ１ｂは受光部１１ｂの受光光量に対応する値である。
Ｓ１＝Ｓ１ａ−Ｓ１ｂ      （１０）
【００４８】
図１０の変形例では、例えば第１実施形態の場合と同様に、上述の式（３）を用いて、ガラス基板２０の表面２０ａに付着した異物の影響を抑えて、ガラス基板２０の面位置の変位Ｄを高精度に検出することができる。また、図示を省略したが、図９の第２実施形態の基本構成に対してナイフエッジ法を適用することもできる。
【００４９】
なお、上述の実施形態および変形例では、光源からの光を反射して被検面へ導き且つ被検面からの反射光を透過させて光電変換部へ導くための導光部材として、偏光分離面３ａを有する偏光ビームスプリッター３を用いている。しかしながら、これに限定されることなく、この種の導光部材については様々な形態が可能である。例えば、この種の導光部材として、偏光分離面を有しない振幅分割型のビームスプリッターを用いることができる。
【００５０】
一般的には、偏光型または振幅分割型のビームスプリッターにより、光源からの光を反射または透過させて被検面へ導き且つ被検面からの反射光を透過または反射して光電変換部へ導くことができる。振幅分割型のビームスプリッターを用いる場合には、面位置の変位の検出に寄与しない光が発生し、ひいては光量損失が発生する。ただし、この場合、必要に応じて、面位置の変位の検出に寄与しない光を用いて光源の光量変化をモニターし、その安定化を図ることができる。同様に、偏光ビームスプリッターを用いる場合にも、必要に応じて、面位置の変位の検出に寄与しない光を積極的に発生させ、この光を用いて光源の光量変化をモニターすることができる。
【００５１】
また、上述の実施形態および変形例では、装置を固定した状態において、被検面であるガラス基板２０の表面２０ａの面位置の変位を検出している。しかしながら、これに限定されることなく、例えば検出変位Ｄが常に一定値（例えばゼロ）になるように対物レンズ５または装置全体をＺ方向に移動させ、対物レンズ５または装置全体のＺ方向移動量に基づいて被検面の面位置の変位を検出することもできる。
【００５２】
また、上述の実施形態および変形例では、ガラス基板２０の表面２０ａの面位置の変位を検出する変位検出装置を例にとって本発明を説明したが、これに限定されることなく、ガラス基板以外の物体の表面の変位の検出に対しても同様に本発明を適用することができる。換言すれば、図１の第１実施形態、図９の第２実施形態、または図１０の変形例にかかる変位検出装置の適用例については、様々な形態が可能である。
【００５３】
以下、図１２を参照して、露光装置における基板ステージの表面の面位置の変位の検出に、上述の実施形態または変形例にかかる変位検出装置を適用した構成例を説明する。図１２の露光装置は、たとえば露光光源であるＡｒＦエキシマレーザ光源を含み、オプティカル・インテグレータ（ホモジナイザー）、視野絞り、コンデンサレンズ等から構成される照明系６１を備えている。照明系６１は、光源から射出された露光光により、転写すべきパターンが形成されたマスク（レチクル）Ｍを照明する。
【００５４】
照明系６１は、例えばマスクＭの矩形状のパターン領域全体、あるいはパターン領域全体のうちＸ方向に沿って細長いスリット状の領域（例えば矩形状の領域）を照明する。マスクＭのパターンからの光は、所定の縮小倍率を有する投影光学系ＰＬを介して、フォトレジストが塗布されたウェハ（感光性基板）Ｗの単位露光領域にマスクＭのパターン像を形成する。すなわち、マスクＭ上での照明領域に光学的に対応するように、ウェハＷの単位露光領域において、マスクＭのパターン領域全体と相似な矩形状の領域、あるいはＸ方向に細長い矩形状の領域（静止露光領域）にマスクパターン像が形成される。
【００５５】
マスクＭは、マスクステージＭＳ上においてＸＹ平面と平行に保持されている。マスクステージＭＳには、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ軸廻りの回転方向にマスクＭを微動させる機構が組み込まれている。マスクステージＭＳには図示を省略した移動鏡が設けられ、この移動鏡を用いるマスクレーザ干渉計（不図示）が、マスクステージＭＳ（ひいてはマスクＭ）のＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置をリアルタイムに計測する。
【００５６】
ウェハＷは、Ｚステージ６２上においてＸＹ平面と平行に保持されている。Ｚステージ６２は、投影光学系ＰＬの像面と平行なＸＹ平面に沿って移動するＸＹステージ６３上に取り付けられ、ウェハＷのフォーカス位置（Ｚ方向の位置）および傾斜角（ＸＹ平面に対するウェハＷの表面の傾き）を調整する。Ｚステージ６２には移動鏡（不図示）が設けられ、この移動鏡を用いるウェハレーザ干渉計（不図示）が、Ｚステージ６２のＸ方向、Ｙ方向およびＺ軸廻りの回転方向の位置をリアルタイムに計測する。ＸＹステージ６３は、ベース６４上に載置され、ウェハＷのＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置を調整する。
【００５７】
マスクレーザ干渉計の出力およびウェハレーザ干渉計の出力は、主制御系（不図示）に供給される。主制御系は、マスクレーザ干渉計の計測結果に基づいて、マスクＭのＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置の制御を行う。即ち、主制御系は、マスクステージＭＳに組み込まれている機構に制御信号を送信し、この機構が制御信号に基づいてマスクステージＭＳを微動させることにより、マスクＭのＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置の調整を行う。
【００５８】
また、主制御系は、オートフォーカス方式及びオートレベリング方式により、ウェハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に合わせ込む（像面と一致させる）ために、ウェハＷのフォーカス位置および傾斜角の制御を行う。即ち、主制御系は、ウェハステージ駆動系（不図示）に制御信号を送信し、ウェハステージ駆動系が制御信号に基づいてＺステージ６２を駆動することにより、ウェハＷのフォーカス位置および傾斜角の調整を行う。
【００５９】
また、主制御系は、ウェハレーザ干渉計の計測結果に基づいて、ウェハＷのＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置の制御を行う。即ち、主制御系は、ウェハステージ駆動系に制御信号を送信し、ウェハステージ駆動系が制御信号に基づいてＸＹステージ６３を駆動することにより、ウェハＷのＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置の調整を行う。
【００６０】
ステップ・アンド・リピート方式では、ウェハＷ上に縦横に設定された複数の単位露光領域のうちの１つの単位露光領域に、マスクＭのパターン像を一括的に露光する。その後、主制御系は、ウェハステージ駆動系に制御信号を送信し、ウェハステージ駆動系によりＸＹステージ６３をＸＹ平面に沿ってステップ移動させることにより、ウェハＷの別の単位露光領域を投影光学系ＰＬに対して位置決めする。こうして、マスクＭのパターン像をウェハＷの単位露光領域に一括露光する動作を繰り返す。
【００６１】
ステップ・アンド・スキャン方式では、主制御系は、マスクステージＭＳに組み込まれた機構に制御信号を送信すると共に、ウェハステージ駆動系に制御信号を送信し、投影光学系ＰＬの投影倍率に応じた速度比でマスクステージＭＳおよびＸＹステージ６３を移動させつつ、マスクＭのパターン像をウェハＷの１つの単位露光領域に走査露光する。その後、主制御系は、ウェハステージ駆動系に制御信号を送信し、ウェハステージ駆動系によりＸＹステージ６３をＸＹ平面に沿ってステップ移動させることにより、ウェハＷの別の単位露光領域を投影光学系ＰＬに対して位置決めする。こうして、マスクＭのパターン像をウェハＷの単位露光領域に走査露光する動作を繰り返す。
【００６２】
すなわち、ステップ・アンド・スキャン方式では、ウェハステージ駆動系およびウェハレーザ干渉計などを用いてマスクＭおよびウェハＷの位置制御を行いながら、矩形状（一般にはスリット状）の静止露光領域の短辺方向であるＹ方向に沿って、マスクステージＭＳとＸＹステージ６３とを、ひいてはマスクＭとウェハＷとを同期的に移動（走査）させることにより、ウェハＷ上には静止露光領域の長辺に等しい幅を有し且つウェハＷの走査量（移動量）に応じた長さを有する領域に対してマスクパターンが走査露光される。
【００６３】
本実施形態の露光装置は、ウェハ（感光性基板）Ｗを支持するＺステージ（基板ステージ）６２の表面の面位置の変位を検出するための１つまたは複数の変位検出装置６０を備えている。変位検出装置６０は、例えば図１の第１実施形態、図９の第２実施形態、または図１０の変形例にかかる装置と同様の構成を有する。変位検出装置６０は、例えば国際公開第２００７／０９７４６６号パンフレットに記載されたＺセンサ７２ａ〜７２ｄとして使用され、基板ステージ上に設けられた光学式エンコーダ用のガラス基板の表面の面位置の変位を、ひいては基板ステージの表面の面位置の変位を検出する。
【００６４】
次に、図１２の実施形態にかかる露光装置を用いたデバイス製造方法について説明する。図１３は、半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図１３に示すように、半導体デバイスの製造工程では、半導体デバイスの基板となるウェハＷに金属膜を蒸着し（ステップＳ４０）、この蒸着した金属膜上に感光性材料であるフォトレジストを塗布する（ステップＳ４２）。つづいて、上述の実施形態の露光装置を用い、マスク（レチクル）Ｍに形成されたパターンをウェハＷ上の各ショット領域に転写し（ステップＳ４４：露光工程）、この転写が終了したウェハＷの現像、つまりパターンが転写されたフォトレジストの現像を行う（ステップＳ４６：現像工程）。その後、ステップＳ４６によってウェハＷの表面に生成されたレジストパターンをマスクとし、ウェハＷの表面に対してエッチング等の加工を行う（ステップＳ４８：加工工程）。
【００６５】
ここで、レジストパターンとは、上述の実施形態の露光装置によって転写されたパターンに対応する形状の凹凸が生成されたフォトレジスト層であって、その凹部がフォトレジスト層を貫通しているものである。ステップＳ４８では、このレジストパターンを介してウェハＷの表面の加工を行う。ステップＳ４８で行われる加工には、例えばウェハＷの表面のエッチングまたは金属膜等の成膜の少なくとも一方が含まれる。なお、ステップＳ４４では、上述の実施形態の露光装置は、フォトレジストが塗布されたウェハＷを、感光性基板つまりプレートＰとしてパターンの転写を行う。
【００６６】
図１４は、液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図１４に示すように、液晶デバイスの製造工程では、パターン形成工程（ステップＳ５０）、カラーフィルタ形成工程（ステップＳ５２）、セル組立工程（ステップＳ５４）およびモジュール組立工程（ステップＳ５６）を順次行う。
【００６７】
ステップＳ５０のパターン形成工程では、プレートＰとしてフォトレジストが塗布されたガラス基板上に、上述の実施形態の露光装置を用いて回路パターンおよび電極パターン等の所定のパターンを形成する。このパターン形成工程には、上述の実施形態の露光装置を用いてフォトレジスト層にパターンを転写する露光工程と、パターンが転写されたプレートＰの現像、つまりガラス基板上のフォトレジスト層の現像を行い、パターンに対応する形状のフォトレジスト層を生成する現像工程と、この現像されたフォトレジスト層を介してガラス基板の表面を加工する加工工程とが含まれている。
【００６８】
ステップＳ５２のカラーフィルタ形成工程では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応する３つのドットの組をマトリックス状に多数配列するか、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルタの組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルタを形成する。
【００６９】
ステップＳ５４のセル組立工程では、ステップＳ５０によって所定パターンが形成されたガラス基板と、ステップＳ５２によって形成されたカラーフィルタとを用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。具体的には、例えばガラス基板とカラーフィルタとの間に液晶を注入することで液晶パネルを形成する。ステップＳ５６のモジュール組立工程では、ステップＳ５４によって組み立てられた液晶パネルに対し、この液晶パネルの表示動作を行わせる電気回路およびバックライト等の各種部品を取り付ける。
【００７０】
また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程（露光装置）にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる変位検出装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】第１実施形態における光検出部の構成を概略的に示す図である。
【図３】第１実施形態に対応した比較例にかかる変位検出装置の構成を概略的に示す図である。
【図４】比較例における４分割センサの構成を概略的に示す図である。
【図５】比較例における４分割センサの出力信号と被検面の面位置の変位との関係を示す図である。
【図６】比較例における異物の中心位置と検出誤差との関係を示す図である。
【図７】第１実施形態における４分割センサの出力信号と被検面の面位置の変位との関係を示す図である。
【図８】第１実施形態における異物の中心位置と検出誤差との関係を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態にかかる変位検出装置の構成を概略的に示す図である。
【図１０】図１の第１実施形態の基本構成に対してナイフエッジ法を適用した変形例を示す図である。
【図１１】図１０の変形例における２分割センサの構成を概略的に示す図である。
【図１２】露光装置における基板ステージの面位置の変位の検出に対して変位検出装置を適用した構成例を説明する図である。
【図１３】半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。
【図１４】液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７２】
ＬＳ  光源
ＩＬ  照射系
ＤＳ  検出系
２，７  集光レンズ
３  偏光ビームスプリッター
４  １／４波長板
５  対物レンズ
６  シリンドリカルレンズ
８  ４分割センサ
９  信号処理部
１１  ２分割センサ
２０  ガラス基板
２０ａ  ガラス基板の表面
【図１】
2009236653.tif 000003
【図２】
2009236653.tif 000004
【図３】
2009236653.tif 000005
【図４】
2009236653.tif 000006
【図５】
2009236653.tif 000007
【図６】
2009236653.tif 000008
【図７】
2009236653.tif 000009
【図８】
2009236653.tif 000010
【図９】
2009236653.tif 000011
【図１０】
2009236653.tif 000012
【図１１】
2009236653.tif 000013
【図１２】
2009236653.tif 000014
【図１３】
2009236653.tif 000015
【図１４】
2009236653.tif 000016