CN115685691A - 测量设备、测量方法、基板处理装置及产品制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及测量设备、测量方法、基板处理装置及产品制造方法。用于测量图案的位置的测量设备包括：波长可变单元，其被构造为，根据所述第一光入射的入射位置使所述第一光的光谱变化以使所述第一光能够通过；以及移动单元，其被构造为，通过移动所述波长可变单元来改变所述入射位置。所述波长可变单元移动到基于波长特性信息和强度特性信息的位置，所述波长特性信息表示所述波长可变单元的位置与透过所述波长可变单元的所述第一光的波长之间的关系，所述强度特性信息表示所述波长可变单元的位置与来自用透过所述波长可变单元的所述第一光照射的所述图案的所述第二光的强度之间的关系。

Description

测量设备、测量方法、基板处理装置及产品制造方法
技术领域
本发明涉及测量设备、测量方法、基板处理装置及产品制造方法。
背景技术
在制造诸如半导体器件、微机电系统(MEMS)、滤色器和平板显示器的产品时，在基板上形成的图案正在变得越来越微型化，并且对图案尺寸精度改进的需求在增加。
因此，要求处理基板的基板处理装置高精度地测量形成有图案的基板上的位置。这种基板处理装置的示例包括曝光装置，该曝光装置使基板曝光以将图案形成到基板上。在该曝光装置中，通过使用经由投影光学系统发射的曝光光(exposure light)在基板上的预定位置处形成图像并移动放置基板的载台，来将图案形成到基板上。为了调整要形成图案的基板上的预定位置与曝光光之间的相对位置，对基板上的图案进行测量的精度以及对在基板上的不同层中形成的图案之间的相对位置进行测量的精度变得非常重要。
作为对在基板上形成的图案(下面将简称为“图案”)的位置进行测量的方法，存在如下方法：照射图案并检测由图案反射的光。作为更精确地测量图案的方法，存在如下方法：根据图案和图案周围部分的物理特性和光学特性来选择用于照射图案的光的波长。形成图案的材料的物理特性和图案的形状根据处理基板的步骤而变化。因而，通过用具有根据处理基板的步骤而选择的波长的光来照射图案，从图案反射的光的检测信号的强度会增大，检测信号的误差会减小。这改进了对图案位置进行测量的精度。
日本特许第6568041号公报讨论了对样本的图像进行拍摄的摄像系统。在使要发射到样本上的光的波长变化的同时，摄像系统与波长变化相同步地拍摄样本的图像。日本特许第6568041号公报还讨论了，该摄像系统中包括的光源设备通过驱动滤色器来使要通过该滤色器发射到样本上的光的波长变化。
在日本特许第6568041号公报讨论的技术中，在待驱动的滤色器的位置从目标位置偏移的情况下，要通过滤色器发射到样本上的光的波长会出现误差。这可能导致具有适合于拍摄样本图像的波长的光未能被发射到样本上。
发明内容
本发明旨在能够增大光的检测信号的强度并且减小检测信号的误差的测量设备、测量方法、基板处理装置以及产品制造方法。
根据本发明的一个方面，用于通过用第一光照射图案并检测来自图案的第二光来测量图案的位置的测量设备包括：波长可变单元，其被构造为，根据所述第一光入射的入射位置使所述第一光的光谱变化以使所述第一光能够通过；以及移动单元，其被构造为，通过移动所述波长可变单元来改变所述入射位置。所述波长可变单元移动到基于波长特性信息和强度特性信息的位置，所述波长特性信息表示所述波长可变单元的位置与透过所述波长可变单元的所述第一光的波长之间的关系，所述强度特性信息表示所述波长可变单元的位置与来自用透过所述波长可变单元的所述第一光照射的所述图案的所述第二光的强度之间的关系。
本发明的进一步的特征将从以下参照附图对示例实施例的描述中变得清晰。
附图说明
图1A、图1B、图1C和图1D是示出根据第一示例实施例的测量设备的图。
图2A、图2B和图2C是示出根据第一示例实施例的测量方法的图。
图3A、图3B、图3C、图3D和图3E是示出根据第二示例实施例的测量设备和测量方法的图。
图4A和图4B是示出根据第三示例实施例的测量设备和测量方法的图。
图5A、图5B和图5C是示出根据第四示例实施例的测量设备和测量方法的图。
图6A、图6B、图6C和图6D是示出根据第四示例实施例的测量方法的图。
图7A、图7B、图7C、图7D和图7E是示出根据第五示例实施例的测量设备和测量方法的图。
图8是示出根据第六示例实施例的测量设备的图。
图9是示出根据第七示例实施例的曝光装置的图。
图10是示出根据第七示例实施例的曝光处理的流程图。
图11A、图11B、图11C、图11D和图11E是示出根据典型技术的测量设备的图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的示例实施例进行详细说明。在附图中，相同部件被分配了相同的附图标记，并且将省略冗余描述。本发明不限于以下示例实施例。以下示例实施例仅表示在实施本发明时有利的特定示例。并非在以下示例实施例中描述的所有特征组合总是对本发明的解决方案是必要的。
下面描述本发明的第一示例实施例。将描述根据第一示例实施例的测量设备。图1A、图1B、图1C和图1D是示出根据第一示例实施例的测量设备的图。在下面的描述中，与下面要描述的物镜光学系统71的光轴平行的方向将被描述为Z轴方向，沿着与Z轴方向垂直的平面的方向上彼此正交的两个方向将被描述为X轴方向和Y轴方向。绕X轴的旋转方向、绕Y轴的旋转方向和绕Z轴的旋转方向将分别被描述为θX方向、θY方向和θZ方向。
图1A是示出测量设备100的构造的图。测量设备100测量例如在基板73上配设的图案在X轴方向和Y轴方向上的位置。测量设备100可以测量例如在基板73的不同层中配设的图案在X轴方向和Y轴方向上的位置，以测量这些图案之间的距离。测量设备100包括：用于保持基板73的基板载台WS、测量单元150和控制单元1100。
基板73是要由测量设备100测量其对准误差和/或重合(overlay)误差的目标对象。基板73用于制造诸如半导体器件和液晶显示器件的器件。基板73的具体示例包括晶圆、液晶基板和其他待处理基板。
基板载台WS被构造为经由基板卡盘(未示出)保持基板73，并且能够由载台驱动单元(未示出)驱动。载台驱动单元包括线性电机，并且可以通过沿X轴方向、Y轴方向、Z轴方向、θX方向、θY方向和θZ方向驱动基板载台WS来移动由基板载台WS保持的基板73。在基板载台WS上配设有镜82。在面对镜82的位置处配设有激光干涉仪81。激光干涉仪81通过测量在X轴方向上到镜82的距离来测量基板载台WS在X轴方向上的位置。还分别配设有用于以类似方式测量基板载台WS在Y轴方向和Z轴方向上的位置的激光干涉仪(未示出)。基板载台WS的位置由这些激光干涉仪实时测量，所获得的测量结果被输出到控制单元1100。因此，基板载台WS在控制单元1100的控制下被驱动到预定位置。测量设备100可以包括编码器和布置在基板载台WS上的标尺，该编码器通过检测标尺的位置来测量基板载台WS的位置。
控制单元1100通过综合控制测量设备100的部件来操作测量设备100。控制单元1100还执行测量设备100中的测量处理和对由测量设备100获得的测量值的计算处理。控制单元1100包括计算机(信息处理装置)。例如，控制单元1100包括处理单元和存储单元，处理单元包括根据程序进行计算以进行控制的诸如中央处理单元(CPU)的处理单元，存储单元诸如是存储控制程序和固定数据的只读存储器(ROM)和充当处理单元的工作区域并存储临时数据的随机存取存储器(RAM)。控制单元1100可以包括磁存储设备(硬盘驱动器(HDD))作为存储单元，该磁存储设备可以存储比ROM和RAM更大量的数据。控制单元1100可以包括驱动设备作为存储单元，该驱动设备通过附接外部介质(诸如光盘(CD)、数字多媒体盘(DVD)和存储卡)来进行数据读取和写入。在本示例实施例中，使用ROM、RAM、磁存储设备和驱动设备中的至少一种作为存储单元，并且存储单元存储控制程序、固定数据、处理单元的工作区域和临时数据。
测量单元150对配设在基板73上的图案进行照射，检测来自图案的光，并且拍摄配设在基板73上的图案的图像。图1B是示出测量单元150的构造的图。测量单元150包括照射系统和图像形成系统(检测系统)，照射系统用来自光源61的光对基板73进行照射，图像形成系统使用来自图案72的光将图像形成到检测单元75上(形成图案72的图像)。检测单元75包括接收来自图案72的光的光接收单元(未示出)，并获取由光接收单元接收到的光的检测信号。检测单元75可以用作摄像单元，该摄像单元形成由光接收单元对图案72的图像进行拍摄的摄像区域。图案72用于测量基板73上的对准误差和重合误差。图案72的位置是基于由检测单元75获取的检测信号而测量的。
从光源61发射的光(第一光)经由照射光学系统(第一光学系统)62引导至波长可变单元140。例如，诸如激光光源、发光二极管(LED)或者卤素灯的光源可以用作光源61。波长可变单元140由驱动单元41(移动单元)驱动(移动)。驱动单元41包括诸如线性电机的驱动单元。通过沿X轴方向(垂直于光轴的预定方向)驱动(移动)波长可变单元140，驱动单元41可以移动由波长可变单元140保持的波长可变部件142。波长可变单元140的位置例如由编码器或干涉仪来测量。波长可变单元140由控制单元1100控制以被驱动至预定位置。
下面将描述波长可变单元140的构造。图1C是示出根据本示例实施例的波长可变单元140的图。波长可变单元140包括波长可变部件(第一部件)142、开口形成部件(第二部件)144以及保持部件145。波长可变部件142包括波长可变元件，该波长可变元件根据入射光的位置和角度使得要透过的光的波长和强度之间的关系(下文中将简称为“光谱”)变化。这里，例如，光谱可以包括表示光强度相对于光波长的关系的信息。例如，光谱可以包括与光强度为最大、最小或预定值的光波长有关的信息。例如，光谱可以包括与光强度为落入预定范围内的值的光波长带有关的信息。例如，光谱可以包括与光谱的波形有关的信息。
通过使用驱动单元41基于波长可变单元140在垂直于光轴的预定方向上的位置与要透过波长可变单元140的光的波长之间的预先获取的关系来对准波长可变单元140的位置，可以用具有期望波长的光照射基板73。这里，垂直于光轴的预定方向垂直于下面将描述的照射光学系统62或63、中继透镜67或物镜光学系统71的光轴，并且例如是X轴方向或Y轴方向。驱动单元41还可以通过不仅在垂直于光轴的预定方向(例如X轴方向)上而且在绕与光轴垂直的预定轴的旋转方向(例如θX方向)上驱动波长可变单元140，来移动波长可变单元140在预定旋转方向上的位置。下面将详细描述位置与波长之间的关系。
以这种方式，通过使用驱动单元41改变波长可变部件142的位置和角度，要透过波长可变部件142的光的波长可以变化。例如，透射波长可变滤波器可以用作波长可变部件142。透射波长可变滤波器是如下的带通滤波器，该带通滤波器包括例如在光入射的表面上形成的多层层叠膜。透射波长可变滤波器以如下方式形成：使得多层层叠膜的膜厚度沿波长变化方向变厚。采用这种结构，要透过的光的波长由于光的干涉而连续变化。例如，如下的透射型衍射光栅也可以用作波长可变部件142，该透射型衍射光栅通过在允许光通过的部件上所形成的衍射光栅而将光分割成具有不同波长的光分量。
图1D是示出透过波长可变部件142的光的波长与强度之间的关系的图。图1D示出了在波长可变部件142被布置在X轴方向上的多个离散位置的情况下，透过波长可变部件142的光的波长与强度之间的关系。光入射位置根据波长可变部件142的位置而变化，并且透过波长可变部件142的光的波长也变化。入射到波长可变单元140上的光的绝对位置在测量单元150中不发生变化，因此通过使用驱动单元41驱动波长可变单元140来使入射到波长可变单元140上的光的相对位置变化。因此，在图1A中所示的测量单元150中，由驱动单元41沿X轴方向驱动波长可变单元140，并且波长可变部件142的位置相对于入射光变化，因而调整要用于照射基板73的光的波长。
回到图1C，开口形成部件144包括用于使入射光透过的开口，并且不使要透过的光的波长变化。开口形成部件144布置在X轴方向上与波长可变部件142不同的位置。开口143布置在与波长可变部件142同一平面(XY平面)上，该平面垂直于光轴。开口143以这样的方式形成：使得其在较长侧方向(X轴方向)上的长度小于入射到开口143上的光的光束直径。在图1C所示的示例中，开口143的形状是X轴方向的边比Y轴方向的边更短的矩形，但开口143的形状不限于这种形状。开口143的形状可以是圆形形状或正方形，或者也可以是X轴方向的边比Y轴方向的边更长的矩形。通过加长开口143在较长侧方向(X轴方向)的长度，可以增加光的强度。与之对照，通过缩短开口143在较长侧方向的长度，透过开口143的光在X轴方向上的范围变窄，并且光强度峰值位置的检测精度提高。因此，优选考虑到光强度和检测精度来确定开口143在较长侧方向上的长度。开口形成部件144可以包括不使要透射的光的波长变化的光学元件。
开口形成部件144阻挡入射在开口143的周边区域上的光。开口143的周边区域包括在开口143与波长可变部件142之间的区域。保持部件145保持波长可变部件142和开口形成部件144。通过由驱动单元41在X轴方向上驱动波长可变单元140，可以将X轴方向上的光入射位置调整到期望的位置。利用这种构造，从光源61发射的光透过开口143或波长可变部件142，并用于照射基板73。
回到图1B，透过波长可变单元140的光经由照射光学系统(第一光学系统)63入射到照射孔径光阑64上。在照射孔径光阑64处，光的光束直径变得小于光源61中的光的光束直径。透过照射孔径光阑64的光经由中继透镜67入射到分束器68上。例如，分束器68是偏振分束器。分束器68允许平行于Y轴方向的P偏振光通过，并反射平行于X轴方向的S偏振光。透过分束器68的光经由孔径光阑69透过四分之一波长板70并被转换为圆偏振光，并经由物镜光学系统71用于对配设在基板73上的图案72进行柯勒照明。
照射光学系统63可以包括光量调整单元(未示出)，该光量调整单元可以为来自光源61的光切换具有不同透射率的多个ND滤波器。通过控制光量调整单元，控制单元1100可以精确地调整要用于照射基板73的光的强度。
来自图案72的光(第二光)经由物镜光学系统71透过四分之一波长板70，从圆偏振光转换为S偏振光，并入射到孔径光阑69上。来自图案72的光包括由图案72反射、衍射或散射的光。来自图案72的光的偏振状态为与用于照射图案72的圆偏振光相反的圆偏振光。
因此，如果用于照射图案72的光的偏振状态是顺时针圆偏振，则来自图案72的光的偏振状态为逆时针圆偏振。透过孔径光阑69的光被分束器68反射，并经由图像形成光学系统(第二光学系统)74入射到检测单元75上。
以这种方式，在测量单元150中，分束器68将光路分割为用于照射基板73的光的光路和来自基板73的光的光路，并且在检测单元75上形成图案72的图像。控制单元1100基于由激光干涉仪81获得的基板载台WS的位置信息和通过检测图案72的图像而获得的检测信号的波形，来获取图案72的位置和图案72中包含的图案元素的位置。
测量单元150还可以包括通过在分束器68和检测单元75之间布置多个透镜而形成的检测孔径光阑。照射孔径光阑64和检测孔径光阑可以分别包括多个孔径光阑，该多个孔径光阑具有可为照射系统和检测系统设置的不同数值孔径，并且可以使所述多个孔径光阑可切换。利用这种构造，可以调整σ值，该σ值是表示照射系统的数值孔径与检测系统的数值孔径之间的比率的系数。
下面参考图11A、图11B、图11C、图11D和图11E来描述根据典型技术的测量单元。图11A是示出根据典型技术的测量单元50的构造的图。测量单元50的其他部件与图1A中所示的测量单元150的部件相似，因此，省略其描述。图11B是示出根据典型技术的波长可变单元40的构造示例的图。波长可变单元40包括波长可变部件42和保持部件45。波长可变部件42是与图1C中所示的波长可变部件142类似的光学元件。保持部件45保持波长可变部件42。波长可变单元40由驱动单元41沿X轴方向驱动。通过基于波长可变单元40的位置与波长之间的预先获取的关系来移动波长可变单元40，可以用具有期望波长的光照射基板73。
以这种方式，基于波长可变单元40的位置与波长之间的预先获取的关系来驱动波长可变单元40。然而，在光入射到波长可变部件42上的入射位置(以下称为“入射位置”)和/或入射光的光束直径和/或角度特性发生变化的情况下，要透过波长可变部件42的光的波长变化。因此，透过波长可变部件42以用于照射基板73的光的波长可能相对于目标波长偏移(以下，这种偏移将被称为“波长偏移”)。
将参照图11C至图11E描述波长位移的发生因素。图11C是示出在入射位置在X轴方向上变化的情况下，透过波长可变部件42的光的波长的变化的图。引起入射位置在X轴方向上变化的因素包括：光源61的发光点或附装位置在X轴方向上的变化；以及通过驱动驱动单元41进行的对波长可变部件42的位置控制的控制误差的产生。如图11C所示，在入射位置在X轴方向上变化的情况下，透过波长可变部件42的光的中心波长从波长λ0变化到波长λ1，并且在中心波长上产生偏移Δλ1。
图11D是示出在入射到波长可变部件42上的光的光束直径变化的情况下透过波长可变部件42的光的波长的变化的图。引起入射到波长可变部件42上的光的光束直径变化的因素包括：光源61的发光点和/或附装位置在Z轴方向上的变化；以及照射光学系统62、照射光学系统63或波长可变单元40的附装位置在Z轴方向上的变化。如图11D所示，在入射到波长可变部件42上的光的光束直径变化的情况下，透过波长可变部件42的光的波长带从波长带w0变化到波长带w2。信号强度根据波长带的变化而变化，并且在波长带变宽的情况下，中心波长附近的信号强度降低。
图11E是示出在入射到波长可变部件42上的光的角度特性变化的情况下，透过波长可变部件42的光的波长的变化的图。引起入射到波长可变部件42上的光的角度特性变化的因素包括：从光源61的发光点发射的光的角度的变化、与光的角度相关的光强度分布的变化以及照射光学系统62或波长可变部件42的透射特性的变化。如图11E所示，在入射到波长可变部件42上的光的角度特性变化的情况下，透过波长可变部件42的光的中心波长从波长λ0变化到波长λ3，中心波长发生偏移Δλ3，并且要透过波长可变部件42的光的波长带从波长带w0变化到波长带w3。信号强度根据波长带的变化而变化，并且在波长带变宽的情况下，中心波长附近的信号强度降低。在入射位置在X轴方向上变化并且入射到波长可变部件42上的光的角度特性变化的情况下，波长也如图11E所示地变化。
以这种方式，在根据典型技术的测量单元50中，透过波长可变部件42的光的波长偏移可能导致用于照射基板73的光的波长发生偏移。因此，发生要由检测单元75获取的光的检测信号的强度降低或误差增大，并且图案的位置测量精度可能会下降。
鉴于上述，根据本示例实施例的测量设备100利用波长可变部件142中的光入射位置与开口143之间的相对距离(以下将该相对距离简称为“相对距离”)，来确定要由驱动单元41驱动的波长可变单元140位置，该相对距离是根据透过波长可变部件142和开口143的光的波长特性信息而获取的。图2A、图2B和图2C是示出根据本示例实施例的测量方法的图。
在测量图案的位置之前，控制单元1100获取表示波长可变单元140在X轴方向上的位置与透过波长可变部件142和开口143的光的波长之间的关系的信息(以下将该信息称为“波长特性信息”)。所述波长特性信息可以从控制单元1100的存储单元或外部装置中获取。通过在波长可变单元140在X轴方向上的位置实际变化的同时测量光的波长来获取波长特性信息。
可以通过基于波长可变部件142和开口143的位置和尺寸以及波长可变部件142的波长特性的设计值进行仿真，来获取波长特性信息。
现在将描述波长可变单元140的波长特性信息。图2A是示出波长可变单元140的波长特性信息的示例的图。在图2A所示的图中，横轴表示波长可变单元140在X轴方向上的位置，并且纵轴表示由检测单元75检测到的光的波长(例如，中心波长)。波形W43表示透过开口143的光的波长(第二波长)的变化，并且波形W42表示透过波长可变部件142的光的波长(第一波长)的变化。在图2A所示的图中，从位置X2S到位置X2L的范围包括，波长可变单元140在X轴方向上的、光入射到波长可变部件142上的位置。
如图2A所示，开口143不影响透过的光的波长，使得表示透过开口143的光的波长变化的波形W43是恒定的，而与波长可变单元140在X轴方向上的位置无关。通过获得波形W43在X轴方向上的两端的位置，获取开口143的中心位置X3。与之对照，由于波长可变部件142的波长特性，表示透过波长可变部件142的光的波长变化的波形W42根据波长可变单元140在X轴方向上的位置而变化。在图2A中所示的示例中，波长可变部件142以如下方式布置：使得透过波长可变部件142的光的波长随着波长可变单元140在X轴方向上的位置的增大而增大。该构造并不限于图2A中所示的示例。波长可变部件142可以以如下方式布置：使得透过波长可变部件142的光的波长随着波长可变单元140在X轴方向上的位置的增大而减小。
控制单元1100基于所获取的波长特性信息，来获取波长可变部件142中的光入射位置与开口143之间的相对距离。在用X2标示波长可变单元140在X轴方向上的、要透过波长可变部件142的光的波长为波长λ的位置的情况下，相对距离dX可用以下式(1)表示：
dX＝X3-X2……(1)。
基于获取的波长特性信息，来获得波长可变单元140在X轴方向上的、要透过波长可变部件142的光的波长为波长λ的位置X2。
优选地，波长可变部件142与开口143之间的X轴方向上的间隔被设置为使得该间隔与入射到波长可变部件142上的光的光束直径相比足够大。提供此构造是为了防止波形W42与波形W43之间的交叠，波形W42表示要透过波长可变部件142的光的中心波长变化，波形W43表示透过开口143的光的中心波长变化。
接下来，将描述根据本示例实施例的用于测量图案位置的测量方法。图2B是示出测量图案位置的测量方法的流程图。图2B作为示例示出了测量重合误差(换句话说，图案72中包括的多个图案之间的相对位置)的测量方法的流程图。
在步骤S121中，控制单元1100确定基板载台WS的位置。首先，控制单元1100将基板载台WS沿垂直于光轴方向的方向(X轴方向和Y轴方向)移动到在检测单元75的检测区域中形成图案72的图像的位置，并确定基板载台WS的X轴方向和Y轴方向上的位置。在沿光轴方向(Z轴方向)移动基板载台WS的同时，控制单元1100获取通过检测单元75检测来自图案72的光而获取的检测信号的强度。控制单元1100将基板载台WS在Z轴方向移动到与获取的检测信号的强度和光轴方向的位置对应的检测信号强度变化为等于或大于阈值的位置，并确定基板载台WS在Z轴方向的位置。
在步骤S122中，控制单元1100使用驱动单元41将波长可变单元140在X轴方向上移动预定的移动量。控制单元1100使检测单元75检测透过波长可变部件142和开口143的光的强度。控制单元1100控制驱动单元41和检测单元75以反复进行对波长可变单元140的移动和对光强度的检测。
在控制驱动单元41和检测单元75的同时，控制单元1100获取由检测单元75检测光强度的、波长可变单元140的位置。
因此，控制单元1100获取表示使用驱动单元41移动的波长可变单元140在X轴方向上的位置与透过波长可变部件142和开口143的光的强度之间之间的关系的信息(以下，将该信息称为“强度特性信息”)。使用驱动单元41移动波长可变单元140的预定移动量并不总是相同的移动量。例如，为了缩短检测时间，控制单元1100可以将波长可变单元140移动根据波长可变单元140在X轴方向上的位置而变化的移动量。例如，在光入射到波长可变单元140上的位置对应于开口143的位置和波长可变部件142的位置的情况下，移动量可以减小，并且在入射位置对应于除了开口143的位置和波长可变部件142的位置以外的位置的情况下，可以增加移动量。
将描述强度特性信息。图2C是示出波长可变单元140的强度特性信息的示例的图。在图2C所示的图中，横轴表示波长可变单元140在X轴方向上的位置，并且纵轴表示由检测单元75检测到的光的强度。波形I43表示透过开口143的光的强度变化，而波形I42表示透过波长可变部件142的光的强度的变化。波形I42和I43中的强度为最大的位置分别用X42和X43标示。
在步骤S122中，控制单元1100基于相对距离和透过开口143的光的强度特性信息来确定波长可变单元140在X轴方向上的位置X。接下来，将描述确定波长可变单元140在X轴方向上的位置X的方法。在确定波长可变单元140的位置的情况下，基于如图2C所示的强度特性信息来推测确定强度为最大的位置。换句话说，位置X可以以如下方式设置：在图2C中所示的波形I42中强度最大的位置X42对应于波长可变单元140在X轴方向上的位置。例如，通过设置限幅水平(slice level)而获得形心位置，来计算波形I42中强度最大的位置X42。然而，如图2C所示，在波形I42的峰值附近强度变化量较小的情况下，很难准确地计算X轴方向上的、强度最大的位置X42。
鉴于上述，在本示例实施例中，基于相对距离dX和基于强度特性信息获得的位置X43，获得要透过波长可变部件142的光的波长为要用于测量的光的波长的位置X。例如，通过设置限幅水平而计算形心位置(centroid position)，来计算波形I43中强度最大的位置X43。如图2C所示，波形I43峰值附近的强度变化量大于波形I42峰值附近的强度变化量，使得能够更准确地计算波形I43的位置X43。
在用λ标示用于测量的光的波长的情况下，控制单元1100基于波形特征信息获取相对距离。控制单元1100基于相对距离和波形I43中强度最大的位置X43来获取波长可变单元140在X轴方向上的位置X。通过位置X43标示，波形可变部140在X轴方向上的、波形I43中强度最大的位置。通过相对距离dX标示，透过波长可变部件142的光的波长为波长λ的、相对于开口143的相对距离。波长可变单元140在X轴方向上的位置X由以下式(2)表示：
X＝X43-dX……(2)。
通过这种方式，控制单元1100基于相对距离和透过开口143的光的强度特性信息，确定波长可变单元140在X轴方向上的、要用于测量的光的波长为波长λ的位置X。
控制单元1100可以基于步骤S122中获取的强度特性信息来设置除了要用于测量的光的波长以外的测量条件。例如，除了要用于测量的光的波长以外的测量条件包括σ值和光的偏振。通过适当地设置测量条件，可以准确地测量配设在基板73上的图案的位置。
回到图2B，在步骤S123中，控制单元1100以如下方式使用驱动单元41移动波长可变单元140：波长可变单元140在X轴方向上的位置为确定的位置X。因此，透过波长可变部件142的光的波长为波长λ，并且光被发射到基板73上。控制单元1100可以基于在步骤S122中获取的、波长可变单元140的由检测单元75检测光强度的位置，来确定波长可变单元140要从波长可变单元140在X轴方向上的位置X移动到的位置。
在步骤S124中，控制单元1100使测量单元150检测图案72。配设在基板73上的图案72被从光源61发射的光照射，并且由图像传感器获取图案72的图像。因此，基于所获得的拍摄图像来获取(检测)到检测信号。
在步骤S125中，控制单元1100基于图案72的检测信号来测量图案72的位置。例如，在测量在基板73上的不同层中配设的多个图案72的重合误差的情况下，控制单元1100基于在基板73上的各层中配设的图案72的检测信号来计算图案的位置的测量值。然后，控制单元1100获取作为这些测量值之间的差的相对位置，作为重合误差。
在本示例实施例中，描述了如下构造，在该构造中，测量单元150包括一个波长可变单元140和一个驱动单元41，但构造不限于这种构造。例如，测量单元150可以具有包括多个波长可变单元和多个驱动单元的构造。例如，测量单元150可以具有包括第一波长可变单元和第二波长可变单元的构造，该第一波长可变单元包括用于截止具有比第一波长更长的波长的光的波长截止滤波器，该第二波长可变单元包括用于截止具有比第二波长更短的波长的光的波长截止滤波器。在这种情况下，第一波长可变单元和第二波长可变单元被布置在与光源61的发光点共轭的位置处。利用该构造，控制单元1100可以通过控制第一波长可变单元和第二波长可变单元的位置，来向基板73发射具有期望中心波长和期望波长带的光。
如上所述，根据本示例实施例的测量设备基于波长可变部件与开口之间的相对距离以及透过开口的光的强度特性信息来确定波长可变单元的位置，使得能够减少要发射到基板上的光的波长偏移。用具有期望波长的光照射基板会增加光的检测信号的强度，从而减小检测信号的误差。
接下来描述本发明的第二示例实施例。现在描述根据本示例实施例的测量设备。在本示例实施例中未提及的事项可以遵照第一示例实施例中的事项。在本示例实施例中，将描述采用包括多个开口的波长可变单元的构造。图3A、图3B、图3C、图3D和图3E是示出根据本示例实施例的测量设备和测量方法的图。图3A是示出波长可变单元240的图。波长可变单元240包括波长可变部件242、第一开口形成部件244a、第二开口形成部件244b和保持部件245。第一开口形成部件244a和第二开口形成部件244b分别包括允许入射光通过的第一开口243a和第二开口243b，并且相对于波长可变部件242布置在X轴方向上的不同位置。在图3A中所示的示例中，第一开口形成部件244a和第二开口形成部件244b布置在波长可变部件242的两端附近。第一开口243a和第二开口243b与波长可变部件242布置在同一平面(XY平面)上，该平面垂直于光轴。第一开口243a和第二开口243b的形状和在较长侧方向(X轴方向)上的长度与图1C中所示的开口143相似。
第一开口形成部件244a和第二开口形成部件244b阻挡入射到第一开口243a和第二开口243b的周边区域的光，所述周边区域包括第一开口243a和第二开口243b与波长可变部件242之间的区域。保持部件245保持波长可变部件242、第一开口形成部件244a和第二开口形成部件244b。
图3B是示出波长可变单元240的波长特性信息的一个示例的图。获取波长可变单元240的波长特性信息的方法类似于根据第一示例实施例的获取波长可变单元140的波长特性信息的方法。在图3B所示的图中，横轴表示波长可变单元240在X轴方向上的位置，并且纵轴表示由检测单元75检测到的光的波长(例如，中心波长)。波形W43a和W43b分别表示透过第一开口243a和第二开口243b的光的波长变化，并且波形W42表示透过波长可变部件242的光的波长变化。位置X3a和位置X3b分别表示第一开口243a和第二开口243b的中心位置。
图3C是示出波长可变单元240的强度特性信息的示例的图。在图3C所示的图中，横轴表示波长可变单元240在X轴方向上的位置，并且纵轴表示由检测单元75检测到的光的强度。波形I43a和I43b分别表示透过第一开口243a和第二开口243b的光的强度变化，并且波形I42表示透过波长可变部件242的光的强度变化。分别用X42、X43a和X43b标示在波形I42、I43a和I43b中强度为最大的位置。
在本示例实施例中，控制单元1100获取波长可变单元240中的光入射位置与第一开口243a之间的第一相对距离，在该第一相对距离处，透过波长可变部件242的光的波长为波长λ。控制单元1100进一步获取波长可变部件242中的光入射位置与第二开口243b之间的第二相对距离，在该第二相对距离处，透过波长可变部件242的光的波长为波长λ。在用X2标示波长可变单元240在X轴方向上的、透过波长可变部件242的光的波长为波长λ的位置的情况下，第一相对距离dXa和第二相对距离dXb分别用以下式(3)和式(4)表示：
dXa＝X3a-X2……(3)；以及
dXb＝X3b-X2……(4)。
控制单元1100基于包括第一相对距离dXa和第二相对距离dXb的相对位置信息以及透过第一开口243a和第二开口243b的光的强度特性信息，来确定波长可变单元240在X轴方向上的、要用于测量的光的波长为波长λ的位置X。波长可变单元240在X轴方向上的位置X用以下式(5)至式(7)中的任一个表示：
X＝X43a-dXa……(5)；
X＝X43b-dXb……(6)；以及
X＝{(X43a-dXa)+(X43b-dXb)}/2……(7)。
虽然可以通过使用式(5)和式(6)中的任何一个来确定位置X，但是根据波长可变单元240在驱动之前的初始位置对式进行选择可以缩短驱动波长可变单元240所需的时间。对于式(7)，基于波长可变部件242与第一开口243a和第二开口243b之间的相对位置的平均值来确定波长可变单元240在X轴方向上的位置X，使得能够进一步准确地确定波长可变单元240的位置。
使用波长可变单元240使得能够校正驱动单元41的驱动方向与布置波长可变单元240的方向之间的偏移。图3D是示出在驱动单元41的驱动方向(X轴方向)与布置波长可变单元240的方向(V轴方向)之间发生偏移的示例的图。这里，V轴方向是沿XY平面的方向，并且相对于波长可变单元240由驱动单元41驱动的驱动方向(X轴方向)以预定角度倾斜。
图3E是示出波长可变单元240在X轴方向上的位置与光的波长之间的关系的图。在波长可变单元240的驱动方向从V轴方向移位到X轴方向的情况下，波长从波长W402变化到波长W401。通过这种方式，波长可变单元240的驱动方向发生偏移可以导致透过波长可变部件242的光的波长从期望波长偏移，这可能导致测量精度的下降。
鉴于上述情况，控制单元1100基于波长可变单元240的波长特性信息和波长可变单元240的强度特性信息，来获得波长可变单元240在X轴方向上的位置X，并确定波长可变单元240的位置。这里，图中3B所示的波长可变单元240的波长特性信息是预先获取的信息，并且表示相对于图3D中V轴方向上的位置的波长变化。图3C所示的波长可变单元240的强度特性信息通过使用驱动单元41沿X轴方向驱动波长可变单元240来获取，并且表示相对于图3D中X轴方向上的位置的强度变化。
控制单元1100从图3B中所示的波形特性信息获得第一开口243a与第二开口243b之间的第一距离(X3b-X3a)。控制单元1100进一步从图3C中所示的强度特性信息中获得第一开口243a与第二开口243b之间的第二距离(X43b-X43a)。控制单元1100然后基于从波形特征信息获得的第一距离和从强度特性信息获得的第二距离来获得波长可变单元240在X轴方向上的位置X，并确定波长可变单元240的位置。如下式(8)所示，通过将第二距离除以第一距离而获得的值被定义为参数α。
α＝(X43a-X43b)/(X3a-X3b)......(8)
然后，控制单元1100利用参数α，分别使用以下式(9)和式(10)获得上述第一相对距离dXa和第二相对距离dXb：
dXa＝α×(X3a-X2)……(9)；以及
dXb＝α×(X3b-X2)……(10)。
控制单元1100然后使用上述式(5)至式(7)中的任一个来获得波长可变单元240在X轴方向上的位置X。由此获得波长可变单元240在X轴方向上的位置X，作为通过校正驱动单元41的驱动方向与布置波长可变单元240的方向之间的偏移而获得的值。控制单元1100基于校正后的位置X来确定波长可变单元240的位置。
参数α是表示驱动单元41的驱动方向与布置波长可变单元240的方向之间的偏移程度的信息。因此，通过确定参数α是否落在预定允许范围内，控制单元1100可以确定波长可变单元240被驱动单元41驱动的方向(驱动方向)是否正常。如果控制单元1100确定驱动方向是不正常的(是异常的)，则控制单元1100停止对图案72进行测量的处理，并通知用户驱动方向已被确定为异常。如果用户被通知驱动方向已被确定为异常，则用户可以通过调整波长可变单元240的附装位置或由驱动单元41带来的馈送位置来校正驱动方向的移动。
如上所述，根据本示例实施例的测量设备基于波长可变部件与开口之间的相对位置信息以及透过开口的光的强度特性信息来确定波长可变单元的位置，使得能够减少要发射到基板上的光的波长偏移。使用包括多个开口的波长可变单元，使得能够进一步准确地确定波长可变单元的位置。用具有期望波长的光照射基板会增加光的检测信号的强度，从而减小检测信号的误差。
将描述本发明的第三示例实施例。现在将描述根据本示例实施例的测量设备。在本示例实施例中未提到的事项可以遵照在第一示例实施例或第二示例实施例中的事项。在本示例实施例中，将描述使用对光的波长进行检测的分光检测单元来确定波长可变单元的位置的构造。图4A和图4B是示出根据本示例实施例的测量设备和测量方法的图。图4A是示出测量单元350的构造的图。测量单元350对应于图11A中所示的测量单元50，其与测量单元50的不同之处在于，包括光分支单元376、透镜377和分光检测单元378。测量单元350的其他部件与测量单元50的相似，因此将省略其描述。
分光检测单元378经由光分支单元376和透镜377接收透过波长可变单元40的光的一部分，并检测光的波长。从光源61发射的光透过波长可变单元40，并由光分支单元376进行分支，并且该光的一部分经由透镜377被分光检测单元378检测。光分支单元376是分束器，其例如将入射光以预定的分支比分成透射光和反射光。分光检测单元378包括按波长对光进行分散的分光单元和检测分散光的检测单元。入射光由分光单元按波长分散，然后由检测单元检测。分光单元和检测单元例如分别是衍射光栅和图像传感器。
检测单元175可以包括按波长对光进行分散的分光单元和检测分散光的检测单元，并且还被构造为检测光的波长。更具体地说，检测单元175可以具有检测光的波长和强度的功能，并且控制单元1100可以被构造为基于由检测单元175获得的检测结果来获取光的波长和强度。
接下来，将描述根据本示例实施例的测量图案位置的测量方法。图4B是示出测量图案位置的方法的流程图。与图2B所示的测量方法的区别在于步骤S132，因此，将省略对其他步骤的描述。
在步骤S132中，控制单元1100使用驱动单元41将波长可变单元40沿X轴方向移动微小的距离。控制单元1100使分光检测单元378检测要透过波长可变部件42的光的波长。控制单元1100控制驱动单元41和分光检测单元378，以反复进行对波长可变单元40的移动和对光波长的检测。这里，分光检测单元378通过使用分光单元对光进行分散来检测光的波长。换句话说，分光检测单元378通过检测经由分光单元按波长分散的光来获取光的波长信息。因此，控制单元1100获取表示使用驱动单元41移动的波长可变单元40在X轴方向上的位置与透过波长可变部件42的光的波长之间的关系的信息(以下将该信息称为“波长特性信息”)。在本示例实施例中获取的波长特性信息具有与如图2A所示的根据第一示例实施例的波形W42相似的波形。
波长可变单元40移动的微小距离不限于相等的距离。例如，为了缩短检测时间，控制单元1100可以使用驱动单元41将波长可变单元40移动根据X轴方向上的位置而不同的距离。例如，在波长可变单元40在X轴方向上的位置与波长可变部件42中的位置对应的情况下，距离可以被缩短，而在波长可变单元40的位置与除波长可变部件42中的位置以外的位置对应的情况下，距离可以被加长。
在步骤S132中，控制单元1100基于获取的波长特性信息，确定波长可变单元40在X轴方向上的、要用于测量的光的波长为波长λ的位置X。
当进行图案的检测和测量时，并不需要总是进行获取波长特性信息的处理。例如，在要用于测量的光的波长没有从波长λ改变的情况下，控制单元1100可以使用与上次使用的位置相同的位置X，而不进行获取波长特性信息的处理。此外，在自上次获取波长特性信息起经过的时间或进行测量处理的次数超过阈值的情况下，控制单元1100可以进行获取波长特性信息的处理。这可以缩短测量图案的处理所需的时间。
如上所述，根据本示例实施例的测量设备基于在该测量设备中获取的波长特性信息来确定波长可变单元的位置，使得能够减少要发射到基板上的光的波长偏移。用具有期望波长的光照射基板增大了光的检测信号的强度，从而减小检测信号的误差。
下面将描述本发明的第四示例实施例。现在将描述根据本示例实施例的测量设备。本示例实施例中提及的事项可以遵照第一示例实施例至第三示例实施例中的事项。在本示例实施例中，将描述使用对光的波长进行切换的波长切换单元来确定波长可变单元的位置的构造。图5A、图5B和图5C是示出根据本示例实施例的测量设备和测量方法的图。图5A是示出测量单元450的构造的图。测量单元450对应于图11A中所示的测量单元50，并且与测量单元50的不同之处在于包括波长切换单元430。由于测量单元450的其他部件与测量单元350的相似，因此将省略其描述。
图5B是示出根据本示例实施例的波长切换单元430的图。波长切换单元430包括多个波长滤波器431a至431f和保持部件435。波长切换单元430使从光源61发射的光透过使透射光的波长变化至不同波长的多个波长滤波器中的任何一个，并入射到波长可变单元40上。波长切换单元430可以通过由驱动单元(未示出)沿绕Z轴的旋转方向(θZ)驱动以切换要布置在光入射位置的波长滤波器，来使被允许入射到波长可变单元40上的光的波长变化。波长滤波器431a至431f使透射光的波长变化至不同的波长，并在相应波长滤波器的表面中使透射光的波长变化至预定范围内的波长。
接下来，将描述根据本示例实施例的用于测量图案位置的测量方法。图5C是示出测量图案位置的方法的流程图。与图2B和图3B中所示的测量方法的不同之处在于步骤S142和S143，因此，将省略对其他步骤的描述。
在步骤S142中，控制单元1100使用驱动单元(未示出)沿θZ方向旋转地移动波长切换单元430，并以如下方式定位波长切换单元430：多个波长滤波器中的任一个被布置在光学路径上。在波长切换单元430被定位的状态下，控制单元1100使用驱动单元41将波长可变单元40在X轴方向上移动微小距离。控制单元1100使检测单元75检测透过波长切换单元430和波长可变部件42的光的强度。控制单元1100控制驱动单元41和检测单元75，以反复进行对波长可变单元40的移动和对光强度的检测。在控制驱动单元41和检测单元75的同时，控制单元1100获取波长可变单元40的、检测单元75检测光强度的位置。
接下来，将参照图6A、图6B、图6C和图6D来描述在步骤S142中获取的强度特性信息。
图6A是示出透过多个波长滤波器中的任一个(例如，波长滤波器431b)的光的波长的示例的图。在本示例中，透过波长滤波器431b的光的波长带的范围被假设为从波长W23S到波长W23L。图6B是示出透过波长可变部件42的光的波长的示例的图。换句话说，波长切换单元430用作将来自光源的光的波长带限制到预定范围的波长限制单元。在本示例中，当光入射到波长可变部件42的预定位置时透过波长可变部件42的光的波长带被假设为在从波长W24S到波长W24L的范围。此时，通过使用驱动单元41在X轴方向上移动波长可变单元40，来在波长可变部件42中在X轴方向上移动入射在波长可变部件42上的光的入射位置。因而，如图6B所示的透过波长可变部件42的光的波长根据波长可变单元40在X轴方向上的位置，随波长W24S和波长W24L的位置的变化而变化。
图6C是示出在步骤S142中获取的强度特性信息的示例的图。在图6C所示的图中，横轴表示波长可变单元40在X轴方向上的位置，并且纵轴表示由检测单元75检测到的光的强度。波形I200表示波长可变单元40在X轴方向上的位置与由检测单元75检测的光的强度之间的关系。在光入射到波长W24L比波长W23S小的位置处的情况下，由检测单元75检测到的光的强度为0，其中，波长W24L是透过波长可变部件42的光的波长带中的最大值，波长W23S是透过波长滤波器431b的光的波长带中的最小值。同样，在光入射到波长W24S比波长W23L大的位置处情况下，由检测单元75检测到的光的强度为0，其中，波长W24S是透过波长可变部件42的光的波长带中的最小值，波长W23L是透过波长滤波器431b的光的波长带中的最大值。另一方面，在光入射到透过波长可变部件42的光的波长带与透过波长滤波器431b的光的波长带至少部分地交叠的位置时，由检测单元75检测到的光的强度为0或更大。
图6D是示出光强度关于波长可变单元的位置的微分值的图。在图6D所示的图中，横轴表示波长可变单元40在X轴方向上的位置，并且纵轴表示光强度(波形I200)关于波长可变单元40在X轴方向上的位置的微分值。波形I201表示波长可变单元40在X轴方向上的位置与由检测单元75检测的光的强度的微分值之间的关系。波形I201在波形I200变化的位置处具有两个峰值。这两个峰值的位置分别用X20S和X20L来标示。
在图6C中所示的波形I200中，从0到最大值的变化和从最大值到0的变化与图2C和图3C中所示的波形I42相比更陡峭。
换句话说，可以准确地获得图6D中所示的波形I201的峰值的位置X20S和X20L。这是因为，入射到波长可变单元40上的光的波长频带由波长切换单元430限制到固定的范围内。
回到图5C，在步骤S143中，控制单元1100确定是否更新波长可变单元40的位置。更具体地说，控制单元1100获取波形I201的峰值的位置X20S和X20L，并确定位置X20S和X20L的变化量是否大于预定的阈值。如果控制单元1100在步骤S143中确定位置X20S和X20L的变化量大于预定的阈值(步骤S143中的“是”)，则控制单元1100使处理进入步骤S144。
在步骤S144中，控制单元1100基于位置X20S和X20L的变化量来校正波长特性信息。控制单元1100基于校正后的波长特性信息来确定波长可变单元40在X轴方向上的位置X，并且控制单元1100使处理进入步骤S123。
如果控制单元1100在步骤S143中确定位置X20S和X20L的变化量小于预定的阈值(步骤S143中为“否”)，则控制单元1100使处理进入步骤S124。
描述了使用一个波长滤波器获取透过波长可变单元40的光的强度特性信息的示例，但本示例实施例的适用范围不限于此。例如，通过使用多个波长滤波器获取多个强度特性信息，并获取位置X20S和X20L的变化量的平均值，可以准确地获得波长可变单元40的位置的校正值。
如上所述，根据本示例实施例的测量设备基于在测量设备中获取的强度特性信息确定波长可变单元的位置的校正值，从而减小要发射到基板上的光的波长偏移。用具有期望波长的光照射基板增大了光的检测信号的强度，从而减小检测信号的误差。
将描述本发明的第五示例实施例。现在将描述根据本示例实施例的测量设备。在本示例实施例中未提到的事项可以遵照在第一示例实施例至第四示例实施例中的事项。在本示例实施例中，将描述如下构造，在该构造中，基于由基板反射的光的强度特性信息来校正波长特性信息，并确定波长可变单元40在X轴方向上的位置。图7A、图7B、图7C、图7D和图7E是示出根据本示例实施例的测量设备和测量方法的图。图7A是示出测量单元550的构造的图。测量单元550对应于图11A中所示的测量单元50，并具有类似于测量单元50的构造。因此，将省略对测量单元550的构造的描述。
图7B是示出在本实施例中使用的基板573和由基板573反射的光的图。基板573包括第一层573B和形成在第一层573B上的第二层573U。在基板573的第一层573B中配设有图案572，并且图案572由凹入部形成。图案572在X轴方向上的宽度用LW标示，图案572的从凹入部的底面到第一层573B的顶面的高度用h标示。从第一层573B的顶面到第二层573U的顶面的高度用L1标示。
在入射到基板573上的光线当中，入射到配设有图案572的区域上的光线用I1标示，入射到配设有图案572的区域以外的区域上的光线用I2标示。光线I1为如下反射光线：其中，由第一层573B的底面反射的光线I1B和由第二层573U的顶面反射的光线I1U相互干涉。光线I2为如下反射光线：其中由第一层573B的顶面反射的光线I2B和由第二层573U的顶面反射的光线I2U相互干涉。
光线I1B、I1U、I2B、I2U的振幅分别用A1B、A1U、A2B和A2U标示，反射光线I1B与I1U之间的相位差用
Figure BDA0003766821750000254
标示，并且反射光线I2B与I2U之间的相位差用
Figure BDA0003766821750000255
表示。由基板573反射的光线I1和I2的强度i1和i2分别用以下式(11)和式(12)表示：
Figure BDA0003766821750000253
以及
Figure BDA0003766821750000256
例如，假设第一层573B的折射率nB和第二层573U的折射率nU满足由以下式(13)所表示的关系：
1>nU>nB……(13)，
在光线I1B与I1U之间的相位差为波长的整数倍的情况下，光线I1B和I1U的相位为相干，光线I1B和I1U相互增强，并且由检测单元75检测的光线I1的强度增大。相反，在光线I1B与I1U之间的相位差为半波长的整数倍的情况下，光线I1B和I1U相互减弱，并且由检测单元75检测的光线I1的强度减小。
图7C是示出由检测单元75检测的光线I1和I2的强度的示例的图。图7C示出了这样的示例：光线I1由于光线I1B和I1U的干涉而减弱，并且光线I2由于光线I2B和I2U的干涉而增强，使得光线I1的强度i1小于光线I2的强度i2。
图7D示出了在波长通过使用驱动单元41驱动波长可变单元40而变化的情况下，光线I1和I2的强度的变化。横轴表示光线I1和I2的波长，并且并且纵轴表示光线I1和I2的强度。波形S1和S2分别表示光线I1和I2的强度变化。由光干涉引起的光强度的变化根据光的相位差和波长而变化。相位差
Figure BDA0003766821750000262
和
Figure BDA0003766821750000261
分别使用高度h和L1以及第二层573U的折射率nU通过以下式(14)和式(15)表示：
Figure BDA0003766821750000263
以及
Figure BDA0003766821750000264
因此，如果使用具有相同高度h和L1以及相同的第二层573U的折射率nU的基板来检测光线I1和I2，可以检测到与图7D中所示的波形S1和S2所示的变化相同的强度变化。在通过驱动单元41驱动波长可变单元40使波长变化的情况下，随着出现波长偏移，在波形S1和S2中沿横轴方向发生偏移。
鉴于上述，在本实施例中，基于预先获取的表示波长与光强度之间的关系的信息以及与通过驱动单元41驱动波长可变单元40而由检测单元75检测的光的强度有关的信息，来对波长特性信息进行校正，并确定波长可变单元40在X轴方向上的位置。
更具体地说，获得检测到的光的强度的波形相对于波形S1和S2在预先获取的波长与光强度之间的关系中在横轴方向上的变化量，并根据获得的变化量来校正波长特性信息。基于校正后的波长特性信息，来确定波长可变单元40在X轴方向上的位置。可以基于波形S1或S2来校正波长特性信息，但是可以通过使用两条信息来准确地校正波长特性信息。
可以使用表示波长与对比度之间关系的信息来代替表示波长与光强度之间关系的信息。可以使用光强度i1和i2如通过下式(16)表示的来获得对比度Cnt，：
Cnt＝(i2-i1)/(i2+i1)......(16)。
代替在凹入部中形成图案572的基板573，可以使用形成有具有不同高度的多个图案的基板。图7E是示出形成有具有不同高度的图案672(第一图案)和图案682(第二图案)的基板673的图。当图案672的高度用h1标示并且图案682的高度用h2标示时，高度h1和高度h2彼此不同。在入射到基板673上的光被反射的情况下，来自图案672和图案682底面的反射光线的相位根据图案672的高度h1和图案682的高度h2而变化，并且在光强度的变化相对于波长的变化中出现了差异。因此，与使用基板573的情况一样，可以校正波长特性信息，并可以确定波长可变单元40在X轴方向上的位置。
如上所述，根据本示例实施例的测量设备基于由基板反射的光的强度特性信息来校正波长特性信息，并确定波长可变单元40在X轴方向上的位置，从而可以减小要发射到基板上的光的波长偏移。用具有期望波长的光照射基板增大了光的检测信号的强度，从而减小检测信号的误差。
将描述本发明的第六示例实施例。现在将描述根据本示例实施例的测量设备。本示例实施例中未提及的事项可以遵照第一示例实施例至第五示例实施例中的事项。根据本示例实施例的测量单元650与根据第一示例实施例的测量单元150等在波长可变单元140的布置位置方面不同。图8是示出根据本示例实施例的测量单元650的图。在测量单元650中，波长可变单元140以如下方式被布置在分束器68与检测单元75之间：来自图案72的光被分束器68反射并且在光入射到检测单元75之前入射到波长可变单元140上。
从光源61发射的光(第一光)经由照射光学系统(第一光学系统)63入射到照射孔径光阑64上。透过照射孔径光阑64的光经由中继透镜67入射到分束器68上。透过分束器68的光经由孔径光阑69透过四分之一波长板70，被转换为圆偏振光，并经由物镜光学系统71用于对配设在基板73上的图案72进行柯勒照明。
来自图案72的光(第二光)经由物镜光学系统71透过四分之一波长板70，从圆偏振光转换为S偏振光，并入射到孔径光阑69上。透过孔径光阑69的光由分束器68反射，并经由图像形成光学系统(第二光学系统)74引导到波长可变单元140。透过波长可变单元140的光随后经由透镜76入射到检测单元75上。
在本示例实施例中，通过基于波长可变单元140在垂直于光轴的预定方向上的位置与透过波长可变单元140的光的波长之间的预先获取的关系，而使用驱动单元41进行波长可变单元140的对准，具有期望波长的光入射到检测单元75上。这里，垂直于光轴的预定方向是垂直于图像形成光学系统74或透镜76的光轴的方向，并且例如是Z轴方向或Y轴方向。驱动单元41还可以通过不仅沿垂直于光轴的预定方向(例如Z轴方向)而且沿绕垂直于光轴的预定轴的旋转方向(例如θZ方向)驱动波长可变单元140，来移动波长可变单元140在预定旋转方向上的位置。
如上所述，根据本示例实施例的测量设备使具有期望波长的光入射到检测单元上，使得可以增大光的检测信号的强度，从而减小检测信号的误差。
下面将描述本发明的第七示例实施例。在本示例实施例中，将描述用作基板处理装置的曝光装置包括测量设备的构造。在本示例实施例中未提到的事项可以遵照第一示例实施例至第五示例实施例中的事项。将参照图9来描述根据本示例实施例的曝光装置。曝光装置EXA是用于光刻工艺并将图案形成到基板73上的光刻装置。光刻工艺是诸如半导体器件或液晶显示元件的器件的制造工艺。曝光装置EXA进行经由掩模版(reticle)(原版，掩模)31将基板73(晶圆)曝光并将掩模版31的图案转印到基板73上的曝光处理(基板上的处理)。
掩模版31是其上形成有诸如电路图案的预定图案的掩模版、原版或掩模，并且例如由石英制成。掩模版31允许由照射光学系统801(下面描述)发射的光通过。基板73是掩模版31的图案要转印到其上的待处理对象。例如，基板73的示例包括硅晶圆、玻璃板、膜基板和待处理的其他基板。通过在涂覆光刻抗蚀剂的状态下对基板73进行曝光，图案被转印到基板73上。
将描述使用扫描型曝光装置(扫描仪)作为曝光装置EXA的示例情况，该扫描型曝光装置在沿扫描方向彼此同步地移动掩模版31和基板73的同时进行将形成在掩模版31上的图案曝光到基板73上。本示例实施例还可以应用于在掩模版31固定的状态下进行将掩模版图案曝光到基板73上的类型的曝光装置(步进器)。
曝光装置EXA包括光源单元800、照射光学系统801、掩模版载台RS、投影光学系统32、基板载台WS、测量单元150和控制单元1100。
光源单元800包括汞灯、KrF准分子激光器和ArF准分子激光器中的至少一种光源。光源单元800可以包括发射波长为几nm至100nm的EUV光的极紫外(EUV)光源。
照射光学系统801将从光源单元800发射的光形为具有最适于曝光的预定形状的狭缝光，将光发射到由掩模版载台RS保持的掩模版31上，并照射掩模版31上的预定照射区域。照射光学系统801用具有均匀照度分布的光来照射掩模版31上的预定照射区域。照射光学系统801例如包括透镜、镜、光学积分器和光阑。在照射光学系统801中，按顺序布置有聚光透镜、复眼透镜、孔径光阑、聚光透镜、狭缝和图像形成光学系统。
掩模版载台RS在保持掩模版31的同时移动。掩模版载台RS例如在垂直于投影光学系统32的光轴的平面(即XY平面)内可移动，并在θZ方向上可旋转。掩模版载台RS由诸如线性电机的驱动设备(未示出)驱动。该驱动设备在与X方向、Y方向和θZ方向对应的三个轴方向上可驱动，并由下面描述的控制单元1100控制。假设驱动设备在三个轴方向上可驱动，但驱动设备可以在从一个轴方向到六个轴方向的任意数量的方向上可驱动。
投影光学系统32将透过掩模版31的光发射到由基板载台WS保持的基板73上，并以预定的投影放大倍率β将形成在掩模版31上的图案的图像投影到基板73上。以这种方式，基板73被从投影光学系统32发射的光曝光，并且在基板73上形成图案。投影光学系统32包括多个光学元件。预定投影放大倍率β例如为1/4或1/5。
对于基板载台WS，将省略与第一示例实施例类似的构造的描述。
在基板载台WS上安装有包含基准标记的基准板39。基准板39的表面的高度被限定为与基板载台WS保持的基板73的表面相同的高度。测量单元150还测量基准板39的基准标记的位置。
控制单元1100综合控制包括测量设备100的曝光装置EXA的组件。
控制单元1100的构造与第一示例实施例中的类似，因此，将省略其描述。
测量单元150与第一示例实施例中的相似，因此，将省略其描述。在本示例实施例中，将描述使用根据第一示例实施例的测量设备和测量方法的构造。另选地，可以使用根据第二示例实施例至第五示例实施例中的任一个的测量设备和测量方法。
接下来，将参照图10来描述根据本示例实施例的曝光处理。通过控制单元1100综合控制曝光装置EXA的组件来进行图10所示的曝光处理。
在步骤S101中，控制单元1100将基板73安装到曝光装置EXA中。在步骤S102中，控制单元1100使形状测量设备(未示出)检测基板73的表面(高度)，并测量基板73的整个区域的表面形状。
在步骤S103中，控制单元1100进行校准。更具体地，基于基准板39上配设的基准标记的位置，控制单元1100以使得基准标记位于测量单元150的光轴上的方式驱动基板载台WS。接下来，控制单元1100测量基准标记相对于测量单元150的光轴的位置偏移，并且基于该位置偏移，以如下方式重置基板载台WS的坐标系：基板载台WS的坐标系的原点与测量单元150的光轴一致。接下来，基于测量单元150的光轴与投影光学系统32的光轴之间的位置关系，控制单元1100以使基准标记定位在曝光光的光轴上的方式驱动基板载台WS。控制单元1100使通过镜头(through-the-lens，TTL)测量系统(未示出)经由投影光学系统32测量基准标记相对于曝光光的光轴的位置偏移。在步骤S104中，控制单元1100基于在步骤S103中获得的校准结果，确定测量单元150的光轴和投影光学系统32的光轴的基线。
为了在步骤S103中测量基准标记的位置偏移，进行图2B所示的图案测量处理。控制单元1100使用测量单元150测量基准标记中包括的图案。在测量多个基准标记的情况下，不需要对所述多个基准标记中的各个进行图2B中的步骤S121至步骤S123中的操作。例如，每当进行了预定次数的测量可以进行图2B的步骤S121至步骤S123中的操作，或者每预定数量的基板(对该基板进行曝光处理)可以进行图2B的步骤S121至步骤S123中的操作。
在步骤S105中，控制单元1100使测量单元150测量配设在基板73上的标记的位置。在步骤S106中，控制单元1100进行全局对准。更具体地说，基于在步骤S105中获得的测量结果，控制单元1100计算关于基板73的拍摄区域阵列的偏移、放大和旋转，并获得拍摄区域阵列的规则性。从拍摄区域阵列的规则性和基线获得校正系数，并且基于校正系数相对于掩模版31(曝光光)进行对基板73的对准。
为了在步骤S105中测量标记的位置，进行图2B所示的图案测量处理。控制单元1100使用测量单元150测量标记中包括的图案。在测量多个标记的情况下，不需要针对多个标记中的各个执行图2B中的步骤S121至步骤S123中的操作。每当进行了预定次数的测量可以进行图2B的步骤S121至步骤S123中的操作，或者每预定数量的基板(对该基板进行曝光处理)可以进行图2B的步骤S121至步骤S123中的操作。
在步骤S107中，控制单元1100在以沿扫描方向(Y方向)移动掩模版31和基板73的方式控制掩模版载台RS和基板载台WS的同时，使基板73曝光。此时，控制单元1100基于由形状测量设备测量的基板73的表面形状，沿Z方向和倾斜方向驱动基板载台WS，并将基板73的表面与投影光学系统32的图像形成表面顺序地匹配。
在步骤S108中，控制单元1100确定是否已对基板73的待曝光的所有拍摄区域完成曝光(即，在待曝光的拍摄区域中是否没有未曝光的拍摄区域)。如果确定尚未完成针对待曝光的所有拍摄区域的曝光(步骤S108中为“否”)，则控制单元1100将处理返回到步骤S107。换句话说，重复步骤S107和S108中的操作，直到完成针对待曝光的所有拍摄区域的曝光为止。相反，如果确定已完成针对待曝光的所有拍摄区域的曝光(步骤S108中为“是”)，则控制单元1100使处理进入步骤S109。在步骤S109中，控制单元1100从曝光设备EXA中取出基板73。
<产品的制造方法>
接下来将描述制造诸如器件(半导体器件、磁性存储介质、液晶显示元件等)、滤色器和硬盘的产品的方法。该制造方法包括使用光刻装置(例如，曝光装置、压印装置、绘图装置等)将图案形成到基板(晶圆、玻璃板、膜状基板等)上的步骤。该制造方法还包括对形成有图案的基板进行处理的步骤。该处理的步骤可以包括去除图案的残留膜的步骤。该处理的步骤可以包括已知的另一个步骤，诸如使用该图案作为掩模来刻蚀基板的步骤。与典型技术相比，根据本示例实施例的产品的制造方法在产品的性能、质量、生产率和生产成本中的至少一个方面具有优势。
根据本发明的示例实施例，可以提供如下的测量设备、测量方法、基板处理装置和产品的制造方法：其可以增大光的检测信号的强度，并可以减小检测信号的误差。
虽然已经参考示例实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于所公开的示例实施例。下列权利要求的范围应作出最广泛的解释，以便包括所有此类修改和等同的结构和功能。
作为基板处理装置的一个示例描述了曝光装置，但基板处理装置并不限于此。作为基板处理装置的示例，可以使用压印装置，该压印装置使用包括凹凸图案的模具(模板)将压印材料图案形成到基板上。作为基板处理装置的示例，可以使用平坦化装置，该平坦化装置以使用包括没有凹凸图案的平坦部分的模具(平面模板)对基板上的组合物进行平坦化的方式形成形状。作为基板处理装置的一个示例，可以使用诸如绘图装置的装置，该装置通过经由带电粒子光学系统利用带电粒子放射线(电子束或离子束等)将在基板上进行绘图，来将图案形成到基板上。
第一示例实施例至第七示例实施例除了被独立地执行之外，还可以与第一示例实施例至第六示例实施例中的任何一个组合来执行。

Claims (21)

1.一种测量设备，所述测量设备用于通过用第一光照射图案并检测来自图案的第二光来测量图案的位置，所述测量设备包括：
波长可变单元，其被构造为，根据所述第一光入射的入射位置使所述第一光的光谱变化以使所述第一光能够通过；以及
移动单元，其被构造为，通过移动所述波长可变单元来改变所述入射位置，
其中，所述波长可变单元移动到基于波长特性信息和强度特性信息的位置，所述波长特性信息表示所述波长可变单元的位置与透过所述波长可变单元的所述第一光的波长之间的关系，所述强度特性信息表示所述波长可变单元的位置与来自用透过所述波长可变单元的所述第一光照射的所述图案的所述第二光的强度之间的关系。
2.根据权利要求1所述的测量设备，其中，所述移动单元沿所述波长可变单元的、用所述第一光照射的表面，按预定方向移动所述波长可变单元。
3.根据权利要求1所述的测量设备，所述测量设备还包括第一光学系统，所述第一光学系统被构造为将从光源发射的所述第一光引导到所述波长可变单元。
4.根据权利要求1所述的测量设备，所述测量设备还包括检测单元，所述检测单元被构造为检测来自用透过所述波长可变单元的所述第一光照射的所述图案的所述第二光的强度，
其中，所述强度特性信息是基于由所述检测单元检测到的所述第二光的强度而获取的。
5.根据权利要求4所述的测量设备，所述测量设备还包括第二光学系统，所述第二光学系统被构造为将来自所述图案的所述第二光引导到所述检测单元。
6.根据权利要求4所述的测量设备，所述测量设备还包括分束器，所述分束器被构造为使透过所述波长可变单元的所述第一光能够通过，对来自所述图案的所述第二光进行分束，并且将分束的光引导到所述检测单元。
7.根据权利要求4所述的测量设备，其中，所述强度特性信息是通过以下方式获取的：使用所述移动单元将所述波长可变单元反复移动预定移动量，并且使用所述检测单元来检测所述第二光的强度。
8.根据权利要求4所述的测量设备，其中，所述强度特性信息是通过以下方式获取的：使用所述移动单元将所述波长可变单元反复移动依据所述波长可变单元的位置而变化的移动量，并且使用所述检测单元来检测所述第二光的强度。
9.根据权利要求1所述的测量设备，
其中，所述波长可变单元包括第一部件和第二部件，所述第一部件使要透过的所述第一光的波长变化，所述第二部件不使要透过的所述第一光的波长变化，并且
其中，所述波长可变单元移动到基于所述强度特性信息和所述第一光在所述第一部件上的入射位置与所述第二部件之间的相对距离的位置，所述相对距离是基于透过所述第一部件的所述第一光的第一波长和透过所述第二部件的所述第一光的第二波长而获得的。
10.根据权利要求1所述的测量设备，所述测量设备还包括分光检测单元，所述分光检测单元被构造为检测透过所述波长可变单元的所述第一光的波长，
其中，所述波长特性信息是基于所述波长可变单元的位置和由所述分光检测单元检测到的波长而获取的。
11.根据权利要求1所述的测量设备，所述测量设备还包括波长限制单元，所述波长限制单元被构造为将入射在所述波长可变单元上的所述第一光的波长带限制到预定范围，
其中，所述波长可变单元移动到基于强度特性信息的位置，所述强度特性信息表示所述波长可变单元的位置与来自用第一光照射的图案的所述第二光的强度之间的关系，所述第一光具有由所述波长限制单元限制的波长带并且已透过所述波长可变单元。
12.根据权利要求11所述的测量设备，其中，所述波长限制单元包括波长滤波器，所述波长滤波器在所述第一光入射到的表面中使波长变化到预定范围内的波长。
13.根据权利要求12所述的测量设备，其中，所述波长限制单元包括使所述第一光的波长变化到不同波长的多个波长滤波器，并且切换所述第一光入射到的波长滤波器。
14.根据权利要求11所述的测量设备，其中，要由所述移动单元移动的所述波长可变单元的位置是基于通过将所述强度特性信息关于所述波长可变单元的位置进行微分而获取的信息来确定的。
15.根据权利要求1所述的测量设备，其中，基于来自所述图案的所述第二光的强度和来自具有与形成有所述图案的表面的高度不同高度的表面的所述第二光的强度，来校正所述波长特性信息。
16.根据权利要求1所述的测量设备，其中，基于来自包括在所述图案中的第一图案的所述第二光的强度和来自包括在所述图案中并且具有与所述第一图案的高度不同高度的第二图案的所述第二光的强度，来校正所述波长特性信息。
17.根据权利要求1所述的测量设备，所述测量设备还包括控制单元，所述控制单元被构造为进行控制，以使所述移动单元将所述波长可变单元移动到所确定的位置。
18.一种测量设备，所述测量设备用于通过用第一光照射图案并检测来自所述图案的第二光来测量所述图案的位置，所述测量设备包括：
波长可变单元，其被构造为，根据所述第二光入射的入射位置使所述第二光的光谱变化以使所述第二光能够通过；以及
移动单元，其被构造为，通过移动所述波长可变单元来改变所述入射位置，
其中，所述波长可变单元移动到基于波长特性信息和强度特性信息的位置，所述波长特性信息表示所述波长可变单元的位置与透过所述波长可变单元的所述第二光的波长之间的关系，所述强度特性信息表示所述波长可变单元的位置与透过所述波长可变单元的所述第二光的强度之间的关系。
19.一种测量方法，所述测量方法通过用第一光照射图案并检测来自所述图案的第二光来测量所述图案的位置，所述测量方法包括：
获取波长特性信息和强度特性信息，所述波长特性信息表示波长可变单元的位置与透过所述波长可变单元的所述第一光的波长之间的关系，所述波长可变单元被构造为根据所述第一光入射的入射位置使所述第一光的光谱变化以使所述第一光能够通过，所述强度特性信息表示所述波长可变单元的位置与所述第二光的强度之间的关系，
将所述波长可变单元移动到基于所述波长特性信息和所述强度特性信息的位置；以及
通过检测来自用透过所述波长可变单元的所述第一光照射的所述图案的所述第二光，来测量所述图案的位置。
20.一种基板处理装置，其用于对形成有图案的基板进行处理，所述基板处理装置包括：
根据权利要求1所述的测量设备，
其中，对基于由所述测量设备测量出的所述图案的位置而对准的所述基板进行处理。
21.一种产品制造方法，所述产品制造方法包括：
测量步骤，通过用第一光照射形成在基板上的图案并检测来自所述图案的第二光，来测量所述图案的位置；
对准步骤，基于所测量的所述图案的位置来对准所述基板；
处理步骤，处理对准后的基板；以及
制造步骤，从处理后的所述基板制造产品，
其中，所述测量步骤包括：
获取波长特性信息和强度特性信息，所述波长特性信息表示波长可变单元的位置与透过所述波长可变单元的所述第一光的波长之间的关系，所述波长可变单元被构造为根据所述第一光入射的入射位置使所述第一光的光谱变化以使所述第一光能够通过，所述强度特性信息表示所述波长可变单元的位置与所述第二光的强度之间的关系，
将所述波长可变单元移动到基于所述波长特性信息和所述强度特性信息的位置；以及
通过检测来自用透过所述波长可变单元的所述第一光照射的所述图案的所述第二光，来测量所述图案的位置。
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