JP2010272655A - 表面位置の測定装置、露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 干渉光の強度のピーク及びコントラストを最適化し、高速かつ高精度に被測定物の表面位置を測定できる測定装置を提供する。
【解決手段】 本発明は、光源から出射され分岐された光のうちの、参照面で反射された参照光と被測定物の表面で反射された測定光とによる干渉光の強度に基づいて前記被測定物の表面位置を測定する測定装置であって、測定光の光量を検出する検出部と、参照光の光量と前記検出部により検出された測定光の光量とに基づいて算出される干渉光の強度が目標範囲に入るように前記光源の光量を制御する制御部と、を備える。
【選択図】 図１５

Description

本発明は、表面位置の測定装置、露光装置及びデバイス製造方法に関する。

形状の測定装置とそれを具備した装置の背景技術を、特に、厳しい形状の測定精度が求められる半導体露光装置の例を用いて説明する。フォトリソグラフィー（焼き付け）技術を用いて微細な半導体素子又は液晶表示素子を製造する際に、レチクル（マスク）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使用されている。半導体素子の高集積化に伴い、投影露光装置に対して、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。投影露光装置が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。従って、波長を短くすればするほど解像力はよくなる。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、液浸露光を実用化する検討も進んでいる。更に、露光領域の一層の拡大も要求されている。

これらの要求を達成するために、略正方形形状の露光領域をウエハに縮小して一括露光するステップ・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と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。これらの露光装置では、露光中（又は露光前）において、斜入射光を用いる表面位置検出器によってウエハの所定の位置における表面位置を測定し、その所定の位置を露光する際にウエハ表面を最適な結像位置に調整するための補正を行っている。特に、スキャナーにおいて露光スリットの長手方向（即ち、走査方向に対して垂直方向）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）を測定するために、露光スリット領域に複数の測定点を有している。かかるフォーカス及チルトの測定方法は、数々提案されている。例えば、ウエハの表面位置の測定方法として、光学式のセンサを使用した特許文献１や特許文献２、空気をウエハに吹き付けて、表面位置を測定するガスゲージセンサを使用した特許文献３や、静電容量センサを使用した例などが挙げられる。

しかし、近年、露光光の短波長化及び投影光学系の高ＮＡ化が進み、焦点深度が極めて小さくなり、露光すべきウエハの表面を最良の結像面に調整する精度、所謂、フォーカス精度もますます厳しくなってきている。そこで、現在、ウエハの表面位置を高精度に測定する方法の一つとして斜入射方式の干渉信号に基づく表面位置の検出方法が注目されている。この検出方法は、図１に示されるように、光源１からの広帯域の光をビームスプリッタ５aにより参照光と測定光に分離し、参照光を参照ミラー７へ、測定光を被測定物６の表面に斜入射させる。そして各々の反射光をビームコンバイナ５bにより合成し、その干渉パターンを検出する。その際、被測定物６の駆動による検出信号の変化から表面形状を求める。また、被測定物６を駆動させることなく、前記のような合成した光を分光し、得られた干渉信号をフーリエ変換することでも表面形状を求めることができる（特許文献４）。これらの方式は広帯域の光を用いることで可干渉距離を短くすることができ、単色光と比べて計測レンジを広く設定することができる。また、レジスト膜による検出光の干渉による誤差も低減できる利点がある。

特開平６−２６０３９１号公報 米国特許６２４９３５１号明細書 特表２００６−５１４７４４号公報 米国公開２００７−００８６０１３号公報

従来の検出方式で被測定物の表面位置を検出する際に、参照光は参照ミラー面に反射した後撮像素子で受光されるので参照光の光量の変化はないが、測定光は被測定物の材質によって表面反射率が変わるので撮像素子で受光される測定光の光量は変化する。その結果、撮像素子上の参照光と測定光とによる干渉信号の強度及びコントラストが低下し、ノイズの影響も加わり検出精度が低下する恐れがある。さらに検出精度の低下を防止するために強度ピークやコントラストを最適化するためには、光源１の光量の再調整や干渉信号の波形を再計測する必要があり時間がかかってしまう。具体的に説明すると、図１の参照ミラー７の面と被測定物６の面の反射率が１：１のとき、干渉信号の波形は撮像素子１４上で図２の（ａ）のようになる。参照ミラー７の面と被測定物６の面の反射率が１：０.２のとき、干渉信号の波形は撮像素子１４上で図２の（ｂ）のようになり、信号のピーク、コントラストともに低下する。参照ミラー７の面と被測定物６の面の反射率が１：２のとき、干渉信号の波形は撮像素子１４上で図２の（ｃ）のようになり、撮像素子１４の検出可能な出力を超えてしまう。さらに光源１の光量を再調整する場合、図２の（ｃ）の干渉信号の波形からはピーク強度が不明のため直接最適化できない。

本発明は、干渉光の強度のピーク及びコントラストを最適化し、高速かつ高精度に被測定物の表面位置を測定できる測定装置を提供することを例示的目的とする。

本発明は、光源から出射され分岐された光のうちの、参照面で反射された参照光と被測定物の表面で反射された測定光とによる干渉光の強度に基づいて前記被測定物の表面位置を測定する測定装置であって、測定光の光量を検出する検出部と、参照光の光量と前記検出部により検出された測定光の光量とに基づいて算出される干渉光の強度が目標範囲に入るように前記光源の光量を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、干渉光の強度ピーク及びコントラストを最適化し、高速かつ高精度に被測定物の表面位置を測定できる測定装置を提供することができる。

被測定物の表面形状を測定する原理を示す図 撮像素子により検出される干渉信号を示す図 実施例１の測定装置の構成を示す図。 実施例１で得られるインターフェログラムを示す図 測定装置の部分拡大図 測定装置の部分拡大図 測定装置の部分拡大図 撮像素子内における参照光と測定光の干渉領域を示す図 撮像素子内における参照光と測定光の干渉領域を示す図 参照ミラー面と被測定物面の反射率が１：１の場合の参照光と測定光の強度と干渉信号を示す図。 参照ミラー面と被測定物面の反射率が１：０．２の場合における光量を最適化する前の参照光と測定光の強度と干渉信号を示す図。 参照ミラー面と被測定物面の反射率が１：０．２の場合における光量を最適化した後の参照光と測定光の強度と干渉信号を示す図。 参照ミラー面と被測定物面の反射率が１：２の場合における光量を最適化する前の参照光と測定光の強度と干渉信号を示す図。 参照ミラー面と被測定物面の反射率が１：２の場合における光量を最適化した後の参照光と測定光の強度と干渉信号を示す図。 光源の光量を最適化する従来のシーケンス 光源の光量を最適化する実施例１のシーケンス 実施例２の測定装置の構成を示す図 分光後の干渉信号をフーリエ変換することにより光路長差に依存する干渉信号を導き出すことができることを示す図 光源の光量を最適化する従来のシーケンス 光源の光量を最適化する実施例２のシーケンス 垂直入射方式の干渉計を示す図 垂直入射方式の干渉計の撮像素子上における参照光と測定光の干渉領域を示す図 露光装置の構成を示す図

以下、添付図面を参照して、本発明について説明する。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。

［実施例１］
図３は、実施例１の被測定物の表面位置を測定する測定装置２００の構成を示す概略図である。測定装置２００は、被測定物である基板６の表面のＺ方向における位置を検出する。測定装置２００は、光源１と、光源１からの光を分岐させるビームスプリッタ５aと、分岐された光を合成するビームコンバイナ５ｂとＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子１４とを備える。撮像素子１４は、干渉光を受光する位置に配置され、例えばＣＣＤやＣＭＯＳなどである。また、撮像素子１４に替えて光量検出素子を使用することもできる。光源１は、広帯域な波長幅の光を出射するＬＥＤ（白色光を出射する所謂白色ＬＥＤを含む）又はハロゲンランプから構成される。光源１とビームスプリッタ５aとの間には、光源１から出射された光を集光するコンデンサレンズ２と、スリット板３０と、レンズ４及びレンズ２３から構成される結像光学系２４と、開口絞り２２とが配置される。ビームスプリッタ５aとビームコンバイナ５ｂとの間には、被測定物６を保持する基板チャックCKと被測定物の位置を位置合わせするＺステージ８、Ｙステージ９、Ｘステージ１０と、参照ミラー７とが配置される。ビームコンバイナ５ｂは、参照ミラー７の表面（参照面）により反射された光と基板６により反射された光を合成する。ビームコンバイナ５ｂと撮像素子１４との間には、基板６の表面を撮像素子１４に結像させるためのレンズ１１とレンズ１３とから構成される結像光学系１６と開口絞り１２とが配置される。

以下、詳細に各構成要素の作用について説明を行う。図３において、光源１から出射された光は、コンデンサレンズ２でスリット板３０上に集光される。スリット板３０には、矩形状（又は丸状でも良い）の透過領域又はメカ絞りがあり、結像光学系２４により基板６及び参照面上に矩形状（又は丸）の像が結像される。結像光学系２４を通った光の主光線は、基板６に入射角度θで基板６に入射する。その光路の途中にビームスプリッタ５aが配置されているため、ほぼ半分の光量の光がビームスプリッタ５aで反射し、参照面に基板６への入射角度θと同じ入射角度θで入射する。光源１の波長の帯域としては、４００nmから８００nmの波長が好ましい。但し、波長帯域は、この範囲に限られず、１００nm以上の帯域でもよい。基板６上にレジストが構成さている場合、レジストの感光を防ぐ目的で、紫外線（３５０nm）以下の波長の光を基板６上には照射しない方が好ましい。光の偏光状態は、無偏光又は円偏光の状態にされている。基板６への入射角度θが大きくなると、基板６上の薄膜（例えばレジスト）表面からの反射率が、レジストの裏面（すなわちレジストと基板との界面）からの反射率に対して、相対的に強くなる。したがって、薄膜表面の形状を測定する場合は、入射角度θが大きいほど好ましい。しかし、入射角度が９０度に近くなると、光学系の組立てが難しくなるため、７０度から８５度の入射角度が好ましい。ビームスプリッタ５aとしては、金属膜や、誘電体多層膜などの膜をスプリット膜としたキューブ型のビームスプリッタや、１umから５um程度の厚さの薄い膜（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ことも出来る。

ビームスプリッタ５ａを透過した光は、基板６上に入射され、基板６で反射した後（基板６で反射した光を測定光と呼ぶことにする）、ビームコンバイナ５bに入射する。一方、ビームスプリッタ５aにより反射された光は、参照面に入射され、参照面により反射された後（参照面で反射した光を参照光と呼ぶ）、ビームコンバイナ５bに入射する。参照ミラー７としては、面精度が１０nmから２０nm程度のアルミ平面ミラーや、同様の面精度を持つガラス平面ミラーなどが使用できる。基板６により反射された測定光と参照面で反射された参照光とは、ビームコンバイナ５bで合成され、共に撮像素子１４で受光される。ビームコンバイナ５bは、ビームスプリッタ５aと同じものを使用することができる。光路の途中には、レンズ１１、１３及び開口絞り１２が配置されている。レンズ１１とレンズ１３とは、両側テレセントリックな結像光学系１６を成し、基板６の表面が撮像素子１４の受光面に結像される。したがって、本実施例では、スリット板３０が、結像光学系２４により基板６及び参照面上に結像し、更に、結像光学系１６により、撮像素子１４の受光面に再結像する。結像光学系１６の瞳位置に配置した開口絞り１２は、結像光学系１６の開口数（ＮＡ）を規定するために設けられており、ＮＡとしてはsin(０.５度)からsin（５度）程度の非常に小さなＮＡに絞っている。撮像素子１４の受光面上では、測定光と参照光とが重なり、光の干渉が生じる。

続いて、本発明の重要なポイントとなる干渉信号の取得方法について説明する。図３において、基板６は基板チャックCKにより保持され、Ｚステージ８、Ｙステージ９、Ｘステージ１０上に設置されている。図４のような白色干渉信号を受光素子１４で得るために、Ｚステージ８が駆動される。基板６上の反射点に対応する受光素子１４の各画素の光強度を不図示の記憶装置に記憶するようにしている。なお、基板６の測定領域を変更させる場合には、Ｘステージ、Ｙステージを使用して、所望の領域が撮像素子１４の受光領域に位置するように位置合わせした後に、上述の測定を行う。Ｘステージ、Ｙステージ、Ｚステージの位置を正確に制御するために、レーザー干渉計をＸ、Ｙ、Ｚ軸及び、ωｙ、ωｙのチルト軸の５軸分設けて、そのレーザー干渉計の出力を基にクローズドループ制御を行うようにすれば、より測定精度を上げることが出来る。基板６を複数領域に分けて測定し、基板６全体の形状を測定する場合、レーザー干渉計を使った方が、より正確に形状データのつなぎ合わせ（ステッチィング）が出来る。

続いて、撮像素子１４により取得され、記憶装置に記憶された白色干渉信号を信号処理して、基板６の形状を求める方法について説明する。撮像素子１４におけるある画素での白色干渉信号を図４に示す。ここでは、撮像素子１４として２次元の撮像素子を使用した例を示す。この白色干渉信号はインターフェログラムとも呼ばれており、横軸がＺステージ駆動後のＺ軸方向を測長する干渉計（測長センサとしては、静電容量センサでも良い）による測定値であり、縦軸が撮像素子１４の出力である。白色干渉信号の包絡線ピークの位置を算出し、算出された包絡線ピークの位置に対応した干渉計による測定値がその画素での高さの測定値となる。撮像素子１４の面内の各画素で高さを測定することで、基板６の三次元形状の測定が可能となる。包絡線ピーク位置の算出方法としては、包絡線ピーク位置の前後の数点のデータを元に曲線（例えば２次関数）で近似することで、図４の横軸であるZ軸のサンプリングピッチＺpの１/１０から１/５０程度の分解能でピーク位置の算出が可能である。

このピーク算出精度をあげるために図４の波形のピーク強度（I_max）が撮像素子１４の電気ノイズ強度と比較して十分高く、かつコントラスト（(I_max-I_min)/(I_max+I_min)）は０.７５以上が望ましい。ピーク強度（I_max）は、例えば撮像素子１４の最大感度の８０〜９０%が望ましい。詳細にいうと、目標ピーク強度の算出精度を満足するようにセンサの電気ノイズ、光源１の光量のばらつき、空気の揺らぎ、ステージの振動を考慮して光源１の光量の目標範囲が決定されることになる。例えば上記光量の目標範囲（以下調光トレランス）としては撮像素子１４の最大感度の８０〜９０%という設定が考えられる。サンプリングピッチＺｐは、実際にＺｐの等ピッチでステップ的に駆動させる方法でも良いが、高速性を考えて、撮像素子１４の取り込みのタイミングに同期して、干渉計の出力（Z位置）を取り込む方が好ましい。ピークの位置を測定する方法として、公知の技術であるFDA（FrequencyDomain Analysis：米国特許５３９８１１３号明細書）を使用することも出来る。FDA法では、フーリエスペクトルの位相勾配を用いてコントラストのピーク位置を求めている。

白色干渉方式において、その分解能と精度とを決める鍵は、参照光と測定光の光路長差が０となる位置をいかに正確に求めるかにある。そのためFDA法以外にも、位相シフト法やフーリエ変換法により白色干渉縞の包絡線を求め、縞コントラストの最大位置から光路差のゼロ点を求める方法、位相クロス法等、いくつかの縞解析法が公知の技術として提案されている。

しかし、本検出方式で被測定物の表面位置を検出する際、参照光は参照面で反射した後撮像素子１４で受光されるので光量において変化はないが、測定光は被測定物６の材質によって表面反射率が変わるので撮像素子１４で受光される測定光の光量が変化する。その結果、撮像素子１４の撮像素子上の参照光と測定光による干渉信号の強度及びコントラストが低下し、ノイズの影響も含めて位置の検出精度が低下する恐れがある。さらに強度のピークやコントラストを最適化するためには、光源１の光量の再調整や干渉信号の波形を再計測する必要があるなど時間がかかってしまう。そこで干渉信号の強度及びコントラストの低下を解決する方法を、図５〜７を用いて説明する。

［遮光部材を用いる場合］
この場合、参照光を遮光可能な遮光部材が参照光の光路に配置される。斜入射された光を用いる干渉計において、被測定物からの測定光が撮像素子１４で受光されないように被測定物を搭載しているステージを予め上下（又は左右）に駆動する。そして撮像素子１４上で参照光のみの光量を測定する（図５）。次に被測定物を搭載したステージを測定光が撮像素子１４で受光できる位置に設定し、参照面からの参照光が遮光部材で遮光されることにより測定光のみを受光する撮像素子１４の出力を検出する（図６）。この遮光部材により参照光が遮光される場合の撮像素子１４は、測定光の光量を検出する検出部を構成する。遮光部材は、ビームスプリッタ５aで光源１からの光を参照光と測定光とに分岐し、ビームコンバイナ５bで合成するまでの間に配置することが好ましく、遮光部材の位置は可変に駆動できるようになっている。

さらに図７のように参照面で反射した後の参照光と被測定物で反射した後の測定光の両方の光路に遮光部材を配置して各々の遮光部材を駆動させて参照光のみの光量、測定光のみの光量を測定してもよい。以上のように遮光部材を用いて参照光と測定光との個別に得られた撮像素子１４上の強度から干渉信号の強度ピークが調光トレランス内に入るように光源１の光量を決定する。この光源１の光量値の決定については後述するためここでは省略する。上記の遮光部材は光学素子、液晶素子やメカ部材、光量を測定するセンサでも構わない。

［撮像素子上の非干渉領域を用いる場合］
斜入射された光を用いる干渉計において、参照光と測定光の光源１から撮像素子１４までの光路長がゼロで、かつ測定光と参照光との相対的な位置のズレがゼロになるように調整したときの撮像素子１４上の測定光と参照光の位置関係は図８のようになる。しかし、干渉信号を取得するためにＺ方向にスキャンすると図９のように撮像素子１４上での参照光に対する測定光の位置関係がずれて、撮像素子１４上で測定光と参照光とが重なり合わない領域が生まれる。そのときの重なり合わない参照光のみを受光する領域と測定光のみを受光する領域それぞれにおけるの出力から参照光の光量と測定光の光量とを検出する。そして、参照光の光量と測定光の光量とから干渉信号の強度ピークが調光トレランス内に入るように光源１の光量を決定する。ここで、撮像素子１４の測定光のみを受光する領域は、測定光の光量を検出する検出部を構成する。さらに、参照光と測定光の光源１から撮像素子１４までの光路長がゼロで、測定光と参照光との相対的な位置のズレが常時発生する（撮像素子１４上でお互いが重なり合わない参照光と測定光の領域が常時存在する）ように予め調整しても良い（図９）。この光源１の光量値の決定については後述するためここでは省略する。

次に干渉信号の強度及びコントラストの低下を解決したことによる効果を説明する。例えば、参照面と被測定物面の反射率が同じ場合（１：１）、得られる干渉信号の波形は図１０のようになる（光源の光量をA）。このとき干渉信号の強度のピークは１+１+２×√（１×１）=４.０である(この強度ピークは前記調光トレランス内とする)。続いて参照面より被測定物面の反射率が低い場合（１：０．２）、得られる干渉信号の波形は図１１のようになり強度のピーク、コントラストともに低下する。このとき干渉信号の強度のピークは１+０.２+２×√(１×０.２)≒２.１である。干渉信号の強度のピークやコントラストが低い場合、光源１の光量のばらつきや空気の揺らぎ、撮像素子１４のノイズの影響により測定精度が低下する。その影響を低減するため撮像素子１４の電気的な出力ゲインを上げるという手法も考えられるが、撮像素子１４の電気ノイズも大きくなるので好ましくない。そこで前述したそれぞれ個別に得られた参照光と測定光の撮像素子１４上の強度の比から干渉信号の強度のピークが前記調光トレランス内になるようにする光源の光量Ｂを求めると、B＝A×４.０/２.１=A×１.９で算出される。その結果、得られる干渉信号の波形は図１２のようになり、強度のピーク、コントラスともに向上する。また、参照面より被測定物面の反射率が高い場合（１：２）、干渉信号の強度のピークは１+２+２×√(１×２)≒５.８＞４となり、得られる干渉信号の波形は図１３のようになり撮像素子１４の出力限界を超えて（飽和）しまう。出力限界を超えた場合、どの程度減光すれば干渉信号の強度のピークが調光トレランス内に入るのか不明であるため、光源１の光量の最適化も困難である。そこで前述と同じ方法で最適光量B’をB’=A×４.０/５.８＝A×０.６９として算出して光源１の出力を０.６９倍にすることで図１４のような最適な干渉信号の波形を得ることが可能となる。

次に図１５、図１６を用いて、最適な干渉信号を得るための光源１の光量を調整する、従来のシーケンスと本実施例のシーケンスについて述べる。

[従来のシーケンス]
図１５に示されるように、従来のシーケンスでは、最初に光源１の光量Aを設定し、その後被測定物をZ駆動させることにより干渉信号を生成する。そのとき被測定物の表面の反射率によっては、干渉信号の強度のピークが前記調光トレランス内に入らなくなる。その場合、計測精度が低下するため光源１の光量を調整して再設定する必要がある。光源１の再設定された光量の下で再度被測定物のZ駆動、干渉信号の生成を行う。このように強度のピークが前記調光トレランス内に入るまで、光源１の光量の調整と被測定物のZ駆動と干渉信号の生成を繰り返す必要がある。

次に図１６にあるように、本実施例のシーケンスでは、光源１の光量Aを設定し、次いで参照光のみの光量aを測定し、続いて測定光のみの光量bを測定する。前記２つの光量a、bの測定の順序は逆でも可とする。光量ａ、ｂの測定方法としては前述したように遮光部材を用いる方法でも、撮像素子１４上の参照光と測定光が重なり合わない領域のそれぞれの強度から求める方法でも良い。参照光のみの光量ａは経時変化が小さい。そのため、光量ａの測定は、例えば一連の被測定物としてのウエハ１枚毎に毎回行っても良いし、１枚目のときだけ行っても良いし、同一プロセスの１枚目のときだけ行っても良いし、外部から与えられても良い。次に参照光と測定光の光量a、bから干渉信号の強度のピークcをｃ=a+b+２√(a×b)を用いて計算する。そして干渉信号の強度のピークが調光トレランス内でない場合、干渉信号の強度のピークが調光トレランス内に入るピークをターゲットdとするとき、光源１の光量を干渉信号の強度のピークがターゲットdとなる光量A’（=（d／c）×A）に再設定する。再設定された光源１の光量A’の下で被測定物のＺ駆動、干渉信号の生成を行う。本実施例のシーケンスでは、光源１の光量の調整は最大２回でよいし、また、面位置の測定のための被測定物のＺ駆動と干渉信号の生成は１回で終了する。

以上のように、参照光と測定光との個別の光強度から干渉信号の波形の強度のピークを計算し、光源１の光量を再設定することにより干渉信号の波形の強度のピークが調光トレランス内に入るように設定できる。さらに被測定物をＺ駆動して干渉信号の波形を繰り返し測定する手間と時間を省くことが可能となる。

［実施例２］
実施例２の測定装置について、実施例１と異なる点についてのみ以下記述する。図１７において回折格子３４（プリズムでもよい）を配置し、参照光と測定光によって生成される白色干渉光を分光し撮像素子１４で受光する。白色干渉光の分光結果を図１８に示す。干渉信号は分光により光路長差（ΔZ）と波数k（=２π/λ,λは波長）に依存するため、干渉信号をフーリエ変換することにより実施例１と同じ光路長差（ΔZ）に依存する白色干渉信号が得られる（特許文献４）。この干渉信号のピーク位置から光路長差を求め、被測定物の位置のズレを測定することができる。実施例１と異なり被測定物を駆動して干渉信号を取得する必要がない点で都合がよい。しかし、本検出方式でも、測定光は被測定物６の材質によって表面反射率が変わるので回折格子３４による分光後、撮像素子１４で受光される光量が変化する。結果として実施例１の図１１〜１４と同じく、干渉信号の波形の強度のピークが調光トレランスを満足しない場合がある。その場合、光源１の光量を再調整するために分光処理を繰り返す必要がある。

次に図１９、図２０を用いて、白色干渉光を利用する場合における光源１の光量を調整する、従来のシーケンスと実施例２のシーケンスについて述べる。図１９に示されるように、従来のシーケンスでは、最初に光源１の光量Aを設定し、その後被測定物を分光計測することにより干渉信号を生成する。そのとき被測定物の表面の反射率によっては、干渉信号の強度のピークが調光トレランスを満足しなくなる。その場合、測定精度が低下するため光源１の光量を再調整する必要があり、再調整された光源１の光量の下で分光計測、干渉信号の生成を行う。このように強度のピークが調光トレランスに入るまで分光計測と干渉信号の生成を繰り返す必要がある。

実施例２のシーケンスでは、図２０に示されるように、光源１の光量Aを設定し参照光のみの光量ａ、測定光のみの光量ｂを測定する。参照光の光量a、測定光の光量bから干渉信号の強度のピークcを、ｃ=a+b+２√(a×b)を用いて計算する。そして干渉信号の強度のピークが調光トレランス内でない場合、干渉信号の強度のピークが調光トレランス内に入るピークをターゲットdとするとき、光源１の光量を干渉信号の強度のピークがターゲットdとなる光量A’（=（d／c）×A）に再設定する。光源１の再設定された光量の下で分光計測と干渉信号の生成は１回で終了する。以上のように、参照光と測定光の個別の光強度から干渉信号の波形の強度のピークを計算し、光源１の光量を再設定することにより、干渉信号の波形の強度のピークが調光トレランス内に入るように設定できる。さらに分光計測と干渉信号の成を繰り返し実施する手間と時間を省くことが可能となる。

［実施例３］
実施例１、実施例２では、図３、図１７に示されているとおり、斜入射された光を用いる干渉計について述べてきたが、図２１に示される垂直に入射された光を用いる干渉計も使用し得る。実施例３では、予め撮像素子１４上で参照光と測定光が重なり合わない領域が存在するように設定する。具体的には参照ミラー７を傾けたり、参照光と測定光がハーフミラー４０で分岐した後、それぞれ光路内に構成される光学部材の表面に一部遮光する目的でコーティングを施したりする。

本発明は、広帯域波長（白色）のみならず単一波長（単色）の光を使用した干渉計の光源１の光量の調整においても適用可能である。そして光量の調整の実施タイミングは、反射率の差、透過率の差に対応して光学系の組立て時でも良い。またウエハの反射率の差に対応して各ウエハの表面位置を計測する毎に光量の調整を行っても良い。

［実施例４］
図２３は、本発明に係る測定装置を用いてその表面位置が位置決めされた基板を露光する露光装置の構成を示すブロック図である。露光装置は、照明系８００と、レチクル３１を保持するレチクルステージRSと、投影光学系３２と、基板（ウエハ）６を保持する基板ステージWSと、フォーカス制御用センサ３３と、基板６の表面形状を測定する測定装置２００とを有する。また、基板ステージWS上には、基準プレート３９が配置されている。露光装置は、更に、フォーカス制御用センサ３３の演算処理部４００と、測定装置２００の演算処理部４１０とを有する。測定装置２００は、実施例１〜３の記載のいずれかを用いることが出来る。なお、フォーカス制御用センサ３３と測定装置２００は、共に基板６の形状を測定する機能を有するが、以下の特徴を有する。フォーカス制御用センサ３３は、応答性が速いが、ウエハパターンによる騙されがあるセンサであり、測定装置２００は、応答性が遅いが、ウエハパターンによる騙されが少ないセンサである。

制御部１１００は、ＣＰＵやメモリを有し、照明系、レチクルステージRS、基板ステージWS、フォーカス制御用センサ３３、測定装置２００と電気的に接続され、露光装置の動作を制御する。本実施形態では、フォーカス制御用センサ３３が基板６の表面位置を検出する際の測定値の補正演算及び制御も行う。照明系は、転写用の回路パターンが形成されたレチクル３１を照明し、光源部８００と、照明光学系８０１とを有する。光源部８００は、例えば、レーザーを使用する。レーザーは、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーなどを使用することができる。光源の種類は、エキシマレーザーに限定されず、例えば、波長約１５７ｎｍのＦ２レーザーや波長２０ｎｍ以下のＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光を使用してもよい。照明光学系８０１は、光源部８００から射出した光束を用いて被照明面を照明する光学系であり、本実施例では、光束を露光に最適な所定の形状の露光スリットに成形し、レチクル３１を照明する。照明光学系８０１は、レンズ、ミラー、オプティカルインテグレーター、絞り等を含み、例えば、コンデンサレンズ、ハエの目レンズ、開口絞り、コンデンサレンズ、スリット、結像光学系の順で配置する。照明光学系８０１は、軸上光、軸外光を問わずに使用することができる。オプティカルインテグレーターは、ハエの目レンズや２組のシリンドリカルレンズアレイ（又はレンチキュラーレンズ）を重ねることによって構成されるインテグレーターを含むが、光学ロッドや回折素子でも良い。

レチクル３１は、例えば、石英製で、その上には転写されるべき回路パターンが形成され、レチクルステージRSに支持及び駆動されている。レチクル３１から発せられた回折光は、投影光学系３２を通り、基板６上に投影される。レチクル３１と基板６とは、光学的に共役の関係に配置される。レチクル３１と基板６を縮小倍率比の速度比で走査することによりレチクル３１のパターンを基板６上に転写する。なお、露光装置には、不図示の光斜入射系のレチクル検出器が設けられており、レチクル３１は、レチクル検出器によって位置が検出され、所定の位置に配置される。レチクルステージRSは、図示しないレチクルチャックを介してレチクル３１を支持し、図示しない移動機構に接続されている。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RSを駆動することでレチクル３１を移動させることができる。投影光学系３２は、物体面からの光束を像面に結像する機能を有し、本実施形態では、レチクル３１に形成されたパターンを経た回折光を基板６上に結像する。投影光学系３２は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリック光学系）で構成される。あるいは、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系等を使用することもできる。色収差の補正が必要な場合には、互いに分散値（アッベ値）の異なるガラス材からなる複数のレンズ素子を使用したり、回折光学素子をレンズ素子と逆方向の分散が生じるように構成したりする。

基板６としてのウエハは、被処理体であり、フォトレジストが塗布されている。なお、本実施例では、基板６は、フォーカス制御用センサ３３及び測定装置２００が面位置を測定する被測定物でもある。基板６は、液晶基板やその他の被処理体に置換されうる。基板ステージWSは、図示しない基板チャックによって基板６を支持する。基板ステージWSは、レチクルステージRS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基板６を移動させる。また、レチクルステージRSの位置と基板ステージWSの位置は、例えば、６軸のレーザー干渉計８１などにより監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。基板ステージWSは、例えば、ダンパを介して床等の上に支持されるステージ定盤上に設けられる。また、レチクルステージRS及び投影光学系３２は、例えば、床等に載置されたベースフレーム上にダンパを介して支持される図示しない鏡筒定盤上に設けられる。

次に、上記露光装置を用いたデバイス製造方法について説明する。その場合、デバイスは、前述の露光装置を用いて基板６を露光する工程と、露光された基板６を現像する工程と、現像された基板６に対する他の周知の工程とを経ることにより製造される。デバイスは、半導体集積回路素子、液晶表示素子等でありうる。基板６は、ウエハ、ガラスプレート等でありうる。当該周知の工程は、例えば、酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、ダイシング、ボンディング、パッケージング等の各工程である。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例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。

Claims (7)

1. 光源から出射され分岐された光のうちの、参照面で反射された参照光と被測定物の表面で反射された測定光とによる干渉光の強度に基づいて前記被測定物の表面位置を測定する測定装置であって、
   測定光の光量を検出する検出部と、
   参照光の光量と前記検出部により検出された測定光の光量とに基づいて算出される干渉光の強度が目標範囲に入るように前記光源の光量を制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする測定装置。
2. 前記干渉光を受光する位置に配置された撮像素子と、前記参照光を遮光可能な遮光部材とを更に備え、
   前記検出部は、前記参照光が前記遮光部材により遮光されることによって測定光のみを受光する前記撮像素子の出力を検出することを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
3. 前記干渉光を受光する位置に配置された撮像素子と、前記被測定物を保持するステージとを更に備え、
   前記検出部は、前記ステージが駆動されることによって、測定光のみを受光する領域と測定光および参照光を受光する領域とを有する前記撮像素子の前記測定光のみを受光する領域における出力を検出することを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
4. 前記光源から出射される光は白色光であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の測定装置。
5. 前記光源から出射され分岐された光は、前記参照面と前記被測定物の表面とに斜入射することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の測定装置。
6. 露光装置であって、
   請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の測定装置を備え、
   前記測定装置を用いてその表面位置が位置決めされた基板を露光することを特徴とする露光装置。
7. デバイス製造方法であって、
   請求項６に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   前記露光された基板を現像する工程と、
   を含むデバイス製造方法。

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