JP2011040547A - 計測装置、露光装置及びデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コストを抑えながら、被計測面の表面形状を短時間で計測することができる計測装置を提供する。
【解決手段】被計測面の表面形状を計測する計測装置であって、計測光を前記被計測面の表面に入射させ、参照光を参照面に入射させ、前記被計測面の前記局所領域内の第１、２の計測点で反射した第１、２の計測光と前記第１、２の計測点に対応する前記参照面の第１、２の参照点で反射した第１、２の参照光とを前記撮像素子の第１、２の領域に導く光学系と、撮像素子で検出され、前記第１、２の領域において前記第１、２の計測光と前記第１、２の参照光によって形成される干渉光の強度に基づいて、前記局所領域における前記被計測面の高さを算出する処理部と、を有し、前記第１の計測光と前記第１の参照光との光路長差と、前記第２の計測光と前記第２の参照光との光路長差との間に差が生じるように配置されていることを特徴とする計測装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、計測装置、露光装置及びデバイスの製造方法に関する。

フォトリソグラフィー技術を用いて微細な半導体デバイスを製造する際に、レチクル（マスク）に形成されたパターンを、投影光学系を介してウエハ等の基板に投影してパターンを転写する露光装置が使用されている。近年では、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置（ステッパー）からステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（スキャナー）が主流となってきている。

これらの露光装置では、露光前（又は露光中）において、光斜入射系の表面形状（表面位置）計測手段を用いて基板の所定の位置における表面位置を計測し、かかる所定の位置を露光する際に基板の表面を最適な結像位置に合わせ込む補正を行っている。特に、スキャナーでは、露光スリットの長手方向（即ち、走査方向に垂直な方向）について、基板の表面位置の高さ（フォーカス）だけではなく、表面の傾き（チルト）も計測している。このような技術に関しては、幾つか提案されている（特許文献１及び２参照）。

米国特許第４３４０３０６号明細書 米国特許出願公開第２００７／００８６０１３号明細書

露光装置において、基板の表面形状を計測する表面形状計測方式としては、所謂、白色干渉信号方式が広く用いられている。かかる白色干渉信号方式では、光源から射出された白色光を２つの光に分離し、一方の光を被計測面（基板）に、他方の光を参照面に入射させる。そして、被計測面で反射した計測光と参照面で反射した参照光を合成して、計測光と参照光との干渉による干渉パターン（干渉信号）を検出する。この際、被計測面の高さ位置（Ｚ軸方向の位置）を変化させると、参照光と計測光との光路長差（ＯＰＤ）が変化し、参照光と計測光との干渉信号が変化するため、かかる干渉信号の変化から被計測面の表面形状を求めることができる。なお、従来の白色干渉信号方式では、計測点ごとに被計測面を高さ方向に駆動（スキャン）させながら干渉信号を検出する必要があるため、被計測面の３次元形状を計測する場合には、計測時間が増大してしまう。

特許文献１では、干渉信号を検出する画素を２次元的に配置し、１回のスキャンで計測可能な計測領域を拡大させることで、計測時間を短縮する技術が開示されている。しかしながら、２次元的に画素を配置する場合、２次元の計測領域に対して被計測面が大きい場合、被計測面を複数の領域に分割し、かかる複数の領域ごとにスキャンを行わなければならないため、分割数×スキャンの時間が必要となる。なお、被計測面を一括して計測することができるように画素を配置することも考えられるが、計測装置の光学系及び画素数が大きくなり、コスト及び配置上の問題が生じてしまう。また、計測装置の光学系を小さくするために縮小光学系を適用した場合には、画素分解能が低下してしまうため、計測精度の低下を招くことになる。

一方、特許文献２には、撮像素子の入射側に分光素子を配置し、撮像素子上で波長ごとの干渉強度を検出して干渉信号を求めることで、被計測面の高さ位置を計測する技術が開示されている。特許文献２では、被計測面の高さ方向へのスキャンが不要であるため、被計測面を短時間で計測することが可能である。しかしながら、高い計測精度を得るためには、波長分解能を向上させなければならないため、高精度な分光素子と高画素の撮像素子が必要となり、コストの問題が生じてしまう。

そこで、本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、コストを抑えながら、被計測面の表面形状を短時間で計測することができる技術を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての計測装置は、被計測面の表面形状を計測する計測装置であって、光源からの光を計測光と参照光とに分離して、前記計測光を前記被計測面の表面に入射させ、前記参照光を参照面に入射させ、前記被計測面の局所領域内の第１の計測点で反射した第１の計測光と前記第１の計測点に対応する前記参照面の第１の参照点で反射した第１の参照光とを撮像素子の第１の領域に導き、前記被計測面の前記局所領域内の第２の計測点で反射した第２の計測光と前記第２の計測点に対応する前記参照面の第２の参照点で反射した第２の参照光とを前記撮像素子の第２の領域に導く光学系と、前記撮像素子で検出され、前記第１の領域において前記第１の計測光と前記第１の参照光によって形成される干渉光の強度、及び、前記第２の領域において前記第２の計測光と前記第２の参照光によって形成される干渉光の強度に基づいて、前記局所領域における前記被計測面の高さを算出する処理部と、を有し、前記参照面又は前記被計測面は、前記第１の領域に入射する前記第１の計測光と前記第１の参照光との光路長差と、前記第２の領域に入射する前記第２の計測光と前記第２の参照光との光路長差との間に差が生じるように配置され、前記処理部は、前記第１の領域において前記第１の計測光と前記第１の参照光によって形成される干渉光の強度、及び、前記第２の領域において前記第２の計測光と前記第２の参照光によって形成される干渉光の強度から、前記光路長差に対する干渉光の強度を表す強度信号を生成し、前記強度信号に基づいて前記局所領域における前記被計測面の高さを算出することを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、コストを抑えながら、被計測面の表面形状を短時間で計測する技術を提供することができる。

本発明の一側面としての計測装置の構成を示す概略図である。 図１に示す計測装置で得られる強度信号の一例を示す図である。 本発明の一側面としての計測装置の構成を示す概略図である。 図３に示す計測装置で得られる強度信号の一例を示す図である。 従来の白色干渉信号方式で得られる干渉信号に関して、ピーク値及びボトム値を定義するための図である。 図１に示す計測装置において、ＯＰＤ誤差の補正を説明するための図である。 本発明の一側面としての計測装置の別の構成を示す概略図である。 図１及び図７に示す計測装置に適用可能な参照面の構成を示す概略図である。 図１及び図７に示す計測装置に適用可能な参照面の構成を示す概略図である。 本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。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。

図１は、本発明の一側面としての計測装置１の構成を示す概略図である。計測装置１は、被計測面としての基板ＳＢの表面上（ＸＹ面内）の各計測点での高さ（Ｚ軸方向の位置）、基板ＳＢの表面における局所領域の平均的な高さ及び平均的な傾き（ωｘ、ωｙ）を計測する。換言すれば、計測装置１は、被計測面としての基板ＳＢの表面形状を計測する。また、計測装置１は、基板ＳＢに複数の薄膜が形成されている場合には、最上面の薄膜表面、各薄膜の界面、基板ＳＢの高さ又は各薄膜の厚さを計測する。ここで、基板ＳＢは、本実施形態では、露光装置においてレチクルのパターンが転写されるウエハである。

計測装置１は、照明系と、検出系と、処理系と、参照面４０と、ステージ５０とを有する。照明系は、光源１０と、光源１０からの光を集光するコンデンサーレンズ１２と、スリット板１４とを含む。検出系は、基板ＳＢ上の局所領域に光を導光するレンズ１６ａ及び１６ｂと、開口絞り１８と、光（計測光及び参照光）を分離及び合成するビームスプリッタ２０と、レンズ２２ａ及び２２ｂと、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどの撮像素子２４とを含む。但し、撮像素子２４は、フォトディテクターなどの光量検出素子を複数配置した構成に置換することも可能である。処理系は、算出処理部２６と、データを保存する記憶部２８と、計測装置１の計測結果や計測条件などを表示する表示部３０とを含む。ステージ５０は、基板チャックを介して基板ＳＢを保持し、例えば、リニアモータを利用して、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向及び各軸の回転方向に基板ＳＢを駆動する。

光源１０は、本実施形態では、広帯域な波長幅の光を発するＬＥＤ（例えば、白色ＬＥＤ）、ハロゲンランプ、狭帯域な波長幅で互いに異なる波長の光を発する複数のレーザを組み合わせた光源などを使用する。光源１０からの光の波長帯域は、１００ｎｍ以上、具体的には、４００ｎｍ乃至８００ｎｍ程度である。但し、基板ＳＢにレジスト（感光剤）が塗布されている場合には、レジストの感光を防止するために、紫外線（３５０ｎｍ）以下の波長帯域の光を基板ＳＢに照射しないように構成される。光源１０からの光の偏光状態は、本実施形態では、無偏光又は円偏光の状態である。

光源１０からの光は、コンデンサーレンズ１２を介して、スリット板１４に集光される。スリット板１４は、矩形形状（例えば、スリット幅５０μｍ、長さ７００μｍ）の透過領域又は開口を可変とするメカ絞りを有し、スリット板１４の透過領域を通過した光は、レンズ１６ａ及び１６ｂや開口絞り１８を介して、基板ＳＢ及び参照面４０に結像される。但し、スリット板１４の透過領域は、矩形形状（スリット）に限らず、円形形状（ピンホール）であってもよい。また、開口絞り１８は、検出系の瞳位置に配置されて開口数（ＮＡ）を規定し、本実施形態では、ｓｉｎ（０．１度）乃至ｓｉｎ（５度）程度にＮＡを規定している。

レンズ１６ｂを通過した光の主光線は、レンズ１６ｂと基板ＳＢとの間に配置されたビームスプリッタ２０に入射する。従って、レンズ１６ｂを通過した光のうち略半分の光量の光はビームスプリッタ２０を透過して、基板ＳＢにほぼ垂直に入射する。また、レンズ１６ｂを通過した光のうち略半分の光量の光はビームスプリッタ２０で反射され、参照面４０にほぼ垂直に入射する。ここで、ビームスプリッタ２０としては、例えば、金属膜や誘電体多層膜などをスプリット膜としたプリズム型ビームスプリッタ、或いは、１μｍ乃至５μｍ程度の薄い厚さの膜（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。

ビームスプリッタ２０を透過して基板ＳＢに入射した光（以下、「計測光」とする）は、基板ＳＢで反射されてビームスプリッタ２０に入射する。一方、ビームスプリッタ２０で反射されて参照面４０に入射した光（以下、「参照光」とする）は、参照面４０で反射されてビームスプリッタ２０に入射する。なお、参照面４０としては、例えば、１０ｎｍ乃至２０ｎｍ程度の面精度を有するアルミ平面ミラーやガラス平面ミラーなどを使用する。

基板ＳＢで反射した計測光及び参照面４０で反射した参照光は、ビームスプリッタ２０で合成され、レンズ２２ａ及び２２ｂを介して、撮像素子２４で受光される。撮像素子２４においては、計測光と参照光とが重なり（即ち、干渉し）、計測光と参照光によって形成される干渉光の強度が検出される。ここで、基板ＳＢ及び参照面４０と撮像素子２４とは、結像関係になるように配置されている。また、本実施形態では、スリット板１４と基板ＳＢとは、結像関係になるように配置されているが、像と瞳の関係になるように配置してもよい。

基板ＳＢを保持するステージ５０の位置を高精度に制御するために、本実施形態では、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸及びωｘ、ωｙのチルト軸の５軸にレーザ干渉計（不図示）が配置されている。かかるレーザ干渉計の出力に基づいてクローズドループ制御を行うことで、基板ＳＢの表面形状をより高精度に計測することが可能となる。特に、基板ＳＢを複数の局所領域に分けて計測して基板ＳＢの全体の表面形状を求める場合には、レーザ干渉計を用いることで、より正確に形状データのつなぎ合わせ（ステッチィング）を行うことができる。

ここで、計測装置１における参照面４０の配置、及び、参照光と計測光との光路長差（ＯＰＤ）について説明する。図１に示すように、ビームスプリッタ２０で分離される前の主光線をｒａｙ２、主光線ｒａｙ２からＹ軸方向に−δｙだけ離れた光線をｒａｙ１、主光線ｒａｙ２からＹ軸方向に＋δｙだけ離れた光線をｒａｙ３とする。この場合、主光線ｒａｙ２は、ビームスプリッタ２０において、参照光（第２の参照光）ｒａｙ＿ｒ２と計測光ｒａｙ＿ｍ２（第２の計測光）とに分離される。また、光線ｒａｙ１は、ビームスプリッタ２０において、参照光（第１の参照光）ｒａｙ＿ｒ１と計測光（第１の計測光）ｒａｙ＿ｍ１とに分離される。また、光線ｒａｙ３は、ビームスプリッタ２０において、参照光（第３の参照光）ｒａｙ＿ｒ３と計測光（第３の計測光）ｒａｙ＿ｍ３とに分離される。

ビームスプリッタ２０で分離され、再度、ビームスプリッタ２０で合成されるまでの参照光と計測光の光路長について考える。主光線ｒａｙ２から分離された参照光ｒａｙ＿ｒ２と計測光ｒａｙ＿ｍ２の光路長が等しくなる（光路長差（ＯＰＤ）＝０）基板ＳＢ側のＺ軸方向の位置をｚ０とする。また、計測光ｒａｙ＿ｍ１乃至ｒａｙ＿ｍ３とＺ軸方向の位置がｚ０となるＸＹ平面との交点（ＸＹＺ座標系の点）をそれぞれ（ｘ０、ｙ１、ｚ０）、（ｘ０、ｙ２、ｚ０）、（ｘ０、ｙ３、ｚ０）とする。この場合、光線ｒａｙ１及びｒａｙ３の定義から、ｙ１−ｙ２＝−δｙ、ｙ３−ｙ２＝＋δｙとなる。更に、参照光ｒａｙ＿ｒ１と計測光ｒａｙ＿ｍ１とが導光される撮像素子２４の領域（画素位置）をｐｉｘ１（第１の領域）とする。同様に、参照光ｒａｙ＿ｒ２と計測光ｒａｙ＿ｍ２とが導光される撮像素子２４の領域、及び、参照光ｒａｙ＿ｒ３と計測光ｒａｙ＿ｍ３とが導光される撮像素子２４の領域のそれぞれをｐｉｘ２（第２の領域）及びｐｉｘ３（第３の領域）とする。

参照面４０は、参照光ｒａｙ＿ｒ１と計測光ｒａｙ＿ｍ１との光路長差と、参照光ｒａｙ＿ｒ２と計測光ｒａｙ＿ｍ２との光路長差と、参照光ｒａｙ＿ｒ３と計測光ｒａｙ＿ｍ３との光路長差との間に差が生じるように配置されている。具体的には、参照面４０は、本実施形態では、ＸＺ平面に対して角度（傾き角）φとなるように傾斜して配置されている。従って、参照面４０で反射した参照光とＺ軸方向の位置がｚ０となるＸＹ平面で反射した計測光とが撮像素子２４上で干渉した場合の光路長差ＯＰＤは、以下のように表される。
参照光ｒａｙ＿ｒ１と計測光ｒａｙ＿ｍ１との光路長差ＯＰＤ１＝−２×δｙ×ｔａｎφ
参照光ｒａｙ＿ｒ２と計測光ｒａｙ＿ｍ２との光路長差ＯＰＤ２＝０
参照光ｒａｙ＿ｒ３と計測光ｒａｙ＿ｍ３との光路長差ＯＰＤ３＝＋２×δｙ×ｔａｎφ
ここでは、参照面４０の傾き角φは小さいと仮定し、ビームスプリッタ２０から参照面４０までの往路と参照面４０からビームスプリッタ２０までの復路とは同一であるものとしている。但し、厳密には、参照面４０の傾き角φの影響によって、ビームスプリッタ２０から参照面４０までの往路と参照面４０からビームスプリッタ２０までの復路とは異なる。従って、ビームスプリッタ２０より後段の光学系における光路も参照光と計測光とで異なるため、厳密な光路長差を算出するためには、光学シミュレーションを用いる必要がある。一方、傾き角φが小さい場合には、ビームスプリッタ２０から参照面４０までの往路、参照面４０からビームスプリッタ２０までの復路及びビームスプリッタ２０より後段の光学系における光路への影響が小さいため、上述した光路長差で簡略化が可能である。

Ｚ軸方向の位置がｚ０となるＸＹ平面において、基板ＳＢ上の計測点（ｘｘ１、ｙｙ１）、（ｘｘ２、ｙｙ２）及び（ｘｘ３、ｙｙ３）を、ＸＹＺ座標系の点（ｘ０、ｙ１、ｚ０）、（ｘ０、ｙ２、ｚ０）及び（ｘ０、ｙ３、ｚ０）に配置した場合を考える。以下では、基板ＳＢの局所領域内の計測点（ｘｘ１、ｙｙ１）、（ｘｘ２、ｙｙ２）及び（ｘｘ３、ｙｙ３）のそれぞれを第１の計測点、第２の計測点及び第３の計測点とする。

基板ＳＢ上の第１の計測点で反射した計測光ｒａｙ＿ｍ１と第１の計測点に対応する参照面４０上の第１の参照点で反射した参照光ｒａｙ＿ｒ１は、撮像素子２４の第１の領域ｐｉｘ１に導かれ、その干渉光の強度が第１の領域ｐｉｘ１で検出される。また、基板ＳＢ上の第２の計測点で反射した計測光ｒａｙ＿ｍ２と第２の計測点に対応する参照面４０上の第２の参照点で反射した参照光ｒａｙ＿ｒ２は、撮像素子２４の第２の領域ｐｉｘ２に導かれ、その干渉光の強度が第２の領域ｐｉｘ２で検出される。また、基板ＳＢ上の第３の計測点で反射した計測光ｒａｙ＿ｍ３と第３の計測点に対応する参照面４０上の第３の参照点で反射した参照光ｒａｙ＿ｒ３は、撮像素子２４の第３の領域ｐｉｘ３に導かれ、その干渉光の強度が第３の領域ｐｉｘ３で検出される。

参照光ｒａｙ＿ｒ１と計測光ｒａｙ＿ｍ１、参照光ｒａｙ＿ｒ２と計測光ｒａｙ＿ｍ２及び参照光ｒａｙ＿ｒ３と計測光ｒａｙ＿ｍ３のそれぞれには、光路長差ＯＰＤ１、ＯＰＤ２及びＯＰＤ３が生じている。従って、図２（ａ）に示すように、撮像素子２４の第１の領域ｐｉｘ１、第２の領域ｐｉｘ２及び第３の領域ｐｉｘ３のそれぞれでは、干渉光の強度として、Ｉ１、Ｉ２及びＩ３が検出される。また、図２（ａ）には、従来の白色干渉信号方式（即ち、被計測面の高さ位置（Ｚ軸方向の位置）を変化させる方式）で得られる干渉信号を点線で示している。図２（ａ）を参照するに、撮像素子２４の第１の領域ｐｉｘ１、第２の領域ｐｉｘ２及び第３の領域ｐｉｘ３のそれぞれで検出される干渉光の強度Ｉ１、Ｉ２及びＩ３は、従来の白色干渉信号方式で得られる干渉信号上にあることがわかる。

従って、基板ＳＢのＺ軸方向への駆動による参照光と計測光との光路長差が生じるように参照面４０を傾斜して配置し、従来の白色干渉信号方式で干渉信号を取得した際の計測点数に相当する撮像素子２４の各領域（画素）で干渉光の強度を検出する。そして、撮像素子２４の各領域における参照光と計測光との光路長差と各領域で検出される干渉光の強度を対応させれば、従来の白色干渉信号方式で得られる干渉信号と同等の信号（強度信号）を得ることが可能となる。

また、Ｚ軸方向の位置がｚｉとなるＸＹ平面において、基板ＳＢ上の第１の計測点乃至第３の計測点のそれぞれを、ＸＹＺ座標系の点（ｘ０、ｙ１、ｚｉ）、（ｘ０、ｙ２、ｚｉ）及び（ｘ０、ｙ３、ｚｉ）に配置した場合を考える。

基板ＳＢ上の第１の計測点で反射した計測光ｒａｙ＿ｍ１’と第１の計測点に対応する参照面４０上の第１の参照点で反射した参照光ｒａｙ＿ｒ１’は、撮像素子２４の第１の領域ｐｉｘ１に導かれ、その干渉光の強度が第１の領域ｐｉｘ１で検出される。また、基板ＳＢ上の第２の計測点で反射した計測光ｒａｙ＿ｍ２’と第２の計測点に対応する参照面４０上の第２の参照点で反射した参照光ｒａｙ＿ｒ２’は、撮像素子２４の第２の領域ｐｉｘ２に導かれ、その干渉光の強度が第２の領域ｐｉｘ２で検出される。また、基板ＳＢ上の第３の計測点で反射した計測光ｒａｙ＿ｍ３’と第３の計測点に対応する参照面４０上の第３の参照点で反射した参照光ｒａｙ＿ｒ３’は、撮像素子２４の第３の領域ｐｉｘ３に導かれ、その干渉光の強度が第３の領域ｐｉｘ３で検出される。

参照光ｒａｙ＿ｒ１’と計測光ｒａｙ＿ｍ１’、参照光ｒａｙ＿ｒ２’と計測光ｒａｙ＿ｍ２’及び参照光ｒａｙ＿ｒ３’と計測光ｒａｙ＿ｍ３’のそれぞれには、光路長差ＯＰＤ２、ＯＰＤ３及びＯＰＤ４が生じている。従って、図２（ｂ）に示すように、撮像素子２４の第１の領域ｐｉｘ１、第２の領域ｐｉｘ２及び第３の領域ｐｉｘ３のそれぞれでは、干渉光の強度として、Ｉ２、Ｉ３及びＩ４が検出される。また、図２（ｂ）には、従来の白色干渉信号方式で得られる干渉信号を点線で示している。図２（ｂ）を参照するに、撮像素子２４の第１の領域ｐｉｘ１、第２の領域ｐｉｘ２及び第３の領域ｐｉｘ３のそれぞれで検出される干渉光の強度Ｉ２、Ｉ３及びＩ４は、従来の白色信号方式で得られる干渉信号上にあることがわかる。

このように、基板ＳＢのＺ軸方向の位置がｚ０からｚｉに移動することによって、撮像素子２４で検出される干渉光の強度信号も信号形状を維持したまま、撮像素子２４上を移動することになる。従って、強度信号のピーク値となる強度Ｉ２を検出した撮像素子２４の領域（画素位置）を特定することで、計測点を含む局所領域における基板ＳＢの高さ（Ｚ軸方向の位置）を求めることができる。また、強度信号に対して、包絡線のピーク検出や最大コントラスト検出を実施することによって、基板ＳＢの表面位置を求めることが可能である。また、強度信号の中心の干渉縞（以下、「セントラルフリンジ」とする）に対して、強度ピーク、重心計算又は２次近似などの関数フィッティングを実施することによって、セントラルフリンジのピーク検出が可能となり、基板ＳＢの表面位置を求めることができる。更に、強度信号の強度値に対して移動平均や関数フィッティングなどを実施することで、図２（ａ）又は図２（ｂ）の横軸に相当するサンプリングピッチの１／１０から１／５０程度の分解能で基板ＳＢの表面位置を検出することができる。

なお、強度信号のピーク値が移動した撮像素子２４の領域とかかる領域に対応する参照光と計測光との光路長差、また、かかる光路長差に対応する基板ＳＢのＺ軸方向の位置との関係は、シミュレーション又は実測によって予め相関づけておけばよい。

上述した処理は算出処理部２６で実行され、算出処理部２６で算出された基板ＳＢの表面形状は、例えば、記憶部２８に記憶されたり、表示部３０に表示されたりする。

ここで、図３に示すように、基板ＳＢがＸＹ平面に対して角度θだけ傾斜している場合を考える。この場合、計測光ｒａｙ＿ｍ１の光路長は変わらないが、計測光ｒａｙ＿ｍ２及びｒａｙ＿ｍ３の光路長は、角度θの分だけ短くなる。また、参照光ｒａｙ＿ｒ２と計測光ｒａｙ＿ｍ２との光路長差及び参照光ｒａｙ＿ｒ３と計測光ｒａｙ＿ｍ３との光路長差も変化する。従って、撮像素子２４の第１の領域ｐｉｘ１に対応する光路長差は変わらないが、第２の領域ｐｉｘ２及び第３の領域ｐｉｘ３に対応する光路長差は角度θの分だけ小さくなる。その結果、撮像素子２４の第２の領域ｐｉｘ２及び第３の領域ｐｉｘ３のそれぞれで検出される干渉光の強度も変化し、図４に示すような強度信号が得られる。図４には、従来の白色干渉信号方式で得られる干渉信号を点線で示している。

ここで、従来の白色干渉信号方式で得られる干渉信号に関して、図５に示すように、ピーク値及びボトム値を定義する。基板ＳＢがＸＹ平面に対して傾斜していない場合（図１）には、図２（ｂ）に示すように、撮像素子２４の第１の領域ｐｉｘ１でメインピークを、第２の領域ｐｉｘ２で＋１ピークを検出している。一方、基板ＳＢがＸＹ平面に対して角度θだけ傾斜している場合（図３）には、図４に示すように、撮像素子２４の第１の領域ｐｉｘ１でメインピークを、第３の領域ｐｉｘ３で＋１ピークを検出している。

なお、強度信号における各ピーク値及び各ボトム値に対応する参照光と計測光との光路長差は、シミュレーション又は実測によって算出することが可能である。従って、メインピークに対応する参照光と計測光との光路長差、及び、＋１ピークに対応する参照光と計測光との光路長差が既知であるため、撮像素子２４の第１の領域ｐｉｘ１に対応する光路長差ＯＰＤ１ｔ及び第３の領域ＯＰＤ３ｔを求めることができる。ここで、光路長差ＯＰＤ１ｔは、参照光ｒａｙ＿ｒ１と計測光ｒａｙ＿ｍ１との光路長差であり、光路長差ＯＰＤ３ｔは、参照光ｒａｙ＿ｒ３と計測光ｒａｙ＿ｍ３との光路長差である。参照光ｒａｙ＿ｒ１及び参照光ｒａｙ＿ｒ３の光路長は既知であることから、計測光ｒａｙ＿ｍ１及び計測光ｒａｙ＿ｍ３の光路長を算出することが可能である。従って、基板ＳＢ上の第１の計測点及び第３の計測点のＺ方向の位置が求まり、基板ＳＢの傾き（ＸＹ平面に対する基板ＳＢの角度θ）を算出することができる。

本実施形態では、メインピークと＋１ピークを検出する場合を説明したが、任意の２つのピーク、任意の２つのボトム、或いは、任意のピークと任意のボトムから基板ＳＢの傾きを算出することもできる。また、２つのピーク間だけではなく、複数のピーク間、複数のボトム間などから基板ＳＢの傾きを算出することもできる。また、Ｙ平面に対する基板ＳＢの角度θに対して撮像素子２４で検出される干渉光の強度をシミュレーション又は実測によって予め求めておき、計測時の強度信号と比較することで基板ＳＢの傾きを算出することもできる。

なお、計測装置１で得られる強度信号は、参照光ｒａｙ＿ｒ１と計測光ｒａｙ＿ｍ１による干渉光の強度、参照光ｒａｙ＿ｒ２と計測光ｒａｙ＿ｍ２による干渉光の強度及び参照光ｒａｙ＿ｒ３と計測光ｒａｙ＿ｍ３による干渉光の強度から生成されている。換言すれば、計測装置１で得られる強度信号は、基板ＳＢ上の第１の計測点乃至第３の計測点のそれぞれから生じた干渉信号である。
従って、かかる強度信号は、基板ＳＢの表面の凹凸や基板ＳＢに形成された多層構造の影響を受けて歪みを生じる場合があるため、計測対象領域は、凹凸や多層構造の影響を受けないように十分に小さくするとよい。また、計測対象領域が小さいために、撮像素子２４において十分な領域（画素数）を確保できない場合には、レンズ２２ａ及び２２ｂの焦点距離を変更して、撮像素子２４において参照光及び計測光が入射する領域の結像倍率を変更すればよい。

上述したように、計測装置１は、被計測面の局所的な凹凸や被計測面に形成された多層構造の影響を受けやすいが、高精度な平面加工が施された被計測面に対しては、短時間で表面形状を計測することができる。例えば、一般的に、基準プレートは高精度な平面加工が施されており、また、単層ＣｒやＳｉＯ_２の保護膜だけを有する構成であるため、計測装置１を適用することで、短時間で表面形状を計測することができる。

ここで、撮像素子２４の領域（画素数と画素サイズ）、及び、参照面４０の傾き角φの設定について詳細に説明する。撮像素子２４の領域と参照面４０の傾き角φを設定するためには、計測に必要な参照光と計測光との光路長差を決定する必要がある。従来の白色干渉信号方式では、被計測面をＺ軸方向に駆動して参照光と計測光との光路長差を変化させることで、干渉信号を得ていた。計測装置１では、従来の白色干渉信号方式で得られる干渉信号と同等な強度信号を得るため、従来の白色干渉信号方式と同等な光路長差が撮像素子２４の領域内で生じるように、参照面４０の傾き角φを設定すればよい。

例えば、従来の白色干渉信号方式における参照光と計測光との光路長差を１０μｍ、計測数を１００とした場合を考える。この場合、画素サイズ１０μｍ、画素数１００（有効画素サイズ１０００μｍ）の撮像素子２４に対して、参照面４０の傾き角φが、ａｔａｎ（１０／１０００）＝０．５７度となるように、参照面４０を配置すればよい。また、かかる傾き角φに対して、画素数を増加した撮像素子を適用した場合、参照光と計測光との光路長差の拡大が可能となり、検出範囲を広げることができる。また、被計測面をステージに搭載する際に、搭載状態によって被計測面の傾きが異なる場合には、その傾きの変動分を考慮して大きめに傾き角φを設定しておけば、必要な光路長差を確保することができる。

本実施形態では、基板ＳＢを静止した状態で強度信号を取得する場合について説明したが、基板ＳＢをＸ軸方向又はＹ軸方向に駆動させながら計測することも可能である。この場合、基板ＳＢを駆動した領域における基板ＳＢの平均的な高さを求めることになる。また、基板ＳＢに形成された多層構造の影響も平均化できることなる。但し、基板ＳＢを駆動することによって、基板ＳＢの高さを平均かすることになるため、強度信号のコントラストが低下してしまう。従って、コントラストの低下による再現性の低下と平均化の効果を比較して、基板ＳＢの駆動領域を決定することが必要となる。

ここで、本実施形態の計測装置１において、コストを抑えながら、被計測面の表面形状を短時間で計測することができる理由について説明する。従来の白色干渉信号方式で被計測面の表面形状を計測する場合、被計測面上の計測点が計測可能な位置に配置されるように被計測面をＸ軸方向及びＹ軸方向に駆動し、干渉信号を得るために被計測面をＺ軸方向に駆動する。そして、被計測面上の次の計測点が計測可能な位置に配置されるように被計測面をＸ軸方向及びＹ軸方向に駆動し、干渉信号を得るために被計測面をＺ軸方向に駆動するという動作を繰り返す。なお、１回のＺ軸方向への駆動時に計測可能な領域は限定されているため、被計測面の全面を計測するためには、被計測面をＸ軸方向及びＹ軸方向に駆動する動作を複数回繰り返すことになる。露光装置のウエハ上には、「ショット」と呼ばれる露光領域が１００程度存在しており、１回のＺ軸方向への駆動で計測可能な領域は、１ショット又は２ショット程度であることが一般的である。従って、Ｘ軸方向及びＹ軸方向への駆動回数は、５０乃至１００程度必要となる。なお、１回のＺ軸方向への駆動で計測可能な領域を拡大することで、Ｘ軸方向及びＹ軸方向への駆動回数を低減することは可能であるが、光学系の拡大による配置上の問題や高画素の撮像素子が必要となるなどのコスト上の問題を招いてしまう。

一方、本実施形態の計測装置１によれば、被計測面上の計測点が計測可能な位置に配置されるように被計測面をＸ軸方向及びＹ軸方向に駆動すれば、被計測面をＺ軸方向に駆動することなく、強度信号を得ることができる。このように、計測装置１では、被計測面のＺ軸方向への駆動が不要であるため、短時間で被計測面の表面形状を計測することができる。

また、計測面上の計測点が計測可能な位置に配置されるように被計測面をＸ軸方向及びＹ軸方向に駆動させた後、被計測面をＹ軸方向に駆動しながら各計測点に応じて強度信号を取得するようにしてもよい。これにより、被計測面のＹ軸方向への駆動が停止することがなくなるため、より短時間で被計測面の表面形状を計測することができる。

本実施形態では、被計測面上のＹ軸方向の計測点に撮像素子２４の領域が対応するように撮像素子２４を配置しているが、被計測面上のＸ軸方向の計測点にも撮像素子２４の領域が対応するように複数の撮像素子２４を配置してもよい。これにより、ウエハ上の「ショット」と呼ばれる露光領域の表面形状を一括して計測することが可能となる。

また、本実施形態では、参照面４０の傾き角φが小さい場合について説明したが、参照面の傾き角φが大きく、上述した光路長差で簡略化することが不可能となる場合もある。このような場合には、各計測点において被計測面をＺ軸方向に駆動して実際の光路長差を求め、かかる光路長差に基づいて補正を行えばよい。

具体的には、図６に示すように、まず、基板ＳＢ上の第１の計測点（ｘｘ１、ｙｙ１）を、ＸＹＺ座標系の点（ｘ０、ｙ１、ｚ０）に配置する。そして、従来の白色干渉信号方式と同様に、基板ＳＢをＺ軸方向に駆動させて干渉信号を取得し、かかる干渉信号のピークを検出する。これにより、計測光ｒａｙ＿ｍ１が入射する撮像素子２４の第１の領域ｐｉｘ１における参照光ｒａｙ＿ｒ１と計測光ｒａｙ＿ｍ１との光路長差ＯＰＤが０となるＺ軸方向の位置が算出される。また、干渉信号から、第１の計測点（ｘｘ１、ｙｙ１）のＺ軸方向の各位置での光路長差ＯＰＤを算出することも可能である。

一方、参照面４０の傾き角φから（即ち、本実施形態で得られた強度信号から）、計測光ｒａｙ＿ｍ１が入射する撮像素子２４の第１の領域ｐｉｘ１における参照光ｒａｙ＿ｒ１と計測光ｒａｙ＿ｍ１との光路長差ＯＰＤを算出することも可能である。従って、従来の白色干渉信号方式で得られた干渉信号から算出される光路長差ＯＰＤと本実施形態で得られた強度信号から算出される光路長差ＯＰＤとの差がＸＹＺ座標系の点（ｘ０、ｙ１、ｚ０）でのＯＰＤ誤差となる。

計測光が照射される局所領域の全域（図６では、計測光ｒａｙ＿ｍ１乃至ｒａｙ＿ｍ３が照射される領域）においてＯＰＤ誤差を求めることによって、参照面４０の傾き角φが大きい場合のＯＰＤ誤差を補正することができる。なお、ＯＰＤ誤差を一度求めておけば、以降の計測時にはＯＰＤ誤差を再度求める必要はない。

また、ＯＰＤ誤差の算出は、計測装置１の光学系内部の光路長差を求めることが主目的であり、被計測面の材質に起因する光路長差を求めるものではない。但し、被計測面に多層構造が形成されている場合には、ＯＰＤ誤差の算出において、計測誤差が増大する可能性がある。従って、ＯＰＤ誤差を算出する際には、被計測面として、ＢａＳｉウエハ、ガラスウエハ、単一のレジストだけを厚く塗布したウエハ、基準プレートなどを用いるとよい。

図１に示す計測装置１では、被計測面としての基板ＳＢに対して垂直に計測光を入射させているが、基板ＳＢに対して斜めに計測光を入射させてもよい。この場合、基板ＳＢの上層に塗布されたレジスト層の反射率が増加し、レジスト層の下層にある金属層などで反射される光の影響が低減されるため、基板ＳＢの表面形状をより高精度に計測することができる。

また、図１に示す計測装置１では、照明系及び検出系として、屈折光学系を用いているが、反射光学系を用いることも可能である。反射光学系を用いることで、光学系の収差を低減させることが可能となり、基板ＳＢの表面形状をより高精度に計測することができる。例えば、光源１０が広帯域の白色光を射出する場合、光学系の収差を低減させるためにはレンズの数を増加させなければならないが、反射光学系を用いれば、レンズの数を増加させることなく収差を低減させることができる。換言すれば、反射光学系は、屈折光学系と比較して、性能面及びコスト面で有利である。

図７は、基板ＳＢに対して斜めに計測光を入射させると共に、照明系及び検出系として反射光学系を用いた計測装置１Ａの構成を示す図である。計測装置１Ａは、照明系として、平面ミラー６１と、凹面ミラー６２と、凸面ミラー６３と、開口絞り６４とを有する。また、計測装置１Ａは、検出系として、凹面ミラー６６と、凸面ミラー６７と、平面ミラー６８と、開口絞り６９とを有する。なお、十分なスペースがある場合には、平面ミラー６１及び６８を構成する必要はない。

凹面ミラー６２及び凸面ミラー６３は、照明系において結像光学系を構成する。凹面ミラー６２及び凸面ミラー６３は、本実施形態では、凹面ミラー６２の曲率中心と凸面ミラー６３の曲率中心とが一致する（同心円の関係）ように、配置されている。換言すれば、凹面ミラー６２及び凸面ミラー６３は、オフナー型と呼ばれる配置関係で配置される。但し、凸面ミラー６３の曲率（Ｒ凸）を凹面ミラー６２の曲率（Ｒ凹）の２倍とし（即ち、Ｒ凸＝２Ｒ凹）、凹面ミラー６２の曲率中心と凸面ミラー６３の曲率中心とが一致しない（非同心円の関係）ように、凹面ミラー６２及び凸面ミラー６３を配置させてもよい。開口絞り６４は、凹面ミラー６２及び凸面ミラー６３が構成する結像光学系の瞳位置に配置され、かかる結像光学系の開口数（ＮＡ）を規定する。

凹面ミラー６６及び凸面ミラー６７は、検出系において結像光学系を構成する。凹面ミラー６６及び凸面ミラー６７は、照明系における凹面ミラー６２及び凸面ミラー６３と同様に、凹面ミラー６６の曲率中心と凸面ミラー６７の曲率中心とが一致する（オフナー型）ように、配置されている。なお、凸面ミラー６７の曲率を凹面ミラー６６の曲率の２倍とし、凹面ミラー６６の曲率中心と凸面ミラー６７の曲率中心とが一致しないように、凹面ミラー６６及び凸面ミラー６７を配置させてもよい。開口絞り６９は、凹面ミラー６６及び凸面ミラー６７が構成する結像光学系の瞳位置に配置され、かかる結像光学系の開口数（ＮＡ）を規定する。開口絞り６９は、本実施形態では、ｓｉｎ（０．１度）乃至ｓｉｎ（５度）程度の非常に小さなＮＡに絞っている。

ビームスプリッタ２０ａ及び２０ｂは、上述したように、金属膜や誘電体多層膜などをスプリット膜としたプリズム型のブームスプリッタや、１μｍ乃至５μｍ程度の薄い厚さの膜で構成されるペリクル型ビームスプリッタを使用する。

凹面ミラー６２及び凸面ミラー６３を通過した光の主光線は、凹面ミラー６２と基板ＳＢとの間に配置されたビームスプリッタ２０ａに入射する。従って、凹面ミラー６２及び凸面ミラー６３を通過した光のうち略半分の光量の光（計測光）はビームスプリッタ２０ａを透過して、入射角度θで基板ＳＢに入射する。また、凹面ミラー６２及び凸面ミラー６３を通過した光のうち略半分の光量の光（参照光）はビームスプリッタ２０ａで反射され、入射角度θで参照面４０に入射する。

基板ＳＢに入射する計測光の入射角度θが大きくなると、基板ＳＢに塗布された薄膜（レジスト）表面からの反射率が、かかる薄膜の裏面からの反射率に対して相対的に強くなる。従って、基板ＳＢに塗布された薄膜の表面形状を測定する場合には、入射角度θは大きいほどよい。但し、入射角度θが９０度に近くなると、光学系の組み立てが難しくなるため、入射角度θは７０度乃至８５度が望ましい。

ビームスプリッタ２０ａを透過して基板ＳＢに入射した計測光は、基板ＳＢで反射されてビームスプリッタ２０ｂに入射する。一方、ビームスプリッタ２０ａで反射され参照面４０に入射した参照光は、参照面４０で反射されてビームスプリッタ２０ｂに入射する。

基板ＳＢで反射した計測光及び参照面４０で反射した参照光は、ビームスプリッタ２０ｂで合成され、撮像素子２４で受光される。凹面ミラー６６及び凸面ミラー６７は、両側テレセントリックな結像光学系を構成しており、基板ＳＢの表面を撮像素子２４に結像させる。従って、本実施形態では、スリット板１４の透過領域が、凹面ミラー６２及び凸面ミラー６３によって基板ＳＢ及び参照面４０に結像し、更に、凹面ミラー６６及び凸面ミラー６７によって撮像素子２４に再結像する。撮像素子２４においては、計測光と参照光とが重なり（即ち、干渉し）、計測光と参照光によって形成される干渉光の強度が検出される。なお、計測装置１Ａにおいて、参照面４０の配置（参照面４０の傾き角φの設定）、撮像素子２４の構成、算出処理部２６による基板ＳＢの表面形状を算出する処理などは、計測装置１と同様である。

また、図１に示す計測装置１や図７に示す計測装置１Ａでは、参照面４０として、平面形状を有するミラーを用いているが、図８に示すように、非平面形状を有するミラー４０Ａを用いてもよい。図８を参照するに、非平面形状を有するミラー４０Ａは、平面形状を有するミラーと比較して、参照光ｒａｙ＿ｒ１と計測光ｒａｙ＿ｍ１との光路長差がδＯＰＤ１だけ短くなるようになっている。同様に、参照光ｒａｙ＿ｒ３と計測光ｒａｙ＿ｍ３との光路長差がδＯＰＤ３だけ短くなるようになっている。これにより、計測領域の両端において光路長差の変化が低減され、基板ＳＢのＺ軸方向の変化が大きくなっても、撮像素子２４の検出範囲を外れることがなくなる。

また、参照面４０として、図９に示すように、撮像素子２４の各領域に対応して異なる段差を有する階段形状のミラー４０Ｂを用いてもよい。図９を参照するに、階段形状のミラー４０Ｂは、平面形状を有するミラーと比較して、参照光ｒａｙ＿ｒ１と計測光ｒａｙ＿ｍ１との光路長差がδＯＰＤ１だけ短くなるような段差を有する。同様に、参照光ｒａｙ＿ｒ３と計測光ｒａｙ＿ｍ３との光路長差がδＯＰＤ３だけ短くなるような段差を有する。

平面形状を有するミラー（図１や図７）や非平面形状を有するミラー（図８）では、撮像素子２４の１画素（１領域）における光路長差が一定ではなく、平均的な干渉光の強度が検出されることになる。一方、階段形状のミラー（図９）は、撮像素子２４の１画素（１領域）における光路長差が一定であるため、強度信号のコントラストが向上し、計測の再現性に優れている。

なお、図８に示すような非球面形状や図９に示すような階段形状は、平面形状を有するミラーに外力を加えることで（即ち、平面形状を変形させることで）形成することも可能である。

また、図１に示す計測装置１や図７に示す計測装置１Ａでは、参照面４０を傾斜させて配置する、或いは、非球面形状を有するミラーや階段形状のミラーを参照面４０として用いることで、参照光と計測光との光路長差を変化させている。但し、参照面４０ではなく、基板ＳＢを傾斜させて配置しても参照光と計測光との光路長差を変化させることが可能である。

次に、図１０を参照して、計測装置１又は１Ａを備えた露光装置１００について説明する。図１０は、本発明の一側面としての露光装置１００の構成を示す概略図である。

露光装置１００は、本実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式でレチクル１２０のパターンをウエハ１４０に露光する投影露光装置である。但し、露光装置１００は、ステップ・アンド・リピート方式やその他の露光方式も適用することができる。

露光装置１００は、図１０に示すように、照明装置１１０と、レチクル１２０を載置するレチクルステージ１２５と、投影光学系１３０と、ウエハ１４０を載置するウエハステージ１４５と、制御部１６０と、計測装置１とを有する。

照明装置１１０は、転写用のパターンが形成されたレチクル１２０を照明し、光源１１２と、照明光学系１１４とを有する。照明光学系１１４は、光源１１２からの光を用いてレチクル１２０を照明する光学系である。照明光学系１１４は、本実施形態では、露光に最適な形状を有する露光スリットを形成する。

レチクル１２０は、転写用のパターンを有し、レチクルステージ１２５に支持及び駆動される。レチクル１２０から発せられた回折光は、投影光学系１３０を通り、ウエハ１４０に投影される。レチクル１２０とウエハ１４０とは、光学的に共役の関係に配置される。なお、露光装置１００は図示しない光斜入射系のレチクル検出部を備えており、レチクル１２０は、レチクル検出部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１２５は、図示しないレチクルチャックを介してレチクル１２０を支持し、図示しない移動機構に接続されている。かかる移動機構は、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１２５を駆動する。

投影光学系１３０は、レチクル１２０のパターンをウエハ１４０に投影する光学系である。投影光学系１３０は、屈折系、反射屈折系、或いは、反射系を使用することができる。

ウエハ１４０は、レチクル１２０のパターンが投影（転写）される基板であり、ウエハステージ１４５に支持及び駆動される。但し、ウエハ１４０の代わりにガラスプレートやその他の基板を用いることもできる。ウエハ１４０には、レジストが塗布されている。

ウエハステージ１４５は、図示しないウエハチャックを介してウエハ１４０を支持する。ウエハステージ１４５は、レチクルステージ１２５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ウエハ１４０を移動させる。また、ウエハステージ１４５には、基準プレート１４９が配置されている。

計測装置１は、ウエハ１４０の表面形状を計測する機能を有し、上述した通りのいかなる構成をも適用可能である。また、露光装置１００が計測装置１の他にフォーカス制御用センサを備えている場合には、計測装置１をフォーカス制御用センサの校正に用いることも可能である。

制御部１６０は、ＣＰＵやメモリを有し、露光装置１００の動作を制御する。制御部１６０は、本実施形態では、計測装置１によって計測されたウエハ１４０の表面形状に基づいて、ウエハ１４０の位置を調整する。なお、制御部１６０は、計測装置１の算出処理部２６としての機能を備えていてもよい。

露光において、光源１１２から発せられた光は、照明光学系１１４によってレチクル１２０を照明する。レチクル１２０のパターンを反映する光は、投影光学系１３０によってウエハ１４０上に結像する。この際、ウエハ１４０の位置合わせが必要となる。計測装置１は、上述したように、ウエハ１４０の表面形状を短時間で計測することが可能であるため、露光装置１００は、ウエハ１４０の位置合わせを短時間で行うことができる。従って、露光装置１００は、高いスループットで経済性よく高品位なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。なお、かかるデバイスは、露光装置１００を使用して、感光剤が塗布された基板（ウエハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、露光された基板（感光剤）を現像する工程と、他の公知の工程と、を経ることにより製造される。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態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. 被計測面の表面形状を計測する計測装置であって、
   光源からの光を計測光と参照光とに分離して、前記計測光を前記被計測面の表面に入射させ、前記参照光を参照面に入射させ、前記被計測面の局所領域内の第１の計測点で反射した第１の計測光と前記第１の計測点に対応する前記参照面の第１の参照点で反射した第１の参照光とを撮像素子の第１の領域に導き、前記被計測面の前記局所領域内の第２の計測点で反射した第２の計測光と前記第２の計測点に対応する前記参照面の第２の参照点で反射した第２の参照光とを前記撮像素子の第２の領域に導く光学系と、
   前記撮像素子で検出され、前記第１の領域において前記第１の計測光と前記第１の参照光によって形成される干渉光の強度、及び、前記第２の領域において前記第２の計測光と前記第２の参照光によって形成される干渉光の強度に基づいて、前記局所領域における前記被計測面の高さを算出する処理部と、
   を有し、
   前記参照面又は前記被計測面は、前記第１の領域に入射する前記第１の計測光と前記第１の参照光との光路長差と、前記第２の領域に入射する前記第２の計測光と前記第２の参照光との光路長差との間に差が生じるように配置され、
   前記処理部は、前記第１の領域において前記第１の計測光と前記第１の参照光によって形成される干渉光の強度、及び、前記第２の領域において前記第２の計測光と前記第２の参照光によって形成される干渉光の強度から、前記光路長差に対する干渉光の強度を表す強度信号を生成し、前記強度信号に基づいて前記局所領域における前記被計測面の高さを算出することを特徴とする計測装置。
2. 前記強度信号の２つのピーク、２つのボトム、又はピークとボトムに基づいて、前記局所領域における前記被計測面の傾きを算出することを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
3. 被計測面の表面形状を計測する計測装置であって、
   光源からの光を計測光と参照光とに分離して、前記計測光を前記被計測面の表面に入射させ、前記参照光を参照面に入射させ、前記被計測面の局所領域内の第１の計測点で反射した第１の計測光と前記第１の計測点に対応する前記参照面の第１の参照点で反射した第１の参照光とを撮像素子の第１の領域に導き、前記被計測面の前記局所領域内の第２の計測点で反射した第２の計測光と前記第２の計測点に対応する前記参照面の第２の参照点で反射した第２の参照光とを前記撮像素子の第２の領域に導く光学系と、
   前記撮像素子で検出され、前記第１の領域において前記第１の計測光と前記第１の参照光によって形成される干渉光の強度、及び、前記第２の領域において前記第２の計測光と前記第２の参照光によって形成される干渉光の強度に基づいて、前記局所領域における前記被計測面の高さを算出する処理部と、
   を有し、
   前記参照面は、前記第１の領域に入射する前記第１の計測光と前記第１の参照光との光路長差と、前記第２の領域に入射する前記第２の計測光と前記第２の参照光との光路長差との間に差が生じるように構成された非平面形状を有し、
   前記処理部は、前記第１の領域において前記第１の計測光と前記第１の参照光によって形成される干渉光の強度、及び、前記第２の領域において前記第２の計測光と前記第２の参照光によって形成される干渉光の強度から、前記光路長差に対する干渉光の強度を表す強度信号を生成し、前記強度信号に基づいて前記局所領域における前記被計測面の高さを算出することを特徴とする計測装置。
4. 前記非平面形状は、平面形状に外力を加えることで形成されることを特徴とする請求項３に記載の計測装置。
5. 前記非平面形状は、前記第１の領域及び前記第２の領域に対応して異なる段差を有する階段形状を含むことを特徴とする請求項３に記載の計測装置。
6. レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系と、
   前記基板の表面形状を計測する計測装置と、
   前記計測装置によって計測された前記基板の表面形状に基づいて、前記基板の位置を調整するステージと、
   を有し、
   前記計測装置は、請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の計測装置であることを特徴とする露光装置。
7. 請求項６に記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
   露光された前記基板を現像するステップと、
   を有することを特徴とするデバイスの製造方法。

Images