JP2016211894A - 検出装置、計測装置、露光装置、物品の製造方法、および検出方法 - Google Patents

検出装置、計測装置、露光装置、物品の製造方法、および検出方法 Download PDF

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Abstract

【課題】基板の高さを精度よく検出するために有利な技術を提供する。
【解決手段】屈折率が互いに異なる複数の層を有する基板に光を斜入射させ、前記基板で反射された光を用いて前記基板の高さを検出する検出装置であって、Ｐ偏光およびＳ偏光を含む光のうちＳ偏光を低減するための偏光子を有し、前記偏光子によりＳ偏光が低減された光を４０度から５５度の範囲内にある入射角度で前記基板に斜入射させる光学系を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、基板の高さを検出する検出装置、それを含む計測装置、露光装置、物品の製造方法、および検出方法に関する。
光を基板に斜入射し、当該基板で反射された光を用いて基板の高さを検出する検出装置では、例えばＳｉ層の上にレジスト層が形成された基板のように、互いに異なる屈折率を有する複数の層が重ねられた基板の高さを検出することがある。この場合、検出装置の受光部には、複数の層のうち最上層の表面で反射された光と、最上層とその下の層との界面で反射された光とが入射する。そのため、界面で反射された光を用いて基板の高さを検出する場合では、最上層の表面で反射された光がノイズ成分となり検出誤差が生じうる。つまり、検出誤差を低減させて基板の高さを精度よく検出するためには、界面で反射された光と最上層の表面で反射された光との強度差をできるだけ大きくすることが好ましい。特許文献１には、ブリュースタ角度でＰ偏光を基板に入射させることにより、最上層の表面で反射される光を低減させる方法が提案されている。
特許第３１３９０２３号公報
特許文献１に記載された方法のようにブリュースタ角度でＰ偏光を基板に入射させると、当該Ｐ偏光は基板の最上層の表面で反射しないため、界面で反射されたＰ偏光のみを用いて基板の高さを検出することができる。しかしながら、光からＳ偏光を完全に除去してＰ偏光のみを取り出すことは極めて困難であるため、特許文献１に記載された方法においても、基板の最上層の表面でＳ偏光が反射して検出誤差が生じうる。
そこで、本発明は、基板の高さを精度よく検出するために有利な技術を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての検出装置は、屈折率が互いに異なる複数の層を有する基板に光を斜入射させ、前記基板で反射された光を用いて前記基板の高さを検出する検出装置であって、Ｐ偏光およびＳ偏光を含む光のうちＳ偏光を低減するための偏光子を有し、前記偏光子によりＳ偏光が低減された光を４０度から５５度の範囲内にある入射角度で前記基板に斜入射させる光学系を含む、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、基板の高さを精度よく検出するために有利な技術を提供することができる。
第１実施形態の露光装置を示す概略図である。 計測部の構成を示す図である。 基板における光の反射を説明するための図である。 Ｐ偏光およびＳ偏光の各々における入射角度θと反射率との関係を示す図である。 界面反射光の波形および表面反射光の波形を示す図である。 界面反射光の波形および表面反射光の波形を示す図である。 入射角度θとノイズ成分の比率との関係を示す図である。 ノイズ成分の比率と計測誤差との関係を示す図である。 界面反射光の波形および表面反射光の波形を示す図である。 入射角度θとノイズ成分の比率との関係を示す図である。
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、同一の部材ないし要素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。以下では、スリット光を用いて基板を走査露光する露光装置（スキャナ）に本発明を適用する例について説明するが、マスクと基板とを相対的に移動させずに当該基板を露光する露光装置（ステッパ）に本発明を適用してもよい。また、インプリント装置や描画装置などのリソグラフィ装置に本発明を適用してもよい。
＜第１実施形態＞
本発明に係る第１実施形態の露光装置１００について、図１を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態の露光装置１００を示す概略図である。露光装置１００は、例えば、スリット光を用いて基板３を走査露光する露光装置であり、照明光学系５と、マスクステージ２と、投影光学系６と、基板ステージ４と、計測部１４（計測装置）と、制御部１７とを含みうる。制御部１７は、例えばＣＰＵやメモリなどを含み、露光装置１００の各部を制御する（基板３の走査露光を制御する）。
照明光学系５は、光源から射出された光でマスク１を照明する。光源としては、例えば、水銀ランプの他に、ＫｒＦエキシマレーザ、さらに短波長のＡｒＦエキシマレーザやＦ２レーザなどが用いられうる。マスク１および基板３は、マスクステージ２および基板ステージ４によってそれぞれ保持されており、投影光学系６を介して光学的にほぼ共役な位置（投影光学系６の物体面および像面の位置）に配置される。
マスクステージ２は、マスク１を保持するとともに、例えば投影光学系６の光軸に直交する方向（ＸＹ方向）に移動可能に、およびθＺ方向（Ｚ軸周りの回転方向）に回転可能に構成されうる。そして、マスクステージ２の位置は、例えばレーザ干渉計を含む第１位置検出部９によって検出される。第１位置検出部９に含まれるレーザ干渉計は、マスクステージ２に設けられた反射部材７の側面にレーザ光を照射し、反射部材７の側面で反射されたレーザ光によってマスクステージ２の変位を検出する。これにより、第１位置検出部９は、検出した変位に基づいてマスクステージ２の現在位置を求めることができる。
基板ステージ４は、基板３を保持するとともに、例えば投影光学系６の光軸と平行な方向（Ｚ方向）や当該光軸と垂直な方向（ＸＹ方向）に移動可能に、およびθＸ方向、θＹ方向、θＺ方向に回転可能に構成されうる。θＸ方向とはＸ軸周りの回転方向であり、θＹ方向とはＹ軸周りの回転方向である。そして、基板ステージ４の位置は、例えばレーザ干渉計をそれぞれ含む第２位置検出部１０および第３位置検出部１２によって検出される。第２位置検出部１０に含まれるレーザ干渉計は、基板ステージ４に設けられた反射部材８の側面にレーザ光を照射し、反射部材８の側面で反射されたレーザ光により、ＸＹ方向における基板ステージ４の変位を検出する。これにより、第２位置検出部１０は、検出した変位に基づいて、ＸＹ方向およびθＺ方向における基板ステージ４の現在位置を求めることができる。また、第３位置検出部１２に含まれるレーザ干渉計は、基板ステージ４に設けられた反射部材８の上面にレーザ光を照射し、反射部材８の上面で反射されたレーザ光により、Ｚ方向における基板ステージ４の変位を検出する。これにより、第３位置検出部１２は、検出した変位に基づいて、Ｚ方向、θＸ方向およびθＹ方向における基板ステージ４の現在位置を求めることができる。
投影光学系６は、所定の投影倍率（例えば１／４倍または１／５倍）を有し、マスク１に形成されたパターンを基板３に投影する。そして、制御部１７は、マスクステージ２および基板ステージ４を、第１位置検出部９および第２位置検出部１０による検出結果に基づいて、投影光学系６の光軸と垂直な方向（例えばＹ方向）に、投影光学系６の投影倍率に応じた速度比で相対的に走査させる。
また、露光装置１００は、走査露光を行っている間において、基板３の高さを検出するフォーカス検出部１５を有する。フォーカス検出部１５は、光が基板３に斜入射するように光を基板３に照射する照射系１５ａと、基板３で反射された光を受光して基板３の高さを検出する検出系１５ｂとを含みうる。検出系１５ｂは、例えばイメージセンサを含み、光が入射したイメージセンサ上の位置に基づいて基板３の高さを求めることができる。そして、制御部１７は、走査露光を行っている間において、フォーカス検出部１５および第３位置検出部１２による検出結果に基づいて、投影光学系６の結像面（フォーカス面）に基板３の表面が配置されるようにＺ方向における基板ステージ４の位置を制御する。これにより、制御部１７は、マスク１に形成されたパターンを基板３に転写することができる。
計測部１４（計測装置）は、投影光学系６を介さずに、基板３に設けられたマーク（アライメントマーク）の位置を計測する、いわゆるオフアクシスアライメント方式の計測装置である。計測部１４は、例えば、基板上のマークを撮像する撮像部１６と、基板３の高さを検出する検出部４１（検出装置）と、基板３を保持して移動可能な基板ステージと、撮像部１６により得られた画像に基づいてマークの位置を求める処理部とを含みうる。第１実施形態において、計測部１４の基板ステージは、図１に示す露光装置１００の基板ステージ４と同じである。また、計測部１４の処理部は、図１に示す露光装置１００の制御部１７に含まれうるが、当該制御部１７とは別に設けられてもよい。ここで、第１実施形態の露光装置１００における計測部１４は、基板３に設けられたマークの位置を計測する方式としてオフアクシスアライメント方式を用いているが、それに限られるものではない。例えば、マスク１および投影光学系６を介して当該マークの位置を検出するＴＴＬ（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｔｈｅ Ｌｅｎｓ）アライメント方式を用いてもよい。
図２は、計測部１４（撮像部１６および検出部４１）の構成を示す図である。まず、撮像部１６について説明する。光源２０から射出された光は、第１コンデンサレンズ２１、波長フィルタ２２、第２コンデンサレンズ２３と通過し、撮像部１６の瞳面（物体面に対する光学的なフーリエ変換面）に相当する位置に設けられた開口絞り２４に入射する。開口絞り２４を通過した光は、第１照明光学系２５および第２照明光学系２７を通過して偏光ビームスプリッタ２８に入射する。偏光ビームスプリッタ２８で反射された光（Ｓ偏光）は、ＮＡ絞り２６、λ／４板２９を通過して円偏光に変換され、対物レンズ３０を通って基板上のマークを照明する。ＮＡ絞り２６は、絞り量を変えることでＮＡ（開口数）を変えることができる。
基板上のマークで反射された光（反射光、回折光、散乱光）は、再び対物レンズ３０およびλ／４板２９を通過してＰ偏光に変換されて偏光ビームスプリッタ２８を透過する。偏光ビームスプリッタ２８を透過した光（Ｐ偏光）は、リレーレンズ３１、第１結像光学系３２、第１光学部材３５、第２結像光学系３３および第２光学部材３８を通り、イメージセンサ３４に入射する。第１光学部材３５は、例えばコマ収差を調整するための光学部材であり、第２光学部材３８は、例えば波長シフト差を調整するための光学部材である。イメージセンサ３４は、入射した光を電気信号に変換し、当該電気信号を制御部１７（処理部）に供給する。このように撮像部１６を構成することにより、制御部１７（処理部）は、撮像部１６が基板上のマークを撮像することにより得られた画像に基づいて、当該マークの位置を求めることができる。
次に、検出部４１について説明する。検出部４１は、光を基板３に斜入射させる光学系４１ａと、基板３で反射された光を受光して基板３の高さを検出する検出系４１ｂとを含みうる。光学系４１ａは、例えば、Ｐ偏光およびＳ偏光を含む光のうちＳ偏光を低減させる偏光子４１ａ１を有し、偏光子４１ａ１によってＳ偏光が低減された光を基板３に斜入射させる。検出系４１ｂは、例えばイメージセンサを含み、光が入射したイメージセンサ上の位置によって基板３の高さを求めることができる。そして、制御部１７は、基板３の高さが撮像部１６の結像位置（フォーカス位置）の許容範囲に収まるように、Ｚ方向における基板ステージ４の位置を制御する。
ここで、基板３に斜入射させた光の基板３での反射について説明する。露光装置１００では、例えばＳｉ層３ａの上にレジスト層３ｂが形成された基板のように、互いに異なる屈折率を有する複数の層が重ねられた基板３の高さを検出することがある。図３は、Ｓｉ層３ａ（屈折率Ｎ＝３．５）とレジスト層３ｂ（屈折率Ｎ＝１．５）とが重ねられた基板３における光の反射を説明するための図である。例えば、図３に示すように、Ｐ偏光およびＳ偏光を含む光４３を入射角度θで基板３に斜入射させたときの光強度について考える。入射角度θでレジスト層３ｂに斜入射した光４３は、レジスト層３ｂの表面で反射された光４４（以下では「表面反射光」と呼ぶ）と、レジスト層３ｂを進む光４５とに分割される。そして、レジスト層３ｂを進む光４５は、Ｓｉ層３ａとレジスト層３ｂとの界面（以下では単に「界面」と呼ぶ）で反射され、レジスト層３ｂの表面から空気中に透過される光４６（以下では「界面反射光」と呼ぶ）となる。このときの表面反射光の強度および界面反射光の強度は、入射角度θによって異なる。
図４は、Ｐ偏光およびＳ偏光の各々における入射角度θとレジスト層３ｂの表面での反射率との関係を示す図である。図４において、破線がレジスト層３ｂの表面でのＰ偏光の反射率を表し、実線がＳ偏光の反射率を表す。入射角度θが０度のとき、即ち、光を基板３に垂直に入射させたときには、Ｐ偏光の反射率とＳ偏光の反射率とが同じになるが、入射角度θに応じてＰ偏光とＳ偏光とに反射率の差が生じる。ここで、図４に示すように、Ｐ偏光では、反射率が零になるときの入射角度θがある。このときの入射角度θは、ブリュースタ角度と呼ばれる。
例えば、入射角度θが１０度のときは、図４に示す関係から、Ｐ偏光の反射率およびＳ偏光の反射率は共に約４％である。即ち、レジスト層３ｂの表面で反射された表面反射光は、基板３に入射させた光の４％であり、残りの光はレジスト層を進む光４５となる。そして、界面で反射してレジスト層３ｂの表面から抜け出てくる界面反射光は、界面での光のふるまいを記述するフレネルの公式により、基板３に入射させた光の約１５％であると求められる。つまり、入射角度θが１０度のときは、表面反射光の強度に対して界面反射光の強度の方が約３．８倍も大きくなり、検出される光の波形は図５（ａ）に示すようになる。図５（ａ）は、入射角度θが１０度のときに検出される光の波形を示す図である。図５（ａ）に示すように、入射角度θが１０度のときでは、界面反射光の波形５０の方が表面反射光の波形５１より強度が大きくなる。そして、強度が大きい界面反射光の波形５０に対してフィッティングを行うことにより基板３の高さ（界面の高さ）が検出される。
一方で、入射角度θが８２度のときは、図４に示す関係から、Ｐ偏光の反射率は約３０％であり、Ｓ偏光の反射率は約６０％である。つまり、表面反射光は、基板３に入射させた光に対してＰ偏光では約３０％となり、Ｓ偏光では約６０％となる。そして、界面で反射してレジスト層３ｂの表面から抜け出してくる界面反射光は、フレネルの公式により、基板３に入射させた光に対してＰ偏光およびＳ偏光ともに約７％であると求められる。つまり、入射角度θが８２度のときは、界面反射光の強度に対して表面反射光の強度の方がＰ偏光で約４．３倍、Ｓ偏光で約８．６倍と大きくなり、検出される光の波形は図５（ｂ）に示すようになる。図５（ｂ）は、入射角度θが８２度のときに検出される光の波形を示す図である。図５（ｂ）に示すように、入射角度θが８２度のときでは、表面反射光の波形５１の方が界面反射光の波形５０より強度が大きくなる。そして、強度が大きい表面反射光の波形５１に対してフィッティングを行うことにより基板３の高さ（レジスト層３ｂの表面の高さ）が検出される。
このように基板３に光を入射させる入射角度θにより、レジスト層３ｂの表面の高さの検出と界面の高さの検出とを切り替えることができる。例えば、走査露光を行っている間では、投影光学系６によってレジスト層３ｂの表面にマスク１のパターンを投影するため、レジスト層３ｂの表面を投影光学系６の結像面に配置することが好ましい。そのため、フォーカス検出部１５は、フォーカス検出部１５の検出系１５ｂで検出される光において表面反射光が支配的になる入射角度θで基板３に光を斜入射させるとよい。一方で、計測部１４の撮像部１６により基板３のマークを撮像するときには、Ｓｉ層３ａに形成されたマークを撮像するため、界面を撮像部１６の結像面に配置することが好ましい。そのため、計測部１４の検出部４１は、検出部４１の検出系４１ｂで検出される光において界面反射光が支配的になる入射角度θで基板３に光を斜入射させるとよい。
ここで、上述したように基板３の高さを検出する際、界面反射光の波形５０および表面反射光の波形５１のうち強度が小さい方はノイズ成分となり、検出誤差を生じさせてしまう。つまり、検出誤差を低減させて基板３の高さを精度よく検出するためには、界面反射光と表面反射光との強度差をできるだけ大きくすることが好ましい。例えば、計測部１４の検出部４１によって基板３の高さ（界面の高さ）を精度よく検出するためには、界面反射光の強度に対する表面反射光の強度の比率をできるだけ小さくするとよい。このように界面反射光の強度に対する表面反射光の強度の比率を小さくする方法の一つとしては、例えば、ブリュースタ角度でＰ偏光を基板３に入射させる方法が挙げられる。
次に、ブリュースタ角度で光を基板３に入射させたときの界面反射光の波形５０および表面反射光の波形５１について、図６を参照しながら説明する。図６（ａ）は、Ｓ偏光およびＰ偏光を含む光をブリュースタ角度で基板３に入射させたときの界面反射光の波形５０および表面反射光の波形５１を示す図である。また、図６（ｂ）は、Ｐ偏光のみを含む光をブリュースタ角度で基板３に入射させたときの界面反射光の波形５０および表面反射光の波形５１を示す図である。
Ｓ偏光およびＰ偏光を含む光をブリュースタ角度で基板３に入射させると、図４に示すようにＰ偏光の反射率は０％であるため、Ｐ偏光は全てレジスト層３ｂを進む光４５となり、レジスト層３ｂの表面で反射されない。しかしながら、図４に示すようにＳ偏光の反射率は約１５％であるため、Ｓ偏光はレジスト層３ｂの表面で反射し、図６（ａ）に示すように表面反射光の波形５１が現れる。このとき、ノイズ成分となる表面反射光の強度は、界面反射光の強度に対して５０％となる。一方で、Ｐ偏光のみを含む光をブリュースタ角度で基板３に入射させると、Ｐ偏光は全てレジスト層３ｂを進む光４５になるとともに、レジスト層３ｂの表面で反射されるＳ偏光は存在しない。そのため、図６（ｂ）に示すように、表面反射光の波形５１をなくすことができる。
しかしながら、Ｓ偏光をカットするための偏光子４１ａ１を検出部４１の光学系４１ａに設けたとしても、偏光子４１ａ１自体の角度特性や波長特性、偏光軸調整などにより、光からＳ偏光を完全に除去してＰ偏光のみを取り出すことは極めて困難である。つまり、実際には、基板３に斜入射される光にＳ偏光が含まれてしまうため、図６（ｂ）に示すように表面反射光の波形５１をなくすことはほぼ不可能である。また、図４からもわかるように、ブリュースタ角度ではＳ偏光の反射率が１５％と比較的大きい。そのため、ブリュースタ角度では、基板３に斜入射させる光に少しでもＳ偏光が含まれていると、表面反射光の波形５１が現れ、Ｓ偏光の強度が増えるに従って図６（ａ）に示す波形に近づくことになる。
ここで、Ｓ偏光の反射率は、図４に示すように、入射角度θを大きくするにつれて指数関数的に大きくなる傾向がある。即ち、ブリュースタ角度より入射角度θが小さくなるにつれて、Ｓ偏光の反射率が小さくなる。一方で、Ｐ偏光の反射率は、ブリュースタ角度より小さい角度では、０％にはならないものの５％以下と小さい。したがって、ブリュースタ角度より小さい角度において、ブリュースタ角度で光を基板３に入射させたときよりノイズ成分（検出誤差）を小さくすることができる入射角度θがあると考えられる。
図７は、入射角度θとノイズ成分の比率との関係を、Ｓ偏光のカット率ごとに示す図である。図７における横軸は入射角度θを示し、縦軸は、界面反射光の強度に対する表面反射光の強度の比率（以下、ノイズ成分の比率）を示している。また、図７では、実際に実現可能なＳ偏光のカット率の範囲のうち、４種類のカット率についてノイズ成分の比率を示している。４種類のカット率は、Ｓ偏光のカット率が順に小さくなる第１カット率（大）、第２カット率（中）、第３カット率（小）、および第４カット率（極小）である。図７に示すように、Ｓ偏光のカット率が最も大きい第１カット率（大）では、ブリュースタ角度（５６度）より小さい５０度付近における入射角度θの方が、ノイズ成分の比率が小さくなる。これは、図４に示すように、５０度付近における入射角度θでは、Ｐ偏光の反射率は、ブリュースタ角度と同様に０％付近の低い値であるのに対し、Ｓ偏光の反射率は、ブリュースタ角度より大幅に小さくなるからである。このようにブリュースタ角度より小さい入射角度θの方がノイズ成分の比率が小さくなる傾向は、Ｓ偏光のカット率が小さくなるにつれて顕著になる。
次に、ノイズ成分の比率と計測誤差（計測だまされ）との関係について、図８を参照しながら説明する。図８は、ノイズ成分の比率と計測誤差との関係を示す図である。図８に示すように、検出誤差は、ノイズ成分の比率が１７％を超えると大幅に増加する。そのため、ノイズ成分の比率は、１７％以下であることが好ましい。図７を参照すると、ノイズ成分の比率が１７％以下になるときの入射角度θは、第１カット率（大）で４０度から５５度の範囲にあることがわかる。したがって、基板３の高さ（界面の高さ）を精度よく検出するためには、４０度から５５度の範囲にある入射角度θで基板３に光を斜入射させることが好ましい。ここで、第１カット率（大）以外のカット率では、ノイズ成分の比率が１７％以下にならない。即ち、基板３の高さを精度よく検出するためには、Ｓ偏光のカット率をできるだけ大きくするが好ましい。
次に、４０度から５５度の範囲における中間の角度である４７．５度の入射角度θで光を基板３に斜入射させたときの界面反射光の波形５０および表面反射光の波形５１について、図９を参照しながら説明する。図９（ａ）は、Ｓ偏光およびＰ偏光を含む光を４７．５度の入射角度θで基板３に入射させたときの界面反射光の波形５０および表面反射光の波形５１を示す図である。また、図９（ｂ）は、Ｐ偏光のみを含む光を４７．５度の入射角度θで基板３に入射させたときの界面反射光の波形５０および表面反射光の波形５１を示す図である。
Ｓ偏光およびＰ偏光を含む光を４７．５度の入射角度θで基板３に入射させると、ノイズ成分となる表面反射光の強度は、図９（ａ）に示すように、界面反射光の強度に対して３５％となる。これは、図６（ａ）に示した、ブリュースタ角度（５６度）で光を基板３に入射させたときのノイズ成分の比率（５０％）より小さい。即ち、４７．５度の入射角度θで光を基板３に入射させた方が、ブリュースタ角度で光を基板３に入射させるより、基板（界面）の高さを精度よく計測することができる。
一方で、Ｐ偏光のみを含む光を４７．５度の入射角度θで基板３に入射させると、ノイズ成分となる表面反射光の強度は、図９（ｂ）に示すように、界面反射光の強度に対して５％となる。これは、図６（ｂ）に示した、ブリュースタ角度（５６度）で光を基板３に入射させたときのノイズ成分の比率（０％）より大きい。しかしながら、上述したように、光からＳ偏光を完全に除去してＰ偏光のみを取り出すことは極めて困難である。つまり、Ｓ偏光が残存した光をブリュースタ角度で基板３に射させた場合には、界面反射光の波形５０および表面反射光の波形５１は、図６（ａ）に示す波形（ノイズ成分の比率：５０％）に近い波形となる。それに対し、Ｓ偏光が残存した光を４７．５度の入射角度θで基板３に入射させた場合には、図９（ａ）に示す波形（ノイズ成分の比率：３５％）に近い波形となる。つまり、実現可能なＳ偏光のカット率を考慮すると、Ｓ偏光を低減する偏光子４１ａ１を用いたとしても、４７．５度の入射角度θで光を基板３に入射させた方が、ブリュースタ角度で光を基板３に入射させるより、ノイズ成分の比率を小さくすることができる。即ち、４７．５度の入射角度θで光を基板３に入射させた方が、ブリュースタ角度で光を基板３に入射させるより、基板（界面）の高さを精度よく計測することができる。
ノイズ成分の比率は、図７に示すように、４種類のカット率の全てにおいて、ブリュースタ角度（５６度）から１０度程度（１０度±３度）小さい入射角度θの方が、ブリュースタ角度より小さくなる。特に、入射角度θが４４．５度から５０．５度の範囲にあるときでは、ブリュースタ角度（５６度）より、ノイズ成分の比率が小さくなる。例えば、Ｓ偏光のカット率が第１カット率（大）のときでは、ノイズ成分の比率は、４４．５度の入射角度θで約１６％、５０．５度の入射角度θで約１５％となり、ブリュースタ角度でのノイズ成分の比率（１７．８％）より小さくなる。Ｓ偏光のカット率が第２〜第４カット率のときにおいても、第１カット率と同様に、４４．５度および５０．５度の入射角度θでのノイズ成分の比率は、ブリュースタ角度でのノイズ成分の比率より小さくなる。したがって、検出部４１により基板３の高さを検出するときの光の入射角度θは、４４．５度から５０．５度の範囲にあることが好ましい。また、例えば配置スペースなどにより、入射角度θを４４．５度から５０．５度の範囲にすることが困難である場合であっても、上述の結果より、入射角度θが４０度から５５度の範囲にあればよい。
ここで、本実施形態では、レジスト層３ｂの屈折率が１．５のときについて説明したが、レジスト層３ｂの屈折率が１．５以外の場合でも本発明を適用することができる。図１０は、Ｓ偏光のカット率を第１カット率（大）とし、レジスト層３ｂの屈折率を１．４〜１．６とした場合における、入射角度θとノイズ成分の比率との関係を示す図である。レジスト層３ｂの屈折率が１．４、１．５および１．６の全てにおいて、４７．５度の入射角度θでのノイズ成分の比率の方が、ブリュースタ角度でのノイズ成分の比率より小さくなる。即ち、レジスト層３ｂの屈折率が１．５以外の場合であっても、４０度から５５度の範囲にある入射角度θで、好ましくは４４．５度から５０．５度の範囲にある入射角度θで光を基板３に入射させるとよい。
また、図１０に示すように、ノイズ成分の比率が最も小さくなるときの入射角度θは、レジスト層３ｂの屈折率によって異なる。そのため、検出部４１は、入射角度θを変えるために光学系４１ａを駆動する駆動部４２ａを有してもよい。同様に、入射角度θに応じて検出系４１ｂを駆動する駆動部４２ｂを有してもよい。この場合、制御部１７は、基板３における最上層（レジスト層３ｂ）の屈折率と入射角度θとの関係を示す情報を予め取得しおき、当該情報および最上層の屈折率に基づいて駆動部４２ａを制御してもよい。基板３における最上層の屈折率を示す情報は、例えばユーザにより設定されうる。
＜物品の製造方法の実施形態＞
本発明の実施形態に係る物品の製造方法は、例えば、半導体デバイス等の電子デバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。本実施形態の物品の製造方法は、基板に塗布された感光剤に上記の露光装置を用いて潜像パターンを形成する工程（基板を露光する工程）と、かかる工程で潜像パターンが形成された基板を現像する工程とを含む。更に、かかる製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含む。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。
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および変更が可能である。
３：基板、４：基板ステージ、６：投影光学系、１４：計測部、１６：撮像部、１７：制御部、４１：検出部、１００：露光装置

Claims (9)

  1. 屈折率が互いに異なる複数の層を有する基板に光を斜入射させ、前記基板で反射された光を用いて前記基板の高さを検出する検出装置であって、
    Ｐ偏光およびＳ偏光を含む光のうちＳ偏光を低減するための偏光子を有し、前記偏光子によりＳ偏光が低減された光を４０度から５５度の範囲内にある入射角度で前記基板に斜入射させる光学系を含む、ことを特徴とする検出装置。
  2. 前記光学系は、前記複数の層のうち最上層とその下の層との界面で反射された光の強度に対する、当該最上層の表面で反射された光の強度の比率が１７％以下になる入射角度で前記基板に光を斜入射させる、ことを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
  3. 前記光学系は、４４．５度から５０．５度の範囲にある入射角度で前記基板に光を斜入射させる、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の検出装置。
  4. 入射角度を変えるために前記光学系を駆動する駆動部と、
    前記複数の層のうち最上層の屈折率と入射角度との関係を示す情報に基づいて、前記駆動部を制御する制御部と、
    を更に含むことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の検出装置。
  5. 基板に設けられたマークの位置を計測する計測装置であって、
    前記マークを撮像する撮像部と、
    前記基板を保持して移動可能なステージと、
    請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の検出装置と、
    前記撮像部により得られた画像に基づいて前記マークの位置を求める処理部と、
    を含み、
    前記処理部は、前記撮像部により前記マークを撮像する前に、前記検出装置による検出結果に基づいて、前記基板の高さが前記撮像部のフォーカス位置の許容範囲に収まるように前記ステージを制御する、ことを特徴とする計測装置。
  6. 基板を露光する露光装置であって、
    前記基板にマスクのパターンを投影する投影光学系と、
    請求項５に記載の計測装置と、
    を含み、
    前記計測装置の前記撮像部は、前記投影光学系を介さずに前記マークを撮像する、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工程と、
    前記工程で露光された前記基板を現像する工程と、
    を含むことを特徴とする物品の製造方法。
  8. 屈折率が互いに異なる複数の層を有する基板に光を斜入射させ、前記基板で反射された光を用いて前記基板の高さを検出する検出方法であって、
    Ｐ偏光およびＳ偏光を含む光のうちＳ偏光を低減するための偏光子によりＳ偏光が低減された光を４０度から５５度の範囲内にある入射角度で前記基板に斜入射させる、ことを特徴とする検出方法。
  9. 屈折率が互いに異なる複数の層を有する基板に光を斜入射させ、前記基板で反射された光を用いて前記基板の高さを検出する検出装置であって、
    Ｐ偏光およびＳ偏光を含む光のうちＳ偏光を低減するための偏光子によりＳ偏光が低減された光を、ブリュースタ角度より１０度±３度だけ小さい入射角度で前記基板に斜入射させる、ことを特徴とする検出方法。
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