WO2018025515A1 - 計測装置、露光装置、および物品の製造方法 - Google Patents

計測装置、露光装置、および物品の製造方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a measuring apparatus, an exposure apparatus, and an article manufacturing method for measuring the height distribution of the surface of a substrate.
  • an exposure apparatus that transfers a mask pattern to a substrate such as a glass plate or wafer coated with a resist via a projection optical system is used. .
  • the surface of the substrate is arranged on the imaging plane (focus plane) of the projection optical system in accordance with the position on the substrate to be exposed. It is preferable to obtain in advance.
  • Patent Document 1 the thickness distribution of a substrate and the height distribution of a holding surface on which the substrate is held are measured in advance, and based on the measurement result, the substrate held on the holding surface is measured. A method for obtaining the height distribution of a surface has been proposed.
  • Some measuring devices that measure the height distribution of the surface of a substrate detect the height of a detection target location in a detection region.
  • the height distribution of the substrate surface can be measured by detecting the height of the substrate surface in the detection region while relatively scanning the substrate and the detection region.
  • the detection area is scanned over the entire surface of the substrate to detect the height of the surface, the detection takes a considerable amount of time, which may be disadvantageous in terms of throughput.
  • an object of the present invention is to provide an advantageous technique for shortening the time for measuring the height distribution of the surface of the substrate.
  • a measuring apparatus has a substrate having a surface in which the height variation in one of the first direction and the second direction different from each other is greater than the height variation in the other.
  • it is a measuring device that measures the height distribution of the surface, by detecting the height of the detection target location in the detection region, and relatively scanning the substrate and the detection region.
  • a processing unit that obtains a height distribution of the surface of the substrate in the scanning direction, and the processing unit scans the substrate and the detection area relatively in the first direction, thereby moving the substrate in the first direction.
  • the height distribution of the surface of the substrate is obtained as a first distribution, it is determined whether or not the height variation in the first distribution is greater than or equal to a reference value, and the height variation in the first distribution is determined to be smaller than a reference value. Case, determine the height distribution of the surface of the substrate in the second direction by relatively scanning the substrate and the detection area in the second direction, it is characterized.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the exposure apparatus 100.
  • the exposure apparatus 100 includes, for example, an illumination optical system 1, a mask stage 3 that holds a mask 2, a projection optical system 4, a substrate stage 6 that holds a substrate 5, a position measurement unit 7, and a focus detection unit 8.
  • the processing unit 9 and the control unit 10 can be included.
  • the control unit 10 is configured by, for example, a computer having a CPU, a memory, and the like, and controls processing for transferring the pattern of the mask 2 to the substrate 5 (processing for exposing the substrate 5).
  • the illumination optical system 1 uniformly illuminates the mask 2 held by the mask stage 3 using light emitted from a light source (not shown).
  • the projection optical system 4 has a predetermined projection magnification and projects the pattern of the mask 2 onto the substrate 5.
  • the substrate stage 6 includes, for example, a substrate chuck 6 a that holds the substrate 5 and a substrate driving unit 6 b that drives the substrate chuck 6 a (substrate 5), and a direction (XY direction) orthogonal to the optical axis of the projection optical system 4. It is configured to be movable.
  • the position measurement unit 7 includes a laser interferometer, for example, and measures the position of the substrate stage 6.
  • the laser interferometer irradiates the reflecting plate 11 provided on the substrate stage 6 with laser light, and detects the displacement of the substrate stage 6 using the laser light reflected by the reflecting plate 11. Thereby, the position measurement unit 7 can obtain the current position of the substrate stage 6 based on the displacement detected by the laser interferometer.
  • the focus detection unit 8 detects the height of the detection target location in the detection area.
  • the focus detection unit 8 may include a light source that obliquely makes light incident on the surface of the substrate 5 and an image sensor having a plurality of pixels that are two-dimensionally arranged. Then, the focus detection unit 8 is a detection target in the area where the light is obliquely incident (in the detection area) on the surface of the substrate 5 based on the position on the image sensor where the light reflected by the surface of the substrate is incident. Detect the height of the location.
  • the processing unit 9 is configured by a computer including a CPU and a memory, for example, and obtains the height distribution of the surface of the substrate 5 based on the detection result of the focus detection unit 8. For example, the processing unit 9 causes the focus detection unit to scan the substrate 5 and the detection area of the focus detection unit 8 relatively in one of the in-plane directions (XY directions) of the substrate 5 with the substrate stage 6. 8 is caused to detect the height of the surface of the substrate 5 in the detection region. Accordingly, the processing unit 9 can obtain the height distribution of the surface of the substrate 5 in the one direction (scanning direction).
  • the processing unit 9 of the present embodiment is configured separately from the control unit 10, but may be configured integrally with the control unit 10.
  • the focus detection unit 8 and the processing unit 9 constitute a measurement device that measures the height distribution of the surface of the substrate 5.
  • the measurement apparatus is provided inside the exposure apparatus 100, but may be provided outside the exposure apparatus 100.
  • the surface of the substrate 5 is an image plane (focus plane) of the projection optical system 4 according to the position on the substrate to be exposed (position of the shot area).
  • the projection image of the projection optical system 4 can be controlled by the control unit 10 so as to be disposed at the position.
  • the projection image is controlled by driving an optical element (lens) provided in the projection optical system 4 or driving the substrate 5 by the substrate stage 6 in a direction parallel to the optical axis of the projection optical system 4. Can be done. Therefore, in the exposure apparatus 100, it is preferable to obtain distribution information indicating the height distribution in the plane of the substrate 5 (the entire surface of the substrate 5) in advance.
  • the detection area is scanned over the entire surface of the substrate and the height of the surface is detected by the focus detection unit 8, the detection requires a corresponding time, which is disadvantageous in terms of throughput. Can be.
  • the measurement apparatus uses the tendency (feature) of the height distribution in the plane of the substrate 5 caused by the manufacturing method of the substrate 5 to make the substrate 5 and the detection region relative to each other.
  • the focus detection unit 8 detects the height of the surface of the substrate 5. That is, in the measurement apparatus of the first embodiment, distribution information is generated without detecting the height of the surface of the substrate 5 by the focus detection unit 8 over the entire surface of the substrate 5. Thereby, the time for measuring the height distribution of the surface of the substrate 5 can be greatly shortened.
  • generation method of distribution information are demonstrated.
  • the tendency of the height distribution of the surface of the substrate 5 resulting from the manufacturing method of the substrate 5 will be described.
  • the glass substrate is manufactured (made by a plate) by stretching in one direction using a float method, a fusion method, or the like.
  • the thickness can be made substantially uniform in the stretching direction, but in the direction orthogonal to the stretching direction (hereinafter referred to as the orthogonal direction) Variations in thickness can occur due to typical temperature fluctuations and temperature fluctuations.
  • the variation in thickness in the stretching direction of the glass substrate is 1 While the thickness is 0.4 ⁇ m, the thickness variation in the orthogonal direction is 12 ⁇ m. That is, the thickness variation in the orthogonal direction is about one digit larger than the thickness variation in the stretching direction. This indicates that the thickness distribution in the orthogonal direction (that is, the surface height distribution in the orthogonal direction) has the same tendency for each of a plurality of positions in the stretching direction.
  • the height distribution of the surface of the substrate 5 in the orthogonal direction can be measured, the height of the entire surface of the substrate 5 is interpolated (estimated) from the measurement result, and the height distribution of the entire surface of the substrate 5 is calculated. Can be requested.
  • the height variation in the other can be larger than the height variation in one of the first and second directions different from each other.
  • the first direction and the second direction may be directions parallel to two sides orthogonal to each other among the sides of the surface of the glass substrate (substrate 5).
  • the processing unit 9 obtains the height distribution of the surface of the substrate 5 in the first direction as the first distribution by relatively scanning the substrate 5 and the detection area of the focus detection unit 8 in the first direction. At this time, if the height variation in the first distribution is greater than or equal to the reference value, the first direction corresponds to the orthogonal direction where the height variation is large. On the other hand, when the height variation in the first distribution is smaller than the reference value, the second direction corresponds to the orthogonal direction. In this case, the processing unit 9 obtains the height distribution of the surface of the substrate 5 in the second direction by relatively scanning the substrate 5 and the detection area of the focus detection unit 8 in the second direction.
  • the reference value is set to a value between the thickness variation that can occur in the stretching direction of the substrate 5 (glass substrate) and the thickness variation that can occur in the orthogonal direction.
  • the “height (of the surface of the substrate)” in the present embodiment may include the concept of “thickness (of the substrate)”. That is, the “height distribution (of the substrate surface)” may include the concept of “thickness distribution (of the substrate)”.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method for generating distribution information
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a state in which the height of the surface of the substrate 5 is detected by the focus detection unit 8. Further, each step of the flowchart shown in FIG. 3 can be performed by the processing unit 9.
  • the processing unit 9 causes the focus detection unit 8 to scan the substrate 5 and the detection area of the focus detection unit 8 relatively in the first direction (for example, the X direction) as indicated by an arrow 20a in FIG. Processing for detecting the height of the surface of the substrate 5 (detection processing in the first direction) is performed.
  • the detection process in the first direction may be performed a plurality of times, but is preferably performed only once from the viewpoint of throughput. Thereby, the processing unit 9 can obtain the height distribution of the surface of the substrate 5 in the first direction.
  • the height distribution of the surface of the substrate 5 in the first direction performed in step S11 is referred to as a “first distribution”.
  • the detection process in the first direction in S11 can be performed at an arbitrary position (coordinates) in the second direction.
  • the processing unit 9 determines whether or not the height variation in the first distribution is greater than or equal to a reference value.
  • a reference value such as a standard deviation in the first distribution can be used. May be used. If the height variation in the first distribution is greater than or equal to the reference value, it is determined (specified) that the first direction corresponds to an orthogonal direction in which the height variation of the surface of the substrate 5 is relatively large, and the process proceeds to S13. move on. In this case, the processing unit 9 generates distribution information from the first distribution without relatively scanning the substrate 5 and the detection area of the focus detection unit 8 in the second direction.
  • the processing unit 9 also generates distribution information by estimating that the height distribution of the surface of the substrate 5 in the direction parallel to the first direction is the first distribution for each of the plurality of positions in the second direction. To do. For example, the processing unit 9 distributes by applying the first distribution as it is as the height distribution of the surface of the substrate 5 in each of a plurality of directions parallel to the first direction and passing through a plurality of positions in the second direction. Generate information. As described above, since the variation in the thickness of the substrate 5 is very small in the extending direction of the substrate 5, it can be assumed that the variation in the thickness does not occur. Therefore, the processing unit 9 can reduce an error with respect to the actual height distribution of the surface of the substrate 5 even if the distribution information is generated using only the first distribution as described above.
  • the processing unit 9 causes the focus detection unit 8 to scan the substrate 5 and the detection area of the focus detection unit 8 relatively in the second direction (for example, the Y direction) as indicated by an arrow 20b in FIG. Processing for detecting the height of the surface of the substrate 5 (detection processing in the second direction) is performed.
  • the detection process in the second direction may be performed a plurality of times, but is preferably performed only once from the viewpoint of throughput. Accordingly, the processing unit 9 can obtain a height distribution in the second direction on the substrate 5.
  • the height distribution in the second direction obtained in step S14 is hereinafter referred to as “second distribution”.
  • the detection process in the second direction in S14 can be performed at an arbitrary position (coordinates) in the first direction.
  • a plurality of pattern areas 5a shots areas in which a base pattern (device pattern) has already been formed are arranged on the target substrate 5 on which the surface height is detected by the measuring device. There may be.
  • the height detection by the focus detection unit 8 is preferably performed in a gap region 5b (scribe region) provided between the plurality of pattern regions 5a.
  • the processing unit 9 defines the substrate 5 and the detection region so that the focus detection unit 8 detects the height in the gap region 5b based on the layout information indicating the layout (arrangement) of the plurality of pattern regions 5a. It is preferable to scan relatively.
  • the layout information may be acquired, for example, by actually measuring the positions of the plurality of pattern areas 5a, or may be design information on the positions of the plurality of pattern areas 5a.
  • the processing unit 9 determines the height of the undetected portion of the surface of the substrate 5 that has not been detected by the focus detection unit 8 based on the first distribution acquired in S11 and the second distribution acquired in S14. Distribution information is generated by interpolation (estimation). The interpolation of the height of the undetected portion is a result of correcting the first distribution with the height at the predetermined position in the second distribution as a height distribution in a direction passing through the predetermined position in the second direction and parallel to the first direction. This can be done by applying
  • the processing unit 9 obtains the first distribution by performing the detection process in the first direction at the position Y1 in the second direction, and in the process of S14, the second distribution is performed at the position X1 in the first direction. It is assumed that the second distribution is acquired by performing the direction detection process. In this case, the processing unit 9 uses the height at the position Y1 and the height at the position Yi obtained from the second distribution as the height distribution in the direction parallel to the first direction and passing through the position Yi in the second direction. The result (distribution) obtained by correcting the first distribution with the difference is applied.
  • the processing unit 9 generates distribution information by interpolating the height of the undetected portion by applying the result of correcting the first distribution in the same manner for each of the plurality of positions in the second direction.
  • the distribution information is generated using both the first distribution and the second distribution, but the present invention is not limited to this, and the distribution information may be generated using only the second distribution.
  • the measurement device when the height variation in the first distribution obtained by the detection process in the first direction is greater than or equal to the reference value, the measurement device according to the first embodiment generates distribution information based on the first distribution. Generate.
  • the second distribution is obtained by performing detection processing in the second direction, and distribution information is generated based on the first distribution and the second distribution.
  • the measurement apparatus may perform only the process of obtaining the first distribution or the first distribution and the second distribution, and the process of generating the distribution information may be performed by the control unit 10 of the exposure apparatus 100, an external computer, or the like.
  • the processing unit 9 acquires distribution information generated by the control unit 10 of the exposure apparatus 100, an external computer, or the like.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a distribution information generation method according to the second embodiment. Each step of the flowchart shown in FIG. 6 can be performed by the processing unit 9.
  • the processing unit 9 performs detection processing in the first direction.
  • the detection process in the first direction may be performed a plurality of times, but is preferably performed only once from the viewpoint of throughput. Thereby, the processing unit 9 can obtain the height distribution of the surface of the substrate 5 in the first direction.
  • the height distribution of the surface of the substrate 5 in the first direction obtained in the step S21 is hereinafter referred to as “first distribution”.
  • the detection process in the first direction can be performed at an arbitrary position (coordinates) in the second direction.
  • the processing unit 9 performs detection processing in the second direction.
  • the detection process in the second direction may be performed a plurality of times, but is preferably performed only once from the viewpoint of throughput. Thereby, the processing unit 9 can obtain the height distribution of the surface of the substrate 5 in the second direction.
  • the height distribution of the surface of the substrate 5 in the second direction obtained in the step S22 is hereinafter referred to as “second distribution”.
  • the detection process in the second direction can be performed at an arbitrary position (coordinates) in the first direction.
  • the processing unit 9 In S23, the processing unit 9 generates distribution information by interpolating (estimating) the height of the undetected portion based on the first distribution acquired in S21 and the second distribution acquired in S22. Since the process of S23 is the same as the process of S15 in the flowchart of FIG. 3, a description thereof is omitted here. By generating the distribution information in this way, the time required for measuring the height distribution of the surface of the substrate 5 can be greatly shortened, which can be advantageous in terms of throughput.
  • the processing unit 9 causes the focus detection unit 8 to detect the height of the holding surface of the substrate stage 6 (substrate chuck 6a) in advance, and acquires information indicating the height distribution of the holding surface. Then, the processing unit 9 obtains information indicating the thickness distribution of the substrate 5 based on the result of the focus detection unit 8 detecting the thickness of the substrate 5 according to the flowchart shown in FIG. 3 or FIG.
  • the processing unit 9 performs the in-plane height of the substrate 5 held by the substrate stage 6 based on the information indicating the height distribution of the holding surface of the substrate stage 6 and the information indicating the thickness distribution of the substrate 5.
  • Information indicating the distribution can be obtained.
  • the focus detection unit 8 includes, for example, a light source 8a that emits light having a wavelength of about 500 to 1200 nm and an image sensor 8b that is configured by a CCD, a CMOS, or the like, and the light emitted from the light source 8a is emitted from the substrate 5 (for example, The glass substrate) may be configured to be obliquely incident.
  • the light emitted from the light source 8a (position A) and obliquely incident on the position B on the surface of the substrate 5 is divided into light reflected by the surface of the substrate 5 and light traveling inside the substrate.
  • the light reflected by the surface of the substrate 5 enters the position E on the image sensor.
  • the light traveling inside the substrate 5 is reflected at the position C on the back surface of the substrate 5, passes through the position D on the surface of the substrate 5, and enters the position F on the image sensor. Since the difference between the position E and the position F on the image sensor corresponds to the thickness t of the substrate 5, the focus detection unit 8 can obtain the thickness t of the substrate 5 based on the difference.
  • the method for manufacturing an article in the embodiment of the present invention is suitable for manufacturing an article such as an electronic device such as a semiconductor device or an element having a fine structure.
  • a latent image pattern is formed on the photosensitive agent applied to the substrate using the above-described exposure apparatus (a step of exposing the substrate), and the latent image pattern is formed in this step.
  • the manufacturing method includes other well-known steps (oxidation, film formation, vapor deposition, doping, planarization, etching, resist stripping, dicing, bonding, packaging, and the like).
  • the method for manufacturing an article according to the present embodiment is advantageous in at least one of the performance, quality, productivity, and production cost of the article as compared with the conventional method.
  • the present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiments to a system or apparatus via a network or a storage medium, and one or more processors in a computer of the system or apparatus read and execute the program This process can be realized. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.
  • a circuit for example, ASIC

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Abstract

互いに異なる第１方向および第２方向のうちの一方における高さばらつきより他方における高さばらつきの方が大きい面を有する基板に対し、当該面の高さ分布を計測する計測装置は、検出領域内の検出対象箇所の高さを検出する検出部と、前記基板と前記検出領域とを相対的に走査させることにより走査方向における前記基板の面の高さ分布を求める処理部と、を含み、前記処理部は、前記第１方向に前記基板と前記検出領域とを相対的に走査させることにより前記第１方向における前記基板の面の高さ分布を第１分布として求め、前記第１分布における高さばらつきが基準値以上か否かを判断し、前記第１分布における高さばらつきが基準値より小さいと判断した場合には、前記第２方向に前記基板と前記検出領域とを相対的に走査させることにより前記第２方向における前記基板の面の高さ分布を求める。

Description

計測装置、露光装置、および物品の製造方法
　本発明は、基板の面の高さ分布を計測する計測装置、露光装置、および物品の製造方法に関する。
　液晶パネルや有機ＥＬパネル等のフラットパネル、もしくは半導体デバイスの製造には、レジストが塗布されたガラスプレートやウェハなどの基板に、マスクのパターンを投影光学系を介して転写する露光装置が用いられる。このような露光装置では、基板の露光中、露光すべき基板上の位置に応じて基板の表面を投影光学系の結像面（フォーカス面）に配置するため、基板の面の高さ分布を事前に求めておくことが好ましい。特許文献１には、基板の厚さ分布と、当該基板が保持される保持面の高さ分布とをそれぞれ事前に計測することにより、その計測結果に基づいて、保持面に保持された基板の面の高さ分布を求める方法が提案されている。
特開２００６－１５６５０８号公報
　基板の面の高さ分布を計測する計測装置には、検出領域内の検出対象箇所の高さを検出するものがある。このような計測装置では、基板と検出領域とを相対的に走査しながら検出領域における基板の面の高さを検出することにより基板の面の高さ分布を計測することができる。しかしながら、基板の面の全体にわたって検出領域を走査して当該面の高さの検出を行うと、当該検出に相応の時間を要してしまい、スループットの点で不利になりうる。
　そこで、本発明は、基板の面の高さ分布を計測する時間を短縮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計測装置は、互いに異なる第１方向および第２方向のうちの一方における高さばらつきより他方における高さばらつきの方が大きい面を有する基板に対し、当該面の高さ分布を計測する計測装置であって、検出領域内の検出対象箇所の高さを検出する検出部と、前記基板と前記検出領域とを相対的に走査させることにより走査方向における前記基板の面の高さ分布を求める処理部と、を含み、前記処理部は、前記第１方向に前記基板と前記検出領域とを相対的に走査させることにより前記第１方向における前記基板の面の高さ分布を第１分布として求め、前記第１分布における高さばらつきが基準値以上か否かを判断し、前記第１分布における高さばらつきが基準値より小さいと判断した場合には、前記第２方向に前記基板と前記検出領域とを相対的に走査させることにより前記第２方向における前記基板の面の高さ分布を求める、ことを特徴とする。
　本発明によれば、例えば、基板の面の高さ分布を計測する時間を短縮するために有利な技術を提供することができる。
　本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。
　添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
露光装置の構成を示す概略図である。 ガラス基板の厚さのばらつきを示す図である。 第１実施形態に係る分布情報の生成方法を示すフローチャートである。 フォーカス検出部によって基板の面の高さを検出している様子を示す図である。 複数のパターン領域を有する基板を示す図である。 第２実施形態に係る分布情報の生成方法を示すフローチャートである。 基板の厚さの検出原理を説明するための図である。
　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。
　＜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、露光装置１００の構成を示す概略図である。露光装置１００は、例えば、照明光学系１と、マスク２を保持するマスクステージ３と、投影光学系４と、基板５を保持する基板ステージ６と、位置計測部７と、フォーカス検出部８と、処理部９と、制御部１０とを含みうる。制御部１０は、例えば、ＣＰＵやメモリなどを有するコンピュータによって構成され、マスク２のパターンを基板５に転写する処理（基板５を露光する処理）を制御する。
　照明光学系１は、光源（不図示）から射出された光を用いて、マスクステージ３により保持されたマスク２を均一に照明する。投影光学系４は、所定の投影倍率を有し、マスク２のパターンを基板５に投影する。基板ステージ６は、例えば、基板５を保持する基板チャック６ａと、基板チャック６ａ（基板５）を駆動する基板駆動部６ｂとを含み、投影光学系４の光軸と直交する方向（ＸＹ方向）に移動可能に構成される。位置計測部７は、例えばレーザ干渉計を含み、基板ステージ６の位置を計測する。レーザ干渉計は、基板ステージ６に設けられた反射板１１にレーザ光を照射し、反射板１１で反射されたレーザ光を用いて基板ステージ６の変位を検出する。これにより、位置計測部７は、レーザ干渉計で検出された変位に基づいて基板ステージ６の現在位置を求めることができる。
　フォーカス検出部８は、検出領域内の検出対象箇所の高さを検出する。例えば、フォーカス検出部８は、基板５の面に光を斜入射させる光源と、二次元的に配列した複数の画素を有するイメージセンサとを含みうる。そして、フォーカス検出部８は、基板の面で反射された光が入射するイメージセンサ上の位置に基づいて、基板５の面のうち、光が斜入射した領域内（検出領域内）の検出対象箇所の高さを検出する。
　処理部９は、例えばＣＰＵやメモリなどを含むコンピュータによって構成され、フォーカス検出部８での検出結果に基づいて基板５の面の高さ分布を求める。例えば、処理部９は、基板５の面内方向（ＸＹ方向）のうちの一方向に、基板ステージ６によって基板５とフォーカス検出部８の検出領域とを相対的に走査させながら、フォーカス検出部８に検出領域内での基板５の面の高さを検出させる。これにより、処理部９は、当該一方向（走査方向）における基板５の面の高さ分布を得ることができる。ここで、本実施形態の処理部９は、制御部１０と別々に構成されているが、制御部１０と一体に構成されてもよい。また、フォーカス検出部８および処理部９は、基板５の面の高さ分布を計測する計測装置を構成する。本実施形態では、該計測装置が露光装置１００の内部に設けられているが、露光装置１００の外部に設けられてもよい。
　このように構成された露光装置１００では、基板５の露光中、露光すべき基板上の位置（ショット領域の位置）に応じて基板５の面が投影光学系４の結像面（フォーカス面）に配置されるように、投影光学系４の投影像が制御部１０によって制御されうる。当該投影像の制御は、例えば、投影光学系４に設けられた光学素子（レンズ）を駆動したり、投影光学系４の光軸と平行な方向に基板５を基板ステージ６によって駆動したりすることによって行われうる。そのため、露光装置１００では、基板５の面内（基板５の面の全体）における高さ分布を示す分布情報を事前に取得しておくことが好ましい。しかしながら、計測装置において、基板の面の全体にわたって検出領域を走査して当該面の高さをフォーカス検出部８に検出させると、当該検出に相応の時間を要してしまい、スループットの点で不利になりうる。
　そこで、第１実施形態の計測装置は、基板５の製造方法に起因して生じる基板５の面内における高さ分布の傾向（特徴）を利用することにより、基板５と検出領域とを相対的に走査してフォーカス検出部８に基板５の面の高さを検出させる回数を低減させる。つまり、第１実施形態の計測装置では、フォーカス検出部８による基板５の面の高さの検出を基板５の面の全体にわたって行うことなく分布情報を生成する。これにより、基板５の面の高さ分布を計測する時間を大幅に短縮することができる。以下に、基板５の製造方法に起因して生じる基板５の面の高さ分布の傾向、および分布情報の生成方法について説明する。
　まず、基板５の製造方法に起因して生じる基板５の面の高さ分布の傾向について説明する。例えば、液晶デバイス等で使用される透明な矩形形状のガラス基板を基板５として用いる場合を想定する。ガラス基板は、フロート法やフュージョン法などを用いて、ある一方向に延伸させることにより製造（製板）される。このような製造方法により作製されたガラス基板では、延伸方向においては厚さをほぼ均一にすることができるが、延伸方向と直交する方向（以下、直交方向）においては、製造中における周囲の局所的な温度変動や温度揺らぎによって厚さにばらつきが生じうる。
　例えば、厚さが５００μｍ、大きさが１．５×１．８ｍの矩形形状を有するガラス基板を実際に製造すると、図２に示すように、ガラス基板の延伸方向での厚さのばらつきは１．４μｍであるのに対し、直交方向での厚さのばらつきは１２μｍとなる。即ち、直交方向での厚さばらつきは、延伸方向での厚さばらつきと比べて約１桁大きい。これは、直交方向での厚さ分布（即ち、直交方向での表面高さ分布）が、延伸方向の複数位置の各々について同様の傾向となることを示している。したがって、直交方向における基板５の面の高さ分布を測定することができれば、その計測結果から基板５の面の全体における高さを補間（推定）し、基板５の面の全体における高さ分布を求めることができる。
　このように、ガラス基板の面（露光処理を行うべき面）では、互いに異なる第１方向および第２方向のうちの一方における高さばらつきより他方における高さばらつきの方が大きくなりうる。ここで、第１方向および第２方向は、ガラス基板（基板５）の面の辺のうち互いに直交する２つの辺にそれぞれ平行な方向でありうる。しかしながら、当該ガラス基板の面の高さ分布を計測する際では、第１方向および第２方向のうちのどちらが、高さばらつき（厚さばらつき）の大きい直交方向であるのかが不明である。
　そこで、処理部９は、第１方向に基板５とフォーカス検出部８の検出領域とを相対的に走査させることにより第１方向における基板５の面の高さ分布を第１分布として求める。このとき、第１分布における高さばらつきが基準値以上であれば、第１方向が、高さばらつきの大きい直交方向に対応していることとなる。一方、第１分布における高さばらつきが基準値より小さい場合では、第２方向が直交方向に対応していることとなる。この場合、処理部９は、第２方向に基板５とフォーカス検出部８の検出領域とを相対的に走査させることにより第２方向における基板５の面の高さ分布を求める。ここで、基準値は、基板５（ガラス基板）の延伸方向に生じうる厚さのばらつきと、直交方向に生じうる厚さのばらつきとの間の値に設定される。また、本実施形態における「（基板の面の）高さ」は、「（基板の）厚さ」の概念を含みうる。即ち、「（基板の面の）高さ分布」は、「（基板の）厚さ分布」の概念を含みうる。
　次に、分布情報の生成方法について、図３および図４を参照しながら説明する。図３は、分布情報の生成方法を示すフローチャートであり、図４は、フォーカス検出部８によって基板５の面の高さを検出している様子を示す図である。また、図３に示すフローチャートの各工程は、処理部９によって行われうる。
　Ｓ１１では、処理部９は、図４の矢印２０ａで示すように、第１方向（例えばＸ方向）に基板５とフォーカス検出部８の検出領域とを相対的に走査させながらフォーカス検出部８に基板５の面の高さを検出させる処理（第１方向の検出処理）を行う。第１方向の検出処理は、複数回行われてもよいが、スループットの観点から、１回だけ行われることが好ましい。これにより、処理部９は、第１方向における基板５の面の高さ分布を得ることができる。Ｓ１１の工程でられた第１方向における基板５の面の高さ分布を、以下では「第１分布」と称する。ここで、Ｓ１１における第１方向の検出処理は、第２方向における任意の位置（座標）で行われうる。
　Ｓ１２では、処理部９は、第１分布における高さばらつきが基準値以上か否かを判断する。第１分布における高さばらつきとしては、第１分布における高さの最大値と最小値との差が用いられうるが、それに限られるものではなく、例えば、第１分布における標準偏差などの値が用いられてもよい。第１分布における高さばらつきが基準値以上である場合には、第１方向が、基板５の面の高さばらつきが比較的大きい直交方向に対応していると判断（特定）してＳ１３に進む。この場合、処理部９は、第２方向に基板５とフォーカス検出部８の検出領域とを相対的に走査させずに、第１分布から分布情報を生成する。
　Ｓ１３では、処理部９は、第２方向における複数の位置の各々についても、第１方向と平行な方向における基板５の面の高さ分布が第１分布であると推定して分布情報を生成する。例えば、処理部９は、第２方向における複数の位置をそれぞれ通り且つ第１方向に平行な複数の方向の各々における基板５の面の高さ分布として、第１分布をそのまま適用することにより分布情報を生成する。上述したように、基板５の延伸方向では、基板５の厚さのばらつきが非常に小さいため、当該厚さのばらつきが生じていないものと仮定することができる。そのため、処理部９は、上述のように第１分布のみを用いて分布情報を生成しても、実際の基板５の面の高さ分布に対する誤差を小さくすることができる。
　一方、Ｓ１２において、第１分布における高さばらつきが基準値より小さい場合には、第２方向が基板５の直交方向に対応していると判断（特定）してＳ１４に進む。Ｓ１４では、処理部９は、図４の矢印２０ｂで示すように、第２方向（例えばＹ方向）に基板５とフォーカス検出部８の検出領域とを相対的に走査させながらフォーカス検出部８に基板５の面の高さを検出させる処理（第２方向の検出処理）を行う。第２方向の検出処理は、複数回行われてもよいが、スループットの観点から、１回だけ行われることが好ましい。これにより、処理部９は、基板５における第２方向の高さ分布を得ることができる。Ｓ１４の工程で得られた第２方向の高さ分布を、以下では「第２分布」と称する。ここで、Ｓ１４における第２方向の検出処理は、第１方向における任意の位置（座標）で行われうる。
　計測装置により面の高さの検出が行われる対象の基板５には、図５に示すように、下地パターン（デバイスパターン）が既に形成された複数のパターン領域５ａ（ショット領域）が配列している場合がある。この場合、Ｓ１１およびＳ１４において、フォーカス検出部８によってパターン領域内の高さを検出してしまうと、当該パターン領域５ａに形成された下地パターンによって、検出結果に誤差が生じることがある。そのため、フォーカス検出部８による高さの検出は、複数のパターン領域５ａの間に設けられた間隙領域５ｂ（スクライブ領域）において行われることが好ましい。したがって、処理部９は、複数のパターン領域５ａのレイアウト（配置）を示すレイアウト情報に基づいて、間隙領域５ｂにおいてフォーカス検出部８による高さの検出が行われるように基板５と検出領域とを相対的に走査させることが好ましい。レイアウト情報は、例えば、複数のパターン領域５ａの位置を実際に計測することによって取得されてもよいし、複数のパターン領域５ａの位置の設計情報であってもよい。
　Ｓ１５では、処理部９は、Ｓ１１で取得した第１分布とＳ１４で取得した第２分布とに基づいて、基板５の面のうちフォーカス検出部８による検出が行われていない未検出部分の高さを補間（推定）することにより分布情報を生成する。未検出部分の高さの補間は、第２方向の所定位置を通り且つ第１方向と平行な方向における高さ分布として、第２分布における所定位置での高さで第１分布を補正した結果を適用することにより行われうる。
　例えば、処理部９は、Ｓ１１の工程では、第２方向の位置Ｙ１において第１方向の検出処理を行うことにより第１分布を取得し、Ｓ１４の工程では、第１方向の位置Ｘ１において第２方向の検出処理を行うことにより第２分布を取得したとする。この場合、処理部９は、第２方向の位置Ｙｉを通り且つ第１方向と平行な方向における高さ分布として、第２分布から得られた位置Ｙ１での高さと位置Ｙｉでの高さとの差で第１分布を補正した結果（分布）を適用する。このように、処理部９は、第２方向における複数の位置の各々についても同様に第１分布を補正した結果を適用することで、未検出部分の高さを補間して分布情報を生成することができる。ここで、Ｓ１５では、第１分布および第２分布の双方を用いて分布情報を生成したが、それに限られるものではなく、第２分布のみを用いて分布情報を生成してもよい。
　上述したように、第１実施形態の計測装置は、第１方向の検出処理により得られた第１分布における高さばらつきが基準値以上である場合には、第１分布に基づいて分布情報を生成する。一方、第１分布における高さばらつきが基準値より小さい場合には、第２方向の検出処理を行うことにより第２分布を求め、第１分布および第２分布に基づいて分布情報を生成する。このように基板５の面の高さ分布を計測することにより、高さ分布の計測に要する時間を大幅に短縮することができ、スループットの点で有利となりうる。ここで、第１実施形態では、計測装置（処理部９）が分布情報を生成する処理を行う例について説明したが、それに限られるものではない。例えば、計測装置が、第１分布、若しくは第１分布および第２分布を求める処理のみを行い、分布情報を生成する処理は、露光装置１００の制御部１０や外部コンピュータなどによって行われてもよい。この場合、処理部９は、露光装置１００の制御部１０や外部コンピュータなどで生成された分布情報を取得することとなる。
　＜第２実施形態＞
　第２実施形態では、分布情報の生成方法についての他の例を説明する。第２実施形態では、第１方向の検出処理および第２方向の検出処理を初めに行い、それにより得られた第１分布と第２分布とに基づいて未検出部分の高さを補間（推定）することにより分布情報を生成する。図６は、第２実施形態に係る分布情報の生成方法を示すフローチャートである。図６に示すフローチャートの各工程は、処理部９によって行われうる。
　Ｓ２１では、処理部９は、第１方向の検出処理を行う。第１方向の検出処理は、複数回行われてもよいが、スループットの観点から、１回だけ行われることが好ましい。これにより、処理部９は、第１方向における基板５の面の高さ分布を得ることができる。Ｓ２１の工程で得られた第１方向における基板５の面の高さ分布を、以下では「第１分布」と称する。ここで、第１方向の検出処理は、第２方向における任意の位置（座標）で行われうる。
　Ｓ２２では、処理部９は、第２方向の検出処理を行う。第２方向の検出処理は、複数回行われてもよいが、スループットの観点から、１回だけ行われることが好ましい。これにより、処理部９は、第２方向における基板５の面の高さ分布を得ることができる。Ｓ２２の工程で得られた第２方向における基板５の面の高さ分布を、以下では「第２分布」と称する。ここで、第２方向の検出処理は、第１方向における任意の位置（座標）で行われうる。
　Ｓ２３では、処理部９は、Ｓ２１で取得した第１分布とＳ２２で取得した第２分布とに基づいて、未検出部分の高さを補間（推定）することにより分布情報を生成する。Ｓ２３の工程は、図３のフローチャートにおけるＳ１５の工程と同様であるため、ここでの説明を省略する。このように分布情報を生成することにより、基板５の面の高さ分布の計測に要する時間を大幅に短縮することができ、スループットの点で有利となりうる。
　＜第３実施形態＞
　第１実施形態および第２実施形態では、フォーカス検出部８によって基板５の面の高さを検出する例について説明したが、第３実施形態では、基板５の面の高さの代わりに基板５の厚さを検出する例について説明する。この場合、処理部９は、基板ステージ６（基板チャック６ａ）の保持面の高さをフォーカス検出部８に事前に検出させ、当該保持面の高さ分布を示す情報を取得しておく。そして、処理部９は、図３または図６に示すフローチャートに従って基板５の厚さをフォーカス検出部８に検出させた結果に基づいて、基板５の厚さ分布を示す情報を求める。これにより、処理部９は、基板ステージ６の保持面の高さ分布を示す情報と基板５の厚さ分布を示す情報とに基づいて、基板ステージ６よって保持された基板５の面内の高さ分布を示す情報（分布情報）を求めることができる。
　ここで、フォーカス検出部８によって基板５の厚さが検出される原理について、図７を参照しながら説明する。フォーカス検出部８は、例えば、波長が５００～１２００ｎｍ程度の光を射出する光源８ａと、ＣＣＤやＣＭＯＳ等で構成されたイメージセンサ８ｂとを含み、光源８ａから射出された光を基板５（例えばガラス基板）に斜入射させるように構成されうる。光源８ａ（位置Ａ）から射出されて基板５の表面の位置Ｂに斜入射した光は、基板５の表面で反射される光と基板の内部に進む光とに分けられる。基板５の表面で反射された光は、イメージセンサ上の位置Ｅに入射する。一方、基板５の内部に進んだ光は、基板５の裏面の位置Ｃで反射されて基板５の表面の位置Ｄを透過し、イメージセンサ上の位置Ｆに入射する。このイメージセンサ上の位置Ｅと位置Ｆとの差が基板５の厚さｔに対応するため、フォーカス検出部８は、当該差に基づいて基板５の厚さｔを求めることができる。
　＜物品の製造方法の実施形態＞
　本発明の実施形態におけ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。
　＜その他の実施例＞
　本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
　本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。
　本願は、２０１６年８月５日提出の日本国特許出願特願２０１６－１５４９４６を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てを、ここに援用する。

Claims (15)

  1. 　互いに異なる第１方向および第２方向のうちの一方における高さばらつきより他方における高さばらつきの方が大きい面を有する基板に対し、当該面の高さ分布を計測する計測装置であって、
    　検出領域内の検出対象箇所の高さを検出する検出部と、
    　前記基板と前記検出領域とを相対的に走査させることにより走査方向における前記基板の面の高さ分布を求める処理部と、
    　を含み、
    　前記処理部は、前記第１方向に前記基板と前記検出領域とを相対的に走査させることにより前記第１方向における前記基板の面の高さ分布を第１分布として求め、前記第１分布における高さばらつきが基準値以上か否かを判断し、前記第１分布における高さばらつきが基準値より小さいと判断した場合には、前記第２方向に前記基板と前記検出領域とを相対的に走査させることにより前記第２方向における前記基板の面の高さ分布を求める、ことを特徴とする計測装置。
  2. 　前記基板は、パターンが形成された複数のパターン領域と、前記複数のパターン領域の間に設けられた間隙領域とを含み、
    　前記処理部は、前記複数のパターン領域のレイアウト情報に基づいて、前記間隙領域において前記検出部による高さの検出が行われるように前記基板と前記検出領域とを相対的に走査させる、ことを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
  3. 　前記処理部は、前記第１方向に前記基板と前記検出領域とを相対的に１回だけ走査させることにより前記第１分布を求め、前記第１分布における高さばらつきが前記基準値より小さいと判断した場合には、前記第２方向に前記基板と前記検出領域とを相対的に１回だけ走査させることにより前記第２方向における前記基板の面の高さ分布を求める、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の計測装置。
  4. 　前記基板は、矩形形状を有し、
    　前記第１方向および前記第２方向は、前記基板の面の辺のうち互いに直交する２つの辺にそれぞれ平行である、ことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の計測装置。
  5. 　前記処理部は、前記第１分布における高さばらつきが前記基準値以上であると判断した場合には、前記第１分布から生成される前記基板の面内における高さ分布を示す分布情報を取得する、ことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の計測装置。
  6. 　前記処理部は、前記第１分布における高さばらつきが前記基準値以上であると判断した場合には、前記第１分布から前記基板の面内における高さ分布を示す分布情報を生成する、ことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の計測装置。
  7. 　前記処理部は、前記第１分布における高さばらつきが前記基準値以上であると判断した場合には、前記第２方向に前記基板と前記検出領域とを相対的に走査させずに、前記第１分布から前記基板の面内における高さ分布を示す分布情報を生成する、ことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の計測装置。
  8. 　前記処理部は、前記第１分布における高さばらつきが前記基準値以上であると判断した場合、前記第２方向における複数の位置をそれぞれ通り且つ前記第１方向に平行な複数の方向の各々における前記基板の面の高さ分布として前記第１分布をそのまま適用することにより前記分布情報を生成する、ことを特徴とする請求項５乃至７のうちいずれか１項に記載の計測装置。
  9. 　前記処理部は、前記第１分布における高さばらつきが前記基準値より小さいと判断した場合には、前記第２方向における前記基板の面の高さ分布に基づいて、前記基板の面内における高さ分布を示す分布情報を生成する、ことを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の計測装置。
  10. 　前記処理部は、前記第１分布における高さばらつきが前記基準値より小さいと判断した場合には、前記第１分布にも基づいて前記分布情報を生成する、ことを特徴とする請求項９に記載の計測装置。
  11. 　前記処理部は、前記第１分布における高さばらつきが前記基準値より小さいと判断した場合、前記第１分布と前記第２方向における前記基板の面の高さ分布とに基づいて、前記基板の面のうち前記検出部による検出が行われていない未検出部分の高さを補間することにより、前記基板の面内における高さ分布を示す分布情報を生成する、ことを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の計測装置。
  12. 　前記第１分布における高さばらつきは、前記第１分布における高さの最大値と最小値との差を含む、ことを特徴とする請求項１乃至１１のうちいずれか１項に記載の計測装置。
  13. 　前記基板を保持する保持面を有するステージを含み、
    　前記検出部は、前記基板の厚さを検出し、前記基板の厚さの検出結果および前記保持面の高さ分布を示す情報に基づいて、前記保持面により保持された前記基板の面の高さを求める、ことを特徴とする請求項１乃至１２のうちいずれか１項に記載の計測装置。
  14. 　基板を露光する露光装置であって、
    　マスクのパターンを前記基板に投影する投影光学系と、
    　前記基板の面の高さ分布を計測する請求項１乃至１３のうちいずれか１項に記載の計測装置と、
    　前記計測装置での計測結果に基づいて、前記基板の露光を制御する制御部と、
    　を含むことを特徴とする露光装置。
  15. 　請求項１４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、
    　を含み、現像された基板から物品を得ることを特徴とする物品の製造方法。
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