変位検出装置、露光装置、及びデバイス製造方法
【課題】うねりによる影響を極力無くして被検面の変位量を検出する。
【解決手段】 対物レンズ１８は、光源１３が発した光束を被検面２３ａ上に微小なビーム光として投射する。シリンドリカルレンズ２１は、被検面２３ａで反射した反射光束に非点収差を与える。受光センサ１９は、非点収差が与えられた反射光束を入射させて受光パターンに応じた出力変化が得られるように受光面が複数に分割されている。信号処理部２６は、受光面から得られる変位信号に基づいて被検面２３ａの変位を検出する。表面すねり補正部２８は、変位信号に基づいて表面のうねりの周期ピッチを求め、その時点の被検面２３ａ上のビーム径が周期ピッチよりも大きくなるように集光レンズ２０と受光面１９ａとの間隔を変え、これに連動して対物レンズ１８を移動する。
【解決手段】 対物レンズ１８は、光源１３が発した光束を被検面２３ａ上に微小なビーム光として投射する。シリンドリカルレンズ２１は、被検面２３ａで反射した反射光束に非点収差を与える。受光センサ１９は、非点収差が与えられた反射光束を入射させて受光パターンに応じた出力変化が得られるように受光面が複数に分割されている。信号処理部２６は、受光面から得られる変位信号に基づいて被検面２３ａの変位を検出する。表面すねり補正部２８は、変位信号に基づいて表面のうねりの周期ピッチを求め、その時点の被検面２３ａ上のビーム径が周期ピッチよりも大きくなるように集光レンズ２０と受光面１９ａとの間隔を変え、これに連動して対物レンズ１８を移動する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学的非点収差法を用いて対物レンズと被検面との間の変位を検出する変位検出装置、及びこれを用いる露光装置、並びにこの露光装置を用いるデバイス製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源から発した光束を対物レンズにより被検面上に微小ビームとして投射し、被検面からの反射光に非点収差光学部材により非点収差を与えて、非点収差を与えた反射光束に基づいて対物レンズに対する被検面の面位置（被検面の法線方向に沿った位置）の変位を検出する変位検出装置が知られている（特許文献１）。この変位検出装置では、被検面を反射した反射光束を４分割センサで受光する。４分割センサは、非点収差法を用いて４分割センサから得られる出力信号に基づいて差分信号（変位信号）値を生成し、この差分信号値を被検面の変位量に換算して出力する。
【０００３】
ところで、工作機械や半導体製造装置、露光装置等の可動部分の相対移動位置を検出する装置として、回折格子（グレーティング）を用いた光学式の変位測定装置が知られている。変位測定装置は、一般的に、回折格子、可干渉光源、２つのミラー、ハーフミラー、及びフォトディテクタ等を備えている。回折格子は、例えば、露光装置の場合にはウエハ等の感光性基板を保持する基板ステージの表面に設けられる。可干渉光源は、可干渉光であるレーザ光を出射する。ハーフミラーは、可干渉光源から出射されたレーザ光を２本のビームに分割して回折格子に照射するとともに回折格子からの２つの回折光を重ね合わせ干渉させる。２つのミラーは、回折格子で回折された回折光を反射する。フォトディテクタは、干渉した２つの回折光を受光して干渉信号を生成する（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−３６６７１１号公報
【特許文献２】特開２０００−８１３０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述した変位検出装置では、被験面が平面であることが前提とされている。よって、被験面に微小な凹凸のうねりが付与されている場合には、これに追従して変位量が検出される。しかしながら、前記微小な凹凸のうねりが意図せざるものであった場合、うねりを無視して平均的な値を測定した方が好ましい場合がある。
【０００６】
このような場合としては、前述した回折格子を設けた基板ステージの面位置の変位を計測する場合が考えられる。この基板ステージには、測長用の回折格子が刻まれているため、上層に平担化処理をした場合でも、特定周期の微細な凹凸のうねり（周期構造）が残ることがある。実際に検出したいのは回折格子が刻まれていない部分の面高さであるため、凹凸のうねりは無視することが好ましい。変位量への影響は、被検面上を照射する微小ビームの径が表面の凹凸のうねりの周期ピッチに対して十分に大きくない場合に問題になる。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、被検面に特有のうねりがある場合、うねりによる影響を極力無くして被検面の変位量を検出するように工夫した変位検出装置、露光装置、及びデバイス製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明を例示する変位検出装置の一態様は、光源と、光源が発した光束を被検面上に微小ビームとして投射させる対物レンズと、被検面で反射した反射光束に非点収差を与える非点収差光学部材と、非点収差が与えられた反射光束を集光させる集光レンズと、集光した反射光束を入射させて受光パターンに応じた出力変化が得られるように受光面を複数に分割した受光センサと、受光面から得られる変位信号に基づいて被検面の変位量を検出する信号処理手段と、微小ビームの径が変位量に基づいて求まる被検面の微細な凹凸のうねりの周期ピッチよりも大きくなるように集光レンズと受光面とを受光面に入射する光軸に沿って相対的に移動させる表面うねり補正手段と、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の変位検出装置によれば、被検面上に照射する微小ビームの径が被検面の凹凸のうねりの周期ピッチに対して大きくなるように集光レンズと受光面との間隔を変えるため、被検面がもつうねりの影響を極力低減した変位量を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態の変位検出装置の概略を示す斜視図である。
【図２】対物レンズと被検面との間の距離が対物レンズの焦点距離に一致したときの受光センサに入射するスポット光を示す説明図である。
【図３】対物レンズと被検面との距離が対物レンズの焦点距離を超える距離になるときの受光センサに入射するスポット光を示す説明図である。
【図４】対物レンズと被検面との距離が対物レンズの焦点距離未満の距離になったときの受光センサに入射するスポット光を示す説明図である。
【図５】受光センサから得られる変位信号と被検面の変位量との特性を示すグラフである。
【図６】表面うねり補正部の構成を示すブロック図である。
【図７】本実施形態の変位検出装置を用いた露光装置の概略を示す説明図である。
【図８】露光装置の基板ステージを示す平面図である。
【図９】本実施形態の変位検出装置の動作手順を説明するフローチャートである。
【図１０】うねりの高さの平均よりも高い部分の比率の変動量と、うねりの周期ピッチとビーム半径の比との関係を示すグラフである。
【図１１】半導体デバイスの製造工程の手順を示すフローチャートである。
【図１２】液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本実施形態の変位検出装置１０は、図１に示すように、非接触センサ部１１、及び検出部１２で構成されている。非接触センサ部１１は、光源１３、コリメートレンズ１４、光調整部材１５、偏光ビームスプリッタ１６、λ／４板１７、対物レンズ１８、受光センサ１９、集光レンズ２０、シリンドリカルレンズ２１、受光センサ移動機構２４、及び対物レンズ移動機構２５等で構成されており、被検物２３の被検面２３ａを非接触で検出する。
【００１２】
検出部１２は、信号処理部２６、表面うねり補正部２８、及び表示部２７で構成されており、非接触センサ部１１から得られる変位信号に基づいて被検面２３ａの変位量を検出する。
【００１３】
光源１３は、例えば半導体レーザダイオードやスーパールミネッセンスダイオード、発光ダイオード等から発光されるレーザ光をコリメートレンズ１４に向けて出射する。コリメートレンズ１４は、光源１３から射出された出射光Ｌを平行光に変換する。平行光に変換された出射光Ｌは光調整部材１５に入射される。
【００１４】
光調整部材１５は、コリメートレンズ１４と偏光ビームスプリッタ１６との間の光路上に配置され、被検面２３ａに結像される出射光Ｌのビーム径を光調整部材１５が無い場合と比べて広げると共に、出射光Ｌの解像度を低くする。
【００１５】
光調整部材１５は、円形のガラス基板２２上に金属層を成膜し、成膜した金属層をフォトリソグラフィ等により所定形状にパターニングすることにより、円形の遮光部３３とその周りに配される環状の透過部３４とを有する。遮光部３３は、出射光Ｌの近軸光線を遮光する。透過部３４は、出射光Ｌを被検面２３ａに向けて通過させる。透過部３４の開口径を調整することで、コリメートレンズ１４から出射する平行光の通過光量の調整が可能となる。
【００１６】
コリメートレンズ１４を通過して光調整部材１５に入射した出射光Ｌは、出射光Ｌのうち近軸光線（第１の出射光）が遮光部３３によって遮光され、近軸光線の周辺の周辺光（第２の出射光）が透過部３４を介してガラス基板２２を通過する。
【００１７】
偏光ビームスプリッタ１６は、光調整部材１５を通過した出射光Ｌを透過させてλ／４板１７に入射させる。λ／４板１７は、入射した直線偏光である出射光Ｌを右向きの円偏光に変換する。λ／４板１７を通過した出射光Ｌは、対物レンズ１８に入射される。
【００１８】
対物レンズ１８は、所定の開口数を有するレンズ等からなる光学素子であり、対物レンズ移動機構２５により出射光Ｌの光軸に沿って移動自在になっており、被検面２３ａに対して、焦点距離に近い距離だけ離れた所定の位置にセットされる。対物レンズ１８に入射した出射光Ｌは、所定のビーム径で被検面２３ａに集光される。被検面２３ａに集光した出射光Ｌは、被検面２３ａで反射される。被検面２３ａで反射した反射光Ｌｒは、対物レンズ１８を通過してλ／４板１７に入射する。
【００１９】
λ／４板１７は、入射された右向きの偏光光である反射光をさらに右向きに回転させて、出射光Ｌと偏光方向が直交する直線偏光からなる反射光Ｌｒに変換する。λ／４板１７を通過した反射光Ｌｒは、偏光ビームスプリッタ１６に再び入射される。
【００２０】
偏光ビームスプリッタ１６は、入射した反射光Ｌｒが出射光Ｌに対して偏光方向が直交しているため、反射光Ｌｒを集光レンズ２０に向けて透過させる。
【００２１】
集光レンズ２０は、所定の開口数を有するレンズ等からなる光学素子であり、入射された反射光Ｌｒを所定のビーム径でシリンドリカルレンズ２１に集光させる。シリンドリカルレンズ２１は、集光した反射光Ｌｒに非点収差を与えて受光センサ１９に集光させる。
【００２２】
受光センサ１９は、受光センサ移動機構２４により反射光Ｌｒの光軸に沿って移動自在になっており、シリンドリカルレンズ２１により集光された反射光Ｌｒに基づいて変位信号（変位情報）を生成して出力する。受光センサ１９は、４分割されたフォトダイオードにより構成されている。
【００２３】
４分割ダイオードＡ〜Ｄは、図２に示すように、方形を４分割した構成になっており、それぞれが光量を検出する。４分割ダイオードＡ〜Ｄに集光される反射光Ｌｒのビーム径は、被検面２３ａが対物レンズ１８の焦点距離ｆ１にあるときに、図２に示すような光スポットになる。また、対物レンズ１８が被検面２３ａに対して焦点距離ｆ１より遠ざかると、図３に示すように、横に広がった楕円形の光スポットになり、また、焦点距離ｆ１より近づくと、図４に示すように、縦に広がった楕円形の光スポットになる。
【００２４】
ここで、各ダイオードＡ〜Ｄから出力される光量に応じた出力信号をａ，ｂ，ｃ，ｄとすると、焦点距離ｆ１のずれを表す変位信号Ｓは、例えば［数１］に示すような規格化された式を用いて求めることができる。
【００２５】
［数１］
Ｓ＝［（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ）］／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）
このとき、［数１］の式から求まる変位信号Ｓと変位量とは、図５のグラフに示すような特性を有する。図５に示す変位量「０」は、対物レンズ１８との間の距離が対物レンズ１８の焦点距離ｆ１と等しくなるときの被検面２３ａのうちの基準面を表している。
【００２６】
信号処理部２６は、［数１］の式を用いて算出した変位信号Ｓに基づいて、被検面２３ａの変位を前記基準面からの変位量として求める。このとき、変位信号Ｓから被検面２３ａの変位量が、その時点で与えられている非点収差量に基づいて換算される。
【００２７】
信号処理部２６は、所定の画像信号処理を行い、換算した変位量に基づく画像信号を生成して表示部２７に出力する。表示部２７は、例えばＬＣＤ等から構成されており、信号処理部２６から出力される画像信号に基づいて表示を行い、画面に被検面２３ａの変位を表示する。
【００２８】
表面うねり補正部２８は、図６に示すように、表面うねり判断部２９、ビーム径決定部３０、間隔決定部３１、及び合焦位置補正部３２で構成されている。表面うねり判断部２９は、変位量に基づいて被検面２３ａに特徴的な微細な凹凸のうねりがあるか否かを判断する。あると判断した場合には、ビーム径決定部３０は、被検面２３ａのうねりの周期ピッチを求め、その時点の被検面２３ａに照射されるビーム径と周期ピッチとの値を比較してビーム径の値が周期ピッチの値よりも大きいか否かを判断する。ビーム径の値が周期ピッチの値以下の場合には、間隔決定部３１が、ビーム径の値が周期ピッチの値を超えるように集光レンズ２０と受光面１９ａとの間隔を求め、求めた間隔になるように受光センサ移動機構２４を制御して受光センサ１９を移動させる。なお、ビーム径の値が周期ピッチの値を超えている場合には、間隔を変えることはない。
【００２９】
受光センサ１９の受光面１９ａを移動すると、対物レンズ１８の合焦位置がずれる。このため、合焦位置補正部３２は、間隔決定部３１で決定した間隔に応じて対物レンズ１８の合焦位置を補正するように対物レンズ移動機構２５を制御する。なお、シリンドリカルレンズ２１を集光レンズ２０と偏光ビームスプリッタ１６との間に配置してもよい。
【００３０】
このような変位検出装置１０は、図７に示す露光装置４０に、基板ステージ４１の傾きを補正するための傾き検出手段として用いられる。周知のように、露光装置４０は、照明部４２に設けた光源から出射される光によりパターンが形成されたマスク４３を照明し、マスク４３のパターン像を投影光学部４４によりレジストが塗布されたウエハ（感光性基板）４５上に縦横に設定された複数の単位露光領域に転写する。
【００３１】
ウエハ４５は、基板ステージ４１に保持されている。基板ステージ４１は、Ｘ−Ｙテーブル４６に設けられている。Ｘ−Ｙテーブル４６は、Ｘ−Ｙテーブル駆動機構４７の駆動によりウエハ４５をＸ及びＹ方向に移動させる。
【００３２】
制御部４８は、照明部４２、及びＸ−Ｙテーブル駆動機構４７等を統括的に制御する。露光は、Ｘ−Ｙテーブル４６をＸＹ平面に沿ってステップ移動させることにより、ウエハ４５上の単位露光領域を露光位置に位置決めし、マスク４３のパターン像を単位露光領域に露光する。以下前述した動作を繰り返すことで、マスク４３のパターン像を全部の単位露光領域に露光していく。
【００３３】
複数の変位検出装置１０は、詳しくは図８に示すように、基準ステージ４１の表面のうちのウエハ４５を保持する領域以外に設定してある複数の測定位置に、例えば３〜５点のスポット光４９〜５４を照射して基準ステージ４１の表面の変位量を測定する。なお、同図に示す符号５５は単位露光領域である。
【００３４】
露光中に制御部４８は、複数の変位検出装置１０を作動させ、基準ステージ４１の表面の変位を検出する。基準ステージ４１は、Ｘ−Ｙテーブル４６の移動と一緒にＸ及びＹ方向に移動して、複数の変位検出装置１０の測定位置を変えていく。各変位検出装置１０から得られる変位量は、制御部４８に連続的に送られる。
【００３５】
制御部４８は、各変位検出装置１０から得られる変位量に基づいて基準ステージ４１の傾きを求め、その傾きを補正するようにドライバ５６を介して複数の押圧手段５７，５８の押圧量を変化させて基準ステージ４１の傾きが水平になるように補正する。
【００３６】
ここで、本実施形態の変位検出装置１０を用いる場合の動作手順を図９に示す。まず間隔決定部３１は、受光センサ１９を予め決めた初期位置にセットする（Ｓ−１）。その後、合焦位置補正部３２は、その時点で変位量が略ゼロになる合焦位置付近に対物レンズ１８を移動させる（Ｓ−２）。これにより、対物レンズ１８により結像するスポット光が被検面２３ａ付近にある状態になり、受光面１９ａに略均等に光が入射する。
【００３７】
その後、露光装置４０の制御部４８は、事前にＸ−Ｙテーブル４６をＸ及びＹ方向に粗くステップ駆動して（プレスキャン）、基準ステージ４１の表面（被検面）の変位量をプレ測定する（Ｓ−３）。
【００３８】
信号処理部２６は、プレスキャンにより得られた変位信号Ｓをビーム径決定部３０に送る。表面うねり判断部２９は、周知の離散フーリエ変換処理部、フィルタ処理部、及び逆離散フーリエ変換処理部を備える（いずれも図示なし）。
【００３９】
離散フーリエ変換処理部は、変位信号に対して離散フーリエ変換を行って空間周波数領域の変位量データを算出する。フィルタ処理部は、空間周波数領域の変位データに対してハイパスフィルタを用いて所定値以上の高周波数成分を抽出する。逆離散フーリエ変換処理部は、フィルタ処理された空間周波数領域の変位量データに対して逆離散フーリエ変換を行って実空間の変位量データへの変換を行う。
【００４０】
このように、表面うねり判断部２９は、空間周波数領域の変位量データに対して高周波数成分を抽出する処理を行うことで、被検面２３ａの凹凸に連続的な、又は支配的な周期をもつうねりがあるか否かを判断することができる（Ｓ−４）。
【００４１】
うねりがあると判断した場合には、ビーム径決定部３０が、周期のうちの周期、又は支配的な周期を選択してその範囲の周期ピッチを算出する（Ｓ−５）。
【００４２】
間隔決定部３１は、算出した周期ピッチとその時点でのビーム径とを比較して（Ｓ−６）、ビーム径の値が周期ピッチの値を超える場合には、受光センサ１９を動かさず、また、ビーム径の値が周期ピッチの値以下の場合には、周期ピッチの、例えば略１０倍以上になるように集光レンズ２０と受光センサ１９との間隔を決定し（Ｓ−７）、受光センサ移動機構２４を制御してその間隔になる位置に受光センサ１９を移動する（Ｓ−８）。
【００４３】
この受光センサ１９の移動に連動して合焦位置補正部３２は、変位量がゼロになる合焦位置に対物レンズ１８を移動する（Ｓ−９）。
【００４４】
このように、各変位検出装置１０は、事前にプレ測定を行うことで、被検面２３ａ上のビーム径が周期ピッチよりも十分大きくなる位置に受光面１９ａをセットする。その後、制御部４８は、前述した露光動作を開始するとともに、その露光中に複数の変位検出装置１０を作動して基準ステージ４１の傾き補正を開始する（Ｓ−１０）。
【００４５】
上記実施形態では、受光センサ１９のみを移動させているが、集光レンズ２０を移動させても良いし、受光センサ１９と集光レンズ２０との両方を移動させてもよい。
【００４６】
また、上記各実施形態では、プレ検出を行うことで受光センサ１９を移動させているが、本発明ではこれに限らず、露光中にうねりの周期に応じて受光センサ１９の位置を移動させるように構成してもよい。この場合には、うねりの有無を監視する監視手段を設ければよい。
【００４７】
ところで、対物レンズ１８を移動すると、光源１３と共役な位置が被験面２３ａからずれるため、被験面２３ａ上ではビーム径が広がることになる。このような状態は、集光レンズ２０と受光面１９ａとの間隔を自由に変えられるように構成することにより、ビーム径の広がりを自由に制御することができる。
【００４８】
一般的には、被験面２３ａ上でビーム径を広げると、光束のケラレが生じたり、フォーカス変動量と受光センサ１９からの信号量が変わったりするため、あまり好ましくない。しかし、被検面２３ａ上に微細な凹凸のうねりがある場合には、ビーム径がうねりの周期ピッチよりも十分に大きければ、影響は相殺されて見えなくなる効果を期待することができる。そこで、被検面２３ａに特徴的な周期のうねりがある場合には、事前に通常の測定をして被検面２３ａ内のうねりの周期ピッチを計測したうえで、集光レンズ２０と受光面１９ａとの間の間隔を変化させ、被験面２３ａ上でのビーム径がうねりの周期ピッチよりも十分に大きくなるようにすることにより、多少測定精度が低化するものの、うねりの影響を低減させた高精度の測定、及びその出力を使った面位置の制御が行えるようになる。
【００４９】
上記実施形態では、ビーム径がうねりの周期ピッチよりも小さい場合、周期ピッチの、例えば略１０倍以上になるように集光レンズ２０と受光センサ１９との間隔を決定しているが、本発明ではこれに限らない。
【００５０】
前述したように被検面２３ａにうねりが存在する場合、うねりによる被検面２３ａの実際の高低差や被検面２３ａの曲率による焦点位置の変動により測定値に変化が生じる。この影響は、被検面２３ａ上に結像するビーム径がうねりの周期ピッチに対して十分に大きくない場合に顕著になる。
【００５１】
この現象を示すために、被検面２３ａ内において、高さが平均より高い部分と低い部分がｄｕｔｙ比１：１で縞状にうねりが存在するものと仮定する。これは、縞状の矩形溝構造に対応する。このような周期構造で、光ビームの内部に含まれる領域で被検面２３ａの高さが平均よりも高い部分の比率を計算すると、図１０に示すようになる。図１０では、横軸がうねり周期ピッチとビーム半径の比、縦軸は比率の変動量を示す。例えば変動量が０．１である場合は、ビームをスキャンした際に照射領域内における平均より高い位置の比率は５０±１０％の範囲で変動することを意味している。実際に検出される値は、うねり形状次第であるため、この値は検出値のうねりと1対1に対応しているわけではないが、検出値変動の目安として使用することができる。
【００５２】
図１０から比率の変動量を０．０５以下にするには、ビーム半径を周期ピッチの略４倍以上にすれば良いことがわかる。最も高低差の激しい矩形溝構造を想定した場合でも、変動が０．０５以下であれば、ビーム中の山部分の比率は４５〜５５％の範囲に限定されるので、検出値における高低差が実際の１０％程度以下と十分に低減されることが期待できる。さらに、ビーム半径を周期ピッチの略１５倍以上にすれば、変動は０．０１以下、検出されるうねりは実際の２％程度以下となり、うねりの影響がほとんど無視できるものと考えられる。
【００５３】
このため、通常の使用時には、ビーム半径を代表的なうねりの周期ピッチの略４倍以上、特に高精度を必要とする場合には、ビーム半径を周期ピッチの略１５倍以上にすることが好ましい。逆に、多少のうねりを許容できる場合は、ビーム半径を周期ピッチの略２倍以上、変動は０．１にしてもよい。
【００５４】
なお、前述したように、ビーム半径を周期ピッチの値を２，４，１５（それぞれ矩形溝でのうねり残留率２０％、１０％、２％）倍と３通りで設定している。しかしながら、これらの値が特定の目的のために決定的になるということではない。実際の場合、検出値の変動量の仕様、実際に存在する被検面の凹凸のうねりの量があり、これらの関係から決まることになる。
【００５５】
次に、図７で説明した露光装置４０を用いたデバイス製造方法、例えば半導体デバイスの製造方法を、図１１を参照しながら説明する。半導体デバイスの製造工程では、半導体デバイスの基板となるウエハ４５に金属膜を蒸着し（Ｓ−１１）、この蒸着した金属膜上に感光性材料であるフォトレジストを塗布する（Ｓ−１２）。つづいて、前述した露光装置４０を用い、マスク（レチクル）４３に形成されたパターンをウエハ４５上の各単位露光領域５５に転写し（Ｓ−１３：露光工程）、この転写が終了したウエハ４５の現像、つまりパターンが転写されたフォトレジストの現像を行う（Ｓ−１４：現像工程）。その後、ウエハ４５の表面に生成されたレジストパターンをマスクとし、ウエハ４５の表面に対してエッチング等の加工を行う（Ｓ−１５：加工工程）。
【００５６】
ここで、レジストパターンとは、前述した露光装置４０によって転写されたパターンに対応する形状の凹凸が生成されたフォトレジスト層であって、その凹部がフォトレジスト層を貫通しているものである。加工工程では、このレジストパターンを介してウエハ４５の表面の加工を行う。この工程で行われる加工には、例えばウエハ４５の表面のエッチング、又は金属膜等の成膜の少なくとも一方が含まれる。なお、露光工程では、前述した露光装置４０は、フォトレジストが塗布されたウエハ４５を感光性基板としてパターンの転写を行う。
【００５７】
また、露光装置４０を用いたデバイス製造方法、例えば液晶表示素子等の液晶デバイスの製造方法を、図１２を参照しながら説明する。液晶デバイスの製造工程では、パターン形成工程（Ｓ−１６）、カラーフィルタ形成工程（Ｓ−１７）、セル組立工程（Ｓ−１８）、及びモジュール組立工程（Ｓ−１９）を順次行う。
【００５８】
パターン形成工程では、感光性基板としてフォトレジストが塗布されたガラス基板上に、前述した露光装置４０を用いて回路パターン、及び電極パターン等の所定のパターンを形成する。このパターン形成工程には、露光装置４０を用いてフォトレジスト層にパターンを転写する露光工程と、パターンが転写されたガラス基板上のフォトレジスト層の現像を行い、パターンに対応する形状のフォトレジスト層を生成する現像工程と、この現像されたフォトレジスト層を介してガラス基板の表面を加工する加工工程とが含まれている。
【００５９】
カラーフィルタ形成工程では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応する３つのドットの組をマトリックス状に多数配列するか、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルタの組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルタを形成する。
【００６０】
セル組立工程では、パターン形成工程によって所定パターンが形成されたガラス基板と、カラーフィルタ形成工程により形成されたカラーフィルタとを用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。
【００６１】
具体的には、例えばガラス基板とカラーフィルタとの間に液晶を注入することで液晶パネルを形成する。モジュール組立工程では、セル組立工程により組み立てられた液晶パネルに対し、この液晶パネルの表示動作を行わせる電気回路、及びバックライト等の各種部品を取り付ける。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。さらに、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）を、フォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程（露光装置）にも適用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１０ 変位検出装置
１３ 光源
１８ 対物レンズ
１９ 受光センサ
１９ａ 受光面
２１ シリンドリカルレンズ
２３ａ 被検面
２８ 表面うねり補正部
４０ 露光装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学的非点収差法を用いて対物レンズと被検面との間の変位を検出する変位検出装置、及びこれを用いる露光装置、並びにこの露光装置を用いるデバイス製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源から発した光束を対物レンズにより被検面上に微小ビームとして投射し、被検面からの反射光に非点収差光学部材により非点収差を与えて、非点収差を与えた反射光束に基づいて対物レンズに対する被検面の面位置（被検面の法線方向に沿った位置）の変位を検出する変位検出装置が知られている（特許文献１）。この変位検出装置では、被検面を反射した反射光束を４分割センサで受光する。４分割センサは、非点収差法を用いて４分割センサから得られる出力信号に基づいて差分信号（変位信号）値を生成し、この差分信号値を被検面の変位量に換算して出力する。
【０００３】
ところで、工作機械や半導体製造装置、露光装置等の可動部分の相対移動位置を検出する装置として、回折格子（グレーティング）を用いた光学式の変位測定装置が知られている。変位測定装置は、一般的に、回折格子、可干渉光源、２つのミラー、ハーフミラー、及びフォトディテクタ等を備えている。回折格子は、例えば、露光装置の場合にはウエハ等の感光性基板を保持する基板ステージの表面に設けられる。可干渉光源は、可干渉光であるレーザ光を出射する。ハーフミラーは、可干渉光源から出射されたレーザ光を２本のビームに分割して回折格子に照射するとともに回折格子からの２つの回折光を重ね合わせ干渉させる。２つのミラーは、回折格子で回折された回折光を反射する。フォトディテクタは、干渉した２つの回折光を受光して干渉信号を生成する（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−３６６７１１号公報
【特許文献２】特開２０００−８１３０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述した変位検出装置では、被験面が平面であることが前提とされている。よって、被験面に微小な凹凸のうねりが付与されている場合には、これに追従して変位量が検出される。しかしながら、前記微小な凹凸のうねりが意図せざるものであった場合、うねりを無視して平均的な値を測定した方が好ましい場合がある。
【０００６】
このような場合としては、前述した回折格子を設けた基板ステージの面位置の変位を計測する場合が考えられる。この基板ステージには、測長用の回折格子が刻まれているため、上層に平担化処理をした場合でも、特定周期の微細な凹凸のうねり（周期構造）が残ることがある。実際に検出したいのは回折格子が刻まれていない部分の面高さであるため、凹凸のうねりは無視することが好ましい。変位量への影響は、被検面上を照射する微小ビームの径が表面の凹凸のうねりの周期ピッチに対して十分に大きくない場合に問題になる。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、被検面に特有のうねりがある場合、うねりによる影響を極力無くして被検面の変位量を検出するように工夫した変位検出装置、露光装置、及びデバイス製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明を例示する変位検出装置の一態様は、光源と、光源が発した光束を被検面上に微小ビームとして投射させる対物レンズと、被検面で反射した反射光束に非点収差を与える非点収差光学部材と、非点収差が与えられた反射光束を集光させる集光レンズと、集光した反射光束を入射させて受光パターンに応じた出力変化が得られるように受光面を複数に分割した受光センサと、受光面から得られる変位信号に基づいて被検面の変位量を検出する信号処理手段と、微小ビームの径が変位量に基づいて求まる被検面の微細な凹凸のうねりの周期ピッチよりも大きくなるように集光レンズと受光面とを受光面に入射する光軸に沿って相対的に移動させる表面うねり補正手段と、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の変位検出装置によれば、被検面上に照射する微小ビームの径が被検面の凹凸のうねりの周期ピッチに対して大きくなるように集光レンズと受光面との間隔を変えるため、被検面がもつうねりの影響を極力低減した変位量を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態の変位検出装置の概略を示す斜視図である。
【図２】対物レンズと被検面との間の距離が対物レンズの焦点距離に一致したときの受光センサに入射するスポット光を示す説明図である。
【図３】対物レンズと被検面との距離が対物レンズの焦点距離を超える距離になるときの受光センサに入射するスポット光を示す説明図である。
【図４】対物レンズと被検面との距離が対物レンズの焦点距離未満の距離になったときの受光センサに入射するスポット光を示す説明図である。
【図５】受光センサから得られる変位信号と被検面の変位量との特性を示すグラフである。
【図６】表面うねり補正部の構成を示すブロック図である。
【図７】本実施形態の変位検出装置を用いた露光装置の概略を示す説明図である。
【図８】露光装置の基板ステージを示す平面図である。
【図９】本実施形態の変位検出装置の動作手順を説明するフローチャートである。
【図１０】うねりの高さの平均よりも高い部分の比率の変動量と、うねりの周期ピッチとビーム半径の比との関係を示すグラフである。
【図１１】半導体デバイスの製造工程の手順を示すフローチャートである。
【図１２】液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本実施形態の変位検出装置１０は、図１に示すように、非接触センサ部１１、及び検出部１２で構成されている。非接触センサ部１１は、光源１３、コリメートレンズ１４、光調整部材１５、偏光ビームスプリッタ１６、λ／４板１７、対物レンズ１８、受光センサ１９、集光レンズ２０、シリンドリカルレンズ２１、受光センサ移動機構２４、及び対物レンズ移動機構２５等で構成されており、被検物２３の被検面２３ａを非接触で検出する。
【００１２】
検出部１２は、信号処理部２６、表面うねり補正部２８、及び表示部２７で構成されており、非接触センサ部１１から得られる変位信号に基づいて被検面２３ａの変位量を検出する。
【００１３】
光源１３は、例えば半導体レーザダイオードやスーパールミネッセンスダイオード、発光ダイオード等から発光されるレーザ光をコリメートレンズ１４に向けて出射する。コリメートレンズ１４は、光源１３から射出された出射光Ｌを平行光に変換する。平行光に変換された出射光Ｌは光調整部材１５に入射される。
【００１４】
光調整部材１５は、コリメートレンズ１４と偏光ビームスプリッタ１６との間の光路上に配置され、被検面２３ａに結像される出射光Ｌのビーム径を光調整部材１５が無い場合と比べて広げると共に、出射光Ｌの解像度を低くする。
【００１５】
光調整部材１５は、円形のガラス基板２２上に金属層を成膜し、成膜した金属層をフォトリソグラフィ等により所定形状にパターニングすることにより、円形の遮光部３３とその周りに配される環状の透過部３４とを有する。遮光部３３は、出射光Ｌの近軸光線を遮光する。透過部３４は、出射光Ｌを被検面２３ａに向けて通過させる。透過部３４の開口径を調整することで、コリメートレンズ１４から出射する平行光の通過光量の調整が可能となる。
【００１６】
コリメートレンズ１４を通過して光調整部材１５に入射した出射光Ｌは、出射光Ｌのうち近軸光線（第１の出射光）が遮光部３３によって遮光され、近軸光線の周辺の周辺光（第２の出射光）が透過部３４を介してガラス基板２２を通過する。
【００１７】
偏光ビームスプリッタ１６は、光調整部材１５を通過した出射光Ｌを透過させてλ／４板１７に入射させる。λ／４板１７は、入射した直線偏光である出射光Ｌを右向きの円偏光に変換する。λ／４板１７を通過した出射光Ｌは、対物レンズ１８に入射される。
【００１８】
対物レンズ１８は、所定の開口数を有するレンズ等からなる光学素子であり、対物レンズ移動機構２５により出射光Ｌの光軸に沿って移動自在になっており、被検面２３ａに対して、焦点距離に近い距離だけ離れた所定の位置にセットされる。対物レンズ１８に入射した出射光Ｌは、所定のビーム径で被検面２３ａに集光される。被検面２３ａに集光した出射光Ｌは、被検面２３ａで反射される。被検面２３ａで反射した反射光Ｌｒは、対物レンズ１８を通過してλ／４板１７に入射する。
【００１９】
λ／４板１７は、入射された右向きの偏光光である反射光をさらに右向きに回転させて、出射光Ｌと偏光方向が直交する直線偏光からなる反射光Ｌｒに変換する。λ／４板１７を通過した反射光Ｌｒは、偏光ビームスプリッタ１６に再び入射される。
【００２０】
偏光ビームスプリッタ１６は、入射した反射光Ｌｒが出射光Ｌに対して偏光方向が直交しているため、反射光Ｌｒを集光レンズ２０に向けて透過させる。
【００２１】
集光レンズ２０は、所定の開口数を有するレンズ等からなる光学素子であり、入射された反射光Ｌｒを所定のビーム径でシリンドリカルレンズ２１に集光させる。シリンドリカルレンズ２１は、集光した反射光Ｌｒに非点収差を与えて受光センサ１９に集光させる。
【００２２】
受光センサ１９は、受光センサ移動機構２４により反射光Ｌｒの光軸に沿って移動自在になっており、シリンドリカルレンズ２１により集光された反射光Ｌｒに基づいて変位信号（変位情報）を生成して出力する。受光センサ１９は、４分割されたフォトダイオードにより構成されている。
【００２３】
４分割ダイオードＡ〜Ｄは、図２に示すように、方形を４分割した構成になっており、それぞれが光量を検出する。４分割ダイオードＡ〜Ｄに集光される反射光Ｌｒのビーム径は、被検面２３ａが対物レンズ１８の焦点距離ｆ１にあるときに、図２に示すような光スポットになる。また、対物レンズ１８が被検面２３ａに対して焦点距離ｆ１より遠ざかると、図３に示すように、横に広がった楕円形の光スポットになり、また、焦点距離ｆ１より近づくと、図４に示すように、縦に広がった楕円形の光スポットになる。
【００２４】
ここで、各ダイオードＡ〜Ｄから出力される光量に応じた出力信号をａ，ｂ，ｃ，ｄとすると、焦点距離ｆ１のずれを表す変位信号Ｓは、例えば［数１］に示すような規格化された式を用いて求めることができる。
【００２５】
［数１］
Ｓ＝［（ａ＋ｄ）−（ｂ＋ｃ）］／（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）
このとき、［数１］の式から求まる変位信号Ｓと変位量とは、図５のグラフに示すような特性を有する。図５に示す変位量「０」は、対物レンズ１８との間の距離が対物レンズ１８の焦点距離ｆ１と等しくなるときの被検面２３ａのうちの基準面を表している。
【００２６】
信号処理部２６は、［数１］の式を用いて算出した変位信号Ｓに基づいて、被検面２３ａの変位を前記基準面からの変位量として求める。このとき、変位信号Ｓから被検面２３ａの変位量が、その時点で与えられている非点収差量に基づいて換算される。
【００２７】
信号処理部２６は、所定の画像信号処理を行い、換算した変位量に基づく画像信号を生成して表示部２７に出力する。表示部２７は、例えばＬＣＤ等から構成されており、信号処理部２６から出力される画像信号に基づいて表示を行い、画面に被検面２３ａの変位を表示する。
【００２８】
表面うねり補正部２８は、図６に示すように、表面うねり判断部２９、ビーム径決定部３０、間隔決定部３１、及び合焦位置補正部３２で構成されている。表面うねり判断部２９は、変位量に基づいて被検面２３ａに特徴的な微細な凹凸のうねりがあるか否かを判断する。あると判断した場合には、ビーム径決定部３０は、被検面２３ａのうねりの周期ピッチを求め、その時点の被検面２３ａに照射されるビーム径と周期ピッチとの値を比較してビーム径の値が周期ピッチの値よりも大きいか否かを判断する。ビーム径の値が周期ピッチの値以下の場合には、間隔決定部３１が、ビーム径の値が周期ピッチの値を超えるように集光レンズ２０と受光面１９ａとの間隔を求め、求めた間隔になるように受光センサ移動機構２４を制御して受光センサ１９を移動させる。なお、ビーム径の値が周期ピッチの値を超えている場合には、間隔を変えることはない。
【００２９】
受光センサ１９の受光面１９ａを移動すると、対物レンズ１８の合焦位置がずれる。このため、合焦位置補正部３２は、間隔決定部３１で決定した間隔に応じて対物レンズ１８の合焦位置を補正するように対物レンズ移動機構２５を制御する。なお、シリンドリカルレンズ２１を集光レンズ２０と偏光ビームスプリッタ１６との間に配置してもよい。
【００３０】
このような変位検出装置１０は、図７に示す露光装置４０に、基板ステージ４１の傾きを補正するための傾き検出手段として用いられる。周知のように、露光装置４０は、照明部４２に設けた光源から出射される光によりパターンが形成されたマスク４３を照明し、マスク４３のパターン像を投影光学部４４によりレジストが塗布されたウエハ（感光性基板）４５上に縦横に設定された複数の単位露光領域に転写する。
【００３１】
ウエハ４５は、基板ステージ４１に保持されている。基板ステージ４１は、Ｘ−Ｙテーブル４６に設けられている。Ｘ−Ｙテーブル４６は、Ｘ−Ｙテーブル駆動機構４７の駆動によりウエハ４５をＸ及びＹ方向に移動させる。
【００３２】
制御部４８は、照明部４２、及びＸ−Ｙテーブル駆動機構４７等を統括的に制御する。露光は、Ｘ−Ｙテーブル４６をＸＹ平面に沿ってステップ移動させることにより、ウエハ４５上の単位露光領域を露光位置に位置決めし、マスク４３のパターン像を単位露光領域に露光する。以下前述した動作を繰り返すことで、マスク４３のパターン像を全部の単位露光領域に露光していく。
【００３３】
複数の変位検出装置１０は、詳しくは図８に示すように、基準ステージ４１の表面のうちのウエハ４５を保持する領域以外に設定してある複数の測定位置に、例えば３〜５点のスポット光４９〜５４を照射して基準ステージ４１の表面の変位量を測定する。なお、同図に示す符号５５は単位露光領域である。
【００３４】
露光中に制御部４８は、複数の変位検出装置１０を作動させ、基準ステージ４１の表面の変位を検出する。基準ステージ４１は、Ｘ−Ｙテーブル４６の移動と一緒にＸ及びＹ方向に移動して、複数の変位検出装置１０の測定位置を変えていく。各変位検出装置１０から得られる変位量は、制御部４８に連続的に送られる。
【００３５】
制御部４８は、各変位検出装置１０から得られる変位量に基づいて基準ステージ４１の傾きを求め、その傾きを補正するようにドライバ５６を介して複数の押圧手段５７，５８の押圧量を変化させて基準ステージ４１の傾きが水平になるように補正する。
【００３６】
ここで、本実施形態の変位検出装置１０を用いる場合の動作手順を図９に示す。まず間隔決定部３１は、受光センサ１９を予め決めた初期位置にセットする（Ｓ−１）。その後、合焦位置補正部３２は、その時点で変位量が略ゼロになる合焦位置付近に対物レンズ１８を移動させる（Ｓ−２）。これにより、対物レンズ１８により結像するスポット光が被検面２３ａ付近にある状態になり、受光面１９ａに略均等に光が入射する。
【００３７】
その後、露光装置４０の制御部４８は、事前にＸ−Ｙテーブル４６をＸ及びＹ方向に粗くステップ駆動して（プレスキャン）、基準ステージ４１の表面（被検面）の変位量をプレ測定する（Ｓ−３）。
【００３８】
信号処理部２６は、プレスキャンにより得られた変位信号Ｓをビーム径決定部３０に送る。表面うねり判断部２９は、周知の離散フーリエ変換処理部、フィルタ処理部、及び逆離散フーリエ変換処理部を備える（いずれも図示なし）。
【００３９】
離散フーリエ変換処理部は、変位信号に対して離散フーリエ変換を行って空間周波数領域の変位量データを算出する。フィルタ処理部は、空間周波数領域の変位データに対してハイパスフィルタを用いて所定値以上の高周波数成分を抽出する。逆離散フーリエ変換処理部は、フィルタ処理された空間周波数領域の変位量データに対して逆離散フーリエ変換を行って実空間の変位量データへの変換を行う。
【００４０】
このように、表面うねり判断部２９は、空間周波数領域の変位量データに対して高周波数成分を抽出する処理を行うことで、被検面２３ａの凹凸に連続的な、又は支配的な周期をもつうねりがあるか否かを判断することができる（Ｓ−４）。
【００４１】
うねりがあると判断した場合には、ビーム径決定部３０が、周期のうちの周期、又は支配的な周期を選択してその範囲の周期ピッチを算出する（Ｓ−５）。
【００４２】
間隔決定部３１は、算出した周期ピッチとその時点でのビーム径とを比較して（Ｓ−６）、ビーム径の値が周期ピッチの値を超える場合には、受光センサ１９を動かさず、また、ビーム径の値が周期ピッチの値以下の場合には、周期ピッチの、例えば略１０倍以上になるように集光レンズ２０と受光センサ１９との間隔を決定し（Ｓ−７）、受光センサ移動機構２４を制御してその間隔になる位置に受光センサ１９を移動する（Ｓ−８）。
【００４３】
この受光センサ１９の移動に連動して合焦位置補正部３２は、変位量がゼロになる合焦位置に対物レンズ１８を移動する（Ｓ−９）。
【００４４】
このように、各変位検出装置１０は、事前にプレ測定を行うことで、被検面２３ａ上のビーム径が周期ピッチよりも十分大きくなる位置に受光面１９ａをセットする。その後、制御部４８は、前述した露光動作を開始するとともに、その露光中に複数の変位検出装置１０を作動して基準ステージ４１の傾き補正を開始する（Ｓ−１０）。
【００４５】
上記実施形態では、受光センサ１９のみを移動させているが、集光レンズ２０を移動させても良いし、受光センサ１９と集光レンズ２０との両方を移動させてもよい。
【００４６】
また、上記各実施形態では、プレ検出を行うことで受光センサ１９を移動させているが、本発明ではこれに限らず、露光中にうねりの周期に応じて受光センサ１９の位置を移動させるように構成してもよい。この場合には、うねりの有無を監視する監視手段を設ければよい。
【００４７】
ところで、対物レンズ１８を移動すると、光源１３と共役な位置が被験面２３ａからずれるため、被験面２３ａ上ではビーム径が広がることになる。このような状態は、集光レンズ２０と受光面１９ａとの間隔を自由に変えられるように構成することにより、ビーム径の広がりを自由に制御することができる。
【００４８】
一般的には、被験面２３ａ上でビーム径を広げると、光束のケラレが生じたり、フォーカス変動量と受光センサ１９からの信号量が変わったりするため、あまり好ましくない。しかし、被検面２３ａ上に微細な凹凸のうねりがある場合には、ビーム径がうねりの周期ピッチよりも十分に大きければ、影響は相殺されて見えなくなる効果を期待することができる。そこで、被検面２３ａに特徴的な周期のうねりがある場合には、事前に通常の測定をして被検面２３ａ内のうねりの周期ピッチを計測したうえで、集光レンズ２０と受光面１９ａとの間の間隔を変化させ、被験面２３ａ上でのビーム径がうねりの周期ピッチよりも十分に大きくなるようにすることにより、多少測定精度が低化するものの、うねりの影響を低減させた高精度の測定、及びその出力を使った面位置の制御が行えるようになる。
【００４９】
上記実施形態では、ビーム径がうねりの周期ピッチよりも小さい場合、周期ピッチの、例えば略１０倍以上になるように集光レンズ２０と受光センサ１９との間隔を決定しているが、本発明ではこれに限らない。
【００５０】
前述したように被検面２３ａにうねりが存在する場合、うねりによる被検面２３ａの実際の高低差や被検面２３ａの曲率による焦点位置の変動により測定値に変化が生じる。この影響は、被検面２３ａ上に結像するビーム径がうねりの周期ピッチに対して十分に大きくない場合に顕著になる。
【００５１】
この現象を示すために、被検面２３ａ内において、高さが平均より高い部分と低い部分がｄｕｔｙ比１：１で縞状にうねりが存在するものと仮定する。これは、縞状の矩形溝構造に対応する。このような周期構造で、光ビームの内部に含まれる領域で被検面２３ａの高さが平均よりも高い部分の比率を計算すると、図１０に示すようになる。図１０では、横軸がうねり周期ピッチとビーム半径の比、縦軸は比率の変動量を示す。例えば変動量が０．１である場合は、ビームをスキャンした際に照射領域内における平均より高い位置の比率は５０±１０％の範囲で変動することを意味している。実際に検出される値は、うねり形状次第であるため、この値は検出値のうねりと1対1に対応しているわけではないが、検出値変動の目安として使用することができる。
【００５２】
図１０から比率の変動量を０．０５以下にするには、ビーム半径を周期ピッチの略４倍以上にすれば良いことがわかる。最も高低差の激しい矩形溝構造を想定した場合でも、変動が０．０５以下であれば、ビーム中の山部分の比率は４５〜５５％の範囲に限定されるので、検出値における高低差が実際の１０％程度以下と十分に低減されることが期待できる。さらに、ビーム半径を周期ピッチの略１５倍以上にすれば、変動は０．０１以下、検出されるうねりは実際の２％程度以下となり、うねりの影響がほとんど無視できるものと考えられる。
【００５３】
このため、通常の使用時には、ビーム半径を代表的なうねりの周期ピッチの略４倍以上、特に高精度を必要とする場合には、ビーム半径を周期ピッチの略１５倍以上にすることが好ましい。逆に、多少のうねりを許容できる場合は、ビーム半径を周期ピッチの略２倍以上、変動は０．１にしてもよい。
【００５４】
なお、前述したように、ビーム半径を周期ピッチの値を２，４，１５（それぞれ矩形溝でのうねり残留率２０％、１０％、２％）倍と３通りで設定している。しかしながら、これらの値が特定の目的のために決定的になるということではない。実際の場合、検出値の変動量の仕様、実際に存在する被検面の凹凸のうねりの量があり、これらの関係から決まることになる。
【００５５】
次に、図７で説明した露光装置４０を用いたデバイス製造方法、例えば半導体デバイスの製造方法を、図１１を参照しながら説明する。半導体デバイスの製造工程では、半導体デバイスの基板となるウエハ４５に金属膜を蒸着し（Ｓ−１１）、この蒸着した金属膜上に感光性材料であるフォトレジストを塗布する（Ｓ−１２）。つづいて、前述した露光装置４０を用い、マスク（レチクル）４３に形成されたパターンをウエハ４５上の各単位露光領域５５に転写し（Ｓ−１３：露光工程）、この転写が終了したウエハ４５の現像、つまりパターンが転写されたフォトレジストの現像を行う（Ｓ−１４：現像工程）。その後、ウエハ４５の表面に生成されたレジストパターンをマスクとし、ウエハ４５の表面に対してエッチング等の加工を行う（Ｓ−１５：加工工程）。
【００５６】
ここで、レジストパターンとは、前述した露光装置４０によって転写されたパターンに対応する形状の凹凸が生成されたフォトレジスト層であって、その凹部がフォトレジスト層を貫通しているものである。加工工程では、このレジストパターンを介してウエハ４５の表面の加工を行う。この工程で行われる加工には、例えばウエハ４５の表面のエッチング、又は金属膜等の成膜の少なくとも一方が含まれる。なお、露光工程では、前述した露光装置４０は、フォトレジストが塗布されたウエハ４５を感光性基板としてパターンの転写を行う。
【００５７】
また、露光装置４０を用いたデバイス製造方法、例えば液晶表示素子等の液晶デバイスの製造方法を、図１２を参照しながら説明する。液晶デバイスの製造工程では、パターン形成工程（Ｓ−１６）、カラーフィルタ形成工程（Ｓ−１７）、セル組立工程（Ｓ−１８）、及びモジュール組立工程（Ｓ−１９）を順次行う。
【００５８】
パターン形成工程では、感光性基板としてフォトレジストが塗布されたガラス基板上に、前述した露光装置４０を用いて回路パターン、及び電極パターン等の所定のパターンを形成する。このパターン形成工程には、露光装置４０を用いてフォトレジスト層にパターンを転写する露光工程と、パターンが転写されたガラス基板上のフォトレジスト層の現像を行い、パターンに対応する形状のフォトレジスト層を生成する現像工程と、この現像されたフォトレジスト層を介してガラス基板の表面を加工する加工工程とが含まれている。
【００５９】
カラーフィルタ形成工程では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応する３つのドットの組をマトリックス状に多数配列するか、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルタの組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルタを形成する。
【００６０】
セル組立工程では、パターン形成工程によって所定パターンが形成されたガラス基板と、カラーフィルタ形成工程により形成されたカラーフィルタとを用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。
【００６１】
具体的には、例えばガラス基板とカラーフィルタとの間に液晶を注入することで液晶パネルを形成する。モジュール組立工程では、セル組立工程により組み立てられた液晶パネルに対し、この液晶パネルの表示動作を行わせる電気回路、及びバックライト等の各種部品を取り付ける。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。さらに、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）を、フォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程（露光装置）にも適用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１０ 変位検出装置
１３ 光源
１８ 対物レンズ
１９ 受光センサ
１９ａ 受光面
２１ シリンドリカルレンズ
２３ａ 被検面
２８ 表面うねり補正部
４０ 露光装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
光源が発した光束を被検面上に微小ビームとして投射させる対物レンズと、
被検面で反射した反射光束に非点収差を与える非点収差光学部材と、
非点収差が与えられた反射光束を集光させる集光レンズと、
前記集光した反射光束を入射させて受光パターンに応じた出力変化が得られるように受光面を複数に分割した受光センサと、
前記受光面から得られる変位信号に基づいて被検面の変位量を検出する信号処理手段と、
前記微小ビームの径が前記変位量に基づいて求まる被検面の微細な凹凸のうねりの周期ピッチよりも大きくなるように、前記集光レンズと前記受光面とを前記受光面に入射する光軸に沿って相対的に移動させる表面うねり補正手段と、
を備えたことを特徴とする変位検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の変位検出装置において、
前記表面うねり補正手段は、前記集光レンズと前記受光面との相対的な移動に連動して、前記対物レンズを前記変位量がゼロとなる合焦位置に移動させる対物レンズ移動手段を備えることを特徴とする変位検出装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の変位検出装置において、
前記表面うねり補正手段は、
前記変位量に基づいて前記被検面のうねりの周期ピッチを求め、前記周期ピッチよりも大きくなるように前記被検面に照射するビーム径を決めるビーム径決定手段と、
前記決定したビーム径に基づいて前記集光レンズと前記受光面との間隔を算出する間隔算出手段と、
を備えており、前記間隔になるように前記集光レンズと前記受光面とを相対的に移動させることを特徴とする変位検出装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の変位検出装置と、マスクに設けた所定のパターンが露光される感光性基板を支持する基板ステージと、を備える露光装置であって、
前記変位検出装置は、前記基板ステージの表面の面位置の変位を検出することを特徴とする露光装置。
【請求項５】
請求項４に記載の露光装置において、
前記変位検出装置は、前記基板ステージを事前に移動して前記表面の面位置の変位を検出しておくことで、前記集光レンズと前記受光面との間隔を予め決めておくことを特徴とする露光装置。
【請求項６】
請求項４に記載の露光装置において、
前記変位検出装置は、前記基板ステージを移動してマスクのパターンの像を前記感光性基板に露光中に、前記表面の面位置の変位を測定しながら、前記集光レンズと前記受光面との間隔を変えることを特徴とする露光装置。
【請求項７】
請求項４ないし６のいずれか１項に記載の露光装置を用いるデバイス製造方法において、
前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程と、
を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項１】
光源と、
光源が発した光束を被検面上に微小ビームとして投射させる対物レンズと、
被検面で反射した反射光束に非点収差を与える非点収差光学部材と、
非点収差が与えられた反射光束を集光させる集光レンズと、
前記集光した反射光束を入射させて受光パターンに応じた出力変化が得られるように受光面を複数に分割した受光センサと、
前記受光面から得られる変位信号に基づいて被検面の変位量を検出する信号処理手段と、
前記微小ビームの径が前記変位量に基づいて求まる被検面の微細な凹凸のうねりの周期ピッチよりも大きくなるように、前記集光レンズと前記受光面とを前記受光面に入射する光軸に沿って相対的に移動させる表面うねり補正手段と、
を備えたことを特徴とする変位検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の変位検出装置において、
前記表面うねり補正手段は、前記集光レンズと前記受光面との相対的な移動に連動して、前記対物レンズを前記変位量がゼロとなる合焦位置に移動させる対物レンズ移動手段を備えることを特徴とする変位検出装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の変位検出装置において、
前記表面うねり補正手段は、
前記変位量に基づいて前記被検面のうねりの周期ピッチを求め、前記周期ピッチよりも大きくなるように前記被検面に照射するビーム径を決めるビーム径決定手段と、
前記決定したビーム径に基づいて前記集光レンズと前記受光面との間隔を算出する間隔算出手段と、
を備えており、前記間隔になるように前記集光レンズと前記受光面とを相対的に移動させることを特徴とする変位検出装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の変位検出装置と、マスクに設けた所定のパターンが露光される感光性基板を支持する基板ステージと、を備える露光装置であって、
前記変位検出装置は、前記基板ステージの表面の面位置の変位を検出することを特徴とする露光装置。
【請求項５】
請求項４に記載の露光装置において、
前記変位検出装置は、前記基板ステージを事前に移動して前記表面の面位置の変位を検出しておくことで、前記集光レンズと前記受光面との間隔を予め決めておくことを特徴とする露光装置。
【請求項６】
請求項４に記載の露光装置において、
前記変位検出装置は、前記基板ステージを移動してマスクのパターンの像を前記感光性基板に露光中に、前記表面の面位置の変位を測定しながら、前記集光レンズと前記受光面との間隔を変えることを特徴とする露光装置。
【請求項７】
請求項４ないし６のいずれか１項に記載の露光装置を用いるデバイス製造方法において、
前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成する現像工程と、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工する加工工程と、
を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１４９９８３（Ｐ２０１２−１４９９８３Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８５９３（Ｐ２０１１−８５９３）
【出願日】平成２３年１月１９日（２０１１．１．１９）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１９日（２０１１．１．１９）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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