CN1488999A - 曝光装置的检查方法和曝光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于不增加成本进行曝光装置的照明轴偏移的检查。借助于光掩模1，使感光基板18的表面和二次光源14的面变成为光学共轭状态，在该状态下，对不包括投影光学系统17的光瞳的边缘的区域，和与该区域不重叠的、包括投影光学系统17的光瞳的边缘的区域进行照明以使感光基板18曝光，然后，根据使感光基板18显影得到的图案对照明轴偏移进行检查。

Description

曝光装置的检查方法和曝光装置
技术领域
本发明涉及在半导体器件的制造工艺中使用的曝光装置的检查方法和用来简便地进行该检查方法的曝光装置。
背景技术
作为为了使半导体器件的成品率维持在高状态的重要事情之一，可以举出使在光刻工序中使用的曝光装置保持正常的成像状态。为此，人们就要求可以用简单的方法检查、监视曝光装置的状态的技术。在曝光装置中，当二次光源的形状或辉度的分布改变时，与掩模图案向基板面上的成像有关的特性就会变化。因此，对于曝光装置的照明光学系统，也必须经常检查，使之保持同一状态。
作为会对曝光装置的成像特性造成影响的照明光学系统的误差要因，除去二次光源的形状或辉度的分布之外，还有要向光掩模入射的照明光作为一个整体斜向倾斜的现象(照明轴偏移)。
若用图19说明照明轴偏移的影响，则在未产生照明轴偏移的状态(图19(a))下，由于在晶片上已涂布了抗蚀剂的基板(感光基板)100处于像面101的状态(最佳聚焦)下，用光102A进行曝光得到的抗蚀剂图案103A，与在从最佳聚焦多少散焦的状态下，用光102B、102C进行曝光得到的抗蚀剂图案103B、103C之间没有位置偏移，故就变成为不怕焦点变动的装置。另一方面，在产生照明轴偏移的状态(图19(B))下，归因于感光基板100的散焦而使抗蚀剂图案103A～103C的形成位置横向地偏移，存在着作为曝光区域整体难于形成所希望的图案的可能。这将成为使不合格品个数增加的原因。
这样的缺点，可以采用对照明轴偏移进行检查，在确认照明轴偏移的存在后，就使曝光装置停止以进行维修的办法，防患于未然。以下，将二次光源的形状、辉度分布、照明轴偏移的检查综括起来记为“照明光学系统的检查”。
作为半导体器件的制造装置的检查方法，理想的是不使装置停止并在短时间内简便地进行测量的方法。作为满足这样的条件的照明光学系统的检查方法，在USP 5973771，或Proceedings of SPIE vol.3334，pp281-288中公开了这样的方法：通过使用遮住周围光的开口图案(针孔图案)，在不与感光基板的表面共轭的位置上设置该开口图案并进行曝光，在感光基板上形成二次光源的像，测量二次光源的形状或辉度分布。在这些方法的情况下，通过使开口图案作为针孔照相机的透镜发挥作用，将二次光源的像复制到感光基板上，通过观察复制像可以进行检查。另一方面，在USP6048651中公开了在使用波带片而不是使用单纯的开口图案取得二次光源的复制像进行检查的方法。
但是，即便是用在上述公报等中公开的不论哪一种方法，也根本不可能知道照明轴偏移。这是因为由于要在感光基板上形成的图案是表示二次光源的辉度分布的像，不包括任何与投影光学系统有关的信息，所以不可能判断对于投影光学系统来说照明光的垂直性得以保持与否。
作为在测量二次光源的形状或辉度分布的同时，还测量照明轴偏移的方法，在特开2000-21732中公开了使用在已对周围进行了遮光的开口图案的内部设置有衍射光栅的图案(光栅针孔图案，例如参看图20)的方法。在该方法的情况下，利用由衍射光栅产生的衍射光，与二次光源的辉度分布同时地复制规定投影光学系统的数值孔径的光阑的位置。
图21是在感光基板上借助于该曝光形成的图案的一个例子。0次衍射光的像110含有二次光源的辉度分布的信息。1次衍射光的像(轮廓像)111含有光阑的轮廓位置的信息。0次衍射光的像110的中央和光阑的轮廓像111的中央之间的位置偏移，表示照明轴偏移的量。
但是，若采用该方法，则必须将要在检查中使用的光掩模上的衍射光栅的周期形成得非常地小。以下，具体地对这一点进行说明。
在照明光学系统的检查中使用的光掩模上的衍射光栅的周期，必须满足与衍射光有关的2个限制条件，即必须满足(1)0次衍射光的像和1次衍射光的像不重叠，(2)1次衍射光在光阑位置(光瞳边缘)通过。
例如，在曝光波长为193nm，投影缩小倍数为1/4的曝光装置中，在要检查将投影光学系统的射出侧数值孔径(NA)为0.68，相干因子(σ)为0.75的状态的情况下，为满足上述2个条件所必要的满意的衍射光栅的周期将变成为大约0.64微米。如果将它换算成感光基板上的尺度，则将变成为半步距为0.08微米，比在现在正在进行量产的半导体器件中使用的重复图案的最小线条宽度0.13～0.11微米还小。
具有这样的微细的图案的光掩模的制作，需要高级的技术，因而价格会上涨。因此，若用现有的技术，要检查曝光装置的照明轴偏移而不增加价格是困难的。
发明内容
如上所述，作为在测量二次光源的形状或辉度分布的同时，也测量照明轴偏移的曝光装置的检查方法，虽然人们知道使用在已对周围进行了遮光的开口图案的内部设置了衍射光栅的图案的方法，但是该方法却存在着在检查中要使用的光掩模的造价高的问题。
本发明就是有鉴于上述情况而发明的，目的在于提供不增加成本而可以进行照明轴偏移的检查的曝光装置的检查方法和曝光装置。
在本申请中公开的发明中，简单说来代表性的发明如下。即，为了实现上述目的，本发明的曝光装置的检查方法是一种用照明光学系统对设置在第1设置装置上的光掩模进行照明，通过投影光学系统，将上述光掩模的图案投影到设置在第2设置装置上的基板上的曝光装置的检查方法，其特征在于具有如下工序：作为上述基板将检查用感光基板设置到上述第2设置装置上，在该感光基板的表面和上述照明光学系统的二次光源的面在光学共轭状态下，对上述感光基板进行二次曝光的工序，在上述二次曝光的一次中，对不包括上述投影光学系统的光瞳边缘的第1区域进行照明，在另一次中，则对包括上述投影光学系统的光瞳的边缘的第2区域进行照明，而且作为上述第1区域和上述第2区域选择彼此不重叠的区域；和根据对上述感光基板进行显影得到的图案，检查上述曝光装置的照明轴偏移的工序。
在本发明中，进行所谓使照明光学系统的二次光源的面和感光基板的表面变成为光学共轭状态，对不包括投影光学系统的光瞳边缘的第1区域进行照明以使感光基板曝光，对包括投影光学系统的光瞳边缘的第2区域进行照明以使感光基板曝光的二次曝光，根据进行了该二次曝光的感光基板进行显影得到的图案，检查曝光装置的照明轴偏移。
在这里，在上述二个图案中与前者的曝光对应的图案(第1图案)，含有照明光学系统的信息，但却不含有投影光学系统的信息。另一方面，与后者的曝光对应的图案(第2图案)则含有照明光学系统和投影光学系统的信息。具体地说，第2图案的轮廓，含有投影光学系统的光瞳的边缘的信息，上述第2图案中那些比上述轮廓更靠内侧的图案，则含有照明光学系统的信息。
因此，照明轴的偏移(照明光学系统和投影光学系统的光学性的偏移)的检查，可采用对第1图案和第2图案进行比较的办法进行。此外，这样的检查，由于不使用昂贵的光栅针孔可以实施，故不会增加造价。对于这些点，在发明的实施细节中还要进一步说明。
此外，本发明涉及的曝光装置，其特征在于具备：设置有光掩模的第1设置装置；用来对在设置在该第1设置装置上的上述光掩模上形成的图案进行照明的照明光学系统；设置有基板的第2设置装置；用来向已设置在该第2设置装置上的上述基板上投影上述光掩模的像的投影光学系统；配置在上述照明光学系统的二次光源的面与上述投影光学系统之间的光路中，或配置在上述投影光学系统与上述基板之间的光路中的透镜部件。
倘采用这样的构成，由于预先具备有本身为用来使照明光学系统的二次光源的面与感光基板的表面成为光学共轭状态的部件的透镜部件，故可以简便地进行本发明的检查方法。
本发明的上述以及其它的目的和特征，将会由本说明书的讲述和所附附图了解明白。
如上所述，倘采用本发明，就可以实现不增加成本的可以进行照明轴偏移的检查的曝光装置的检查方法和曝光装置。
附图说明
图1是显示在本发明的实施方案1涉及的曝光装置的检查方法中使用的光掩模的平面图。
图2是模式性地显示将该光掩模设置到作为检查对象的众所周知的曝光装置内的状态的图。
图3是显示使半导体器件曝光时的光掩模的图案面的朝向的图。
图4是显示在实施方案1中使用的二次光源的照明形状的平面图。
图5是显示在第1次和第2次曝光时从二次光源发出的光束的投影光学系统的光瞳面的位置和光阑位置的图。
图6是显示在使用图4的二次光源的照明形状的情况下在感光基板上形成的抗蚀剂图案的平面图。
图7是显示在使用变形例的二次光源的照明形状的情况下在感光基板上形成的抗蚀剂图案的平面图。
图8是显示本发明涉及的实施方案2的二次光源的照明形状的平面图。
图9是显示在使用图8的二次光源的照明形状的情况下在感光基板上形成的抗蚀剂图案的平面图。
图10是为说明本发明的实施方案3涉及的曝光装置的检查方法的图。
图11是为了说明本发明的实施方案4涉及的曝光装置的检查方法的图。
图12是显示在该曝光装置的检查方法中使用的感光基板的剖面图。
图13是显示在该感光基板上形成的抗蚀剂图案的平面图。
图14是显示本发明的实施方案5的透镜阵列的侧视图和顶视图。
图15是显示为了进行照明光学系统的检查而将该透镜阵列插入到光路中的曝光装置的图。
图16是显示图14的透镜阵列的变形例的侧视图和平面图。
图17是用来说明本发明的实施方案6涉及的曝光装置的检查方法的图。
图18是用来说明本发明的实施方案7涉及的曝光装置的检查方法的图。
图19是用来说明曝光装置的照明轴偏移的影响的图。
图20是显示在现有的照明轴偏移的测量方法中使用的光栅针孔的平面图。
图21是显示用现有的照明轴偏移的测量方法形成的感光基板上的图案的平面图。
符号说明
1       光掩模(图案部件)
2       圆形开口部
3       遮光膜
11      光源
12      曝光光
13      照明光学系统
14      二次光源
15      电容透镜
16      掩模载置台(第1设置装置)
17      投影光学系统
18，18’感光基板
19      基板载置台(第2设置装置)
21，22  照明形状
31，33  光束位置
32，34  光阑位置
41      内侧图案
42      外侧图案
43      投影光学系统的光阑的边缘的像
51，52  照明形状
61，62  图案
63      假想的圆
70      透明基板
71      光致抗蚀剂
72      铬膜(反射膜)
81，82  图案
83      投影光学系统的光阑的边缘的像
90，90’透镜阵列(图案部件)
91      透镜保持器
92      透镜
93      臂(待避装置)
具体实施方式
以下，边参看附图边说明本发明的实施方案。
(实施方案1)
图1是显示在本发明的实施方案1涉及的曝光装置的检查方法中使用的检查用光掩模(以下，简称为光掩模)的平面图。
光掩模1，由厚度6.35mm(0.25英寸)的作为透明基板的石英基板(未画出来)，和在该石英基板上依次淀积上的铬膜、氧化铬膜的叠层膜构成，包括具有直径55微米的圆形开口部2(开口图案)的遮光膜。上述石英基板的厚度并不限定于6.35mm，只要是在1mm或以上小于10mm的范围内即可。
从圆形开口部2的边缘算起在200微米或以内的区域上没有别的圆形开口部分。即，被设计成使得透过圆形开口部2后的光，与透过了与圆形开口部2不同的圆形开口部后的光不会向同一地方照射。此外，在圆形开口部2的内部没有衍射光栅等的遮光区域。
光掩模1，由于不具有微细的图案，故制造是容易的。因此，光掩模1与现有的具有微细的衍射光栅图案的光掩模相比，造价不会增加。
其次，对使用光掩模1的曝光装置的检查方法进行说明。
图2是模式性地显示将本实施方案的光掩模1设置到作为检查对象的众所周知的曝光装置内的状态的图。光掩模1作为针孔照相机发挥作用，借助于该光掩模1的作用，照明光学系统13的二次光源14的面和感光基板18的表面，变成为光学性地共轭状态。
在图2中，11表示KrF准分子激光光源或水银灯等的光源，从该光源11发出的曝光光12，经由照明光学系统13后被整形，形成二次光源14。
在二次光源14的面上，设置图中未示的多个孔眼掩模，使得可以选择这些孔眼掩模中的任意一者。因此，二次光源14的照明形状，就变成为与所选的孔眼掩模的开口部(孔眼)对应的形状。
从二次光源14发出的通过了上述孔眼掩模后的光，经由电容透镜15，以大体上均一的照度，对设置在掩模载置台16(第1设置装置)上的光掩模1进行照明。
通过光掩模1后的光借助于投影光学系统进行聚光，向检查用的感光基板18上投影光掩模1的图案的像。感光基板18被设置在基板载置台19(第2设置装置)上。在这里，将投影光学系统17的缩小倍数M为1/4。缩小倍数M，通常为1/4或1/5。
在投影光学系统17的内部有规定光瞳的大小的光阑，从投影光学系统17的中心轴远离开来的光束在这里被遮光。因此，在照射在光阑的边缘附近通过的这样的光的情况下，就可以将表示光阑的边缘的图案复制到感光基板18上。从二次光源14发出的光束究竟要在投影光学系统17的光瞳的哪一个区域通过，由表示上述光阑的边缘的图案的复制位置判明。
感光基板18，包括直径200mm的硅晶片，和已涂敷到该硅晶片上的正型光致抗蚀剂。也可以代替正型光致抗蚀剂使用负型光致抗蚀剂。本实施方案的检查用的感光基板18，由于用通用品(硅晶片、光致抗蚀剂)构成，故造价不会增加。
在本实施方案中，在检查曝光装置时，将光掩模1设置到曝光装置内，使照明光学系统13的二次光源14的面和感光基板18的表面为光学共轭状态。
另外，在曝光半导体器件图案时，二次光源14的面和投影光学系统17的光瞳面处于光学性地共轭关系，光掩模1的图案面和感光基板18的表面处于共轭的关系。此时，二次光源14的面的光强度分布和光掩模1的图案面上的像强度，可以用傅立叶变换对的关系表示。至于投影光学系统17的瞳面上的光强度分布和感光基板18的表面上的像强度，也可以用傅立叶变换对的关系表示。
在本实施方案中，如图2所示，将光掩模1的图案面的朝向，设置为与曝光半导体器件图案时的朝向(图3)相反，即反过来地设置。借助于此，就可以不使光掩模1的图案面和感光基板18的表面变成为光学性地共轭状态。
在这里，当将光掩模1的图案面和感光基板18的表面成为光学性地共轭状态时，光掩模1的信息(图案的形状·尺寸)，就被反映到显影感光基板18得到的抗蚀剂图案上。照明轴偏移的检查所必要的信息，是照明光学系统的信息和投影光学系统的信息，光掩模1的信息是不需要的。
在光掩模1的信息被反映于抗蚀剂图案上的情况下，就需要区别光掩模1的信息与照明光学系统和投影光学系统的信息，因而存在着使检查变得复杂起来之虞。因此，为了简便地进行检查，优选不使光掩模1的信息反映在抗蚀剂图案上。
另外，就如后述的实施方案5的情况那样，在使用无图案的光掩模1即使用透明基板的情况下，即便是使光掩模1和感光基板18成为光学性地共轭状态也没有问题。
如上所述地将光掩模1设置在掩模载置台16上，将感光基板18设置在基板载置台19上，然后在光掩模1和感光基板9静止的状态下进行曝光。该曝光是二次曝光，在二次光源14的照明形状不同的2个状态下分别各进行1次。
图4是显示在本实施方案中使用的二次光源14的照明形状的平面图。图14(a)显示在第1次曝光中使用的照明形状21，图4(b)显示在第2次曝光中使用的照明形状22。以下，对使用这些照明形状的二次曝光详细地进行说明。
现在，假定在NA＝0.55，σ＝0.85的状态下进行某一半导体器件的某一层的图案的曝光，在检查在该状态下的曝光装置的情况下，要在NA＝0.55，σ＝0.85的状态(状态1)下进行第1次的曝光。进而，在该第1次的曝光中，使用照明形状21(二次光源14的中心的位置得以出现的那样的二次光源形状)。
另外，σ是照明光学系统的射出侧数值孔径NAi11和投影光学系统17的入射侧数值孔径NAin的比(NAi11/NAin)。由于NAin＝NA×M(M为投影透镜的缩小倍数)，故也可以表示为σ＝NAi11/(NA·M)。由于上述NA(0.55)是投影光学系统17的射出侧数值孔径，σ＝0.85，M＝1/4，故NAin＝0.1375，NAi11＝0.116875。因此NAin＞NAi11。
第2次的曝光，在不使NA变化，使照明形状21变更为照明形状22的状态(成为状态2)下进行。用第2次的曝光的照明形状22进行的照明，是轮带照明，是轮带的外周的大小比σ＝1大，而且，轮带的内周的大小比σ＝1小的轮带照明。进而，第2次的曝光的照明形状22，要选择为使得其不与第1次的曝光的照明形状21重叠。
在这里，用数值孔径的维数表示形成轮带的内周的光，与该光进行入射的光掩模1的面的法线所构成的角度θi2(与二次光源的内周对应的光的入射角)的数值NAi2(＝sinθin)，变成为比NAin还小。因此，在本实施方案的情况下，满足不等式NAi1＞NAin＞NAi2。
考虑第1次的曝光NAi11＝0.116875，第2次曝光的轮带照明的外周是比NAin＝0.1375还大的位置，内周则为比NAin＝0.1375还小而且比NAi11＝0.116875还大的位置。具体地说，例如，使第2次的曝光的轮带照明的外周变成为NAi11＝0.15，使内周变成为NAi11＝0.125。在该情况下，要投影到感光基板18上的二次光源14的像，就变成为其外侧被投影光学系统17的光阑遮挡起来的像。换句话说，投影光学系统17的光瞳的轮廓，被投影到感光基板18上。
图5(a)示出了第1次曝光时从二次光源14发出的光束在投影光学系统17的光瞳面上的位置(光束位置)31和光阑位置32，图5(b)示出了第2次的曝光时从二次光源14发出的光束在投影光学系统17的光瞳面上的位置(光束位置)33和光阑位置34。
在光瞳面上，在第1次曝光时光束要通过的第1区域和在第2次曝光时光束要通过的第2区域不重叠，第2次曝光时的光束复制光阑的轮廓。另外，在状态1下进行的曝光和在状态2下进行的曝光的顺序也可以交换。此外，状态1的曝光的曝光量和状态2的曝光的曝光量为大体上同一值。
第1次、第2次的曝光结束后，就从曝光装置中将感光基板18搬运出来进行显影。图6示出了在感光基板18上形成的抗蚀剂图案。抗蚀剂图案，为包括在中央反映状态1的照明形状和辉度分布的图案(以下，叫做内侧图案)41，和处于该内侧图案41的周围，反映状态2的照明形状和辉度分布的轮带状的图案(以下，叫做外侧图案)42。在图中，43是表示外侧图案42的外周的圆，即是表示投影光学系统17的光瞳的圆(投影光学系统17的光阑的边缘的像)。
照明光学系统的检查，可通过测定上述抗蚀剂图案进行。首先，二次光源14的形状和辉度分布的检查，可通过测量内侧图案41进行。如果已用合适的曝光量进行了曝光，由于将变成为高辉度的区域的抗蚀剂溶解，低辉度的区域的抗蚀剂不溶解的状态，故可以以曝光量和抗蚀剂的溶解分布的关系为基础，判明照明形状和辉度分布。
另一方面，照明轴偏移的检查，则可采用测量表示内侧图案41的外周的圆的中心，和表示外侧图案42的外周的圆的中心之间的偏移的办法进行。在没有照明轴偏移的理想的状态下，2个圆的中心一致。
另一方面，在2个圆的中心的偏移不是0的情况下，意味着从二次光源14发出的光束在投影光学系统17的光瞳的中央偏移开来的位置上通过。这意味着向投影光学系统17入射的照明光，是作为全体已变成为倾斜的状态(照明轴偏移的状态)，而且2个圆的中心偏移越大则照明轴偏移越大。
在这里，如果设向光掩模1入射的光的轴(正确地说，是向光掩模1入射的具有有限的扩展的圆锥状的光的中心轴)，和该光要入射的光掩模1的面的法线所构成的角(向光掩模入射的具有有限的扩展的圆锥状的光的中心轴的倾斜度)为θ弧度，则照明轴偏移可以用下式(1)进行评价。
sinθ＝L×NA/R        (1)
L：表示内侧图案41的外周的圆和表示外侧图案42的外周的圆的中心间的距离
R：表示投影光学系统17的光瞳的圆的半径
由于L和R是可测定的，故若使用式(1)，则可以求得照明轴偏移的大小(sinθ)。照明轴偏移的方向，例如，可以用在以表示内侧图案41的外周的圆的中心为原点的X-Y坐标系中、表示外侧图案42的外周的圆的中心的X坐标和Y坐标的值进行评价。
在本实施方案中，虽然在状态1、状态2这2个状态下进行曝光，但是，作为检查对象的状态是状态1，而并非状态2的照明光学系统13的检查。
进行状态2的曝光的目的在于，通过保持与状态1同样地进行投影光学系统17的曝光，将在状态1下的光阑的位置(投影光学系统17的信息)投影到抗蚀剂图案上。因此，在状态2中，即便是假定多少产生了照明轴偏移，只要在光束被投影到光阑上的状态，对于测量来说就没有问题。图7示出了在这样的情况下得到抗蚀剂图案的一个例子。
如上所述，倘采用本发明，作为在检查中使用的光掩模，通过代替在现有方法中一直使用的那种具有微细构造的难于制造的光掩模，使用容易制造的光掩模1，就可以不增加成本地进行曝光装置的照明轴偏移的检查。
另外，在本实施方案中，虽然将圆形开口部2(针孔)的直径作成为55微米，但是圆形开口部2的直径并不限定于此。以下就这一点进一步进行说明。
为了正确地将二次光源14的像复制到感光基板18上，必须合适正确地形成圆形开口部2的尺寸。这是因为如该尺寸过大，则感光基板18上的像的模糊增大，反之，如果过小，则像将归因于衍射而变得模糊起来。
合适正确的圆形开口部2的尺寸，与从圆形开口部2到光掩模1的下表面的距离(光掩模1的透明基板的厚度)和曝光波长有关。本发明者们通过实验确认：在光掩模1的厚度为6.3mm，折射率约为1.5，曝光波长为248nm(KrF准分子激光的波长)的情况下，采用将圆形开口部2的直径设定为50-60微米的范围内的办法，就可以在感光基板18上得到表示分辨率良好的二次光源14的像的抗蚀剂图案。
另外，即使上述的50～60微米的直径条件多少偏离的情况下，只要使用直径在40微米或以上80微米或以下大小的圆形开口部2，已确认虽然有时有精度多少有些降低的情况，但可得到实用上必要的精度，可进行检查。
此外，在像本实施方案那样，在光掩模1的表面(上表面)上设置圆形开口部2以检查曝光装置的情况下，若设从圆形开口部2到光掩模1的下表面的距离(透明基板的厚度)为D，曝光波长为λ，透明基板的折射率为n，则圆形开口部2的半径r，可用下式给出。
r＝a(nDλ)1/2
其中，a是0.5-0.6左右的值。
(实施方案2)
本实施方案与实施方案1的不同点在于，使状态2的照明形状变成为如图8(b)所示，在纵横4个方向都具有辉度分布的极大的照明形状52。状态2的照明形状，如图8(a)所示，是与图4(a)的照明形状21同样的圆形的照明形状51。
在该情况下，也与实施方案1同样，要作成为使得状态1的照明形状51和状态2的照明形状52之间没有重叠，变成为使与状态2的照明形状的最外周对应的圆53的大小为比σ＝1还大的状态，使与最内周对应的圆54的大小为比σ＝1还小的状态。
在该情况下，要取得的抗蚀剂图案，如图9所示，成为包括在中央反映状态1的照明形状·辉度分布的图案61，和处于该图案61的周围，反映状态2的照明形状和辉度分布的4个图案62的结构。
描仿图案62的外周的假想的圆63，相当于实施方案1的图6的圆43，示出了表示投影光学系统17的光瞳的圆(投影光学系统17的光阑的边缘的像)。
曝光装置的检查方法，可采用将实施方案1的内侧图案41、外侧图案42、圆43，分别换读成图案61、图案62和圆43的办法，与实施方案1同样地进行。
另外，在本实施方案中，虽然作成为在纵横4个方向上具有辉度分布的极大的照明形状52，但是从原理上说只要是在3个方向上具有辉度分布的极大的照明形状，就可以进行测定。
(实施方案3)
本实施方案与实施方案1不同点在于：第1，如图10所示，将光掩模1的图案面的朝向，设定为与进行半导体器件图案曝光时的朝向相同。本实施方案的光掩模1，圆形开口部的直径为15微米，变得比实施方案1的情况下更小。就光掩模1来说，其它的条件与实施方案1是相同的。
第2，在完全保持原状的情况下，由于光掩模1的图案面和感光基板18的表面变成为光学共轭状态，故如图10所示，使感光基板18的表面位置，从光掩模图案的复制时的位置P1，在感光基板18的表面的法线方向上，向从远离投影光学系统17的方向移动30微米，变成为光掩模1的图案面和感光基板18的表面非光学共轭状态。
像这样地设置光掩模1和感光基板18，然后，在使光掩模1和感光基板18静止的状态下进行曝光。该曝光，进行在二次光源14的照明形状不同的2个状态下分别进行1次地二次曝光。
第1次的曝光的光学条件，定为NA＝0.55，NAi11＝0.116875，在第2次的曝光中，则变成为NA＝0.55，外周NAi11＝0.15，内周为NAi11＝0.125的轮带照明。状态1的曝光的曝光量和状态2的曝光的曝光量大体上定为同一值。
在第1次、第2次的曝光结束后，从曝光装置中搬运出感光基板18以进行显影。在感光基板18上形成的抗蚀剂图案，变成为与图6的抗蚀剂图案相似的图案。上述抗蚀剂图案，就变成为包括在中央形成的圆盘状图案，和位于圆盘状的图案的周围的轮带状的图案的结构。照明光学系统的检查，可用与实施方案1所述的方法同样的步骤进行。
另外，在本实施方案中，虽然使感光基板18向从投影光学系统17远离开去的方向移动，但是即便是使之向投影光学系统靠近的方向移动，使光掩模1的图案面和感光基板18的表面变成为非光学共轭状态，也可以得到同样的效果。
另外，在本实施方案中，虽然将光掩模1的圆形开口部(针孔)的直径作成为15微米，但是圆形开口部的直径并不限定于15微米。以下进一步对这一点进行说明。
为了正确地将二次光源14的像复制到感光基板18上，必须合适正确地形成圆形开口部2的尺寸。这是因为如该尺寸过大，则感光基板18上的像的模糊增大，反之，如果过小，则像将归因于衍射而变得模糊起来。
合适正确的圆形开口部2的尺寸，与从光掩模1的图案面到感光基板18的表面的距离和曝光波长有关。本发明者们通过实验确认：感光基板18从P1偏移的距离(散焦距离)为约30微米，曝光波长为248nm的情况下，通过将光掩模1的圆形开口部的直径设定为10-15微米的范围内，就可以在感光基板18上得到表示分辨率良好的二次光源14的像的抗蚀剂图案。
另外，即便是从上述10-15微米的直径条件多少偏移开来的情况下，只要光掩模1的圆形开口部的直径在1微米或以上20微米或以下的范围内，虽然有时候精度会多少下降一点但已经确认仍可以得到实用上必要的精度，检查是可能的。
(实施方案4)
图11是用来说明本发明的实施方案4涉及的曝光装置的检查方法的图。在本实施方案中，在使光掩模1的图案面的朝向反过来地设定的同时，作为感光基板18’使用图12所示的那种结构的感光基板。
感光基板18’，是对曝光光(曝光波长)基本透明的材质；如图12所示，包括由熔融石英构成的厚度1mm的薄的透明基板70；在该透明基板70的表面上设置的具有使曝光光(曝光波长)的一部分透过去那种程度的透明度的光致抗蚀剂(感光剂)71；在透明基板70的背面上设置的用来使该背面镜面化以反射曝光光的铬膜(反射膜)72。光致抗蚀剂71用涂敷法形成，铬膜72则用蒸镀法形成。
光掩模71，就如在实施方案1(图1)中所说明的那样，具有圆形开口部2，但是其直径在这里为80微米。光掩模1的图案面和感光基板18’的表面，处于光学共轭状态。
用在实施方案3中所述的光学条件进行第1次和第2次曝光。如图12所示，到达了感光基板18’的表面上的曝光光，在感光光致抗蚀剂71以形成光掩模1的图案的像(第1像)的同时，通过光致抗蚀剂71和透明基板70后在铬膜72(感光基板18’的背面的镜面)处反射，再次到达感光基板18’的表面，感光光致抗蚀剂71并形成像(第2像)。
在这里，由于光掩模1的图案面与感光基板18’的表面处于光学共轭状态，故光掩模1的图案面与已形成了第1像的区域的感光基板18的表面处于光学共轭状态。
但是，在感光基板18’的背面处进行反射的光路，由于比在感光基板18’的表面处进行反射的光路更长，故光掩模1的图案面与已形成了第2像的区域的感光基板18的表面不处于光学共轭状态。
即，形成第2像的光，实质上与实施方案3同样，结果变成为对从光掩模图案复制时的位置向从投影光学系统17远离开来的方向移动的感光基板18进行曝光。
在第1次、第2次的曝光结束后，从曝光装置中搬运出感光基板18以进行显影。图13示出了在感光基板18’上形成的抗蚀剂图案。抗蚀剂图案的构造为包括：在中央具有与光掩模1的图案的缩小像(第1像)对应的图案81；处于该图案81的周围，与借助于在感光基板18’的背面的镜面处反射的光进行感光而形成的第2像对应的图案82。
在图中，83是表示图案82的外周的圆，即示出了投影光学系统的光阑的边缘的像。此外，在2个图案82中内侧的圆形图案相当于图6的图案41，外侧的轮带图案则相当于图6的图案42。
对图案82用与在实施方案1中所述的方法同样的步骤，进行照明光学系统的检查。这时，由于图案81的直径，将变成为图案82的1/100或以下，故在图案82的解析中不会变成为障碍。
(实施方案5)
本实施方案与实施方案1的不同点在于：代替光掩模1，使用图14所示那样的透镜阵列90，使照明光学系统13的二次光源14的面和感光基板18的表面处于光学共轭状态。此外，透镜阵列90已被组装到曝光装置内。
透镜阵列90，包括对曝光光(曝光波长)透明的透镜保持器91，和矩阵状地固定到该透镜保持器91上设置的多个透镜92。图14(a)是侧视图，图14(b)是上平面图。
透镜保持器91，借助于由图中未示的驱动机构进行控制的臂93(待避装置)进行支持，使得其可插入到光路中去或从光路中退避出来。借助于此，透镜阵列90，在已配置上的半导体器件图案的曝光时就退避到光路以外，在进行照明光学系统的检查时，就如图15所示被插入到曝光光的光路中去。
这时，透镜保持器91，被插入到光掩模1的表面的上方，以使得已配置有透镜92的面(透镜面)与感光基板18的表面平行另外，在这里，光掩模1仅仅是不含有图案的透明基板，可以省略。
此外，透镜阵列90在光掩模的表面的上方，在对该表面垂直的方向上，被设置在离开规定距离的位置上。规定距离，是对曝光波长的光的透镜92的焦点距离或与该规定距离大体上一致的距离(与焦点距离实质上是同一距离)。采用将透镜阵列90设置到这样的位置上的办法，就可以在感光基板18上形成鲜明的抗蚀剂图案(像)。
在该状态下，由于二次光源14的面和光掩模1的表面(下表面)变成为光学性地共轭，此外，光掩模的背面(下表面)与感光基板18的背面变成为光学性地共轭，故二次光源14的面和感光基板18的表面将变成为光学性地共轭。
另外，在不使用光掩模1(透明基板)的情况下，光掩模1(透明基板)为假想地存在的情况下，要将透镜阵列90设定为使得焦点位于假想性的光掩模1(透明基板)的表面上。光掩模1虽然可以省略，但是实际上存在成为透镜阵列90的定位基准的光掩模1时，可以容易地正确地进行定位。
在已插入了透镜阵列90的状态下，实施在实施方案1中所述的曝光方法，取得抗蚀剂图案，然后，与实施方案1同样，通过对抗蚀剂图案进行解析，就可以进行照明光学系统的检查。
此外，倘采用本实施方案，由于使装置本身具有作为进行曝光装置的照明光学系统13的检查所必须的机构的透镜阵列90和用来对之进行驱动的未画出来的驱动机构，故与每当进行检查时都要准备检查所必要的机构的情况比较，可以简便地进行检查。
另外，在图14、图15中虽然画出了具有厚度的透镜92，但是即便是使用圆形开口或波带片也可以得到同样的效果。
此外，在本实施方案中，由于使用了透镜阵列90，故虽然可以一揽子地进行曝光区域全体的检查，但是即便是用1个透镜，采用边改变该透镜的配置位置边进行多次曝光，然后进行显影的办法，也可以得到同样的检查效果。在使用透镜阵列90的情况下，可以在短时间内进行检查，另一方面，在使用1个透镜的情况下，则可以削减装置成本。
图16示出了透镜阵列90的变形例。该变形例的透镜阵列90’，含有设置有透镜92的区域对曝光光变成为透明区域，未设置透镜92的区域对曝光光变成为遮光区域的透镜保持器91。
这样的透镜阵列90’，作为透镜保持器91，例如，可以采用使用含有透明基板、在该透明基板上形成的在要设置透镜92的区域上具有开口部的遮光膜的透镜保持器的办法实现。
倘使用这样的透镜阵列90’，则只有照射到已设置有透镜92的区域的透镜保持器91的表面上的曝光光，才会到达感光基板18上。为此，由于可以防止不需要的曝光光变成为杂散光而到达感光基板18上的现象，故可以防止由该杂散光引起的测定图案的形状劣化，可以进行精度更高的测定。
(实施方案6)
图17是用来说明本发明的实施方案6涉及的曝光装置的检查方法的图。
本实施方案与实施方案5的不同点在于：使透镜阵列90的插入位置变成为照明光学系统12和投影光学系统17之间，具体地说变成为光掩模1与投影光学系统17之间。在该情况下，要将透镜阵列90插入到使距光掩模1的距离是透镜92对曝光波长的光的焦点距离的位置或与该距离大体上一致的位置上。
采用将透镜阵列90插入到这样的位置上的办法，就可以进行与实施方案5同样的测定。此外，与实施方案5同样的变形例也是可能的。
(实施方案7)
图18是用来说明本发明的实施方案7的曝光装置的检查方法的图。
本实施方案与实施方案6的不同点在于：使透镜阵列90的插入位置变成为投影光学系统17与感光基板18之间。在该情况下，采用将透镜阵列90插入到透镜92对曝光波长的光的焦点到达感光基板18的表面或表面附近的位置上的办法，就可以进行与实施方案5同样的测定。此外，与实施方案5同样的变形例也是可能的。
另外，本发明并不限定于上述实施方案。例如，在上述实施方案中，为了要使照明光学系统的二次光源的面和感光基板的表面变成为光学共轭状态，虽然使用的是光掩模(针孔照相机)1或透镜阵列90，但是也可以使用别的图案部件。
此外，在上述实施方案中包括种种阶段的发明，借助于被公开的多个构成要素的适宜组合可以抽出种种的发明。例如，在即便是从在实施方案中所示的全部构成要素中削除若干个构成要素，也可以解决在发明要解决的课题的栏目中所述的课题的情况下，就可以将已削除了该构成要素的构成作为发明抽出。
除此之外，在不背离本发明的要旨的范围内，可以进行种种变形后予以实施。

Claims (21)

1.一种用照明光学系统对设置在第1设置装置上的光掩模进行照明，通过投影光学系统，将上述光掩模的图案投影到设置在第2设置装置上的基板上的曝光装置的检查方法，其特征在于具有如下工序：
作为上述基板将检查用感光基板设置到上述第2设置装置上，在该感光基板的表面和上述照明光学系统的二次光源的面在光学共轭状态下，对上述感光基板进行二次曝光的工序，在上述二次曝光的一次中，对不包括上述投影光学系统的光瞳的边缘的第1区域进行照明，在另一次中，则对包括上述投影光学系统的光瞳的边缘的第2区域进行照明，而且作为上述第1区域和上述第2区域选择彼此不重叠的区域；
和根据对上述感光基板进行显影得到的图案，检查上述曝光装置的照明轴偏移的工序。
2.根据权利要求1所述的曝光装置的检查方法，其特征在于：为了使上述感光基板的表面和上述照明光学系统的二次光源的面变成为光学共轭状态，在上述照明光学系统与上述投影光学系统之间，或在上述投影光学系统和上述感光基板之间，设置已在表面上形成了图案的图案部件。
3.根据权利要求2所述的曝光装置的检查方法，其特征在于：上述图案部件是检查用光掩模，而且，该检查用光掩模，以其已形成了图案的面，与上述投影基板的表面为非光学共轭状态，被设置在上述第1设置装置上。
4.根据权利要求3所述的曝光装置的检查方法，其特征在于：上述检查用光掩模的上述图案，含有对曝光光透明的圆形图案。
5.根据权利要求4所述的曝光装置的检查方法，其特征在于：通过使已设置有上述圆形图案的面面向上述二次光源的面，将上述检查用光掩模设置在上述第1设置装置上，使上述检查用光掩模的已形成了上述开口图案的面和上述感光基板的表面成为非光学共轭状态。
6.根据权利要求5所述的曝光装置的检查方法，其特征在于：将上述开口图案的直径，设定在40微米或以上80微米或以下的范围内。
7.根据权利要求4所述的曝光装置的检查方法，其特征在于：使已设置有上述圆形图案的面面向上述投影光学系统的光瞳，将上述检查用光掩模设置在上述第1设置装置上。
8.根据权利要求7所述的曝光装置的检查方法，其特征在于：通过对上述投影光学系统的光瞳和上述感光基板的表面之间的距离进行控制，使上述检查用光掩模的已形成了上述开口图案的面和上述感光基板的表面成为非光学共轭状态。
9.根据权利要求7所述的曝光装置的检查方法，其特征在于：作为上述感光基板，使用包括对曝光光透明的基板，和设置在该基板的与上述曝光光入射侧的面相反的面上的，反射上述曝光光的反射膜的感光基板。
10.根据权利要求7所述的曝光装置的检查方法，其特征在于：将上述开口图案的直径，设定在1微米或以上20微米或以下的范围内。
11.根据权利要求1所述的曝光装置的检查方法，其特征在于：上述感光基板，包括硅晶片，和已涂敷到该硅晶片上的光致抗蚀剂。
12.根据权利要求2所述的曝光装置的检查方法，其特征在于：上述图案部件是透镜部件，而且，该透镜部件被配置在上述照明光学系统的二次光源的面与上述投影光学系统之间的光路中，或配置在上述投影光学系统与上述感光基板之间的光路中。
13.根据权利要求1所述的曝光装置的检查方法，其特征在于：在通过上述二次光源照明上述第2区域，以使上述感光基板曝光时，使上述二次光源的照明形状成为轮带状。
14.根据权利要求1所述的曝光装置的检查方法，其特征在于：在通过上述二次光源照明上述第2区域，以使上述感光基板曝光时，使上述二次光源的照明形状变成为在3个方向上具有辉度的极大的形状。
15.根据权利要求13或14所述的曝光装置的检查方法，其特征在于：
上述投影光学系统的光瞳面的上述二次光源的照明形状，满足不等式：
NAi1＞NAin＞NAi2
NAin：上述投影光学系统的入射侧数值孔径
NAi1：上述照明光学系统的射出侧数值孔径
NAi2：用数值孔径的维数表示的与上述二次光源的内周对应的光的入射角的数值
16.一种曝光装置，其特征在于具备：
设置光掩模的第1设置装置；
用来对在设置在该第1设置装置上的上述光掩模上形成的图案进行照明的照明光学系统；
设置基板的第2设置装置；
用来向已设置在该第2设置装置上的上述基板上，投影上述光掩模的像的投影光学系统；
配置在上述照明光学系统的二次光源的面与上述投影光学系统之间的光路中，或配置在上述投影光学系统与上述基板之间的光路中的透镜部件。
17.根据权利要求16所述的曝光装置，其特征在于：上述透镜部件，被设置在在上述光掩模的表面的上方对该表面垂直的方向上，或在上述基板的表面的上方对该表面垂直的方向上，离开规定距离的位置上。
18.根据权利要求17所述的曝光装置，其特征在于：上述规定距离，是实质上与上述透镜部件的焦点距离相同的距离。
19.根据权利要求16所述的曝光装置，其特征在于：上述透镜部件包括含有主面的基板、和设置在该基板的上述主面上的多个透镜，而且，上述透镜部件被设置为使得上述基板的上述主面和上述感光基板的表面变成为平行。
20.根据权利要求19所述的曝光装置，其特征在于：在上述基板的上述主面中，未设置上述多个透镜的区域，遮断曝光光。
21.根据权利要求16-20中的任何一项所述的曝光装置，其特征在于：还具备使上述透镜部件待避到曝光光的光路之外的待避装置。
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