JP2000097620A

JP2000097620A - 干渉計

Info

Publication number: JP2000097620A
Application number: JP10267570A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Oshino; 哲也押野
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-09-22
Filing date: 1998-09-22
Publication date: 2000-04-07

Abstract

(57)【要約】【課題】非球面ミラーの反射面形状等、表面にＸ線を
反射させる多層膜を形成した非球面ミラーの反射波面等
を高精度に計測することができる干渉計を提供する。【解決手段】点光源１から射出した球面波２１を非球
面ミラー２の表面に入射させると、その反射光束２２は
非球面波となる。反射光束２２は、光束分割素子３によ
り、横に少しずれた同じ波面を有する２つの光束２３、
２４に分割される。そして、これら２つの光束を干渉さ
せて、その干渉縞をＣＣＤアレイ４で検出する。干渉縞
は同じ波面を横ずらし（シェアリング）することによっ
て得られる縞であり、シェアリング干渉法の原理によ
り、この縞の形を解析することで反射光束の波面形状を
得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ミラーの反射面形
状あるいは反射波面形状等を計測する干渉計に関するも
のであり、特にＸ線光学系等のミラープロジェクション
方式によりフォトマスク（マスクまたはレチクル）上の
回路パターンを反射型の結像光学系を介してウエハ等の
基板上に転写する際に好適な装置であるＸ線投影露光装
置に用いられる、非球面ミラーを計測するのに好適な干
渉計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体製造用の露光装置は、照射
光学系によりフォトマスク（以下、マスクと称する）を
照射し、マスク面上に形成された回路パターンを結像装
置を介してウエハ等の基板上に投影転写する露光転写方
式のものが多く用いられている。基板にはレジストが塗
布されており、露光することによってレジストが感光
し、レジストパターンが得られる。

【０００３】露光装置の解像力ｗは、主に露光波長λと
結像光学系の開口数ＮＡで決まり、次式で表される。ｗ=kλ/NA k:定数従って、解像力を向上させるためには、波長を短くする
かあるいは開口数を大きくすることが必要となる。現
在、半導体の製造に用いられている露光装置は主に波長
365nmのｉ線を使用しており、開口数約0.5で0.5μｍの
解像力が得られている。開口数を大きくすることは、光
学設計上困難であることから、今後、露光光の短波長化
が必要となる。ｉ線より短波長の露光光としては、例え
ばエキシマレーザーが挙げられ、その波長はKrＦで248n
m、ArＦで193nmであるため、KrＦでは0.25μｍ、ArＦで
は0.18μｍの解像力が得られる。そして、露光用の光と
してさらに波長の短いＸ線を用いると、例えば波長13nm
で0.1μｍ以下の解像力が得られる。

【０００４】従来の露光装置は、主に光源と照明装置と
投影結像光学系で構成される。投影結像光学系は複数の
レンズあるいは反射鏡等で構成され、マスク上のパター
ンをウエハ上に結像するようになっている。露光装置が
所望の解像力を有するためには、少なくとも結像光学系
が無収差あるいは無収差に近い光学系である必要があ
る。仮に、結像光学系に収差があると、レジストパター
ンの断面形状が劣化し、露光後のプロセスに悪影響を及
ぼすほか、像が歪んでしまうといった問題が生じる。

【０００５】従来のｉ線等を用いた露光装置において
は、投影結像光学系をレンズで構成することができるた
め、20mm角以上の視野を有する光学系の設計が可能であ
り、所望の領域（例えば、半導体チップ2チップ分の領
域）を一括で露光することができる。また、レンズは球
面レンズを用いている。投影結像光学系を無収差に近づ
けるためには、これに用いるレンズは高い形状精度を要
求される。

【０００６】高い形状精度を要求されるレンズを作成す
るためには、高い測定精度を有する形状計測装置が必要
である。従来は、このような球面形状の計測するために
干渉計によるレンズの反射波面の計測を行なっている。
そして、特に球面レンズの計測には、フィゾー干渉計が
用いられてきた。フィゾー干渉計の概念図を図７に示
す。フィゾー干渉計は、光源７１、ハーフプリズム７
２、集光レンズ７３、フィゾーレンズ７４、検出器７５
で構成される。

【０００７】光源７１にはレーザー等を用い、そこから
発した光束７７はハーフプリズム７２、集光レンズ７
３、フィゾーレンズ７４を通して、レンズ７６の表面に
入射する。この時、光束の一部はフィゾーレンズ７４の
片面（フィゾー面）で反射し、基準光束となって光路を
逆進し、集光レンズ７３、ハーフプリズム７２を通っ
て、検出器７５に入射する。レンズ７６に入射する光束
の波面は球面になっており、レンズ７６で反射した被検
光束は球面波となって入射光束と同じ光路を逆進して、
フィゾーレンズ７４、集光レンズ７３を通過し、検出器
７５に入射する。このようにして、基準光束と被検光束
を干渉させて、干渉縞を得ることができる。フィゾー干
渉計は、基準光束と被検光束が集光レンズやハーフプリ
ズムの同じ光路を通過するため、干渉縞がこれら光学素
子の収差の影響を受け難いという特徴を有する。その結
果、高精度で波面形状を計測することができる。

【０００８】Ｘ線投影露光装置の一部の概念図を図６に
示す。装置は、主にＸ線源およびＸ線照明光学系(不図
示)とマスク５１のステージ５２、Ｘ線投影結像光学系
５３、ウエハ５４のステージ５５で構成される。マスク
５１には描画するパターンの等倍あるいは拡大パターン
が形成されている。Ｘ線投影結像光学系５３は複数の反
射鏡等で構成され、マスク５１上のパターンをウエハ５
４上に結像するようになっている。Ｘ線投影結像光学系
５３は輪帯状の視野を有し、マスク５１の一部の輪帯状
の領域のパターンを、ウエハ５４上に転写する。露光の
際は、マスク５１上にＸ線６１を照射し、その反射Ｘ線
６２をＸ線投影結像光学系５３を通してウエハ５４上に
入射させる。マスク５１とウエハ５４を一定速度で同期
走査させることで、所望の領域（例えば、半導体チップ
１個分の領域）を露光するようになっている。

【０００９】投影結像光学系に用いられるミラー５３ａ
〜５３ｄは反射率を高めるためにその表面に多層膜が形
成される。しかし、このような多層膜を設けてもＸ線の
反射率は決して高くないため、ウェハ５４に到達するＸ
線量を大きくしてスループットを向上するためには、光
学系を少ない枚数のミラーで構成しなければならない。
例えば、図５にはわずか４枚のミラーで構成した光学系
を示した。このように少ない枚数のミラーで構成する場
合、光学系の収差を低減するために、少なくとも１枚の
ミラーの反射面形状を非球面にする必要がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、非球面ミラ
ーの反射面形状を従来のフィゾー型干渉計で計測しよう
とすると、被検光束の波面が非球面になってしまう。よ
って、被検光束と基準光束が、集光レンズ等の異なる位
置を通過し、これらの収差が検出精度に悪影響を及ぼす
という問題点があった。これに対し、フィゾー型干渉計
の光学系を改造して、フィゾーレンズからミラーに向か
う光束が非球面波を有するようにすることも考えられる
が、このような光学系は高精度に作成することが困難で
あり、その結果、高精度な非球面波を作ることができな
いという問題点があった。

【００１１】また、非球面ミラーの表面に多層膜を形成
して、Ｘ線を反射させる場合、その反射波面の形状は多
層膜からも影響を受ける。これは、Ｘ線が多層膜の内部
で多重反射するためで、この影響は単に可視光の反射波
面を計測しただけでは知ることができない。このような
場合は、非球面ミラーにＸ線を入射させて、その反射波
面を計測することが好ましい。

【００１２】一方、Ｘ線は従来のフィゾー干渉計で用い
られるレンズやプリズムでは屈折あるいは反射させるこ
とができない。従って、Ｘ線を用いる干渉計はこのよう
なレンズやプリズム以外の素子で構成しなければならな
いという問題点があった。

【００１３】このように、従来の干渉計では軟Ｘ線投影
露光装置に用いる非球面ミラーの反射波面を高精度に計
測することができないため、所望の非球面ミラーを作製
することができなかった。その結果、所望の解像度を有
する軟Ｘ線投影露光装置を作製することができないとい
う問題点があった。

【００１４】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
ものであり、非球面ミラーの反射面形状等、表面にＸ線
を反射させる多層膜を形成した非球面ミラーの反射波面
等を高精度に計測することができる干渉計を提供するこ
とを課題とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第１の手段は、測定対象物に光束を照射する点光源
と、測定対象物で反射された光束を２つの光束に分割す
る光束分割手段と、分割された２つの光束の干渉によっ
て生じる干渉縞を検出する計測手段とを有することを特
徴とする干渉計（請求項１）である。

【００１６】本干渉計はシェアリング干渉法を応用した
ものであり、測定対象物で反射された光束を横ずらし
（シェアリング）することにより２つの光束に分割し、
この２つの光束の干渉によって生じる干渉縞を検出する
ことによって、被測定物の表面形状や反射波面の形状を
測定するものである。シェアリング干渉法では、被検光
波が自分自身と干渉するので、他の干渉計のように参照
面を必要としない。また、周知のように、干渉縞の位相
分布は、被検査面形状の微分値に相当するので、これを
積分することにより被検査物の形状や反射波面の形状を
測定することができる。

【００１７】本手段においては、光束分割手段を用い
て、互いに干渉する２つの光束を作り出しているところ
に特徴を有する。光束分割手段を用いることで、通常の
シェアリング干渉計のように、光束を２分割して、片方
を平行平面板で横ずらしし、再び重ね合わせるような複
雑な光学系を必要とせず、簡単な手段により、互いに干
渉する２つの光束を作り出すことができる。

【００１８】前記課題を解決するための第２の手段は、
点光源と、点光源から射出した光束を２つの光束に分割
し、２つに分割された光束を測定対象物に照射する光束
分割手段と、測定対象物から反射された前記２つの光束
の反射光を重ね合わせて受光する受光手段とを有してな
り、受光手段によって観測された、前記２つの光束の反
射光の干渉縞を検出する計測手段とを有することを特徴
とする干渉計（請求項２）である。

【００１９】前記第１の手段では、ひとつの光源により
測定対象物を照射し、反射光束をシェアリングして干渉
縞を作り出していたが、本手段においては、点光源より
の光を横ずらし（シェアリング）して、２つの光束を作
り出し、これらで測定対象物を照射して、これらの反射
波が検出器上に形成する干渉縞を検出している。測定原
理はシェアリング干渉法であり、前記第１の手段と同じ
である。本手段は、光束分割手段により、互いに干渉す
る２つの照射光を作り出しているところに特徴を有す
る。光束分割手段を用いることで、通常のシェアリング
干渉計のように、光束を２分割して、片方を平行平面板
で横ずらしし、再び重ね合わせるような複雑な光学系を
必要とせず、簡単な手段により、互いに干渉する２つの
光束を作り出すことができる。

【００２０】前記課題を解決するための第３の手段は、
前記第１の手段又は第３の手段であって、点光源は、少
なくとも光源と集光光学系と点光源形成フィルターで構
成され、点光源形成フィルターは微小な透過部又は反射
部を有し、集光光学系は、光源から射出した光束を微小
な透過部又は反射部に集光するものであることを特徴と
するもの（請求項３）である。

【００２１】前記第１の手段及び第２の手段に係る干渉
計においては、被測定物体に入射する球面波の波面形状
精度を高くすることが好ましい。本手段においては、光
源から放射された光束を、集光手段で点光源形成フィル
ターの微少な透過部又は反射部上に集光させる。点光源
形成フィルターにおいては、微少な透過部を透過する
光、又は微少な反射部で反射された光が、これら微少な
透過部又は微少な反射部を疑似点光源とする球面波精度
の高い球面波に変換される。

【００２２】前記課題を解決するための第４の手段は、
前記第１の手段又は第２の手段であって、点光源は、少
なくとも光源と光ファイバー又は光導波路で構成され、
光ファイバー又は光導波路の一方の端面を光源に対向さ
せ、他方の端面を点光源位置に配置したことを特徴とす
るもの（請求項４）である。

【００２３】本手段においては、光源より光ファイバー
又は光導波路の一方の端面に入射した光が、他方の端面
より放出される。光ファイバー又は光導波路の伝送部分
の直径を、前記第３の手段における微少透過部、微少反
射部の直径と同程度にすることにより、光ファイバー又
は光導波路の端面から放出される光は、当該端面を疑似
点光源とする球面波精度の高い球面波に変換される。

【００２４】前記課題を解決するための第５の手段は、
前記第１の手段から第４の手段のいずれかであって、光
束分割手段が、回折格子を有してなることを特徴とする
もの（請求項５）である。

【００２５】回折格子を光束分割手段として用いること
により、２つの分割光束の光路差が小さくでき、コヒー
レント長の比較的短い光束を用いても干渉縞を得ること
ができる。また、光束の分割がわずか１個の素子で可能
なため、光学素子が波面に与える影響を最小限に抑える
ことができる。

【００２６】前記課題を解決する第６の手段は、前記第
１の手段から第５の手段のいずれかであって、測定に複
数の波長の光束を用いることを特徴とするもの（請求項
６）である。

【００２７】本手段においては、測定対象に応じた波長
の光束により測定を行うことができるので、例えば、軟
Ｘ線投影露光用のミラーの場合、多層膜を形成する前の
状態を可視光で計測し、多層膜を形成した後の状態をＸ
線で計測することが可能である。

【００２８】前記課題を解決するための第７の手段は、
前記第１の手段から第６の手段のいずれかであって、光
束の光路の少なくとも一部を減圧雰囲気中、真空中又は
希ガス雰囲気中に配置したことを特徴とするもの（請求
項７）である。

【００２９】干渉計で計測する波面は、光束が透過する
気体媒体の屈折率の揺らぎの影響を受けやすい。本手段
においては、光束の光路の少なくとも一部を減圧雰囲気
中、真空中又は温度変化による屈折率変化が小さい希ガ
ス雰囲気中に配置しているので、屈折率揺らぎの影響を
低減できる。

【００３０】前記課題を解決するための第８の手段は、
前記第１の手段から第７の手段のいずれかであって、被
測定物を使用時の姿勢と同じ姿勢に保持する機構、被測
定物を使用時の保持機構とほぼ等しく保持する機構、被
測定物を使用時の温度とほぼ等しい温度に保つ機構のう
ち少なくともひとつを有してなることを特徴とするもの
（請求項８）である。

【００３１】本手段においては、被測定物を使用状態と
ほぼ同じ条件のもとで測定することができるので、その
測定結果に基づいて被測定物の加工を行えば、使用状態
で正確な形状を有する被測定物を製造することができ
る。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態である
干渉計の構成の１例を示す概略図である。図１におい
て、１は点光源、２は被測定物である非球面ミラー、３
は光束分割素子、４は検出器であるＣＣＤアレイ、２１
は投光球面波、２２は反射光束、２３，２４は分割され
た反射光（分割光束）である。本装置は、少なくとも、
非球面ミラー２に球面波２１を照射する点光源１と、非
球面ミラー２を反射した反射光束２２を２つの分割光束
２３、２４に分割する光束分割素子３と、２つの分割光
束２３、２４を検出するＣＣＤアレイ４とで構成され
る。

【００３３】点光源１から射出した球面波２１を非球面
ミラー２の表面に入射させると、その反射光束２２は非
球面波となる。反射光束２２は、光束分割素子３によ
り、横に少しずれた同じ波面を有する２つの光束２３、
２４に分割される。そして、これら２つの光束を干渉さ
せて、その干渉縞をＣＣＤアレイ４で検出する。干渉縞
は同じ波面を横ずらし（シェアリング）することによっ
て得られる縞であり、この縞の形を解析することで、反
射光束の波面形状を得ることができる。さらに、波面形
状からミラーの反射面形状を求めることもできる。反射
光を横ずらしした２つの光束に分割し、それらを干渉さ
せることによって反射面の形状を測定する原理は、シェ
アリング干渉法として周知であるので、その説明を省略
する。

【００３４】本発明の実施の形態である干渉計の構成の
他の例の概略図を図２に示す。図２において、１は点光
源、２は被測定物である非球面ミラー、３は光束分割素
子、４は検出器であるＣＣＤアレイ、２５は投光球面
波、２６、２７は分割された分割球面波、２８、２９は
反射光束である。

【００３５】本装置は、少なくとも、点光源１と該点光
源から射出した投光球面波２５を２つの分割球面波２
６、２７に分割する光束分割素子３と、非球面ミラー２
で反射された２つの光束２８、２９を検出するＣＣＤア
レイ４とで構成される。点光源１から射出した投光球面
波２５を、光束分割素子３により、横に少しずれた同じ
波面を有する２つの光束２６、２７に分割し、それぞれ
を非球面ミラー３の表面に入射させると、その反射光束
２８、２９は非球面波となる。そして、これら２つの光
束２８、２９を干渉させて、その干渉縞をＣＣＤ等の検
出装置４で検出する。干渉縞は同じ波面を横ずらし（シ
アリング）することによって得られる縞であり、この縞
の形を解析することで、反射光束の波面形状を得ること
ができる。さらに、波面形状からミラーの反射面形状を
求めることもできる。照射光を横ずらしした２つの光束
に分割し、それらを非測定物体に照射して、反射光を干
渉させることによって反射面の形状を測定する原理も、
シェアリング干渉法として周知であるので、その説明を
省略する。

【００３６】これらの実施の形態において高い測定精度
を得るためには、非球面ミラー２に入射する球面波の波
面形状精度を高くすることが好ましい。このような理想
球面に近い球面波を得るために、例えば点光源１を少な
くとも光源と集光光学系と点光源形成フィルターで構成
するとよい。このような点光源形成フィルターの一例の
概念図を図３に示す。図３において、１１は基板、１２
は薄膜、１３は透過部、１４は薄板、１５は貫通穴、１
６は基板、１７は反射ミラー、３０は集光光束、３１は
透過光束、３２は反射光束である。

【００３７】図３(a)、(b)は透過型の点光源形成フィル
ターを、図３(c)は反射型の点光源フィルターを示して
いる。透過型の点光源形成フィルターは、微小な部分の
み光束が透過するフィルターで、例えば(a)に示すよう
に基板１１上に薄膜１２を形成し、薄膜１２の一部を除
去して透過部１３を形成したものを用いるとよい。この
とき、基板１１を光束が透過しやすい材料で、薄膜１２
を光束が透過しにくい材料で構成すれば、薄膜１２のな
い透過部１３を光束が透過する。あるいは、点光源形成
フィルターとして、光束が透過しにくい部材で構成され
た薄板１４に微細な貫通穴１５を形成したものを用いて
もよい。そして、(a)、(b)に示した点光源形成フィルタ
ーの下部に光源および集光光学系を配置し（不図示）、
光源から射出した光束を集光光学系で集光して、点光源
形成フィルターの下面に集光光束３０を照射する。この
とき、その集光点が透過部１３、貫通穴１５と一致する
ように光源、集光光学系および点光源フィルターを配置
する。

【００３８】透過部１３、貫通穴１５の大きさを十分小
さくすることで、球面波の透過光束３１を得ることがで
きる。透過部１３、貫通穴１５は少なくとも集光した光
束のスポット径よりも小さいことが好ましいが、理想球
面に近い球面波を得るためには、透過部１３、貫通穴１
５の直径φが λ/2<φ<λ・r/2a の範囲であることが好ましい。ここで、λは光束の波
長、ｒは被測定面の近似曲率半径、ａはその口径であ
る。また、球面波の波面形状は透過部１３、貫通穴１５
の形状によっても影響を受けるため、これらは理想的な
円に近い形状であることが好ましい。

【００３９】また、反射型の点光源形成フィルターは、
例えば(c)に示すように、光源から射出する集光光束３
０の反射率が低い（吸収率が高い、又は透過率が高い）
部材で構成された基板１６の表面の一部に、微少面積
の反射ミラー１７を形成したものを用いる。この場合
も、集光点が反射ミラ１７ーの位置となるように、光
源、集光光学系、点光源フィルターを配置することで、
点光源フィルターに入射した光束の一部が反射ミラーで
反射する。このとき、反射ミラー１７の面積を透過型フ
ィルターの透過部と同様に微小にすることで、理想球面
に近い球面波を有する光束を得ることができる。

【００４０】前記点光源は、光源と光ファイバーあるい
は光導波路で構成してもよい。このとき、光ファイバー
あるいは光導波路の一方の端面を光源に対向させ、他の
端面を点光源位置に配置し、光ファイバーおよび光導波
路の伝送部分の直径を前記貫通穴等の径と同等にするこ
とで、理想に近い球面波を得ることができる。

【００４１】照射光又は反射光を横ずれした２つの光束
に分割する光束分割素子は、少なくとも回折格子を使用
して構成するとよい。図１に示した干渉計における、光
束分割素子３の付近の拡大図を図４に示す。図４におい
て、３は回折格子からなる光束分割素子、５は遮光板、
５ａは貫通穴、２２は反射光束、２３，２４は分割され
た反射光（分割光束）、３３は不要な回折光である。

【００４２】非球面ミラーから反射した反射光束２２を
回折格子からなる光束分割素子３に入射させると、回折
により、反射光束２２は横ずれした複数の分割光束２
３、２４に分割される。これらの分割光束２３、２４が
干渉を起こすことで、干渉縞を得ることができる。光束
分割素子３として回折格子を用いるとこれらの光束２
３、２４の光路長差が小さくできるという特徴がある。
従って、コヒーレント長の比較的短い光束を用いても干
渉縞を得ることができる。また、光束の分割がわずか１
個の素子で可能なため、光学素子が波面に与える影響を
最小限に抑えることができる。回折格子は、図４に示す
ような透過型の回折格子でもよいし、反射型の回折格子
でもよい。

【００４３】回折格子は複数の次数の回折光を形成する
が、干渉縞を２つの回折光の干渉で形成するように、不
要な回折光３３を遮蔽板等５で遮蔽してもよい。遮蔽板
５は、例えば光束を吸収する部材で構成し、透過させた
い回折光の照射部に貫通穴５ａを形成したものを用いれ
ばよい。例えばプラス１次回折光とマイナス1次の回折
光を干渉させた干渉縞を得る場合は、これらの集光点位
置に貫通穴５ａを配置してやればよい。

【００４４】非球面ミラー２の表面にＸ線を反射する多
層膜が形成されている場合は、前記光束に当該Ｘ線と概
等しい波長のＸ線を用いてもよい。このようにすること
で、例えばＸ線投影露光装置に用いるミラーの場合は、
露光するＸ線の反射波面を計測することができる。Ｘ線
を用いる場合は、光源としてシンクロトロン放射光ある
いはレーザープラズマ光源を用いると、光強度のＸ線を
得ることができるため好ましい。さらに、光源に分光器
を設けることで、Ｘ線のコヒーレント長を大きくするこ
とができる。光源には、Ｘ線レーザーを用いても構わな
い。

【００４５】Ｘ線を用いる場合は、集光光学系はゾーン
プレートあるいはミラーで構成することが好ましい。ミ
ラーを用いる場合は、できるだけ少ない枚数で構成する
と、Ｘ線の強度が高くなるため好ましい。例えば光源が
シンクロトロン放射光のように平行光束を供給する場合
は放物面ミラーを、レーザープラズマ光源のように発散
光束を供給する場合は楕円ミラーを用いると、集光光学
系を１枚のミラーで構成できる。さらに、ミラーの反射
面に多層膜を形成すると反射率が高くなるので好まし
い。既に述べた点光源形成フィルターは、光束がＸ線で
あっても用いることができる。特に、反射型フィルター
の場合は反射ミラーとして多層膜を用いると反射率が高
くなるので好ましい。

【００４６】さらに、複数の波長の光束を用いて干渉計
測を行なってもよい。このようにすることで、例えば、
軟Ｘ線投影露光用のミラーの場合は多層膜を形成する前
の状態を可視光で計測し、多層膜を形成した後の反射波
面形状をＸ線で計測することが可能である。

【００４７】干渉計で計測する波面は、光束が透過する
気体媒体の屈折率の揺らぎの影響を受けやすい。光束の
光路の少なくとも一部あるいは全てを減圧雰囲気中、真
空中あるいは温度変化による屈折率変化が小さい希ガス
雰囲気中に配置すると、屈折率揺らぎの影響を低減でき
るため好ましい。また、軟Ｘ線のように空気で吸収され
やすい波長の光束を用いる時は、真空中に配置すること
が好ましい。

【００４８】軟Ｘ線投影露光装置に用いるような高精度
な形状を有するミラーにおいては、その自重や外から加
わる力や温度の変化による変形が、ミラーの形状に影響
を与える場合がある。従って、このようなミラーは、そ
れを使用する条件で測定することが好ましい。例えば、
図６に示した反射面を下向きに配置するミラー５３ｂ、
５３ｄは、干渉計で測定する際も、図１、図２に示すよ
うに反射面が下向きとなるような配置で測定することが
好ましい。このようにすることで、装置内でのミラーの
自重変形を加味したミラーの測定を行なうことができ
る。また、干渉計にミラーを保持する機構を、そのミラ
ーを使用する装置内に保持する機構と同じにすること
で、ミラーの保持変形を加味したミラーの測定を行なう
ことができる。また、干渉計にミラーの温度を制御する
機構を設けて、計測時のミラーの温度を、ミラーを使用
する装置内でのミラーの温度と同じにすると、ミラーの
熱変形を加味したミラーの測定を行なうことができる。

【００４９】本発明による干渉計は、従来にない高い精
度で非球面ミラーの反射面形状および反射波面形状を計
測することができる。この干渉計の測定結果に基づいて
ミラーを加工することで、高精度な非球面ミラーを作製
することができる。そして、このような高精度なミラー
を用いて図６に示すようなＸ線投影露光装置を構成する
ことで、高い解像度を有する露光装置を作製することが
できる。

【００５０】

【実施例】＜第一実施例＞第１の実施の形態で説明した
ような干渉計を製作した。この実施例について、再び図
１、図３、図４を用いて説明する。点光源１は、光源で
あるＨｅ-Ｎｅレーザーと集光レンズと、図３(a)に示し
たような透過型の点光源フィルターからなり、レーザー
光を点光源フィルターの透過部１３に集光した。基板１
１には石英ガラスを使用し、その上に薄膜１２としてク
ロム膜をコートし、その膜の一部を除去して透過部１３
を形成した。透過部１３の直径は約0.4μｍとした。こ
のようなピンホールを透過した光束は理想に近い球面波
を有する。さらに、ピンホールを透過した光束を被検物
である非球面ミラー２に入射させ、その反射光２２を透
過型の回折格子からなる光束分割素子３で回折させ、横
ずらし（シェアリング）を行った。

【００５１】各回折光の集光位置付近に遮蔽板５を配置
し、プラス１次の回折光とマイナス１次の回折光以外の
回折光を遮蔽した。遮蔽板５は、石英ガラス上にクロム
膜をコートし、その膜の一部を除去して貫通穴５ａを２
つ形成した素子を用い、この透過部にプラス１次の回折
光とマイナス１次の回折光が入射するようにした。さら
に、遮蔽板を透過した回折光を検出装置であるＣＣＤア
レイ４に入射させて、干渉縞を得た。さらに、測定の際
は、光束分割素子３を１軸方向に微小に走査して複数の
干渉縞を記録し、位相シフト干渉法により高精度に波面
及び反射面形状を計測した。

【００５２】＜第二実施例＞第２の実施の形態で説明し
たような干渉計を製作した。この実施例について、再び
図２、図３、図４を用いて説明する。点光源１は、可視
光レーザーと光ファイバーで構成した。光ファイバーの
一方の端面を可視光レーザーに対向させてレーザー光を
受光し、他の端面を疑似点光源として、光を放出するよ
うにした。光ファイバーの光伝送部の直径は約0.8μｍ
とした。このような光ファイバーの端面から射出した光
束は理想に近い球面波を有する。さらに、この光束２５
を回折格子で構成された光束分割素子３により横ずらし
（シェアリング）して二つの光束２６、２７に分割し、
被検物である非球面ミラー２に入射させた。その反射光
の集光位置付近に遮蔽板を配置し（不図示）、プラス１
次の回折光とマイナス１次の回折光以外の回折光を遮蔽
した。

【００５３】遮蔽板は、石英ガラス上にクロム膜をコー
トし、その膜の一部を除去して透過部を２つ形成した素
子を用い、この透過部にプラス１次の回折光とマイナス
１次の回折光が入射するようにした。さらに、遮蔽板を
透過した回折光を検出装置であるＣＣＤアレイ４に入射
させて、干渉縞を得た。これらの光路は全てヘリウム雰
囲気中に配置した。さらに、測定の際は、回折格子を1
軸方向に微小に走査して複数の干渉縞を記録し、位相シ
フト干渉法により高精度に波面及び反射面形状を計測し
た。

【００５４】＜第三実施例＞図６に示したようなＸ線投
影露光装置のミラーの反射面の測定を行った。このＸ線
投影露光装置の構成は、前に説明したとおりであるが、
露光用のＸ線としては波長13nmのものを使用し、マスク
５１は反射型のものを使用している。マスク５１で反射
したＸ線６２は、投影結像光学系５３を通過してウエハ
５４上に到達し、マスクパターンがウエハ５４上に縮小
倍率１／４で縮小転写される。反射鏡５３ａ、５３ｂ、
５３ｄは反射面形状が非球面であり(５３ｃは球面)、そ
の表面にはＸ線の反射率を向上するための多層膜がコー
トしてある。ミラーは側面に突起があり、そこを機械的
に保持して鏡筒に固定されている。このようにすること
でミラーの保持変形が反射面の形状変化に与える影響を
最小限にとどめている。またミラーの裏面にはミラーの
温度を一定に保つ温調機構５６ａ〜５６ｄを設けた。

【００５５】本露光装置に装着したミラーは、本発明に
よる干渉計で測定して作製した。図５に、ミラー５３ｂ
を測定した本発明による干渉計を示す。図５において、
３は光束分割素子、４はＣＣＤアレイ、５は遮光板、６
はレーザープラズマ光源および分光器、７は楕円ミラ
ー、８は点光源形成フィルター、９ａは保持機構、９ｂ
は加熱冷却機構、１０は真空チャンバーである。

【００５６】この干渉計は、レーザープラズマ光源およ
び分光器６と楕円ミラー７と透過型の点光源形成フィル
ター８で構成した点光源と、被測定対象である非球面ミ
ラー２（５３ｂ）を保持する保持機構９ａと、非球面ミ
ラー２を反射した光束４４を2つの光束４５、４６に分
割する光束分割素子３と、２つの光束４５、４６を検出
するＣＣＤアレイ４を主要な構成要素として構成され
る。

【００５７】レーザープラズマ光源からはさまざまな波
長のＸ線が射出されるが、それを分光器を通すことによ
り波長13nmのＸ線のみを取り出した。そして分光器から
射出したＸ線４１を楕円ミラー７で反射して、点光源形
成フィルター８に照射した。楕円ミラー７の表面にはモ
リブデンとシリコンからなる多層膜を形成した。点光源
形成フィルター８は、厚さ１μｍのシリコンの薄板(メ
ンブレン)１１の表面に厚さ0.1μｍのタングステンの薄
膜１２をコートし、その薄膜１２の一部を除去して透過
部１３を形成したものを用いた。透過部１３の直径は約
20nmとした。点光源から射出した球面波の光束４５を非
球面ミラー２の表面に入射させると、光束はミラーの表
面にコートした多層膜によって高い反射率で反射した。

【００５８】反射した光束４４を光束分割素子３である
透過型回折格子に入射させ、回折光を発生させた。回折
光の集光位置付近に遮蔽板５を配置し、プラス１次の回
折光とマイナス１次の回折光以外の回折光を遮蔽した。
遮蔽板５は、図４に示したようなものを用い、その貫通
穴５ａにプラス１次の回折光とマイナス１次の回折光が
入射するようにした。さらに、遮蔽板５を透過した回折
光４５、４６を検出装置であるＣＣＤアレイ４に入射さ
せて干渉縞を得た。さらに、測定の際は、光束分割素子
３を１軸方向に微小に走査して複数の干渉縞を記録し、
位相シフト干渉法により高精度に波面及び反射面形状を
計測した。

【００５９】また、本干渉計は雰囲気ガスによるX線の
吸収を低減するために、真空チャンバ１０を用いて光路
を全て真空中に配置した。また、ミラーを保持する際の
反射面の向きは、Ｘ線投影露光装置の装着時におけるミ
ラーの反射面の向きと同じになるようにした。図６に示
したミラー５３ａのように反射面が上向きとなるミラー
を計測する際は、光路が上下逆になった別の干渉計を用
意して、計測を行なった。さらに、干渉計のミラー保持
機構は、Ｘ線投影露光装置におけるミラーの保持機構と
同じ物を用いた。本発明によるＸ線投影露光装置はミラ
ーの側面の突起を機械的に保持している。

【００６０】そこで、干渉計におけるミラーの保持機構
もこれと同じものにし、ミラーが露光装置内と同じ保持
変形状態となるようにした。さらに、干渉計にはミラー
を裏面から加熱冷却する機構９ｂを設け、ミラーの温度
をＸ線投影露光装置内でのミラーの温度と同じ温度とな
るように保った。この設定温度は、露光装置にダミーの
ミラーを装着して露光を行い、その際のミラー温度を予
め測定して決めた。

【００６１】本干渉計で多層膜ミラーの反射波面形状を
計測し、それが所望の値であることを確認した。そして
これらミラーを装着したＸ線投影露光装置で露光したと
ころ、最小サイズ0.1μｍのレジストパターンを、ウエ
ハ上の半導体チップ１個分の領域全面に得ることがで
き、高精度のデバイスを作製することができた。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項１に係る発明においては、非測定物からの反射光束か
ら、光束分割手段を用いて、互いに干渉する２つの光束
を作り出し、シェアリング干渉法を用いて干渉縞を作り
出しているので、他の干渉計のように参照面を必要とし
ない。よって、非球面ミラーの形状や、反射波面の形状
を精度良く測定することができる。

【００６３】請求項２に係る発明においては、光束分割
手段により、互いに干渉する２つの照射光を作り出し、
これらの２つの照射光を非測定面に照射することによ
り、シェアリング干渉法を用いて干渉縞を作り出してい
るので、他の干渉計のように参照面を必要としない。よ
って、非球面ミラーの形状や、反射波面の形状を精度良
く測定することができる。

【００６４】請求項３に係る発明においては、光源から
放射された光束を、集光手段で点光源形成フィルターの
微少な透過部又は反射部上に集光させ、これら微少な透
過部又は微少な反射部を疑似点光源とする球面波に変換
しているので、球面波精度の高い点光源を簡単な手段で
得ることができる。

【００６５】請求項４に係る発明においては、光ファイ
バー又は光導波路の一方の端面に光源よりの光を入射さ
せ、他方の端面を点光源として利用しているので、球面
波精度の高い点光源を、簡単な手段で得ることができ
る。

【００６６】請求項５に係る発明においては、回折格子
を光束分割手段として用いることにより、２つの分割光
束の光路差が小さくでき、コヒーレント長の比較的短い
光束を用いても干渉縞を得ることができる。また、光束
の分割がわずか１個の素子で可能なため、光学素子が波
面に与える影響を最小限に抑えることができる。

【００６７】請求項６に係る発明においては、測定に複
数の波長の光束を用いることができるので、測定対象と
測定目的に応じて最適の波長を選択して測定を行うこと
ができる。

【００６８】請求項７に係る発明においては、光束の光
路の少なくとも一部を減圧雰囲気中、真空中又は温度変
化による屈折率変化が小さい希ガス雰囲気中に配置して
いるので、屈折率揺らぎの影響を低減できる。

【００６９】請求項８に係る発明においては、被測定物
を使用状態とほぼ同じ条件のもとで測定することができ
るので、その測定結果に基づいて被測定物の加工を行え
ば、使用状態で正確な形状を有する被測定物を製造する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態である干渉計の構成の１例
を示す概略図である。

【図２】本発明の実施の形態である干渉計の構成の他の
例を示す概略図である。

【図３】点光源形成フィルターの一例を示す概念図であ
る。

【図４】図１に示した干渉計における、光束分割素子の
付近の拡大図である。

【図５】本発明の実施例である干渉計の構成を示す概略
図である。

【図６】Ｘ線投影露光装置の一部の概念図である。

【図７】フィゾー干渉計の概念図である。

【符号の説明】

１…点光源、２…被測定物である非球面ミラー、３…光
束分割素子、４…検出器であるＣＣＤアレイ、５…遮光
板、５ａ…貫通穴、６…レーザープラズマ光源および分
光器、７…楕円ミラー、８…点光源形成フィルター、９
ａ…保持機構、９ｂ…加熱冷却機構、１０…真空チャン
バー、１１…基板、１２…薄膜、１３…透過部、１４…
薄板、１５…貫通穴、１６…基板、１７…反射ミラー、
２１…投光球面波、２２…反射光束、２３，２４…分割
された反射光（分割光束）、２５…投光球面波、２６、
２７…分割された分割球面波、２８，２９…反射光束、
３０…集光光束、３１…透過光束、３２…反射光束、３
３…不要な回折光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F064 AA09 BB05 CC04 DD02 DD04 EE08 FF02 FF06 GG02 GG12 GG21 GG49 HH03 HH08 2F065 AA54 BB25 CC21 DD03 DD11 EE01 FF48 FF52 GG04 GG12 GG23 JJ03 JJ26 LL02 LL12 LL19 LL30 LL42 LL67 PP23 2G086 GG04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定対象物に光束を照射する点光源と、
測定対象物で反射された光束を２つの光束に分割する光
束分割手段と、分割された２つの光束の干渉によって生
じる干渉縞を検出する計測手段とを有することを特徴と
する干渉計。
【請求項２】点光源と、点光源から射出した光束を２
つの光束に分割し、２つに分割された光束を測定対象物
に照射する光束分割手段と、測定対象物から反射された
前記２つの光束の反射光を重ね合わせて受光する受光手
段とを有してなり、受光手段によって観測された、前記
２つの光束の反射光の干渉縞を検出する計測手段とを有
することを特徴とする干渉計。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載の干渉計で
あって、前記点光源は、少なくとも光源と集光光学系と
点光源形成フィルターで構成され、点光源形成フィルタ
ーは微小な透過部又は反射部を有し、集光光学系は、光
源から射出した光束を微小な透過部又は反射部に集光す
るものであることを特徴とする干渉計。
【請求項４】請求項１又は請求項２に記載の干渉計で
あって、前記点光源は、少なくとも光源と光ファイバー
又は光導波路で構成され、光ファイバー又は光導波路の
一方の端面を光源に対向させ、他方の端面を点光源位置
に配置したことを特徴とする干渉計。
【請求項５】請求項１から請求項４に記載の干渉計で
あって、前記光束分割手段が、回折格子を有してなるこ
とを特徴とする干渉計。
【請求項６】請求項１から請求項５に記載の干渉計で
あって、測定に複数の波長の光束を用いることを特徴と
する干渉計。
【請求項７】請求項１から請求項６に記載の干渉計で
あって、前記光束の光路の少なくとも一部を減圧雰囲気
中、真空中又は希ガス雰囲気中に配置したことを特徴と
する干渉計。
【請求項８】請求項１から請求項７に記載の干渉計で
あって、被測定物を使用時の姿勢と同じ姿勢に保持する
機構、被測定物を使用時の保持機構とほぼ等しく保持す
る機構、被測定物を使用時の温度とほぼ等しい温度に保
つ機構のうち少なくともひとつを有してなることを特徴
とする干渉計。