JP2002139406A

JP2002139406A - 光学特性計測用マスク、光学特性計測方法、及び露光装置の製造方法

Info

Publication number: JP2002139406A
Application number: JP2000337987A
Authority: JP
Inventors: Masato Hamaya; 正人濱谷
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-11-06
Filing date: 2000-11-06
Publication date: 2002-05-17

Abstract

(57)【要約】【課題】投影光学系の光学特性の計測精度の向上に寄
与する。【解決手段】計測用マスクＲ_Tは、計測用パターン６
７_i,jが形成されたパターン面を有するガラス基板６
０、該ガラス基板の射出側に配置され、各計測用パター
ンに個別に対応する複数のピンホール７０_i,jが形成さ
れた開口板６６、ガラス基板の入射側に計測用パターン
に個別に対応して配置された集光レンズ６５_i, _j等を備
える。また、他のパターンに比べて照度分布が不均一な
照明光によって照明される特定の計測用パターン６７
_k,lに対応する集光レンズ６５_k,lに拡散面ＤＦが形成さ
れている。この拡散面によって、計測用パターン６７
_k,lを照明する照明光の照度分布の均一性を向上でき
る。従って、照明光の照度不均一性に起因する計測用パ
ターンの像ボケの発生を抑制して、計測用パターンの投
影情報（結像情報）に基づいて投影光学系ＰＬの光学特
性を精度良く算出可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学特性計測用マ
スク、光学特性計測方法、及び露光装置の製造方法に係
り、さらに詳しくは、パターンを基板上に投影する投影
光学系の光学特性の計測のために用いられる光学特性計
測用マスク、投影光学系の光学特性を計測する光学特性
計測方法、及びマスクのパターンを基板上に転写する露
光装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子（ＣＰＵ、ＤＲＡ
Ｍ等）、撮像素子（ＣＣＤ等）及び液晶表示素子、薄膜
磁気ヘッド等を製造するリソグラフィ工程では、基板上
にデバイスパターンを形成する種々の露光装置が用いら
れている。近年においては、半導体素子等の高集積化に
伴い、高いスループットで微細パターンを精度良くウエ
ハ又はガラスプレート等の基板上に形成可能なステップ
・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置（いわゆる
ステッパ）やこのステッパに改良を加えたステップ・ア
ンド・スキャン方式の走査型露光装置（いわゆるスキャ
ニング・ステッパ）等の投影露光装置が主として用いら
れている。

【０００３】ところで、半導体素子等を製造する場合に
は、異なる回路パターンを基板上に幾層にも積み重ねて
形成する必要があるため、回路パターンが描画されたレ
チクル（又はマスク）と、基板上の各ショット領域に既
に形成されたパターンとを正確に重ね合わせることが重
要である。かかる重ね合せを精度良く行うためには、投
影光学系の光学特性を正確に計測し、これを所望の状態
に調整し管理する必要がある。

【０００４】従来、投影光学系の光学特性の計測方法と
して、所定の計測用パターンが形成された計測用マスク
を用いて露光を行い、計測用パターンの投影像が転写さ
れた基板を現像して得られるレジスト像を計測した計測
結果に基づいて光学特性を算出する方法（以下、「焼き
付け法」と呼ぶ）が、主として用いられている。この
他、実際に露光を行うことなく、計測用マスクを照明光
により照明し投影光学系によって形成された計測用パタ
ーンの空間像（投影像）を計測し、この計測結果に基づ
いて光学特性を算出する方法（以下、「空間像計測法」
と呼ぶ）も行われている。

【０００５】従来の露光装置では、いわゆるザイデルの
５収差と呼ばれる球面収差、コマ収差、非点収差、像面
湾曲、歪曲収差（ディストーション）等の低次の収差を
上記焼き付け法又は空間像計測法によって計測し、この
計測結果に基づいて投影光学系の上記諸収差を調整し管
理することが主として行われていた。

【０００６】しかるに、半導体素子は年々高集積化し、
これに伴って露光装置には、より一層の高精度な露光性
能が要求されるようになり、近年では、上記の低次収差
のみを調整するのみでは不十分となっている。従って、
露光装置の製造工場内での組み立て時のみならず、半導
体製造工場のクリーンルーム内に設置後においても、投
影光学系の波面収差を計測してより高次の収差を含む投
影光学系の光学特性を維持管理する必要が生じている。

【０００７】上記の焼き付け法を利用して波面収差を計
測する技術として、特殊な構造のマスクを用い、そのマ
スク上の複数の計測用パターンのそれぞれを、個別に設
けられたピンホール及び投影光学系を順次介して基板上
に焼き付けるとともに、マスク上の基準パターンを集光
レンズ及びピンホールを介することなく、投影光学系を
介して基板上に焼き付けて、それぞれの焼き付けの結果
得られる複数の計測用パターンのレジスト像それぞれの
基準パターンのレジスト像に対する位置ずれを計測して
所定の演算により、波面収差を算出する技術に関する発
明が、米国特許第５，９７８，０８５号に開示されてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記米
国特許に開示されている技術を、実際のステッパ等に適
用した場合、必ずしも十分な結果が得られない場合があ
る。これは、次のような理由による。

【０００９】上記米国特許に記載のマスクは、インコヒ
ーレント照明の下では有効な使用が困難である。一方、
ステッパ等では、像面（基板面）上で十分な照度を得ら
れるよう露光用照明光のエネルギロスを極力抑制する必
要がある。従って、ステッパ等で、上記米国特許に開示
されているものと同様のマスクを用いる場合には、露光
用照明光のエネルギロスを極力抑制しつつ、コヒーレン
ト照明を実現する必要がある。しかし、このようにする
には、照明光学系内の光学素子の構成等を工夫する必要
があり、その光学素子の構成によっては、マスクを照明
する照明光の面内分布の均一性が十分に保たれない可能
性がある。すなわち、マスク面における照明むらが生じ
る可能性がある。このような場合、上記米国特許に開示
されるマスクを露光装置のマスクステージ（又はレチク
ルステージ）にセットすると、各ピンホール及び投影光
学系を介して基板上に投影される計測用パターンの投影
像の強度が部分的に異なることになる。この結果、波面
収差の計測精度が低下してしまう可能性があった。

【００１０】なお、上記の波面収差の計測に限らず、そ
の他の投影光学系の光学特性の計測に際しても、露光用
照明光のエネルギロスを極力抑制しつつ、コヒーレント
照明を実現する必要がある場合には、上記の照明光の不
均一性が問題となる。

【００１１】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、その第１の目的は、照明光の照度不均一性の影響を
軽減して投影光学系の光学特性の計測精度の向上に寄与
することができる光学特性計測用マスクを提供すること
にある。

【００１２】本発明の第２の目的は、投影光学系の光学
特性を精度良く求めることができる光学特性計測方法を
提供することにある。

【００１３】本発明の第３の目的は、マスクのパターン
を基板上に精度良く転写することが可能な露光装置の製
造方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、第１面上のパターンを第２面上に投影する投影光学
系（ＰＬ）の光学特性を計測するために用いられる光学
特性計測用マスクであって、複数の計測用パターン（６
７_i,j）が所定の位置関係で配置されたパターン面を有
するパターン形成部材（６０）と；前記パターン形成部
材の前記パターン面に対する射出側に配置され、前記各
計測用パターンにそれぞれ対応する複数のピンホール状
の開口（７０_i,j）が形成された開口板（６６）と；前
記複数の計測用パターンの内の少なくとも１つの計測用
パターンを照明する照明光（ＥＬ）を拡散させる拡散手
段（ＤＦ，９０）と；を備える光学特性計測用マスクで
ある。

【００１５】ここで、光学特性計測用マスクは、フォト
マスクあるいはレチクル等の原版に限らず、上記各構成
要件を具備するものの全てを含む。

【００１６】これによれば、パターン形成部材のパター
ン面（第１面）に所定の位置関係で配置された複数の計
測用パターンが、照明光により照明されると、それぞれ
の計測用パターンから射出された照明光がパターン形成
部材のパターン面に対する射出側に配置された開口板に
各計測用パターンにそれぞれ対応して設けられた複数の
ピンホール状の開口のそれぞれを介して投影光学系に入
射し、該投影光学系を介して第２面（像面）上に投射さ
れる。これにより、各計測用パターンが第２面上に投影
される。ここで、複数の計測用パターンのうちの特定の
計測用パターンは、拡散手段によって拡散された照明光
によって照明されているため、その照明光の照度分布の
均一性を向上させることができる。従って、他の計測用
パターンを照明する照明光の照度分布に比べて照度が不
均一な照明光によって照明される計測用パターンを特定
の計測用パターンとすることにより、照明光の照度不均
一性に起因する計測用パターンの像ボケの発生を抑制す
ることができ、結果的に、計測用パターンの投影情報
（結像情報）に基づいて投影光学系の光学特性を精度良
く算出することが可能となる。

【００１７】この場合において、拡散手段の構成は種々
考えられ、例えば請求項２に記載の発明の如く、前記拡
散手段は、前記パターン形成部材の入射側に配置された
拡散板（９０）であることとすることができる。

【００１８】あるいは、請求項３に記載の発明の如く、
前記拡散手段は、前記特定の計測用パターンに個別に対
応して前記パターン形成部材の入射側に配置された前記
照明光を拡散させる拡散面（ＤＦ）であることとするこ
とができる。この場合において、請求項４に記載の発明
の如く、前記パターン形成部材の入射側に前記複数の計
測用パターンのそれぞれと対応して配置された複数の集
光素子を更に備える場合には、前記拡散面が前記特定の
計測用パターンに対応する前記集光素子に一体的に形成
されていることとすることができる。

【００１９】上記請求項１〜４に記載の各光学特性計測
用マスクにおいて、請求項５に記載の発明の如く、前記
パターン形成部材は、前記各計測用パターンの投影位置
の位置ずれの基準となる基準パターン（７４₁，７４₂）
を更に有することとすることができる。

【００２０】請求項６に記載の発明は、第１面上のパタ
ーンを第２面上に投影する投影光学系（ＰＬ）の光学特
性を計測する光学特性計測方法であって、照明光路上に
配置された拡散手段（９０）により拡散された照明光
（ＥＬ）により前記第１面上に所定の位置関係で配置さ
れた複数の計測用パターン（６７_i、j）を照明し、該複
数の計測用パターンのそれぞれから発生する照明光のそ
れぞれを、前記各計測用パターンに個別に対応して設け
られたピンホール（７０_i、j）及び前記投影光学系を介
して前記第２面上に投射し、前記第２面上における前記
各計測用パターンの投影位置の所定の基準位置からの位
置ずれに基づいて前記投影光学系の光学特性を算出する
光学特性計測方法である。

【００２１】これによれば、照明光路上に配置された拡
散手段により拡散された照明光により第１面（物体面）
上に所定の位置関係で配置された複数の計測用パターン
を照明すると、該複数の計測用パターンのそれぞれから
発生する照明光のそれぞれが、前記各計測用パターンに
個別に対応して設けられたピンホール及び投影光学系を
介して第２面（像面）上に投射される。これにより、第
２面上に前記各計測用パターンが投影される。そして、
第２面上における各計測用パターンの投影位置の所定の
基準位置からの位置ずれに基づいて投影光学系の光学特
性が算出される。ここで、複数の計測用パターンは、拡
散手段によって拡散された照明光によって照明されてい
るので、拡散手段によって照明光の照度分布の均一性の
向上が図られる結果、いずれの計測用パターンの像ボケ
の発生をも抑制することができ、各計測用パターンの投
影位置の所定の基準位置からの位置ずれに基づいて投影
光学系の光学特性を精度良く算出することが可能とな
る。

【００２２】この場合において、請求項７に記載の発明
の如く、前記拡散手段を照明する照明光の光軸上の一部
領域を遮光することとすることができる。

【００２３】上記請求項６及び７に記載の各光学特性計
測方法において、基準位置として設計値を用いたり、あ
るいは第２面上に基準パターンが形成された基板を載置
し、その基準パターンを基準位置として用いたりするこ
ともできるが、請求項８に記載の発明の如く、前記第１
面上に配置された基準パターン（７４₁，７４₂）を前記
投影光学系を介して前記第２面上に転写し、該基準パタ
ーンの転写位置を前記基準位置として前記位置ずれを算
出することとすることもできる。

【００２４】上記請求項６〜８に記載の各光学特性計測
方法において、請求項９に記載の発明の如く、前記位置
ずれの算出結果に基づいて前記投影光学系の波面収差を
算出し、該波面収差の算出結果に基づいて前記投影光学
系を調整することとすることができる。

【００２５】請求項１０に記載の発明は、請求項５に記
載の光学特性計測用マスク（Ｒ_T）を用いて投影光学系
（ＰＬ）の光学特性を計測する光学特性計測方法であっ
て、照明光（ＥＬ）により前記光学特性計測用マスクを
照明し、前記複数の計測用パターンを該各計測用パター
ンに個別に対応して設けられたピンホール（７０_i、j）
及び前記投影光学系を介して基板（Ｗ）表面のレジスト
層に転写し、前記照明光を用いて前記光学特性計測用マ
スク上の前記基準パターンを前記各計測用パターンの位
置ずれの基準として前記基板上の前記レジスト層に順次
転写し、前記各計測用パターンの転写像の対応する前記
基準パターンの転写像に対する位置ずれに基づいて前記
投影光学系の光学特性を算出する光学特性計測方法であ
る。

【００２６】これによれば、照明光により光学特性計測
用マスクを照明し、複数の計測用パターンを該各計測用
パターンに個別に対応して設けられたピンホール及び投
影光学系を介して基板上のレジスト層に転写する。ま
た、前記照明光を用いて光学特性計測用マスク上の基準
パターンを各計測用パターンの位置ずれの基準として基
板上のレジスト層に順次転写する。そして、各計測用パ
ターンの転写像の対応する基準パターンの転写像に対す
る位置ずれに基づいて投影光学系の光学特性を算出す
る。ここで、計測用マスク上の複数の計測用パターンの
うちの少なくとも１つの特定の計測用パターンは、拡散
手段により拡散された照明光により照明されるので、請
求項１と同様の理由により、照明光の照度不均一性に起
因する各計測用パターンの転写像の像ボケの発生を抑制
することができ、結果的に、各計測用パターンの転写像
の対応する前記基準パターンの転写像に対する位置ずれ
に基づいて投影光学系の光学特性を精度良く算出するこ
とが可能となる。

【００２７】請求項１１に記載の発明は、マスク（Ｒ）
のパターンを投影光学系（ＰＬ）を介して基板（Ｗ）上
に転写する露光装置（１０）を製造する露光装置の製造
方法であって、照明光路上に配置された拡散手段（Ｄ
Ｆ，９０）により拡散された照明光により前記投影光学
系の物体面上に所定の位置関係で配置された複数の計測
用パターン（６７_i、j）を照明し、前記複数の計測用パ
ターンのそれぞれから発生する照明光のそれぞれを、前
記各計測用パターンに個別に対応して設けられたピンホ
ール（７０_i、j）及び前記投影光学系を介して該投影光
学系の像面に投射する工程と；前記像面上における前記
各計測用パターンの投影位置の所定の基準位置からの位
置ずれに基づいて前記投影光学系の光学特性を算出する
工程と；前記光学特性の算出結果に基づいて前記投影光
学系を調整する工程と；を含む露光装置の製造方法であ
る。

【００２８】これによれば、照明光路上に配置された拡
散手段により拡散された照明光により投影光学系の物体
面上に所定の位置関係で配置された複数の計測用パター
ンを照明し、複数の計測用パターンのそれぞれから発生
する照明光のそれぞれを、各計測用パターンに個別に対
応して設けられたピンホール及び投影光学系を介して該
投影光学系の像面に投射する。これにより、像面上に各
計測用パターンが投影される。そして、像面上における
各計測用パターンの投影位置の所定の基準位置からの位
置ずれに基づいて投影光学系の光学特性を算出し、その
算出結果に基づいて投影光学系を調整する。ここで、複
数の計測用パターンは、拡散手段によって拡散された照
明光によって照明されているので、拡散手段によって照
明光の照度分布の均一性の向上が図られる結果、いずれ
の計測用パターンについても像ボケの発生を抑制するこ
とができ、各計測用パターンの投影位置の所定の基準位
置からの位置ずれに基づいて投影光学系の光学特性を高
精度に算出することができ、この算出結果に基づいて投
影光学系を高精度に調整することができる。従って、こ
の投影光学系を用いて、マスクのパターンを基板上に精
度良く転写することが可能になる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
〜図６に基づいて説明する。

【００３０】図１には、一実施形態の露光装置１０の概
略構成が示されている。この露光装置１０は、露光用光
源（以下「光源」という）にパルスレーザ光源を用いた
ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置、
すなわちいわゆるステッパである。

【００３１】この露光装置１０は、光源１６及び照明光
学系１２から成る照明系、この照明系からのエネルギビ
ームとしての露光用照明光ＥＬにより照明されるマスク
としてのレチクルＲを保持するマスクステージとしての
レチクルステージＲＳＴ、レチクルＲから出射された露
光光ＥＬを基板としてのウエハＷ上（像面上）に投射す
る投影光学系ＰＬ、ウエハＷを保持するＺチルトステー
ジ５８が搭載された基板ステージとしてのウエハステー
ジＷＳＴ、及びこれらの制御系等を備えている。

【００３２】前記光源１６としては、ここでは、Ｆ₂レ
ーザ光源（出力波長１５７ｎｍ）あるいはＡｒＦエキシ
マレーザ光源（出力波長１９３ｎｍ）等の真空紫外域の
パルス光を出力するパルス紫外光源が用いられている。
なお、光源１６として、ＫｒＦエキシマレーザ光源（出
力波長２４８ｎｍ）などの紫外域のパルス光を出力する
光源を用いても良い。

【００３３】前記光源１６は、実際には、照明光学系１
２の各構成要素及びレチクルステージＲＳＴ、投影光学
系ＰＬ、及びウエハステージＷＳＴ等から成る露光装置
本体が収納されたチャンバ１１が設置されたクリーンル
ームとは別のクリーン度の低いサービスルームに設置さ
れており、チャンバ１１にビームマッチングユニットと
呼ばれる光軸調整用光学系を少なくとも一部に含む不図
示の送光光学系を介して接続されている。この光源１６
は、主制御装置５０からの制御情報ＴＳに基づいて、内
部のコントローラにより、レーザ光ＬＢの出力のオン・
オフ、レーザ光ＬＢの１パルスあたりのエネルギ、発振
周波数（繰り返し周波数）、中心波長及びスペクトル半
値幅などが制御されるようになっている。

【００３４】前記照明光学系１２は、ビーム整形光学系
１８、回折光学素子（ＤＯＥ）２０、レンズ２１、オプ
ティカルインテグレータ（ホモジナイザ）としてのフラ
イアイレンズ２２、照明系開口絞り板２４、第１リレー
レンズ２８Ａ、第２リレーレンズ２８Ｂ、レチクルブラ
インド３０、光路折り曲げ用のミラーＭ及びコンデンサ
レンズ３２等を備えている。

【００３５】前記ビーム整形光学系１８は、チャンバ１
１に設けられた光透過窓１７を介して不図示の送光光学
系に接続されている。ビーム整形光学系１８は、光源１
６でパルス発光され光透過窓１７を介して入射したレー
ザビームＬＢの断面形状を、該レーザビームＬＢの光路
後方に設けられたＤＯＥ２０に効率良く入射するように
整形するもので、例えばシリンダレンズやビームエキス
パンダ（いずれも図示省略）等で構成される。

【００３６】前記回折光学素子（ＤＯＥ）２０は、レー
ザビームＬＢの不要なエネルギロスを防止するために設
けられるもので、レンズ２１及びフライアイレンズ２２
とともに、照度均一化光学系を構成する。

【００３７】前記フライアイレンズ２２は、レンズ２１
の光軸、すなわち照明光学系１２の光軸ＩＸ（投影光学
系ＰＬの光軸ＡＸに一致）上に配置され、ＤＯＥ２０か
ら出たレーザビームＬＢの回折光がレンズ２１を介して
入射すると、レチクルＲを均一な照度分布で照明するた
めに、照明光学系の瞳面とほぼ一致するように配置され
るその射出側焦点面に多数の点光源（光源像）から成る
面光源（２次光源）を形成する。但し、ＤＯＥ２０から
の０次光は、フライアイレンズ２２を構成する光軸ＩＸ
上に位置するエレメントに集中的に照射されるため、こ
れを放置すると、レチクルＲのパターン面（被照射面）
上で露光用照明光ＥＬの照度分布が光軸ＩＸ（投影光学
系ＰＬの光軸ＡＸ）上の微小領域に極端なピークを有す
る分布となる。このような、被照射面上における露光用
照明光ＥＬの不均一な照度分布の発生を防止するため、
本実施形態では、フライアイレンズ２２の光軸上のエレ
メント射出端面に遮光部材２３を取り付けている。な
お、遮光部材２３を取り付ける代わりに、フライアイレ
ンズ２２の光軸上のエレメントを０次光カット用のダミ
ーエレメントとしても良い。従って、２次光源である面
光源は、その光軸上に点光源が存在していない特殊な面
光源である。この２次光源から射出されるレーザビーム
を以下においては、「照明光ＥＬ」と呼ぶものとする。
なお、ＤＯＥ２０は、通常照明用であり、本実施形態
（図１）では図示が省略されているが、変形照明（輪帯
照明を含む）を実施するときには、ＤＯＥ２０が照明光
学系の瞳面上で照明光を光軸外に分布させる他のＤＯＥ
と交換されるようになっている。

【００３８】フライアイレンズ２２の射出面の近傍に、
円板状部材から成る照明系開口絞り板２４が配置されて
いる。この照明系開口絞り板２４には、ほぼ等角度間隔
で、例えば通常の円形開口より成る開口絞り（通常絞
り）、小さな円形開口より成りコヒーレンスファクタで
あるσ値を小さくするための開口絞り（小σ絞り）、輪
帯照明用の輪帯状の開口絞り（輪対絞り）、及び変形光
源法用に複数の開口を偏心させて配置して成る変形開口
絞り（図１ではこのうちの２種類の開口絞りのみが図示
されている）等が配置されている。この照明系開口絞り
板２４は、主制御装置５０により制御されるモータ等の
駆動装置４０により回転されるようになっており、これ
によりいずれかの開口絞りが照明光ＥＬの光路上に選択
的に設定され、後述するケーラー照明における光源面形
状が、輪帯、小円形、大円形、あるいは四つ目等に制限
される。

【００３９】照明系開口絞り板２４から出た照明光ＥＬ
の光路上に、レチクルブラインド３０を介在させて第１
リレーレンズ２８Ａ及び第２リレーレンズ２８Ｂから成
るリレー光学系が配置されている。レチクルブラインド
３０は、レチクルＲのパターン面に対する共役面に配置
され、レチクルＲ上の矩形の照明領域ＩＡＲを規定する
矩形開口が形成されている。ここで、レチクルブライン
ド３０としては、開口形状が可変の可動ブラインドが用
いられており、主制御装置５０によってマスキング情報
とも呼ばれるブラインド設定情報に基づいてその開口が
設定されるようになっている。

【００４０】リレー光学系を構成する第２リレーレンズ
２８Ｂ後方の照明光ＥＬの光路上には、当該第２リレー
レンズ２８Ｂを通過した照明光ＥＬをレチクルＲに向け
て反射する折り曲げミラーＭが配置され、このミラーＭ
後方の照明光ＥＬの光路上にコンデンサレンズ３２が配
置されている。

【００４１】以上の構成において、ＤＯＥ２０の入射
面、フライアイレンズ２２の入射面、レチクルブライン
ド３０の配置面、及びレチクルＲのパターン面は、光学
的に互いに共役に設定され、フライアイレンズ２２の射
出側焦点面に形成される光源面（照明光学系の瞳面）、
投影光学系ＰＬのフーリエ変換面（射出瞳面）は光学的
に互いに共役に設定され、ケーラー照明系となってい
る。

【００４２】このようにして構成された照明系１２の作
用を簡単に説明すると、光源１６からパルス発光された
レーザビームＬＢは、ビーム整形光学系１８に入射し
て、ここで後方のＤＯＥ２０に効率良く入射するように
その断面形状が整形された後、ＤＯＥ２０に入射する。
そして、このＤＯＥ２０からレーザビームＬＢの回折光
がフライアイレンズ２２に入射する。これにより、フラ
イアイレンズ２２の射出端に前述した２次光源が形成さ
れる。すなわち、本実施形態ではＤＯＥ２０が通常照明
用であるため、照明光学系の瞳面上でその光軸を中心と
する所定領域内に２次光源が形成される。また、例えば
通常照明時、コヒーレンスファクタ（σ値）を変更する
ために開口絞りの交換のみを行うようにしても良いが、
それに加えて、あるいは単独で、ＤＯＥ２０とオプティ
カルインテグレータ（フライアイレンズ２２）との間に
配置される光学系の少なくとも一部（図１ではレンズ２
１）をズームレンズ系とし、σ値変更に伴う光量損失を
最小限とすることが好ましい。

【００４３】上記の２次光源から射出された照明光ＥＬ
は、照明系開口絞り板２４上のいずれかの開口絞りを通
過した後、第１リレーレンズ２８Ａを経てレチクルブラ
インド３０の矩形開口を通過した後、第２リレーレンズ
２８Ｂを通過してミラーＭによって光路が垂直下方に折
り曲げられた後、コンデンサレンズ３２を経て、レチク
ルステージＲＳＴ上に保持されたレチクルＲ上の矩形の
照明領域ＩＡＲを均一な照度分布で照明する。

【００４４】前記レチクルステージＲＳＴ上にはレチク
ルＲが装填され、不図示の静電チャック（又はバキュー
ムチャック）等を介して吸着保持されている。レチクル
ステージＲＳＴは、不図示の駆動系により水平面（ＸＹ
平面）内で微小駆動（回転を含む）が可能な構成となっ
ている。また、レチクルステージＲＳＴは、Ｙ軸方向に
ついては、所定のストローク範囲（レチクルＲの長さ程
度）で移動可能な構成となっている。なお、レチクルス
テージＲＳＴの位置は、不図示の位置検出器、例えばレ
チクルレーザ干渉計によって、所定の分解能（例えば
０．５〜１ｎｍ程度の分解能）で計測され、この計測結
果が主制御装置５０に供給されるようになっている。

【００４５】なお、レチクルＲに用いる材質は、使用す
る光源によって使い分ける必要がある。すなわち、Ａｒ
Ｆエキシマレーザ、ＫｒＦエキシマレーザを光源とする
場合は、合成石英を用いることができるが、Ｆ₂レーザ
を用いる場合には、ホタル石等のフッ化物結晶や、フッ
素ドープ石英等で形成する必要がある。

【００４６】前記投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセ
ントリックな縮小系が用いられている。この投影光学系
ＰＬの投影倍率は例えば１／４、１／５あるいは１／６
等である。このため、前記の如くして、照明光ＥＬによ
りレチクルＲ上の照明領域ＩＡＲが照明されると、その
レチクルＲに形成されたパターンが投影光学系ＰＬによ
って前記投影倍率で縮小された像が表面にレジスト（感
光剤）が塗布されたウエハＷ上の矩形の露光領域ＩＡ
（通常は、ショット領域に一致）に投影され転写され
る。

【００４７】投影光学系ＰＬとしては、屈折光学素子
（レンズ）のみから成る屈折系、あるいは反射光学素子
と屈折光学素子とを有する反射屈折系（カタッディオプ
トリック系）が用いられる。この反射屈折型の投影光学
系としては、例えば特開平８―１７１０５４号公報、特
開平１０−２０１９５号公報などに開示される、反射光
学素子としてビームスプリッタと凹面鏡とを有する反射
屈折系、又は特開平８−３３４６９５号公報並びに特開
平１０−３０３９号公報などに開示される、反射光学素
子としてビームスプリッタを用いずに凹面鏡などを有す
る反射屈折系を用いることができる。なお、照明光ＥＬ
として、Ｆ₂レーザ光、Ａｒ₂レーザ光、又はＥＵＶ光な
どを用いる場合には、投影光学系ＰＬを反射光学素子の
みから成るオール反射系とすることもできる。但し、Ａ
ｒ₂レーザ光やＥＵＶ光などを用いる場合にはレチクル
Ｒも反射型とする。

【００４８】なお、照明光ＥＬとしてＡｒＦエキシマレ
ーザ光、ＫｒＦエキシマレーザ光を用いる場合には、投
影光学系ＰＬを構成する各レンズエレメントとしては合
成石英を用いることができるが、Ｆ₂レーザ光を用いる
場合には、この投影光学系ＰＬに使用されるレンズの材
質は、全てホタル石等のフッ化物結晶や前述したフッ素
ドープ石英が用いられる。

【００４９】前記ウエハステージＷＳＴは、ウエハステ
ージ駆動部５６によりＸＹ２次元面内で自在に駆動され
るようになっている。このウエハステージＷＳＴ上に搭
載されたＺチルトステージ５８上には不図示のウエハホ
ルダを介してウエハＷが静電吸着（あるいは真空吸着）
等により保持されている。Ｚチルトステージ５８は、ウ
エハＷのＺ方向の位置（フォーカス位置）を調整すると
共に、ＸＹ平面に対するウエハＷの傾斜角を調整する機
能を有する。また、ウエハステージＷＳＴのＸ、Ｙ位置
及び回転（ヨーイング、ピッチング、ローリングを含
む）は、Ｚチルトステージ５８上に固定された移動鏡５
２Ｗを介して外部のウエハレーザ干渉計５４Ｗにより計
測され、このウエハレーザ干渉計５４Ｗの計測値が主制
御装置５０に供給されるようになっている。

【００５０】また、Ｚチルトステージ５８上には、いわ
ゆるベースライン計測用の基準マーク等の基準マークが
計測された基準マーク板ＦＭが、その表面がほぼウエハ
Ｗの表面と同一高さとなるように固定されている。

【００５１】制御系は、図１中、前記主制御装置５０に
よって主に構成される。主制御装置５０は、ＣＰＵ（中
央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモ
リ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等からな
るいわゆるマイクロコンピュータ（又はワークステーシ
ョン）を含んで構成され、露光動作が的確に行われるよ
うに、例えば、ウエハステージＷＳＴのショット間ステ
ッピング、露光タイミング等を統括して制御する。

【００５２】次に、本実施形態の露光装置１０の投影光
学系ＰＬの光学特性の計測の際に用いられる、光学特性
計測用マスクとしての計測用レチクルＲ_Tについて説明
する。

【００５３】図２には、この計測用レチクルＲ_Tの概略
斜視図が示されている。また、図３には、レチクルステ
ージＲＳＴ上に装填した状態におけるレチクルＲ_Tの光
軸ＡＸ近傍のＸＺ断面の概略図が、投影光学系ＰＬの模
式図とともに示されている。また、図４には、レチクル
ステージＲＳＴ上に装填した状態におけるレチクルＲ _T
の−Ｙ側端部近傍のＸＺ断面の概略図が、投影光学系Ｐ
Ｌの模式図とともに示されている。

【００５４】図２から明らかなように、この計測用レチ
クルＲ_Tの全体形状は、通常のペリクル付きレチクルと
ほぼ同様の形状を有している。この計測用レチクルＲ_T
は、パターン形成部材としてのガラス基板６０、該ガラ
ス基板６０の図２おける上面のＸ軸方向中央部に、固定
された長方形板状の形状を有するレンズ取付け部材６
２、ガラス基板６０の図２における下面に取り付けられ
た通常のペリクルフレームと同様の外観を有する枠状部
材から成るスペーサ部材６４、及びこのスペーサ部材６
４の下面に取り付けられた開口板６６等を備えている。

【００５５】前記レンズ取付け部材６２には、Ｙ軸方向
の両端部の一部の帯状の領域を除く、ほぼ全域にマトリ
ックス状配置で多数の円形開口６３_i,j（ｉ＝１〜ｍ、
ｊ＝１〜ｎ）が形成されている。各円形開口６３_i,jの
内部には、Ｚ軸方向の光軸を有する凸レンズから成る集
光素子としての集光レンズ６５_i,jがそれぞれ設けられ
ている（図３参照）。

【００５６】また、ガラス基板６０とスペーサ部材６４
と開口板６６とで囲まれる空間の内部には、図３に示さ
れるように、補強部材６９が所定の間隔で設けられてい
る。

【００５７】更に、前記各集光レンズ６５_i,jに対向し
て、図３に示されるように、ガラス基板６０の下面に
は、計測用パターン６７_i,jがそれぞれ形成されてい
る。また、開口板６６には、図３に示されるように、各
計測用パターン６７_i,jに対向してそれぞれピンホール
状の開口７０_i,jが形成されている。このピンホール状
の開口７０_i,jは、例えば直径１５μｍ程度とされる。

【００５８】また、図３に示されるように、集光レンズ
６５_i,jのうち、ほぼレチクル中心に位置する集光レン
ズ６５_k,lの入射面側の表面には、特殊加工により、レ
モンスキン状の拡散面ＤＦが形成されている。なお、図
２の計測用レチクルが厚くなるものの、拡散面を、集光
レンズ６５_k,lと別の透明部材に形成し、その透明部材
を集光レンズ６５_k,lに一体的に取り付けても良い。な
お、拡散面は、集光レンズの射出面側に設けることも可
能である。本実施形態では、上記拡散面ＤＦによって拡
散手段が構成されている。

【００５９】図２に戻り、レンズ保持部材６２には、Ｙ
軸方向の両端部の一部の帯状の領域の中央部に、開口７
２₁、７２₂がそれぞれ形成されている。図４に示される
ように、ガラス板６０の下面（パターン面）には、一方
の開口７２₁に対向して基準パターン７４₁が形成されて
いる。また、図示は省略されているが、他方の開口７２
₂に対向して、ガラス板６０の下面（パターン面）に、
基準パターン７４₁と同様の基準パターン（便宜上、
「基準パターン７４₂」と記述する）が形成されてい
る。

【００６０】また、ガラス基板６０のレチクル中心を通
るＸ軸上には、レンズ保持部材６２の両外側に、レチク
ル中心に関して対称な配置で一対のレチクルアライメン
トマークＲＭ１，ＲＭ２が形成されている。

【００６１】ここで、本実施形態では、計測用パターン
６７_i,jとして、図５（Ａ）に示されるような網目状
（ストリートライン状）のパターンが用いられている。
また、これに対応して、基準パターン７４₁、７４₂とし
て、図５（Ｂ）に示されるような、計測用パターン６７
_i,jと同一ピッチで正方形パターンが配置された２次元
の格子パターンが用いられている。なお、基準パターン
７４₁、７４₂として図５（Ａ）のパターンを用い、計測
用パターンとして図５（Ｂ）に示されるパターンを用い
ることは可能である。また、計測用パターン６７
_i,jは、これに限られず、その他の形状のパターンを用
いても良く、その場合には、基準パターンとして、その
計測用パターンとの間に所定の位置関係があるパターン
を用いれば良い。すなわち、基準パターンは、計測用パ
ターンの位置ずれの基準となるパターンであれば良く、
その形状等は問わないが、投影光学系ＰＬの光学特性を
計測するためには、投影光学系ＰＬのイメージフィール
ド又は露光エリアの全面に渡ってパターンが分布してい
るパターンが望ましい。

【００６２】次に、計測用レチクルＲ_Tを用いて、投影
光学系ＰＬの光学特性を計測する際の手順について説明
する。

【００６３】まず、主制御装置５０では、不図示のレチ
クルローダを介して計測用レチクルＲ_Tをレチクルステ
ージＲＳＴ上にロードする。次いで、主制御装置５０で
は、レーザ干渉計５４Ｗの出力をモニタしつつ、ウエハ
ステージ駆動部５６を介してウエハステージＷＳＴを移
動し、基準マーク板ＦＭ上の一対のレチクルアライメン
ト用基準マーク（以下、「第２基準マーク」と呼ぶ）を
予め定められた基準位置に位置決めする。ここで、この
基準位置とは、例えば一対の第２基準マークの中心が、
レーザ干渉計５４Ｗで規定されるステージ座標系上の原
点に一致する位置に定められている。

【００６４】次に、主制御装置５０では、計測用レチク
ルＲ_T上の一対のレチクルアライメントマークＲＭ１，
ＲＭ２とこれらに対応する第２基準マークとを、不図示
の一対のレチクルアライメント顕微鏡により同時に観察
し、レチクルアライメントマークＲＭ１，ＲＭ２の基準
板ＦＭ上への投影像と、対応する第２基準マークとの位
置ずれが、共に最小となるように、不図示の駆動系を介
してレチクルステージＲＳＴをＸＹ２次元面内で微少駆
動する。これにより、レチクルアライメントが終了し、
レチクル中心が投影光学系ＰＬの光軸にほぼ一致する。

【００６５】次に、主制御装置５０では、不図示のウエ
ハローダを用いて表面にレジスト（感光剤）が塗布され
たウエハＷをＺチルトステージ５８上にロードする。

【００６６】次いで、主制御装置５０では、計測用レチ
クルＲ_Tの集光レンズ６５_i,jの全てが含まれ、かつ開口
７２₁，７２₂が含まれず、レンズ保持部材６２のＸ軸方
向の最大幅以内のＸ軸方向の長さを有する矩形の照明領
域を形成するため、不図示の駆動系を介してレチクルブ
ラインド３０の開口を設定する。また、これと同時に、
主制御装置５０では、駆動装置４０を介して照明系開口
絞り板２４を回転して、小σ絞りを照明光ＥＬの光路上
に設定する。このとき、前述した照明光学系内のズーム
レンズ系を用いてオプティカルインテグレータ（フライ
アイレンズ２２）に入射する照明光の光束径（又は入射
角度範囲）を小さくして光量損失を最小限とすることが
望ましい。

【００６７】このような準備作業の後、主制御装置５０
では、制御情報ＴＳを光源１６に与えて、レーザビーム
ＬＢを発光させて、照明光ＥＬをレチクルＲ_Tに照射し
て露光を行う。これにより、図３に示されるように、各
計測用パターン６７_i,jが、対応するピンホール状の開
口７０_i,j及び投影光学系ＰＬを介して同時に転写され
る。この結果、ウエハＷ上のレジスト層には、図６
（Ａ）に示されるような各計測用パターン６７_i,jの縮
小像（潜像）６７’_i,jが、所定間隔でＸＹ２次元方向
に沿って所定間隔で形成される。

【００６８】次に、主制御装置５０では、不図示のレチ
クルレーザ干渉計の計測値とレチクルセンタと一方の基
準パターン７４₁との設計上の位置関係とに基づいて、
基準パターン７４₁の中心位置が光軸ＡＸ上に一致する
ように、不図示の駆動系を介してレチクルステージＲＳ
ＴをＹ軸方向に所定距離移動する。次いで、主制御装置
５０では、その移動後の開口７２₁を含むレンズ保持部
材６２上の所定面積の矩形領域（この領域は、いずれの
集光レンズにも掛からない）にのみ照明光ＥＬの照明領
域を規定すべく、不図示の駆動系を介してレチクルブラ
インド３０の開口を設定する。

【００６９】次に、主制御装置５０では、最初の計測用
パターン６７_1,1の潜像６７’_1,1が形成されたウエハＷ
上の領域のほぼ中心が、投影光学系ＰＬの光軸上にほぼ
一致するように、レーザ干渉計５４Ｗの計測値をモニタ
しつつ、ウエハステージＷＳＴを移動する。

【００７０】そして、主制御装置５０では、制御情報Ｔ
Ｓを光源１６に与えて、レーザビームＬＢを発光させ
て、照明光ＥＬをレチクルＲ_Tに照射して露光を行う。
これにより、ウエハＷ上のレジスト層の計測用パターン
６７_1,1の潜像が既に形成されている領域（領域Ｓ_1,1と
呼ぶ）に基準パターン７４₁が重ねて転写される。この
結果、ウエハＷ上の領域Ｓ_1,1には、図６（Ｂ）に示さ
れるように、計測用パターン６７_1,1の潜像６７’_1,1と
基準パターン７４₁の潜像７４’₁が同図のような位置関
係で形成される。

【００７１】次いで、主制御装置５０では、レチクルＲ
_T上の計測用パターン６７_i,jの配列ピッチと投影光学系
ＰＬの投影倍率とに基づいて、ウエハＷ上の計測用パタ
ーン６７_i,jの設計上の配列ピッチｐを算出し、そのピ
ッチｐだけ、ウエハステージＷＳＴをＸ軸方向に移動し
て、第２番目の計測用パターン６７_1,2の潜像が形成さ
れたウエハＷ上の領域（領域Ｓ_1,2と呼ぶ）のほぼ中心
が、投影光学系ＰＬの光軸上にほぼ一致するように、ウ
エハステージＷＳＴを移動する。

【００７２】そして、主制御装置５０では、制御情報Ｔ
Ｓを光源１６に与えて、レーザビームＬＢを発光させ
て、照明光ＥＬをレチクルＲ_Tに照射して露光を行う。
これにより、ウエハＷ上の領域Ｓ_1,2には基準パターン
７４₁が重ねて転写される。

【００７３】以後、上記と同様の領域間ステッピング動
作と、露光動作とを繰り返すことにより、ウエハＷ上の
領域Ｓ_i,jに、図６（Ｂ）と同様の計測用パターンと基
準パターンとの潜像が形成される。

【００７４】このようにして、露光が終了すると、主制
御装置５０では、不図示のウエハローダを介してウエハ
ＷをＺチルトステージ５８上からアンロードした後、チ
ャンバ１１にインラインにて接続されている不図示のコ
ータ・デベロッパ（以下、「Ｃ／Ｄ」と略述する）に送
る。そして、Ｃ／Ｄ内で、そのウエハＷの現像が行わ
れ、その現像後にウエハＷ上には、マトリックス状に配
列された各領域Ｓ_i,jに図６（Ｂ）と同様の配置で計測
用パターンと基準パターンとのレジスト像が形成され
る。

【００７５】ここで、本実施形態では、レチクルＲ_Tの
中心に位置する集光レンズ６５_k,lの入射面が拡散面Ｄ
Ｆとされているので、その拡散面ＤＦの作用により、集
光レンズ６５_k,lに照射された照明光ＥＬが拡散された
後、計測用パターン６７_k,lに照射されるので、前述し
た照明光学系１２内のフライアイレンズ２２の光軸上の
エレメントから射出される光をカットしているにもかか
わらず、計測用パターン６７_k,lの中央部に殆ど像ボケ
が生じることがないようになっている。従って、領域Ｓ
_k,lに形成されるレジスト像も、他の領域Ｓ_i,j（ｉ＝
ｋ、ｊ＝１を除く）に形成されるレジスト像とほぼ同程
度にシャープなレジスト像を得ることができる。

【００７６】その後、現像が終了したウエハＷは、Ｃ／
Ｄから取り出され、外部の重ね合せ測定器（レジストレ
ーション測定器）を用いて、各領域Ｓ_i,jについて重ね
合せ誤差の測定が行われ、この結果に基づいて、各計測
用パターン６７_i,jのレジスト像の対応する基準パター
ン７４₁に対する位置誤差（位置ずれ）が算出される。
なお、この位置ずれの算出方法は、種々考えられるが、
いずれにしても、計測された生データに基づいて統計演
算を行うことが、精度を向上する観点からは望ましい。

【００７７】そして、各領域Ｓ_i,jについて、基準パタ
ーンに対する計測用パターンのＸ，Ｙ２次元方向の位置
ずれ（Δξ，Δη）を求める。

【００７８】ここで、この位置ずれに基づいて、投影光
学系ＰＬの波面を演算により求めるのであるが、その前
提として、位置ずれ（Δξ，Δη）と波面との物理的な
関係を、図３及び図４に基づいて簡単に説明する。

【００７９】図３に、計測用パターン６７_k,lについ
て、代表的に示されるように、計測用パターン６７_i,j
から発生する回折光は、ピンホール状の開口７０_i,jに
集束され、開口７０_i,jからは球面波が発生する。そし
て、仮に投影光学系ＰＬに収差が全くないものとする
と、この球面波は、投影光学系ＰＬの瞳面では、平面波
となり、その波面は、符号Ｆ₁で示されるような理想平
面となるはずである。しかるに、収差の全く無い投影光
学系は実際には存在しないため、瞳面においては、例え
ば、点線で示されるような曲面状の波面Ｆ₂となる。従
って、計測用パターン６７_i,jの像は、ウエハＷ上で波
面Ｆ₁の理想平面に対する傾きに応じてずれた位置に結
像される。

【００８０】この一方、基準パターン７４₁（又は７
４₂）から発生する回折光は、図４に示されるように、
ピンホール状の開口の制限を受けることなく、しかも投
影光学系ＰＬに直接入射し、該投影光学系ＰＬを介して
ウエハＷ上に結像される。更に、この基準パターン７４
₁を用いた露光は、投影光学系ＰＬの光軸上に基準パタ
ーン７４₁の中心を位置決めした状態で行われることか
ら、基準パターン７４₁から発生する結像光束は殆ど投
影光学系ＰＬの収差の影響を受けることなく、光軸を含
む微小領域に位置ずれなく結像する。なお、図４に示さ
れる曲線Ｆ₃は、投影光学系ＰＬの瞳面における積算光
量を表すものである。

【００８１】従って、位置ずれ（Δξ，Δη）は、波面
の理想平面に対する傾斜をそのまま反映した値になり、
逆に位置ずれ（Δξ，Δη）に基づいて波面を復元する
ことができる。なお、上記の位置ずれ（Δξ，Δη）と
波面との物理的な関係から明らかなように、本実施形態
における波面の算出原理は、周知のShack-Hartmanの波
面算出原理そのものである。

【００８２】次に、上記の位置ずれに基づいて、波面を
算出する方法について、簡単に説明する。

【００８３】上述の如く、位置ずれ（Δξ，Δη）は波
面の傾きに対応しており、これを微分することにより波
面の形状（厳密には基準面（理想平面）からのずれ）が
求められる。波面（波面の基準面からのずれ）の式をＷ
（ｘ，ｙ）とし、比例係数をｋとすると、次式（１）、
（２）のような関係式が成立する。

【００８４】

【数１】

【００８５】位置ずれのみでしか与えられていない波面
の傾きをそのまま微分するのは容易ではないため、面形
状を級数に展開して、これにフィットするものとする。
この場合、級数は直交系を選ぶものとする。ツェルニケ
多項式は軸対称な面の展開に適した級数で、円周方向は
三角級数に展開する。すなわち、波面Ｗを極座標系
（ρ，θ）で表すと、ツェルニケ多項式をＲ_n ^m（ρ）と
して、次式（３）のように展開できる。

【００８６】

【数２】

【００８７】なお、Ｒ_n ^m（ρ）の具体的な形は、周知で
ある（例えば光学の一般的な教科書などに記載されてい
る）ので、詳細な説明は省略する。直交系であるから各
項の係数、Ａ_n ^m，Ｂ_n ^mは独立に決定することができる。
有限項で切ることはある種のフィルタリングを行うこと
に対応する。

【００８８】実際には、その微分が上記の位置ずれとし
て検出されるので、フィッティングは微係数について行
う必要がある。極座標系（ｘ＝ρｃｏｓθ，ｙ＝ρｓｉ
ｎθ）では、次式（４）、（５）のように表される。

【００８９】

【数３】

【００９０】ツェルニケ多項式の微分形は直交系ではな
いので、フィッティングは最小自乗法で行う必要があ
る。１つの計測用パターンからの情報（ずれの量）はＸ
とＹ方向につき与えられるので、計測用パターンの数を
Ｎ（Ｎは、例えば８１〜４００程度とする）とすると、
上式（１）〜（５）で与えられる観測方程式の数は２Ｎ
（＝１６２〜８００程度）となる。これから例えば２７
の係数を決めるため各係数の誤差はかなり小さくなる
（面の傾きを表すＡ₁ ¹，Ｂ₁ ¹を除けば係数のばらつきは
数ｎｍ程度に収まっている）。

【００９１】ツェルニケ多項式のそれぞれの項は光学収
差に対応する。しかも低次の項はザイデル収差にほぼ対
応する。従って、ツェルニケ多項式を用いることによ
り、投影光学系ＰＬの波面収差を求めることができる。

【００９２】本実施形態の露光装置１０では、半導体デ
バイスの製造時には、レチクルとしてデバイス製造用の
レチクルＲがレチクルステージＲＳＴ上に装填され、そ
の後、レチクルアライメント及びいわゆるベースライン
計測、並びにＥＧＡ（エンハンスト・グローバル・アラ
イメント）等のウエハアライメントなどの準備作業が行
われる。その後、前述した光学特性の計測時と同様のス
テップ・アンド・リピート方式の露光が行われる。但
し、この場合、ステッピングは、ウエハアライメント結
果に基づいて、ショット間を単位として行われる。な
お、露光時の動作等は通常のステッパと異なることがな
いので、詳細説明については省略する。

【００９３】但し、この露光装置１０では、定期的にメ
ンテナンスを行い、その際に、前述した計測用レチクル
Ｒ_Tを用いて、前述した手順で波面収差の計測が行わ
れ、その計測結果に基づいて、投影光学系ＰＬが調整さ
れる。この調整は、例えば、波面収差の計測結果から求
められるザイデル収差等を不図示の結像特性補正機構
（例えば、投影光学系ＰＬ内部の複数枚のレンズをＺ軸
方向及び傾斜方向に微少駆動する機構など）を用いて高
精度に調整する。

【００９４】次に、露光装置１０の製造方法について説
明する。

【００９５】露光装置１０の製造に際しては、まず、複
数のレンズ、ミラー等の光学素子などを含む照明光学系
１２、投影光学系ＰＬ、多数の機械部品から成るレチク
ルステージ系やウエハステージ系などを、それぞれユニ
ットとして組み立てるとともに、それぞれユニット単体
としての所望の性能を発揮するように、光学的な調整、
機械的な調整、及び電気的な調整等を行う。

【００９６】次に、照明光学系１２や投影光学系ＰＬな
どを露光装置本体に組むとともに、レチクルステージ系
やウエハステージ系などを露光装置本体に取り付けて配
線や配管を接続する。

【００９７】次いで、照明光学系１２や投影光学系ＰＬ
については、光学的な調整を更に行う。これは、露光装
置本体への組み付け前と組み付け後とでは、それらの光
学系、特に投影光学系ＰＬの光学性能が微妙に変化する
からである。本実施形態では、この露光装置本体へ組み
込み後に行われる投影光学系ＰＬの光学的な調整に際し
て、前述した計測用レチクルＲ_Tを用いて前述した手順
で、投影光学系ＰＬの波面収差の計測を行う。そして、
この波面収差の計測により行われたザイデル収差に基づ
いて、前述した光学特性補正装置を用いて、それらの収
差を補正するとともに、より高次の収差に基づいて必要
であればレンズ等の組付けを再調整する。なお、再調整
により所望の性能が得られない場合などには、一部のレ
ンズを再加工する必要も生じる。なお、投影光学系ＰＬ
の光学素子の再加工を容易に行うため、投影光学系ＰＬ
を露光装置本体に組み込む前に前述の波面収差を計測
し、この計測結果に基づいて再加工が必要な光学素子の
有無や位置などを特定し、その光学素子の再加工と他の
光学素子の再調整とを並行して行うようにしても良い。

【００９８】その後、更に総合調整（電気調整、動作確
認等）をする。これにより、光学特性が高精度に調整さ
れた投影光学系ＰＬを用いて、レチクルＲのパターンを
ウエハＷ上に精度良く転写することができる、本実施形
態の露光装置１０を製造することができる。なお、露光
装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリ
ーンルームで行うことが望ましい。

【００９９】以上詳細に説明したように、本実施形態に
係る計測用レチクルＲ_Tを用いることにより、複数の計
測用パターン６７_i,jのうち、露光時に投影光学系ＰＬ
の光軸上に位置する特定の計測用パターン６７_k,lが、
集光レンズ６５_k,lに一体的に設けられた拡散面ＤＦに
よって拡散された照明光ＥＬによって照明される。この
ため、特定の計測用パターン６７_k,lの照度分布の均一
性を向上させることができる。本実施形態の場合、図１
の照明光学系の構成から明らかなように、計測用パター
ン６７_k,l以外の計測用パターンを照明する照明光ＥＬ
は、元々照度分布均一性は良好である。従って、照明光
の照度不均一性に起因する計測用パターンの像ボケの発
生を抑制することができる。

【０１００】従って、計測用パターン６７_i,jの投影情
報（結像情報）、具体的には、計測用パターン６７_i,j
の基準位置（すなわち、基準パターン７４₁（又は７
４₂）の結像位置）からの位置ずれに基づいて、投影光
学系ＰＬの光学特性としての波面収差を精度良く算出す
ることが可能となる。

【０１０１】なお、上記実施形態では、集光レンズ６５
_k,lの入射面に設けられた拡散面ＤＦにより拡散手段が
構成された場合について説明したが、本発明がこれに限
定されないことは勿論である。レチクルＲ_Tを構成する
ガラス基板６０の入射側、例えば集光レンズ６５_i,jの
入射側に図７に示される拡散板９０を設け、該拡散板９
０によって拡散手段を構成しても良い。この場合、拡散
板９０は、図７に示されるように、支持部材９２を介し
てレンズ保持部材６２に一体的に固定することとするこ
とができる。また、本発明の光学特性計測方法では、拡
散板９０は、必ずしもレチクルＲ_Tの一部を構成する必
要はなく、要は、計測用パターンが配置された投影光学
系ＰＬの物体面の入射側に配置すれば良い。

【０１０２】また、拡散手段を上記実施形態と同様に、
特定の計測用パターンに個別に対応して設けられた拡散
面によって構成する場合にも、集光レンズ（集光素子）
と一体的な拡散面でなくても良い。

【０１０３】また、本発明の光学特性計測用マスクで
は、集光レンズ等の集光素子は必ずしも設ける必要はな
い。集光素子としては、集光レンズの他、フレネルレン
ズその他の光学素子を用いても良い。

【０１０４】また、上記実施形態では、ＤＯＥからの０
次光が集中的に入射するフライアイレンズの光軸上のエ
レメントから出射される光を遮光するが故に、照明光の
照度分布が不均一となる場合について説明したが、これ
に限らず、その他の様々な理由により、レチクルパター
ン面（物体面）上の複数の計測用パターンのうちの少な
くとも１つに照射される照明光の照度分布が不均一にな
る場合にも本発明を好適に適用できる。従って、ＤＯＥ
に代えてＤＯＥ以外のものを使っても良い。

【０１０５】また、上記実施形態では、計測用レチクル
Ｒ_Tに計測用パターンとともに、基準パターンが設けら
れる場合について説明したが、基準パターンは、光学特
性計測用マスク（上記実施形態では計測用レチクル
Ｒ_T）に設ける必要はない。すなわち、基準パターンを
別のマスクに設けても良いし、基準パターンをマスク側
に設けることなく、基板（ウエハ）側に設けても良い。
すなわち、基準パターンが投影倍率に応じた大きさで予
め形成された基準ウエハを用い、その基準ウエハ上にレ
ジストを塗布し、そのレジスト層に計測用パターンを転
写して、現像を行い、その現像後に得られる計測用パタ
ーンのレジスト像と基準パターンとの位置ずれを計測す
るようにすることにより、実質的に上記実施形態と同様
の計測が可能となる。

【０１０６】また、上記実施形態では、計測用パターン
及び基準パターンをウエハＷ上に転写した後に、そのウ
エハを現像して得られるレジスト像の計測結果に基づい
て、投影光学系ＰＬの波面収差を算出するものとした
が、これに限らず、計測用パターンの投影像（空間像）
をウエハ上に投影し、その投影像（空間像）を空間像計
測器などを用いて計測し、あるいはレジスト層に形成さ
れた計測用パターン及び基準パターンの潜像あるいはウ
エハをエッチングして得られる像を計測することとして
も良い。かかる場合であっても、計測用パターンの基準
位置（例えば設計上の計測用パターンの投影位置）から
の位置ずれを計測すれば、その計測結果に基づいて上記
実施形態と同様の手順で投影光学系の波面収差を求める
ことは可能である。また、計測用パターンをウエハ上に
転写する代わりに、予め計測用パターンが形成された基
準ウエハを準備しておき、この基準ウエハ上のレジスト
層に基準パターンを転写してその位置ずれを計測しても
良いし、あるいは計測用パターンに対応する複数の開口
を有する空間像計測器を用いてその両者の位置ずれを計
測するようにしても良い。さらに、上記実施形態では前
述した位置ずれを重ね合せ測定器を用いて計測するもの
としたが、それ以外、例えば露光装置内に設けられるア
ライメントセンサなどを用いても良い。

【０１０７】また、上記実施形態では、投影光学系の光
学特性として波面収差を求める場合について説明した
が、上記の各計測用パターンの投影位置の所定の基準位
置からの位置ずれに基づいて求められるものであれば、
光学特性は、波面収差に限られない。

【０１０８】なお、上記実施形態では、本発明がステッ
パに適用された場合について説明したが、これに限ら
ず、例えば米国特許第５，４７３，４１０号等に開示さ
れるマスクと基板とを同期移動してマスクのパターンを
基板上に転写する走査型の露光装置にも適用することが
できる。

【０１０９】露光装置の用途としては半導体製造用の露
光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプ
レートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光
装置や、薄膜磁気へッド、マイクロマシーン及びＤＮＡ
チップなどを製造するための露光装置にも広く適用でき
る。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでな
く、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び
電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを
製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに
回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用でき
る。

【０１１０】また、上記実施形態の露光装置の光源は、
Ｆ₂レーザ光源、ＡｒＦエキシマレーザ光源、ＫｒＦエ
キシマレーザ光源などの紫外パルス光源に限らず、ｇ線
（波長４３６ｎｍ）、ｉ線（波長３６５ｎｍ）などの輝
線を発する超高圧水銀ランプを用いることも可能であ
る。

【０１１１】また、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバー
レーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レ
ーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイッテ
ルビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増
幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高
調波を用いても良い。また、投影光学系の倍率は縮小系
のみならず等倍および拡大系のいずれでも良い。

【０１１２】なお、半導体デバイスは、デバイスの機能
・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づい
たレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエ
ハを製作するステップ、前述した実施形態の露光装置に
よりレチクルのパターンをウエハに転写するステップ、
デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディ
ング工程、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を
経て製造される。

【０１１３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜５に記
載の各発明によれば、照明光の照度不均一性の影響を軽
減して投影光学系の光学特性の計測精度の向上に寄与す
ることができる光学特性計測用マスクを提供することが
できる。

【０１１４】また、請求項６〜１０に記載の各発明によ
れば、投影光学系の光学特性を精度良く求めることがで
きる光学特性計測方法を提供することができる。

【０１１５】また、請求項１１に記載の発明によれば、
マスクのパターンを基板上に精度良く転写することが可
能な露光装置の製造方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態の露光装置の概略構成を示す図であ
る。

【図２】計測用レチクルを示す概略斜視図である。

【図３】レチクルステージ上に装填した状態における計
測用レチクルの光軸近傍のＸＺ断面の概略図を投影光学
系の模式図とともに示す図である。

【図４】レチクルステージ上に装填した状態における計
測用レチクルの−Ｙ側端部近傍のＸＺ断面の概略図を投
影光学系の模式図とともに示す図である。

【図５】図５（Ａ）は、本実施形態の計測用レチクルに
形成された計測用パターンを示す図であり、図５（Ｂ）
は、本実施形態の計測用レチクルに形成された基準パタ
ーンを示す図である。

【図６】図６（Ａ）は、ウエハ上のレジスト層に所定間
隔で形成される計測用パターンの縮小像（潜像）を示す
図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の計測用パターン
の潜像と基準パターンの潜像の位置関係を示す図であ
る。

【図７】計測用パターンの変形例を示す図である。

【符号の説明】

１０…露光装置、６０…ガラス基板（パターン形成部
材）、６５_i,j…集光レンズ（集光素子）、６６…開口
板、６７_i,j…計測用パターン、７０_i,j…ピンホール状
の開口、７４₁，７４₂…基準パターン、９０…拡散板
（拡散手段）、ＤＦ…拡散面（拡散手段）、ＥＬ…照明
光、ＰＬ…投影光学系、Ｒ…レチクル（マスク）、Ｒ_T
…計測用レチクル（光学特性計測用マスク）、Ｗ…ウエ
ハ（基板）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１面上のパターンを第２面上に投影す
る投影光学系の光学特性を計測するために用いられる光
学特性計測用マスクであって、複数の計測用パターンが所定の位置関係で配置されたパ
ターン面を有するパターン形成部材と；前記パターン形
成部材の前記パターン面に対する射出側に配置され、前
記各計測用パターンにそれぞれ対応する複数のピンホー
ル状の開口が形成された開口板と；前記複数の計測用パ
ターンのうちの少なくとも１つの特定の計測用パターン
を照明する照明光を拡散させる拡散手段と；を備える光
学特性計測用マスク。
【請求項２】前記拡散手段は、前記パターン形成部材
の入射側に配置された拡散板であることを特徴とする請
求項１に記載の光学特性計測用マスク。
【請求項３】前記拡散手段は、前記特定の計測用パタ
ーンに個別に対応して前記パターン形成部材の入射側に
配置された前記照明光を拡散させる拡散面であることを
特徴とする請求項１に記載の光学特性計測用マスク。
【請求項４】前記パターン形成部材の入射側に前記複
数の計測用パターンのそれぞれと対応して配置された複
数の集光素子を更に備え、前記拡散面が前記特定の計測用パターンに対応する前記
集光素子に一体的に形成されていることを特徴とする請
求項３に記載の光学特性計測用マスク。
【請求項５】前記パターン形成部材は、前記各計測用
パターンの投影位置の位置ずれの基準となる基準パター
ンを更に有することを特徴とする請求項１〜４のいずれ
か一項に記載の光学特性計測用マスク。
【請求項６】第１面上のパターンを第２面上に投影す
る投影光学系の光学特性を計測する光学特性計測方法で
あって、照明光路上に配置された拡散手段により拡散された照明
光により前記第１面上に所定の位置関係で配置された複
数の計測用パターンを照明し、該複数の計測用パターンのそれぞれから発生する照明光
のそれぞれを、前記各計測用パターンに個別に対応して
設けられたピンホール及び前記投影光学系を介して前記
第２面上に投射し、前記第２面上における前記各計測用パターンの投影位置
の所定の基準位置からの位置ずれに基づいて前記投影光
学系の光学特性を算出する光学特性計測方法。
【請求項７】前記拡散手段を照明する照明光の光軸上
の一部領域を遮光することを特徴とする請求項６に記載
の光学特性計測方法。
【請求項８】前記第１面上に配置された基準パターン
を前記投影光学系を介して前記第２面上に転写し、該基
準パターンの転写位置を前記基準位置として前記位置ず
れを算出することを特徴とする請求項６又は７に記載の
光学特性計測方法。
【請求項９】前記位置ずれの算出結果に基づいて前記
投影光学系の波面収差を算出し、該波面収差の算出結果に基づいて前記投影光学系を調整
することを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記
載の光学特性計測方法。
【請求項１０】請求項５に記載の光学特性計測用マス
クを用いて投影光学系の光学特性を計測する光学特性計
測方法であって、照明光により前記光学特性計測用マスクを照明し、前記
複数の計測用パターンを該各計測用パターンに個別に対
応して設けられたピンホール及び前記投影光学系を介し
て基板表面のレジスト層に転写し、前記照明光を用いて前記光学特性計測用マスク上の前記
基準パターンを前記各計測用パターンの位置ずれの基準
として前記基板上の前記レジスト層に順次転写し、前記各計測用パターンの転写像の対応する前記基準パタ
ーンの転写像に対する位置ずれに基づいて前記投影光学
系の光学特性を算出する光学特性計測方法。
【請求項１１】マスクのパターンを投影光学系を介し
て基板上に転写する露光装置を製造する露光装置の製造
方法であって、照明光路上に配置された拡散手段により拡散された照明
光により前記投影光学系の物体面上に所定の位置関係で
配置された複数の計測用パターンを照明し、前記複数の
計測用パターンのそれぞれから発生する照明光のそれぞ
れを、前記各計測用パターンに個別に対応して設けられ
たピンホール及び前記投影光学系を介して該投影光学系
の像面に投射する工程と；前記像面上における前記各計
測用パターンの投影位置の所定の基準位置からの位置ず
れに基づいて前記投影光学系の光学特性を算出する工程
と；前記光学特性の算出結果に基づいて前記投影光学系
を調整する工程と；を含む露光装置の製造方法。