JP2004014865A - レチクル、波面収差測定機、及び半導体露光装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】照明光学系を大型化することなく、レチクルを照明する光のＮＡを大きくすることができるレチクルを提供する。
【解決手段】パターン（ピンホール）２が形成されたレチクル本体１の上部（光源側）にＤＯＥ素子３が配置されている。照射光はＤＯＥ素子２を通してレチクル本体１のピンホール２を照明することになる。ＤＯＥ素子の回折減少により発生する高次回折光が０次回折光に重畳される結果、レチクル本体１のパターンを照明する照明光のＮＡを大きくすることができる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は波面収差測定機等に使用されるレチクル、このレチクルを用いた波面収差測定機、及びこの波面収差測定機を用いた半導体露光装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造工程中には、レチクルに形成されたパターンを半導体露光装置によりウエハ上に転写する工程が含まれる。このとき、露光転写可能な最小のパターン幅は、露光装置の開口数をＮＡ、露光に使用する光の波長をλとすると、λ／ＮＡで決定される。よって、微細なパターンを転写するために、投影系のＮＡは年々増大している。
【０００３】
このような露光装置の投影光学系は、その製造時、波面収差測定機を使用してその収差を測定され、収差が所定の範囲に収まるように調整されている。このような目的に使用される波面収差測定機として代表的なものに、　　　　　　　Ｓｈａｃｋ−Ｈａｒｔｍａｎｎ（シヤック−ハルトマン）方式の波面収差測定機がある。その概要を図６、及び図７に示す。図６に示すように、波面収差測定機３１では、測定対象となる投影光学系３２にテストレチクルＲｔ上のピンホールＰＨからの球面波ＳＷを入射させる。投影光学系３２から出た球面波ＳＷは、投影光学系３２の結像位置に設けられた波面収差測定機３１の第１面３３中のピンホールを介して、リレーレンズ３４により平行光ＰＢに変換される。
【０００４】
この平行光ＰＢは、多数のマイクロレンズ３５が２次元的に配置されたマイクロレンズアレイ３６に入射する。そして、マイクロレンズアレイ３６により、平行光ＰＢは、各マイクロレンズ毎に、所定位置に配置された撮像素子（ＣＣＤ）上に２次像として結像する。
【０００５】
ここで、図７（ａ）に示すように、投影光学系３２に収差が存在しない場合には、マイクロレンズアレイ３６に入射する平行光ＰＢは、平行な波面ＷＦｐｎを有する。このため、マイクロレンズアレイ３６の各マイクロレンズ３５による２次像Ｆｎは、各マイクロレンズ３５の光軸ＡＸｎ上に結像される。
【０００６】
一方、図７（ｂ）に示すように、投影光学系３２に収差が存在する場合には、マイクロレンズアレイ３５に入射する平行光ＰＢは、波面収差に応じて歪んだ波面ＷＦｐａを有する。このため、平行光ＰＢは、各マイクロレンズ３５毎に、それぞれ異なる波面ＷＦｐａの傾きＡＸｐを持つことになる。そして、各マイクロレンズ３５による２次像Ｆａは、各マイクロレンズ毎にその光軸ＡＸｎから前記波面ＷＦｐａの傾き量に応じて横ずれした位置に結像することになる。このように各マイクロレンズ３５毎の光束の結像位置の横ずれ量から、波面ＷＦｐａの傾きＡＸｐを求めることにより、投影光学系３２の収差を波面収差として測定することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、シャック−ハルトマン方式の波面収差測定機では、測定対象となる投影光学系３２にテストレチクルＲｔ上のピンホールＰＨからの球面波ＳＷを入射させる。ところが、測定対象となる投影光学系３２のＮＡは前述のように増大する傾向にあり、大きなＮＡを有する投影光学系に球面波ＳＷを入射させるためには、テストレチクルＲｔを照明する照明光学系のＮＡが大きくなければならない。しかしながら、大きなＮＡを有する照明光学系でテストレチクルＲｔを照明しようとすると照明光学系が大型化し、設計も困難になり、結果的に高価なものになってしまう。そのため照明光学系の大きさを大きくしないで照明光のＮＡを増大させる必要がある。
【０００８】
この目的のために、従来はテストレチクルＲｔの上部に拡散板状のものを配置してＮＡを増大させていたが、光を広げる方向を制御するのが容易でなく、出来なりのものを用いなければならないと言う欠点があった。更にシャック−ハルトマン方式の波面収差測定機用のレチクルを照明するために拡散板を用いた場合では、スペックルが問題になり、且つ制御が困難なことも、投影レンズの高精度調整実現のために問題になっていた。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、照明光学系を大型化することなく、レチクルを照明する光のＮＡを大きくすることができるレチクル、及びこのレチクルを使用した波面収差測定機、この波面収差測定機を使用した半導体露光装置の製造方法を提供することを課題とする。
【００１０】
【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、パターンが形成された基板の一方に、ＤＯＥ素子を備えたレチクル（請求項１）である。
【００１１】
ＤＯＥ（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｅｆｆｅｃｔ）素子（回折光学素子）をレチクルのパターンが形成された基板の一方に配置し、ＤＯＥ素子を通った光でレチクルパターンを照明することで、従来の光学系をほとんどそのまま使用したままで、ＮＡの大きな、平坦な光量分布の光でレチクルパターンを照明することができる。すなわち、照明光学系からの光はＤＯＥ素子により回折を起こし、その０次回折光のみならず１次回折光がレチクルを照明することになって、その結果、照明光のＮＡを大きくできる。ＤＯＥ素子はフラットな形状をしているので、その設置には大きなスペースを必要としない。
【００１２】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記ＤＯＥ素子が同心円状の構造を持ち、当該同心円の中心がレチクルの中心（光軸位置に設けられる部分）と一致することを特徴とするレチクル（請求項２）である。
【００１３】
ＤＯＥ素子が同心円状の構造を有する場合、０次回折光はその同心円の中心を中心とする円となり、円状の１次回折光が、その周りに前記同心円の中心を取り囲むようにして発生する。よって、同心円の中心をレチクルの中心（光軸位置に設けられる部分）に一致させておくことにより、光軸周りにＮＡの大きな部分を形成することができる。
【００１４】
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２の手段であって、前記ＤＯＥ素子がブレーズ構造になっていることを特徴とするもの（請求項３）である。
【００１５】
ブレーズ構造によりＤＯＥ素子を形成した場合、光の出射する方向を制御しやすい。特に、回折光のうち−１次回折光、−２次回折光等が発生しないような構造にすることができ、光軸から遠ざかる方向に発散する光を少なくできるので、その分、光軸周りの光の量を多くすることができ、使用できる光量を多くできる。
【００１６】
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第１の手段から第３の手段のいずれかのレチクルを有することを特徴とする波面収差測定機（請求項４）である。
【００１７】
本手段においては、検査用レチクルが開口の大きな照明光で照明されるので、照明光学系を大きくしなくても、大きな開口の被検査体を検査することが容易である。
【００１８】
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３の手段のいずれかのレチクルを有することを特徴とするＳｈａｃｋ−Ｈａｒｔｍａｎｎ（シヤック−ハルトマン）方式の波面収差測定機（請求項５）である。
【００１９】
本手段においては、検査用レチクルが開口の大きな照明光で照明されるので、照明光学系を大きくしなくても、大きな開口の被検査体を検査することが容易である。
【００２０】
前記課題を解決するための第６の手段は、前記第４の手段又は第５の手段である波面収差測定機を用いて、投影光学系の波面収差をＲＭＳで０．０２λ以下に調整する工程を有することを特徴とする半導体露光装置の製造方法（請求項６）である。
【００２１】
本手段においては開口の大きな半導体露光装置を調整して製造することが可能である。半導体露光装置においては、その性能上、投影光学系の波面収差をＲＭＳで０．０２λ（λは使用波長）以下とすることを要求されることが多いので、前記第４の手段又は第５の手段である波面収差測定機を用いて波面収差をこの値以下に調整すれば、満足すべき投影光学系を製造することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の１例であるレチクルの構成を示すもので、パターン（ピンホール）２が形成されたレチクル本体１の上部（光源側）にＤＯＥ素子３が配置されている。照射光はＤＯＥ素子３を通してレチクル本体１のピンホール２を照明することになる。
【００２３】
ピンホール２の口径は数μｍ〜数十μｍがよく用いられている。上部に配置されたＤＯＥ素子の径は、検査される投影光学系のＮＡを開口側から見込む角が超えているようにされていることが好ましい。投影光学系が１／４縮小系であり投影レンズのＮＡが０．６の場合は、入射ＮＡは０．１５となり、例えばレチクル厚を５ｍｍとした場合は、ＤＯＥの直径は１．５２ｍｍ以上とすることが望ましい。シャック−ハルトマン方式の波面収差測定機用レチクルの場合は、計測ＮＡいっぱいに広がっていることが要求されるので、より大きな範囲に広がるように設計し、その中の光量分布が平坦になるところを用いるとなお良い。この場合、光量が充分なことが必要であることは言うまでもない。
【００２４】
図２は、ＤＯＥ素子を通った光の様子（瞳上での光の角度分布）を示すものである。太い線で示される円４の中が０次回折光である。０次回折光の周りの細い線で示される円５の中が１次回折光である。０次回折光を囲むように１次回折光が輪状に形成されている。図２では説明のために１次回折光を６つ示しているが、実際には無限個生じてつながっている。このようにして、光の広がりが大きくなり、ＮＡが大きくなっている。ブレーズにより、０次回折光の強度と１次回折光の強度の比を調整して、一様照明が行われるようにすることが好ましい。
【００２５】
図３は上記ＤＯＥの断面模式図である。本実施例では円形視野（瞳）の中を均一に照明することを目的に、回転対称なパターンを持つＤＯＥを用いている。ＤＯＥの製法は良く知られているのでここでは説明を省略する。
【００２６】
図４は、瞳上での実際の光の強度分布（角度分布）の計算値の例を模式的に示すものである。（ａ）は、レチクルの光源側に拡散板やＤＯＥ素子を設けない場合の強度分布である。必要なＮＡに対して照明角度が１／３程度である場合、すなわち、σ１（照明光学系のＮＡ／投影レンズのＦｕｌｌＮＡ）が１／３程度の場合を示している。（ｂ）は、レチクルの光源側に拡散板を設けた場合の強度分布を示すものであり、ほぼ必要ＮＡをカバーする程度の角度に亘って光量が得られているが、端部で光量が低下しており、かつ、拡散板での吸収や外部への散乱が起こるために、全体光量（図で示される光量の積分値で図形の面積に相当）が、（ａ）の場合に比して低下している。
【００２７】
（ｃ）はレチクルの光源側にＤＯＥ素子を設けた場合の強度分布を示すものであり、必要なＮＡの範囲より広い範囲に亘って光量分布が得られており、必要なＮＡの範囲では光量がほぼフラットになっている。しかも、全体光量の損失が、小さいので、（ｂ）の場合に比して、光量も大きくなっている。よって、ＣＣＤ等の撮像素子を用いて測定を行うとき、蓄積時間を短くして、測定時間を短縮することができる。
【００２８】
図５に、本発明の実施の形態の１例であるシャック−ハルトマン方式の波面収差測定装置の概要を示す。シャック−ハルトマン方式の波面収差測定装置本体は、図６、図７に示して説明したものと変わるところはないので、図５の説明においてはその詳しい説明を省略する。
【００２９】
照明装置１１からの光はＤＯＥ素子１２を介して、ＤＯＥ素子１２と一体となった検査用レチクル１３を照明する。そして、検査用レチクルに設けられたピンホール１４を通って球面波とされた光は、被検レンズである投影レンズ１５に入り、投影レンズ１５の像面１６にピンホール１４の像を結像する。像面１６にもピンホールが設けられており、そこを通った球面波は、対物レンズ１７により平面波とされ、マイクロレンズアレイ１８に入射する。そして、マイクロレンズアレイ１８により、ピンホール１４の像が各マイクロレンズ毎に、所定位置に配置された撮像素子（ＣＣＤ）１９上に２次像として結像する。
【００３０】
ＤＯＥ素子１２を使用することによって、検査用レチクル１３が大きなＮＡを持つ照明光で照明されるので、検査用レチクル１３のピンホール１４（瞳）から出射する光のＮＡを大きくとることができ、かつ図４に示したように、光量の角度分布がフラットな光が得られる。
【００３１】
ピンホール１４（瞳）での光量の角度分布は、すなわちマイクロレンズアレイ１８上では、光量の平面的な分布（光量ムラ）となる。マイクロレンズアレイ１８上での光量ムラが大きいと、受光ＣＣＤのダイナミックレンジを十分に利用できないのみならず、スペックルが大きい場合などは、マイクロレンズ個々のレンズ上でのムラがＣＣＤ位置でのムラになり（個々のレンズの形状精度が低いときは特にこの効果は大きい）、波面収差の測定精度に影響を及ぼすが、本実施の形態では、マイクロレンズアレイ１８上での光量ムラを小さくすることができるので、このような問題が発生しにくい。
【００３２】
また従来の拡散板を用いた波面収差測定機では、レチクル開口上にもムラを生じていたため、結像スポットそのものに非対称が生じていたが、この実施の形態ではこのような問題の発生を避けることができる。
【００３３】
投影レンズは、組み立て調整の過程で、本発明の実施の形態にかかる波面収差測定機を用いて波面測定が行われ、波面収差が０．０２λＲＭＳ以下になるまで調整される。調整された投影レンズは半導体露光装置に搭載される。
【００３４】
図８は、半導体露光装置の概略構成図である。露光装置は、少なくともウエハステージ１０８と、光を供給するための光源部１０１と、投影レンズ１５とを含む。ここで、ウエハステージ１０８は感光剤を塗布したウエハｗを表面１０８ａ上に置くことができる。また、ステージ制御系１０７はウエハステージ１０８の位置を制御する。
【００３５】
投影レンズ１５は上述のように本発明の実施の形態である波面収差測定機を用いて調整された高精度投影レンズである。また投影レンズ１５の物体面Ｐ１及び像面Ｐ２に、それぞれレチクルｒ、ウエハｗが配置される。さらに投影レンズ１５はスキャンタイプの露光装置に応用されるアライメント光学系を有する。さらに照明光学系１０２は、レチクルｒとウエハｗとの間の相対位置を調節するためのアライメント光学系１０３を含む。
【００３６】
レチクルｒは、当該レチクルに形成されたパターンのイメージをウエハｗ上に投影するためのものであり、ウエハステージ１０８の表面１０８ａに対して平行移動が可能であるレチクルステージ１０５上に配置される。そしてレチクル交換系１０４は、レチクルステージ１０５上にセットされたレチクルｒを交換し運搬する。またレチクル交換系１０４はウエハステージ１０８の表面１０８ａに対し、レチクルステージ１０５を平行移動させるためのステージドライバー（不図示）を含む。また、主制御部１０９は位置合わせから露光までの一連の処理に関する制御を行う。
【００３７】
本実施の形態にかかる波面収差測定機は、露光装置に搭載された投影レンズ１５の波面収差を測定することにも適用することができる。その場合、波面収差測定機をウエハステージ１０８の端部に取り付け、測定時はちょうど投影レンズ１５の下方に配置されるように、ウエハステージ１０８を移動させる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、照明光学系を大型化することなく、レチクルを照明する光のＮＡを大きくすることができるレチクル、及びこのレチクルを使用した波面収差測定機、この波面収差測定機を使用した半導体露光装置の製造装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例であるレチクルの構成を示す図である。
【図２】ＤＯＥ素子を通った光の様子（瞳上での光の角度分布）を示す図である。
【図３】ＤＯＥの断面模式図である。
【図４】瞳上での実際の光の強度分布（角度分布）の計算値の例を模式的に示す図である。
【図５】本発明の実施の形態の１例であるシャック−ハルトマン方式の波面収差測定装置の概要を示す図である。
【図６】従来の　　　　　シヤック−ハルトマン方式の波面収差測定機の概要を示す図である。
【図７】図６の結像部を示す詳細図である。
【図８】半導体露光装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１：レチクル本体
２：パターン（ピンホール）
３：ＤＯＥ素子
４：０次回折光
５：１次回折光
１１：照明装置
１２：ＤＯＥ素子
１３：検査用レチクル
１４：ピンホール
１５：投影レンズ
１６：像面
１７：対物レンズ
１８：マイクロレンズアレイ
１９：撮像素子（ＣＣＤ）

Claims (6)

1. パターンが形成された基板の一方に、ＤＯＥ素子を備えたレチクル。
2. 請求項１に記載のレチクルであって、前記ＤＯＥ素子が同心円状の構造を持ち、当該同心円の中心がレチクルの中心（光軸位置に設けられる部分）と一致することを特徴とするレチクル。
3. 請求項１又は請求項２に記載のレチクルであって、前記ＤＯＥ素子がブレーズ構造になっていることを特徴とするレチクル。
4. 請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載のレチクルを有することを特徴とする波面収差測定機。
5. 請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載のレチクルを有することを特徴とするＳｈａｃｋ−Ｈａｒｔｍａｎｎ（シヤック−ハルトマン）方式の波面収差測定機。
6. 請求項４又は請求項５に記載の波面収差測定機を用いて、投影光学系の波面収差をＲＭＳで０．０２λ以下に調整する工程を有することを特徴とする半導体露光装置の製造方法。

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