JP2006086344A - 二次元波面収差の算出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 被検光学系の２方向の各方向の光学性能データから被検光学系の２次元の光学性能を算出する算出方法及び測定装置、それを利用した露光方法及び装置を提供する。
【解決手段】 被検光学系の二次元光学性能に関する情報を算出する方法であって、前記被検光学系の第一の方向に関する光学性能を表すと共に前記第一の方向に沿った相対関係が正しい第一の測定データと、前記被検光学系の前記第一の方向とは異なる第二の方向に関する光学性能を表すと共に前記第二の方向に沿った相対関係が正しい第二の測定データとを合成する際に利用される、前記第一の測定データにおける前記第二の方向の第一の補正値及び／又は前記第二の測定データにおける前記第一の方向の第二の補正値を算出するステップと、前記算出ステップが算出した前記第一及び／又は第二の補正値を利用して前記第一及び第二の測定データを合成するステップとを有することを特徴とする方法を提供する。
【選択図】 図８

Description

本発明は、一般には、光学部材の光学性能の測定に係り、特に、マスク上のパターンを被露光体に転写する投影光学系などの被検光学系の二次元的な光学性能（例えば、波面収差）の算出に関する。また、本発明は、かかる機能を搭載した測定装置、露光装置及び方法、並びに、デバイス製造方法にも関するものである。

ＩＣやＬＳＩ等の半導体デバイスやＣＣＤ等の撮像デバイスや液晶パネル等の表示デバイスや磁気ヘッド等のデバイスをフォトリソグラフィ工程で製造する際にマスク（レチクル）に形成されたパターンを被露光体に転写する投影露光装置が従来から使用されている。かかる露光装置は、レチクル上のパターンを所定の倍率で正確に被露光体に転写することが要求されるため、結像性能のよい、収差を抑えた投影光学系を用いることが重要である。特に近年、半導体デバイスの一層の微細化要求に伴い、転写パターンは、光学系の収差に対して敏感になってきている。このため、高精度に投影光学系の光学性能（例えば、波面収差）を正しく求める需要が存在する。

この点、マスクパターンをウェハに実際に焼き付け、そのレジスト像を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）などの手段によって観察し検査する従来の方法は、露光、現像など検査に長時間がかかり、ＳＥＭの操作の困難性やレジスト塗布や現像に基づく誤差のために検査の再現性が悪いという問題がある。そこで、かかる問題を解決するために、従来から、シアリング干渉を利用するシアリング干渉計（又はタルボ干渉計）（Ｓｈｅａｒｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）が知られており、最近では、理想円柱波又は理想楕円波を形成するためのスリットを有する線回折干渉計（Ｌｉｎｅ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ：ＬＤＩ）を利用した測定装置が提案されている（例えば、特許文献１及び２を参照のこと）。
特開２０００−１４６７０５号公報 特開２０００−０９７６６６号公報

前記ＬＤＩ又はシアリング干渉計を利用した波面収差測定装置では、一定方向のスリット又は回折格子を用いるため、被測定干渉縞を解析して得られる被検光学系の波面収差は、一方向のみの相対関係が正しい波面収差である。従って、二次元方向の相対関係が正しい波面収差を得るためには、異なる（例えば、直交する）２方向のそれぞれの方向について一次元の波面収差情報を取得してこれを合成する必要がある。ところが、かかる合成の具体的方法は従来提案されていなかった。二次元波面収差が正しく求まらないと収差を除去するための調整が正しく行われず、高品位な露光を行うことができない。

そこで、本発明は、被検光学系の２方向の各方向の光学性能データから被検光学系の２次元の光学性能を算出する算出方法及び測定装置、それを利用した露光方法及び装置を提供することを例示的目的とする。

本発明の一側面としての算出方法は、被検光学系の二次元光学性能に関する情報を算出する方法であって、前記被検光学系の第一の方向に関する光学性能を表すと共に前記第一の方向に沿った相対関係が正しい第一の測定データと、前記被検光学系の前記第一の方向とは異なる第二の方向に関する光学性能を表すと共に前記第二の方向に沿った相対関係が正しい第二の測定データとを合成する際に利用される、前記第一の測定データにおける前記第二の方向の第一の補正値及び／又は前記第二の測定データにおける前記第一の方向の第二の補正値を算出するステップと、前記算出ステップが算出した前記第一及び／又は第二の補正値を利用して前記第一及び第二の測定データを合成するステップとを有することを特徴とする。

本発明の一側面としての測定装置は、被検光学系の二次元方向に関する光学性能を測定するための測定装置であって、前記被検光学系の第一の方向に関する光学性能を表し、前記第一の方向に沿った相対関係が正しい第一の測定データと、前記被検光学系の前記第一の方向とは異なる第二の方向に関する光学性能を表し、前記第二の方向に沿った相対関係が正しい第二の測定データを測定する測定部と、前記測定手段が測定した第一及び第二の測定データを取得し、前記第一及び第二の測定データを合成する際に前記第一及び第二の測定データの少なくとも一方に利用される、前記第一の測定データにおける前記第二の方向の第一の補正値及び／又は前記第二の測定データにおける前記第一の方向の第二の補正値を算出し、前記第一及び／又は第二の補正値を利用して前記第一及び第二の測定データを合成する制御部とを有することを特徴とする。

本発明の別の側面としての露光装置は、光源からの光を用いてマスクに形成されたパターンを被露光体に露光する露光装置であって、前記パターンを前記被露光体に投影する投影光学系と、前記光を利用して前記被検光学系としての前記投影光学系の光学性能を検出する上述の測定装置とを有することを特徴とする。また、上述の露光装置を利用して前記投影光学系の光学性能を算出するステップと、前記算出された前記投影光学系の前記光学性能に基づいて前記投影光学系を調節するステップと、前記調節された前記投影光学系を有する前記露光装置を使用して被露光体を露光するステップとを有することを特徴とする露光方法や、上述の露光装置を利用して被露光体を露光するステップと、前記露光された前記被露光体を現像するステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法も本発明の一側面を構成する。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、被検光学系の２方向の各方向の光学性能データから被検光学系の２次元の光学性能を算出する算出方法及び測定装置、それを利用した露光方法及び装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の様々な実施例について説明する。

まず、本発明の第一の実施例の測定装置を備えた露光装置１００について、添付図面を参照して説明する。ここで、図１は、露光装置１００の概略ブロック図である。本実施例では、前記第一の方向と第二の方向は、それぞれ図１に示す座標軸におけるｘ方向とｙ方向に相当するので、以下では、ｘ方向を第一の方向と、ｙ方向を第二の方向と読み替えるものとする。

露光装置１００は、例えば、ステップ・アンド・スキャン方式やステップ・アンド・リピート方式でマスク１５２に形成された回路パターンを被露光体（プレート）１７２に露光する投影露光装置である。かかる露光装置は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィ工程に好適であり、以下、本実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（「スキャナー」とも呼ばれる。）を例に説明する。ここで、「ステップ・アンド・スキャン方式」とは、マスクに対してウェハを連続的にスキャン（走査）してマスクパターンをウェハに露光すると共に、１ショットの露光終了後、ウェハをステップ移動して、次の露光領域に移動する露光方法である。「ステップ・アンド・リピート方式」とは、ウェハの一括露光ごとにウェハをステップ移動して次のショットの露光領域に移動する露光方法である。

露光装置１００は、測定装置（１０１ａ、１０１ｂ）を搭載し、照明装置と、アライメント光学系１２０と、マスク１５２と、投影光学系１６０と、プレート１７２とを有する。

照明装置は、転写用の回路パターンが形成されたマスク１５２を照明し、光源部１０５と、照明光学系（１１０、１１２）とを有する。光源部１０５は、例えば、光源としては、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーなどを使用することができる。但し、レーザーの種類はエキシマレーザーに限定されず、レーザーの個数も限定されない。また、光源部１０５がレーザーを使用する場合、レーザー光源からの平行光束を所望のビーム形状に整形する光束整形光学系、コヒーレントなレーザー光束をインコヒーレント化するインコヒーレント化光学系を使用することが好ましい。また、光源部１０５に使用可能な光源はレーザーに限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプなどのランプも使用可能である。

照明光学系は、マスク１５２を照明する光学系であり、レンズ、ミラー、オプティカルインテグレーター、σ絞り等を含む。本実施形態の照明光学系は、引き回し光学系１１０と、第１の照明光学系１１２とを有する。引き回し光学系１１０は、光源部１０５からの光束を偏向して第１及び第２の照明光学系１１２と１２０に導光する。第１の照明光学系１１２は、マスク１５２を照明する光学系であり、例えば、コンデンサーレンズ、ハエの目レンズ、開口絞り、コンデンサーレンズ、スリット、結像光学系の順で光学素子を整列する。

アライメント光学系１２０は、測定装置（１０１ａ、１０１ｂ）に使用されるマスク（後述する第１及び第２のマスク１４２及び１８０）を照明する機能も兼ねているため、本明細書では、第２の照明光学系と呼ぶ場合もある。アライメント光学系１２０は、アライメントスコープを構成すると共に、後述するように、測定装置（１０１ａ、１０１ｂ）の一部を構成する。第２の照明光学系１２０は、通常の露光時は光路外に配置されており、図１は、アライメント照明光学系１２０を駆動する駆動機構は省略している。アライメントスコープは、マスク１５２上の図示しないアライメントマークと、ウェハステージ１７０上のアライメントマークを投影光学系１６０を介して結像することによってウェハステージ１７０の位置合わせも行う。

マスク（又はレチクル）１５２は、例えば、石英製で、その下には転写されるべき回路パターン（又は像）が形成され、マスクステージ（又はレチクルステージ）１５０に支持及び駆動される。マスク１５２から発せられた回折光は、投影光学系１６０を通りプレート１７２上に投影される。マスク１５２とプレート１７２は、光学的に共役の関係にある。本実施形態の露光装置１００はスキャナーであるため、マスク１５２とプレート１７２を縮小倍率比の速度比でスキャンすることによりマスク１５２のパターンをプレート１７２上に転写する。なお、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置（「ステッパー」とも呼ばれる。）の場合は、マスク１５２とプレート１７２を静止させた状態で露光が行われる。

投影光学系１６０は、複数のレンズ素子のみからなる屈折光学系、複数のレンズ素子とミラーを有する光学系（カタディオプトリック光学系）、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使用することができる。色収差の補正が必要な場合には、互いに分散値（アッベ値）の異なるガラス材からなる複数のレンズ素子を利用したり、回折光学素子をレンズ素子と逆方向の分散が生じるように構成したりする。かかる投影光学系１６０の光学性能（例えば、波面収差）を、測定装置（１０１ａ、１０１ｂ）が測定する。

プレート１７２は、ウェハや液晶基板などの被処理体でありフォトレジストが塗布されている。プレート１７２は図示しないチャックを介してステージ１７０に載置される。ステージ１７０は、プレート１７２及び測定装置（１０１ａ、１０１ｂ）の一部を支持する。ステージ１７０は、当業界で周知のいかなる構成をも適用することができるので、ここでは詳しい構造及び動作の説明は省略する。例えば、ステージ１７０は、リニアモーターを利用してｘｙ方向にプレート１７２及び測定装置（１０１ａ、１０１ｂ）の一部を移動することができる。マスク１５２とプレート１７２は、例えば、同期走査され、ステージ１７０とマスクステージ１５０の位置は、第２の照明光学系１２０でキャリブレーション後、不図示の干渉計等を用いて、両者は一定の速度比率で駆動される。

図１に示す測定装置（１０１ａ、１０１ｂ）は、アライメント光学系（第２の照明光学系）１２０と、第１のマスク１４２と、第２のマスク１８０と、撮像手段１８６と、通信用ケーブル１８８と、制御部１９０と、メモリ１９２とを有する。本実施形態では、測定装置（１０１ａ、１０１ｂ）は、被検光学系としての投影露光装置１６０の光学性能を干渉縞を検出することによって測定する干渉計を含み、干渉計としてＬＤＩを使用する。但し、測定装置（１０１ａ、１０１ｂ）は後述するようにＬＳＩを使用してもよい。

図２に示すように、第２の照明光学系１２０は、照明用光学系１２１、１２３と、照明光学系用視野絞り１２２と、折り曲げミラー１２４と、ハーフミラー１２５と、集光レンズ１２６と、撮像系用光学系１２７、１２９と、基準マーク１２８と、撮像手段１３０とを有する。ここで、図２は、測定装置（１０１ａ、１０１ｂ）の第２の照明光学系１２０、第１のマスク１４２及び光線分割手段１４６含む光路図である。

光学系１２１は、視野絞り１２２に集光する集光光学系であり、光学系１２３は、視野絞り１２２からの光束を平行光に変換するコリメータである。折り曲げミラー１２４及びハーフミラー１２５は光学系１２４からの光束を偏向し、集光レンズ１２６は、第１のマスク１４２に集光する。光源部１０５から引き回し光学系１１０を介して供給された光は、光学素子１２１乃至１２６を経て、投影光学系１６０へ射出され、また、光学素子１２５乃至１３０は、マスクステージ１５０とウェハステージ１７０とのアライメントスコープとして機能するため、集光レンズ１２６は、マスクパターンとプレート１７２とのアライメント用の対物レンズとしても機能する。

光線分割手段１４６は、例えば、図３に示す構造を有する、グレーティングとして構成される。光線分割手段１４６は、図２に示す第２の照明光学系１２０の集光レンズ１２６とハーフミラー１２７との間に設けている。この結果、集光レンズ１２６には光線分割手段１４６で振幅分割された複数の光束が入射する。回折格子１４８ａは、後述する第１のマスク１４２のスリット１４３ａと窓１４４ａに対応し、回折格子１４８ｂは、スリット１４３ｂと窓１４４ｂに対応する。

また、本実施形態は、第１のマスク１４２を、マスクステージ１５０の図示しない基板に一体的に設けている。このような基板は、例えば、石英や蛍石などの透明基板からなり、かかる基板のいずれかの側に第１のマスク１４２をクロムなどで形成する。集光レンズ１２６は、光束をマスクステージ１５０上に配置された第１のマスク１４２に集光する。集光光束は投影光学系１６０のレチクル側、即ち、物体側の開口数ＮＡｏと同じσ＝１照明である。集光レンズ１２６には光線分割手段１４６で振幅分割された複数の光束が入射するので、第１のマスク１４２上にも複数の像が集光される。集光される像のそれぞれは視野絞り１２２で決定される大きさに制限されている。

第１のマスク１４２の構造を図４に示す。ここで、図４は、第１のマスク１４２の概略平面図である。第１のマスク１４２は、０度方位に配されたスリット１４３ａと窓１４４ａのペアと、９０度方位に配されたスリット１４３ｂと窓１４４ｂのペアで構成される。両ペアは幅や間隔などは同一で配置方位のみが異なっている。スリット１４３ａ及び１４３ｂの幅Δｒは投影光学系１６０のレチクル側、即ち、物体側の開口数をＮＡｉとすると次式で決定される幅となっている。

スリット１４３ａ及び１４３ｂの幅を数式１のようにすることで、スリットから回折する光はＮＡｉの範囲で等位相とみなすことができる。一方、窓１４４ａ及び１４４ｂの幅Δｒ’はλ／ＮＡｉ以下の大きさである。数式１と同程度としてもよいが、窓１４４ａ及び１４４ｂを通過した光は、後述するように、ウェハ側で数式１を満たす幅のスリットを通過するためレチクル側で等位相とする必要はないので、光量の観点から広めにとっておく。

回折格子１４８ａで回折した光のうち、０次光がスリット１４３ａ、１次光が窓１４４ａに結像するように、回折格子１４８ａのピッチが決定されると共にマスクステージ１５０は第１のマスク１４２を位置決めする。その他の回折光はマスク１４２の遮光部で遮光される。１次光の代わりに−１次光を使用してもよいし、０次光を使わずに、＋／−１次光を用いてもよい。

図３においては、光線分割手段１４６は振幅型の回折格子である。ｙ方向に長いスリット１４４ａを使用して測定する場合は、図３の１４８ａのような、ｘ方向にラインが並んでいる回折格子を使用する。回折格子１４８ａにより光束は図のｘ方向に光が分割されることになる。分割された複数の光束は、投影光学系１６０により第２のマスク１８０に結像する。回折格子１４８ａ及び１４８ｂは、光線分割手段１４６が置かれているマスクステージ１５０の駆動機構によって駆動される。

第２のマスク１８０は、図５に示すように、０度方位（ｙ方向）に配されたスリット１８１ａと窓１８３ａのペアと、９０度方位（ｘ方向）に配されたスリット１８１ｂと窓１８３ｂのペアを含む。ここで、図５は、第２のマスク１８０の概略平面図である。スリット１８１ａと窓１８３ａのペアとスリット１８１ｂと窓１８３ｂのペアは幅や間隔などは同一で方位のみが異なっている。スリット１８１ａと１８１ｂの幅Δｗは投影光学系１６０のウェハ側、即ち、像側の開口数をＮＡｉとして、次式を満たす幅となっている。

スリット１８１ａと１８１ｂの幅を数式２のようにすることで、スリット１８１ａと１８１ｂから回折する光はＮＡｉの範囲で等位相とみなすことができる。
窓１８３ａ及び１８３ｂの幅Δｗ’は測定したい投影光学系の空間周波数により決定する。高周波まで測定したい場合は広く、低周波でよいときは狭くする。投影光学系１６０の瞳の空間周波数をｆとおくとΔｗ’は次式で与えられる。ここで、瞳半径で一周期となる波面収差の周波数ｆを１とする。

スリットと窓の長さＬｗは光量の観点から長いほどよいが、投影光学系１６０の収差が同一とみなすことができる、いわゆるアイソプラナティック領域内にあることが必要である。

撮像手段１８６はＣＣＤ等の光電変換素子からなり、スリット１８１ａ又は１８１ｂと窓１８３ａ又は１８３ｂからの２つの光束の干渉縞を検出する。ケーブル１８８は、撮像手段１８６と制御部１９０とを通信可能に接続する。制御部１９０は、撮像手段１８６の出力から位相情報を取得する。メモリ１９２は、後述する図８に示す測定方法、制御部１９０が撮像手段１８６の出力から位相情報を取得するための処理方法、制御部１９０が取得した位相情報、制御部１９０が行う制御方法、その他のデータを格納する。

以下、図８を参照して、測定装置（１０１ａ、１０１ｂ）の動作について説明する。ここで、図８は、測定装置（１０１ａ、１０１ｂ）の動作を説明するためのフローチャートである。まず、投影光学系１６０のｘ方向の波面収差を測定する（ステップ１００２）。

図１において、光源部１０５から出射した光束は引き回し光学系１１０により、結像性能測定用の第２の照明光学系１２０に引き回される。引き回し光学系１１０からの光束は照明光学系用光学系１２１により集光され、視野絞り１２２に照射される。視野絞り１２２は基板１４０上に配された第１のマスク１４２を照射する大きさとなっている。視野絞り１２２からの光束は光学系１２３で平行光にされ、折り曲げミラー１２４、ハーフミラー１２５で折り曲げられ、集光レンズ１２６に入射する。集光レンズ１２６は第１のマスク１４２に光を集光する。

ステップ１００２においては、図示しない駆動機構は照明光学系１２０とマスクステージ１５０を相対的に移動して、集光レンズ１２６からの光束が０度方位スリット１４３ａ及び窓１４４ａのみに照射されるようにする。

スリット１４３ａは数式１を満たす幅であるため、スリット１４３ａ射出後の光は図中のｘ方向に関しては等位相の波面を持った回折光となる。一方、スリット１４３ａのｙ方向又は長手方向への光の回折は小さいので、少なくとも、図４のｙ方向に関しては、投影光学系１６０の物体側、即ち、レチクル側の開口数と同等かそれ以上の開口数を持つような光束を集光レンズ１２６でスリット１４３ａに照射する。これにより、投影光学系１６０の光学瞳全面に光が照射されるようになる。しかも、図４のｘ方向に等位相な波面を持つ光束となっている。一方、窓１４４ａを通過した光束は第２の照明光学系１２０の収差が載った光束となっている。第１のマスク１４２のスリット１４３ａと窓１４４ｂは投影光学系１６０により、ウェハステージ１７０上に配置された第２のマスク１８０に結像される。第１のマスク１４２のスリット１４３ａは第２のマスク１８０の窓１８３ａ、窓１４４ａはスリット１８１ａに結像するように、ウェハステージ１７０を駆動して、第２のマスク１８０の位置を調整する。

スリット１８１ａを回折する光束はｘ方向に等位相な波面を持つ。一方、窓１８３ａを透過する波面は、第１のスリット１４４ｃでｘ方向に等位相な波面に整形された後、投影光学系１６０を透過してきているので、投影光学系１６０のｘ方向の波面収差情報を有している。図６にスリット１８１ａと窓１８３ａの中心から射出した光の模式図を示す。スリット１８１ａを経た光は、理想円柱波面又は理想楕円波面１８２ａであり、窓１８３ａを経た光は被検波面１８４ａであることが理解される。

このため、撮像手段１８６で観察される干渉縞から、位相情報を求めると、投影光学系１６０のｘ方向の波面収差情報を得ることができる。干渉縞から位相情報の算出には、回折格子１４８ａを不図示の駆動手段で駆動させてフリンジスキャン法で求めても良いし、電子モアレを用いてもよい。

図７に撮像手段１８６が検出する、スリット１８１ａと窓１８３ａの中心から射出した光の干渉縞の一例を示す。スリット１８１ａと窓１８３ａの間隔の分だけ中心のずれた投影光学系１６０の瞳の像が２つ撮像され、これらの共通領域に干渉縞が発生している。光束１８２ａのｘ方向は等位相なので、図７の干渉縞から位相情報を取り出すと、投影光学系１６０のｘ方向の波面収差を求めることができる。位相情報の取得にはいわゆる、フリンジスキャン法を用いる。フリンジスキャン法においては、マスクステージ１５０が回折格子１４８ａを回折格子のラインと垂直方向、即ち、ｘ方向に１ピッチ程度走査しながら、撮像手段１８６が複数枚干渉縞を撮像する。

撮像された複数枚の干渉縞は撮像手段１８６からケーブル１８８を介して制御部１９０に送られ、制御部１９０は位相情報を取得する。制御部１９０は、位相情報を取得する際に、例えば、電子モアレ法を使用してもよい。本実施形態では、干渉縞は図７のようなキャリア縞を有するので、撮像した干渉縞に、制御部１９０が作成、又は予め用意されてメモリ１９２に格納されたキャリア縞を乗じて処理することが可能である。電子モアレ法を用いれば、一枚の干渉縞で位相情報を取り出せるので時間の観点から有利である。

次に、投影光学系１６０のｙ方向の波面収差測定を行う（ステップ１００４）。ステップ１００２と同様にして、図示しない駆動機構は照明光学系１２０とマスクステージ１５０を相対的に移動して、集光レンズ１２６からの光束が９０度方位スリット１４３ｂ及び窓１４４ｂのみに照射されるようにする。

スリット１４３ｂは数式１を満たす幅であるため、スリット１４３ｂ射出後の光は図中のｙ方向に関しては等位相の波面を持った回折光となる。一方、スリット１４３ｂのｘ方向又は長手方向への光の回折は小さいので、少なくとも、図４のｘ方向に関しては、投影光学系１６０の物体側、即ち、レチクル側の開口数と同等かそれ以上の開口数を持つような光束を集光レンズ１２６でスリット１４３ｂに照射する。これにより、投影光学系１６０の光学瞳全面に光が照射されるようになる。しかも、図４のｙ方向に等位相な波面を持つ光束となっている。一方、窓１４４ｂを通過した光束は第２の照明光学系１２０の収差が載った光束となっている。第１のマスク１４２のスリット１４３ｂと窓１４４ｂは投影光学系１６０により、ウェハステージ１７０上に配置された第２のマスク１８０に結像される。第１のマスク１４２のスリット１４３ｂは第２のマスク１８０の窓１８３ｂ、窓１４４ｂはスリット１８１ｂに結像するように、ウェハステージ１７０を駆動して、第２のマスク１８０の位置を調整する。

窓１８３ｂを通過した光束は投影光学系１６０の波面収差の影響を受ける。一方、スリット１８１ｂは数式１を満たす幅であるため、スリット１８１ｂ射出後の光は図中のｙ方向に広がり、ｙ方向に関しては投影光学系１６０の波面収差情報の消えた、等位相の波面を持った回折光となる。干渉縞の位相を求めるには、ステップ１００２と同様にフリンジスキャン法を使用する。フリンジスキャン法においては、マスクステージ１５０が回折格子１４８ｂを回折格子のラインと垂直方向、即ち、ｙ方向に１ピッチ程度走査しながら、撮像手段１８６が複数枚干渉縞を撮像する。

撮像された複数枚の干渉縞は撮像手段１８６からケーブル１８８を介して制御部１９０に送られ、制御部１９０は位相情報を取得する。制御部１９０は、位相情報を取得する際に、例えば、電子モアレ法を使用してもよい。スリット１８１ｂからの波面はｙ方向に等位相となっているので、ステップ１００４で測定される位相は、投影光学系１６０のｙ方向の波面収差情報となっている。

上記例では、測定装置（１０１ａ、１０１ｂ）内のマスク（第一マスク１４２及び第二マスク１８０）の照明にはアライメント光学系１２０を用いたが、１２０に限らず、照明光学系１１２からの光によってマスク照明を行ってもよい。
ステップ１００２と１００４で得られたｘ方向の波面収差とｙ方向の波面収差は、それぞれｘ方向又はｙ方向の相対関係のみが正しい投影光学系１６０の波面収差である。従って、前記二つの波面収差を合成して、二次元方向の相対関係が正しい投影光学系波面収差を算出するステップ１００６が必要となる。

制御部１９０は、ステップ１００２及び１００４で得られた投影光学系１６０のｘ方向及びｙ方向の波面収差を合成することによって、二次元方向の相対関係が正しい投影光学系１６０の波面収差を得る（ステップ１００６）。ステップ１００６は、図９に示すフローチャートに従って実施する。

以下、図９を参照しながら、統計的手法を利用した合成方法について詳細に記述する。図９では、補正値算出工程（１１０２）において、ｘ方向波面収差の各行（又はｙ方向波面収差の各列）に加算する補正値を決定する。ここで、補正値は、相対関係が正しい一方向の測定値を補正値分だけシフトさせる効果を与えるので、以下の説明では、補正値の事をシフト量と呼ぶ。以下、数式を用いて統計的処理によるステップ１１０２の実現方法を述べる。

例えば、上記ｘ方向波面収差がｎ×ｎ行列の測定値を有するとし、この時の１行ｊ列の測定値を

とおく。１行目の全測定値にシフト量

を加えると、相対関係が正しい１行目の測定値が得られると仮定する。この時の測定値は

となる。同様に考えて、ｉ行ｊ列の測定値は、

と書ける。

一方、ｙ方向波面収差については、ｉ行１列の測定値を

とおく。１列目の全測定値に定数

を加えると、１行目の測定値が得られると仮定する。この時の測定値は

となる。以下同様に考えて、ｉ行ｊ列の測定値は、

と書ける。従って、合成後の波面収差のｉ行ｊ列の測定値は、

のいずれでも表すことができ、これら二つの測定値は等しい。よって、以下の式が成立する。

上式は、波面収差情報を有する全画素に対して、最大ｎ×ｎ個の連立方程式が成立する。これに対して、未知数はシフト量

の２ｎ個である。従って、シフト量の最適解を、統計的手法（例えば、最小二乗法）によって求めることができる。

次に、シフト量の反映工程（１１０４）で、ステップ１２０２で算出したシフト量をｘ方向波面収差とｙ方向波面収差に加算することによって、二次元方向の波面収差を得る。具体的には、ｘ方向波面収差の各行にシフト量

を加算したもの（ｘ合成波面）を合成波面とする。または、ｙ波面の各列にシフト量

を加算したもの（ｙ合成波面）を合成波面としてもよい。更には、ｘ合成波面とｙ合成波面の各画素の補正後測定値の平均値をもって最終的な合成波面としてもよい。

以下、実際に３×３行列のｘ方向波面収差とｙ方向波面収差から、最小二乗法を利用した合成手段によって二次元方向波面収差を得るまでの計算例を、図１０を参照しながら説明する。

図１０では、ｘ方向波面収差２００のｉ行ｊ列の画素における測定値を

、ｙ方向波面収差２０２のｉ行ｊ列の画素における測定値を

とおいた

。この時、２００についてはｘ方向の相対関係

が正しく、２０２についてはｙ方向の相対関係

が正しい。また、図中の１２００、１２０２、１２０４、１２０６は計算工程を表しており、２０４ａ、２０６ａ、２０８ａは計算結果として得られる二次元方向の波面収差である。以下、上記内容について詳細に説明する。

まず計算工程１２００では、２００の各行又は２０２の各列に加えるシフト量を算出する。２００の各行にシフト量

を加えるとｙ方向の相対関係も正しくなり、二次元方向波面収差が得られると仮定する。同様に考えて、２０２の各列に定数

を加えると二次元方向波面収差が得られるものとする。２００から得られる二次元方向波面収差と、２０２から得られる二次元方向波面収差は同じものであるから、画素毎に以下の各式が成立する。

また、測定結果としては、各画素間の測定値の相対関係のみが正しい波面収差が得られる（絶対値は測定できない）ので、

の何れかをゼロとおいてもよい。

数式５と６より、未知数６個に対して１０個の連立方程式が成立している。以下、最小二乗法の考え方を利用して

を決定する。
まず、数式５の９式の左辺の二乗和を

とおく。

この

が最小値をとるような

を求めればよい。

値が最小になるためには、数式７を

各々で偏微分した時の値がゼロになればよい。この条件と数式６から、以下の連立方程式が成立する。

上５式を行列表現に書き直すと、

これを、例えばＬＵ分解などを利用した演算処理を行う事によって、

を算出する事ができる。以上より、シフト量

の値が決定する。

工程１２０２と１２０４では、工程１２００で算出したシフト量

を、波面２００と２０２に反映させる。１２０２では、２００の各行の測定値に

を加算して、二次元方向波面２０４ａを得る。１２０４では、２０２の各列の測定値に

を加算して、二次元方向波面２０６ａを得る。

工程１２０６では、波面２０４ａと波面２０６ａについて、画素毎の測定値の平均値

を計算して、波面２０８ａを得る。最終的な測定結果としての二次元方向波面収差は、２０４ａ又は２０６ａ又は２０８ａの何れを用いてもよい。
ここまで、３×３行列の波面についての具体的な計算例を示した。数式９は、その規則性により、ｎ×ｎ行列の波面に対して成立する数式に拡張する事が可能である。

以上、説明してきた第１の実施例の合成方法では、ｘ方向波面収差の全行とｙ方向波面収差の全列の情報を利用した統計的手法によってシフト量を決定するため、電気ノイズなどのランダムな誤差要因を打消す効果がある。従って、再現性良く二次元方向の波面収差を得ることができる。

第２の実施例は、図８のステップ１００６における処理方法のみが第１の実施例と異なるので、その部分についてのみ説明する。

以下、第１の実施例と同様、図９を参照しながら、本実施例における合成方法について詳細に述べる。図９では、シフト量算出工程（１１０２）において、ｘ方向波面収差の各行のシフト量を、ｙ方向波面収差のいずれか１列の各画素の測定値と、それと同じ画素位置のｘ方向波面収差の測定値の差分値とする。又は、ｙ方向波面収差の各列のシフト量を、ｘ方向波面収差のいずれか１行の各画素の測定値と、それと同じ画素位置のｙ方向波面収差の測定値の差分値とする。次に、シフト量反映工程（１１０４）で、ステップ１１０２で決定したシフト量をｘ方向波面収差（又はｙ方向波面収差）に反映させる事によって合成波面を得る。
具体例として、ｘ方向波面収差の各行をｙ方向波面収差の中心列を基準にシフトさせることによって合成波面を算出する場合について述べる。まず、ｙ方向波面収差の１行目中心列の値に、ｘ方向波面収差の１行目各列と１行目中心列の差分値を加えた値を、合成波面の１行目各列における値とする。つまり、ｘ方向波面収差の１行目各列の値へ加算する補正値として、ｙ方向波面収差の１行中心列の値とｘ方向波面収差の１行目中心列の差分値を用いる。次に、ｙ方向波面収差の２行目中心列の値にｘ方向波面収差の２行目各列と２行目中心列の差分値を加算した値を、合成波面の２行目各列での値とする。つまり、ｘ方向波面収差の１行目各列の値へ加算する補正値として、ｙ方向波面収差の２行中心列の値とｘ方向波面収差の２行目中心列の差分値を用いる。上記処理によって、１行目と２行目の測定値の相対関係が行・列ともに正しくなる。全領域に対して上記と同様の処理を行うことによって、二次元方向の相対関係が正しい投影光学系波面収差がえられる。

上記では、ｙ方向波面収差の中心列を基準にしてｘ方向波面収差の各行をシフトさせることによって二次元方向の波面収差を得る具体例について示したが、ｘ方向波面収差の中心行を基準にしてｙ方向波面収差の各列をシフトさせる事によっても、同様に二次元方向の波面収差を得る事ができる。また、基準の列（又は行）は、中心列（又は中心行）に限らず、測定値の相対関係が正しいいずれの１列（又は１行）を基準にしてもよい。

さらに、ステップ１１０４においては、上記ｘ方向波面収差をシフトさせたもの（ｘ合成波面）を合成波面としてもよいし、ｙ方向波面収差をシフトさせたもの（ｙ合成波面）を合成波面としてもよい。又は、ｘ合成波面とｙ合成波面の各画素の補正後測定値の平均値をもって最終的な合成波面としてもよい。

以下、３×３行列のｘ方向波面とｙ方向波面から二次元方向波面を得るまでの具体的な処理方法を、図１１を参照しながら説明する。

図１１では、図１０同様、ｘ方向波面収差２００のｉ行ｊ列の画素における測定値を

、ｙ方向波面収差２０２のｉ行ｊ列の画素における測定値を

とおいた

。２００についてはｘ方向の相対関係

が正しく、２０２についてはｙ方向の相対関係

が正しい。また、図中の１３０２、１３０４、１３０６は計算工程を表しており、２０４ｂ、２０６ｂ、２０８ｂは計算結果として得られる二次元方向の波面収差である。

工程１３０２では、波面２０２の２列目

を基準にして、波面２００の各列をシフトさせる事によって、合成波面２０４ｂを得る。具体的には、２０４ｂの１行１列には、２０２の１行基準列（２列）の値

に、２０２の１行１列の値

と１行基準列（２列）の値

の差分値

を加算した値

を入れる。以下、同様に考える。つまり、波面２００の各行の値に加算する補正値として、各々

を用いる。上記の処理によって、２０４ｂはｘｙ両方向の相対関係が正しい二次元方向波面収差となる。

工程１３０４は、波面２００の２行目を基準

にして、波面２０２の各列をシフトさせる事によって、合成波面２０６ｂを得る。具体的には、１３０２と同様にして、２００の基準行各列の値に２０２の各行各列と基準行各列の値の差分値を加えたものを合成波面における測定値とする。つまり、波面２０２の各列の値に加算する補正値として、各々

を用いる。これによって、２０６ｂはｘｙ両方向の相対関係が正しい二次元方向波面収差となる。

工程１３０６では、波面２０４ｂと波面２０６ｂについて、画素毎の測定値の平均値

を計算して、波面２０８ｂを得る。最終的な測定結果としての二次元方向波面収差は、２０４ｂ又は２０６ｂ又は２０８ｂの何れを用いてもよい。
この実施例は、第１の実施例がｘ方向波面収差の全行とｙ方向波面収差の全列の波面収差情報を利用するのに対して、片方の波面については、１行（又は１列）の情報しか用いないため、ノイズのようなランダムな誤差要因の影響を受け易い。一方で、ｘ方向波面収差とｙ方向波面収差の合成を行う際の計算速度は、第１の実施例より高速である。前記のような各々の合成アルゴリズムの特徴を生かして、測定装置の置かれる環境に適した実施形態を選択することが可能である。

以上、本発明の好ましい二つの実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で収集の変形及び変更が可能である。
例えば、本実施形態では、ＬＤＩについて説明したが、ＬＳＩ（Ｌａｔｅｒａｌ Ｓｈｅａｒｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）等のシアリング干渉計（又はタルボ干渉計）にも適用する事ができる。また、ＬＤＩやＬＳＩを利用した波面収差測定によって得られる波面収差に限定されず、ある方向の相対関係が正しい画像と、それと異なる方向の相対関係が正しい画像から、二次元方向の相対関係が正しい画像を得たい場合でありさえすれば、本発明を適用する事ができる。

さらに、本実施形態では、前記第一の方向と第二の方向は、波面収差のある一方向（ｘ方向）とそれに垂直な方向（ｙ方向）であったが、二方向は直線又は直交関係に限らず、それぞれの方向が曲線かつ直交関係を有していない場合にも適用可能である。

以下、第１及び第２の実施例に共通の収差補正方法について説明する。露光装置１００は投影光学系１６０を構成する図示しない複数の光学素子が光軸方向及び／又は光軸直交方向へ移動可能になっており、不図示の収差調節用の駆動系により、本実施形態により得られる収差情報にもとづいて、一又は複数の光学素子を駆動することにより、投影光学系１６０の一又は複数値の収差（特に、ザイデルの５収差）を補正したり、最適化したりすることができる。また、投影光学系１６０の収差を調整する手段としては、可動レンズ以外に、可動ミラー（光学系がカタディオプトリック系やミラー系のとき）や、傾動できる平行平面板や、圧力制御可能な空間、アクチュエータによる面補正などさまざまな公知の系を用いるものが適用できる。

以下、本発明の露光方法について説明する。通常の露光においては、光源部１０５から出射した光束は引き回し光学系１１０により、露光装置１００乃至１００Ｄ本体の第１の照明光学系１１２（又は１１２Ａ）に引き回される。第２の照明光学系１２０乃至１２０Ｃがある場合には、それらは通常の露光時は光路外に配置されている。第１の照明光学系１１２に入射した光束は、光束形整形、インコヒーレント化、σ調整、視野調整等が行われて、マスク１５２を、例えば、ケーラー照明する。マスク１５２はマスクステージ１５０上に置かれ、スキャンタイプの露光装置では露光に応じて駆動される。マスク１５２を通過してマスクパターンを反映する光は、投影光学系１６０により投影倍率（例えば、１／４、１／５）で図示しないウェハチャックによってステージ１７０に固定されたプレート１７２に結像される。ウェハチャックはウェハステージ１７０上に配され、露光に応じて駆動される。投影光学系１６０は、収差が補正されているので高品位な露光処理（即ち、所望の解像度）をプレート１７２上で得ることができる。

次に、図１２及び図１３を参照して、露光装置１００を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１２は，半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、あるいは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ステップ１（回路設計）では、半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ３（ウェハ製造）では、シリコン等の材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は、前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウェハを用いて、リソグラフィ技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり，アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では，ステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。

図１３は、図１２のステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着等によって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）ではウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウェハに感光材を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置１０によってマスクパターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では，現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では，エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウェハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施形態の製造方法を用いれば、投影光学系１６０の結像性能を迅速かつ簡易に取得することができるので、露光のスループットも低下せず、また、波面収差が高精度に補正された投影光学系１６０を使用することができる。このため、従来は製造が難しかった高解像度のデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を経済性及び生産性よく製造することができる。波面収差が補正された投影光学系１６０は、ウェハステージのアライメントを高精度に行う。また、このように、露光装置１００を使用するデバイス製造方法、並びに結果物（中間、最終生成物）としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。

測定装置を備えた露光装置の概略ブロック図である。 図１に示す露光装置に適用可能な、本発明の第１の実施形態の測定装置の第２の照明光学系、光線分割手段、及び第１のマスクを含む光路図である。 図２に示す光線分割手段の概略平面図である。 図２に示す第１のマスクの概略平面図である。 図２に示す第２のマスクの概略平面図である。 図５に示す第２のマスクのスリットと窓の中心から射出した光の模式図である。 図１と図２に示す撮像手段が検出する、図５に示すスリットと窓から射出した光の干渉縞の一例を示す概略平面図である。 図１に示す測定装置の動作を説明するためのフローチャートである。 図８に示す波面収差の合成工程１００６を説明するためのフローチャートである。 図９に示す合成工程の統計処理による計算例を説明するための模式図である。 図９に示す合成工程の統計処理によらない計算例を説明するための模式図である。 デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。 図１２に示すステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。

符号の説明

１００ 露光装置
１０１ａ、１０１ｂ 測定装置
１６０ 投影光学系
１９０ 制御部

Claims (9)

1. 被検光学系の二次元光学性能に関する情報を算出する方法であって、
   前記被検光学系の第一の方向に関する光学性能を表すと共に前記第一の方向に沿った相対関係が正しい第一の測定データと、前記被検光学系の前記第一の方向とは異なる第二の方向に関する光学性能を表すと共に前記第二の方向に沿った相対関係が正しい第二の測定データとを合成する際に利用される、前記第一の測定データにおける前記第二の方向の第一の補正値及び／又は前記第二の測定データにおける前記第一の方向の第二の補正値を算出するステップと、
   前記算出ステップが算出した前記第一及び／又は第二の補正値を利用して前記第一及び第二の測定データを合成するステップとを有することを特徴とする方法。
2. 前記算出ステップは、
   前記第一の測定データにおける前記第一の方向に沿った前記相対関係と、前記第二の測定データにおける前記第二の方向に沿った前記相対関係に基づき、前記第一及び／又は第二の補正値を統計処理で算出することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記合成ステップは、
   前記第一の測定データにおける前記第一の方向に沿った一対の相対関係に基づき、前記第二の補正値を算出して前記第二の測定データを補正するか、
   前記第二の測定データにおける前記第二の方向に沿った一対の相対関係に基づき、前記第一の補正値を算出して前記第一の測定データを補正することを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 前記合成ステップは、前記第一及び／又は第二の補正値を、前記第一及び／又は第二の測定データに加減算することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の方法。
5. 被検光学系の二次元方向に関する光学性能を測定するための測定装置であって、
   前記被検光学系の第一の方向に関する光学性能を表し、前記第一の方向に沿った相対関係が正しい第一の測定データと、前記被検光学系の前記第一の方向とは異なる第二の方向に関する光学性能を表し、前記第二の方向に沿った相対関係が正しい第二の測定データを測定する測定部と、
   前記測定手段が測定した第一及び第二の測定データを取得し、前記第一及び第二の測定データを合成する際に前記第一及び第二の測定データの少なくとも一方に利用される、前記第一の測定データにおける前記第二の方向の第一の補正値及び／又は前記第二の測定データにおける前記第一の方向の第二の補正値を算出し、前記第一及び／又は第二の補正値を利用して前記第一及び第二の測定データを合成する制御部とを有することを特徴とする測定装置。
6. 前記測定装置は、理想円柱波又は理想楕円波を形成するためのスリットを有する線回折干渉計、若しくは、シアリング干渉を利用するシアリング干渉計であることを特徴とする請求項５記載の測定装置。
7. 光源からの光を用いてマスクに形成されたパターンを被露光体に露光する露光装置であって、
   前記パターンを前記被露光体に投影する投影光学系と、
   前記光を利用して前記被検光学系としての前記投影光学系の光学性能を検出する請求項５又は６記載の測定装置とを有することを特徴とする露光装置。
8. 請求項７記載の露光装置を利用して前記投影光学系の光学性能を算出するステップと、
   前記算出された前記投影光学系の前記光学性能に基づいて前記投影光学系を調節するステップと、
   前記調節された前記投影光学系を有する前記露光装置を使用して被露光体を露光するステップとを有することを特徴とする露光方法。
9. 請求項７記載の露光装置を利用して被露光体を露光するステップと、
   前記露光された前記被露光体を現像するステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。