JP2006162453A - 測定方法及び装置、露光装置、並びに、デバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 被検体の屈折率分布（ホモジニティー）、特に、ホモジニティーの高次成分を高精度に測定することができる測定方法及び装置を提供する。
【解決手段】 参照プレートからの反射光と被検体及び／又は反射プレートからの反射光とを干渉させ、前記被検体の屈折率分布を測定する測定方法であって、前記参照プレートと前記反射プレートとの間に前記被検体を配置した場合における前記被検体及び／又は反射プレート上の光の位置と前記参照プレートと前記反射プレートとの間に前記被検体を配置しない場合における前記被検体及び／又は反射プレート上の光の位置とが同一位置となるように、前記被検体及び／又は反射プレートの位置を調整するステップを有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一般には、測定方法及び装置に係り、ＩＣ、ＬＳＩなどの半導体チップ、液晶パネルなどの表示素子、磁気ヘッドなどの検出素子、ＣＣＤなどの撮像素子といった各種デバイス、マイクロメカニクスで用いる微細パターンの製造に用いられる露光装置の光学系を構成する光学素子の屈折率分布を測定する測定方法及び装置に関する。

フォトリソグラフィー（焼き付け）技術を用いて半導体メモリや論理回路などの微細な半導体素子又は液晶表示素子を製造する際に、レチクル（マスク）に描画された回路パターンを投影光学系によってウェハ等に投影して回路パターンを転写する縮小投影露光装置が従来から使用されている。

縮小投影露光装置で転写できる最小の寸法（解像度）は、露光に用いる光の波長に比例し、投影光学系の開口数（ＮＡ）に反比例する。従って、波長を短くすればするほど、及び、ＮＡを上げれば上げるほど、解像度はよくなる。このため、近年の半導体素子の微細化への要求に伴い露光光の短波長化が進められ、ＫｒＦエキシマレーザー（波長約２４８ｎｍ）からＡｒＦエキシマレーザー（波長約１９３ｎｍ）、Ｆ_２レーザー（波長約１５７ｎｍ）と用いられる紫外線の波長は短くなってきた。

一方、露光光の短波長化に伴って、光学系（照明光学系及び投影光学系）に使用可能な光学材料（硝材）も石英ガラス（ＳｉＯ_２）及びフッ化カルシウム（ＣａＦ_２）などに限られるようになってきた。硝材の光学性能には、波長に対する透過性、耐久性、均一な屈折率分布（以下、「ホモジニティー」と称する。）及び複屈折特性などがあり、露光装置の性能を保証するためには、これらの光学性能を高精度に測定し、光学系に要求される性能を満足しうる硝材を選別する必要がある。特に、ホモジニティーは、投影光学系の像性能（線幅均一性）を左右する重要な光学性能である。

硝材のホモジニティーは、一般に、干渉計を用いて（即ち、被検硝材を透過した被検光と参照光との干渉縞から）測定される（例えば、非特許文献１参照。）。具体的には、図１２及び図１３に示すように、基準プレート１１００のフィゾー面１１１０で反射される光を参照光とし、参照光と被検硝材ＴＧを透過せずに（即ち、被検硝材ＴＧを光路上に配置せずに）反射プレート１２００の表面１２１０で反射された被検光との干渉縞による反射プレート１２００の表面１２１０の波面形状変化を含んだ位相差分布Ｗ１と、参照光と被検硝材ＴＧを透過して（即ち、被検硝材ＴＧを光路上に配置して）反射プレート１２００の表面１２１０で反射された被検光との干渉縞による被検硝材ＴＧの波面形状変化を含んだ位相差分布Ｗ２と、参照光と被検硝材ＴＧの表面ＴＧａで反射された被検光との干渉縞による被検硝材ＴＧの表面ＴＧａの波面形状変化を含んだ位相差分布Ｗ３と、参照光と被検硝材ＴＧの裏面ＴＧｂで反射された被検光との干渉縞による被検硝材ＴＧの裏面ＴＧｂの波面形状変化を含んだ位相差分布Ｗ４とを求め、位相差分布Ｗ１乃至Ｗ４を、以下の数式１に代入することで、被検硝材ＴＧのホモジニティーΔｎを導出することができる。なお、被検硝材ＴＧは、表面ＴＧａ及び裏面ＴＧｂが研磨面であり、屈折率をｎとする。ここで、図１２及び図１３は、従来の被検硝材ＴＧのホモジニティーの測定を説明するための図であって、図１２は被検硝材ＴＧを光路上に配置していない状態を、図１３は被検硝材ＴＧを光路上に配置した状態を示している。

また、硝材のホモジニティーを測定する方法として、オイルオンプレート法も知られている。図１４及び図１５は、オイルオンプレート法による被検硝材ＴＧのホモジニティーの測定を説明するための図である。基準プレート２１００のフィゾー面２１１０で反射される光を参照光とし、図１４に示すように、基準プレート２２００と基準プレート２３００との間に緩挿された被検硝材ＴＧを透過して反射プレート２４００の表面２４１０で反射された被検光と参照光との干渉縞による被検硝材ＴＧの波面形状変化を含んだ位相差分布ＷＳと、図１５に示すように、被検硝材ＴＧを透過せずに（即ち、基準プレート２２００と基準プレート２３００との間に被検硝材ＴＧを緩挿せずに）反射プレート２４００で反射された被検光と参照光との干渉縞による基準プレート２２００及び２３００と反射プレート２４００の表面２４１０の波面形状変化を含んだ位相差分布ＷＲとを求め、位相差分布ＷＳ及びＷＲを、以下の数式２に代入することで、被検硝材ＴＧのホモジニティーΔｎを導出することができる。なお、基準プレート２２００及び２３００と被検硝材ＴＧとの間には、被検硝材ＴＧと略同一の屈折率を有する油（マッチングオイル）が充填されている。

このようにして測定された硝材のホモジニティーは、一般には、最小二乗法等を用いて多項式フィッティングを行うことにより、多項式成分と多項式残差成分に分離して評価される。例えば、多項式としてはゼルニケ多項式（ゼルニケ３６項）を用いることができ、ゼルニケ３６項では表すことのできないホモジニティーの高次成分が多項式残差成分となる。

多項式残差成分は、投影光学系の像性能においてフレアーの要因となり、線幅均一性を劣化させるなど露光装置の性能に強く影響している。特に、多項式残差成分の周期によってフレアーへの効き率が異なることが知られている。なお、多項式残差成分（ホモジニティーの高次成分）は、硝材として使用されるフッ化カルシウムに多く存在する。従って、多項式残差成分を高精度に測定し、かかる多項式残差成分が規定量以下である硝材を選別することが投影光学系にとって重要なこととなっている。
Ｏｐｔ．Ｅｎｇ／Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ １９９１／Ｖｏｌ．３０ Ｎｏ．９／Ｐ１３９９−１４０５ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｈｏｍｏｇｅｎｅｉｔｙ ｏｆ ａ ｗｉｎｄｏｗ

しかしながら、従来のホモジニティーの測定では、ホモジニティーの高次成分を高精度に測定することができず、硝材を正確に評価することができなかった。これは、被検硝材を光路中に配置すると、被検硝材の楔角や参照プレートに対する角度によって光が曲がり、各位相差分布毎に（即ち、被検硝材を光路上に配置した場合と被検硝材を光路上に配置しない場合とにおいて）反射プレート及び／又は基準プレート上における光の反射及び／又は透過する位置が変化してしまうからである。換言すれば、被検硝材及び反射プレートの形状の影響による波面形状変化が、数式１又は数式２から導出されるホモジニティーに残ってしまうからである。

詳細には、図１２に示すように、被検硝材ＴＧが光路上に配置されていない場合には、光は直進し、反射プレート１２００の表面１２１０で反射される。しかし、図１３に示すように、図中上下方向に楔角を有する被検硝材ＴＧを光路上に配置すると、被検硝材ＴＧの楔角及び角度などによって被検光は、図１３の実線で示すように図中上方向にシフトするため、光が直進した場合（図１３の点線）と比較して、反射プレート１２００の表面１２１０上の異なる位置で反射されることになる。従って、位相差分布Ｗ１と位相差分布Ｗ２とは、反射プレート１２１０の表面１２１０上の異なる位置の波面形状変化を含むことになり、位相差分布Ｗ１及びＷ２を数式１に代入しても、反射プレート１２１０の表面１２１０の形状の影響による波面形状変化が導出されるホモジニティーに残ってしまうことになる。

また、オイルオンプレート法においても同様の問題が生じる。図１６及び図１７は、オイルオンプレート法における被検硝材ＴＧのホモジニティーを正確に測定することができない理由を説明するための図である。オイルオンプレート法では、基準プレート２２００及び２３００との干渉を防止するために、図１６に示すように、基準プレート２２００、被検硝材ＴＧ及び基準プレート２３００を参照プレート２１００に対してθ１だけ傾けて位相差分布ＷＳを測定する。基準プレート２２００上の位置Ｏを通過した光は、基準プレート２２００の法線に対してθ２の屈折角で進み、被検硝材ＴＧ、基準プレート２３００を透過し、反射プレート２４００上の位置Ｒ１で反射する。なお、基準プレート２２００の屈折率をｎ１とすると、ｓｉｎθ１＝ｎ１×ｓｉｎθ２の関係となる。

一方、位相差分布ＷＲ（即ち、基準プレート２２００と基準プレート２３００との間に被検硝材ＴＧを緩挿させない）を測定する場合、図１７に示すように、基準プレート２２００の位置Ｏを透過した光は、基準プレート２２００の法線に対してθ２の屈折角で進み、基準プレート２３００を透過し、反射プレート２４００上の位置Ｒ２で反射する。即ち、被検硝材ＴＧの厚さによって、反射プレート２４００上での反射位置が、Ｒ１とＲ２で異なる位置となる。かかるズレ量ΔＲは、被検硝材ＴＧの厚さをＤ［ｍｍ］としたとき、以下の数式３で示される。従って、基準プレート２２００及び２３００のみの位相差分布ＷＲがズレ量ΔＲを含み、位相差分布ＷＳ及びＷＲを数式２に代入しても、被検硝材ＴＧの正確なホモジニティーを導出することができない。

更に、基準プレート２３００でも、位相差分布ＷＳの測定時と位相差分布ＷＲの測定時との間で光の位置のズレが生じる。図１６に示すように、位相差分布ＷＳを測定する場合、基準プレート２２００上の位置Ｏを通過した光は、基準プレート２２００の法線に対してθ２の屈折角で進み、被検硝材ＴＧ及び基準プレート２３００上の位置Ｐ１を通過する。

一方、位相差分布ＷＲを測定する場合、図１７に示すように、基準プレート２２００の位置Ｏを透過した光は、基準プレート２２００の法線に対してθ２の屈折角で進み、基準プレート２３００上の位置Ｐ２を透過する。即ち、被検硝材ＴＧの厚さによって、基準プレート２３００を透過する位置が、Ｐ１とＰ２で異なる位置となる。かかるズレ量ΔＰは、以下の数式４で示される。従って、基準プレート２２００及び２３００のみの位相差分布ＷＲがズレ量ΔＰを含み、位相差分布ＷＳ及びＷＲを数式２に代入しても、被検硝材ＴＧの正確なホモジニティーを導出することができない。

干渉計の分解能（ここでは、ＣＣＤの１画素に相当する被検硝材上での分解能を示す）を０．２４［ｍｍ／画素］に設定し、反射プレート２４００をシフトしたときの各ホモジニティーの測定結果から求めた多項式残差成分（３６項残差）を図１８に示す。図１８では、ズレ量がないときの多項式残差成分を１に正規化し、その比（残差比）を示している。

図１８を参照するに、反射プレート２４００を干渉計の分解能である０．２４ｍｍ以上シフトした領域では、多項式残差成分が１．３倍以上大きくなってしまい、被検硝材ＴＧのホモジニティーを正しく測定していないことがわかる。例えば、基準プレート２２００及び２３００を石英（屈折率＝１．４５７０６）とし、被検硝材ＴＧの厚さを８０［ｍｍ］、θ１を１度とした場合、多項式残差成分は０．４４［ｍｍ］となり無視できないズレ量となる。

そこで、本発明は、被検体の屈折率分布（ホモジニティー）、特に、ホモジニティーの高次成分を高精度に測定することができる測定方法及び装置を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての測定方法は、参照プレートからの反射光と被検体及び／又は反射プレートからの反射光とを干渉させ、前記被検体の屈折率分布を測定する測定方法であって、前記参照プレートと前記反射プレートとの間に前記被検体を配置した場合における前記被検体及び／又は反射プレート上の光の位置と前記参照プレートと前記反射プレートとの間に前記被検体を配置しない場合における前記被検体及び／又は反射プレート上の光の位置とが同一位置となるように、前記被検体及び／又は反射プレートの位置を調整するステップを有することを特徴とする。

本発明の別の側面としての測定方法は、被検体の屈折率分布を測定する測定方法であって、参照プレートと反射プレートとの間に前記被検体を配置し、前記参照プレートからの反射光と前記反射プレートからの反射光との干渉縞を基に、第１の位相差分布を測定する第１のステップと、前記参照プレートと前記反射プレートとの間に前記被検体を配置せずに、前記第１のステップにおける前記反射プレート上の光の位置と同一位置となるように前記反射プレートの位置を調整し、前記参照プレートからの反射光と前記反射プレートからの反射光との干渉縞を基に、第２の位相差分布を測定する第２のステップと、前記第１のステップにおける前記被検体の第１の面上の光の位置と同一位置となるように前記参照プレートと前記反射プレートとの間に前記被検体を配置し、前記参照プレートからの反射光と前記被検体の第１の面からの反射光との干渉縞を基に、第３の位相差分布を測定する第３のステップと、前記第１のステップにおける前記被検体の第２の面上の光の位置と同一位置となるように前記参照プレートと前記反射プレートとの間に前記被検体を配置し、前記参照プレートからの反射光と前記被検体の第２の面からの反射光との干渉縞を基に、第４の位相差分布を測定する第４のステップと、前記第１の位相差分布をＷ２、前記第２の位相差分布をＷ１、前記第３の位相差分布をＷ３、前記第４の位相差分布をＷ４、前記被検体の屈折率をｎとして、｛ｎ（Ｗ２−Ｗ１）−（ｎ−１）（Ｗ４−Ｗ３）｝に代入し、前記被検体の屈折率分布を導出するステップとを有することを特徴とする。

本発明の更に別の側面としての測定方法は、被検体の屈折率分布を測定する測定方法であって、参照プレートと反射プレートとの間に前記被検体を配置し、前記参照プレートからの反射光と前記反射プレートからの反射光との干渉縞を基に、第１の位相差分布を測定する第１のステップと、前記参照プレートと前記反射プレートとの間に前記被検体を配置せずに、前記第１のステップにおける前記反射プレート上の光の位置と同一位置となるように前記反射プレートの位置を調整し、前記参照プレートからの反射光と前記反射プレートからの反射光との干渉縞を基に、第２の位相差分布を測定する第２のステップと、前記第１のステップにおける前記被検体の第１の面上の光の位置と同一位置となるように前記参照プレートと前記反射プレートとの間に前記被検体を配置し、前記参照プレートからの反射光と前記被検体の第１の面からの反射光との干渉縞を基に、第３の位相差分布を測定する第３のステップと、前記第１のステップにおける前記被検体の第２の面上の光の位置と同一位置となるように前記参照プレートと前記反射プレートとの間に前記被検体を配置し、前記参照プレートからの反射光と前記被検体の第２の面からの反射光との干渉縞を基に、第４の位相差分布を測定する第４のステップと、前記第４のステップにおける前記被検体の第１の面上の光の位置と同一位置となるように前記参照プレートと前記反射プレートとの間に前記被検体を配置し、前記参照プレートからの反射光と前記被検体の第１の面からの反射光との干渉縞を基に、第５の位相差分布を測定する第５のステップと、前記第１の位相差分布をＷ２、前記第２の位相差分布をＷ１、前記第３の位相差分布をＷ３、前記第４の位相差分布をＷ４、前記第５の位相差分布をＷ５、前記被検体の屈折率をｎとして、｛ｎ（Ｗ２−Ｗ１）−（ｎ−１）（Ｗ４−Ｗ３）−（ｎ−１）（ｎ−１）（Ｗ５−Ｗ３）｝に代入し、前記被検体の屈折率分布を導出するステップとを有することを特徴とする。

本発明の更に別の側面としての測定方法は、参照プレートからの参照光と反射プレートからの被検光とを干渉させ、被検体の屈折率分布を測定する測定方法であって、第１の基準プレートと第２の基準プレートとの間に緩挿させた前記被検体を、前記参照プレートと前記反射プレートとの間に配置し、前記被検体を含む透過波面を測定する第１の測定ステップと、互いに張り合わせた前記第１のプレート及び前記第２のプレートを、前記参照プレートと前記反射プレートとの間に配置し、前記被検体を含まない透過波面を測定する第２の測定ステップとを有し、前記第２の測定ステップは、前記第１の測定ステップにおける前記第１の基準プレート、前記第２の基準プレート及び前記反射プレート上での光の位置と前記第２の測定ステップにおける前記第１の基準プレート、前記第２の基準プレート及び前記反射プレート上での光の位置とを一致させて前記被検体を含まない透過波面を測定することを特徴とする。

本発明の更に別の側面としての測定装置は、参照プレートと、反射プレートとを有し、前記参照プレートからの反射光と被検体及び／又は反射プレートからの反射光とを干渉させ、前記被検体の屈折率分布を測定する測定装置であって、前記被検体の位置を調整する第１の調整手段と、前記反射プレートの位置を調整する第２の調整手段とを有することを特徴とする。

本発明の更に別の側面としての測定装置は、被検体の屈折率分布を測定する測定装置であって、上述の測定方法を行うことができる測定モードを有することを特徴とする。

本発明の更に別の側面としての露光装置は、レチクルのパターンを被処理体に露光する露光装置であって、上述の測定方法を利用して屈折率分布が測定され、所望の屈折率分布を有する光学素子で構成された光学系を有することを特徴とする。

本発明の更に別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、露光された前記被処理体を現像するステップとを有することを特徴とする。

本発明の他の目的及び更なる特徴は、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、被検体の屈折率分布（ホモジニティー）、特に、ホモジニティーの高次成分を高精度に測定することができる測定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、本発明の一側面としての測定方法及び装置について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。ここで、図１は、本発明の測定装置１００の構成を示す概略断面図である。

測定装置１００は、被検体ＴＧの屈折率分布（ホモジニティー）を測定する測定装置であり、図１に示すように、光源１１０と、ハーフミラー１１２と、２軸チルトステージ１１４と、参照プレート１１６と、圧電素子１１８と、反射プレート１２０と、ステージ１２２と、結像光学系１２４と、拡散板１２６と、結像光学系１２８と、ＣＣＤ１３０と、制御部１３２とを有する。なお、図１には示していないが、被検体ＴＧを載置すると共に、光軸に対して垂直方向に被検体ＴＧを移動させるステージ１３４も測定装置１００を構成する。

図１を参照するに、光源１１０を射出した光は、ハーフミラー１１２を透過し、２軸チルトステージ１１４に載置された参照プレート１１６に至る。なお、２軸チルトステージ１１４は、縞走査法用の圧電素子１１８を介して参照プレート１１６を保持する。参照プレート１１６は、最終面１１６ａ以外に光源１１０の波長に対する反射防止膜を有し、最終面１１６ａでのみ光の一部を反射する。或いは、参照プレート１１６の最終面１１６ａに、後述するＣＣＤ１３０の解像度を超える密な縞の楔角を設けてもよい。

参照プレート１１６の最終面１１６ａで反射されずに参照プレート１１６を透過した光は、ステージ１２２に載置された反射プレート１２０の表面１２０ａで反射される。ステージ１２２は、光軸に対して垂直方向に反射プレート１２０を移動させることができる。以下、参照プレート１１６の最終面１１６ａで反射される光を参照光、参照プレート１１６の最終面１１６ａを透過する光を被検光と称する。

反射プレート１２０の表面１２２で反射した被検光は、参照光と共にハーフミラー１１２で反射され、結像光学系１２４によって拡散板１２６上で干渉縞を形成する。拡散板１２６は、回転することでスペックル等の光学ノイズを平均化することができる。

拡散板１２６上に形成された干渉縞は、結像光学系１２８によりＣＣＤ１３０に伝達される。ＣＣＤ１３０で撮像された干渉縞の画像データは、制御部１３２に転送される。制御部１３２は、圧電素子１１８を走査した際の複数の画像データ、所謂、縞走査法により干渉縞の位相を算出する。

以下、測定装置１００を用いた本発明の測定方法について説明する。まず、図２及び図３に示すように、参照ミラー１１６と反射ミラー１２０との間の光路に、表面ＴＧａ及びＴＧｂが研磨面であり、且つ、楔角を有する被検体ＴＧを配置し、反射プレート１２０の表面１２０ａで反射された被検光と参照光との干渉縞を基に、被検体ＴＧの存在による波面形状変化を含む位相差分布Ｗ２を求める。ここで、図２は、参照ミラー１１６と反射ミラー１２０との間の光路に被検体ＴＧを配置した場合の測定装置１００を示す概略断面図である。図３は、図２に示す参照ミラー１１６と反射ミラー１２０との間を示す概略上面図である。

次に、図４に示すように、参照ミラー１１６と反射ミラー１２０との間の光路に被検体ＴＧを配置せずに、位相差分布Ｗ２を測定した際における反射プレート１２０（表面１２０ａ）上の光の位置と同一位置となるようにステージ１２２を介して反射プレート１２０を光軸に対して垂直方向に移動させ、反射プレート１２０の表面１２０ａで反射された被検光と参照光との干渉縞を基に、反射プレート１２０の表面１２０ａによる波面形状変化を含む位相差分布Ｗ１を求める。ここで、図４は、図３に示す反射プレート１２０上の光の位置と同一位置となるように反射プレート１２０を移動させた場合の参照ミラー１１６と反射ミラー１２０との間を示す概略上面図である。

次に、図５に示すように、位相差分布Ｗ２を測定した際における被検体ＴＧの表面ＴＧａ上の光の位置と同一位置となるように、ステージ１３４を介して被検体ＴＧを配置し、被検体ＴＧの表面ＴＧａで反射された被検光と参照光との干渉縞を基に、被検体ＴＧの表面ＴＧａによる波面形状変化を含む位相差分布Ｗ３を求める。ここで、図５は、図３に示す被検体ＴＧの表面ＴＧａ上の光の位置と同一位置となるように被検体ＴＧを移動させた場合の参照ミラー１１６と被検体ＴＧとの間を示す概略上面図である。

次に、図６に示すように、位相差分布Ｗ２を測定した際における被検体ＴＧの表面ＴＧｂ上の光の位置と同一位置となるように、ステージ１３４を介して被検体ＴＧを配置し、被検体ＴＧの表面ＴＧｂで反射された被検光と参照光との干渉縞を基に、被検体ＴＧの表面ＴＧｂによる波面形状変化を含む位相差分布Ｗ４を求める。ここで、図６は、図３に示す被検体ＴＧの表面ＴＧｂ上の光の位置と同一位置となるように被検体ＴＧを移動させた場合の参照ミラー１１６と被検体ＴＧとの間を示す概略上面図である。

そして、位相差分布Ｗ１乃至Ｗ４を、数式１に導入することで、被検体ＴＧのホモジニティーΔｎを導出することができる。

このような測定方法により、被検体ＴＧの楔角又は各位相差分布の測定（即ち、被検体ＴＧを配置する場合と被検体ＴＧを配置しない場合）に起因する光のシフトの影響を低減することができる。実際に、ホモジニティーの高次成分が限りなく０に近い石英を、従来のホモジニティーの測定方法で測定し、ホモジニティーの高次成分のＲＭＳを算出すると５１［ｐｐｂ］となるが、上述の測定方法を適用した場合では１９［ｐｐｂ］となる。このように、本発明の測定方法及び装置は、特に、高次成分のホモジニティーについて高精度に測定することができる。

また、位相差分布Ｗ１乃至Ｗ４に加えて、位相差分布Ｗ４を測定した際における被検体ＴＧの表面ＴＧａ上の光の位置と同一位置となるように、ステージ１３４を介して被検体ＴＧを配置し、被検体ＴＧの表面ＴＧａで反射された被検光と参照光との干渉縞を基に、被検体ＴＧの表面ＴＧａによる波面形状変化を含む位相差分布Ｗ５を更に求め、位相差分布Ｗ１乃至Ｗ５を、以下の数式５に導入することでも、被検体ＴＧのホモジニティーΔｎを導出することができる。

実際に、ホモジニティーの高次成分が限りなく０に近い石英を、従来のホモジニティーの測定方法で測定した場合と上述の測定方法を適用した場合とを比較すると、その測定値が約１／２となる。即ち、位相差分布Ｗ１乃至Ｗ５を用いても高次成分のホモジニティーについて高精度に測定することができる。

なお、被検体や反射プレート上の相対的な光の位置のシフトを補正するという概念は、オイルオンプレート法を用いた測定方法及び装置にも適用することができる。図７及び図８は、オイルオンプレート法を用いた本発明の測定装置２００の構成を示す概略断面図である。以下、図７及び図８を用いて測定装置２００の構成及び測定装置２００を用いた測定方法を説明する。

測定装置２００は、被検体ＴＧの屈折率分布（ホモジニティー）を測定する測定装置であり、図７及び図８に示すように、Ｈｅ−Ｎｅレーザー光源２１０と、ビーム成形系２１２及び２１４と、参照プレート２１６と、基準プレート２１８及び２２０と、反射プレート２２２と、ハーフミラー２２４と、結像系２２６と、拡散板２２８と、結像系２３０と、ＣＣＤ２３２と、制御部２３４と、セル２３６、２３８及び２４０と、ステージ２４２と、セル２４４と、ステージ２４６とを有する。

図７において、波長６３３ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザー光源２１０から射出した光は、ビーム成形系２１２及び２１４によって平面波となり、参照プレート２１６のフィゾー面２１６ａで反射され、参照光を形成する。

参照プレート２１６を透過した光は、基準プレート２１８、被検体ＴＧ及び基準プレート２２０を透過し、反射プレート２２２の表面２２２ａで反射される。反射プレート２２２の表面２２２ａで反射された光は、再び、基準プレート２２０、被検体ＴＧ、基準プレート２１８及び参照プレート２１６を透過し、被検光を形成する。

参照光と被検光は干渉し、ビーム成形系２１４、ハーフミラー２２４及び結像系２２６を介して拡散板２２８上に干渉縞を形成する。かかる干渉縞を結像系２３０でＣＣＤ２３２に投影し、検出する。

参照プレート２１６は、図示しない圧電素子によって駆動され、干渉縞を走査して複数の干渉縞の画像データが制御部２３４に転送される。制御部２３４は、複数の画像データを処理（縞走査法）し、位相差分布ＷＳを算出する。

被検体ＴＧは、表面が擦り硝子状の粗面状態の平行平板であり、λ／１０乃至λ／２０程度に研磨された石英等で構成される基準プレート２１８と基準プレート２２０との間に緩挿され、且つ、被検体ＴＧの表面の影響を除去するため、基準プレート２１８及び２２０との間には被検体ＴＧと略同一の屈折率を有する油（マッチングオイル）で充填されている。

なお、本実施形態では、基準プレート２１８、被検体ＴＧ、基準プレート２２０は、それぞれセル２３６、セル２３８、セル２４０内に固定され、相対的な位置を調整した後、セル２３６、セル２３８及びセル２４０が一体となってステージ２４２上に配置されている。

ステージ２４２は、光軸に対して基準プレート２１８、被検体ＴＧ、基準プレート２２０を傾ける傾き機構を有し、本実施形態では、基準プレート２１８の表面による干渉を防ぐために、図面内に平行に傾けている。

また、反射プレート２２２もセル２４４内に固定され、ステージ２４６上に配置されている。ステージ２４６は、光軸に対して反射プレート２２２を傾ける傾き機構を有し、且つ、光軸に対して反射プレート２２２を垂直方向に駆動する駆動機構を有する。

次に、図８に示すように、基準プレート２１８と基準プレート２２０とを張り合わせて（即ち、被検体ＴＧを基準プレート２１８及び２２０から外す）、上述したのと同様に、位相差分布ＷＨを測定する。このとき、ステージ２４６を介して反射プレート２２２をＤ×ｓｉｎ（θ１−θ２）／ｃｏｓθ２だけ図中矢印Ａ方向にシフトさせ、ステージ２４２を介して基準プレート２２０をＤ×ｔａｎθ２
だけ図中矢印Ｂ方向にシフトさせる。ここで、Ｄは、被検体ＴＧの厚さ［ｍｍ］である。例えば、被検体ＴＧと基準プレート２１８及び２２０を石英（屈折率１．４５７０６）とし、被検体ＴＧの厚さＤを８０［ｍｍ］、被検体ＴＧと基準プレート２１８及び２２０の傾け角を１度とすれば、反射プレート２２２を矢印Ａ方向に０．４４［ｍｍ］、基準プレート２２０を矢印Ｂ方向に０．９６［ｍｍ］シフトさせればよい。これにより、位相差分布ＷＳを測定した際における反射プレート２２２上での光の反射位置及び基準プレート２２０上の光が透過する位置と、位相差分布ＷＨを測定する際における反射プレート２２２上での光の反射位置及び基準プレート２２０上の光が透過する位置を一致させることができる。換言すれば、反射プレート２２２上での光の反射位置のズレ及び基準プレート２２０上の光が透過する位置のズレを実質的になくすことができる。

そして、位相差分布ＷＳ及びＷＨを、数式２に導入することで、被検体ＴＧのホモジニティーΔｎを導出することができる。本実施形態の測定方法及び装置によれば、被検体ＴＧを光路上に配置して測定するときの基準プレート２１８と基準プレート２２０及び反射プレート２２２上での光の位置と、被検体ＴＧを光路上に配置しないで測定するときの基準プレート２１８と基準プレート２２０及び反射プレート２２２上での光の位置とを一致させることができる。従って、光のズレによる位相差分布への影響を除去することが可能であるため、高精度に被検体ＴＧのホモジニティーを測定することができる。

以下、図９を参照して、本発明の例示的な露光装置３００について説明する。ここで、図９は、本発明の露光装置３００の構成を示す概略ブロック図である。露光装置３００は、図９に示すように、回路パターンが形成されたレチクル３２０を照明する照明装置３１０と、照明されたレチクルパターンから生じる回折光を被処理体３４０に投影する投影光学系３３０と、被処理体３４０を支持するステージ３４５とを有する。

露光装置３００は、例えば、ステップ・アンド・リピート方式やステップ・アンド・スキャン方式でレチクル３２０に形成された回路パターンを被処理体３４０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ー工程に好適であり、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」は、マスクに対してウェハを連続的にスキャン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、次のショット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」は、ウェハのショット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を露光領域に移動する露光方法である。

照明装置３１０は、転写用の回路パターンが形成されたレチクル３２０を照明し、光源部３１２と、照明光学系３１４とを有する。

光源部３１２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が、光源の種類はエキシマレーザーに限定されず、例えば、波長約１５７ｎｍのＦ_２レーザーやＹＡＧレーザーを使用してもよいし、その光源の個数も限定されない。例えば、独立に動作する２個の固体レーザーを使用すれば固体レーザー間相互のコヒーレンスはなく、コヒーレンスに起因するスペックルはかなり低減する。更にスペックルを低減するために光学系を直線的又は回動的に揺動させてもよい。また、光源部３１２にレーザーが使用される場合、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３１２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３１４は、レチクル５２０を照明する光学系であり、レンズ、ミラー、ライトインテグレーター、絞り等を含む。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、結像光学系の順で整列する等である。照明光学系３１４は、軸上光、軸外光を問わず使用することができる。ライトインテグレーターは、ハエの目レンズや２組のシリンドリカルレンズアレイ（又はレンチキュラーレンズ）板を重ねることによって構成されるインテグレーター等を含むが、光学ロッドや回折素子に置換される場合もある。かかる照明光学系３１４のレンズなどの光学素子に、本発明の測定方法及び装置によって所望の屈折率分布（即ち、所定値の光学性能）を有すると測定された硝材を使用することができる。

レチクル３２０は、例えば、石英製で、その上には転写されるべき回路パターン（又は像）が形成され、図示しないレチクルステージに支持及び駆動される。レチクル３２０から発せられた回折光は、投影光学系３３０を通り、被処理体３４０上に投影される。レチクル３２０と被処理体３４０は、光学的に共役の関係にある。本実施形態の露光装置３００は、スキャナーであるため、レチクル３２０と被処理体３４０を縮小倍率比の速度比でスキャンすることによりレチクル３２０のパターンを被処理体３４０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、レチクル３２０と被処理体３４０を静止させた状態で露光が行われる。

投影光学系３３０は、物体面であるレチクル３２０上のパターンを反映する光を像面である被処理体３４０上に投影する光学系である。投影光学系３３０は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系（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使用したり、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３３０のレンズなどの光学素子に、本発明の測定方法及び装置によって所望の屈折率分布（即ち、所定値の光学性能）を有すると測定された硝材を使用することができる。

被処理体３４０は、本実施形態ではウェハであるが、液晶基板やその他の被処理体を広く含む。被処理体３４０には、フォトレジストが塗布されている。

ステージ３４５は、被処理体３４０を支持する。ステージ３４５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３４５は、リニアモーターを利用してＸＹ方向に被処理体３４０を移動させることができる。レチクル３２０と被処理体３４０は、例えば、同期走査され、ステージ３４５と図示しないレチクルステージの位置は、例えば、レーザー干渉計などにより監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。ステージ３４５は、例えば、ダンパを介して床等の上に支持されるステージ定盤上に設けられ、レチクルステージ及び投影光学系３３０は、床等に載置されたベースフレーム上にダンパを介して支持される図示しない鏡筒定盤上に設けられる。

露光において、光源部３１４から発せられた光束は、照明光学系３１４によりレチクル３２０を、例えば、ケーラー照明する。レチクル３２０を通過してレチクルパターンを反映する光は、投影光学系３３０により被処理体３４０に結像される。露光装置３００が使用する照明光学系３１４及び投影光学系３３０は、本発明の測定方法及び装置で光学性能が所定値を満たすと測定された光学素子を含み、特に、投影光学系３３０の像性能（線幅均一性等）に優れているため、高いスループットで経済性よくデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。

次に、図１０及び図１１を参照して、上述の露光装置３００を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図１０は、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。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、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。ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンなど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、マスクとウェハを用いて本発明のリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成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で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。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１１は、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、ウェハの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などによって形成する。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、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、上述の露光装置３００によってマスクの回路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。かかるデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置３００を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。

以上、本発明の好ましい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ないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

本発明の一側面としての測定装置の構成を示す概略断面図である。 図１に示す参照ミラーと反射ミラーとの間の光路に被検体を配置した場合の測定装置を示す概略断面図である。 図２に示す参照ミラーと反射ミラーとの間を示す概略上面図である。 図３に示す反射プレート上の光の位置と同一位置となるようにステージを移動させた場合の参照ミラーと反射ミラーとの間を示す概略上面図である。 図３に示す被検体の表面上の光の位置と同一位置となるように被検体を移動させた場合の参照ミラーと被検体との間を示す概略上面図である。 図３に示す被検体の表面上の光の位置と同一位置となるように被検体を移動させた場合の参照ミラーと被検体との間を示す概略上面図である。 オイルオンプレート法を用いた本発明の測定装置の構成を示す概略断面図である。 オイルオンプレート法を用いた本発明の測定装置の構成を示す概略断面図である。 本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略ブロック図である。 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１０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。 従来の被検硝材のホモジニティーの測定を説明するための図である。 従来の被検硝材のホモジニティーの測定を説明するための図である。 オイルオンプレート法による被検硝材のホモジニティーの測定を説明するための図である。 オイルオンプレート法による被検硝材のホモジニティーの測定を説明するための図である。 オイルオンプレート法における被検硝材のホモジニティーを正確に測定することができない理由を説明するための図である。 オイルオンプレート法における被検硝材のホモジニティーを正確に測定することができない理由を説明するための図である。 干渉計の分解能を０．２４［ｍｍ／画素］に設定し、反射プレートをシフトしたときの各ホモジニティーの測定結果から求めた多項式残差成分を示すグラフである。

符号の説明

１００ 測定装置
１１６ 参照プレート
１２０ 反射プレート
１２２ ステージ
１３８ ＣＣＤ
１３２ 制御部
２００ 測定装置
２１６ 参照プレート
２１８及び２２０ 基準プレート
２２２ 反射プレート
２３２ ＣＣＤ
２３４ 制御部
２３６、２３８及び２４０ セル
２４２ ステージ
２４４ セル
２４６ ステージ
３００ 露光装置
３１４ 照明光学系
３３０ 投影光学系
ＴＧ 被検体

Claims (14)

1. 参照プレートからの反射光と被検体及び／又は反射プレートからの反射光とを干渉させ、前記被検体の屈折率分布を測定する測定方法であって、
   前記参照プレートと前記反射プレートとの間に前記被検体を配置した場合における前記被検体及び／又は反射プレート上の光の位置と前記参照プレートと前記反射プレートとの間に前記被検体を配置しない場合における前記被検体及び／又は反射プレート上の光の位置とが同一位置となるように、前記被検体及び／又は反射プレートの位置を調整するステップを有することを特徴とする測定方法。
2. 被検体の屈折率分布を測定する測定方法であって、
   参照プレートと反射プレートとの間に前記被検体を配置し、前記参照プレートからの反射光と前記反射プレートからの反射光との干渉縞を基に、第１の位相差分布を測定する第１のステップと、
   前記参照プレートと前記反射プレートとの間に前記被検体を配置せずに、前記第１のステップにおける前記反射プレート上の光の位置と同一位置となるように前記反射プレートの位置を調整し、前記参照プレートからの反射光と前記反射プレートからの反射光との干渉縞を基に、第２の位相差分布を測定する第２のステップと、
   前記第１のステップにおける前記被検体の第１の面上の光の位置と同一位置となるように前記参照プレートと前記反射プレートとの間に前記被検体を配置し、前記参照プレートからの反射光と前記被検体の第１の面からの反射光との干渉縞を基に、第３の位相差分布を測定する第３のステップと、
   前記第１のステップにおける前記被検体の第２の面上の光の位置と同一位置となるように前記参照プレートと前記反射プレートとの間に前記被検体を配置し、前記参照プレートからの反射光と前記被検体の第２の面からの反射光との干渉縞を基に、第４の位相差分布を測定する第４のステップと、
   前記第１の位相差分布をＷ２、前記第２の位相差分布をＷ１、前記第３の位相差分布をＷ３、前記第４の位相差分布をＷ４、前記被検体の屈折率をｎとして、｛ｎ（Ｗ２−Ｗ１）−（ｎ−１）（Ｗ４−Ｗ３）｝に代入し、前記被検体の屈折率分布を導出するステップとを有することを特徴とする測定方法。
3. 被検体の屈折率分布を測定する測定方法であって、
   参照プレートと反射プレートとの間に前記被検体を配置し、前記参照プレートからの反射光と前記反射プレートからの反射光との干渉縞を基に、第１の位相差分布を測定する第１のステップと、
   前記参照プレートと前記反射プレートとの間に前記被検体を配置せずに、前記第１のステップにおける前記反射プレート上の光の位置と同一位置となるように前記反射プレートの位置を調整し、前記参照プレートからの反射光と前記反射プレートからの反射光との干渉縞を基に、第２の位相差分布を測定する第２のステップと、
   前記第１のステップにおける前記被検体の第１の面上の光の位置と同一位置となるように前記参照プレートと前記反射プレートとの間に前記被検体を配置し、前記参照プレートからの反射光と前記被検体の第１の面からの反射光との干渉縞を基に、第３の位相差分布を測定する第３のステップと、
   前記第１のステップにおける前記被検体の第２の面上の光の位置と同一位置となるように前記参照プレートと前記反射プレートとの間に前記被検体を配置し、前記参照プレートからの反射光と前記被検体の第２の面からの反射光との干渉縞を基に、第４の位相差分布を測定する第４のステップと、
   前記第４のステップにおける前記被検体の第１の面上の光の位置と同一位置となるように前記参照プレートと前記反射プレートとの間に前記被検体を配置し、前記参照プレートからの反射光と前記被検体の第１の面からの反射光との干渉縞を基に、第５の位相差分布を測定する第５のステップと、
   前記第１の位相差分布をＷ２、前記第２の位相差分布をＷ１、前記第３の位相差分布をＷ３、前記第４の位相差分布をＷ４、前記第５の位相差分布をＷ５、前記被検体の屈折率をｎとして、｛ｎ（Ｗ２−Ｗ１）−（ｎ−１）（Ｗ４−Ｗ３）−（ｎ−１）（ｎ−１）（Ｗ５−Ｗ３）｝に代入し、前記被検体の屈折率分布を導出するステップとを有することを特徴とする測定方法。
4. 参照プレートからの参照光と反射プレートからの被検光とを干渉させ、被検体の屈折率分布を測定する測定方法であって、
   第１の基準プレートと第２の基準プレートとの間に緩挿させた前記被検体を、前記参照プレートと前記反射プレートとの間に配置し、前記被検体を含む透過波面を測定する第１の測定ステップと、
   互いに張り合わせた前記第１のプレート及び前記第２のプレートを、前記参照プレートと前記反射プレートとの間に配置し、前記被検体を含まない透過波面を測定する第２の測定ステップとを有し、
   前記第２の測定ステップは、前記第１の測定ステップにおける前記第１の基準プレート、前記第２の基準プレート及び前記反射プレート上での光の位置と前記第２の測定ステップにおける前記第１の基準プレート、前記第２の基準プレート及び前記反射プレート上での光の位置とを一致させて前記被検体を含まない透過波面を測定することを特徴とする測定方法。
5. 参照プレートと、反射プレートとを有し、前記参照プレートからの反射光と被検体及び／又は反射プレートからの反射光とを干渉させ、前記被検体の屈折率分布を測定する測定装置であって、
   前記被検体の位置を調整する第１の調整手段と、
   前記反射プレートの位置を調整する第２の調整手段とを有することを特徴とする測定装置。
6. 前記第１の調整手段は、光軸に対して垂直方向に前記被検体を移動させることを特徴とする請求項５記載の測定装置。
7. 前記第２の調整手段は、光軸に対して垂直方向に前記反射プレートを移動させることを特徴とする請求項５記載の測定装置。
8. 前記被検体を挟持する２つの基準プレートと、
   前記２つの基準プレート及び前記２つの基準プレートに挟持された前記被検体を保持し、前記２つの基準プレート及び前記２つの基準プレートに挟持された前記被検体の位置を調整する第３の調整手段とを更に有することを特徴とする請求項５記載の測定装置。
9. 前記第３の調整手段は、光軸に対して垂直方向に前記２つの基準プレート及び前記２つの基準プレートに挟持された前記被検体を移動させることを特徴とする請求項５記載の測定装置。
10. 前記第３の調整手段は、光軸に対して垂直方向に前記２つの基準プレート及び前記２つの基準プレートに挟持された前記被検体を傾けることを特徴とする請求項５記載の測定装置。
11. 被検体の屈折率分布を測定する測定装置であって、
    請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の測定方法を行うことができる測定モードを有することを特徴とする測定装置。
12. レチクルのパターンを被処理体に露光する露光装置であって、
    請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の測定方法を利用して屈折率分布が測定され、所望の屈折率分布を有する光学素子で構成された光学系を有することを特徴とする露光装置。
13. 前記光学系は、前記パターンを前記被処理体に投影する投影光学系であることを特徴とする露光装置。
14. 請求項１２又は１３記載の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、
    露光された前記被処理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。