JP2006237494A - 干渉縞の解析方法及び装置、該解析装置を有する露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 被検光学系の光学特性を高精度に測定可能な干渉縞の解析方法、干渉方法及び干渉計を提供する。
【解決手段】 本発明の一形態は、光の干渉によって生じる干渉縞の解析方法であって、２つの光の干渉によって生じる第１の干渉縞の情報を取得する工程と、前記２つの光の少なくとも一方の位相を、ｎを整数とすると、（２ｎ＋１）πラジアン変化させて生成される第２の干渉縞の情報を取得する工程と、前記取得された第１と第２の干渉縞の情報に基づき、フーリエ変換を利用して前記第１と第２の干渉縞の位相情報を平均した情報を求める工程とを有することを特徴としている。
【選択図】 図１

Description

本発明は干渉計、該干渉計で得られる干渉縞の解析方法、該干渉計を搭載する露光装置及び該露光装置を用いた半導体デバイスの製造方法に関する。

従来、光学系の光学特性、特に光学系を透過或いは反射する光の波面又は波面収差の測定に干渉計が利用されている。干渉計を利用した光学系の波面計測は、高精度に被検光学系を透過或いは反射する光の波面を測定できるため、収差を厳しく管理する必要のある光学系の光学特性の測定に適している。

このような光学系の一例として、半導体素子や液晶デバイス等を製造する際のフォトリソグラフィ工程で使用される投影型露光装置（以下、露光装置）の光学系がある。かかる露光装置は、マスク（レチクル）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、このために結像性能のよい、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の要求により、転写するパターンもより微細なものが求められている。これを実現するため、露光装置の光学系の収差をより高精度に管理する必要があり、このため高精度に投影光学系の波面を高精度に測定する需要が存在する。

光学系の波面を高精度に測定する干渉方式としては、例えば点回折干渉計測法（Ｐｏｉｎｔ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ）及びシアリング干渉計測法（Ｌａｔｅｒａｌ Ｓｈｅａｒｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ）が知られている（例えば、特許文献１、２、３及び非特許文献１）。

ところで、点回折干渉計測法やシアリング干渉計測法も含め、干渉法を用いた波面計測では、干渉計によって計測された干渉縞を解析し、波面収差（波面の位相分布）を求める工程が必要である（本明細書では、この干渉縞から波面収差を求める作業を波面回復、或いは波面を回復する、と表現する）。この、干渉縞から波面を回復する方法として、位相シフト法と、フーリエ変換（高速フーリエ変換含む）を用いたフーリエ変換法とが知られている。

位相シフト法による波面回復は、干渉させる２つの光の位相差を互いに異ならせて（位相シフトさせて）観察した複数枚の干渉縞画像を利用する方法である。複数枚の干渉縞の強度変化から干渉縞を検出する検出器上の各画素の初期位相を決定し、求めた位相マップを波長スケールに換算したものが波面となる。

一方、フーリエ変換法による波面回復は、波面に含まれる被検光学系の収差成分が干渉縞のキャリア縞を乱す性質を利用してキャリア縞と収差成分を分離する方法である。具体的には干渉縞に２次元ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を行い、周波数マップに変換する。周波数マップ上のキャリア周波数近傍のみを切り出してキャリア周波数が原点になるように座標変換をした上で、ｉＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）を行い複素振幅マップの位相項を求める。その結果得られた位相マップが波面収差となる。フーリエ変換法については、非特許文献１の４９１−４９４頁に記載がある。

フーリエ変換法は１枚の干渉縞画像から波面を回復することができる。これに対し、位相シフト法は、例えば５枚、７枚、１３枚といった複数枚の干渉縞画像を観察する必要がある。このため、計測時間の点において、フーリエ変換法は位相シフト法に対して有利である。また、位相シフト法は、複数枚の干渉縞を観察する際、光源の光量変動があると測定結果に誤差が生じる。これに対し、フーリエ変換法は干渉縞画像の空間周波数を解析することにより波面を回復するので、原理的に光量変動の影響を受けない。この点においてもフーリエ変換法は位相シフト法に対して有利である。
特開昭５７−０６４１３９号 米国特許第５８３５２１７号 特開２０００−０９７６６６号 Ｄａｎｉｅｌ Ｍａｌａｃａｒａ，"Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｈｏｐ Ｔｅｓｔｉｎｇ"，Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ，Ｉｎｃ．２３１（１９７８）

しかしながらＦＦＴ法には位相シフト法にはない課題が存在する。一般的に被検光学系の集光点は被検光学系の収差や他の要因によりある広がりを持っている。その広がりの裾が干渉縞に寄与する別の集光点に及ぶと誤差要因になる。本明細書では集光点の広がりによる裾の光を便宜的に集光点のフレアと呼ぶことにする。フーリエ変換法では干渉縞の空間的な変移から波面収差を求めるため被検光以外の光がフレアとして混入すると干渉縞の位置が動き本来には無い収差が得られてしまう。尚、フレアについては発明を実施するための最良の形態の欄についてより詳細に説明する。

本発明の一形態は、光の干渉によって生じる干渉縞の解析方法であって、２つの光の干渉によって生じる第１の干渉縞の情報を取得する工程と、前記２つの光の少なくとも一方の位相を、ｎを整数とすると、（２ｎ＋１）πラジアン変化させて生成される第２の干渉縞の情報を取得する工程と、前記取得された第１と第２の干渉縞の情報に基づき、フーリエ変換を利用して前記第１と第２の干渉縞の位相情報を平均した情報を求める工程とを有することを特徴としている。

また、本発明の別の形態は、干渉縞を解析する解析装置であって、２つの光の干渉によって生じる第１の干渉縞の情報と、前記２つの光の少なくとも一方の位相を、ｎを整数とすると、（２ｎ＋１）πラジアン変化させて生成される第２の干渉縞の情報とを取得する取得手段と、前記取得手段により取得された前記第１と第２の干渉縞の情報に基づき、フーリエ変換を利用して前記第１と第２の干渉縞の位相情報を平均した情報を求める演算手段と、を有することを特徴としている。

本発明により、被検光学系の光学特性を高精度の測定することが可能となる。

まず、フレアについて、点回折干渉計（ＰＤＩ）を例に挙げて、より詳細に説明する。それに先立ち、点回折干渉計の原理について述べる。

図１は、点回折干渉計の概略模式図である。図１において、１３が光学特性を測定する被検光学系である。不図示の光源から射出した光束１０は、不図示の照明光学系を経て被検光学系１３の物体面に配置されたマスク１１を照明する。マスク１１には微小なピンホール１１ａが形成されており、光束１０はピンホール１１ａを透過し、後段の回折格子１２に入射する。ピンホール１１ａは光束１０の波長に対して十分小さく、ここを透過した光は理想的な球面波となって射出される。

ピンホール１１ａから射出した理想球面波は、回折格子１２により、０次光１９（実線）と１次光１８に分離し、被検光学系１３に入射する。そして、被検光学系１３を射出した光は像面に結像する。このとき、被検光学系１３に収差があると、０次光１９と１次光１８の波面は収差に応じて変形し、収差情報を有する波面となって像面に結像している。

像面にはマスク１４面が配置されている。マスク１４には、図２に示すようにピンホール１４ａと窓（開口）１４ｂとが形成されており、０次光１９はピンホール１４ａ、１次光１８は窓１４ｂの位置に結像するように配置されている。

ピンホール１４ａはピンホール１１ａと同様、入射光の波長に対して十分小さく、ピンホール１４ａに入射する光を理想球面波として射出する機能を有する。他方、窓１４ｂは入射光に対して十分大きく、この窓に入射する光は波面の形を殆ど変えずに射出する。

故に、ピンホール１４ａを射出した０次光１９は再び理想球面波になり、参照波面となる。一方窓１４ｂを通過した１次光１８は、被検光学系１３ｂの収差情報を含んだままであるので被検波面となる。

参照波面である０次光１９と被検波面である１次光１８は共に検出器１５に入射し、両者の干渉縞が検出器１５により観察される。検出器は、ＣＣＤのような受光手段が用いられる。

以上が点回折干渉法の基本的な原理であり、検出器１５により観察された干渉縞からフーリエ変換法により波面を回復することができる。

続いて、点回折干渉法におけるフレアについて説明する。

点回折干渉法では、像面側のマスク１４のピンホール１４ａと窓１４ｂにそれぞれ０次光１９と１次光１８が集光する。理想的には、０次光１９のみがピンホール１４ａを通過し、１次光１８のみが窓１４ｂを通過することが望ましい。

ところが、現実には０次光１９が窓１４ｂを通過してしまう場合がある。図３にマスク１４上での０次光１９と１次光１８の強度分布を示す。図３は理解を助けるため、誇張した状態での強度分布を記している。０次光１９と１次光１８は、それぞれピンホール１４ａと窓１４ｂ付近にピークを有し、その左右に裾野をひいて広がる強度分布を有する。そして、０次光１９の分布の裾が窓１４ｂにさしかかっている。これは、０次光１９の一部が窓１４ｂに入射していることを示している。理想的には、０次光１９はピンホール１４ａにのみ入射することが望ましいので、窓１４ｂに０次光１９が入射することは望ましくない。この入射することが望ましくない光がフレアである。この状態で得られる干渉縞は、窓１４ｂから射出した光は被検波面である１次光１８に、０次光１９のフレアが重なった波面となるので、被検光学系の収差情報の他にフレアの影響を含む干渉縞となってしまう。つまり、フレアがない場合とフレアがある場合とで、干渉縞の位置が変化してしまう。

フーリエ変換法による波面回復は干渉縞の空間的な変移から波面を求めている。このため、被検光（１次光１８）以外の光が混入すると干渉縞の位置が変化し、回復した波面は被検光以外の光の影響を受ける。このような光のうち最も影響の大きいものが前述の集光点の広がりによるフレアである。

このような干渉縞からフーリエ変換法により波面回復を行うと、得られる波面は被検光学系１３の収差の他にフレアの影響を含んだ波面となるため、被検光学系１３の波面を正確に知ることが困難になる。

以上が、フレアとその干渉縞への影響である。

続いて、本発明を実施例を交えて説明する。

以下の様々な実施例では、フレアが干渉縞に影響を及ぼしている場合の、そのフレアの影響を低減する手法について示している。実施例１では点回折干渉方式ＰＤＩの構成を例に用いてフレアが波面に影響を及ぼすプロセスとそれをキャンセルする方法を示している。実施例２では直交格子（２次元回折格子）を用いたシアリング方式（Ｃｒｏｓｓ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｌａｔｅｒａｌ Ｓｈｅａｒｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ；ＣＧＬＳＩ）を用いて２つの干渉縞をフーリエ変換法により波面回復した後に平均化する場合の実施形態を示している。実施例３では直交格子を用いたシアリング方式ＣＧＬＳＩを用いて請求項１記載の２つの干渉縞を干渉縞の時点で平均化し、その後にフーリエ変換法により波面回復を行い、被検光学系１３の透過波面を求める場合の実施例を示している。

（実施例１）
実施例１は、点回折干渉法を用いた波面計測において、フレアの影響を低減して波面を回復する方法に関する実施例である。干渉計の構成は図１と同じである。

図１の回折格子１２により回折された光のうち像面で０次光のフレアが１次光の集光点位置まで広がっていると、１次回折光の複素振幅に０次光のフレアの複素振幅が加わり、正しい位相を求めることができなくなる。ここでいう正しい位相とは１次回折光の複素振幅の位相項にあたる数値のことである。窓１４ｂの透過光の、１次光とフレアの合成複素振幅は式（１）で表される。

ここでαは被検光に相当する１次光とフレアの位相差である。θは求める被検光学系１３の透過波面である、１次光１８の位相である。フレアの影響による位相変化はφとする。検出器１５で検出される干渉縞は、式（１）に相当する窓１４ｂ透過光とピンホール１４ａから射出される理想球面波との干渉により生じる干渉縞である。理想球面波の複素振幅をＳとすると、検出器１５で検出される干渉縞強度Ｉは式（２）で表され、フレアによる位相変化（＝誤検出量）φを求めることができる。

被検光（１次光１８）がフレアの影響を最も受けるのは、フレアと被検光の位相差がπ／２のときである。このときフレアによる位相エラーは式（３）で表される。

またフレアによる位相は瞳上では十分にランダムとみなせるため位相エラーの実効値は式（４）になる。

上記のようなフレアの影響をキャンセルするために以下を行う。まず、所定の状態１で検出器１５により干渉縞を計測する。この干渉縞の強度Ｉ及びフレアによる位相変化φは式（２）に記した通りである。次に、この所定の状態から、回折格子１２を格子の周期方向、すなわち図１のｘ軸方向に格子ピッチの半分だけ移動させる。この状態を状態２とする。回折格子１２を格子ピッチの半分移動させると、０次光１９の位相は変化しないが、１次光１８の位相は移動させる前に比べπ進む。そして、この状態２で検出器１５により干渉縞を計測する。これにより得られる干渉縞の干渉縞強度Ｉ１とフレアによる位相変化φ_１は次の式（５）により表される。

式（１）と式（５）を比較すると、フレアによる位相変化φ_１の値が格子を移動する前の値φ_１と符号が反転している。このため、２つの波面を平均すればフレアの影響をキャンセルすることが可能となる。

即ち、状態１と状態２で得られる干渉縞から、フーリエ変換法によりそれぞれ波面を回復し、これらの回復された２つの波面を平均することによりフレアの影響をキャンセルした波面を得ることができる。平均化された波面は、フレアの影響がキャンセルもしくは大幅に低減されたものであるため、被検光学系１３の透過波面を高精度に求めることができ、被検光学系１３の収差（光学特性）を高精度に測定することが可能となる。

図４に実際にフレアの影響が反転した実験結果を示す。実験は点回折干渉計にて回折格子を格子ピッチの１／４ずつ動かして十分多い数の干渉縞を取得し、フーリエ変換法で回復した多数の波面を平均した波面を基準とし、格子が初期状態（状態１）の波面収差と格子が１／２ピッチ移動した状態（状態２）の波面収差がこの基準波面に対しどの程度差があるかを示している。図４の横軸は、表示は波面に対しＺｅｒｎｉｋｅ級数展開を行った際に得られるＺｅｒｎｉｋｅ係数の第５−３６項で表し、各項が波面収差の独立な成分を示している。縦軸は、各係数の値を示しており、単位はＲＭＳである。

図４において、実線（０ ｐｉｔｃｈ）は状態１から得られる波面収差の測定結果、破線（１／２ ｐｉｔｃｈ）は状態２から得られる波面収差の測定結果である。両者ともに、フレアの影響により収差の測定結果が基準波面と一致していない。ただし、両者は横軸に対しほぼ対称である。つまり、両者を平均することにより、互いのフレアの影響がキャンセルされ、ほぼ基準波面と一致した測定結果が得られるということである。

以上が実施例１の説明である。本実施例ではフレアとなる光と被検光との位相差をπ異ならせた２つの状態で干渉縞を観察し、これらの干渉縞からフーリエ変換法により回復した波面を平均することにより、フレアの影響をキャンセルした波面を求めている。

また、実施例１では、位相をπ異ならせた２つの状態で干渉縞を観察しているが、位相がπの奇数倍、即ち（２ｎ＋１）π異なれば同様の効果を得られる。

また、２回干渉縞を観察しているにもかかわらず、観察中の時間的な光量変動の影響を受けないというフーリエ変換法の長所が残る点も特筆すべき点である。これはフーリエ変換法によって波面を回復した後に２つの波面を平均するため、互いの干渉縞強度には影響されないためである。

（実施例２）
次に、実施例２について説明する。実施例１は点回折干渉法を用いたのに対し、実施例２はシアリング干渉法を用いている。シアリング干渉法には幾つか種類が存在するが、本実施例では直交回折格子（２次元回折格子）を用いた方式、Ｃｒｏｓｓ Ｇｒａｔｉｎｇ Ｌａｔｅｒａｌ Ｓｈｅａｒｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ（以下、ＣＧＬＳＩ）を用いている。

図５はＣＧＬＳＩの概略模式図である。図１と共通する構成については、同じ符号で示している。図５において、物体面に配置されたピンホール１１から射出した理想球面波は、回折格子４０に入射する。回折格子４０は図６（ａ）に示すように、格子がｘ軸方向とｙ軸方向の直交する２方向に刻まれた２次元回折格子である。回折格子４０に入射した光は、ｘ軸方向とｙ軸方向のそれぞれにおいて、所定の次数の回折光が生じる。図５では、０次光３０とｘ軸方向の＋１次回折光３１（点線）と、−１次回折光３２（点線）を記している。図５には不図示であるが、ｙ軸方向にも同様に±１次光が生じ、これらの回折光が被検光学系１３に入射している。

被検光学系を透過した回折光は、被検光学系に収差が存在する場合は各々その収差に応じて波面形状が理想球面波から変形した状態で、像面の所定位置にそれぞれ結像する。像面にはマスク４１が配置されている。

マスク４１の構成を図７に示す。マスク４１には、開口である窓４１ａが４箇所形成されている。被検光学系を透過したｘ軸、ｙ軸方向、±１次光の４つの回折光は、対応する４つの窓４１ａに各々集光し、窓４１ａを通過し、検出器１５上に干渉縞を形成する。これに対し、０次光はマスク４１の窓４１ａに囲まれた領域に集光し、ここでマスク４１によって遮光される。本実施例のＣＧＬＳＩにおいて、０次光は干渉計測には不要な０次光である。

ここで、０次光の強度分布の裾野が窓４１ａにまで広がりを持つと、実施例１と同じ理由により０次光の一部がフレアとなり、干渉縞に影響を及ぼす。

本実施例のＣＧＬＳＩでは、ｘ軸、ｙ軸方向の±１次光の４つの回折光が干渉するため、検出器１５では格子状の干渉縞が計測される。ＣＧＬＳＩでは被検光学系の透過波面を横ずらし（シア）した差分波面に対応する干渉縞が観察される。そこで、ｘ方向にシアした干渉縞情報から回復できる差分波面をＸシア波面、ｙ方向にシアした干渉縞情報から回復できる差分波面をＹシア波面と呼ぶ。このときＸシア波面はとＹシア波面は、格子状の干渉縞の縦方向の縞と横方向の縞からそれぞれ独立に求めるため、フレアの影響も同様に独立して考えることが可能である。

本実施例のＣＧＬＳＩは実施例１の点回折干渉（ＰＤＩ）とは異なる点が２点ある。具体的には、（１）±１次回折光を干渉させる点、（２）直交格子を使用する点である。従って、検出器１５の受光面上には（１）の理由により＋１次光と−１次光にそれぞれフレアの影響が含まれる。＋１次光の位相θｐ、−１次光の位相θｍとすると、シアリングではシア位相θｐ−θｍを求める必要がある。ＣＧＬＳＩの受光面上のある位置における複素振幅は式（６）で表され、このとき干渉縞強度Ｉ２とフレアによる位相変化φ_２は式（７）で示される。

式中のαｐは＋１次光の集光点に及ぶ０次光のフレアの位相と＋１次光の位相θｐとの差である。式中のαｍは−１次光の集光点に及ぶ０次光のフレアの位相と＋１次光の位相θｍとの差である。上式のフレアの影響φ_２に注目すると実施例１と同様に、格子位置が１／２ピッチ異なる状態で取得した２つの干渉縞を各々フーリエ変換法で波面回復し、平均することによりフレアの影響φ_２がキャンセルされた波面が得られることがわかる。

故に、ｘ軸方向に直交格子の位置を１／２ピッチ異ならせた状態で２つの干渉縞を取得し、これらを各々フーリエ変換法による波面回復を行い、平均することでフレアの影響をキャンセルしたＸシア波面を得ることができる。同様に、ｙ軸方向に直交格子の位置を１／２ピッチ異ならせた状態で２つの干渉縞を取得し、これらを各々フーリエ変換法による波面回復を行い、平均することでフレアの影響をキャンセルしたＹシア波面を得ることができる。

また、ＣＧＬＳＩは（２）の理由により直交格子をｘ軸又はｙ軸方向に移動させても２次元格子のうち１次元しか格子の位置が動かない。このため、格子の移動方向をｘ軸又はｙ軸に沿って動かすと、少なくとも２回格子を移動させて干渉縞を観察する必要がある。そこで格子の移動方向をｘ軸とｙ軸の両方に対して４５度傾けた方向（ｘ−ｙ座標面内において直線ｙ＝±ｘに沿った方向）に移動させる。この方向にｘ軸、ｙ軸とも１／２ピッチ移動させると、ｘ、ｙ両方向の干渉縞の観察を１回の移動により行うことができ、計測時間を短縮することができる。この様子を図６（ｂ）に示した。図６（ｂ）は、図６（ａ）の状態からｙ＝ｘの方向に格子が移動した様子を示しており、格子の移動量のｘ方向、ｙ方向成分は各々１／２ピッチである。

以上により、フレアの影響をキャンセルしたＸ，Ｙシア波面を得ることが可能となる。そして、これら得られたＸ，Ｙシア波面を公知の積分作業と合成作業を行うことにより、フレアの影響を除いて被検光学系１３の透過波面を測定することができる。

（実施例３）
続いて、実施例３について説明する。実施例３は、実施例２と同じくＣＧＬＳＩを用いている。ＣＧＬＳＩを用いて、干渉縞を観察する工程までは実施例２と同じなので、説明は省略する。

実施例２では、検出器１５で観察される複数枚の干渉縞それぞれについてフーリエ変換法を用いて波面回復を行い、回復した波面を適宜平均している。これに対し、本実施例では観察される干渉縞を平均した後にフーリエ変換法による波面回復を行っている。

±１次光を干渉させるシアリング干渉方式の場合、格子位置を１／２ピッチ移動させると、＋１次光の位相はπ進み、−１次光の位相はπ遅れるため、結果として±１次光の干渉により得られる干渉縞の位相は２π変化する。このため、格子を移動させる前と１／２ピッチ移動させた後では検出器１５の受光面上での干渉縞位置が変わらない。一方フレアの影響は実施例２で説明したとおり、格子の移動前後で反転する。

つまり、格子移動前後で得られる２つの干渉縞は、縞の位置が変化しないにもかかわらずフレアの影響が反転している。このため、２つの干渉縞画像を平均すると被検光としての被検光学系の収差情報を保存したまま、フレアの影響がキャンセルされた干渉縞を得ることができる。

以下に格子位置を１／２ピッチ移動させたときの検出器１５の受光面上のある位置の干渉縞強度Ｉ３とフレアによる誤検出量φ_３を式（８）に示す。

式（７）と式（８）の干渉縞強度を平均すると式（９）のようになり

これから、検出面上でフレアの影響が除去されたシア波面θｐ−θｍに対応する干渉縞が検出されることがわかる。この干渉縞をフーリエ変換法により波面回復を行うと、フレアの影響が除去されたシア波面を得ることができる。

この方式は、個々の干渉縞をフーリエ変換法により波面回復した後に平均する方法に比べ、波面回復を行う回数を少なくできるため計測時間の短縮に有利である。また、フーリエ変換及び関連する諸演算を行う回数が少ないので、演算による誤差を低減することができる点においても有利である。

（露光装置の実施例）
次に、実施例１〜３の干渉測定装置を搭載した投影露光装置の実施例について説明する。

実施例１〜３では、フレアの影響をキャンセルして被検光学系を透過する波面を計測する干渉測定方法及び干渉測定装置について説明した。これらの干渉測定装置は高精度に被検光学系の透過波面を計測することが可能なため、高精度な収差管理が要求される露光装置の光学系の光学特性の測定に適している。

特に、近年露光装置の光源波長は短波長化する傾向にあり、それに伴い光学系に許容される波面収差の値も極めて小さくなっている。例えば、光源波長約１３．５ｎｍの極端紫外光（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ Ｌｉｇｈｔ；ＥＵＶ光）を用いたＥＵＶ露光装置の投影光学系に許容される波面収差は０．４ｎｍ（ＲＭＳ）程度である。

この投影光学系をλ＝１３．５ｎｍの波長を使った点回折干渉計を用いて測定する場合のフレアの影響を具体的な数値を用いて示す。０次光の広がりによって発生するフレアの強度は０次光の強度の０．０４％で、１次光の強度は０次光強度の８．２％である場合、実施例１の式（４）にこれらの値を代入しλ／２πを掛けて長さスケールに換算するとφ_ａｖｅ＝０．１ｎｍ（ＲＭＳ）と計算される。つまり、フレアの影響が約０．１ｎｍ（ＲＭＳ）存在することになり、０．４ｎｍ（ＲＭＳ）程度の波面収差の計測を行うには無視できない大きさである。

また、前述の各実施例の干渉計を露光装置本体に搭載することにより、露光装置のメンテナンス時等に光学系の光学特性の測定を行えるようになり、有利である。以下、前述の各実施例の干渉計を露光装置本体に搭載した実施例について説明する。

レチクル（マスク）のパターンを投影光学系を介してレジストの塗布されたウエハに露光する投影露光装置に、本発明の干渉測定装置を露光装置に搭載することにより、露光装置本体上での投影光学系の光学特性（波面収差）を高精度に測定することが可能となる。

図８は本実施例の投影露光装置の概略構成図である。図８において、５１はエキシマレーザ等の露光光源、５２は引き回し光学系、５３は照明光学系である。５４はレチクルステージ、５５はレチクル、５６は投影光学系、５７はウエハステージ、５８はウエハである。露光の際は、露光光源から射出した露光光は、引き回し光学系５２、照明光学系５３を経てレチクルステージ５４に配置されたレチクル５５を照明する。露光光で照明されたレチクル上の回路パターンは、投影光学系５６によりウエハステージ５７に設置されたウエハ面に結像することにより、レチクルのパターンがウエハに露光される。

次に、本実施例の干渉測定装置により投影光学系５６の光学特性（波面収差）を測定する場合について説明する。本実施例では、干渉測定用の光源として、露光光、照明光学系として、露光用の照明光学系５３を兼用している。５９はピンホールが形成された物体側マスクであり、レチクルステージ５４に保持されている。６０は光分割手段としての回折格子であり、不図示の保持部材により所定の位置に保持されている。６１はウエハステージに保持された像側マスクであり、スリットと窓が形成されている。６２はＣＣＤである。

露光光源か５１からの光は、物体側マスク５９を照明し、物体側マスク５９からは理想球面波が射出される。射出された球面波は回折格子６０により分割され、０次光は投影光学系５６を経て像側マスク６１のスリットに集光し、１次光は像側マスク６１の窓に集光する。そして、各々参照光と被検光となり、干渉縞をＣＣＤ６２に形成する。ＣＣＤ６２で得られたデータは通信手段６３により不図示の演算器に送信され、該演算器により干渉縞に基づいて投影光学系５６の光学特性が算出される。

本実施例では、干渉測定装置により投影光学系５６の光学特性を高精度に測定することができるため、投影光学系５６の収差を良好に抑えることができ、引いてはレチクルのパターンを高精度にウエハに露光することが可能となる。

また、本実施例では露光光源と干渉測定用の光源を流用しているが、干渉測定用の光源として別の光源、例えばアライメント用の光源を用いることも可能である。

また、本実施例では、露光光源としてエキシマレーザ光を使用しているが、露光光源もこれに限られるものではない。例えば、ＥＵＶ光を露光光源とする露光装置にも本発明は適用可能である。ＥＵＶ光の場合は、光学系はレンズ等の屈折光学素子ではなく、全てミラー等の反射光学素子により構成される。

次に、本発明の干渉測定装置を搭載した露光装置を用いたデバイスの製造方法の実施例について説明する。図９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（ウエハ製造）では、シリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は、前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウエハを用いて、リソグラフィ技術によってウエ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エ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１０は、図９のステップ４のウエ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、ウエ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、ウエ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）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウエ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エハに露光する。ステップ１７（現像）では露光したウエハを現像する。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、ウエ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５６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５６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５６は、ウエ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。

ＰＤＩの光学配置 ピンホール付マスクの図 マスク面上での回折光の強度分布を示す図 フレアの影響が反転する実験結果 ＣＧＬＳＩの光学配置 直交格子４２の移動方向 ＣＧＬＳＩ用４窓付きマスクの図 干渉計を搭載した露光装置の図 図８の露光装置を使用したデバイスの製造方法を示すフローチャート 図９のフローチャートのステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャート

符号の説明

１０ 照明光
１１ 物面マスク
１２ １次元回折格子
１３ 被検光学系
１４ 像面マスク
１５ 検出器
４０ 直交回折格子
４１ ４つ窓付像面マスク

Claims (9)

1. 光の干渉によって生じる干渉縞の解析方法であって、
   ２つの光の干渉によって生じる第１の干渉縞の情報を取得する工程と、
   前記２つの光の少なくとも一方の位相を、ｎを整数とすると、（２ｎ＋１）πラジアン変化させて生成される第２の干渉縞の情報を取得する工程と、
   前記取得された第１と第２の干渉縞の情報に基づき、フーリエ変換を利用して前記第１と第２の干渉縞の位相情報を平均した情報を求める工程とを有することを特徴とする干渉縞の解析方法。
2. 前記平均した情報を求める工程は、前記第１の干渉縞の情報からフーリエ変換を利用して該干渉縞の位相情報を求める工程と、前記第２の干渉縞の情報からフーリエ変換を利用して該干渉縞の位相情報を求める工程と、前記干渉縞の２つの位相情報を平均する工程とを含むことを特徴とする請求項１記載の解析方法。
3. 前記平均した情報を求める工程は、前記第１と第２の干渉縞の情報を平均する工程と、前記平均された干渉縞の情報からフーリエ変換を利用して該平均された干渉縞の位相情報を求める工程とを含むことを特徴とする請求項１記載の解析方法。
4. 前記第１と第２の干渉縞は、点回折干渉又はシアリング干渉を利用して生成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の解析方法。
5. 前記シアリング干渉は、直交する２つの方向に周期を有する直交回折格子を用いた２次元シアリング干渉であることを特徴とする請求項４記載の解析方法。
6. 前記直交回折格子を、前記２つの周期方向のいずれに対しても４５度異なる方向に前記直交回折格子を移動することにより前記干渉する２つの光の少なくとも一方の位相を変化させることを特徴とする請求項５記載の解析方法。
7. 干渉縞を解析する解析装置であって、
   ２つの光の干渉によって生じる第１の干渉縞の情報と、前記２つの光の少なくとも一方の位相を、ｎを整数とすると、（２ｎ＋１）πラジアン変化させて生成される第２の干渉縞の情報とを取得する取得手段と、
   前記取得手段により取得された前記第１と第２の干渉縞の情報に基づき、フーリエ変換を利用して前記第１と第２の干渉縞の位相情報を平均した情報を求める演算手段と、
   を有することを特徴とする解析装置。
8. 請求項７記載の解析装置を有することを特徴とする露光装置。
9. 請求項８記載の露光装置を用いたデバイスの製造方法。

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