JP2006324311A - 波面収差測定装置及びそれを有する露光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 波面収差測定装置では、ピンホール(又はスリット)から出射される球面波(又は一次元方向のみの球面波)由来の収差成分や、干渉計部材の製造誤差に起因する収差成分なども測定結果に含まれてしまう場合があった。
【解決手段】 被検光学系の波面収差を測定する波面収差測定装置において、前記被検光学系に入射する光を規定する第1のマスクと、前記被検光学系からの光を前記被検光学系の波面収差の情報を含んだまま通過させる第1の開口と、前記被検光学系からの光を前記被検光学系の波面収差の情報を除いたうえで通過させる第2〜第4の開口とが設けられた第2のマスクを備えることを特徴とする構成とした。
【選択図】 図4
【解決手段】 被検光学系の波面収差を測定する波面収差測定装置において、前記被検光学系に入射する光を規定する第1のマスクと、前記被検光学系からの光を前記被検光学系の波面収差の情報を含んだまま通過させる第1の開口と、前記被検光学系からの光を前記被検光学系の波面収差の情報を除いたうえで通過させる第2〜第4の開口とが設けられた第2のマスクを備えることを特徴とする構成とした。
【選択図】 図4
Description
本発明は、一般には、光学部材の性能を測定する装置に係り、特に、レチクルのパターンの像を被露光体に投影する投影光学系の波面収差を測定する装置に関する。
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レチクル(フォトマスク)に形成されたパターンを被露光体に露光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)を測定する需要が存在する。また、生産性や経済性を高める観点からは測定の簡素化、迅速化、コスト削減なども重要である。
この点、レチクル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、理想球面波を形成するためのピンホールを有する点回折干渉計(Point Diffraction Interferometer:PDI)や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、一次元方向にのみ理想球面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又は特許文献2を参照。)。
特開2000−146705号公報
特開2000−097666号公報
線回折干渉計(又は点回折干渉計)を利用した波面収差測定装置では、基準波面としての所謂理想球面波(又は一次元方向のみの理想球面波)を形成するためのピンホール(又はスリット)と、被検光学系の収差情報を有する波面を通過させるための窓を形成したピンホール窓(又はスリット窓)部材を、被検光学系の後方に配置する。これらピンホール(又はスリット)を出射した光の波面と窓を出射した光の波面との干渉縞を撮像素子で撮像し、画像処理を施すことによって被検光学系の波面収差を算出する。
このような波面収差測定装置において、一般に、理想波面は球面形状又は一次元方向にのみ球面形状であり、かつ、それを検出する撮像素子の受光面は平面である。従って、解析結果としての波面収差は、被検光学系の収差のみならず球面波をそのような撮像素子で検出したことに由来した収差成分も含んでしまう。そのような球面波由来の収差成分の除去には、フーリエ変換レンズを撮像素子の受光面直前に配置して、受光面に略平行な波面を入射させる方法や、干渉縞画像に球面波由来の収差成分を除去するような特定の処理を施す方法が考えられる。
しかし、これらの方法では、フーリエ変換レンズの製造誤差又は画像処理の精度誤差(例えば、原点出しの精度誤差)による新たな収差成分が含まれてしまうことがある。
また、スリット窓(ピンホール窓)部材としては、石英等の透明な基板の表面にクロム膜を形成させたものを使用することが考えられるが、その基板が厚みを持つことに起因する収差成分や、撮像素子の設置位置のズレ(特に、高さ方向)に起因する収差成分や、干渉計を構成する際の製造誤差に起因する収差成分を除去することは困難である。特に、高NAの投影光学系の波面収差を高精度に測定する際に、干渉計を構成する際の製造誤差に起因する収差成分は大きくなる。
本発明の一側面としての波面収差測定装置は、被検光学系の波面収差を測定する波面収差測定装置において、前記被検光学系に入射する光を規定する第1のマスクと、前記被検光学系からの光を前記被検光学系の波面収差の情報を含んだまま通過させる第1の開口と、前記被検光学系からの光を前記被検光学系の波面収差の情報を除いたうえで通過させる第2〜第4の開口とが設けられた第2のマスクと、前記第1〜第4の開口のうち2つの開口を通過した光により形成される干渉縞を検出する検出手段と、前記第1の開口を通過した光と前記第2の開口を通過した光が干渉することにより形成される干渉縞の前記検出手段による検出結果を、前記第3の開口を通過した光と前記第4の開口を通過した光が干渉することにより形成される干渉縞の前記検出手段による検出結果に基づいて補正する制御部と、を備えることを特徴とする。
また、本発明の別の一側面としての露光装置は、レチクルのパターンの像を基板上に投影する投影光学系と、該投影光学系の波面収差を測定する波面収差測定装置と、を備える露光装置において、前記波面収差測定装置は、前記被検光学系に入射する光を規定する第1のマスクと、前記投影光学系からの光を前記投影光学系の波面収差の情報を含んだまま通過させる第1の開口と、前記投影光学系からの光を前記投影光学系の波面収差の情報を除いたうえで通過させる第2〜第4の開口とが設けられた第2のマスクと、前記第1〜第4の開口のうち2つの開口を通過した光により形成される干渉縞を検出する検出手段と、前記第1の開口を通過した光と前記第2の開口を通過した光が干渉することにより形成される干渉縞の前記検出手段による検出結果を、前記第3の開口を通過した光と前記第4の開口を通過した光が干渉することにより形成される干渉縞の前記検出手段による検出結果に基づいて補正する制御部と、を有することを特徴とする。
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付の図面を参照して説明される好ましい実施例等によって明らかにされるであろう。
本発明による波面収差測定装置によれば、精度よく被検光学系の波面収差を測定することができる。
以下に、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
以下、本発明の実施例1の、PDI方式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。
露光装置100は、例えば、ステップ・アンド・スキャン方式でレチクル14に形成された回路パターンを被露光体としての基板17に露光する投影露光装置である。
露光装置100は、測定装置(50a、50b)を搭載し、照明装置と、アライメント光学系13と、投影光学系16を有する。
照明装置は、回路パターンが形成されたレチクル14を照明し、光源10と、引き回し光学系11と、照明光学系12を有する。光源10としては、例えば、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。また、光源10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。
照明光学系12は、レチクル14を照明するための光学系であり、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。引き回し光学系11は、光源10からの光束を偏向して照明光学系12とアライメント光学系13に導光する。
アライメント光学系13は、アライメントスコープを構成しており、通常の露光時は光路外に配置されている。なお、図1では、アライメント照明光学系13を駆動するための駆動機構は省略している。アライメントスコープは、レチクル14上又はレチクルステージ14上の図示しないアライメントマークの像と、ステージ18上のアライメントマークの投影光学系16を介した像とでレチクルとステージ18の相対位置の把握を行う。
レチクル(フォトマスク)14は、例えば、石英製で、その表面には転写されるべき回路パターンが形成され、レチクルステージ15に支持及び駆動される。レチクル14のパターンから発せられた回折光は、投影光学系16を通り基板17上に投影される。レチクル14と基板17は、光学的に共役の関係に配置される。本実施例の露光装置100はステップ・アンド・スキャン方式の露光装置であるため、レチクル14と基板17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14のパターンを基板17上に転写する。
投影光学系16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16の光学性能(例えば、波面収差)を、測定装置(50a、50b)が測定する。
基板17は、ウェハやガラスプレートなどの被露光体でありフォトレジストが塗布されている。基板17は図示しないチャックを介してステージ18に載置される。ステージ18は、基板17及び測定装置の一部(50b)を支持する。例えば、ステージ18は、不図示のリニアモーターを利用してxy方向に基板17及び測定装置(50a、50b)の一部を移動することができる。レチクル14と基板17は、例えば、同期走査され、ステージ18とレチクルステージ15の位置は、アライメント光学系13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(50a、50b)は、照明光学系12(又はアライメント光学系13)と、第1のマスク60と、第2のマスク70と、検出手段としての撮像手段53と、通信用ケーブル54と、制御部55と、メモリ56とを有する。本実施例では、測定装置(50a、50b)は、被検光学系としての投影光学系16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PDIを使用する。
本実施例では、第1のマスク60を、レチクルステージ15上に配置された基板に設けている。この基板は、例えば、石英や蛍石などの透明基板からなり、その表面に第1のマスク60をクロムなどで形成している。なお、このように、レチクル14と第1のマスク60が形成された基板とをレチクルステージ15上に配置可能とする(又は固設する)のではなく、波面収差を測定する際にのみ、レチクル14の代わりに第1のマスク60が形成された基板(測定用レチクル)をレチクルステージ上に配置することとしても良い。
次に、照明光学系12からの光束をレチクルステージ15上に配置された第1のマスク60に集光する。マスク60に集光する光の開口数NAは投影光学系16のレチクル側、即ち、物体側の開口数NAoと等しく、所謂σ=1の照明をしている。ここで、σとは、投影光学系に入射する光のNAと投影光学系のNAの比である。
第1のマスク60の構造を図2に示す。ここで、図2は、第1のマスク60の概略平面図である。第1のマスク60は、ピンホール63と窓65のペアで構成される。ピンホール63の径△rは投影光学系16のレチクル側、即ち、物体側の開口数をNArとすると次式で決定される幅となっている。
ピンホール63の径をこの数1の式のようにすることで、ピンホールから回折する光はNArの範囲で等位相とみなすことができる。一方、窓65の幅△r’は△rと同程度としてもよいが、窓65を通過した光は、後述するように、基板17側で数1の式を満たす幅のピンホール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。
第2のマスク70は、図3に示すように、ピンホール71と窓73のペア、ピンホール75とピンホール77のペアを含む。ここで、図3は、第2のマスク70の概略平面図である。ピンホール71と窓73の間隔とピンホール75とピンホール77の間隔は同一である。ピンホール71・75・77の径△wは投影光学系16の基板17側、即ち、像側の開口数をNAsとして、次式を満たす幅となっている。
ピンホールの径をこの数2の式を満たすようにすることで、ピンホール71・75・77から回折する光はNAsの範囲で等位相とみなすことができる。
窓73の幅△w’は測定したい投影光学系の波面収差の空間周波数に応じて決定する。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16の瞳における測りたい波面収差の空間周波数をfとおくと△w’は次式で与えられる。ここで、瞳半径で一周期となるときf=1とする。
撮像手段186はCCD等の光電変換素子からなり、ピンホール71と窓73からの2つの光束の干渉縞を検出する。ケーブル54は、撮像手段53と制御部55とを通信可能に接続する。制御部55は、撮像手段53の出力から位相情報を取得する。メモリ56は、後述する図4に示す測定方法、制御部55が撮像手段53の出力から位相情報を取得するための処理方法、制御部55が取得した位相情報、制御部55が行う制御方法、その他のデータを格納する。なお、本実施例においては、マスク70に3つのピンホール71,75、77を設けたが、例えば、ピンホール71の近くにピンホール75を設けることで、ピンホール77を省き、ピンホール71とピンホール75でダブルピンホールを構成させることとすることも可能である。
以下、図4を参照して、測定装置(50a、50b)の動作について説明する。ここで、図4は測定装置(50a、50b)の動作を説明するためのフローチャートである。
ステップ1002のオフセット波面収差測定工程について説明する。図1において、光源10から出射した光束は引き回し光学系11により、照明光学系12に引き回される。引き回し光学系11からの光束は、照明光学系12内の瞳面に配置されたσ絞りや照明光学系12内のレチクルと共役な面に配置されたマスキング手段によって、第1のマスク60を適切に照射するようにその形状が調整される。
ステップ1002においては、不図示の駆動機構はレチクルステージ15を相対的に移動して、集光レンズ126からの光束がピンホール63及び窓65に照射されるように調整する。
ピンホール63は数1の式を満たす径であるため、ピンホール63を射出した光は球面状に等位相の波面を持った回折光となる。これにより、投影光学系16の瞳全面に光が照射されるようになる。一方、窓65を通過した光束は照明光学系12の収差が載った光束となっている。第1のマスク60のピンホール63と窓65は投影光学系16により、ステージ18上に配置された第2のマスク70に結像される。第1のマスク60のピンホール63は第2のマスク70のピンホール77、窓65はピンホール75に結像するように、ステージ18を駆動して、第2のマスク70の位置を調整する。
ピンホール75と77を回折する光束は、共に球面状に等位相な波面を持つ。図5にピンホール75と77から射出した光の模式図を示す。ピンホール75と77を経た光は、各々、理想球面波76と78であることが理解される。
撮像された干渉縞は撮像手段53からケーブル54を介して制御部55に送られ、制御部55は位相情報を取得する。干渉縞からの位相情報の算出には、フーリエ変換法、電子モアレなどを用いればよい。
フーリエ変換法は、1枚の干渉縞画像を2次元フーリエ変換して分離された被検波面情報を含む空間周波数領域を抽出し、それを原点シフトした後、逆フーリエ変換することによって位相情報を取り出す方法である。
また、電子モアレ法では、1枚の被測定干渉縞画像と同じキャリア周波数を有し、且つ位相シフトさせた少なくとも3枚以上の参照格子画像を作成する。被測定干渉縞画像と上記参照格子画像から作成した少なくとも3枚以上のモアレ縞に、ローパスフィルター・位相シフト法の処理を施すことによって位相情報を取り出す。
電子モアレ法を使用する場合は、撮像した干渉縞に、又は予めメモリ56に格納しておいた参照格子画像を乗じて処理することが可能である。
ステップ1002によって算出した波面収差は、ピンホールから出射した理想球面波によって発生する収差成分、さらにはマスク70と撮像手段53の間に存在する媒質によって発生する収差成分などを含み、投影光学系16の収差情報が反映されていない波面収差(オフセット波面収差)が得られる。
次に、ステップ1004で、投影光学系16の収差情報を含む被検波面収差を測定する。ステップ1002と同様に、図1において、光源10から出射した光束は引き回し光学系11により、照明光学系12に引き回される。引き回し光学系11からの光束は照明光学系12内のマスキング手段によって、第1のマスク60内のピンホール63及び窓65に照射されるように調整される。
ピンホール63は数1の式を満たす径であるため、ピンホール63射出後の光は球面状に等位相の波面を持った回折光となる。これにより、投影光学系16の光学瞳全面に光が照射されるようになる。一方、窓65を通過した光束は照明光学系12の収差が載った光束となっている。第1のマスク60のピンホール63と窓65は投影光学系16により、ステージ18上に配置された第2のマスク70に結像される。第1のマスク60のピンホール63は第2のマスク70の窓73、窓65はピンホール71に結像するように、ステージ18を駆動して、第2のマスク70の位置を調整する。
ピンホール71を回折する光束は球面状に等位相な波面を持つ。一方、窓73を透過する波面は、ピンホール63で等位相な波面に整形された後、投影光学系16を透過してきているので、投影光学系16の波面収差情報を有している。図6にピンホール71と窓73の中心から射出した光の模式図を示す。ピンホール71を経た光は、理想球面波72であり、窓73を経た光は被検波面74であることが理解される。
このため、撮像手段53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16の収差情報が反映された波面収差を得ることができる。
図7には、撮像手段53が検出するピンホール71と窓73の中心から射出した光の干渉縞の一例を示す。ピンホール71と窓73の間隔の分だけ中心のずれた投影光学系16の瞳に対応するの画像が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。
撮像された干渉縞は撮像手段53からケーブル54を介して制御部55に送られ、制御部55は位相情報を取得する。制御部55は、前述のフーリエ変換法や電子モアレ法などを用いて、干渉縞画像から位相情報を取得する。
ステップ1004によって算出した波面収差は、被検光学系のx方向の収差以外に、前述したピンホールから出射した理想波面が球面波であることによって発生する収差成分、さらにはマスク70と撮像手段53の間に存在する媒質によって発生する収差成分などを含む波面収差(被検波面収差)となっている。
ステップ1006では、ステップ1004で算出した被検波面収差を、ステップ1002で算出したオフセット波面収差によって補正し、被検光学系以外に由来する収差成分を除去する。実際の補正方法としては、例えば、得られた被検波面収差とオフセット波面収差の各位置での波面収差の値を除算することによって実施すればよい。又は、被検波面収差とオフセット波面収差を、各々、ゼルニケ多項式に展開した後、ゼルニケ各項の値毎に除算することによって実施してもよい。これにより、被検光学系の収差情報のみを有する波面収差を高精度に求めることができる。
以上、ステップ1002からステップ1006について説明したが、1ロットのウェハを露光する度に露光収差を測定したい場合等、複数回の測定を行いたい場合には、その測定の度にステップ1002から1006の全ステップを実行する必要はない。
例えば、ピンホールから出射する理想球面波によって発生する収差量や、マスク180と受光素子186の間に存在する媒質によって発生する収差量が、測定装置毎に一定と見なせる期間内であれば、ステップ1002は予め一度だけ実行し、オフセット波面収差をメモリ56に保存しておく。そして、ステップ1006を実行する際に、メモリからオフセット波面収差データを取り出せばよい。上記方法によって、ステップ1004を省略することができる。
又は、オフセット収差情報を含む参照格子画像を用いた電子モアレ測定法を行うことによって、更に測定時間を短縮することが可能である。上記電子モアレ測定法の詳細について、図8に示したフローチャートを参照しながら説明する。
図8において、オフセット波面測定工程(ステップ2002)で、撮像したオフセット干渉縞画像101からオフセット波面収差情報を算出する。
処理テーブル作成工程(ステップ2003)では、ステップ2002で算出したオフセット収差情報を元に、初期位相の異なる複数の参照格子画像102と、画素毎に異なる空間周波数を有する場所毎可変ローパスフィルターのテーブル103を作成し、例えば、メモリ56などに保有する。
場所毎可変ローパスフィルターのテーブル103は、画素位置毎に異なる移動平均幅を画素値として保有したものである。その移動平均幅は、例えば、オフセット干渉縞画像101から得られるオフセット波面収差(位相情報)に対して、各列の各画素位置で2πの位相ずれが発生する画素間隔を検出し、検出した画素数をその画素位置での移動平均幅(画素値)とする方法によって算出される。又は、オフセット干渉縞画像101に対してエッジ検出や線分検出の画像処理を施すことによってオフセット干渉縞画像の画素位置毎の縞間隔を検出し、検出した縞間隔画素数をその画素位置での移動平均幅(画素値)とする方法によって算出することもできる。
電子モアレ被検波面測定工程(ステップ2004)では、撮像した被検干渉縞画像104にメモリ56から取り出した参照格子画像102を掛けて得られるモアレ縞105に、メモリ56から取り出したテーブル103の情報を元にしたローパスフィルターを施す。こうして得られる情報(データ)106は、初期位相の異なる複数のオフセット成分が除去された位相情報である。従って、処理結果として得られる波面収差107は、オフセット成分を含まない被検光学系のみの波面収差情報を有したものとなる。
上記電子モアレ測定方法を利用した波面収差測定では、ステップ2002とステップ2003を予め一度だけ実行しておき、毎測定ではステップ2004のみを実行すればよい。従って、この測定方法による1回の測定時間は、図4のステップ1004のみの測定時間と同等となる。
以上、本実施例では、被検光学系後方にピンホール及び窓とダブルピンホールとを配置したPDI方式の波面収差測定装置を備えた露光装置を示した。この波面収差測定装置において、ピンホール窓から発生する干渉縞を解析して得られる波面収差を、ダブルピンホールから発生する干渉縞を解析して得られる波面収差によって補正することによって、ピンホール由来の理想球面波や干渉計の製造誤差によって発生する収差成分を除去することができる。それにより、被検光学系の波面収差測定が高精度に実施できる。
本発明の実施例2として、LDI方式の測定装置を備えた露光装置100aについて、添付図面を参照して説明する。露光装置100aは、実施例1の露光装置100とほぼ同一であるが、図1における第1のマスク構造が60から60’に、第2のマスク構造が70から70’に置き換えられているところが異なる。
本実施例における第1のマスク60’の構造を図9に示す。ここで、図9は、第1のマスク60’の概略平面図である。第1のマスク60’は、0度方位に配されたスリット63aと窓65aのペアと、90度方位に配されたスリット63bと窓65b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63a及び63bの幅△rは投影光学系16のレチクル側、即ち、物体側の開口数をNArとすると数1の式で決定される幅となっている。
スリット63a及び63bの幅を数1の式のようにすることで、スリットから回折する光はNArの範囲で等位相とみなすことができる。一方、窓65a及び65bの幅△r’は△rと同程度としてもよいが、窓65a及び65bを通過した光は、後述するように、基板側で数2の式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。なお、スリットの長さは、ある程度の光量が得られるように△rよりも長くしてある。
第2のマスク70’は、図10に示すように、0度方位(y方向)に配されたスリット71aと窓73aのペア、0度方位(y方向)に配されたスリット75aとスリット77aのペア、90度方位(x方向)に配されたスリット71bと窓73bのペア、90度方位(x方向)に配されたスリット75bとスリット77bのペアを含む。ここで、図10は、第2のマスク70’の概略平面図である。スリット71aと窓73aのペアとスリット71bと窓73bのペアは幅や間隔などは同一で方位のみが異なっており、スリット75aとスリット77aのペアとスリット75bとスリット77bのペアも幅や間隔などは同一で方位のみが異なっている。また、スリット71aと窓73aの間隔とスリット75aとスリット77aの間隔は同一であり、スリット71bと窓73bの間隔とスリット75bとスリット77bの間隔も同一である。スリット71a・71b・75a・75b・77a・77bの幅Δwは投影光学系16の基板側、即ち、像側の開口数をNAsとして、数2の式を満たす幅となっている。
スリットの幅を数2の式を満たすようにすることで、スリット71a・71b・75a・75b・77a・77bから回折する光はNAsの範囲で等位相とみなすことができる。
窓73a及び73bの幅△w’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16の瞳の空間周波数をfとおくと△w’は数3で与えられる。
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16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。
なお、本実施例においては、第2のマスク70’に6つのスリット71a・71b・75a・75b・77a・77bを設けたが、例えば、スリット71aの近くにスリット75aを、スリット71bの近くにスリット75bを、設けることで、スリット77a,77bを省き、スリット71a及びスリット75a、又はスリット71b及びスリット75bでダブルスリットを構成させることとすることも可能である。
図11は測定装置(50a、50b)の動作を説明するためのフローチャートである。上記フローチャートは、x方向とy方向の各々について図4の動作を実行する点と、波面収差合成工程を有する点が、実施例1と異なっている。以下、図11を参照して、本実施例における測定装置(50a、50b)の動作について説明する。
まず、ステップ1002aで、x方向のオフセット波面収差を測定する。図1において、光源10から出射した光束は引き回し光学系11により、照明光学系12に引き回される。引き回し光学系11からの光束は照明光学系12内のσ絞りによって、第1のマスク60’を照射する大きさに調整される。
ステップ1002aにおいては、不図示の駆動機構はレチクルステージ15を相対的に移動して、集光レンズ126からの光束が0度方位のスリット63a及び窓65aのみに照射されるようにする。
スリット63aは数1の式を満たす幅であるため、スリット63a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63a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16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スリット63aに照射する。これにより、投影光学系16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。第1のマスク60’のスリット63aと窓65aは投影光学系16により、ステージ18上に配置された第2のマスク70’に結像される。第1のマスク60’のスリット63aは第2のマスク70’のスリット77a、窓65aはスリット75aに結像するように、ステージ18を駆動して、第2のマスク70’の位置を調整する。
スリット75aと77aを回折する光束は、共にx方向のみ球面状に等位相な波面となる。
撮像された干渉縞は撮像手段53からケーブル54を介して制御部55に送られ、制御部55は位相情報を取得する。干渉縞画像から位相情報の算出には、例えば、フーリエ変換法、所謂電子モアレ法(例えば、特開平5−306916号公報や特開平11−14322号公報参照。)などを使用すればよい。
ステップ1002aによって算出した波面収差は、スリットから出射した波面形状に依存して発生する収差成分、さらにはマスク70と撮像手段53の間に存在する媒質によって発生する収差成分などを含むが、被検光学系のx方向の収差情報を含まない波面収差(x方向オフセット波面収差)となっている。
次に、ステップ1004aにおいて、投影光学系16のx方向の被検波面収差を測定する。ここでも、ステップ1002a同様に、集光レンズ126からの光束が0度方位のスリット63a及び窓65aのみに照射されるようにする。
スリット63aは数1の式を満たす幅であるため、スリット63a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63a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16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スリット63aに照射する。これにより、投影光学系16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。第1のマスク60’のスリット63aと窓65aは投影光学系16により、ステージ18上に配置された第2のマスク70’に結像される。第1のマスク60’のスリット63aは第2のマスク70’の窓73a、第1のマスク60’の窓65aはスリット71aに結像するように、ステージ18を駆動して、第2のマスク70’の位置を調整する。
スリット71aを回折する光束はx方向のみ球面状に等位相な波面となる。一方、窓73aを透過する波面は、第1のスリット63aでx方向に等位相な波面に整形された後、投影光学系16を透過してきているので、投影光学系16のx方向の波面収差情報を有している。
このため、撮像手段53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16のx方向の収差情報が反映された波面収差を得ることができる。干渉縞から位相情報の算出には、フーリエ変換法、電子モアレなどを用いればよい。
撮像された干渉縞は撮像手段53からケーブル54を介して制御部55に送られ、制御部55は位相情報を取得する。本実施形態では、キャリア縞を有する干渉縞画像が得られるので、撮像した干渉縞に、制御部55が作成、又は予め用意されたメモリ56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。
上記ステップ1004aによって算出したx方向の被検波面収差は、被検光学系のx方向の収差成分と、スリットから出射した波面形状に依存して発生する収差成分、さらにはマスク70と撮像手段53の間に存在する媒質によって発生する収差成分などを含む波面収差(x方向被検波面収差)となっている。
ステップ1006aでは、ステップ1004aで算出したx方向被検波面収差を、ステップ1002aで算出したx方向オフセット波面収差によって補正し、被検光学系以外に由来する収差成分を除去する。これにより、x方向については、被検光学系の収差情報のみを有する波面収差を求めることができる。
次に、ステップ1002bで、y方向のオフセット波面収差を測定する。ステップ1002bにおいては、不図示の駆動機構はレチクルステージ15を相対的に移動して、集光レンズ126からの光束が90度方位のスリット63b及び窓65bのみに照射されるようにする。
スリット63bは数1の式を満たす幅であるため、スリット63b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63b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9のx方向に関しては、投影光学系16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スリット63bに照射する。これにより、投影光学系16の光学瞳全面に光が照射されるようになる。しかも、図9のy方向に等位相な波面を持つ光束となっている。第1のマスク60’のスリット63bと窓65bは投影光学系16により、ステージ18上に配置された第2のマスク70’に結像される。第1のマスク60’のスリット63bは第2のマスク70’のスリット77b、窓65bはスリット75bに結像するように、ステージ18を駆動して、第2のマスク70’の位置を調整する。
スリット75bと77bを回折する光束は、共にx方向のみ球面状に等位相な波面となる。
撮像された干渉縞は撮像手段53からケーブル54を介して制御部55に送られ、制御部55は位相情報を取得する。干渉縞画像から位相情報の算出には、例えば、フーリエ変換法、電子モアレ法などを使用すればよい。
ステップ1002bによって算出した波面収差は、スリットから出射した波面形状に依存して発生する収差成分、さらにはマスク70と撮像手段53の間に存在する媒質によって発生する収差成分などを含むが、被検光学系のy方向の収差情報を含まない波面収差(y方向オフセット波面収差)となっている。
次に、ステップ1004bにおいて、投影光学系16のy方向の被検波面収差を測定する。ここでも、ステップ1002b同様に、集光レンズ126からの光束が90度方位のスリット63b及び窓65bのみに照射されるようにする。
スリット63bは数1の式を満たす幅であるため、スリット63b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63b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16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スリット63bに照射する。これにより、投影光学系16の光学瞳全面に光が照射されるようになる。しかも、図9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65bを通過した光束は照明光学系12の収差が載った光束となっている。第1のマスク60’のスリット63bと窓65bは投影光学系16により、ステージ18上に配置された第2のマスク70’に結像される。第1のマスク60’のスリット63bは第2のマスク70’の窓73b、窓65bはスリット71bに結像するように、ステージ18を駆動して、第2のマスク70’の位置を調整する。
スリット71bを回折する光束はy方向のみ球面状に等位相な波面となる。一方、窓73bを透過する波面は、第1のスリット63bでy方向に等位相な波面に整形された後、投影光学系16を透過してきているので、投影光学系16のy方向の波面収差情報を有している。
このため、撮像手段53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16のy方向の収差情報が反映された波面収差を得ることができる。干渉縞から位相情報の算出には、フーリエ変換法、電子モアレなどを用いればよい。
撮像された干渉縞は撮像手段53からケーブル54を介して制御部55に送られ、制御部55は位相情報を取得する。本実施形態では、キャリア縞を有する干渉縞画像が得られるので、撮像した干渉縞に、制御部55が作成、又は予め用意されたメモリ56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。
上記ステップ1004bによって算出したy方向の被検波面収差は、被検光学系のy方向の収差成分と、スリットから出射した波面形状に依存して発生する収差成分、さらにはマスク70と撮像手段53の間に存在する媒質によって発生する収差成分などを含む波面収差(y方向被検波面収差)となっている。
ステップ1006bでは、ステップ1004bで算出したy方向被検波面収差を、ステップ1002bで算出したy方向オフセット波面収差によって補正し、被検光学系以外に由来する収差成分を除去する。これにより、y方向については、被検光学系の収差情報のみを有する波面収差を求めることができる。
ステップ1002a〜1006aによって得られたx方向の波面収差と,ステップ1002b〜1006bによって得られた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16の波面収差である。
従って、ステップ1008では、前記2つの波面収差を合成して、2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。前記波面収差合成については、公知の方法を用いれば良く、例えば、本発明者が特願2004−269731に記載したような合成方法を用いてもよい。
本実施例でも、実施例1と同様に、測定毎に上記1002aから1008までの全ステップを実行する必要はない。例えば、予め測定しておいたステップ1004aの結果としてのx方向オフセット波面収差と、ステップ1004bの結果としてのy方向オフセット波面収差をメモリ56に保存しておき、ステップ1006aと1006bを実行する際にメモリから取り出してもよい。それによって、毎回の測定時にステップ1004aと1004bを省略することができる。
又は、電子モアレ法による画像処理を行うことによって、ステップ1002aと1006aの処理を1004aに、ステップ1002bと1006bの処理を1004bに含めることも可能である。つまり、予め測定しておいたx方向(又はy方向)オフセット波面収差情報を元に、参照格子画像と、画素毎に異なる空間周波数を有するローパスフィルターを作成し、x方向(又はy方向)被検測定画像と上記参照格子画像から得られるモアレ縞画像に、上記ローパスフィルターを施すことによって、オフセット成分補正を実現することもできる。
本実施例では、被検光学系後方にスリット窓とダブルスリットを配置したLDI方式の波面収差測定装置を備えた露光装置を示した。この測定装置において、スリット窓から発生する干渉縞を解析して得られる波面収差を、ダブルスリットから発生する干渉縞を解析して得られる波面収差によって補正することによって、スリット由来の波面(一次元方向のみの理想球面波)や干渉計の製造誤差によって発生する収差成分を除去することができる。それにより、被検光学系の波面収差測定が高精度に実施できることを示した。
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。
例えば、測定装置の一部(50b)を被検光学系の上側、即ちレチクル側に配置し、被検光学系を往復した波面と理想波面との干渉縞を撮像してもよい。この場合には、レチクルの代わりに配置された第1のマスクに、被検光学系を往復した光が再度入射しないようにハーフミラーやビームスプリッター等を配置し、そのハーフミラーやビームスプリッター等で被検光学系を往復した光を第2のマスクに導くと良い。
また、光源10からの光を、ファイバー等で基板17側に配置された第1のマスクに入射させた後、被検光学系(投影光学系12)及びレチクル側に配置された第2のマスクを順に通過させるような干渉計の構成にしてもよい。つまり、光束が、第1のマスク、被検光学系、第2のマスクの順に通過するような干渉計の構成とすればよい。
また、図4や図11のフローチャートに示した各工程は、その順序通りに実行する必要はなく、ステップ1002より先にステップ1004を実行しても良いし、前記したようにステップ1002やステップ1006を省略することもできる。
また、ステップ1006(又は1006a、1006b)のオフセット波面による被検波面の補正方法としては、瞳面の各位置での収差値を除算することによって実行してもよいし、各波面をゼルニケ多項式に展開した後、ゼルニケ各項の値毎に除算することによって実行してもよい。
また、上記の実施例では、測定装置(50a、50b)内のマスク(第一マスク60及び第二マスク180)の照明には照明光学系12を用いたが、照明光学系12に限らず、アライメント光学系13からの光によってマスク照明を行ってもよい。
また、上記の実施例では、露光装置に搭載した測定装置についての形態を示したが、測定装置は露光装置に搭載していなくてもよい。
また、上記の実施例では、露光装置としてステップ・アンド・スキャン方式の露光装置を示したが、もちろんステップ・アンド・リピートの露光装置に本発明を適用することは可能である。
100 露光装置
50a,50b 測定装置
10 光源
11 引き回し光学系
12 照明光学系
13 アライメント光学系
14 レチクル(マスク)
16 投影光学系
17 基板(ウエハ,ガラスプレート)
18 ステージ
60 第1のマスク
70 第2のマスク
53 撮像手段
54 ケーブル
55 制御部
56 メモリ
50a,50b 測定装置
10 光源
11 引き回し光学系
12 照明光学系
13 アライメント光学系
14 レチクル(マスク)
16 投影光学系
17 基板(ウエハ,ガラスプレート)
18 ステージ
60 第1のマスク
70 第2のマスク
53 撮像手段
54 ケーブル
55 制御部
56 メモリ
Claims (15)
- 被検光学系の波面収差を測定する波面収差測定装置において、
前記被検光学系に入射する光を規定する第1のマスクと、
前記被検光学系からの光を前記被検光学系の波面収差の情報を含んだまま通過させる第1の開口と、前記被検光学系からの光を前記被検光学系の波面収差の情報を除いたうえで通過させる第2〜第4の開口とが設けられた第2のマスクと、
前記第1〜第4の開口のうち2つの開口を通過した光により形成される干渉縞を検出する検出手段と、
前記第1の開口を通過した光と前記第2の開口を通過した光が干渉することにより形成される干渉縞の前記検出手段による検出結果を、前記第3の開口を通過した光と前記第4の開口を通過した光が干渉することにより形成される干渉縞の前記検出手段による検出結果に基づいて補正する制御部と、を備えることを特徴とする波面収差測定装置。 - 被検光学系の波面収差を測定する波面収差測定装置において、
前記被検光学系に入射する光を規定する第1のマスクと、
前記被検光学系からの光を前記被検光学系の波面収差の情報を含んだまま通過させる第1の開口と、前記被検光学系からの光を前記被検光学系の波面収差の情報を除いたうえで通過させる第2,第3の開口とが設けられた第2のマスクと、
前記第1〜第3の開口のうち2つの開口を通過した光により形成される干渉縞を検出する検出手段と、
前記第1の開口を通過した光と前記第2の開口を通過した光が干渉することにより形成される干渉縞の前記検出手段による検出結果を、前記第2の開口を通過した光と前記第3の開口を通過した光が干渉することにより形成される干渉縞の前記検出手段による検出結果に基づいて補正する制御部と、を備えることを特徴とする波面収差測定装置。 - 前記第2〜第4の開口は、ピンホールであり、
前記第1の開口は、該ピンホールより大きい開口であることを特徴とする請求項1記載の波面収差測定装置。 - 前記第2〜第4の開口は、スリットであり、
前記第1の開口は、該スリットより大きい開口であることを特徴とする請求項1記載の波面収差測定装置。 - 前記第2のマスクには、更に、前記被検光学系からの光を前記被検光学系の波面収差の情報を含んだまま通過させる第5の開口と、前記被検光学系からの光を前記被検光学系の波面収差の情報を除いたうえで通過させる第6〜第8の開口設けられ、
前記制御部は、更に、前記第5の開口を通過した光と前記第6の開口を通過した光が干渉することにより形成される干渉縞の前記検出手段による検出結果を、前記第7の開口を通過した光と前記第8の開口を通過した光が干渉することにより形成される干渉縞の前記検出手段による検出結果に基づいて補正し、
前記第6〜第8の開口はスリットであり、前記第5の開口は該スリットより大きい開口であり、
前記第5〜第8の開口の長手方向は、前記第1〜第4の開口の長手方向に垂直であることを特徴とする請求項4記載の波面収差測定装置。 - レチクルのパターンの像を基板上に投影する投影光学系と、該投影光学系の波面収差を測定する波面収差測定装置と、を備える露光装置において、
前記波面収差測定装置は、
前記被検光学系に入射する光を規定する第1のマスクと、
前記投影光学系からの光を前記投影光学系の波面収差の情報を含んだまま通過させる第1の開口と、前記投影光学系からの光を前記投影光学系の波面収差の情報を除いたうえで通過させる第2〜第4の開口とが設けられた第2のマスクと、
前記第1〜第4の開口のうち2つの開口を通過した光により形成される干渉縞を検出する検出手段と、
前記第1の開口を通過した光と前記第2の開口を通過した光が干渉することにより形成される干渉縞の前記検出手段による検出結果を、前記第3の開口を通過した光と前記第4の開口を通過した光が干渉することにより形成される干渉縞の前記検出手段による検出結果に基づいて補正する制御部と、を有することを特徴とする露光装置。 - レチクルのパターンの像を基板上に投影する投影光学系と、該投影光学系の波面収差を測定する波面収差測定装置と、を備える露光装置において、
前記波面収差測定装置は、
前記被検光学系に入射する光を規定する第1のマスクと、
前記投影光学系からの光を前記投影光学系の波面収差の情報を含んだまま通過させる第1の開口と、前記投影光学系からの光を前記投影光学系の波面収差の情報を除いたうえで通過させる第2,第3の開口とが設けられた第2のマスクと、
前記第1〜第3の開口のうち2つの開口を通過した光により形成される干渉縞を検出する検出手段と、
前記第1の開口を通過した光と前記第2の開口を通過した光が干渉することにより形成される干渉縞の前記検出手段による検出結果を、前記第2の開口を通過した光と前記第3の開口を通過した光が干渉することにより形成される干渉縞の前記検出手段による検出結果に基づいて補正する制御部と、を有することを特徴とする露光装置。 - 前記第2のマスクと前記検出手段とは、前記基板が載置されるステージに設けられることを特徴とする請求項6又は7記載の露光装置。
- 前記レチクルが載置されるステージを有し、
前記第1のマスクが形成された基板は、前記ステージの前記レチクルが載置される場所に前記レチクル代えて載置される測定用レチクルであることを特徴とする請求項6〜8のいずれか一項記載の露光装置。 - 前記第1のマスクが形成された基板は、前記ステージの前記レチクルが載置される場所以外の所に載置されることを特徴とする請求項6〜8のいずれか一項記載の露光装置。
- 被検光学系の波面収差を測定する波面収差測定装置を用いた波面収差測定方法において、
前記被検光学系に入射する光を規定するマスクをセットするステップと、
前記被検光学系からの光を前記被検光学系の波面収差の情報を含んだまま通過させる第1の開口と、前記被検光学系からの光を前記被検光学系の波面収差の情報を除いたうえで通過させる第2の開口とが設けられたマスクをセットするステップと、
前記第1の開口を通過した光と前記第2の開口を通過した光が干渉することにより形成される干渉縞を検出する第1の検出ステップと、
前記被検光学系を通過した光を前記被検光学系の波面収差の情報を除いたうえで通過させる第3,第4の開口が設けられたマスクをセットするステップと、
前記第3の開口を通過した光と前記第4の開口を通過した光が干渉することにより形成される干渉縞を検出する第2の検出ステップと、
前記第1検出ステップの検出結果を、前記第2の検出ステップの検出結果に基づいて補正する補正ステップと、を有することを特徴とする波面収差測定方法。 - 被検光学系の波面収差を測定する波面収差測定装置を用いた波面収差測定方法において、
前記被検光学系に入射する光を規定するマスクをセットするステップと、
前記被検光学系からの光を前記被検光学系の波面収差の情報を含んだまま通過させる第1の開口と、前記被検光学系からの光を前記被検光学系の波面収差の情報を除いたうえで通過させる第2の開口とが設けられたマスクをセットするステップと、
前記第1の開口を通過した光と前記第2の開口を通過した光が干渉することにより形成される干渉縞を検出する第1の検出ステップと、
前記第2の開口と、前記被検光学系を通過した光を前記被検光学系の波面収差の情報を除いたうえで通過させる第3の開口とが設けられたマスクをセットするステップと、
前記第2の開口を通過した光と前記第3の開口を通過した光が干渉することにより形成される干渉縞を検出する第2の検出ステップと、
前記第1検出ステップの検出結果を、前記第2の検出ステップの検出結果に基づいて補正する補正ステップと、を有することを特徴とする波面収差測定方法。 - 前記第1の検出ステップでは、当該第1の検出ステップで検出した前記干渉縞から、前記被検光学系の波面収差と計測誤差とを含む第1の波面収差を求め、
前記第2の検出ステップでは、当該第2の検出ステップで検出した前記干渉縞から、前記計測誤差を含む第2の波面収差を求め、
前記補正ステップでは、前記第1の波面収差を、前記第2の波面収差に基づいて補正することを特徴とする請求項11又は12記載の波面収差測定方法。 - 前記補正ステップでは、前記第1の波面収差の値を、前記第2の波面収差の値で除算することを特徴とする請求項13記載の波面収差測定方法。
- 前記補正ステップでは、前記第1の波面収差をゼルニケ多項式に展開して得られるゼルニケ各項の値を、前記第2の波面収差をゼルニケ多項式に展開して得られるゼルニケ各項の値で除算することを特徴とする請求項13記載の波面収差測定方法。
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