JP2007329281A - 収差計測装置、露光装置、デバイス製造方法、および収差計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 例えば露光装置に搭載された投影光学系の波面収差を、比較的少ない計測回数で迅速に計測することのできる収差計測装置。
【解決手段】 被検光学系（ＰＬ）の波面収差を計測する本発明の収差計測装置は、復調可能な乱数列にしたがって配列された複数の孤立線マーク（ＭＰ）を照明する照明系（ＬＳ，ＩＬ）と、被検光学系を介して形成された複数の孤立線マークの像を検出する検出系（ＤＴ）と、複数の孤立線マークの像に関する情報を処理して、被検光学系の波面収差を算出する処理系（ＰＲ）とを備えている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、収差計測装置、露光装置、デバイス製造方法、および収差計測方法に関し、特に露光装置に搭載される投影光学系の波面収差の計測に関するものである。

たとえばＬＳＩの製造において回路パターンを形成するリソグラフィ工程では、マスクのパターンをウェハ上のレジストに転写するための投影光学系が組み込まれた露光装置が用いられている。現在のリソグラフィにおいては、ＬＳＩの集積度の増大およびｋ１ファクター（線幅＝ｋ１×λ／ＮＡ：λは露光波長、ＮＡは投影光学系の像側開口数）の縮小に伴って、投影光学系の収差を極限まで低減することが求められている。

従来、露光装置への搭載前に投影光学系の波面収差を計測する方法として、干渉系を用いる計測方法が知られている。また、露光装置への搭載後に投影光学系の波面収差を計測する方法として、Ｌ／Ｓパターン（ライン・アンド・スペース・パターン）による３光束干渉を用いる計測方法が知られている（たとえば特許文献１を参照）。

特開２００４−１２８１４９号公報

Ｌ／Ｓパターンによる３光束干渉を用いる計測方法は、特定のＬ／Ｓパターンの投影光学系による空間像を解析することにより、そのパターンに対応する投影光学系の瞳内の位相分布を１点ずつ計測していく方法である。このため、従来の計測方法を用いて、投影光学系の瞳内の波面収差をツェルニケ多項式で表現するには、多くの計測回数が必要になり、計測に多大な時間がかかる。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、例えば露光装置に搭載された投影光学系の波面収差を、比較的少ない計測回数で迅速に計測することのできる収差計測装置を提供することを目的とする。また、本発明では、比較的少ない計測回数で投影光学系の波面収差を迅速に計測する収差計測装置を用いて、投影光学系の波面収差を随時計測して光学調整することにより良好な投影露光を行うことのできる露光装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、被検光学系の波面収差を計測する収差計測装置において、
復調可能な乱数列にしたがって配列された複数の孤立線マークを照明する照明系と、
前記被検光学系を介して形成された前記複数の孤立線マークの像を検出する検出系と、
前記複数の孤立線マークの像に関する情報を処理して、前記被検光学系の波面収差を算出する処理系とを備えていることを特徴とする収差計測装置を提供する。

本発明の第２形態では、第１形態の収差計測装置を備え、前記被検光学系の物体面またはその近傍に設置された所定のパターンを、前記被検光学系の像面またはその近傍に設置された感光性基板に露光することを特徴とする露光装置を提供する。

本発明の第３形態では、第２形態の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、前記露光工程を経た前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。

本発明の第４形態では、被検光学系の波面収差を計測する収差計測方法において、復調可能な乱数列にしたがって配列された複数の孤立線マークを準備する準備工程と、前記被検光学系により形成された前記複数の孤立線マークの像を検出する検出工程と、前記複数の孤立線マークの像に基づいて前記被検光学系の波面収差を算出する算出工程とを含むことを特徴とする収差計測方法を提供する。

本発明では、例えばＭ系列にしたがって配列された複数の孤立線マークを照明し、被検光学系を介して形成された複数の孤立線マークの像に復調処理を施して１つの孤立線像を求め、この孤立線像に位相回復演算処理を施して孤立線像の位相分布を求める手法を採用している。したがって、この孤立線像位相回復法を用いる１回の計測により、被検光学系の瞳内の１つの特定方向に連続する位相分布が求められる。

その結果、本発明の収差計測装置では、例えば露光装置に搭載された投影光学系のような被検光学系の波面収差を、Ｌ／Ｓパターンによる３光束干渉を用いる計測方法よりもかなり少ない計測回数で、迅速に計測することができる。また、本発明の露光装置では、比較的少ない計測回数で投影光学系の波面収差を迅速に計測する収差計測装置を用いて、投影光学系の波面収差を随時計測して光学調整することにより良好な投影露光を行うことができ、ひいては良好なデバイスを製造することができる。

本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。図１において、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を、光軸ＡＸに垂直な面内において図１の紙面に平行にＹ軸を、光軸ＡＸに垂直な面内において図１の紙面に垂直にＸ軸をそれぞれ設定している。

図１を参照すると、本実施形態の露光装置は、照明光（露光光）を供給するための光源ＬＳとして、たとえば１９３ｎｍの波長を有する光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源や２４８ｎｍの波長を有する光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源を備えている。光源ＬＳから射出された光は、照明系ＩＬを介して、所定のパターンが形成された投影原版としてのマスク（レチクル）Ｍを照明する。

照明系ＩＬは、周知技術にしたがって、露光光の照度分布を均一化するためのフライアイレンズ、照明開口絞り、可変視野絞り（マスクブラインド）、コンデンサレンズ系等から構成されている。マスクＭは、マスクホルダ（不図示）を介して、マスクステージＭＳ上においてＸＹ平面に平行に保持されている。マスクステージＭＳは、図示を省略した駆動系の作用により、マスク面（すなわちＸＹ平面）に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はマスク移動鏡ＭＭを用いた干渉計ＭＩＦによって計測され且つ位置制御されるように構成されている。

マスクＭに形成されたパターンからの光は、投影光学系ＰＬを介して、フォトレジストの塗布されたウェハ（感光性基板）Ｗ上にマスクパターン像を形成する。ウェハＷは、ウェハテーブル（ウェハホルダ；不図示）を介して、ウェハステージＷＳ上においてＸＹ平面に平行に保持されている。ウェハステージＷＳは、図示を省略した駆動系の作用によりウェハ面（すなわちＸＹ平面）に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はウェハ移動鏡ＷＭを用いた干渉計ＷＩＦによって計測され且つ位置制御されるように構成されている。

こうして、本実施形態では、マスクＭ上のパターン領域の全体を照明し、マスクＭおよびウェハＷを投影光学系ＰＬに対して静止させた状態で、パターン領域内のパターン像をウェハＷ上の１つの露光領域に一括露光する。そして、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面内においてウェハＷを二次元的に駆動制御しながら各露光領域に対してマスクＭのパターンを一括露光する動作を繰り返すことにより、ステップ・アンド・リピート方式にしたがってウェハＷの各露光領域にはマスクＭのパターンが逐次露光される。

あるいは、本実施形態では、マスクＭ上のパターン領域の一部を照明し、マスクＭおよびウェハＷを投影光学系ＰＬに対してＸ方向（またはＹ方向）に沿って相対移動させつつ、マスクＭ上のパターン領域内のパターンをウェハＷ上の１つの露光領域に走査露光する。そして、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面内においてウェハＷを二次元的に駆動制御しながら各露光領域に対してマスクＭのパターンを走査露光する動作を繰り返すことにより、ステップ・アンド・スキャン方式にしたがってウェハＷの各露光領域にはマスクＭのパターンが逐次露光される。

現在、投影光学系の瞳内の波面収差を表現する方法として、規格化された円形エリア内での正規直交関数系列であるツェルニケ（Zernike）多項式が利用されている。このツェルニケ多項式の各項の係数は、ツェルニケ係数と呼ばれ、投影光学系の性能を評価する指標として用いられる。ツェルニケ係数の変化を監視することにより、投影光学系の収差状況（波面収差の変化など）を把握することが可能である。

以下、波面収差の瞳内の分布を表すツェルニケ多項式について基本的な事項を説明する。ツェルニケ多項式の表現では、座標系として瞳極座標（ρ，θ）を用い、直交関数系としてツェルニケの円筒関数を用いる。すなわち、波面収差Ｗ（ρ，θ）は、ツェルニケの円筒関数Ｚｉ（ρ，θ）を用いて、次の式（ａ）に示すように展開される。

Ｗ（ρ，θ）＝ΣＣｉ・Ｚｉ（ρ，θ）
＝Ｃ２・Ｚ２（ρ，θ）＋・・・＋Ｃｎ・Ｚｎ（ρ，θ） （ａ）

ここで、Ｃｉは、ツェルニケ多項式の各項の係数、すなわちツェルニケ係数である。以下、ツェルニケ多項式の各項の関数系Ｚｉ（ρ，θ）のうち、第２項〜第３７項にかかる関数Ｚ２〜Ｚ３７を、次の表（１）に示す。

表（１）
Ｚ２：ρcosθ， Ｚ３：ρsinθ， Ｚ４：２ρ²−１， Ｚ５：ρ²cos２θ
Ｚ６：ρ²sin２θ， Ｚ７：（３ρ²−２）ρcosθ， Ｚ８：（３ρ²−２）ρsinθ
Ｚ９：６ρ⁴−６ρ²＋１， Ｚ１０：ρ³cos３θ， Ｚ１１：ρ³sin３θ
Ｚ１２：（４ρ²−３）ρ²cos２θ， Ｚ１３：（４ρ²−３）ρ²sin２θ
Ｚ１４：（１０ρ⁴−１２ρ²＋３）ρcosθ
Ｚ１５：（１０ρ⁴−１２ρ²＋３）ρsinθ
Ｚ１６：２０ρ⁶−３０ρ⁴＋１２ρ²−１
Ｚ１７：ρ⁴cos４θ， Ｚ１８：ρ⁴sin４θ， Ｚ１９：（５ρ²−４）ρ³cos３θ
Ｚ２０：（５ρ²−４）ρ³sin３θ， Ｚ２１：（１５ρ⁴−２０ρ²＋６）ρ²cos２θ
Ｚ２２：（１５ρ⁴−２０ρ²＋６）ρ²sin２θ
Ｚ２３：（３５ρ⁶−６０ρ⁴＋３０ρ²−４）ρcosθ
Ｚ２４：（３５ρ⁶−６０ρ⁴＋３０ρ²−４）ρsinθ
Ｚ２５：７０ρ⁸−１４０ρ⁶＋９０ρ⁴−２０ρ²＋１
Ｚ２６：ρ⁵cos５θ， Ｚ２７：ρ⁵sin５θ， Ｚ２８：（６ρ²−５）ρ⁴cos４θ
Ｚ２９：（６ρ²−５）ρ⁴sin４θ， Ｚ３０：（２１ρ⁴−３０ρ²＋１０）ρ³cos３θ
Ｚ３１：（２１ρ⁴−３０ρ²＋１０）ρ³sin３θ
Ｚ３２：（５６ρ⁶−１０４ρ⁴＋６０ρ²−１０）ρ²cos２θ
Ｚ３３：（５６ρ⁶−１０４ρ⁴＋６０ρ²−１０）ρ²sin２θ
Ｚ３４：（１２６ρ⁸−２８０ρ⁶＋２１０ρ⁴−６０ρ²＋５）ρcosθ
Ｚ３５：（１２６ρ⁸−２８０ρ⁶＋２１０ρ⁴−６０ρ²＋５）ρsinθ
Ｚ３６：２５２ρ¹⁰−６３０ρ⁸＋５６０ρ⁶−２１０ρ⁴＋３０ρ²−１
Ｚ３７：９２４ρ¹²−２７７２ρ¹⁰＋３１５０ρ⁸−１６８０ρ⁶＋４２０ρ⁴
−４２ρ²−１

関数Ｚ２〜Ｚ４は波面次数２次の成分に対応し、関数Ｚ５〜Ｚ９は波面次数４次の成分に対応し、関数Ｚ１０〜Ｚ１６は波面次数６次の成分に対応し、関数Ｚ１７〜Ｚ２５は波面次数８次の成分に対応し、関数Ｚ２６〜Ｚ３６は波面次数１０次の成分に対応し、関数Ｚ３７は波面次数１２次の成分に対応している。また、関数Ｚ４、関数Ｚ９、関数Ｚ１６、関数Ｚ２５、関数Ｚ３６、および関数Ｚ３７は、回転対称成分に対応している。

関数Ｚ２、関数Ｚ３、関数Ｚ７、関数Ｚ８、関数Ｚ１４、関数Ｚ１５、関数Ｚ２３、関数Ｚ２４、関数Ｚ３４、および関数Ｚ３５は、１θ成分に対応している。関数Ｚ５、関数Ｚ６、関数Ｚ１２、関数Ｚ１３、関数Ｚ２１、関数Ｚ２２、関数Ｚ３２、および関数Ｚ３３は、２θ成分に対応している。関数Ｚ１０、関数Ｚ１１、関数Ｚ１９、関数Ｚ２０、関数Ｚ３０、および関数Ｚ３１は、３θ成分に対応している。関数Ｚ１７、関数Ｚ１８、関数Ｚ２８、および関数Ｚ２９は、４θ成分に対応している。関数Ｚ２６、および関数Ｚ２７は、５θ成分に対応している。

露光装置へ搭載した後に投影光学系の波面収差の変化を監視するには、第２項〜第３７項にかかるツェルニケ関数Ｚ２〜Ｚ３７を用いて、ひいてはツェルニケ係数Ｃ２〜Ｃ３７を用いて波面収差を表現することが求められる。そして、投影光学系の瞳内での位相分布の情報から、第３７項までのツェルニケ係数Ｃ２〜Ｃ３７で投影光学系の波面収差を表現するには、瞳内において少なくとも動径方向の６つの位置および角度方向（周方向）の６つの方向に関する位相情報が必要である。

図２に、第３７項までのツェルニケ係数Ｃ２〜Ｃ３７の算出が可能な瞳内での位相分布のサンプリング点の一例を示す。動径方向の１つの位置および角度方向の１つの方向により規定されるサンプリング点は、光軸ＡＸを挟んで対称な位置にある一対の点である。したがって、動径方向の６つの位置および角度方向の６つの方向により規定されるサンプリング点の合計数は、２×６×６＝７２である。このように、図２には、動径方向の６つの位置および角度方向の６つの方向により規定される７２のサンプリング点が、小円により示されている。

前述したように、露光装置への搭載後に投影光学系の波面収差を計測する方法として、Ｌ／Ｓパターンによる３光束干渉を用いる計測方法が知られている。この従来の計測方法では、投影光学系の像面またはその近傍に結像したＬ／Ｓパターンの空間像の位置やコントラストを計測し、この位置やコントラストに関する情報を解析することにより、投影光学系の瞳内の位相分布を１点ずつ（図２の光軸ＡＸを挟んで対称な一対のサンプリング点ずつ）計測する。

この場合、所望のツェルニケ係数Ｃ２〜Ｃ３７を求めるには、係数の分離が可能な瞳内位相分布のサンプリング点の対と同数の計測、すなわち３６回の計測が必要である。また、３光束干渉を用いる計測方法では、Ｌ／Ｓパターンの空間像をコントラストの最も高くなる面（ベストフォーカス面）で計測することが必要である。このため、投影光学系の光軸方向に対する計測位置について高い精度が求められ、計測に多くの時間が必要である。

図３は、本実施形態にかかる収差計測装置の構成を概略的に示す図である。本実施形態の収差計測装置は、上述した光源ＬＳおよび照明光学系ＩＬからなる照明系（ＬＳ，ＩＬ）と、ウェハステージＷＳに設けられた検出系ＤＴと、検出系ＤＴに接続された処理系ＰＲとを備えている。なお、図３では、図面の明瞭化のために、移動鏡ＭＭ，ＷＭおよび干渉計ＭＩＦ，ＷＩＦの図示を省略している。

照明系（ＬＳ，ＩＬ）は、被検光学系としての投影光学系ＰＬの波面収差の計測に際して、マスクステージＭＳに載置されたマーク板ＭＰを照明する。マーク板ＭＰには、Ｍ系列にしたがって配列された複数の孤立線マークが形成され、これらの複数の孤立線マークが投影光学系ＰＬの物体面とほぼ一致するように位置決めされる。検出系ＤＴは、露光時にウェハステージＷＳに載置されるウェハＷの表面とほぼ一致する高さ位置に検出面を有し、投影光学系ＰＬを介して形成された複数の孤立線マークの像（空間像）を検出する。

処理系ＰＲは、検出系ＤＴの出力情報、すなわち複数の孤立線マークの像に関する情報を処理して、投影光学系ＰＬの波面収差を算出する。ここで、Ｍ系列とは、次の線形漸化式（ｂ）で生成される１ビットの数列を並べた乱数列である。
Ｘ_n＝Ｘ_n-p＋Ｘ_n-q（ｐ＞ｑ） （ｂ）

Ｍ系列にしたがって配列された複数の孤立線マークとして、例えば図４（ａ）に示すように、系列長Ｔ＝２^P−１のデータのみを並べるＭ系列配置を想定することができる。図４（ａ）には、一例として、Ｐ＝５で系列長Ｔ＝２⁵−１＝３１のデータのみを並べるＭ系列配置、すなわち３１系列長Ｍ系列にしたがって配列された１６本の孤立線マーク（図中鉛直方向に細長く延びる白抜きの部分）を示している。

また、Ｍ系列にしたがって配列された複数の孤立線マークとして、例えば図４（ｂ）に示すように、系列長Ｔ＝２^P−１のデータと、その系列をシフトしたデータとを並べるＭ系列配置を想定することができる。図４（ｂ）には、一例として、Ｐ＝３で系列長Ｔ＝２³−１＝７のデータと、そのシフトデータとを並べるＭ系列配置、すなわち７系列長Ｍ系列×７にしたがって配列された４×７＝２８本の孤立線マーク（図中鉛直方向に細長く延びる白抜きの部分）を示している。

図５は、本実施形態にかかる収差計測方法の各工程を概略的に示すフローチャートである。図５を参照すると、本実施形態の収差計測方法では、照明系（ＬＳ，ＩＬ）により、マーク板ＭＰを照明する（Ｓ１１）。すなわち、照明工程Ｓ１１において、照明系（ＬＳ，ＩＬ）は、マーク板ＭＰ上に設けられた複数の孤立線マーク、例えば図４（ａ）または（ｂ）に示すようにＭ系列にしたがって配列された複数の孤立線マークを照明する。

次いで、検出系ＤＴは、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向に沿った複数の位置において、投影光学系ＰＬを介して形成された複数の孤立線マークの像を検出する（Ｓ１２）。具体的に、検出工程Ｓ１２では、光の波長をλとし、投影光学系ＰＬの像側開口数をＮＡとするとき、投影光学系ＰＬの像面に対して、±１．０λ／｛１−（１−ＮＡ²）^1/2｝〜±１．２λ／｛１−（１−ＮＡ²）^1/2｝のレンジ内の少なくとも５つの異なる位置において、複数の孤立線マークの像を検出する。検出工程Ｓ１２で検出された孤立線マークの像に関する情報（光強度分布などに関する情報）は、処理系ＰＲに供給される。

処理系ＰＲは、検出工程Ｓ１２で検出された複数の孤立線マークの像に対して復調処理を施して、１つの孤立線像を求める（Ｓ１３）。次いで、処理系ＰＲは、復調工程Ｓ１３で得られた孤立線像に対して位相回復演算処理を施して、孤立線像の位相分布を求め、この位相分布に基づいて投影光学系ＰＬの波面収差を算出する（Ｓ１４）。算出工程Ｓ１４で実施される位相回復法については、たとえば渋谷眞人、大木裕史共著、「回折と結像の光学」、光学ライブラリー１、初版、朝倉書店、２００５年１１月、ｐ１０６−１０７を参照することができる。

具体的に、算出工程Ｓ１４では、孤立線像の位相分布に基づいて、投影光学系ＰＬを出射したときの波面を求め、この波面の球面からのずれを投影光学系ＰＬの波面収差として算出（計測）する。位相回復法を良好に行うには、孤立線マークが十分に細長い長方形状の開口部（光透過部）として形成され、その開口幅（長方形の短辺の長さ）はλ／（２×ＮＡ）以下であることが好ましい。この孤立線像位相回復法を用いる１回の計測により、マーク板ＭＰ上の複数の孤立線マークの配列方向に対応する瞳内の１つの特定方向に連続する位相分布が求められる。

次いで、マーク板ＭＰ上の複数の孤立線マークの配列方向を変えつつ、照明工程Ｓ１１〜算出工程Ｓ１４を所要回数だけ繰り返す（Ｓ１５）。具体的には、複数の孤立線マークの配列方向を例えば３０度ずつ変化させながら、孤立線像位相回復法を用いる計測を合計６回行う。こうして、孤立線像位相回復法を用いた所要回数の計測結果に基づいて、ツェルニケ多項式を用いて投影光学系ＰＬの瞳内の波面収差を表わす（Ｓ１６）。

具体的に、工程Ｓ１６では、孤立線像位相回復法を用いた６回の計測結果に基づいて、第２項〜第３７項にかかるツェルニケ関数Ｚ２〜Ｚ３７を用いて、ひいてはツェルニケ係数Ｃ２〜Ｃ３７を用いて波面収差を表現する。この場合、波面次数が１２次までの回転対称成分、並びに波面次数が１０次までの１θ成分、２θ成分、３θ成分、４θ成分、および５θ成分のみを含むツェルニケ多項式で、投影光学系ＰＬの瞳内の波面収差が表わされる。

本実施形態では、Ｍ系列にしたがって配列された複数の孤立線マークを照明し、投影光学系ＰＬを介して形成された複数の孤立線マークの像に復調処理を施して１つの孤立線像を求め、この孤立線像に位相回復演算処理を施して孤立線像の位相分布を求める手法を採用している。したがって、この孤立線像位相回復法を用いる１回の計測により、投影光学系ＰＬの瞳内の１つの特定方向に連続する位相分布が求められる。その結果、孤立線像位相回復法を用いた６回の計測結果に基づいて、第２項〜第３７項にかかるツェルニケ係数Ｃ２〜Ｃ３７を用いて波面収差を表現することができる。一方、Ｌ／Ｓパターンによる３光束干渉を用いる計測方法では、前述したように、ツェルニケ係数Ｃ２〜Ｃ３７を用いて波面収差を表現するのに３６回の計測が必要である。

以上のように、本実施形態では、露光装置に搭載された投影光学系ＰＬの波面収差を、Ｌ／Ｓパターンによる３光束干渉を用いる計測方法よりもかなり少ない計測回数（１／６の計測回数）で迅速に計測することができる。したがって、本実施形態の露光装置では、比較的少ない計測回数で投影光学系ＰＬの波面収差を迅速に計測する収差計測装置を用いて、投影光学系ＰＬの波面収差を随時計測して光学調整することにより良好な投影露光を行うことができる。

また、本実施形態では、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ方向に沿った複数の位置において複数の孤立線マークの像を検出しているが、３光束干渉を用いる計測方法とは異なり、投影光学系ＰＬの光軸方向に対する計測位置に関してあまり高い精度が求められないので、計測を迅速に行うのに有利である。一般に、複数の孤立線マークの像に復調処理を施して１つの孤立線像を求め、この孤立線像に位相回復演算処理を施して孤立線像の位相分布を求める計測手法では、計測に伴う一様ノイズの影響による計測誤差が発生し易い。すなわち、計測に伴う一様ノイズは、位相回復演算処理による波面復元計算の誤差の要因になる。

本発明者のシミュレーションによれば、波面収差の計測誤差を２．０ｍλ以下に抑えるには、計測に伴う一様ノイズのＳ／Ｎ比が２００以上でなければならないという結果を得ている。Ｍ系列にしたがって配列される孤立線マークの本数（すなわち系列長Ｔ）は２^P−１であり、この孤立線マークの本数が多い（すなわちＭ系列の系列長Ｔが大きい）ほど、複数の孤立線マークの像から基の孤立線像を復調する際のＳ／Ｎ比が向上するものと予想される。

したがって、本実施形態では、系列長Ｔの比較的大きいＭ系列配置を用いて、複数の孤立線マークの像から基の孤立線像を復調する際の計測ノイズを軽減し、波面収差の計測精度の向上を図ることができる。また、Ｍ系列と同数の孤立線マークを一定間隔で並べたマーク配置の場合、一定間隔の周期に依存するノイズ成分を除去することができない。これに対し、復調可能な乱数列であるＭ系列にしたがうマーク配置の場合、ノイズの周期に依存することなく、Ｓ／Ｎ比の向上を期待することができる。

しかしながら、孤立線マークを設けるべき基盤（本実施形態ではマーク板ＭＰ）の大きさは有限であるため、系列長Ｔを大きく設定するに従って、互いに隣り合う２つの孤立線マークの間隔は狭くならざるを得ない。隣り合う孤立線マークの間隔が狭くなり過ぎると、近接した孤立線マークの像が結像の際の干渉により影響を受けるようになる。Ｍ系列配置された孤立線マーク像の復調では、孤立線マーク像の強度分布に対して復調処理を施すため、孤立線マーク像がインコヒーレントであることが前提条件になっている。このため、系列長Ｔの比較的大きいＭ系列配置を用いると、Ｓ／Ｎ比の向上には有効であるが、孤立線マーク像はコヒーレント像となり、孤立線像への復調結果に誤差が発生し易い。

そこで、本発明者は、部分コヒーレント照明を仮定した結像シミュレーションを行い、波面復元誤差に対するコヒーレンスの影響について検証した。結像シミュレーションに使用したＭ系列配置のイメージを図６に模式的に示す。図６に示すように、結像シミュレーションに使用したＭ系列配置では、配列方向の全長を２００μｍと想定した。また、結像シミュレーションに使用した４種類のＭ系列配置のデータを、次の表（２）に示す。

表（２）
第１配置 第２配置 第３配置 第４配置
ｐ 6 7 9 10
ｑ 1 1 4 3
系列長 63 127 511 1023
孤立線マーク本数 32 64 256 512
孤立線マーク最小間隔（μｍ） 3.12 1.55 0.38 0.19

図７は、結像シミュレーションの結果を示す図であって、コヒーレンスの影響だけを想定し、計測ノイズの影響を想定しない場合の波面復元誤差を示している。図８は、結像シミュレーションの結果を示す図であって、コヒーレンスの影響および計測ノイズの影響をともに想定した場合の波面復元誤差を示している。図７および図８において、縦軸は孤立線マークの本数を示し、横軸は照明σ（照明系の射出側開口数／投影光学系の入射側開口数）を示している。

図７および図８では、無収差波面を参照波面とし、位相回復計算による波面復元誤差を、表示円の大きさで表している。表示円の隣に示す数値（単位：ｍλ）は、波面復元誤差をｒｍｓ（root mean square；自乗平均平方根あるいは平方自乗平均）値で表している。図７は計測ノイズを想定しなかった場合の結果を示しており、図７に示す波面復元誤差は、純粋に孤立線マーク像のコヒーレンスに依存するものであると考えられる。一方、図８は計測ノイズを想定した場合の結果を示しており、図８に示す波面復元誤差は、孤立線マーク像のコヒーレンスの影響と、Ｍ系列配置を用いることによるＳ／Ｎ比の向上の効果とが総合されたものであると考えられる。

本実施形態で用いられる孤立線像位相回復法は、コヒーレントに結像した複数の孤立線マーク像の強度分布情報から波面収差を求める技術である。図７および図８に示す結像シミュレーションのようなインコヒーレント照明の場合、照明σによる孤立線マーク像の広がりが位相回復処理に影響を及ぼす要因となる。図７および図８に示す結像シミュレーションでは、照明σによる孤立線マーク像の広がりの影響は考慮されていない。本発明者が照明σによる孤立線マーク像の広がりの影響に関するシミュレーションを行った結果、位相回復計算に及ぼす影響の観点から、照明σ（コヒーレンスファクター）が０．３以下の照明条件で複数の孤立線マークを照明することが好ましいという結果に至った。

また、複数の孤立線マークを変形照明することが可能である場合、位相回復の計算に及ぼす影響の観点から、Ｍ系列配置の配列方向に垂直な方向に関する照明σ値を、所要の光量を確保することのできる範囲内でできるだけ小さく設定することが望ましい。

なお、上述の実施形態では、Ｍ系列にしたがって配列された複数の孤立線マークを用いているが、これに限定されることなく、一般に復調可能な乱数列にしたがって配列された複数の孤立線マークを用いることもできる。また、上述の実施形態では、露光装置に搭載された投影光学系の波面収差の計測に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、他の一般的な被検光学系の波面収差の計測に対して本発明を適用することもできる。

上述の実施形態の露光装置では、照明装置によってマスク（レチクル）を照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、本実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図９のフローチャートを参照して説明する。

先ず、図９のステップ３０１において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、その１ロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、本実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ３０４において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。

その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。なお、ステップ３０１〜ステップ３０５では、ウェハ上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチングの各工程を行っているが、これらの工程に先立って、ウェハ上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない。

また、本実施形態の露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。図１０のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図１０において、パターン形成工程４０１では、本実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィ工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程４０２へ移行する。

次に、カラーフィルター形成工程４０２では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列されたりしたカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程４０２の後に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立て工程４０３では、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルター等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。

セル組み立て工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。その後、モジュール組み立て工程４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。

本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。 第３７項までのツェルニケ係数Ｃ２〜Ｃ３７の算出が可能な瞳内での位相分布のサンプリング点の一例を示す。 本実施形態にかかる収差計測装置の構成を概略的に示す図である。 Ｍ系列にしたがって配列された複数の孤立線マークを示す図であって、（ａ）は系列長Ｔ＝２^P−１のデータのみを並べるＭ系列配置を、（ｂ）は系列長Ｔ＝２^P−１のデータとその系列をシフトしたデータとを並べるＭ系列配置を示している。 本実施形態にかかる収差計測方法の各工程を概略的に示すフローチャートである。 部分コヒーレント照明を仮定した結像シミュレーションに使用したＭ系列配置のイメージを模式的に示す図である。 結像シミュレーションの結果を示す図であって、コヒーレンスの影響だけを想定した場合の波面復元誤差を示している。 結像シミュレーションの結果を示す図であって、コヒーレンスの影響および計測ノイズの影響をともに想定した場合の波面復元誤差を示している。 半導体デバイスを得る際の手法のフローチャートである。 液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。

符号の説明

ＬＳ，ＩＬ 照明系（光源＋照明光学系）
Ｍ マスク（レチクル）
ＭＳ マスクステージ
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウェハ
ＷＳ ウェハステージ
ＭＰ マーク板
ＤＴ 検出系
ＰＲ 処理系

Claims (11)

1. 被検光学系の波面収差を計測する収差計測装置において、
   復調可能な乱数列にしたがって配列された複数の孤立線マークを照明する照明系と、
   前記被検光学系を介して形成された前記複数の孤立線マークの像を検出する検出系と、
   前記複数の孤立線マークの像に関する情報を処理して、前記被検光学系の波面収差を算出する処理系とを備えていることを特徴とする収差計測装置。
2. 前記複数の孤立線マークは、Ｍ系列にしたがって配列されていることを特徴とする請求項１に記載の収差計測装置。
3. 前記処理系は、前記複数の孤立線マークの像に対して復調処理を施して孤立線像を求め、該孤立線像に対して位相回復演算処理を施して得られた前記孤立線像の位相分布に基づいて、前記被検光学系の波面収差を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の収差計測装置。
4. 前記検出系は、配列方向の異なる複数の方向について前記複数の孤立線マークの像を検出し、
   前記処理系は、前記複数の方向について検出された前記複数の孤立線マークの像に基づいて前記被検光学系の波面収差を算出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の収差計測装置。
5. 前記処理系は、前記被検光学系の瞳内での直交関数系列であるツェルニケ多項式を用いて前記被検光学系の波面収差を表わすことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の収差計測装置。
6. 前記検出系は、少なくとも６つの方向について前記複数の孤立線マークの像を検出し、
   前記処理系は、前記少なくとも６つの方向について検出された前記複数の孤立線マークの像に基づいて、波面次数が１２次までの回転対称成分、並びに波面次数が１０次までの１θ成分、２θ成分、３θ成分、４θ成分、および５θ成分のみを含むツェルニケ多項式で前記被検光学系の波面収差を表わすことを特徴とする請求項４または５に記載の収差計測装置。
7. 前記検出系は、前記被検光学系の光軸方向に沿った複数の位置において前記複数の孤立線マークの像を検出し、
   前記処理系は、前記複数の位置において検出された前記複数の孤立線マークの像に基づいて、前記被検光学系の波面収差を算出することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の収差計測装置。
8. 前記照明系は、コヒーレンスファクターが０．３以下の照明条件で、前記複数の孤立線マークを照明することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の収差計測装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の収差計測装置を備え、
   前記被検光学系の物体面またはその近傍に設置された所定のパターンを、前記被検光学系の像面またはその近傍に設置された感光性基板に露光することを特徴とする露光装置。
10. 請求項９に記載の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
    前記露光工程を経た前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法。
11. 被検光学系の波面収差を計測する収差計測方法において、
    復調可能な乱数列にしたがって配列された複数の孤立線マークを準備する準備工程と、
    前記被検光学系により形成された前記複数の孤立線マークの像を検出する検出工程と、
    前記複数の孤立線マークの像に基づいて前記被検光学系の波面収差を算出する算出工程とを含むことを特徴とする収差計測方法。

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