JP2007335493A - 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】光学系の光学性能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】被検光学系の物体面側に配置された短手方向の幅が被検光学系の回折限界以下である物体面側スリットを含む物体面側測定パターンと、被検光学系の像面側に配置された短手方向の幅が被検光学系の回折限界以下である第１の像面側スリット及び短手方向の幅が被検光学系の回折限界よりも大きい第２の像面側スリットを含む像面側測定パターンとを用いて、被検光学系の波面収差を測定する測定方法であって、第１の像面側スリットからの光と第２の像面側スリットからの光とを干渉させることにより形成される干渉パターンから得られる被検光学系の波面収差から、物体面側スリットから生成される物体面側参照波面及び第１の像面側スリットから生成される像面側参照波面に含まれる参照波面誤差を除去するステップを有することを特徴とする測定方法を提供する。
【選択図】図４

Description

本発明は、一般には、測定方法及び装置に係り、特に、レチクル（マスク）上のパターンを被処理体に投影する投影光学系などの被検光学系の波面収差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を製造する際に、投影露光装置が従来から使用されている。投影露光装置は、レチクル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。

投影露光装置は、レチクル上のパターンを所定の倍率（縮小率）で正確にウェハに転写することが要求されるため、収差を極限に抑えた（即ち、結像性能に優れた）投影光学系を用いることが重要である。特に、近年の半導体素子の急速な微細化に伴い、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、投影光学系を露光装置に搭載した状態で、投影光学系の光学性能（例えば、波面収差）を高精度に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。

光学系の波面収差を測定する測定装置として、フィゾー干渉計やトワイマン−グリーン干渉計などの干渉計が従来から知られており、かかる干渉計を搭載した露光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。但し、フィゾー干渉計やトワイマン−グリーン干渉計などの従来の干渉計は、システム全体の構成が複雑であるために大型化及び高コスト化の問題を有し、実際に露光装置に搭載することが非常に困難である。そこで、点回折干渉計（ＰＤＩ）（例えば、特許文献２参照）や線回折干渉計（ＬＤＩ）（例えば、特許文献３参照）などの比較的簡易な構成の干渉計を露光装置に搭載することが考えられている。
特開２０００−２７７４１２号公報 特開２０００−９７６６６号公報 特開２００４−２７３７４８号公報

しかしながら、従来の干渉計（測定装置）は、投影光学系の波面収差を高精度に測定することができなかった。例えば、ＬＤＩは、スリット長手方向に対して垂直な方向の相対関係が正しい投影光学系の一次波面を２つの測定方向について求め、お互いの測定方向の位相情報を用いて最終波面（投影光学系の波面収差）を測定する。一次波面を求めるための参照波面には、回折限界以下の微小開口スリットで生成される波面であるスリット回折波面を使用する。従って、スリット回折波面が理想的な参照波面ではなかった（即ち、参照波面が誤差を含む）場合、理想的な参照波面との差は測定される光学系の波面誤差となるため、ＬＤＩによる波面測定における誤差要因となる。

そこで、本発明は、光学系の光学性能（波面収差など）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、被検光学系の物体面側に配置された短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界以下である物体面側スリットを含む物体面側測定パターンと、前記被検光学系の像面側に配置された短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界以下である第１の像面側スリット及び短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界よりも大きい第２の像面側スリットを含む像面側測定パターンとを用いて、前記被検光学系の波面収差を測定する測定方法であって、前記第１の像面側スリットからの光と前記第２の像面側スリットからの光とを干渉させることにより形成される干渉パターンから得られる前記被検光学系の波面収差から、前記物体面側スリットから生成される物体面側参照波面及び前記第１の像面側スリットから生成される像面側参照波面に含まれる参照波面誤差を除去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、被検光学系の物体面側に配置された短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界以下である物体面側スリットを含む物体面側測定パターンと、前記被検光学系の像面側に配置された短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界以下である第１の像面側スリット及び短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界よりも大きい第２の像面側スリットを含む像面側測定パターンとを用いて、前記被検光学系の波面収差を測定する測定方法であって、前記第１の像面側スリットからの光と前記第２の像面側スリットからの光とを干渉させることにより形成される干渉パターンから前記第１の像面側スリット及び前記第２の像面側スリットの長手方向に対して垂直な方向の相対関係が等しい前記被検光学系の一次波面を取得するステップと、前記取得ステップで取得した前記一次波面から前記物体面側スリットから生成される物体面側参照波面及び前記第１の像面側スリットから生成される像面側参照波面を減算するステップと、前記減算ステップで前記前記物体面側参照波面及び前記像面側参照波面が減算された一次波面に基づいて、前記被検光学系の波面収差を算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、被検光学系の物体面側に配置された短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界以下である物体面側スリットを含む物体面側測定パターンと、前記被検光学系の像面側に配置された短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界以下である第１の像面側スリット及び短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界よりも大きい第２の像面側スリットを含む像面側測定パターンとを用いて、前記被検光学系の波面収差を測定する測定方法であって、前記第１の像面側スリットからの光と前記第２の像面側スリットからの光とを干渉させることにより形成される干渉パターンから前記第１の像面側スリット及び前記第２の像面側スリットの長手方向に対して垂直な方向の相対関係が等しい前記被検光学系の一次波面を取得するステップと、前記取得ステップで取得した前記一次波面に基づいて、前記被検光学系の波面収差を算出するステップと、前記物体面側スリットから生成される物体面側参照波面と前記第１の像面側スリットから生成される像面側参照波面とを合成して合成波面を生成するステップと、前記算出ステップで算出された前記被検光学系の波面収差から前記生成ステップで生成された前記合成波面を減算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装置は、被検光学系の波面収差を測定する測定装置であって、前記被検光学系の物体面側に配置された短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界以下である物体面側スリットを含む物体面側測定パターンと、前記被検光学系の像面側に配置された短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界以下である第１の像面側スリット及び短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界よりも大きい第２の像面側スリットを含む像面側測定パターンと、前記第１の像面側スリット及び第２の像面側スリットからの透過光又は反射光によって形成される干渉縞を検出する検出手段と、前記物体面側スリットから生成される物体面側参照波面及び前記第１の像面側スリットから生成される像面側参照波面を取得する取得手段とを有し、前記検出手段が検出した干渉縞、前記取得手段が取得した前記物体面側参照波面及び前記像面側参照波面に基づいて、前記被検光学系の波面収差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露光装置は、光源からの光を用いて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、前記パターンを前記被処理体に投影する投影光学系と、前記光を利用して前記投影光学系の波面収差を測定する測定装置とを有し、前記測定装置は、前記投影光学系のレチクル側に配置された短手方向の幅が前記投影光学系の回折限界以下である物体面側スリットを含む物体面側測定パターンと、前記投影光学系の被処理体側に配置された短手方向の幅が前記投影光学系の回折限界以下である第１の像面側スリット及び短手方向の幅が前記投影光学系の回折限界よりも大きい第２の像面側スリットを含む像面側測定パターンと、前記第１の像面側スリット及び第２の像面側スリットからの透過光又は反射光によって形成される干渉縞を検出する検出手段とを有し、前記検出手段が検出した干渉縞、前記物体面側スリットから生成される物体面側参照波面及び前記第１の像面側スリットから生成される像面側参照波面に基づいて、前記被検光学系の波面収差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。デバイス製造方法の請求項は、中間及び最終結果物であるデバイス自体にもその効力が及ぶ。また、かかるデバイスは、ＬＳＩやＶＬＳＩなどの半導体チップ、ＣＣＤ、ＬＣＤ、磁気センサー、薄膜磁気ヘッドなどを含む。

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、光学系の光学性能（波面収差など）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、本発明の好ましい実施例について説明する。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。

まず、図８を参照して、ＬＤＩによる波面測定の原理を説明する。ＬＤＩによる波面測定では、被検光学系ＴＯＳの物体面側に、２つの平行なスリット（スリット１１２及び１１４）を近接して配置した物体面側測定マーク１１０を配置する。

物体面側測定マーク１１０のうち少なくとも１つのスリット、本実施形態では、スリット（スリット状の照明領域）１１２の短手方向の幅（スリット幅）は、被検光学系ＴＯＳの物体面側の回折限界以下（解像力以下）にする。なお、スリット１１２のスリット幅ｄは、図９（ａ）に示すように、被検光学系ＴＯＳの物体面側の開口数をｎａ、波長をλとしたとき、ｄ≦０．５×λ／ｎａを満足することが望ましい。ここで、図９（ａ）は、物体面側測定マーク１１０を示す概略平面図である。

一方、スリット１１４は、スリット１１２と同じスリット幅のスリットとしてもよいし、スリット１１２よりも広いスリット幅のスリットとしてもよい。なお、スリット１１２及びスリット１１４の長手方向の幅は、被検光学系ＴＯＳの収差が同一とみなせる、所謂、アイソプラナティック領域よりも狭くなるようにする。また、スリット１１２とスリット１１４との間隔もアイソプラナティック領域よりも狭くなるように近接して配置する。

照明光学系ＩＯＳからの光を用いてスリット１１２及び１１４（物体側測定マーク１１０）を照明すると、スリット１１２から射出される光は、スリット１１２の短手方向に関して、無収差な波面となる。一方、スリット１１４から射出される光は、スリット１１４のスリット幅がスリット１１２のスリット幅よりも広い場合、照明光学系ＩＯＳの収差の影響を含んだ波面となる。

スリット１１２及びスリット１１４から射出された光は、被検光学系ＴＯＳを通過することで、被検光学系ＴＯＳの収差の影響を波面に受け、被検光学系ＴＯＳの像面にスリット１１２及び１１４の像を形成する。

被検光学系ＴＯＳの像面側には、具体的には、スリット１１２の像の位置にスリット１２２を、スリット１１４の像の位置にスリット１２４を有する像面側測定マーク１２０が配置されている。

スリット１２４の短手方向の幅（スリット幅）は、被検光学系ＴＯＳの像面側の解像力以下にする。なお、スリット１２４のスリット幅Ｄは、図９（ｂ）に示すように、被検光学系ＴＯＳの像面側の開口数をＮＡ、波長をλとしたとき、Ｄ≦０．５×λ／ＮＡを満足することが望ましい。ここで、図９（ｂ）は、像面側測定マーク１２０を示す概略平面図である。

スリット１２４上に結像した光は、被検光学系ＴＯＳの収差の影響（及びスリット１１４のスリット幅によっては照明光学系ＩＯＳの収差の影響）を受けた波面の光となっている。但し、スリット１２４を通過することによって、スリット１２４の短手方向に関して、無収差な波面となる。

一方、スリット１２２の短手方向の幅（スリット幅）は、被検光学系ＴＯＳの回折限界よりも充分大きく、望ましくは、波長の１０乃至１００倍程度にする。スリット１２２上に結像した光は、スリット１２２の短手方向に関して、被検光学系ＴＯＳの収差の影響のみを受けた波面の光となっている。また、スリット１２２のスリット幅（窓部）は充分広いため、被検光学系ＴＯＳの収差の影響のみを受けた波面の光がそのまま射出される。

スリット１２２からの光とスリット１２４からの光とは干渉し、干渉パターン（干渉縞）を形成する。かかる干渉パターンをＣＣＤなどのエリア撮像素子（以下、エリアセンサ）１３０で検出することによって、スリットの長手方向に対して垂直な方向（測定方向）の相対関係が正しい被検光学系ＴＯＳの波面（第１の一次波面）を得ることができる。

また、図１０に示すような物体面側測定マーク１１０Ａ及び像面側測定マーク１２０Ａを用いて、同様に、波面（第２の一次波面）を得ることができる。なお、物体面側測定マーク１１０Ａは、スリット１１２及び１１４に対して直交する方向にスリット１１２Ａ及び１１４Ａを有する。像面側測定マーク１２０Ａは、スリット１２２及び１２４に対して直交する方向にスリット１２２Ａ及び１２４Ａを有する。ここで、図１０（ａ）は、物体面側測定マーク１１０のスリットに対して直交する方向にスリットを有する物体面側測定マーク１１０Ａを示す概略平面図である。図１０（ｂ）は、像面側測定マーク１２０のスリットに対して直交する方向にスリットを有する像面側測定マーク１２０Ａを示す概略平面図である。

このようにして得られた２つの一次波面（第１の一次波面及び第２の一次波面）を用いて、即ち、互いの測定方向の位相情報から被検光学系ＴＯＳの波面を求めることができる。

図１１を参照して、２つの一次波面から被検光学系の波面情報を算出する方法を説明する。図１１（ａ）、図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）は、それぞれ第１の一次波面、第２の一次波面及び被検光学系ＴＯＳの波面を示している。図１１（ａ）は、Ｙ軸に平行な線上の位相の相対関係が図１１（ｃ）における同一線上の位相の相対関係と等しく、図１１（ｂ）は、Ｘ軸に平行な線上の位相の相対関係が図１１（ｃ）における同一線上の位相の相対関係と等しくなっている。かかる相対関係から、図１１（ｃ）に示す被検光学系ＴＯＳの波面上の任意の点Ｇ（ｘ、ｙ）の位相は、図中矢印に沿った位相変化量Ｅ（０、ｙ）−Ｅ（０、０）及びＦ（ｘ、ｙ）−Ｆ（０、ｙ）として求められ、以下の数式１で表される。

このように、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示す２つの一次波面から、図１１（ｃ）に示す被検光学系ＴＯＳの波面を得ることができる。

しかしながら、このようにして得られた被検光学系ＴＯＳの波面は、上述したように、スリットで生成されるスリット回折波面が理想的な参照波面ではなかった場合、測定誤差を含んでいる。

そこで、本発明の測定方法及び装置は、参照波面となるスリット回折波面の誤差に起因する測定誤差の影響を低減する。

以下、本発明の測定方法及び装置、かかる測定方法及び装置を適用した露光装置について説明する。図１は、本発明の一側面としての露光装置２００の構成を示す概略断面図である。

露光装置２００は、レチクルＲＴの回路パターンを被処理体ＷＦに露光する投影露光装置である。露光装置２００は、本実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置であるが、ステップ・アンド・リピート方式を適用することもできる。

露光装置２００は、図１に示すように、照明装置２１０と、レチクルＲＴを載置するウェハステージ２２０と、投影光学系２３０と、被処理体ＷＦを載置するウェハステージ２４０と、測定装置３００とを有する。

照明装置２１０は、転写用の回路パターンが形成されたレチクルＲＴを照明し、図示しない光源部と、図示しない照明光学系とを有する。また、照明装置２１０は、後述する物体面側測定マーク３１０を照明する。

光源部は、例えば、光源として、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。但し、光源部の種類は、エキシマレーザーに限定されず、例えば、波長約１５７ｎｍのＦ_２レーザーを使用してもよいし、そのレーザーの個数も限定されない。

照明光学系は、レチクルＲＴや物体面側測定マーク３１０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、絞り等を含む。照明光学系は、例えば、コンデンサーレンズ、オプティカルインテグレーター、開口絞り、コンデンサーレンズ、スリット、結像光学系の順で配置される。

レチクルＲＴ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が形成され、レチクルステージ２２０に支持される。レチクルＲＴのパターンは、投影光学系２３０を介して、被処理体ＷＦ上に投影される。レチクルＲＴと被処理体ＷＦとは、光学的に共役の関係に配置される。露光装置２００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ＲＴを被処理体ＷＦを縮小倍率比の速度比で走査することにより、レチクルＲＴのパターンを被処理体ＷＦ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２００の場合、レチクルＲＴと被処理体ＷＦとを静止させた状態で露光を行う。

レチクルステージ２２０は、レチクルＲＴ及び物体面側測定マーク３１０を支持し、図示しない移動機構に接続されている。レチクルステージ２２０は、当業界周知のいかなる構成をも適用することができる。図示しない移動機構は、例えば、リニアモーターなどで構成され、ＸＹ方向にレチクルステージ２２０を移動させることでレチクルＲＴを移動することができる。

投影光学系２３０は、レチクルＲＴのパターンを被処理体ＷＦ上に結像する。投影光学系２３０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少なくとも一枚の反射ミラーとを有する反射屈折光学系などを使用することができる。

被処理体ＷＦは、本実施形態では、ウェハであるが、ガラスプレート、その他の被処理体を広く含む。被処理体ＷＦには、フォトレジストが塗布されている。

ウェハステージ２４０は、被処理体ＷＦ及び像面側測定マーク３２０を支持する。ウェハステージ２４０は、当業界周知のいかなる構成をも適用することができる。

測定装置３００は、被検光学系としての投影光学系２３０の波面（波面収差）を測定する干渉計であり、上述した線回折干渉計（ＬＤＩ）の測定原理を利用する。測定装置３００は、物体面側測定マーク３１０と、像面側測定マーク３２０と、エリアセンサ３３０とを有する。なお、測定装置３００は、物体面側測定マーク３１０を照明する光として、照明装置２１０から射出される露光光を利用する。

図２は、レチクルステージ２２０に配置された物体面側測定マーク３１０を示す概略平面図である。図３は、ウェハステージ２４０に配置された像面側測定マーク３２０を示す概略平面図である。物体面側測定マーク３１０及び像面側測定マーク３２０は、図１乃至図３に示す投影光学系２３０の座標系上のＸＹ平面において、Ｘ軸とのなす角が０度及び９０度の測定方向の一次波面を測定するためのパターン群である。

物体面側測定マーク３１０は、０度の測定方向を測定するためのスリット３１２及び３１４と、９０度の測定方向（０度の測定方向に直交する測定方向）を測定するためのスリット３１２Ａ及び３１４Ａと、サンプルスリット３１６及び３１６Ａとを有する。物体面側測定マーク３１０は、例えば、投影光学系２３０の第１の一次波面を測定する際には、スリット３１２及び３１４を使用し、投影光学系２３０の第２の一次波面を測定する際には、スリット３１２Ａ及び３１４Ａを使用する。

スリット３１２の短手方向の幅（スリット幅）は、投影光学系３３０のレチクル側の開口数をｎａ、照明装置２１０からの光（露光光）の波長をλとしたとき、０．５×λ／ｎａ程度である。また、スリット３１４は、スリット３１２のスリット幅よりも広いスリット幅を有する。スリット３１２Ａ及び３１４Ａは、スリット３１２及び３１４に対して直交する方向に形成される。なお、スリット３１２Ａ及び３１４Ａは、スリット３１２及び３１４と同様なスリット幅を有する。

サンプルスリット３１６及び３１６Ａは、スリット３１２及び３１２Ａの形状と同一な形状を有し、後述するように、スリット３１２及び３１２Ａで生成される回折波面を測定する際に使用される。

像面側測定マーク３２０は、物体面側測定マーク３１０に対応して、スリット３２２及び３２４と、スリット３２２Ａ及び３２４Ａとを有する。更に、像面測定マーク３２０は、サンプルスリット３２６及び３２６Ａとを有する。像面側測定マーク３２０は、例えば、投影光学系２３０の第１の一次波面を測定する際には、スリット３２２及び３２４を使用し、投影光学系２３０の第２の一次波面を測定する際には、スリット３２２Ａ及び３２４Ａを使用する。

スリット３２２は、投影光学系２３０の回折限界よりも大きな短手方向の幅（スリット幅）を有する。また、スリット３２４のスリット幅は、投影光学系２３０の被処理体側の開口数をＮＡ、照明装置２１０からの光（露光光）の波長をλとしたとき、０．５×λ／ＮＡ程度である。スリット３２２Ａ及び３２４Ａは、スリット３２２及び３２４に対して直交する方向に形成される。なお、スリット３２２Ａ及び３２４Ａは、スリット３２２及び３２４と同様なスリット幅を有する。

サンプルスリット３２６及び３２６Ａは、スリット３２２及び３２２Ａの形状と同一な形状を有し、後述するように、スリット３２２及び３２２Ａで生成される回折波面を測定する際に使用される。

エリアセンサ３３０は、像面側測定マーク３２０の直下に配置され、スリット３２２及び３２４やスリット３２２Ａ及び３２４Ａを透過した２つの透過光が形成する干渉パターンを検出する。なお、本実施例では透過型のスリットを用いたが、反射型のスリットを用いれば、エリアセンサ３３０は、スリット３２２及び３２４やスリット３２２Ａ及び３２４Ａで反射した２つの反射光が形成する干渉パターンを検出することになる。

ここで、図４を参照して、測定装置３００を用いた投影光学系２３０の波面収差の測定方法について説明する。図４は、本発明の一側面としての測定方法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２３０の第１の一次波面を測定する際に使用する物体面側測定マーク３１０のスリット３１２の回折波面（物体面側参照波面）Ｗｒｏ１及び像面側測定マーク３２０のスリット３２４の回折波面（像面側参照波面）Ｗｒｉ１を取得する（ステップ１００２）。回折波面Ｗｒｏ１及びＷｒｉ１は、例えば、露光装置２００に構成された又は露光装置２００とは別に構成された点回折干渉計（ＰＤＩ）等の波面測定装置を用いて測定することによって取得する。ここで、回折波面Ｗｒｏ１と回折波面Ｗｒｉ１との和を第１の回折波面Ｗｒ１（＝Ｗｒｏ１＋Ｗｒｉ１）とする。

図５は、露光装置２００とは別に構成された点回折干渉計４００の構成を示す図である。なお、図５（ａ）は、点回折干渉計４００の全体の構成の概略断面図であり、図５（ｂ）は、点回折干渉計４００が有するパターン４３０の概略平面図である。点回折干渉計４００は、スリット３１２の回折波面Ｗｒｏ１やスリット３２４の回折波面Ｗｒｉ１を測定する。具体的には、空間コヒーレンスのよい光源４１０からの光をコリメートレンズ４２０で平行光に変換し、図５（ａ）に示すように、参照波面を生成するピンホール４３２と被検波面となるスリット４３４とを有するパターン４３０に照射する。スリット４３４は、物体面側測定マーク３１０のスリット３１２や像面側測定マーク３２０のスリット３２４の形状と同一な形状を有する。ピンホール４３２及びスリット４３４を射出した２光束は干渉パターンを形成し、かかる干渉パターンをエリアセンサ４４０で撮像する。これにより、スリット３１２の回折波面Ｗｒｏ１やスリット３２４の回折波面Ｗｒｉ１を測定することができる。

図６は、点回折干渉計を構成した露光装置２００の構成を示す図である。なお、図６（ａ）は、露光装置２００の全体の構成を示す概略断面図であり、図６（ｂ）は、物体面側測定パターン３１０及び像面側測定パターン３２０の概略平面図である。点回折干渉計は、線回折干渉計の構成と類似しているため、露光装置２００と一体的に構成することが容易であり、基本的には、線回折干渉計において物体面側及び像面側の測定パターンを変更するだけで構成することができる。具体的には、図６（ｂ）に示すように、物体面側測定パターン３１０及び像面側測定パターン３２０にピンホールＰＨを形成すればよい。

点回折干渉計は、線回折干渉計と比較して、１００倍乃至１０００倍の光量を必要とするため、測定時間が長時間になるという問題がある。但し、本実施例のようにオフセット誤差（参照波面誤差）を求めるための測定は、通常の測定に比べて頻度が低いため、長時間の測定を行いやすい。従って、線回折干渉計を用いた測定が有効となる。

なお、照明装置２１０の空間コヒーレンスが悪い場合には、物体面側測定マーク３１０の前段にグレーティング３４０を配置し、任意次数の回折光を物体面側測定パターン３１０の開口部に照明してもよい。また、図５及び図６に示す構成は一例であり、点回折干渉計の構成を図５及び図６に示す構成に限定されるものではない。

また、回折波面Ｗｒｏ１及びＷｒｉ１は、物体面側測定マーク３１０のスリット３１２の形状及び像面側測定マーク３２０のスリット３２４の形状、物体面側測定マーク３１０及び像面側測定マーク３２０を構成する部材の物性値から求めることもできる。例えば、スリット３１２及び３２４の形状、物体面側測定マーク３１０や像面側測定マーク３２０を構成する部材の物性値を電子走査顕微鏡、原子間力顕微鏡、偏光解析法によって測定し、電磁場解析法等で回折波面Ｗｒｏ１及びＷｒｉ１を算出すればよい。勿論、スリット３１２及び３２４の形状、物体面側測定マーク３１０や像面側測定マーク３２０を構成する部材の物性値は、設計値を用いてもよい。

次に、投影光学系２２０の第２の一次波面を測定する際に使用する物体面側測定マーク３１０のスリット３１２Ａの回折波面Ｗｒｏ２及び像面側測定マーク３２０のスリット３２４Ａの回折波面Ｗｒｉ２を求める（ステップ１００４）。
回折波面Ｗｒｏ２及びＷｒｉ２は、上述したように、露光装置２００に構成された又は露光装置２００とは別に構成された点回折干渉計（ＰＤＩ）等の波面測定装置を用いて測定する。勿論、スリット３１２Ａ及び３２４Ａの形状や物体面側測定マーク３１０及び像面側測定マーク３２０を構成する部材の物性値の測定値や設計値に基づいて回折波面Ｗｒｏ２及びＷｒｉ２を算出してもよい。ここで、回折波面Ｗｒｏ２と回折波面Ｗｒｉ２との和を第２の回折波面Ｗｒ２（＝Ｗｒｏ２＋Ｗｒｉ２）とする。

また、ステップ１００２及び１００４は、本実施形態では、スリット３１２及び３２４、スリット３１２Ａ及び３２４Ａを測定対象としている。但し、スリット３１２及び３２４、スリット３１２Ａ及び３２４Ａと同一形状で別の位置に形成されたサンプルスリット３１６及び３１６Ａ、サンプルスリット３２６及び３２６Ａを測定対象としてもよい。投影光学系２３０の波面収差の測定に使用するスリット３１２及び３２４、スリット３１２Ａ及び３２４Ａの測定が困難である場合には、サンプルスリット３１６及び３１６Ａ、サンプルスリット３２６及び３２６Ａを対称とした測定が有効である。また、スリット３１２及び３２４、スリット３１２Ａ及び３２４Ａとサンプルスリット３１６及び３１６Ａ、サンプルスリット３２６及び３２６Ａとの製造誤差（形状誤差）が小さい場合にも、サンプルスリットを対称とした測定が有効である。

次に、投影光学系２３０の第１の一次波面を測定する（ステップ１００６）。照明装置２１０は、レチクルステージ２２０に配置された物体面側測定マーク３１０のスリット３１２及び３１４を照明する。スリット３１２及び３１４の像は、投影光学系２３０を介して、ウェハステージ２４０に配置された像面側測定マーク３２０のスリット３２２及び３２４上に結像される。スリット３２２及び３２４を透過した２光束が干渉することによって干渉パターンが形成され、かかる干渉パターンはウェハステージ２４０に設置したエリアセンサ３３０で撮像される。これにより、投影光学系２３０の第１の一次波面を得ることができる。

次に、投影光学系２３０の第２の一次波面を測定する（ステップ１００８）。例えば、レチクルステージ２２０を移動させる又は照明装置２１０の照明領域を変更し、スリット３１２及び３１４に直交するスリット３１２Ａ及び３１４Ａを照明し、ステップ１００６と同様にして、投影光学系２３０の第２の一次波面を得る。なお、照明装置２１０の照明領域を変更してスリット３１２Ａ及び３１４Ａを照明する場合には、スリット３１２Ａ及び３１４Ａをアイソプラナティック領域内に配置する。

また、測定用パターンが描画されている透明基板による球面収差の発生を避けるために、物体面側測定マーク３１０及び像面側測定マーク３２０は、透明基板のＰＯ側に描画する。また、照明装置２１０の空間コヒーレンスが悪い場合は、物体面側測定マーク３１０の上側にグレーティング３４０を配置し、任意次数の回折光を物体面側測定パターン３１０の開口部（スリット）に照明してもよい。

次に、ステップ１００６で得られた第１の一次波面Ｗ１１からステップ１００２で得られた第１の回折波面Ｗｒ１（＝Ｗｒｏ１＋Ｗｒｉ１）を減算する（ステップ１０１０）。これにより、第１の回折波面Ｗｒ１の誤差を除去した第１の一次波面Ｗ１１ｔ（＝Ｗ１１−Ｗｒ１）が得られる。

同様に、ステップ１００８で得られた第２の一次波面Ｗ１２からステップ１００４で得られた第２の回折波面Ｗｒ２（＝Ｗｒｏ２＋Ｗｒｉ２）を減算する（ステップ１０１２）。これにより、第２の回折波面Ｗｒ２の誤差を除去した第２の一次波面Ｗ１２ｔ（＝Ｗ１２−Ｗｒ２）が得られる。

そして、ステップ１０１０で得られた第１の一次波面Ｗ１１ｔ及びステップ１０１２で得られた第２の一次波面Ｗ１２ｔに基づいて、投影光学系２３０の波面（波面収差）を算出する（ステップ１０１４）。ステップ１０１４で算出される投影光学系２３０の波面収差は、スリット３１２及び３１２Ａやスリット３２４及び３２４Ａから生成される回折波面（参照波面）の誤差が除去されている。このように、本実施形態の測定装置及び方法は、スリット３１２及び３１２Ａやスリット３２４及び３２４Ａに起因する測定誤差の影響を低減し、投影光学系２３０の波面収差を高精度に測定することができる。なお、図４に示す測定方法の流れは一例であり、図４に示す測定方法の流れに限定されるものではない。

図７を参照して、測定装置３００を用いた投影光学系２３０の波面収差の別の測定方法について説明する。図７は、本発明の一側面としての測定方法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２３０の第１の一次波面を測定する際に使用するスリット３１２の回折波面Ｗｒｏ１及びスリット３２４の回折波面Ｗｒｉ１（第１の回折波面Ｗｒ１）を求める（ステップ１００２）。同様に、投影光学系２３０の第２の一次波面を測定する際に使用するスリット３１２Ａの回折波面Ｗｒｏ１及びスリット３２４Ａの回折波面Ｗｒｉ１（第２の回折波面Ｗｒ２）を求める（ステップ１００４）。

次に、ステップ１００２で得られた第１の回折波面Ｗｒ１（＝Ｗｒｏ１＋Ｗｒｉ１）とステップ１００４で得られた第２の回折波面Ｗｒ２（＝Ｗｒｏ２＋Ｗｒｉ２）を合成して合成波面を生成する（ステップ１００５）。これにより、測定装置３００における参照波面Ｗｒが得られる。

次に、投影光学系２３０の第１の一次波面Ｗ１１を測定する（ステップ１００６）。更に、レチクルステージ２２０を移動させる又は照明装置２１０の照明領域を変更し、投影光学系２３０の第２の一次波面Ｗ１２を測定する（ステップ１００８）。

次に、ステップ１００６で得られた第１の一次波面Ｗ１１とステップ１００８で得られた第２の一次波面Ｗ１２とを合成する（ステップ１０１２）。これにより、スリット３１２及び３２４やスリット３１２Ａ及び３２４Ａから生成される回折波面（参照波面）の誤差を含んだ投影光学系２３０の波面Ｗｔｒが得られる。換言すれば、投影光学系２３０の波面Ｗｔｒは、従来の測定装置で得られる波面である。

そして、ステップ１０１６で得られた投影光学系２３０の波面Ｗｔｒからステップ１０１５で得られた参照波面Ｗｒを減算する（ステップ１０１８）。これにより、スリット３１２及び３１２Ａやスリット３２４及び３２４Ａから生成される回折波面（即ち、参照波面Ｗｒ）の誤差を除去した投影光学系２３０の波面Ｗｔ（＝Ｗｔｒ−Ｗｒ）を得ることができる。このように、本実施形態の測定装置及び方法は、スリット３１２及び３１２Ａやスリット３２４及び３２４Ａに起因する測定誤差の影響を低減し、投影光学系２３０の波面収差を高精度に測定することができる。なお、図７に示す測定方法の流れは一例であり、図７に示す測定方法の流れに限定されるものではない。

また、投影光学系２３０は図示しない補正光学系を有しており、測定された波面収差を投影光学系２３０にフィードバックすることによって、投影光学系２３０の収差を補正することができる。補正光学系は、例えば、図示しない複数の光学素子が光軸方向及び／又は光軸に対して直交する方向に移動可能に構成され、本実施形態の測定装置及び方法により得られる収差情報に基づいて、一又は複数の光学素子を駆動する。これにより、投影光学系２３０の波面収差を補正したり、最適化したりすることができる。投影光学系２３０の収差を補正（調整）する手段は、可動レンズ以外に、可動ミラー（カタディオプトリック系やミラー系の場合）、傾斜できる平行平板、圧力制御可能な空間、アクチュエータによる面補正など様々な公知の技術を適用することができる。

露光において、照明装置２１０から発せられた光束は、レチクルＲＴを照明する。レチクルＲＴを通過してレチクルパターンを反映する光束は、投影光学系２３０を介して、被処理体ＷＦに結像される。露光装置２００が使用する投影光学系２３０は、上述したように波面収差が最適に補正されており、優れた結像性能（高解像力）を有する。従って、露光装置２００は、高いスループットで経済性よく高品位なデバイス（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。また、露光装置２００は、投影光学系２３０の波面収差を測定する測定装置３００の構成が簡易であるため、装置の大型化及び高コスト化を防止することができる。

次に、図１２及び図１３を参照して、上述の露光装置２００を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図１２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（レチクル製作）では、設計した回路パターンを形成したレチクルを製作する。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、レチクル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１３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２００によってレチクル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２００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。例えば、本実施形態では、露光装置に搭載された投影光学系を被検光学系としているが、被検光学系は露光装置の投影光学系に限定されるものではなく、それ以外の結像関係を有する光学系であってもよい。

本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略断面図である。 図１に示すレチクルステージに配置された物体面側測定マークを示す概略平面図である。 図１に示すウェハステージに配置された像面側測定マークを示す概略平面図である。 本発明の一側面としての測定方法を説明するためのフローチャートである。 図１に示す露光装置とは別に構成された点回折干渉計の構成を示す図であって、図５（ａ）は、点回折干渉計の全体の構成の概略断面図であり、図５（ｂ）は、点回折干渉計が有するパターンの概略平面図である。 点回折干渉計を構成した露光装置の構成を示す図であって、図６（ａ）は、露光装置の全体の構成を示す概略断面図であり、図６（ｂ）は、物体面側測定パターン及び像面側測定パターンの概略平面図である。 本発明の一側面としての測定方法を説明するためのフローチャートである。 ＬＤＩによる波面測定の原理を説明するための図である。 図９（ａ）は、図８に示す物体面側測定マークを示す概略平面図であり、図９（ｂ）は、図８に示す像面側測定マークを示す概略平面図である。 図１０（ａ）及び（ｂ）は、図９（ａ）及び（ｂ）に示す物体面側測定マーク及び像面側測定マークのスリットに直交する方向にスリットを有する物体面側測定マーク及び像面側測定マークを示す概略平面図である。 ２つの一次波面から被検光学系での波面情報を算出する方法を説明するための図であって、図１１（ａ）、図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）は、それぞれ第１の一次波面、第２の一次波面及び被検光学系の波面を示している。 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

２００ 露光装置
２１０ 照明装置
２２０ レチクルステージ
２３０ 投影光学系
２４０ ウェハステージ
３００ 測定装置
３１０ 物体面側測定マーク
３１２、３１４、３１２Ａ及び３１４Ａ スリット
３１６及び３１６Ａ サンプルスリット
３２０ 像面側測定マーク
３２２、３２４、３２２Ａ及び３２４Ａ スリット
３２６及び３２６Ａ サンプルスリット
３３０ エリアセンサ
３４０ グレーティング
４００ 点回折干渉計
４１０ 光源
４２０ コリメートレンズ
４３２ ピンホール
４３４ スリット
ＰＨ ピンホール
ＲＴ レチクル
ＷＦ 被処理体

Claims (10)

1. 被検光学系の物体面側に配置された短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界以下である物体面側スリットを含む物体面側測定パターンと、前記被検光学系の像面側に配置された短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界以下である第１の像面側スリット及び短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界よりも大きい第２の像面側スリットを含む像面側測定パターンとを用いて、前記被検光学系の波面収差を測定する測定方法であって、
   前記第１の像面側スリットからの光と前記第２の像面側スリットからの光とを干渉させることにより形成される干渉パターンから得られる前記被検光学系の波面収差から、前記物体面側スリットから生成される物体面側参照波面及び前記第１の像面側スリットから生成される像面側参照波面に含まれる参照波面誤差を除去するステップを有することを特徴とする測定方法。
2. 被検光学系の物体面側に配置された短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界以下である物体面側スリットを含む物体面側測定パターンと、前記被検光学系の像面側に配置された短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界以下である第１の像面側スリット及び短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界よりも大きい第２の像面側スリットを含む像面側測定パターンとを用いて、前記被検光学系の波面収差を測定する測定方法であって、
   前記第１の像面側スリットからの光と前記第２の像面側スリットからの光とを干渉させることにより形成される干渉パターンから前記第１の像面側スリット及び前記第２の像面側スリットの長手方向に対して垂直な方向の相対関係が等しい前記被検光学系の一次波面を取得するステップと、
   前記取得ステップで取得した前記一次波面から前記物体面側スリットから生成される物体面側参照波面及び前記第１の像面側スリットから生成される像面側参照波面を減算するステップと、
   前記減算ステップで前記前記物体面側参照波面及び前記像面側参照波面が減算された一次波面に基づいて、前記被検光学系の波面収差を算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. 被検光学系の物体面側に配置された短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界以下である物体面側スリットを含む物体面側測定パターンと、前記被検光学系の像面側に配置された短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界以下である第１の像面側スリット及び短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界よりも大きい第２の像面側スリットを含む像面側測定パターンとを用いて、前記被検光学系の波面収差を測定する測定方法であって、
   前記第１の像面側スリットからの光と前記第２の像面側スリットからの光とを干渉させることにより形成される干渉パターンから前記第１の像面側スリット及び前記第２の像面側スリットの長手方向に対して垂直な方向の相対関係が等しい前記被検光学系の一次波面を取得するステップと、
   前記取得ステップで取得した前記一次波面に基づいて、前記被検光学系の波面収差を算出するステップと、
   前記物体面側スリットから生成される物体面側参照波面と前記第１の像面側スリットから生成される像面側参照波面とを合成して合成波面を生成するステップと、
   前記算出ステップで算出された前記被検光学系の波面収差から前記生成ステップで生成された前記合成波面を減算するステップとを有することを特徴とする測定方法。
4. 点回折干渉計を用いて、前記物体面側スリットから生成される物体面側参照波面及び前記第１の像面側スリットから生成される像面側参照波面を測定するステップを更に有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測定方法。
5. 前記物体面側スリット及び前記第１の像面側スリットの形状、及び、前記物体面側測定パターン及び前記像面側測定パターンを構成する部材の物性値に基づいて、前記物体面側スリットから生成される物体面側参照波面及び前記第１の像面側スリットから生成される像面側参照波面を取得するステップを更に有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測定方法。
6. 前記物体面側スリット及び前記第１の像面側スリットと同一形状のサンプルスリットを用いて、前記物体面側スリットから生成される物体面側参照波面及び前記第１の像面側スリットから生成される像面側参照波面を取得するステップを更に有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測定方法。
7. 被検光学系の波面収差を測定する測定装置であって、
   前記被検光学系の物体面側に配置された短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界以下である物体面側スリットを含む物体面側測定パターンと、
   前記被検光学系の像面側に配置された短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界以下である第１の像面側スリット及び短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界よりも大きい第２の像面側スリットを含む像面側測定パターンと、
   前記第１の像面側スリット及び第２の像面側スリットからの透過光又は反射光によって形成される干渉縞を検出する検出手段と、
   前記物体面側スリットから生成される物体面側参照波面及び前記第１の像面側スリットから生成される像面側参照波面を取得する取得手段とを有し、
   前記検出手段が検出した干渉縞、前記取得手段が取得した前記物体面側参照波面及び前記像面側参照波面に基づいて、前記被検光学系の波面収差を測定することを特徴とする測定装置。
8. 前記物体面側測定パターンは、前記物体面側参照波面を測定するための前記物体面側スリットと同一形状のサンプルスリットを有し、
   前記像面側測定パターンは、前記像面側参照波面を測定するための前記第１の像面側スリットと同一形状のサンプルスリットを有することを特徴とする請求項７記載の測定装置。
9. 光源からの光を用いて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、
   前記パターンを前記被処理体に投影する投影光学系と、
   前記光を利用して前記投影光学系の波面収差を測定する測定装置とを有し、
   前記測定装置は、
   前記投影光学系のレチクル側に配置された短手方向の幅が前記投影光学系の回折限界以下である物体面側スリットを含む物体面側測定パターンと、
   前記投影光学系の被処理体側に配置された短手方向の幅が前記投影光学系の回折限界以下である第１の像面側スリット及び短手方向の幅が前記投影光学系の回折限界よりも大きい第２の像面側スリットを含む像面側測定パターンと、
   前記第１の像面側スリット及び第２の像面側スリットからの透過光又は反射光によって形成される干渉縞を検出する検出手段とを有し、
   前記検出手段が検出した干渉縞、前記物体面側スリットから生成される物体面側参照波面及び前記第１の像面側スリットから生成される像面側参照波面に基づいて、前記被検光学系の波面収差を測定することを特徴とする露光装置。
10. 請求項９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。