JP2008108852A - 投影露光装置、光学部品及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】投影露光装置において投影光学系の特性を高精度に測定する。
【解決手段】投影露光装置１００は、投影光学系ＰＬを介して原版６のパターンを基板７に投影する。投影露光装置１００は、原版６を保持する原版ステージ５と、基板７を保持する基板ステージ８と、測定ユニットとを備える。測定ユニットは、参照光を形成するフィゾー面を含む光学系１７と、被検光を形成する反射鏡２２とを具備するフィゾー干渉計ＩＦを含む。光学系２２は、原版ステージ５に搭載される。反射鏡２２は、基板ステージ８に搭載される。
【選択図】図１

Description

本発明は、投影露光装置、それに搭載される光学部品、及び、デバイス製造方法に関する。

集積回路の高密度化に伴って、半導体製造用の投影露光装置にはレチクルに形成された回路パターンをウエハ面上に高い解像力で投影露光することが要求されている。高解像を実現するため投影露光装置の投影光学系では、高ＮＡ化、短波長化が進んでいる。光源としてＡｒＦエキシマレーザー（λ＝１９３ｎｍ）を用いたＮＡ０．８を越える投影露光装置においては、０．１μｍの解像力が実現されている。近年、ウエハと投影光学系の最終面との間の空間を屈折率が１よりも大きい液体で満たしてＮＡの増大を図ることにより露光パターンの微細化を図る液浸露光装置が提案され、さらなる解像力の向上が期待されている。

高解像力の投影光学系を製造するには、投影光学系を組み立てた後に精密な調整が必要とされる。すなわち、投影光学系の調整は、球面収差、コマ収差、ディストーションなどの光学評価を繰り返しながらレンズの間隔や偏心を調整して仕様を満足する性能に追い込んでいく作業を含む。光学性能の評価は、投影光学系を投影露光装置に搭載した後に、ウエハに塗布されたレジスト（感光剤）上にレチクルパターン像を投影して潜像を形成し、これを現像して得られたレジストパターンを観察することによって行われうる。

上述のように従来の投影露光装置では、投影光学系の性能を調整するために、レジストパターンの良否を確認する必要がある。しかしながら、レジストパターンを形成する方法では、レジストを塗布したウエハに投影露光装置によって潜像パターンを形成してこれを現像し、更に走査型電子顕微鏡によってレジストパターンを観察するという非常に煩わしい作業が必要である。

一方、投影露光装置に投影光学系を搭載した状態で投影光学系の波面収差を測定するために、フィゾー干渉計を投影露光装置に搭載することが知られている（特許文献１、２、３）。
特開２００２−０１３９０８公報 特開２００５−３３３１４９公報 特許第３７９６３６９号公報

高精度に投影光学系の波面収差を測定するためには、干渉計システム内の振動などの環境変動を数ｎｍ以下に抑える必要がある。この環境変動を抑えるためには、数ｎｍ以下の精度で位置を測定可能な測長システムと、その結果を用いて数ｎｍの精度で制御可能な駆動装置とが必要となる。一方、このような高精度で大掛かりな測定制御システムを新規に投影露光装置に搭載することは、実装面やコスト面で多大な影響がある。また、逆にこのような測定制御システムを介さずに、数ｎｍ以下に振動などの環境変動を抑えることは困難である。したがって、フィゾー干渉計を露光装置上に搭載しても高精度な波面収差測定を行うことができないという課題があった。

本発明は、上記の課題認識を契機としてなされたものであり、投影露光装置において投影光学系の特性（例えば、波面収差）を高精度に測定することを目的とする。

本発明の第１の側面は、投影光学系を介して原版のパターンを基板に投影する投影露光装置に関する。前記投影露光装置は、原版を保持する原版ステージと、基板を保持する基板ステージと、測定ユニットとを備える。前記測定ユニットは、参照光を形成するフィゾー面を含む光学系と、被検光を形成する反射鏡とを具備するフィゾー干渉計を含む。前記光学系は、前記原版ステージに搭載される。前記反射鏡は、前記基板ステージに搭載される。

本発明の第２の側面は、投影露光装置の原版ステージに搭載される光学部品に関する。前記光学部品は、第１レンズと、第２レンズとを備える。前記第１レンズは、前記原版ステージに搭載された状態において前記投影露光装置の投影光学系に対面する面を有し、前記面に反射防止コートが施されていないことによって前記面がフィゾー干渉計のフィゾー面を構成する。前記第２レンズは、前記第１レンズと同一形状を有し、かつ、前記原版ステージに搭載された状態において前記投影光学系に対面する面に反射防止コートが施されている。

本発明によれば、投影露光装置において投影光学系の特性（例えば、波面収差）を高精度に測定することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。

図１は、本発明の第１実施形態の投影露光装置の概略構成を示す図である。図１に示す投影露光装置１００は、本発明を走査型投影露光装置に適用した一例である。走査型投影露光装置とは、レチクル（原版）６とウエハ（基板）７とを投影光学系ＰＬに対して走査しながら、スリット形状に整形された露光光でウエハ７を走査露光する装置である。露光光を発生する光源は、特定の光源に限定されず、例えば、ＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザー（２４８ｎｍ）が好適である。或いは、光源としては、ｉ線光源、ＥＵＶ（Extreme Ultra Violet）光源等を使用することもできる。

以下の説明では、動作や構成を示すための方向は、図中に記載したＸＹＺ直交座標系に従う。ここでは、ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ方向及びＹ方向がウエハ７に対して平行な方向であり、Ｚ方向がウエハ７に垂直な方向である。一般的に、ＸＹ平面は水平面に平行な面であり、Ｚ方向は鉛直方向である。

露光光源（例えば、ＡｒＦエキシマレーザー）１から出射された光ビームは、ビーム整形光学系２で光軸に対して対称なビーム形状に整形される。整形された光ビームは、インコヒーレントユニット３で可干渉距離が小さくされ、照明光学系４を経てレチクルステージ（原版ステージ）５に保持されたレチクル６を照明する。レチクル６には、回路パターンが形成されていて、この回路パターンが投影光学系ＰＬを通してウエハ７上に投影される。ウエハ７は、ウエハステージ（基板ステージ）８に設けられたウエハチャック（不図示）によって保持されている。この実施形態では、レチクルステージ５は、少なくともＹ方向に往復駆動され、ウエハステージ８は、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向、及び、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸回りの６軸について駆動される。図示されていないが、投影露光装置１００は、アライメント検出系、フォーカス検出系を備える。

レチクルステージ５の位置（例えば、Ｙ方向の位置）は、レーザー干渉計３１によって測定される。ウエハステージ８の位置（例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向、及び、Ｘ、Ｙ、Ｚの各軸回りの位置）は、レーザー干渉計３２によって測定される。制御部４０は、レーザー干渉計３１、３２によってそれぞれ測定されるレチクルステージ５、ウエハステージ８の位置に基づいて、レチクルステージ５、ウエハステージ８をｎｍオーダーで同期制御する。

投影露光装置１００は、投影光学系ＰＬの波面収差を測定するためのフィゾー干渉計（測定ユニット）ＩＦを備えている。

一般的に、露光光源１がエキシマレーザーである場合、インコヒーレントユニット３を経た光ビームの可干渉距離は数十ｍｍである。これに対して、測定対象の投影光学系ＰＬの光路長は、例えば１０００ｍｍ以上である。したがって、一般には、インコヒーレントユニット３を経た光ビームを用いてフィゾー干渉計を構成することはできない。そこで、投影露光装置１００は、投影光学系ＰＬの波面収差を測定するための干渉計の光源として、露光光源１とは異なる専用の測定光源９を備えている。

測定光源９は、レーザーで構成され、露光光の中心波長と同一又はそれに極めて近い中心波長を有し、可干渉距離が数千ｍｍと長く、投影光学系ＰＬの波面収差測定を行うための十分な可干渉距離を有する光を発生する。測定光源９から出射された光ビームは、ミラー１０、集光レンズ１１、ピンホール１２を経た後にコリメーターレンズ１３によって平行ビームにされる。ピンホール１２の径は、コリメーターレンズ１３の開口数によって決まるエアリーディスクの径以下に設定される。よって、ピンホール１２から出射された光ビームは、理想的な球面波となる。コリメーターレンズ１３は、実質的に無収差に設計製作されているので、コリメーターレンズ１３から出射される平行な光ビームは、理想的な平面波となる。他の実施形態では、測定光源９から出射される光は、偏波保存ファイバーを用いてピンホール１２まで導かれうる。コリメーターレンズ１３から出射される平行な光ビームは、ハーフミラー１４、ミラー１５を介して対物レンズ１６に入射する。

対物レンズ１６は、対物レンズ前群１７と対物レンズ後群１８とを含む。対物レンズ前群１７と対物レンズ後群１８とは、互いに分離されている。対物レンズ前群１７は、レチクルステージ５に構成されている。なお、「前群」、「後群」のような「群」は、１つ以上のレンズを含む光学系を意味する。

対物レンズ前群１７を構成する１つ以上のレンズの面のうち投影光学系ＰＬ側に対面する面１７ａは、その曲率中心がレチクル６の回路パターン面が配置されるべき平面（すなわち、投影光学系ＰＬの物体面）内に位置する。この面をフィゾー面１７ａと呼ぶ。フィゾー面１７ａは、光ビームの一部を透過し、他の一部を反射するように構成されている。よって、フィゾー面１７ａに入射した光ビームは、反射光と透過光とに分けられる。フィゾー面１７ａは、投影光学系ＰＬ側に対面する面に反射防止膜コートを施さないことによって形成されうる。

フィゾー面１７ａで反射された光は、参照光として、ミラー１５、ハーフミラー１４、瞳結像系２０を介して撮像素子１９に入射する。瞳結像系２０は、対物レンズ１６の瞳と撮像素子１９とを共役関係にする光学系であって、例えば、レンズ２０ａ、２０ｂによって構成されうる。フィゾー面１７ａを透過した光は、被検光として投影光学系ＰＬに入射する。

フィゾー面１７ａを透過した被検光は、投影光学系ＰＬの物体面（すなわち、回路パターン面）内の位置で結像した後に投影光学系ＰＬによってウエハ７の表面が配置されるべき平面（すなわち、投影光学系の像面）に結像される。ウエハステージ８には、球面ミラー（反射鏡）２２が配置されている。球面ミラー２２の曲率中心は、投影光学系ＰＬの像面を含む平面内に位置する。したがって、球面ミラー２２で反射した被検光は、再び投影光学系ＰＬの像面内の位置に集光した後に投影光学系ＰＬに戻り、対物レンズ１６、ミラー１５、ハーフミラー１４、瞳結像系２０を介して撮像素子１９に入射する。投影光学系ＰＬを通過した被検光は、フィゾー１７ａ面で反射した参照光と干渉して、撮像素子１９の撮像面上に干渉パターンを形成する。この干渉パターンを利用して投影光学系ＰＬの波面収差を測定することができる。

対物レンズ後群１８とミラー１５は、ＸＹ方向の任意の位置に駆動されることができる保持部材によって保持されていて、露光時には露光照明系ＩＬから出射される光ビームの光路外に退避される。波面収差測定時は、対物レンズ後群１８とミラー１５は、投影光学系ＰＬの測定対象の像高位置に位置決めされる。波面収差測定時は、更に、対物レンズ前群１７は、対物レンズ後群１８及びミラー１５の光軸と一致するようにレチクルステージ５が駆動される。

ここで、レチクルステージ５の駆動方向がＹ方向のみである場合には、複数の対物レンズ前群１７をＸ方向に沿うようにレチクルステージ５に配置することが好ましい。これにより、投影光学系ＰＬの露光用領域内の複数箇所において波面収差を測定することができる。ウエハステージ８に配置されている球面ミラー２２は、対物レンズ前群１７が位置決めされる位置、すなわち、投影光学系ＰＬの測定対象位置に応じた位置に位置決めされる。

この実施形態の投影露光装置では、レチクルステージ５とウエハステージ８とがｎｍオーダー等の高精度で同期制御されることを利用し、フィゾー面１７ａを含む対物レンズ前群（光学系）１７をレチクルステージ５に配置する。これにより、測定精度に影響を与えるフィゾー面１７ａが高精度に位置決めされるので、投影光学系ＰＬの波面収差を高精度に測定することができる。一方、フィゾー面を含む光学系を別個の位置決め装置で位置決めする方式も考えられる。しかしながら、そのような方式では、別個の高精度の位置決め装置を投影露光装置の狭い空間内に組み込む必要があり、実現が困難である。また、そのような方式では、投影露光装置のコストも高くなる。

図１に示す構成例では、対物レンズ１６を構成するレンズのうちフィゾー面を含む対物レンズ前群１７のみがレチクルステージ５に搭載されている。しかしながら、図２に例示するように、対物レンズ１６の全体がレチクルステージ５に搭載されてもよい。すなわち、フィゾー面１７ａを含むレンズがレチクルステージ５に搭載されることが重要であり、対物レンズ１６を構成する他のレンズは、レチクルステージ５に搭載されなくてもよいし、搭載されてもよい。

図２に示す構成例においても、レチクルステージ５の駆動方向がＹ方向のみである場合には、複数の対物レンズ１６をＸ方向に沿うようにレチクルステージ５配置することが好ましい。これにより、投影光学系ＰＬの露光用領域内の複数箇所において波面収差を測定することができる。

また、図１では、球面ミラー（反射鏡）２２として凹状の球面ミラーが例示されているが、これに代えて凸状の球面ミラーを採用してもよい。この場合、凸状の球面ミラーは、その曲率中心が投影光学系ＰＬの像面内の位置するようにウエハステージ８に配置される。或いは、球面ミラー２２に代えて、平面ミラーを採用してもよい。この場合においても、波面収差の回転対称成分のみであれば、測定が可能である。

フィゾー干渉計ＩＦ自体が持っている波面誤差と測定すべき投影光学系ＰＬの波面収差とを区別するため、予め干渉計ＩＦの波面を測定しておくことが好ましい。干渉計ＩＦの波面誤差を投影光学系ＰＬの測定結果から差し引いて補正することで、投影光学系ＰＬの波面を正確に求めることができる。具体的には、投影光学系ＰＬを保持している鏡筒２３のレチクル６側に構成した球面ミラー２４を用いて、干渉計ＩＦ自体が持っている波面誤差を測定する。フィゾー面１７ａと同様に、球面ミラー２４の曲率中心は、レチクル６の回路パターン面が配置されるべき平面（すなわち、投影光学系ＰＬの物体面）内に位置する。対物レンズ1６を球面ミラー２４上へ水平駆動し、フィゾー面１７ａを透過した被検光を投影光学系ＰＬへ入射させずに球面ミラー２４で反射させる。この反射光を対物レンズ１６、ミラー１５、ハーフミラー１４、瞳結像系２０を介して撮像素子１９に入射させることで、干渉計ＩＦ自体が持っている波面の誤差を測定することができる。

更に、測定精度を向上させるために、投影光学系ＰＬの波面の測定には、フリンジスキャン法を用いることが好ましい。ウエハステージ８をＺ方向に駆動し、球面ミラー２２をＺ方向に波長程度移動させて波面の位相変調を行えば、フリンジスキャンを実現することができる。球面ミラー２２のＺ方向の移動手段としては、投影光学系ＰＬの焦点あわせのための移動手段を用いることができる。或いは、レチクルステージ５をＺ方向に駆動し、フィゾー面１７ａを光軸方向に波長程度移動させて波面の位相変調を行っても、フリンジスキャンを実現することができる。

投影光学系ＰＬの波面の測定によって、測定点における波面収差に関する情報を得ることができる。更に、波面測定時に、レーザー干渉計３１から得られる対物レンズ１６、球面ミラー２２のＸＹＺ座標、投影光学系ＰＬの波面の測定で得られた波面収差の回転非対称成分、及び回転対称成分を利用してもよい。これにより、投影光学系ＰＬの複数の測定点の相互の関係である像面湾曲及びディストーションを求めることもできる。

投影光学系ＰＬの像面湾曲は、投影光学系ＰＬの画面内の複数点について波面を測定することによって求められる。即ち、波面測定時の対物レンズ１６の座標位置、干渉計ＩＦにより測定された投影光学系ＰＬの波面、投影光学系ＰＬの光軸方向における球面ミラー２２の座標位置が分かれば、複数点における情報に基づいて像面湾曲が計算できる。像面湾曲の計算において特に重要な波面収差の成分は、測定された波面の回転対称なパワー成分（デフォーカス成分）である。

投影光学系ＰＬのディストーションも投影光学系ＰＬの画面内の複数点について波面を測定することによって求めることができる。即ち、波面測定時の対物レンズ１６の座標位置、干渉計ＩＦにより測定された波面、投影光学系ＰＬの光軸と直交する方向の球面ミラー２２の座標位置が分かれば、複数点における情報に基づいて投影光学系のディストーションを計算することができる。ディストーションの計算において特に重要な波面収差の成分は、測定された波面の回転非対称な成分（傾き成分）である。

上記のような測定結果に基づいて投影光学系ＰＬ内の全部又は一部のレンズを駆動することによって投影光学系ＰＬの収差を所望の状態に調整、制御することができる。

専用の測定光源９を使用する代わりに、露光光源１とインコヒーレントユニット３との間から光ビームを取り出してフィゾー干渉計ＩＦに導いてもよい。図３に示す例では、露光光源１とインコヒーレントユニット３との間から切替ミラー２６によって光ビームを取り出して引き回し光学系２５によってフィゾー干渉計ＩＦに導いている。

露光光源１から出射された光ビームＬは、切替ミラー２６で反射されて引き廻し光学系２５に入射する。切替ミラー２６は、駆動装置によって駆動されて、ウエハ７の露光時にはレチクル６の照明のための光路から退避され、投影光学系ＰＬの測定時には当該光路中に挿入される。引き廻し光学系２５に入射した光ビームＬは、ビームスプリッタ２７によりミラー２８に向かう光ビームＬ１とミラー２９に向かう光ビームＬ２とに分離される。光ビームＬ１と光ビームＬ２は、それぞれミラー２８、２９で反射された後にビームスプリッタ２７に戻る。ビームスプリッタ２７とミラー２９との距離は、ビームスプリッタ２７とミラー２８との距離よりもフィゾー面１７ａと球面ミラー２２との間の光路長Ｄ分だけ長い。ビームスプリッタ２７を透過した光ビームＬ１と反射した光ビームＬ２は、共に集光レンズ１１に向かう。光ビームＬ１は、光ビームＬ２に対して光路長２Ｄだけ進んでいる。２つ光ビームは、集光レンズ１１によりピンホール１２に集光され、再び、コリメーターレンズ１３によって平行ビームにされる。ここで、ピンホール１２の径は、コリメーターレンズ１３の開口数によって決まるエアリーディスクの径以下に設定されている。よって、ピンホール１２から出射された光ビームは、理想的な球面波となり、引き廻し光学系２５で生じた光ビームＬ１と光ビームＬ２の波面との差異を除去することができる。

２つ光ビームは、コリメーターレンズ１３によって平行ビームにされた後、ハーフミラー１４、ミラー１５を介して対物レンズ１６に入射する。光ビームＬ１、Ｌ２は、ともにフィゾー面１７ａで一部が反射されて光ビームＬ１ｒ、Ｌ２ｒとなってミラー１５、ハーフミラー１４、瞳結像系２０を介して撮像素子１９に導かれる。残りの光ビームは、フィゾー面１７ａを透過して光ビームＬ１ｔ、Ｌ２ｔとなって投影光学系ＰＬを通過し、球面ミラー２２で反射され、投影光学系ＰＬを通過し、対物レンズ１６、ミラー１５、ハーフミラー１４、瞳結像系２０を介して撮像素子１９に導かれる。

ここで、フィゾー面１７ａで反射された２つの光ビームＬ１ｒ、Ｌ２ｒのうち引き廻し光学系２５において長い光路を伝搬した光ビームは、光ビームＬ２ｒである。また、球面ミラー２２で反射された２つの光ビームＬ１ｔ、Ｌ２ｔのうち引き廻し光学系２５で短い光路を伝搬した光ビームは、光ビームＬ１ｔである。光ビームＬ２ｒと光ビームＬ１ｔとの光路長差は、露光光源１から出射される光の可干渉距離ΔＬ以内となるように投影露光装置１００'が設計される。したがって、これらの２つ光ビームＬ２ｒ、Ｌ１ｔが互いに干渉することができ、投影光学系ＰＬの波面収差測定が可能となる。また、引き廻し光学系２５における光路長差２Ｄは、可干渉距離ΔＬ以上とされ、上記以外の光ビームが干渉することによる波面収差測定への悪影響はない。更に、引き廻し光学系２５において２つ光ビームが互いに異なる波面収差を持つようになったとしても、２つ光ビームがフィゾー面に入射する前にピンホール１２を通過することによって、同一波面を持つことなり、波面収差測定の精度が悪化することはない。

引き廻し光学系２５を設けることにより、露光光源１を用いても撮像素子１９の撮像面上にフィゾー面で反射された参照光と投影光学系ＰＬを通過し球面ミラー２２で反射された被検光との干渉縞を形成することが可能である。よって、投影光学系ＰＬの波面収差を測定することができる。

図４は、本発明の第２実施形態の投影露光装置の概略構成を示す図である。ここでは、本発明の第２実施形態と第１実施形態との相違点のみを説明し、フィゾー干渉計ＩＦの基本構成、及び、測定光源９又は引き廻し光学系２５の構成は、第１実施形態に従いうる。

この実施形態では、レチクルステージ５とウエハステージ８とがｎｍオーダー等の高精度で同期制御されていることを利用し、フィゾー面１７ａを含む対物レンズ前群１７を有する光学部品３０をレチクルステージ５に対して着脱可能に配置する。これにより、測定精度に影響を与えるフィゾー面１７ａが高精度に位置決めされるので、投影光学系ＰＬの波面収差を高精度に測定することができる。また、光学部品３０に搭載する対物レンズ前群１７は、１つでも複数個でもよい。例えば図５に示すように、露光領域内の所定位置に複数個の対物レンズ群１７を配置し、ＸＹ方向に駆動可能な対物レンズ後群１８と組み合わせることで、投影光学系ＰＬの複数の像高における波面収差を測定することができる。また、第１実施形態で説明した対物レンズ前群１７を有するレチクルステージ５に光学部品３０を搭載し、波面収差測定を行ってもよい。

第２実施形態によると、投影露光装置の空間的制約からレチクルステージ５に複数個の対物レンズ前群１７を配置することができない場合においても、投影光学系ＰＬの複数の像高における波面収差を測定することができる。複数の対物レンズ前群１７を有する光学部品３０は、投影光学系ＰＬの波面収差の測定時にレチクル６に代えてレチクルステージ５に固定される。

この実施形態によれば、投影光学系ＰＬの複数の像高において波面収差を測定する場合でも、使用すべき対物レンズ前群１７が配置されている位置に対物レンズ後群１８のみを駆動させればよい。従って、この実施形態の投影露光装置によれば、光軸調整精度の向上及び調整時間の短縮を図ることができる。

図４に示す構成例では、対物レンズ１６を構成するレンズのうちフィゾー面を含む対物レンズ前群１７のみが光学部品３０に搭載されている。しかしながら、図６に例示するように、対物レンズ１６全体が光学部部品０に搭載されてもよい。

図６に示す構成例においても、レチクルステージ５の駆動方向がＹ方向のみである場合には、複数の対物レンズ１６をＸ方向に沿うように光学部品３０に配置することが好ましい。これにより、投影光学系ＰＬの露光用領域内の複数箇所において波面収差を測定をすることができる。

光学部品３０は、複数の投影露光装置において共用されうる。或いは、１台の投影光学系に対して１つの光学部品３０が準備されてもよい。

図７は、本発明の第３本実施形態の投影露光装置の概略構成を示す図である。第３実施形態の投影露光装置３００は、投影光学系ＰＬの波面収差を測定するためのフィゾー干渉計と、投影光学系ＰＬの偏光特性行列を測定する測定器とを含む測定ユニットＭを備える。

第３実施形態の投影露光装置３００では、フィゾー干渉計を構成するための対物レンズ前群（第１レンズ）１７に加えて、又は、対物レンズ前群１７に代わり、対物レンズ前群（第２レンズ）５１がレチクルステージ３０に搭載される。この対物レンズ前群５１は、投影光学系ＰＬの偏光特性行列を測定するために使用される。

投影光学系ＰＬの偏光特性行列を測定する際には、参照光を形成するためのフィゾー面は不要である。そこで、対物レンズ前群５１は、波面収差測定用の対物レンズ前群１７とレンズの厚み、曲率半径は同一であるが、フィゾー面に対応する面に反射防止コートが施されている。投影光学系ＰＬの波面収差測定と偏光特性行列測定とにおいて、共通の対物レンズ後群１８を使用するためにレチクルステージ５又は光学部品３０の少なくとも一方に、対物レンズ前群１７及び対物レンズ前群５１の少なくともいずれか一方が配置される。ここで、対物レンズ前群１７は、投影光学系ＰＬに対面する面として反射防止コートが施されていないフィゾー面を有する第１レンズを含む。対物レンズ前群５１は、投影光学系ＰＬに対面する面として反射防止コートが施された面を有する第２レンズを含む。これにより、対物レンズ後群１８を対物レンズ前群１７の光軸上へ駆動すると投影光学系ＰＬの波面収差を測定することができ、対物レンズ前群５１の光軸上へ駆動すると投影光学系ＰＬの偏光特性行列を測定することができる。

また、投影光学系ＰＬの波面収差を測定する際には、対物レンズ前群１７のみを有する光学部品３０を使用し、投影光学系ＰＬの偏光特性行列を測定する際には、対物レンズ前群５１のみを有する光学部品３０を使用するようにしてもよい。

図７に示す構成例では、測定専用の測定光源９が使用されるが、これに代えて前述のような引き廻し光学系２５を使って、測定に必要な光ビームを得てもよい。このような構成では、偏光特性行列を測定する場合には、引き廻し光学系２５の光束Ｌ１と光束Ｌ２のどちらか一方を遮蔽すればよい。また、偏光特性行列のみを測定する場合には光源として露光光源１を使用してもよく、専用光源９、あるいは引き廻し光学系２５は使用しなくてもよいし、予め構成していなくてもよい。

更に、図７に示すように、第３実施形態では、光源９側には、波面収差測定用光学系の照明部に偏光子５２と波長板５３が追加され、撮像素子１９側には、検光子５４と波長板５５が追加されている。

偏光子３２と波長板３３とは、それぞれが不図示の回転ステージに固定されている。偏光子３２と波長板３３とを組み合わせを変更することで、測定光源９から射出された光ビームを所望の偏光状態に変更して投影光学系ＰＬに入射させることができる。よって、偏光子３２及び波長板３３並びにそれらを選択する回転ステージは、投影光学系ＰＬに入射する光ビームの偏光状態を変更する変更ユニットを構成する。

偏光子３２は、測定光源９に対して使用可能であり、例えば、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）を硝材とするローションプリズムがある。波長板３３は、例えば、λ／２板又はλ／４板でありうる。偏光子３２のみで測定光源９から射出された光ビームを投影光学系ＰＬの偏光特性行列の測定に必要な偏光状態に変更可能であるならば、波長板３３は構成しなくてもよい。

波長板３５は、不図示の回転ステージに固定されていて、瞳結像系２０を透過した被検光に所定の位相遅延量を与えることができる。波長板５５には、例えばλ／４板が使用されうるが、位相遅延量が明確であり、且つ、λ／２板以外であれば、λ／４板以外の波長板を用いることもできる。また、検光子３４は、偏光子３２と同様にローションプリズムを使用する。

投影光学系ＰＬの偏光特性行列は、偏光子５２と波長板５３とによって所望の偏光状態の光ビームを投影光学系ＰＬに入射させ、波長板５５を回転させながら撮像素子１９で投影光学系ＰＬを往復した光ビームの光量変化を撮像することで測定可能である。また、ここで得られた測定結果と予め求めておいたフィゾー干渉計の偏光特性行列とに基づいて、投影光学系ＰＬの偏光特性行列を算出してもよい。また、本実施形態におけるフィゾー干渉計を用いて、所望の入射偏光での投影光学系ＰＬの波面収差を測定することも可能である。

所望の偏光での投影光学系ＰＬの波面収差を測定する際には、対物レンズとして対物レンズ前群１７を使用し、光源として測定光源９を使用するか、露光光源１と引き廻し光学系２５とを組み合わせて使用すればよい。所望の偏光は、偏光子３２と波長板３３とを用いることで生成可能であり、第１実施形態と同様の測定方法で、所望の偏光に対する投影光学系ＰＬの波面収差を測定することができる。

球面ミラー２４を用いて測定したフィゾー干渉計自体の透過率分布と、フィゾー干渉計と投影光学系ＰＬとを通過した光束の透過率分布とに基づいて投影光学系ＰＬの瞳面上の透過率分布を測定することも可能である。加えて、投影光学系ＰＬの偏光特性行列と予め求めておいたフィゾー干渉計自体の偏光特性行列とを用いることで、所望の入射偏光に対する投影光学系ＰＬの瞳面上の透過率分布を測定することも可能である。

以上のように、フィゾー干渉計において参照光を形成するフィゾー面を含む光学系をレチクルステージに搭載することによって、フィゾー面が高精度に位置決めされるので、投影光学系の波面収差を高精度に測定することができる。

また、フィゾー干渉計が投影露光装置に組み込まれることにより、投影光学系の特性（例えば、波面収差）を投影露光装置において測定することができる。したがって、投影光学系の特性変化に対する対応（例えば、投影光学系の補正、露光動作の停止）を速やかに行うことができる。

次に上記の露光装置を利用したデバイス製造方法を説明する。図８は、半導体デバイスの全体的な製造方法のフローを示す図である。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（レチクル作製）では設計した回路パターンに基づいてレチクル（原版またはマスクともいう）を作製する。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（基板ともいう）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、上記のレチクルとウエハを用いて、リソグラフィー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）等の組み立て工程を含む。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、これを出荷（ステップ７）する。

図９は、上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。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）ではウエハ表面に絶縁膜を成膜する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（ＣＭＰ）ではＣＭＰ工程によって絶縁膜を平坦化する。ステップ１６（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ１７（露光）では上記の露光装置を用いて、回路パターンが形成されたマスクを介し感光剤が塗布されたウエハを露光してレジストに潜像パターンを形成する。ステップ１８（現像）ではウエハ上のレジストに形成された潜像パターンを現像してレジストパターンを形成する。ステップ１９（エッチング）ではレジストパターンが開口した部分を通してレジストパターンの下にある層又は基板をエッチングする。ステップ２０（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を形成する。

本発明の第１実施形態の投影露光装置の概略構成を示す図である。 本発明の第１実施形態の投影露光装置の変形例の概略構成を示す図である。 本発明の第１実施形態の投影露光装置の他の変形例の概略構成を示す図である。 本発明の第２実施形態の投影露光装置の概略構成を示す図である。 本発明の第２実施形態における光学部品の概略構成を示す図である。 本発明の第２実施形態における光学部品の変形例の概略構成を示す図である。 本発明の第３本実施形態の投影露光装置の概略構成を示す図である。 半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。 ウエハプロセスの詳細なフローを示す図である。

符号の説明

１ 光源
２ ビーム整形光学系
３ インコヒーレントユニット
４ 照明光学系
５ レチクルステージ
６ レチクル
７ ウエハ
８ ウエハステージ
９ 測定光源
１０ ミラー
１１ 集光レンズ
１２ ピンホール
１３ コリメーターレンズ
１４ ハーフミラー
１５ ミラー
１６ 対物レンズ
１７ 対物レンズ前群
１７ａ フィゾー面
１８ 対物レンズ後群
１９ 撮像素子
２０ 瞳結像系
２０a、２０ｂ レンズ
２２ 球面ミラー
２３ 鏡筒
２４ 球面ミラー
２５ 引き廻し光学系
２６ 切替ミラー
２７ ビームスプリッタ
２８、２９ ミラー
３０ 光学部品
３１、３２ レーザー干渉計
４０ 制御部
５１ 対物レンズ前群
５２ 偏光子
５３ 波長板
５４ 検光子
５５ 波長板
１００、１００'、２００、３００ 投影露光装置

Claims (10)

1. 投影光学系を介して原版のパターンを基板に投影する投影露光装置であって、
   原版を保持する原版ステージと、
   基板を保持する基板ステージと、
   測定ユニットとを備え、
   前記測定ユニットは、参照光を形成するフィゾー面を含む光学系と、被検光を形成する反射鏡とを具備するフィゾー干渉計を含み、前記光学系は、前記原版ステージに搭載され、前記反射鏡は、前記基板ステージに搭載されている、
   ことを特徴とする投影露光装置。
2. 前記光学系を含む光学部品は、前記原版ステージに対して着脱可能である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。
3. 前記光学部品は、原版の代わりに前記原版ステージに搭載される、
   ことを特徴とする請求項２に記載の投影露光装置。
4. 前記光学系は、前記フィゾー面を有する第１レンズを含み、前記フィゾー面は、反射防止コートが施されていない面であり、
   前記測定ユニットは、前記第１レンズと同一の形状を有し前記投影光学系に対面する面に反射防止コートが施された第２レンズを含む第２光学系を更に具備する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の投影露光装置。
5. 前記光学系と前記第２光学系とを含む光学部品は、前記原版ステージに対して着脱可能である、
   ことを特徴とする請求項４に記載の投影露光装置。
6. 前記測定ユニットは、前記投影光学系に入射する光ビームの偏光状態を変更する変更ユニットを具備する、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の投影露光装置。
7. 前記原版ステージの駆動方向に直交する方向に沿って複数の前記光学部品が前記原版ステージに搭載されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の投影露光装置。
8. 投影露光装置の原版ステージに搭載される光学部品であって、
   前記原版ステージに搭載された状態において前記投影露光装置の投影光学系に対面する面を有し、前記面に反射防止コートが施されていないことによって前記面がフィゾー干渉計のフィゾー面を構成する第１レンズと、
   前記第１レンズと同一の形状を有し、かつ、前記原版ステージに搭載された状態において前記投影光学系に対面する面に反射防止コートが施された第２レンズと、
   の少なくともいずれか一方を備えることを特徴とする光学部品。
9. 複数の前記第１レンズと複数の前記第２レンズとの少なくともいずれか一方が配置されていることを特徴とする請求項８に記載の光学部品。
10. デバイス製造方法であって、
    感光剤が塗布された基板を請求項１乃至７のいずれか１項に記載の露光装置を用いて露光して該感光剤に潜像パターンを形成する工程と、
    前記潜像パターンを現像する工程と、
    を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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