JP2009016612A - 測定装置、露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測定対象面上の光強度分布の測定において、開口部及び遮光部を含むマスクの厚さを厚くすることなく、かかる遮光部を透過した光束による測定精度の低下を抑えることができる測定装置を提供する。
【解決手段】測定対象面に入射する光束によって形成される光強度分布を測定する測定装置であって、前記光束の波長より短い寸法を有する開口部及び遮光部を含むマスクと、前記開口部を通過した光束を受光して光強度信号を出力する第１の光電変換素子と、前記第１の光電変換素子から離れた位置に配置され、前記遮光部を透過した光束を受光して光強度信号を出力する第２の光電変換素子とを有するセンサユニットと、前記センサユニットを駆動する駆動部と、前記第１の光電変換素子から出力された前記光強度信号及び前記第２の光電変換素子から出力された前記光強度信号に基づいて、前記光強度分布を算出する信号処理部とを有することを特徴とする露光装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光束によって形成される光強度分布を測定する測定装置に関する。

従来、半導体デバイスを製造する際に使用される露光装置においては、ウエハ上に塗布したレジスト（感光材）を露光して、光源、照明光学系及び投影光学系を含めた露光装置全体の結像性能を評価（測定）していた。但し、レジストを露光して露光装置の結像性能を測定する場合、レジストの現像やレジスト像の観察などの工程を繰り返す必要があるため、測定工程が非常に煩雑であると共に、短時間で測定することが困難である。

そこで、レジストを露光することなく、ウエハ面上の光強度分布を測定し、露光装置の結像性能を評価する技術が提案されている（非特許文献１及び特許文献１参照）。非特許文献１及び特許文献１は、（露光光の波長／投影光学系の開口数）以下の幅を有する微小スリットと、遮光部とを含むマスクとフォトディテクタを走査することによってウエハ面上の光強度を測定する技術を開示している。
Ｗｉｌｌｉａｍ Ｎ． Ｐａｒｔｌｏ，Ｃｈａｒｅｌｓ Ｈ． Ｆｉｅｌｄｓ ａｎｄ Ｗｉｌｌｉａｍ Ｇ．Ｏｌｄｈａｍ，"Ｄｉｒｅｃｔ ａｅｒｉａｌ ｉｍａｇｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｓ ａ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｔｅｓｔｉｎｇ ｈｉｇｈ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｐｅｒｔｕｒｅ ｍｉｃｒｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ ｌｅｎｓｅｓ，" Ｊ． Ｖａｃ. Ｓｃｉ． Ｔｅｃｈｎｏｌ． Ｂ， ｖｏｌ． １１ （１９９３） ｐｐ.２６８６−２６９１ 米国特許第５，６３１，７３１号

微小スリットなどの開口部とフォトディテクタとを用いてウエハ面上の光強度を測定する従来技術では、開口部以外の遮光部を透過した光束がフォトディテクタに入射することを防止するために、マスク（遮光部）の厚さを厚くする必要がある。しかしながら、しかしながら、マスク（遮光部）の厚さを厚くすると、開口部で非線形効果が生じてしまうため、開口部を通過した光束から得られる光強度分布が開口部に入射する光束によって形成される光強度分布と異なってしまう。一方、マスク（遮光部）の厚さを薄くすると、遮光部の遮光性能が十分でないために、遮光部（開口部以外）を透過した光束の影響が大きくなってしまう。

このように、従来技術は、ウエハ面上の実際の光強度分布を高精度に測定することができないという問題を抱えていた。

そこで、本発明は、測定対象面上の光強度分布の測定において、開口部及び遮光部を含むマスクの厚さを厚くすることなく、かかる遮光部を透過した光束による測定精度の低下を抑えることができる測定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装置は、測定対象面に入射する光束によって形成される光強度分布を測定する測定装置であって、前記光束の波長より短い寸法を有する開口部及び遮光部を含むマスクと、前記開口部を通過した光束を受光して光強度信号を出力する第１の光電変換素子と、前記第１の光電変換素子から離れた位置に配置され、前記遮光部を透過した光束を受光して光強度信号を出力する第２の光電変換素子とを有するセンサユニットと、前記センサユニットを駆動する駆動部と、前記第１の光電変換素子から出力された前記光強度信号及び前記第２の光電変換素子から出力された前記光強度信号に基づいて、前記光強度分布を算出する信号処理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、例えば、測定対象面上の光強度分布の測定において、開口部及び遮光部を含むマスクの厚さを厚くすることなく、かかる遮光部を透過した光束による測定精度の低下を抑えることができる測定装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。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。

図１は、本発明の一側面としての測定装置１００を説明するための図である。測定装置１００は、測定対象面に入射する光束によって形成される光強度分布を測定する測定装置であって、本実施形態では、レチクルのパターンを基板（ウエハ）に露光する露光装置において、基板上の光強度分布を測定する測定装置として具現化される。換言すれば、測定装置１００は、光源、照明光学系及び投影光学系を含めた露光装置全体の結像性能を測定する機能を有する。

図１において、ＩＬは、光源を含めた照明光学系である。レチクルＲＴはパターンが形成されたレチクルである。レチクルＲＴは、図示しないレチクルステージに取り付けられている。照明光学系ＩＬからレチクルＲＴに照射された光は、レチクルＲＴのパターンで回折され、投影光学系ＰＬに入射する。投影光学系ＰＬに入射した光は、投影光学系ＰＬで集光され、像面（即ち、ウエハ面）に結像する。

測定装置１００は、ウエハステージＷＳ上に配置され、ウエハ面上の光強度分布（空中像）を測定するために、投影光学系ＰＬの結像位置にウエハと交換可能に配置される。測定装置１００は、照明光学系ＩＬから光が照射された状態において、後述するセンサユニットＳＵを駆動させ、センサユニットＳＵから出力される光強度信号を解析することでウエハ面上の光強度分布を測定する。従って、ウエハステージＷＳは、測定装置１００において、センサユニットＳＵを駆動する駆動部として機能する。

以下では、レチクルＲＴに形成されたパターンが繰り返しライン・アンド・スペース（Ｌ＆Ｓ）パターンである場合を例として、測定装置１００について詳細に説明する。この場合、ウエハ面上（投影光学系ＰＬの結像位置）には、図２に示すような光強度分布（空中像）ＬＩが形成される。ここで、図２は、ウエハ面上に形成される光強度分布ＬＩの一例を示す図である。

図３は、本発明の一側面としての測定装置１００の構成を示す概略断面図である。測定装置１００は、マスク１１０と、光強度センサ１２０とを有するセンサユニットＳＵと、格納部１３０と、信号処理部１４０とを有する。

マスク１１０は、強度分布ＬＩを形成する光の波長よりも短い短手方向の幅を有する開口部としてのスリット（微小スリット）１１２と、アルミニウム（Ａｌ）やタンタル（Ｔａ）などの金属の遮光膜で構成される遮光部１１４とを有する。但し、マスク１１０の開口部は、スリット１１２に限定するものではなく、光強度分布ＬＩを形成する光の波長よりも短い寸法を有する開口であればよい。例えば、マスク１１０の開口部は、微小ピンホールであってもよい。また、遮光部１１４は、光束を完全に遮断する遮光膜であることが好ましいが、実際には、光束の一部を透過してしまうことに注意されたい。

光強度センサ１２０は、光強度センサ１２０上に形成される光強度分布ＬＩがある強度を有していた場合に、マスク１１０からの光束を検出する機能を有する。光強度センサ１２０は、複数の受光素子で構成され、例えば、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサ、フォトダイオード、分割フォトダイオードなどを使用することができる。光強度センサ１２０は、本実施形態では、スリット１１２の下に配置された第１の光電変換素子１２２と、第１の光電変換素子１２２から離れた位置に配置された第２の光電変換素子１２４とを含む。換言すれば、第２の光電変換素子１２４は、遮光部１１４の下に配置される。

第１の光電変換素子１２２は、スリット１１２を通過した光束を受光して、かかる光束の光強度に相当する光強度信号を第１のメモリ１３２に出力する。また、第２の光電変換素子１２４は、スリット１１２以外の遮光部１１４を透過した光束を受光して、かかる光束の光強度に相当する光強度信号を第２のメモリ１３４に出力する。なお、センサユニットＳＵは、ウエハステージＷＳによって、矢印Ａの方向に一定量毎に駆動され、光強度センサ１２０（第１の光電変換素子１２２及び第２の光電変換素子１２４）は、センサユニットＳＵが駆動される度に光強度信号を出力する。

格納部１３０は、光強度センサ１２０から出力される光強度信号を格納する機能を有し、本実施形態では、第１のメモリ１３２と、第２のメモリ１３４とを有する。第１のメモリ１３２は、第１の光電変換素子１２２から出力された光強度信号とかかる光強度信号に相当する光強度の光束を受光した時の第１の光電変換素子１２２の位置を示す位置情報とを関連づけて格納する。第２のメモリ１３４は、第２の光電変換素子１２４から出力された光強度信号とかかる光強度信号に相当する光強度の光束を受光した時の第２の光電変換素子１２４の位置を示す位置情報とを関連づけて格納する。

信号処理部１４０は、位置情報が一致する（即ち、同じ位置情報に対応する）光強度信号を格納部１３０（第１のメモリ１３２及び第２のメモリ１３４の各々）から読み出して、ウエハ面上の光強度分布ＬＩを算出する。第１の光電変換素子１２２が受光する光束には、スリット１１２を通過した光束だけではなく、スリット１１２の周囲の遮光部１１４を透過した光束が含まれている。そこで、信号処理部１４０は、同じ位置情報に対応する光強度分布を第１のメモリ１３２及び第２のメモリ１３２の各々から読み出し、第１のメモリ１３２から読み出した光強度分布から第２のメモリから読み出した光強度信号を減算する。そして、かかる信号をスリット１１２の位置における光強度信号ＬＩＳとすることで、スリット１１２の周囲の遮光部１１４を透過した光束の影響を補正し、高精度に光強度分布ＬＩを測定することが可能となる。このように、信号処理部１４０は、第１の光電変換素子１２２から出力された光強度信号及び第２の光電変換素子１２４から出力された光強度信号に基づいて、光強度分布ＬＩを算出する。従って、信号処理部１４０において、位置情報が一致する（即ち、同じ位置情報に対応する）光強度信号を格納（判別）することができる場合には、測定装置１００は、格納部１３０を有していなくてもよい。

ここで、測定装置１００による光強度分布ＬＩの測定動作について説明する。本実施形態では、スリット１１２、遮光部１１４（マスク１１０）及び光強度センサ１２０（第１の光電変換素子１２２及び第２の光電変換素子１２４）は、投影光学系ＰＬから見て、図４に示す配置関係で配置されている。図４を参照するに、第１の光電変換素子１２２は、マスク１１０のスリット１１２の下に配置されている。また、第２の光電変換素子１２４は、第１の光電変換素子１２２に対して、スリット１１２の長手方向に垂直な方向に（マスク１１０の遮光部１１４の下に）配置されている。かかる配置関係において、センサユニットＳＵを必要な空間分解能に対応した距離だけ図４のＸ方向に駆動させながら第１の光電変換素子１２２及び第２の光電変換素子１２４から出力される光強度信号を第１のメモリ１３２及び第２のメモリ１３４に格納する。なお、センサユニットＳＵの駆動及び第１の光電変換素子１２２及び第２の光電変換素子１２４から出力される光強度信号の格納は、測定が必要な空間距離内で繰り返す。ここで、図４は、マスク１１０のスリット１１２及び遮光部１１４と第１の光電変換素子１２２及び第２の光電変換素子１２４との配置関係の一例を示す図である。

センサユニットＳＵ上に形成された光強度分布Ｉｎｔ０を図５に示す。図５では、縦軸に光強度を、横軸に光強度センサ１２０（第１の光電変換素子１２２又は第２の光電変換素子１２４）の位置を採用する。また、図５に示す光強度分布Ｉｎｔ０を測定装置１００が測定した場合に、第１の光電変換素子１２２及び第２の光電変換素子１２４から出力される光強度信号ＳＳ１及びＳＳ２を図６に示す。図６では、縦軸に光強度信号値を、横軸に第１の光電変換素子１２２又は第２の光電変換素子１２４の位置を採用する。

図５を参照するに、光強度分布Ｉｎｔ０は、空間的に光強度が変化している。一方、図６を参照するに、光強度信号ＳＳ１は、センサユニットＳＵをＸ方向に駆動した際の第１の光電変換素子１２２の位置に対する第１の光電変換素子１２２からの信号である。スリット１１２が無限に細く、且つ、遮光部１１４が無限に薄い完全な遮光体である場合には、第１の光電変換素子１２２は、光強度分布Ｉｎｔ０を忠実に（即ち、高精度に）測定することができる。しかしながら、光強度信号ＳＳ１は、スリット１１２を通過した光束の光強度に相当する光強度信号と、スリット１１２の周辺の遮光部１１４を透過した光束の光強度に相当する光強度信号とが積算された値をとる。従って、光強度信号ＳＳ１は、光強度分布Ｉｎｔ０を忠実に再現していない。また、第２の光電変換素子１２４から出力される光強度信号ＳＳ２は、遮光部１１４を透過した光束の光強度に相当する光強度信号に対応し、遮光部１１４の遮光性能に応じて強度が減衰する分布となる。

第１の光電変換素子１２２からの光強度信号ＳＳ１は第１のメモリ１３２に格納され、第２の光電変換素子１２４からの光強度信号ＳＳ２は第２のメモリ１３４に格納される。また、上述したように、第１のメモリ１３２及び第２のメモリ１３４の各々には、光強度信号ＳＳ１を取り込んだ時の第１の光電変換素子１２２の位置情報及び光強度信号ＳＳ２を取り込んだ時の第２の光電変換素子１２４の位置情報も格納される。

次いで、信号処理部１４０が、第１のメモリ１３２及び第２のメモリ１３４に格納された光強度信号ＳＳ１及びその位置情報、及び、光強度信号ＳＳ２及びその位置情報に基づいて、センサユニットＳＵ上の光強度分布を算出する。具体的には、同じ位置情報に対する光強度信号ＳＳ１から光強度信号ＳＳ２を減算して、図６に示す光強度信号ＳＳ０を算出する。信号処理部１４０で算出された光強度信号ＳＳ０は、図５に示す光強度分布Ｉｎｔ０と一致しており、センサユニットＳＵを駆動した空間の光強度分布を忠実に（高精度に）測定することができる。

なお、本実施形態では、第２の光電変換素子１２４は、第１の光電変換素子１２２に対して、スリット１１２の長手方向に垂直な方向に配置されている。但し、第２の光電変換素子１２４は、図７に示すように、第１の光電変換素子１２２に対して、スリット１１２の短手方向に垂直な方向に配置してもよい。このような配置によって、第１の光電変換素子１２２と第２の光電変換素子１２４とを隣接させても、第２の光電変換素子１２４にスリット１１２からの回折光が入射することを防ぐことができる。換言すれば、第２の光電変換素子１２４は、遮光部１１４を透過した光束のみを受光することが可能となる。また、光強度センサ１２０としてＣＣＤセンサを用いる場合には、かかるＣＣＤセンサの読み出し方式に応じて、図４に示す配置と図７に示す配置とを使い分けてもよい。更に、複数の第２の光電変換素子１２４を配置し、かかる複数の第２の光電変換素子１２４の各々から出力される複数の光強度信号の平均信号を用いて、第１の光電変換素子１２２から出力される光強度信号と演算させてもよい。ここで、図７は、マスク１１０のスリット１１２及び遮光部１１４と第１の光電変換素子１２２及び第２の光電変換素子１２４との配置関係の一例を示す図である。

また、信号処理部１４０は、第１の光電変換素子１２２からの光強度信号及び第２の光電変換素子１２４からの光強度信号に加えて、図８に示すように、第３のメモリに格納されたスリット１１２の透過特性を用いて、光強度分布を算出してもよい。スリット１１２の透過特性は、光計測やスリット１１２の形状からＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ−Ｄｉｆｆｅｒｎｅｃｅ Ｔｉｍｅ−Ｄｏｍａｉｎ）法などの電磁場解析などを用いて予め求めることができる。ここで、図８は、本発明の一側面としての測定装置１００の構成を示す概略断面図である。

信号処理部１４０は、第１のメモリ１３２及び第２のメモリ１３４の各々から第１の光電変換素子１２２及び第２の光電変換素子１２４からの光強度信号及びその位置情報を読み出すと共に、第３のメモリ１３６からスリット１１２の透過特性を読み出す。また、信号処理部１４０は、第１の光電変換素子１２２からの光強度信号及びその位置情報、第２の光電変換素子１２４からの光強度信号及びその位置情報、及び、スリット１１２の透過特性とを演算し、光強度分布ＬＩＳを算出する。

具体的には、信号処理部１４０は、図９に示すような演算を実行する。図９は、信号処理部１４０によって実行される演算（即ち、信号処理部１４０における光強度信号ＬＩＳの算出）の一例を説明するための図である。なお、第１のメモリ１３２は、第１の光電変換素子１２２の位置（位置情報）Ｐ_１乃至Ｐ_ｎを格納するｎ個の位置情報メモリセルと、位置Ｐ_１乃至Ｐ_ｎで読み出した光強度信号Ｉ１_１乃至Ｉ１_ｎを格納するｎ個の信号メモリセルを有する。同様に、第２のメモリ１３４は、第２の光電変換素子１２４の位置（位置情報）Ｐ_１乃至Ｐ_ｎを格納するｎ個の位置情報メモリセルと、位置Ｐ_１乃至Ｐ_ｎで読み出した光強度信号Ｉ２_１乃至Ｉ２_ｎを格納するｎ個の信号メモリセルを有する。

ある時間に、第１の光電変換素子１２２の位置がＰ_１であった場合、第１の光電変換素子１２２から出力される光強度信号Ｉ１_１を信号メモリセルに格納すると共に、第１の光電変換素子１２２の位置Ｐ_１を位置情報メモリセルに格納する。また、同じ時間における第２の光電変換素子１２４の位置は第１の光電変換素子１２２の位置と異なっている。例えば、第２の光電変換素子１２４の位置がＰ_３であった場合、第２の光電変換素子１２４から出力される光強度信号Ｉ２_３を信号メモリセルに格納すると共に、第２の光電変換素子１２４の位置Ｐ_３を位置情報メモリセルに格納する。

次に、センサユニットＳＵを光強度分布の変動幅より十分小さい一定距離だけ駆動して、第１の光電変換素子１２２の位置をＰ_１からＰ_２に移動させる。そして、第１の光電変換素子１２２から出力される光強度信号Ｉ１_２を信号メモリセルに格納すると共に、第１の光電変換素子１２２の位置Ｐ_２を位置情報メモリセルに格納する。一方、第２の光電変換素子１２４は、位置Ｐ_３から位置Ｐ_４に移動されており、この時に第２の光電変換素子１２４から出力される光強度信号Ｉ２_４を信号メモリセルに格納すると共に、第２の光電変換素子１２４の位置Ｐ_４を位置情報メモリセルに格納する。これを複数回繰り返して、第１のメモリ１３２及び第２のメモリ１３４の信号メモリセルに光強度信号を、第１のメモリ１３２及び第２のメモリ１３４の位置情報メモリセルに第１の光電変換素子１２２及び第２の光電変換素子１２４の位置を順次格納する。

次に、信号処理部１４０は、第１のメモリ１３２（の信号メモリセル）に格納されている光強度信号から、第２のメモリ１３４（の信号メモリセル）に格納されている光強度信号を、同じ位置情報を有する光強度信号の組み合わせで減算する。これにより、光強度信号は、（Ｉ１_１−Ｉ２_１）乃至（Ｉ１_ｎ−Ｉ２_ｎ）となる。信号処理部１４０は、光強度信号（Ｉ１_１−Ｉ２_１）乃至（Ｉ１_ｎ−Ｉ２_ｎ）、及び、位置Ｐ_１乃至Ｐ_ｎから、第１の光電変換素子１２２及び第２の光電変換素子１２４の位置をパラメータとした関数ｆ（ｐ）を算出する。

次に、信号処理部１４０は、関数ｆ（ｐ）と第３のメモリ１３６に格納されているスリット１１２の透過特性を示す関数ｇ（ｐ）とを用いて、Ｆ^−１［Ｆ［ｆ（ｐ）］／Ｆ［ｇ（ｐ）］］のようなデコンボリューションの処理を実行して光強度信号ＬＩＳを算出する。ここで、Ｆはフーリエ変換の演算を示し、Ｆ^−１は逆フーリエ変換の演算を示す。このような処理を信号処理部１４０が実行することによって、センサユニットＳＵ上に形成された光強度分布を高精度に測定することができる。

また、本実施形態では、第１の光電変換素子１２２からの光強度信号と第２の光電変換素子１２４からの光強度信号とを単純に減算したが、光強度センサ１２０の感度や遮光部１１４の厚さムラなどを考慮して、補正係数を用いて演算してもよい。また、信号処理部１４０は、デコンボリューションの処理だけでなく、他の処理を実行してもよい。更に、第３のメモリ１３６に格納されているスリット１１２の透過特性を示す関数ｇ（ｐ）は１通りではなく、結像に寄与する入射角度分布を考慮した複数の関数であってもよい。

従来技術では、遮光部（開口部以外）の遮光性能を得るために、マスクの厚さを厚くする必要があり、その結果、開口部を通過した光束から得られる光強度と、開口部上の光強度とが非線形の関係になっていた。そのため、光強度分布の測定精度が著しく低下していた。

一方、本実施形態の測定装置１００は、上述したように、開口部であるスリット１１２以外の遮光部１１４を透過する光束の影響を除去することができるため、マスク１１０の厚さを厚くする必要がなく、光強度分布を高精度に測定することができる。

以下、本発明に係る測定装置１００を適用した露光装置３００について説明する。図１０は、本発明の一側面としての露光装置３００の構成を示す概略断面図である。露光装置３００は、本実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式でレチクル３２０のパターンをウエハ３４０に露光する投影露光装置である。但し、露光装置３００は、ステップ・アンド・リピート方式やその他の露光方式も適用することができる。

露光装置３００は、照明装置３１０と、レチクル３２０を支持するレチクルステージ３２５と、投影光学系３３０と、ウエハ３４０及び測定装置１００を支持するウエハステージ３４５と、測定装置１００と、調整部３５０と、制御部３６０とを有する。

照明装置３１０は、転写用の回路パターンが形成されたレチクル３２０を照明し、光源部３１２と、照明光学系３１４とを有する。

光源部３１２は、本実施形態では、波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーを使用するが、その他のレーザーやランプなどを使用してもよい。

照明光学系３１４は、光源部３１２からの光でレチクル３２０を照明する光学系である。

レチクル３２０は、回路パターンを有し、レチクルステージ３２５に支持及び駆動される。レチクル３２０から発せられた回折光は、投影光学系３３０を介して、ウエハ３４０に投影される。

レチクルステージ３２５は、レチクル３２０を支持し、図示しない移動機構に接続されている。図示しない移動機構は、リニアモーターなどで構成され、レチクルステージ３２５を駆動することでレチクル３２０を移動させることができる。

投影光学系３３０は、レチクル３２０のパターンをウエハ３４０に投影する光学系である。投影光学系３３０は、屈折系、反射屈折系又は反射系の光学系を使用することができる。

ウエハ３４０は、レチクル３２０のパターンが投影（転写）される基板である。但し、ウエハ３４０は、ガラスプレートやその他の基板に置換することもできる。ウエハ３４０には、フォトレジストが塗布されている。

ウエハステージ３４５は、ウエハ３４０及び測定装置１００を支持し、例えば、リニアモーターを利用してウエハ３４０及び測定装置１００を駆動する。ウエハステージ３４５は、ウエハ３４０を露光する場合には、投影光学系３３０の結像位置にウエハ３４０を配置し、ウエハ３４０面上の光強度分布を測定する場合には、投影光学系３３０の結像位置に測定装置１００を配置する。

測定装置１００は、ウエハステージ３４５上に配置され、ウエハ３４０面上の光強度分布を測定する。測定装置１００は、上述した通りのいかなる形態をも適用可能であり、ここでの詳細な説明（構成及び測定動作）は省略する。なお、測定装置１００の測定結果は、光源部３１２、照明光学系３１４、投影光学系３３０などの光学特性に影響を及ぼす部材の調整や検査に用いる。

調整部３５０は、制御部３６０に制御され、露光装置３００の光学性能を調整する。調整部３５０は、本実施形態では、照明光学系３１４を構成する光学部材を駆動する駆動機構や投影光学系３３０を構成する光学部材を駆動する駆動機構として具現化され、照明光学系３１４及び投影光学系３３０の少なくとも一方を調整する。

制御部３６０は、ＣＰＵ、メモリを有し、露光装置３００の動作を制御する。制御部３６０は、本実施形態では、測定装置１００が測定したウエハ３４０面上の光強度分布に基づいて、調整部３５０を制御する。具体的には、制御部３６０は、ウエハ３４０面の光強度分布が所望の光強度分布となるように、調整部３５０を介して、照明光学系３１４や投影光学系３３０を構成するレンズの位置や姿勢を制御する。

露光装置３００の動作において、まず、ウエハ３４０面上の光強度分布を測定する。ウエハ３４０面上の光強度分布は、上述したように、測定装置１００を用いて測定される。ウエハ３４０面上の光強度分布が測定されると、かかる測定結果に基づいて、照明光学系３１４や投影光学系３３０を調整する。これにより、優れた露光性能（結像性能）を有する露光装置３００を実現することができる。

次いで、レチクル３２０のパターンをウエハ３４０に露光する。光源部３１２から発せられた光束は、照明光学系３１４によってレチクル３２０を照明する。レチクル３２０のパターンを反映する光は、投影光学系３３０によってウエハ３４０上に結像する。この際、露光装置３００は、ウエハ３４０面上に所望の光強度分布が形成されるように調整されており、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。

次に、図１１及び図１２を参照して、露光装置３００を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１１は、デバイス（半導体デバイスや液晶デバイス）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、半導体デバイス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（ウエハ製造）では、シリコンなど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、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。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１２は、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、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウエ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、ウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置３００によってレチクルの回路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の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３００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。

本発明の一側面としての測定装置を説明するための図である。 ウエハ面上に形成される光強度分布の一例を示す図である。 本発明の一側面としての測定装置の構成を示す概略断面図である。 図３に示す測定装置において、マスクのスリット及び遮光部と第１の光電変換素子及び第２の光電変換素子との位置関係の一例を示す図である。 センサユニット上に形成された光強度分布を示す図である。 図５に示す光強度分布を測定装置が測定した場合に、第１の光電変換素子及び第２の光電変換素子から出力される光強度信号を示す図である。 図３に示す測定装置において、マスクのスリット及び遮光部と第１の光電変換素子及び第２の光電変換素子との配置関係の一例を示す図である。 本発明の一側面としての測定装置の構成を示す概略断面図である。 図８に示す測定装置において、信号処理部によって実行される演算の一例を説明するための図である。 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。 デバイスの製造を説明するためのフローチャートである。 図１１に示すステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。

符号の説明

１００ 測定装置
ＳＵ センサユニット
１１０ マスク
１１２ スリット
１１４ 遮光部
１２０ 光強度センサ
１２２ 第１の光電変換素子
１２４ 第２の光電変換素子
１３０ 格納部
１３２ 第１のメモリ
１３４ 第２のメモリ
１３６ 第３のメモリ
１４０ 信号処理部
３００ 露光装置
３１０ 照明装置
３１２ 光源部
３１４ 照明光学系
３２０ レチクル
３２５ レチクルステージ
３３０ 投影光学系
３４０ ウエハ
３４５ ウエハステージ
３５０ 調整部
３６０ 制御部

Claims (8)

1. 測定対象面に入射する光束によって形成される光強度分布を測定する測定装置であって、
   前記光束の波長より短い寸法を有する開口部及び遮光部を含むマスクと、前記開口部を通過した光束を受光して光強度信号を出力する第１の光電変換素子と、前記第１の光電変換素子から離れた位置に配置され、前記遮光部を透過した光束を受光して光強度信号を出力する第２の光電変換素子とを有するセンサユニットと、
   前記センサユニットを駆動する駆動部と、
   前記第１の光電変換素子から出力された前記光強度信号及び前記第２の光電変換素子から出力された前記光強度信号に基づいて、前記光強度分布を算出する信号処理部とを有することを特徴とする露光装置。
2. 前記第１の光電変換素子から出力された前記光強度信号と当該光強度信号に相当する光束を受光した時の前記第１の光電変換素子の位置を示す位置情報とを関連づけて格納すると共に、前記第２の光電変換素子から出力された前記光強度信号と当該光強度信号に相当する光束を受光した時の前記第２の光電変換素子の位置を示す位置情報とを関連づけて格納する格納部を更に有することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 前記格納部は、前記開口部の透過特性を格納し、
   前記信号処理部は、前記位置情報が一致する光強度信号を前記格納部から読み出し、前記格納部から読み出した前記第１の光電変換素子からの光強度信号から前記格納部から読み出した前記第２の光電変換素子からの光強度信号を減算して前記位置情報をパラメータとする関数を算出すると共に、前記透過特性と前記関数とを用いてデコンボリューションの処理を実行することを特徴とする請求項２記載の露光装置。
4. 前記開口部は、前記光束の波長より短い短手方向の幅を有するスリットであり、
   前記第２の光電変換素子は、前記第１の光電変換素子に対して、前記スリットの短手方向に垂直な方向に配置されていることを特徴とする請求項１記載の測定装置。
5. 前記開口部は、前記光束の波長より短い短手方向の幅を有するスリットであり、
   前記第２の光電変換素子は、前記第１の光電変換素子に対して、前記スリットの長手方向に垂直な方向に配置されていることを特徴とする請求項１記載の測定装置。
6. 光源からの光束を用いてレチクルを照明する照明光学系と、
   前記レチクルのパターンを基板に投影する投影光学系と、
   前記基板上の光強度分布を測定する測定装置とを有し、
   前記測定装置は、請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の測定装置であることを特徴とする露光装置。
7. 前記測定装置の測定結果に基づいて、前記照明光学系及び前記投影光学系の少なくとも一方を調整する調整部を更に有することを特徴とする請求項６記載の露光装置。
8. 請求項６又は７記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
   露光された前記基板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。

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