JP2009033048A - 露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 露光装置の投影光学系を構成する全ての光学素子の表面状態を示す情報を得ることが可能な露光装置を提供する。
【解決手段】 本発明は、レチクルに形成されたパターンで基板を露光する露光装置であって、光学素子を含む投影光学系と、投影光学系に向けた光を反射する反射面とを備える。露光装置は、投影光学系に入射し反射面及び光学素子の表面で反射した第1の光と、投影光学系に入射し反射面及び光学素子の表面で反射しなかった第2の光とに基づいて、光学素子の表面状態を示す情報を得る処理部をさらに備える。
【選択図】図1a
【解決手段】 本発明は、レチクルに形成されたパターンで基板を露光する露光装置であって、光学素子を含む投影光学系と、投影光学系に向けた光を反射する反射面とを備える。露光装置は、投影光学系に入射し反射面及び光学素子の表面で反射した第1の光と、投影光学系に入射し反射面及び光学素子の表面で反射しなかった第2の光とに基づいて、光学素子の表面状態を示す情報を得る処理部をさらに備える。
【選択図】図1a
Description
本発明は、露光装置及びデバイス製造方法に関する。
半導体素子、液晶表示素子等を製造するためのフォトリソグラフィ工程では、高解像力の投影露光装置を用いて、レチクル等に形成された線幅の微細な回路パターンを、レジスト層を塗布したウエハ等の感光基板上に投影露光する。
この投影露光工程において、前記ウエハ上に塗布されるレジスト層に用いられる感光性樹脂から発生する揮発物質等が、投影光学系の光学部材の表面に付着して、当該光学部材表面を汚染してしまうことがあった。そのため、投影露光装置では、作業者による投影光学系の前記光学部材表面の拭き取り作業、即ち、洗浄作業が必須の作業となっていた。前記洗浄作業の実施タイミングについては、作業者が目視により汚染状態を確認した時点で行われたり、予め決定された一定の周期タイミングで定期的に行われたりしていた。
近年、半導体集積回路の微細化が一層進んでおり、半導体露光装置には転写されたパターンの線幅均一性が求められている。この線幅均一性の劣化の要因として、投影露光光学系で生じるフレアの影響が、無視できなくなってきた。投影露光光学系で生じるフレアが露光画面内の照度分布を不均一にするために、画面内に光学像の線幅不均一が発生する。ここで投影露光光学系とは、照明光学系と投影光学系とを合せたものを意味する。このような投影露光光学系のフレアは、光学素子表面の汚染等により光学素子表面の反射率が増加することで生じる。
従来、投影露光光学系のフレアは、レジスト塗布されたウエハへの露光結果から推定していた。例えば、半導体露光装置で露光したパターン像の線幅変化、あるいは、露光量を変えて複数ショットの焼付けを行い、露光領域外のレジスト膜の残膜量変化から、投影露光光学系全系で生じるフレア量を予測していた。
また、投影露光光学系を構成する投影光学系の光学素子表面の汚染を測定する自動測定手段が、特許文献1に提案されている。特許文献1に記載の技術では、最も感光基板側の光学素子表面の反射率を測定する自動測定手段と、最も感光基板側の光学素子表面の汚染除去を行う自動光洗浄手段が示されている。
特開平11―283903号公報
しかし、特許文献1記載の技術では、投影光学系の外部から感光基板側の光学素子表面に投影光学系の内部を通過させずに計測用光束を斜め入射させ、その反射光量を測定するため、投影光学系を構成する内側の光学素子表面の反射率を測定することは難しい。このように従来技術では、投影光学系を構成する光学素子各々のフレア増加を測定することが困難であった。 また、特許文献1に記載の技術では、自動測定手段のために投影光学系と感光基板の間に光源を別途設けており、露光装置の構成が複雑になってしまう。
本発明は、かかる事情に鑑みなされたものであり、露光装置の投影光学系を構成する光学素子の表面状態を示す情報を得ることが可能で構成がシンプルな露光装置を提供することを目的とする。
本発明は、レチクルに形成されたパターンで基板を露光する露光装置であって、光学素子を含む投影光学系と、投影光学系に向けて光を反射する反射面と、投影光学系に入射し反射面及び光学素子の表面で反射した第1の光と、投影光学系に入射し反射面及び光学素子の表面で反射しなかった第2の光とに基づいて、光学素子の表面状態を示す情報を得る処理部と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、露光装置の投影光学系を構成する光学素子の表面状態を示す情報を得ることが可能で構成がシンプルな露光装置を提供することができる。
[実施例1]
本発明に係る露光装置の一例を、図1a及び図1bを用いて説明する。照明系2は、レーザ等の光源22、照明光学系21より構成される。
本発明に係る露光装置の一例を、図1a及び図1bを用いて説明する。照明系2は、レーザ等の光源22、照明光学系21より構成される。
光源22からの光は、照明光学系21により、所望の照明モード(有効光源形状)、所望の偏光状態、所望の照度分布として、レチクルステージ6上に載置されたレチクル3を照明する。さらに照明光学系21の内のレチクル面に対して光学的に共役位置には、開口可変のマスキングブレード(不図示)が構成されており、レチクル3上の照明範囲を所望の領域に限定することができる。また照明光学系21内には、照明系2の露光量制御を行うための露光量センサ(不図示)が構成されている。
レチクル3の下面にはパターンが形成されており、このパターンからの回折光が、投影光学系1により、基板ステージ5上に載置されたレジストの塗布されたウエハ等の基板51上に結像され、パターン転写が行なわれる。ウエハ,ガラスプレート等の基板を、以下「ウエハ」と呼ぶこととする。
一般に露光装置に用いられる投影光学系1は、物体面側、像面側の少なくとも何れか一方がテレセントリックな光学学系となっている。特に像面側をテレセントリックとすることで、ウエハ高さを変えてフォーカス調整を行う場合に、結像倍率の変化を原理的に無くすことができるからである。
投影光学系1を構成する内部の光学素子は、クリーンドライエアや不活性ガス等の汚染物質を含まない気体でパージされており、光学素子の表面が汚染されにくい構造となっている。しかし、投影光学系1の物体面側及び像面側を構成する光学系の最外面は、それぞれレチクルステージ及びウエハを支持する基板ステージ等の駆動機構が存在する空間に接している。
これらの、レチクルステージ及び基板ステージの存在する空間は、駆動機構が存在するため雰囲気中の汚染物質を完全に除去することができないので、この空間に接している投影光学系1の光学素子表面は汚染の影響を受けやすくなる。そこで、投影光学系1の物体面側、及び像面側を構成する光学系の最外面は、必要に応じて交換可能な構造となっている。
また、走査型半導体露光装置では、レチクルステージ6と基板ステージ5とは同期走査しつつパターン転写が行なわれる。レチクル3、ウエハ51はそれぞれ不図示のレチクル搬送系、ウエハ搬送系により、露光装置内に搬入、搬出される。それぞれの搬送系で搬入されたレチクル3はレチクルステージ6上に吸着固定され、ウエハ51はウエハチャック52上に吸着固定される。
レチクルステージ6は走査方向(図1a、図1bの紙面垂直方向)に駆動可能であり、基板ステージ5は走査方向及び走査直交方向に駆動可能である。基板ステージ5は、不図示のオートフォーカス機構により、投影光学系1の最良結像面にウエハ51の表面を合焦させるために、水平面のレベリング駆動及び投影光学系1の光軸方向(図1a、1bの上下方向)に制御可能となっている。また基板ステージ5上には、ウエハ側光量センサ4が構成されている。
照明系2、レチクルステージ6及び基板ステージ5は、不図示の処理部により制御されている。
次に投影光学系1のウエハ側光学素子11の表面状態を示す情報である表面反射率の測定について説明する。図1a及び図1bの各々の状態で、照明系2内に構成された露光量センサ(不図示)の光量測定値、基板ステージ5上に構成されたウエハ側光量センサ4の光量測定値より、投影光学系1のウエハ側光学素子11の反射率を算出する。
図1aの状態における光学素子表面の反射率の測定について説明する。照明系2内の光源22により発せられた光は照明光学系21に設けた整形部材により、投影光学系1の物体面に対して垂直には入射しないで斜入射するように整形される。整形部材としては、図12に示したような、開口231を持つ絞り23を用いれば良い。この絞り23を照明系2内のレチクル面に対して光学的に瞳面となる位置に配置することで、投影光学系1の瞳面に1つのポール(極)を持つモノポール形状の有効光源が形成される。ポールの直径は、σで換算して0.2以下が好ましい。
ところで、測定対象である光学素子の反射率は0.1以上0.2以下と低い。そのため、整形部材として絞りではなく、計算機ホログラムを用いることがより好ましい。例えば、σで換算して0.1の直径のモノポール形状を持つ有効光源を形成する場合、計算機ホログラムを用いれば、絞りを用いてσが0.8の通常の円形の有効光源からモノポール形状を切り出すのに比べて、照度が数十倍高い有効光源を形成でき非常に望ましい。
整形部材で整形された照明光学系21からの光は、投影光学系1の物体面に配置されたレチクル3の透過開口パターン31を照明する。透過開口パターン31を通過した光束は、投影光学系1により、基板ステージ5に載置されたウエハ側光量センサ4の反射面42上に集光し反射する。この反射面42により反射した光束は、さらに投影光学系1の最も外郭にあるウエハ側光学素子11の表面で反射した後、受光開口41を通過してウエハ側光量センサ4により受光され光電変換される。ウエハ側光量センサ4は、投影光学系1に入射し投影光学系を出射された光を検出するセンサである。図1aの状態でウエハ側光量センサ4に検出される光は、投影光学系1に入射し反射面42及び光学素子11の表面で反射した第1の光である。
このとき、受光開口41に斜入射光束が入光するような基板ステージ5の位置を予め計算し、基板ステージ5を駆動させておく。受光開口41に斜入射光束が入光する位置は、以下の5つの情報より、いわゆる光線トレースを計算することにより求めることが可能である。
・投影光学系1の光学データ
・投影光学系1に光束を入光させる位置
・投影光学系1に光束を入光させる入射角度
・投影光学系1内の反射率測定を行う光学素子面の指定
・投影光学系1の像面と光学的共役位置に配置された反射面の位置
この計算は、当該業者であれば、投影露光装置内のコンピューターを用いて自動算出させることも容易である。
・投影光学系1の光学データ
・投影光学系1に光束を入光させる位置
・投影光学系1に光束を入光させる入射角度
・投影光学系1内の反射率測定を行う光学素子面の指定
・投影光学系1の像面と光学的共役位置に配置された反射面の位置
この計算は、当該業者であれば、投影露光装置内のコンピューターを用いて自動算出させることも容易である。
投影光学系1の最もウエハ側に位置するウエハ側光学素子11は、交換が容易な平行平面板等の透過素子とされることが多い。ウエハ側光量センサ4上の、反射面42及び受光開口41の構成は、例えば透明基板表面にCr等の金属遮光膜をパターニングすることで形成することができる。さらに金属膜上に誘電体膜をコーティングして反射部の反射効率を高め、かつ受光開口部の透過効率を高めることも可能である。
ここで、図1aの状態における光学素子の反射率の測定について定量的に説明する。図1aの状態で、照明系内に設けられた露光量センサ(不図示)と基板ステージ5に載置されたウエハ側光量センサ4とにより同時に光量測定を行うものとする。このとき、照明系内に設けられた露光量センサ(不図示)で測定される光量をIN(1a)とし、ウエハ側光量センサ4で測定される光量をOUT(1a)とする。
レチクル3を照明する光束の照度は、照明系内に設けられた露光量センサ(不図示)で測定される光量をIN(1a)に、露光量センサが照明系内のどこの位置に設けられているかによって定まる計測効率Kを掛けたK・IN(1a)の値となる。
透過開口パターン31を通過した直後での光束の照度は、さらにレチクル3のガラス面透過率をGTとすると、K・IN(1a)・(GT2)の値となる。
露光装置に搭載される投影光学系1の結像倍率は、一般に1/4倍あるいは1/5倍などの縮小倍であるが、ここでは簡単のため、投影光学系1の結像倍率を1倍として、以下の説明を行う。縮小倍1/βの場合の議論は自明であるため省略した。
ウエハ側光量センサ4上の反射面42に集光した光束の照度は、さらに投影光学系1の透過率をPTとすると、K・IN(1a)・(GT2)・PTの値となる。ここで、透過開口パターン31を通過した直後での光束の光量分布が光強度均一な状態である場合、ウエハ側光量センサ4上の反射面42に集光(結像)した光束の光量分布も光強度均一な状態となる。しかし、反射面42により反射した光束がさらに投影光学系1のウエハ側光学素子11の表面で反射し受光開口41に達した状態では、透過開口パターン31の像はデフォーカスしているため受光開口41を照射する光束の光量分布は光強度均一では無くなっている。
結像位置での光強度分布を均一とした場合、デフォーカスした状態での光強度分布は、デフォーカス量の増加に伴う像のボケにより、光量分布がひろがり像の周辺部から光強度が低下してくる。この像のボケによる像周辺部の光量分布低下は、デフォーカス量と照明光束の持つ光束拡がり(NA)より決まるもので、前述した投影光学系1の光線トレースにおいて照明光束の持つ光束拡がり(NA)を加味することにより容易に求まる。そこで、透過開口パターン31の開口径を、この像のボケ量分予め大きく設定しておけば、受光開口41を照射する光束の光量分布は、受光開口41の開口部内で均一分布を得ることが可能となる。
このように透過開口パターン31の開口径を大きく設定した場合、反射面42の表面反射率をWR、ウエハ側光学素子11の表面反射率をULDRとすると、受光開口41を照射する光束の照度はK・IN(1a)・(GT2)・PT・WR・ULDRとなる。受光開口41を通過した直後の光束の照度は、受光開口41の透過率をWTとすると、K・IN(1a)・(GT2)・PT・WR・ULDR・WTとなる。
受光開口41を通過した光束がウエハ側光量センサ4に光電変換される場合を考える。ウエハ側光量センサ4の光電変換効率をWKとすると、ウエハ側光量センサ4で測定される光量OUT(1a)は、
OUT(1a)=K・IN(1a)・(GT2)・PT・WR・ULDR・WT・WK
で表される。
OUT(1a)=K・IN(1a)・(GT2)・PT・WR・ULDR・WT・WK
で表される。
この関係式から、ウエハ側光学素子11の表面反射率ULDR={OUT(1a)/IN(1a)}/{ K・(GT2)・PT・WR・WT・WK}を解けばULDRが求まる。ただし、装置固有の定数項{ K・(GT2)・PT・WR・WT・WK}を予め求めておく必要がある。
これらの定数項のうち、下記に示した4つの項は、露光装置に組み込まれる前の、各々ユニット状態でその特性を測定することは可能である。
・照明系内の露光量センサの計測効率K
・投影光学系1の透過率PT
・ウエハ側光量センサ4の受光開口41の透過率WT
・ウエハ側光量センサ4の光電変換効率WK
しかし、これらの定数項は、光束の入射角度によって異なる値を示すため、各々のユニットで入射角度を変えた光学特性を計測する必要があり、そのような測定環境を実現することが多大な労力を要する。また、これらの特性を予め求めておいたとしても、装置に組み込まれ使用されるにつれ特性が経時的に変化を生じた場合は、この定数項の経時変化がウエハ側光学素子11の表面反射率ULDR測定値の信憑性にそのまま影響を与えることになる。
・照明系内の露光量センサの計測効率K
・投影光学系1の透過率PT
・ウエハ側光量センサ4の受光開口41の透過率WT
・ウエハ側光量センサ4の光電変換効率WK
しかし、これらの定数項は、光束の入射角度によって異なる値を示すため、各々のユニットで入射角度を変えた光学特性を計測する必要があり、そのような測定環境を実現することが多大な労力を要する。また、これらの特性を予め求めておいたとしても、装置に組み込まれ使用されるにつれ特性が経時的に変化を生じた場合は、この定数項の経時変化がウエハ側光学素子11の表面反射率ULDR測定値の信憑性にそのまま影響を与えることになる。
したがって、図1aの状態で得られた装置固有の6種類の定数項を含んだ関係式からULDRを求めることは賢明ではなく、装置固有の定数項を極力少なくした関係式からULDRを求めるべきである。この定数項の削減は、図1bの測定を合せて行うことにより実現できる。
次に、図1bの状態での測定について説明する。ただし、図1aと同様な説明は省略する。図1aの状態との相違点は、透過開口パターン31を通過した光束が、投影光学系1によりウエハ側光量センサ4の受光開口41に直接集光し、受光開口41を通過することである。図1bの状態でウエハ側光量センサ4に検出される光は、投影光学系1に入射し反射面42及び光学素子11の表面で反射しなかった第2の光である。
図1bの測定について定量的に説明する。ウエハ側光量センサ4で測定される光量OUT(1b)は、照明系内に設けられた露光量センサ(不図示)で測定される光量をIN(1b)とすると、
OUT(1b)=K・IN(1b)・(GT2)・PT・WT・WK
で表される。
OUT(1b)=K・IN(1b)・(GT2)・PT・WT・WK
で表される。
図1a及び図1bの状態で求めた2つの関係式(1)、(2)を用いてウエハ側光学素子11の表面反射率ULDRについて解くと、ULDRは式(3)となる。
OUT(1a)=K・IN(1a)・(GT2)・PT・WR・ULDR・WT・WK (1)
OUT(1b)=K・IN(1b)・(GT2)・PT・WT・WK (2)
ULDR={OUT(1a)/IN(1a)/OUT(1b)/IN(1b) }・(1/WR) (3)
ウエハ側光学素子11の表面反射率ULDRが、下記に示した3つの項のみで求められることは、非常に好ましい。
・照明系内に設けられた露光量センサ(不図示)で測定される光量IN(1a)、IN(1b)
・ウエハ側光量センサ4で測定される光量OUT(1a)、OUT(1b)
・ウエハ側光量センサ4の反射面42の表面反射率WR
好ましい理由は、予め露光装置に記憶させておかねばならない装置固有の特性が、反射面42の表面反射率WRだけとなりとなり非常に簡便となるからである。この反射面42の表面反射率WRと測定光の入射角度の関係を、例えばウエハ側光量センサ4を装置に組み込む前に実測しておき、予め露光装置に記憶させておけばよいことになる。また、反射面42が表面の汚染等で反射率低下が生じたとしても、本測定を行う前に露光光を反射面42に照射することで光洗浄でき、汚染による反射率変化を回復させることが可能なため、ULDR測定値の信憑性に影響を与える定数項の経時変化が生じにくい。
OUT(1a)=K・IN(1a)・(GT2)・PT・WR・ULDR・WT・WK (1)
OUT(1b)=K・IN(1b)・(GT2)・PT・WT・WK (2)
ULDR={OUT(1a)/IN(1a)/OUT(1b)/IN(1b) }・(1/WR) (3)
ウエハ側光学素子11の表面反射率ULDRが、下記に示した3つの項のみで求められることは、非常に好ましい。
・照明系内に設けられた露光量センサ(不図示)で測定される光量IN(1a)、IN(1b)
・ウエハ側光量センサ4で測定される光量OUT(1a)、OUT(1b)
・ウエハ側光量センサ4の反射面42の表面反射率WR
好ましい理由は、予め露光装置に記憶させておかねばならない装置固有の特性が、反射面42の表面反射率WRだけとなりとなり非常に簡便となるからである。この反射面42の表面反射率WRと測定光の入射角度の関係を、例えばウエハ側光量センサ4を装置に組み込む前に実測しておき、予め露光装置に記憶させておけばよいことになる。また、反射面42が表面の汚染等で反射率低下が生じたとしても、本測定を行う前に露光光を反射面42に照射することで光洗浄でき、汚染による反射率変化を回復させることが可能なため、ULDR測定値の信憑性に影響を与える定数項の経時変化が生じにくい。
光量IN(1a)、IN(1b)を測定するための露光量センサは、通常照明系内に構成される露光量制御用センサを用いることが可能である。同様に、光量OUT(1a)、OUT(1b)を測定するためのウエハ側光量センサ4も、通常基板ステージ上に構成される露光量制御用センサを用いることが可能である。
このように、通常用いられている露光装置に対して、ウエハ側光量センサ4近傍に反射面42を付加するだけの簡易な構成で、投影光学系1のウエハ側光学素子11の表面反射率を測定することが可能となる。
上述の説明では、図1a及び図1bの状態で、ウエハ側光量センサ4の受光開口41の透過率WT及びウエハ側光量センサ4の光電変換効率WKの2つが、それぞれ等しいとして説明を行った。しかし、これらが厳密に等価となるのは、投影光学系1の基板側が略テレセントリックとなっており、かつ反射率測定の対象である投影光学系を構成する基板側の最外光学素子11が平面の場合に限られる。この条件に限り、光量センサの持つ感度の角度特性(光束のセンサへの入射角度によりセンサ出力が異なる)に影響されることなく光学素子表面の反射率を測定することが可能となる。
しかし、この条件を満たさなくとも、投影光学系1のウエハ側光学素子11の表面反射率の経時変化をモニターする(特定期間ごとに測定を繰り返す)目的に対しては、何ら問題は無い。この場合は、図1a及び図1bの状態で、ウエハ側光量センサ4の受光開口41の透過率WT及びウエハ側光量センサ4の光電変換効率WKの2つが、それぞれ等しいという近似を行うものとする。
図1cに実施例1における反射率の計測フローを示した。ステップ1で、レチクル搬送系がレチクル3を搬入し、レチクルステージ6の上に載置させる。レチクル3には、投影光学系1内の複数像高に対応した、複数の透過開口パターン31が構成されているものとする。ステップ2で、処理部が照明有効光源の形状を設定する。処理部は、照明系内の有効光源形状切り替え機構を駆動させ、モノポール照明光とする。ステップ3で、処理部が、照明系2内の有効光源可変機構を駆動させ、照明光の入射角度(NA)を所定の値に設定する。
ステップ4で、処理部が、投影光学系1の露光領域に、透過開口パターン31を合致させるようレチクルステージ6を駆動する。ステップ5で、処理部は照明領域を設定する。処理部が照明系2内のマスキングブレードを駆動して、測定したい像高の透過開口パターン31近傍だけを部分的に照明させる。ステップ6で、処理部は、図1aの状態、すなわち透過開口パターン31を通過した光束が反射面42及びウエハ側光学素子11の表面で反射した後、ウエハ側光量センサ4の受光開口41を通過する位置に基板ステージ5を駆動させる。ステップ7で、処理部は、光源レーザ等を発振させる等により、照明光をレチクル3の上に照射させる。ステップ8で、照明系内に設けられた露光量センサ(不図示)と基板ステージ5に載置されたウエハ側光量センサ4は、同時に光量OUT(1a),IN(1a)の測定を行う。ステップ9で、処理部は、光源レーザの発振を止める等させて、照明光をレチクル上に照射しないようにする。
ステップ10で、処理部は、図1bの位置、すなわち透過開口パターン31を通過した光束がウエハ側光量センサ4の受光開口41を直接通過する位置に基板ステージ5を駆動させる。ステップ11で、処理部は、光源レーザを発振させる等により、照明光をレチクル3の上に照射させる。ステップ12で、照明系内に設けられた露光量センサ(不図示)と基板ステージ5に載置されたウエハ側光量センサ4は、同時に光量OUT(1b),IN(1b)の測定を行う。ステップ13で、処理部は、光源レーザの発振を止める等させて、照明光をレチクル上に照射しないようにする。
ステップ14で、処理部は、測定値OUT(1b)、IN(1b)、OUT(1a)、IN(1a)及び予め装置内に記憶されている反射面42の表面反射率WRの入射角度特性値より測定時の入射角度を考慮して表面反射率ULDRを算出する。
[実施例2]
図2a〜図2cを用いて、投影光学系1のレチクル側光学素子12の反射率測定について説明する。図1a,図1bと同様な説明は省略する。
図2a〜図2cを用いて、投影光学系1のレチクル側光学素子12の反射率測定について説明する。図1a,図1bと同様な説明は省略する。
図2aの状態での測定について説明する。照明系2内の光源22により発せられた光は、照明光学系21によりモノポール斜入射光束として形成され、レチクル3に形成された透過開口パターン32を照明する。
透過開口パターン32を通過した光束は、投影光学系1のレチクル側光学素子12の表面で反射した後、レチクル3に形成されたレチクル上面反射領域36により再度反射し、投影光学系1に入光する。投影光学系1に入光した光束は、ウエハ側光量センサ4の受光開口41に導光され、受光開口41を通過した光束はウエハ側光量センサ4により受光され光電変換される。
この投影光学系1の最も外郭にあるレチクル側光学素子12は、交換が容易な平行平面板等の透過素子とされることが多い。このとき、受光開口41に斜入射光束が入光するように予め位置を計算し基板ステージ5を駆動させておく。具体的には、ウエハ側光量センサ4の受光開口41の上下位置は、投影光学系1の像面に保ったまま、基板ステージ5を水平方向(紙面に垂直な平面内)に駆動させ、斜入射光束と受光開口41が合致させるものとする。
この投影光学系1の像面は、レチクル3下面のパターンがウエハ側で結像する位置、すなわち図1aの状態における基板ステージ5と同じ上下位置とする。ここで、透過開口パターン32の像は、ウエハ側光量センサ4の受光開口41の位置ではデフォーカスしていることになる。
そこで、受光開口41の開口部内で均一分布を得るために、透過開口パターン32を光強度均一な状態で照明し、かつ透過開口パターン32の開口径を、受光開口41に対して像のボケ量分予め大きく設定する。図1aで示した透過開口パターン31と図2aで示した透過開口パターン32は、ウエハ側光量センサ4の受光開口41の位置での各々のボケ量が異なるので、透過開口パターン31の開口径と透過開口パターン32の開口径は異なる。
図2aの測定について定量的に説明する。図2aの状態で、照明系内に設けられた露光量センサ(不図示)と基板ステージ5に載置されたウエハ側光量センサ4により、同時に光量測定を行うものとする。このとき、照明系内に設けられた露光量センサ(不図示)で測定される光量をIN(2a)とし、ウエハ側光量センサ4で測定される光量をOUT(2a)とする。透過開口パターン32を通過した直後での光束の照度は、図2aも図1a同様に、K・IN(1a)・(GT2)の値となる。
レチクル側光学素子12の表面反射率をULUR、レチクル上面反射領域36のレチクル内面反射率をCURとすると、受光開口41を照射する光束の照度は、K・IN(1a)・(GT2)・ULUR・GT・CUR・GT・ PTの値となる。
よって、ウエハ側光量センサ4で測定される光量OUT(2a)は、
OUT(2a)=K・IN(1a)・(GT4)・ULUR・CUR・PT・WT・WK
で表される。
OUT(2a)=K・IN(1a)・(GT4)・ULUR・CUR・PT・WT・WK
で表される。
次に、図2bの状態での測定について説明する。図2aの状態との相違点は、透過開口パターン32を通過した光束が、レチクル側光学素子12の表面で反射する事無く、投影光学系1によりウエハ側光量センサ4の受光開口41に直接集光し、受光開口41を通過することである。
図2bの測定について定量的に説明する。ウエハ側光量センサ4で測定される光量OUT(2b)は、照明系内に設けられた露光量センサ(不図示)で測定される光量をIN(2b)とすると、
OUT(2b)=K・IN(2b)・(GT2)・PT・WT・WK
で表される。
OUT(2b)=K・IN(2b)・(GT2)・PT・WT・WK
で表される。
図2a及び図2bの状態で求めた2つの関係式(4)、(5)を用いてレチクル側光学素子12の表面反射率ULURについて解くと、ULURは式(6)となる。
OUT(2a)=K・IN(2a)・(GT4)・ULUR・CUR・PT・WT・WK (4)
OUT(2b)=K・IN(2b)・(GT2)・PT・WT・WK (5)
ULUR={OUT(1a)/IN(1a)/OUT(1b)/IN(1b)}・{1/(GT2・CUR)} (6)
レチクル側光学素子12の表面反射率ULURが、下記に示した3つの項のみで求められることは、非常に好ましい。
・照明系内に設けられた露光量センサ(不図示)で測定される光量IN(2a)、IN(2b)
・ウエハ側光量センサ4で測定される光量OUT(2a)、OUT(2b)
・レチクル3のガラス面透過率GT、レチクル上面反射領域36のレチクル内面反射率CUR
好ましい理由は、予め露光装置に記憶させておかねばならない装置固有の特性は、レチクル3のガラス面透過率GT、レチクル上面反射領域36のレチクル内面反射率CURだけとなりとなり非常に簡便となるからである。このガラス面透過率GT、レチクル内面反射率CURと測定光の入射角度との関係をレチクル3単体で実測しておき、予め露光装置に記憶させておけばよいことになる。このとき、レチクル3の硝材及びレチクル上面反射領域の光学物性値を用いて、ガラス面透過率GT、レチクル内面反射率CURと測定光の入射角度との関係を、露光装置内で演算して求めても構わない。また、レチクル3が誤って汚染されたとしても、レチクル内面反射率CURは影響を受けないし、レチクル3を洗浄器にかけることで、ガラス面透過率GTの回復させることが容易であるため、ULUR測定値の信憑性に影響を与える定数項の経時変化が生じにくい。
OUT(2a)=K・IN(2a)・(GT4)・ULUR・CUR・PT・WT・WK (4)
OUT(2b)=K・IN(2b)・(GT2)・PT・WT・WK (5)
ULUR={OUT(1a)/IN(1a)/OUT(1b)/IN(1b)}・{1/(GT2・CUR)} (6)
レチクル側光学素子12の表面反射率ULURが、下記に示した3つの項のみで求められることは、非常に好ましい。
・照明系内に設けられた露光量センサ(不図示)で測定される光量IN(2a)、IN(2b)
・ウエハ側光量センサ4で測定される光量OUT(2a)、OUT(2b)
・レチクル3のガラス面透過率GT、レチクル上面反射領域36のレチクル内面反射率CUR
好ましい理由は、予め露光装置に記憶させておかねばならない装置固有の特性は、レチクル3のガラス面透過率GT、レチクル上面反射領域36のレチクル内面反射率CURだけとなりとなり非常に簡便となるからである。このガラス面透過率GT、レチクル内面反射率CURと測定光の入射角度との関係をレチクル3単体で実測しておき、予め露光装置に記憶させておけばよいことになる。このとき、レチクル3の硝材及びレチクル上面反射領域の光学物性値を用いて、ガラス面透過率GT、レチクル内面反射率CURと測定光の入射角度との関係を、露光装置内で演算して求めても構わない。また、レチクル3が誤って汚染されたとしても、レチクル内面反射率CURは影響を受けないし、レチクル3を洗浄器にかけることで、ガラス面透過率GTの回復させることが容易であるため、ULUR測定値の信憑性に影響を与える定数項の経時変化が生じにくい。
上述の説明では、図2a及び図2bの状態で、ウエハ側光量センサ4の受光開口41の透過率WT及びウエハ側光量センサ4の光電変換効率WKの2つが、それぞれ等しいとして説明を行った。しかし、これらが厳密にそれぞれが等価となるのは、投影光学系1のレチクル側が略テレセントリックとなっており、反射率測定の対象である投影光学系を構成するレチクル側の最外光学素子12が平面の場合に限られる。この条件に限り、光量センサの持つ感度の角度特性(光束のセンサへの入射角度によりセンサ出力が異なる)に影響されることなく測定することが可能となる。
しかし、この条件を満たさなくとも、投影光学系1のレチクル側光学素子12の表面反射率の経時変化をモニターする(特定期間ごとに測定を繰り返す)目的に対しては、何ら問題は無い。この場合は、図2a及び図2bの状態で、ウエハ側光量センサ4の受光開口41の透過率WT及びウエハ側光量センサ4の光電変換効率WKの2つがそれぞれ等しいという近似を行うものとする。
図2dに実施例2におけるレチクル側光学素子12の表面反射率を計測するフローを示した。
ステップ1で、レチクル搬送系がレチクル3を搬入し、レチクルステージ6の上に載置させる。レチクル3には、投影光学系1内の複数像高に対応した、複数の透過開口パターン32が構成されているものとする。ステップ2で、照明有効光源の形状を設定する。処理部が照明系内の有効光源形状切り替え機構を駆動させ、モノポール照明光とする。ステップ3で、処理部が、照明系2内の有効光源可変機構を駆動させ、照明光の入射角度(NA)を所定の値に設定する。
ステップ4で、処理部が、投影光学系1の露光領域に透過開口パターン32を合致させるようレチクルステージ6を駆動する。ステップ5で、処理部は照明領域を設定する。処理部が照明系2内のマスキングブレードを駆動して、測定したい像高の透過開口パターン32近傍だけを部分的に照明させる。ステップ6で、処理部は、図2aに示す透過開口パターン32を通過した光束が、レチクル側光学素子12及びレチクル上面反射領域36により反射した後、投影光学系1を介しウエハ側光量センサ4の受光開口41に導光される位置に、基板ステージ5を駆動させる。ステップ7で、処理部は、光源レーザ等を発振させる等により、照明光をレチクル3の上に照射させる。ステップ8で、照明系内に設けられた露光量センサ(不図示)と基板ステージ5に載置されたウエハ側光量センサ4は、同時に光量OUT(2a),IN(2a)の測定を行う。ステップ9で、処理部は、光源レーザの発振を止める等させて、照明光をレチクル上に照射しないようにする。ステップ10で、処理部は、照明系2内のマスキングブレードを駆動して、ウエハ側光量センサ4の受光開口41近傍だけを部分的に照明させる。
ステップ11で、処理部は、図2bの状態、すなわち投影光学系1の露光領域に透過部を位置させる(透過開口パターン32を逃がす)ようにレチクルステージ6を駆動させる。ステップ12で、光源レーザを発振させる等により、照明光をレチクル3の上に照射させる。ステップ13で、照明系内に設けられた露光量センサ(不図示)と基板ステージ5に載置されたウエハ側光量センサ4は、同時に光量OUT(2b),IN(2b)の測定を行う。ステップ14で、処理部は、光源レーザの発振を止める等させて、照明光をレチクル上に照射しないようにする。
ステップ15で、処理部は、測定値OUT(1b)、IN(1b)、OUT(1a)、IN(1a)、及び予め装置内に記憶されているガラス面透過率GT、レチクル内面反射率CURの入射角度特性値より、測定時の入射角度を考慮してULURを算出する。
実施例2において、レチクル側光学素子の表面反射率を計測するフローを図2eのようにすることもできる。図2eの計測フローと図2dの計測フローの違いは、リファランス計測である図2cと図2bの状態との違いである。図2bでは、投影光学系1内を通過する計測光束の光路が、図2aと等しくなるように設定している。その為、図2bと図2aの状態では、レチクル3の位置及び照明範囲の設定がそれぞれ異なるものとなる。これに対して、図2cでは、投影光学系1内を通過する計測光束の光路は異なるが、レチクル3の位置及び照明範囲が図2aと等しくなるように設定している。その為、図2cと図2aの状態では、基板ステージ5の位置がそれぞれ異なるものとなる。図1bと図2cの差は、透過開口パターン31と32との違いである。
ここで、図2aでの投影光学系1の透過率をPT、図2cでの透過率PT’とする。
図2a及び図2cの状態で求めた2つの関係式(4)、(7)を用いてレチクル側光学素子12の表面反射率ULURについて解くと、ULURは式(8)となる。
OUT(2a)=K・IN(2a)・(GT4)・ULUR・CUR・PT・WT・WK (4)
OUT(2c)=K・IN(2c)・(GT2)・PT’・WT・WK (7)
ULUR={OUT(2a)/IN(2a)/OUT(2c)/IN(2c) }・{1/(GT2・CUR )}・{PT’/PT} (8)
この投影光学系1の透過率をPT、PT’は、{PT’/PT}≒1と見なしてULURを算出してもよいし、予め装置に搭載される前の投影光学系1の状態でPT、PT’の計測を行っておき、露光装置に記憶させておいても構わない。例えば、レチクル側光学素子12の表面反射率の経時変化をモニターする場合は、反射率測定値の変化が正しく計られることが重要であり、反射率測定値の初期値が真値と若干の差を持っていても構わない。ここで言う経時変化のモニターとは、特定期間ごとに測定を繰り返すことである。また、ここでいう真値とは、例えばその素子のみ取り出して別の測定器での測定値のことである。このような場合には{PT’/PT}≒1と見なしてULURを算出しても何ら問題は無い。
OUT(2a)=K・IN(2a)・(GT4)・ULUR・CUR・PT・WT・WK (4)
OUT(2c)=K・IN(2c)・(GT2)・PT’・WT・WK (7)
ULUR={OUT(2a)/IN(2a)/OUT(2c)/IN(2c) }・{1/(GT2・CUR )}・{PT’/PT} (8)
この投影光学系1の透過率をPT、PT’は、{PT’/PT}≒1と見なしてULURを算出してもよいし、予め装置に搭載される前の投影光学系1の状態でPT、PT’の計測を行っておき、露光装置に記憶させておいても構わない。例えば、レチクル側光学素子12の表面反射率の経時変化をモニターする場合は、反射率測定値の変化が正しく計られることが重要であり、反射率測定値の初期値が真値と若干の差を持っていても構わない。ここで言う経時変化のモニターとは、特定期間ごとに測定を繰り返すことである。また、ここでいう真値とは、例えばその素子のみ取り出して別の測定器での測定値のことである。このような場合には{PT’/PT}≒1と見なしてULURを算出しても何ら問題は無い。
[実施例3]
図3及び図4を用いて、本発明である投影光学系1内の光学素子13及び14の反射率測定について説明する。
図3及び図4を用いて、本発明である投影光学系1内の光学素子13及び14の反射率測定について説明する。
図3の状態での測定について説明する。図3の状態は、図1aの状態に対して、レチクル3に形成された透過開口パターン33となっている点と、基板ステージ5の位置とが違う。図3には、反射面42で反射した光束が、投影光学系1のウエハ側光学素子11で再度反射した状態と、投影光学系1内の光学素子13で反射した状態を示した。この二つの光学素子11及び13で反射してウエハ側光量センサ4に戻ってくる光束の位置(水平方向)は、一般に異なる。それなので、透過開口パターン33の開口径を最適化してやれば、二つの光学素子11及び13で反射した光束がお互い混ざり合わないように、光学素子13で反射した光束だけが受光開口41を通過する位置に基板ステージ5を駆動させることが可能となる。
ここで、図3の測定について定量的に説明する。投影光学系1のウエハ側光学素子11の透過率をT11とし、光学素子13の反射率をR13とすると、
OUT(3a)=K・IN(3a)・(GT2)・(T112)・R13・PT・WR ・WT・WK
となる。
OUT(3a)=K・IN(3a)・(GT2)・(T112)・R13・PT・WR ・WT・WK
となる。
また、図1b同様のリファランス計測(図1bで、レチクル3の透過開口パターン31のみ透過開口パターン33に変えたもの)を行うことで、
OUT(3b)=K・IN(3b)・(GT2)・PT’・WT・WK
となる。
OUT(3b)=K・IN(3b)・(GT2)・PT’・WT・WK
となる。
この二つの関係式から、
R13・(T112)={OUT(3a)/IN(3a)/OUT(3b)/IN(3b)}・{1/WR}
を得る。
ここで、T11≒1と見なすことで、
R13≒{OUT(3a)/IN(3a)/OUT(3b)/IN(3b)}・{1/WR}
となる。
R13・(T112)={OUT(3a)/IN(3a)/OUT(3b)/IN(3b)}・{1/WR}
を得る。
ここで、T11≒1と見なすことで、
R13≒{OUT(3a)/IN(3a)/OUT(3b)/IN(3b)}・{1/WR}
となる。
T11≒1という近似を行うことは、光学素子13の表面反射率R13の経時変化をモニターする(特定期間ごとに測定を繰り返す)目的に対しては、何ら問題は無い。このように、光学素子13の表面反射率R13も、実施例1に示した光学素子11の表面反射率ULDRと同じ関係式で求めることが可能となる。
次に、図4の状態での測定について説明する。図4の状態は、図2aの状態に対して、レチクル3に形成された透過開口パターン34となっている点と、基板ステージ5の位置とが違う。
投影光学系1のレチクル側光学素子12の透過率をT12とし、光学素子14の反射率をR14とすると、
OUT(4a)=K・IN(4a)・(GT4)・(T122)・R14・PT・WT・WK
となる。
OUT(4a)=K・IN(4a)・(GT4)・(T122)・R14・PT・WT・WK
となる。
また、図2c同様のリファランス計測(図2cで、レチクル3の透過開口パターン31のみ透過開口パターン34に変えたもの)を行うことで、
OUT(4b)=K・IN(3b)・(GT2)・PT’・WT・WK
となる。
OUT(4b)=K・IN(3b)・(GT2)・PT’・WT・WK
となる。
この二つの関係式から、
R14・(T122)={OUT(4a)/IN(4a)/OUT(4b)/IN(4b)}・{1/(GT2・CUR)}
を得る。このとき、リファランス計測を図2bの状態で行うものでも構わない。
R14・(T122)={OUT(4a)/IN(4a)/OUT(4b)/IN(4b)}・{1/(GT2・CUR)}
を得る。このとき、リファランス計測を図2bの状態で行うものでも構わない。
さらに、T12≒1と見なすことで、
R14≒{OUT(4a)/IN(4a)/OUT(4b)/IN(4b)}・{1/(GT2・CUR)}
となる。
R14≒{OUT(4a)/IN(4a)/OUT(4b)/IN(4b)}・{1/(GT2・CUR)}
となる。
このように、光学素子14の表面反射率R14も、実施例2に示した光学素子12の表面反射率ULURと同じ関係式で求めることが可能となる。
投影光学系1内部の光学素子を、図3a同様の測定あるいは図4同様の測定で行うかの判断は、投影光学系1のレンズ設計データをもとに、下記の2点から決定すればよい。
・ウエハ側光量センサ4の受光光量
・他面からの反射計測光との分離度
なお、図3同様の測定あるいは図4同様の測定だけという、すなわち1種類の測定ではどうしても他面からの反射計測光が分離できない場合は、下記のようにすると良い。
・ウエハ側光量センサ4の受光光量
・他面からの反射計測光との分離度
なお、図3同様の測定あるいは図4同様の測定だけという、すなわち1種類の測定ではどうしても他面からの反射計測光が分離できない場合は、下記のようにすると良い。
例えば2面の反射計測光R15,R16が、ウエハ側光量センサ4の受光光量に混じりあう場合を考える。このR15,R16に対して、図3同様及び図4同様の2種類の計測を行うと、以下の2つの関係式を得る。
R15+R16≒{OUT(3a)/IN(3a)/OUT(3b)/IN(3b)}・{1/WR}
R15+R16≒{OUT(4a)/IN(4a)/OUT(4b)/IN(4b) }・{1/(GT2・CUR)}
この連立方程式を解くことで、反射率R15及びR16を求めることが可能となる。
R15+R16≒{OUT(3a)/IN(3a)/OUT(3b)/IN(3b)}・{1/WR}
R15+R16≒{OUT(4a)/IN(4a)/OUT(4b)/IN(4b) }・{1/(GT2・CUR)}
この連立方程式を解くことで、反射率R15及びR16を求めることが可能となる。
さらに複数の反射計測光が混じりあう場合は、測定を行う透過開口パターンの像高を複数にするなど状態の異なる計測を複数行うことで、求める変数の数に対応した連立方程式を解くことで、複数の反射面の反射率を求めることが可能となる。
[実施例4]
図5には、図2aの他の実施形態を示した。図2aでは、透過開口パターン32を通過した光束は、投影光学系1のレチクル側光学素子12の表面で反射した後、レチクル3に形成されたレチクル上面反射領域36により再度レチクル内面で反射し、投影光学系1に入光させていた。図5では、図2aのレチクル上面反射領域36に代わり、レチクル下面反射領域37で反射させる。図2aで、レチクル上面反射領域36のレチクル内面反射を用いた理由は、レチクル内面なので反射率の経時変化が少ないことであった。しかし、レチクル反射領域の反射率の経時劣化は、定期的にレチクル洗浄を行うなど低減が可能であり、図5に示したレチクル下面反射領域37としても何ら問題は無い。
図5には、図2aの他の実施形態を示した。図2aでは、透過開口パターン32を通過した光束は、投影光学系1のレチクル側光学素子12の表面で反射した後、レチクル3に形成されたレチクル上面反射領域36により再度レチクル内面で反射し、投影光学系1に入光させていた。図5では、図2aのレチクル上面反射領域36に代わり、レチクル下面反射領域37で反射させる。図2aで、レチクル上面反射領域36のレチクル内面反射を用いた理由は、レチクル内面なので反射率の経時変化が少ないことであった。しかし、レチクル反射領域の反射率の経時劣化は、定期的にレチクル洗浄を行うなど低減が可能であり、図5に示したレチクル下面反射領域37としても何ら問題は無い。
また、図2aのレチクル上面反射領域36には、単層Crあるいは2層等の金属遮光膜を形成してやればよい、2層Crとはレチクル内面側がCrでありレチクル外面側が酸化Crなどの反射防止層となっている。図2aのレチクル上面反射領域36では、単層Crあるいは2層Crであれ、レチクル内面がCrであるため、40%ほどの高反射率が得られる。これに対して、図5のレチクル下面反射領域37としては、一般の2層Crは反射率が数%と低いため望ましくない。図5のレチクル下面反射領域37は単層Crとするか、空気側の反射率を高めた金属遮光膜を形成することが望ましい。
[実施例5]
図6a,図6bには、図1a,図1bの他例を示した。図1a,図1bでは、照明光学系21によりモノポール斜入射光束を形成していたが、照明系2内に予め専用絞りや専用CGH等をターレットに構成させ、計測時にターレットを切り替える必要があった。図6a,図6bでは、照明光学系21によりダイポール斜入射光束として形成され、レチクル3を照明している状態を示している。このダイポール照明は、微細パターン転写のために、露光機内に標準に装備されている。
図6a,図6bには、図1a,図1bの他例を示した。図1a,図1bでは、照明光学系21によりモノポール斜入射光束を形成していたが、照明系2内に予め専用絞りや専用CGH等をターレットに構成させ、計測時にターレットを切り替える必要があった。図6a,図6bでは、照明光学系21によりダイポール斜入射光束として形成され、レチクル3を照明している状態を示している。このダイポール照明は、微細パターン転写のために、露光機内に標準に装備されている。
このとき、レチクル3の上面にはレチクル上面遮光領域38が、ダイポール照明の片方を遮光することにより、透過開口パターン32をモノポール照明する。さらに、図7a,図7bでは、レチクル3を露光機内に標準に装備されている輪帯照明で斜入射照明を行う場合を示した。レチクル3の上面にはレチクル上面開口領域39が設けられており、透過開口パターン32をモノポール照明する光束のみを通過させている。このとき、光学的には、透過開口パターン32は視野絞りであり、レチクル上面開口領域39は開口絞りの役割となっている。
図6a,図6bに示した照明条件はクロスポール照明等でも構わない。また図7a,図7bに示した照明条件は、均一照明(σ=0.8)等でも構わないことは言うまでもない。
[実施例6]
図8には、図1cを例に取り入斜角度変えて測定繰り返す場合の計測フローを示した。
[実施例6]
図8には、図1cを例に取り入斜角度変えて測定繰り返す場合の計測フローを示した。
初めに、照明光入射角度を初期設定値であるθ1とし、照明光入射角度θ1に対するULDR反射率(θ1)を算出する。詳細は図1cと同じであるので説明は省略する。
次に、照明光入射角度をθ2に変更する場合について説明する。入射角度をθ2に対しては、Rステージ駆動及び照明領域設定を新たに行う必要はなく、入射角度θ1で定めた状態と同じとする。しかし、Wステージの駆動位置は、入射角度θ2に対して新たに算出しなおしたW位置(1a,θ2)とする。このW位置(1a,θ2)の状態で、光量同時計測を行いOUT(1a,θ2)及びIN(1a, θ2)を測定するものとする。また、入射角度θ2に対して新たに算出しなおしたW位置(1b,θ2)にWステージを駆動させ、その状態で、光量同時計測を行いOUT(1b,θ2)&IN(1b, θ2)を測定するものとする。この測定値OUT(1a,θ2)及びIN(1a, θ2)並びにOUT(1b,θ2)及びIN(1b, θ2)を用いて、照明光入射角度θ2に対するULDR反射率(θ2)を算出する。以下、同様に照明光入射角度θnまでの計測を行い、照明光入射角度θnに対するULDR反射率(θn)を算出する。
このようにして、照明光入射角度θ1からθnに対する光学素子の表面反射率を測定することが可能となり、この表面反射率の角度特性変化より、光学素子表面に付着した汚染物質の屈折率や厚みなどの光学物性値の推定を行うことが可能である。
[実施例7]
図9及び図10に、図1cを例に駆動ステージによる多点光量測定をする場合の計測フローを示した。図1cでは、透過開口パターン31の開口径を、この像のボケ量分予め大きく設定し、受光開口41の開口部内に照射される光束の光量分布を均一としていた。そして、透過開口パターン31を通る中心光束が受光開口41の開口中心に一致する1ヶ所の位置で、ウエハ側光量センサ4の受光光量OUT(1a)、OUT(1b)の測定を行っていた。これに対して、図9で示す計測フローは、透過開口パターン31の開口径とウエハ側光量センサ4の受光開口41に対して、相互の大きさに規定を設けない場合である。以下に、図9及び図10で図1cとの相違点だけを説明する。
図9及び図10に、図1cを例に駆動ステージによる多点光量測定をする場合の計測フローを示した。図1cでは、透過開口パターン31の開口径を、この像のボケ量分予め大きく設定し、受光開口41の開口部内に照射される光束の光量分布を均一としていた。そして、透過開口パターン31を通る中心光束が受光開口41の開口中心に一致する1ヶ所の位置で、ウエハ側光量センサ4の受光光量OUT(1a)、OUT(1b)の測定を行っていた。これに対して、図9で示す計測フローは、透過開口パターン31の開口径とウエハ側光量センサ4の受光開口41に対して、相互の大きさに規定を設けない場合である。以下に、図9及び図10で図1cとの相違点だけを説明する。
まず、図1aの状態で、ウエハ側光量センサ4の受光開口面上での測定光束の集光径が、ウエハ側光量センサ4の受光開口41より大きい場合は、駆動ステージを受光面内に碁盤の目状に移動させて受光量の計測を行う。図11aにおけるn=9の例に示した格子の格子点にウエハ側光量センサ4の受光開口41の中心が位置するように、駆動ステージを受光面内に平行移動させる。
この格子点毎に、光量同時計測を行いOUT(1a1)及びIN(1a1),・・,OUT(1an)及びIN(1an)の測定を行い、それぞれOUT(1a1)〜OUT(1an)の光量積算値及びIN(1a1)〜IN(1an)の光量積算値を求める。このOUT(1a1)〜OUT(1an)の光量積算値、及びIN(1a1)〜IN(1an)の光量積算値から、ULDR反射率を算出する。さらに、図1bの状態でも、図1aの状態の計測フローを行う。
この格子上のステージ移動計測を行う場合の測定ピッチ(格子点間距離)について、説明する。図11bにウエハ側光量センサ4の受光開口41が、円形開口である場合を示した。ここで図11bの開口径をRとし、図11aに示した格子点間距離すなわち測定のピッチをDとする。図11cには、D=Rの場合について、駆動測定の結果得られる受光開口の配列と、計測光束の集光径を点線で示した。図11Cでは、配列された受光開口の間に隙間があり、計測光束の光量分布をこの隙間の部分だけ測定することができない。
これに対して、図11dには、D=R/2の場合について、駆動測定の結果得られる受光開口の配列と計測光束の集光径を点線で示した。図11dでは、配列された受光開口の間に隙間は無いので、計測光束の光量分布を全て測定することができる。この格子上のステージ移動計測を行う場合の測定ピッチ(格子点間距離)は、受光開口が円である場合は、D≦R/2とするのが望ましい。また、受光開口が正方形である場合は、正方形の辺の長さをRと定義すれば、D≦Rとするのが望ましい。
さらに受光開口が他の形状をしている場合、配列された受光開口の間に隙間がなくなるように、測定ピッチ(格子点間距離)を小さく定めて、ステージ移動計測を行う。なお、ステージの移動計測を行う範囲は、計測光束の集光径を包含する範囲とすることは言うまでもない。
[その他の実施例]
図1c,図2d,図2e,図8,図9及び図10では、レチクル3に形成された透過開口パターンを用いて反射率計測を行う例を示したが、レチクル3のパターンの無い透過領域に照明系2内の照射領域可変機構で照射領域を限定するものでも構わない。また、図1c ,図8,図9及び図10では、レチクルの無い状態で、照明系2内の照射領域可変機構で照射領域を限定するものでも構わない。図2d,図2eにおいても、物体側の反射面をレチクル面と別に構成してやれば、レチクルの無い状態で、照明系2内の照射領域可変機構で照射領域を限定するものでも構わない。
図1c,図2d,図2e,図8,図9及び図10では、レチクル3に形成された透過開口パターンを用いて反射率計測を行う例を示したが、レチクル3のパターンの無い透過領域に照明系2内の照射領域可変機構で照射領域を限定するものでも構わない。また、図1c ,図8,図9及び図10では、レチクルの無い状態で、照明系2内の照射領域可変機構で照射領域を限定するものでも構わない。図2d,図2eにおいても、物体側の反射面をレチクル面と別に構成してやれば、レチクルの無い状態で、照明系2内の照射領域可変機構で照射領域を限定するものでも構わない。
さらに図1c,図2d,図2e,図8,図9及び図10では、照明系内の露光量センサによる光量測定IN(1a),IN(1b)等を行った。しかし、光源がほぼ一定の光量を発光する事が可能であれば、光量測定IN(1a),IN(1b)を行わなくとも良い。光源がほぼ一定の光量を発光する場合、IN(1a)≒IN(1b)となる。
図1c,図2d,図2e,図8,図9及び図10で、例えば、OUT(1a)≒OUT(1b)となるように、光源からの発光量を調整して計測を行っても良い。そうすれば、ウエハ側光量センサ4で、OUT(1a)、OUT(1b)共に、電気ノイズによるSN低下の影響を僅少にすることができる。この場合は、照明系内の露光量センサで計測される光量は、IN(1a)<IN(1b)となる。
図1c,図2d,図2e,図8,図9及び図10では、基板ステージ5上に構成されたウエハ側光量センサ4を用いて反射率計測を行う例を示したが、ウエハ側光量センサ4は基板ステージ5上に固定された構成に限らない。例えば、ウエハと同形状をした円形平行平面板に、光量センサ等の計測部、電源、通信機が構成されたものを用いても構わない。この場合は、円形平行平面板の上面に光量受光開口と反射面を形成し、無線通信で光量の測定結果を露光装置本体に伝える。
[デバイス製造の実施例]
次に、図13及び図14を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図13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方法を例に説明する。
次に、図13及び図14を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図13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方法を例に説明する。
ステップS1(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S2(マスク製作)では設計した回路パターンに基づいてマスクを製作する。ステップS3(ウエハ製造)ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップS4(ウエハプロセス)は前工程と呼ばれ、マスクとウエハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウエハ上に実際の回路を形成する。ステップS5(組み立て)は、後工程と呼ばれ、ステップS4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S6(検査)では、ステップS5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、それが出荷(ステップS7)される。
図14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S11(酸化)では、ウエハの表面を酸化させる。ステップS12(CVD)では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップS13(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S14(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S15(レジスト処理)では、ウエハに感光剤を塗布する。ステップS16(露光)では、露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに露光する。ステップS17(現像)では、露光したウエハを現像する。ステップS18(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S19(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が形成される。
1:投影光学系、2:照明系、3:レチクル、4:ウエハ側光量センサ、5:基板ステージ、6:レチクルステージ、11:投影光学系のウエハ側光学素子、12:投影光学系のレチクル側光学素子、13,14:投影光学系内の光学素子、21:照明光学系、22:光源、31〜34:透過開口パターン、36:レチクル上面反射領域、37:レチクル下面反射領域、38:レチクル上面遮光領域、39:レチクル上面開口領域、41:受光開口、51:ウエハ、52:ウエハチャック
Claims (10)
- レチクルに形成されたパターンで基板を露光する露光装置であって、
光学素子を含む投影光学系と、
前記投影光学系に向けて光を反射する反射面と、
前記投影光学系に入射し前記反射面及び前記光学素子の表面で反射した第1の光と、前記投影光学系に入射し前記反射面及び前記光学素子の表面で反射しなかった第2の光とに基づいて、前記光学素子の表面状態を示す情報を得る処理部と、を備えることを特徴とする露光装置。 - 前記反射面は、前記投影光学系の像面又は物体面の少なくとも何れか一方に配置されることを特徴とする請求項1に記載の露光装置。
- 前記基板を支持する基板ステージの上に配置され、前記投影光学系に入射し前記投影光学系から出射された光を検出するセンサをさらに備え、
前記処理部は、前記センサにより検出された前記第1の光及び前記第2の光に基づいて前記光学素子の表面状態を示す情報を得ることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の露光装置。 - 前記投影光学系は複数の光学素子を含み、
前記処理部は、前記投影光学系に対する前記センサの位置を変化させることにより、前記複数の光学素子のうち特定の光学素子の表面状態を示す情報を得ることを特徴とする請求項3に記載の露光装置。 - 前記光学素子の表面状態は、表面反射率であることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の露光装置。
- 前記投影光学系の基板側及びレチクル側がテレセントリックに構成され、かつ、前記投影光学系を構成する最も基板側に位置する光学素子の下面及び最もレチクル側に位置する光学素子の上面が平面に形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の露光装置。
- 前記処理部は、前記投影光学系に対する光の入射角度を変化させて、前記変化された入射角度のそれぞれについて前記光学素子の前記表面状態を示す情報を得ることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の露光装置。
- 光源からの光で前記レチクルを照明する照明光学系をさらに備え、
前記照明光学系は、前記光源からの光が前記投影光学系の物体面に斜入射するように、前記光源からの光を整形する整形部材を有することを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の露光装置。 - 前記整形部材は、前記投影光学系の瞳面にモノポール形状の有効光源が形成されるように、前記光源からの光を整形することを特徴とする請求項8に記載の露光装置。
- 請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
前記露光された基板を現像する工程とを備えることを特徴とするデバイス製造方法。
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