JP2009194158A - 光量計測装置、照明光学系、投影光学系、露光装置及びデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光の光量の損失を増大させることなく、光学系から射出される光の光量を計測できる光量計測装置、照明光学系、投影光学系、露光装置及びデバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】光量計測装置４０は、露光光ＥＬの光路に配置されたレンズ２９，３４で発生した散乱光をモニタするためのモニタ部４１，４２と、レンズ２９，３４の側面から出力した散乱光をモニタ部４１，４２に導くための光ファイバ４３，４４とを備えている。これらモニタ部４１，４２からは、それらの光電素子４１ａ，４２ａで受光された散乱光の光量に相当する電気信号が制御装置１８にそれぞれ出力される。制御装置１８は、各モニタ部４１，４２から入力した電気信号に応じて、照明光学系１３及び投影光学系１６から射出された露光光ＥＬの光量の変動量をそれぞれ算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学素子を有する光学系から射出される光量を計測する光量計測装置、該光量計測装置を備える照明光学系、該光量計測装置を備える投影光学系、該照明光学系及び投影光学系のうち少なくとも一方を備える露光装置、及び該露光装置を用いたデバイスの製造方法に関するものである。

一般に、半導体集積回路などのマイクロデバイスを製造する際に使用される露光装置は、露光光源から出力された露光光を所定のパターンが形成されたレチクルなどのマスクに導く照明光学系と、該照明光学系がマスクを照射することにより形成されたパターン像を感光性材料の塗布されたウエハ、ガラスプレートなどの基板に投影するための投影光学系とを備えている。また、このような露光装置には、基板を照射する露光光の光量を計測するための光量計測装置が設けられている（例えば、特許文献１参照）。

この光量計測装置は、露光光の光路に配置され、入射した露光光の一部を散乱させるための散乱促進部を有する光散乱素子と、該光散乱素子での散乱によって発生した散乱光をモニタするモニタ部と、該モニタ部にてモニタされた散乱光の光量に基づき基板に照射される露光光の光量を算出する算出部とを備えている。このような光量計測装置を備える露光装置では、光量計測装置による計測結果に基づき基板を照射する露光光の光量が予め設定された所定の許容範囲外となったことを検出した場合に、該光量が上記許容範囲内となるように露光光源及び照明光学系などが制御される。したがって、基板を照射する露光光の光量が許容範囲内に維持されるため、基板に対する露光光の光量不足又は光量過剰に起因したマイクロデバイスの品質低下、特に線幅均一性の低下が抑制されていた。
国際公開第２００５／１２４８３１号パンフレット

ところで、上記光量計測装置では、投影光学系や照明光学系を構成するレンズや反射ミラーなどの各種光学素子とは別に、基板を照射する露光光の光量を計測するための光散乱素子を露光光の光路に配置する必要がある。しかも、この光散乱素子には、散乱促進部が形成されているため、該光散乱素子を通過する際における露光光の光量の損失は、投影光学系や照明光学系を構成する光学素子に比して大きい。したがって、このような光分散素子を露光光の光路に設ける分だけ、露光光源から基板に到達するまでの間に発生する露光光の光量の損失が増大する問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、光の光量の損失を増大させることなく、光学系から射出される光の光量を計測できる光量計測装置、照明光学系、投影光学系、露光装置及びデバイスの製造方法を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明は、実施形態に示す図１〜図９に対応付けした以下の構成を採用している。
本発明の光量計測装置は、光学素子（２９，３３，３４）を有する光学系（１３，１６）から射出される光（ＥＬ）の光量を計測する光量計測装置（４０）であって、前記光学素子（２９，３３，３４）に入射した光（ＥＬ）の一部が自然散乱することによって発生した散乱光（ＥＬ）をモニタするモニタ部（４１，４２，５０，５５，５６，５７）と、該モニタ部（４１，４２，５０，５５，５６，５７）によってモニタされた散乱光（ＥＬ）の光量に基づき前記光学系（１３，１６）から射出される光（ＥＬ）の光量を算出する算出部（１８）とを備えたことを要旨とする。

上記構成によれば、光学系を構成する光学素子で発生した散乱光をモニタし、該モニタした散乱光の光量に基づき光学系から射出される光の光量が計測される。そのため、光学系を構成する光学素子とは別に光散乱素子を光の光路に配置する従来の場合とは異なり、余分な光学素子が光の光路に配置されない分だけ、光学系から射出される光の光量の損失を低減できる。したがって、光の光量の損失を増大させることなく、光学系から射出される光の光量を計測できる。

なお、本発明をわかりやすく説明するために実施形態を示す図面の符号に対応づけて説明したが、本発明が実施形態に限定されるものではないことは言うまでもない。

本発明によれば、光の光量の損失を増大させることなく、光学系から射出される光の光量を計測できる。

（第１の実施形態）
以下に、本発明を具体化した第１の実施形態について図１〜図４に基づき説明する。
図１に示すように、本実施形態の露光装置１１は、ステップ・アンド・リピート方式のステッパであって、例えば波長１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザを露光光ＥＬとして出力可能な光源からなる露光光源１２と、照明光学系１３と、露光光ＥＬの光学特性（露光光ＥＬの光量など）を観察するための観察光学系１４とを備えている。また、露光装置１１は、所定のパターンが形成されてなるレチクルＲを所定の走査方向（露光光ＥＬの光軸と略直交する方向であって、例えばＹ方向）に移動可能な状態で保持するレチクルステージ１５と、投影光学系１６と、表面にレジストなどの感光性材料が塗布されたウエハＷを所定の走査方向に移動可能な状態で保持するウエハステージ１７とを備えている。また、露光装置１１には、装置全体の駆動を制御するための制御装置１８が設けられている。

照明光学系１３は、露光光源１２から出力された露光光ＥＬの光路に沿って配置された、石英からなる複数種類の光学素子を備えている。すなわち、照明光学系１３には、露光光源１２から反Ｙ方向（図１では左方）に向けて出力された露光光ＥＬをＺ方向（図１では上方向）に折り曲げる第１反射ミラー１９が設けられており、該第１反射ミラー１９に反射された露光光ＥＬは、第１オプティカルインテグレータ２０（例えば、フライアイレンズ）に入射する。この第１オプティカルインテグレータ２０は、複数（図１では４つのみ図示）のレンズエレメント２１が二次元的に配列された構成とされている。そして、第１オプティカルインテグレータ２０に入射した露光光ＥＬは、各レンズエレメント２１により複数の光束に分岐される。その結果、第１オプティカルインテグレータ２０の図１における上側面（即ち、像面）には、多数の光源像が形成される。

第１オプティカルインテグレータ２０から射出された露光光ＥＬ、即ち多数の光源像から射出された光束は、コンデンサ光学系２２を介して第２オプティカルインテグレータ２３（例えば、フライアイレンズ）に入射する。この第２オプティカルインテグレータ２３は、第１オプティカルインテグレータ２０と同様に、複数（図１では４つのみ図示）のレンズエレメント２４が二次元的に配列された構成とされている。そのため、第２オプティカルインテグレータ２３の図１における右側面（即ち、像面）には、多数の光源像が形成される。そして、第２オプティカルインテグレータ２３から射出された露光光ＥＬ、即ち多数の光源像から射出された光束は、第１コンデンサレンズ２５を通過することにより、それぞれ重畳的に集光された状態でマスクブラインド２６を照射する。このような露光光ＥＬのうちマスクブラインド２６の開口部２６ａを通過した露光光ＥＬは、第２コンデンサレンズ２７、第２反射ミラー２８及び第３コンデンサレンズ２９を介してレチクルＲに導かれる。

なお、本実施形態において、第２オプティカルインテグレータ２３と第１コンデンサレンズ２５との間には、第２オプティカルインテグレータ２３から射出された露光光ＥＬの一部を観察光学系１４側に分岐するための分岐用光学素子３０が設けられている。観察光学系１４には、分岐用光学素子３０によって観察光学系１４側に分岐された一部の露光光ＥＬを集光させる集光レンズ３１と、該集光レンズ３１によって集光された光（即ち、一部の露光光ＥＬ）を受光する受光素子３２とが設けられている。そして、観察光学系１４からは、その受光素子３２で受光された光の光量に相当する電気信号が制御装置１８に出力される。

レチクルステージ１５は、後述する投影光学系１６の物体面側において、そのレチクルＲの載置面が投影光学系１６の光軸方向とほぼ直交するように配置されている。そして、レチクルステージ１５に保持されたレチクルＲには、照明光学系１３、即ち第３コンデンサレンズ２９から射出された露光光ＥＬに照明される。そして、レチクルＲを通過した露光光ＥＬは、投影光学系１６に導かれる。

投影光学系１６は、露光光ＥＬの光路に沿って配置された、石英からなる複数（図１では２つのみ図示）の透過型のレンズ３３，３４を備え、レチクルＲを通過した露光光ＥＬは、各レンズ３３，３４のうち最もレチクルＲ側に配置された第１レンズ３３に入射する。そして、各レンズ３３，３４のうち最もウエハＷ側に配置された第２レンズ３４から射出された露光光ＥＬは、ウエハＷを照射する。その結果、ウエハステージ１７上のウエハＷには、露光光ＥＬにて照明されたレチクルＲ上のパターン像が投影光学系１６を通して所定の縮小倍率に縮小された状態で投影転写される。

なお、本実施形態の露光装置１１において露光光ＥＬが入射する各種光学素子では、露光光ＥＬの波長よりも小さいサイズの粒子による光の散乱、即ちレイリー散乱、光学素子に意図せずに含まれる不純物に基づく散乱、光学素子の表面粗さに基づく散乱、及び光学素子の表面などに設けられた薄膜などの境界面での散乱などが発生する。そして、これら各種散乱（以下、意図的に発生させた散乱と区別するために「自然散乱」という。）によって発生した散乱光ＥＬＳは、図２に示すように、光学素子（例えば第３コンデンサレンズ２９）への露光光ＥＬの入射方向とは異なる別の方向（例えば放射方向）に散乱する。そのため、該散乱光ＥＬＳの大部分は、光学素子の射出側とは異なる位置（例えば光学素子の側面）から射出される。

また、光学素子における散乱率は、該光学素子への露光光ＥＬの入射位置や入射角度が一定であれば、光学素子に入射する露光光の光量に関係なく略一定である。そのため、照明光学系１３を構成する各種光学素子のうち少なくとも一つの光学素子（本実施形態では、第３コンデンサレンズ２９）で発生した散乱光の光量を計測することにより、レチクルＲを照射する露光光ＥＬの光量の変動量を計測することが可能となる。同様に、投影光学系１６を構成する各種光学素子のうち少なくとも一つの光学素子（本実施形態では、第２レンズ３４）で発生した散乱光の光量を計測することにより、ウエハＷを照射する露光光ＥＬの光量の変動量を計測することが可能となる。

そこで、本実施形態の露光装置１１には、照明光学系１３及び投影光学系１６から射出される露光光ＥＬの光量の変動を個別に計測するための光量計測装置４０が設けられている。この光量計測装置４０には、図１に示すように、照明光学系１３のうち最もレチクルＲ側に配置された第３コンデンサレンズ２９で発生する散乱光ＥＬＳをモニタするための第１モニタ部４１と、投影光学系１６のうち最もウエハＷ側に配置された第２レンズ３４で発生する散乱光ＥＬＳをモニタする第２モニタ部４２とが設けられている。これら各モニタ部４１，４２は、レンズ２９，３４で発生した散乱光ＥＬＳを受光可能な第１光電素子４１ａ及び第２光電素子４２ａを備えると共に、レンズ２９，３４から離間した位置にそれぞれ配置されている。そして、各モニタ部４１，４２からは、それらの各光電素子４１ａ，４２ａで受光された散乱光ＥＬＳの光量に応じた電気信号が制御装置１８にそれぞれ出力される。

また、光量計測装置４０には、図２及び図３に示すように、レンズ２９，３４で発生した散乱光ＥＬＳのうち少なくとも一部をモニタ部４１，４２に導くための光ファイバ４３，４４が設けられている。これら各光ファイバ４３，４４は、それらの一端面４３ａ，４４ａ（図２及び図３では右端面）がレンズ２９，３４の側面の一部に対向すると共に、それらの他端面４３ｂ，４４ｂ（図３では左端面）がモニタ部４１，４２の光電素子４１ａ，４２ａの受光面に対向するようにそれぞれ形成されている。すなわち、各レンズ２９，３４で発生した散乱光ＥＬＳのうち光ファイバ４３，４４の一端面４３ａ，４４ａに対向する部位から射出された散乱光ＥＬＳは、光ファイバ４３，４４を介してモニタ部４１，４２にそれぞれ導かれ、該モニタ部４１，４２の光電素子４１ａ，４２ａにそれぞれ受光される。

なお、各レンズ２９，３４の側面のうち光ファイバ４３，４４の一端面４３ａ，４４ａと対向する部位は、散乱光ＥＬＳが射出されやすいように、それぞれ平坦に研磨されている。一方、各レンズ２９，３４の側面のうち光ファイバ４３，４４の一端面４３ａ，４４ａに対向していない部位には、図３に示すように、該部位からの散乱光ＥＬＳの射出を規制するための略「Ｃ」字状の規制部材４５がそれぞれ設けられている。

次に、本実施形態の制御装置１８の電気的な構成について説明する。
図１に示すように、制御装置１８には、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭが設けられている。ＲＯＭには、各種制御処理（後述する光量調整処理等）及び各種閾値（後述する変動量下限値、変動量上限値等）などが予め記憶されている。また、ＲＡＭには、露光装置１１の駆動中に適宜書き換えられる各種情報（後述する変動量など）が一時記憶される。

次に、本実施形態の制御装置１８が実行する各種制御処理ルーチンのうち、ウエハＷを照射する露光光ＥＬの照射量を予め設定された所定の許容範囲内に維持するための光量調整処理ルーチンについて図４に示すフローチャートに基づき説明する。

さて、制御装置１８は、ウエハステージ１７にて保持するウエハＷを交換している間に光量調整処理ルーチンを実行する。そして、この光量調整処理ルーチンにおいて、制御装置１８は、観察光学系１４による観察結果に基づき、露光光源１２から出力される露光光ＥＬの光量が安定状態であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。具体的には、制御装置１８は、所定周期毎（例えば、０．０１秒毎）に、観察光学系１４の受光素子３２から出力された電気信号に基づき露光光ＥＬの光量を計測する。そして、制御装置１８は、所定回数（例えば３回）連続して計測した露光光ＥＬの各光量が同程度であった場合、露光光源１２から出力される露光光ＥＬの光量が安定状態であると判定する。ステップＳ１０の判定結果が否定判定である場合、制御装置１８は、露光光源１２から出力される露光光ＥＬの光量が不安定であると判断し、該露光光ＥＬの光量が安定状態になるまでステップＳ１０の判定処理を繰り返し実行する。

一方、ステップＳ１０の判定結果が肯定判定である場合、制御装置１８は、第１モニタ部４１からの電気信号に基づき第３コンデンサレンズ２９で発生する散乱光ＥＬＳの光量を第１算出光量として算出する。そして、制御装置１８は、予め設定された第１設定量に対する第１算出光量の変動量ＥＬＨ＿Ｓ（＝第１算出光量―第１設定量）を算出する（ステップＳ１１）。すなわち、散乱光ＥＬＳの第１算出量と照明光学系１３からの露光光ＥＬの射出量とは対応関係にあるため、ステップＳ１１では、第１算出光量の変動量ＥＬＨ＿Ｓを算出することにより、照明光学系１３から射出される露光光ＥＬの変動量が算出されると言い換えることもできる。なお、第１設定量は、レチクルＲを照射する露光光ＥＬの光量が予め設定された第１照射量である場合に第３コンデンサレンズ２９で発生し得る散乱光ＥＬＳの光量であって、実験やシミュレーションなどによって予め設定される。また、上記第１照射量は、高効率及び高安定性を確保した状態でウエハＷにパターン像を投影転写するために必要な光量である。

続いて、制御装置１８は、第２モニタ部４２からの電気信号に基づき第２レンズ３４で発生する散乱光ＥＬＳの光量を第２算出光量として算出する。そして、制御装置１８は、予め設定された第２設定量に対する第２算出光量の変動量ＥＬＨ＿Ｔ（＝第２算出光量―第２設定量）を算出する（ステップＳ１２）。すなわち、散乱光ＥＬＳの第２算出量と投影光学系１６からの露光光ＥＬの射出量とは対応関係にあるため、ステップＳ１２では、第２算出光量の変動量ＥＬＨ＿Ｔを算出することにより、投影光学系１６から射出される露光光ＥＬの変動量が算出されると言い換えることもできる。なお、第２設定量は、ウエハＷを照射する露光光ＥＬの光量が予め設定された第２照射量である場合に第２レンズ３４で発生し得る散乱光ＥＬＳの光量であって、実験やシミュレーションなどによって予め設定される。また、上記第２照射量は、高効率及び高安定性を確保した状態でウエハＷにパターン像を投影転写するために必要な光量であって、レチクルＲや第１レンズ３３を通過する際の露光光ＥＬの光量の損失を考慮して上記第１照射量よりも少ない量に設定される。

続いて、制御装置１８は、ステップＳ１２で算出された変動量ＥＬＨ＿Ｔが、上記所定の許容範囲の下限値に相当する第２レンズ３４における散乱光ＥＬＳの光量の変動量として予め設定された変動量下限値ＫＥＬＨ＿Ｔｍｉｎ未満であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。この変動量下限値ＫＥＬＨ＿Ｔｍｉｎは、露光光ＥＬの光路に配置される各種光学素子の不具合（例えば、レンズ（石英）の短期透過率変動や光学素子の位置ずれ）に起因してウエハＷを照射する露光光ＥＬの照射量が不足であるか否かを判断するための値であって、実験やシミュレーションなどによって予め設定される。なお、短期透過率変動とは、石英からなる光学素子へのＡｒＦエキシマレーザ（露光光ＥＬ）の照射が開始されてから短期間（５分程度の間）、光学素子の透過率が変動する一方、照射が停止されると光学素子の透過率が元に戻ってしまう変動現象のことである。

ステップＳ１３の判定結果が肯定判定（ＥＬＨ＿Ｔ＜ＫＥＬＨ＿Ｔｍｉｎ）である場合、制御装置１８は、出力される露光光ＥＬの出力量が多くなるように露光光源１２の駆動を制御し（ステップＳ１４）、その処理を前述したステップＳ１０に移行する。一方、ステップＳ１３の判定結果が否定判定（ＥＬＨ＿Ｔ≧ＫＥＬＨ＿Ｔｍｉｎ）である場合、制御装置１８は、ステップＳ１２で算出された変動量ＥＬＨ＿Ｔが、上記所定の許容範囲の上限値に相当する第２レンズ３４における散乱光ＥＬＳの光量の変動量として予め設定された変動量上限値ＫＥＬＨ＿Ｔｍａｘを超えたか否かを判定する（ステップＳ１５）。この変動量上限値ＫＥＬＨ＿Ｔｍａｘは、露光光ＥＬの光路に配置される各種光学素子の不具合に起因してウエハＷを照射する露光光ＥＬの照射量が過剰であるか否かを判断するための値であって、実験やシミュレーションなどによって予め設定される。

ステップＳ１５の判定結果が肯定判定（ＥＬＨ＿Ｔ＞ＫＥＬＨ＿Ｔｍａｘ）である場合、制御装置１８は、出力される露光光ＥＬの出力量が少なくなるように露光光源１２の駆動を制御し（ステップＳ１６）、その処理を前述したステップＳ１０に移行する。一方、ステップＳ１５の判定結果が否定判定（ＫＥＬＨ＿Ｔｍｉｎ≦ＫＥＬＨ＿Ｔ≦ＫＥＬＨ＿Ｔｍａｘ）である場合、制御装置１８は、適切な照射量の露光光ＥＬをウエハＷに照射可能であると判断し、光量調整処理ルーチンを終了する。

すなわち、露光光源１２から出力される露光光ＥＬの出力量を調整することにより、第２モニタ部４２の第２光電素子４２ａに受光された散乱光ＥＬＳの第２算出量の変動量ＥＬＨ＿Ｔは、変動量下限値ＫＥＬＨ＿Ｔｍｉｎ以上であって且つ変動量上限値ＫＥＬＨ＿Ｔｍａｘ以下に調整される。その結果、投影光学系１６から射出される露光光ＥＬの光量、即ちウエハＷを照射する露光光ＥＬの照射量は、上記所定の許容範囲内で維持される。そのため、ウエハＷに対する露光光ＥＬの光量不足や光量過剰の発生が抑制される結果、ウエハＷから製造されるマイクロデバイスの品質低下、特にウエハＷに形成されるパターンの線幅の均一性の低下が抑制される。

したがって、本実施形態では、以下に示す効果を得ることができる。
（１）投影光学系１６を構成する第２レンズ３４で発生した散乱光ＥＬＳをモニタし、該モニタした散乱光ＥＬＳの第２算出量に基づき投影光学系１６から射出される露光光ＥＬ、即ちウエハＷを照射する照射量の変動量が計測される。そのため、投影光学系１６を構成する光学素子とは別に光散乱素子を露光光ＥＬの光路に配置する従来の場合とは異なり、余分な光学素子が露光光ＥＬの光路に配置されない分だけ、投影光学系１６から射出される露光光ＥＬの光量の損失を低減できる。したがって、露光光ＥＬの光量の損失を増大させることなく、投影光学系１６から射出される露光光ＥＬの光量を計測できる。

（２）また、従来の技術で用いた光散乱素子には、該光散乱素子に入射した露光光を積極的に散乱させるための散乱促進部が形成されている。そのため、ウエハＷに投影転写されるパターン像の乱れを回避するために、投影光学系１６内には、光散乱素子を配置できなかった。すなわち、光散乱素子の設置の自由度が低かった。この点、本実施形態の光量計測装置４０は、露光光ＥＬをレチクルＲやウエハＷに導くために設けられた光学素子（第３コンデンサレンズ２９や第２レンズ３４）で発生した散乱光ＥＬＳをモニタする構成である。そのため、散乱光ＥＬＳをモニタする光学素子を、必要に応じて適切に変更できる。

（３）また、本実施形態では、従来の場合とは異なり、最もウエハＷに近い位置に配置された光学素子である第２レンズ３４で発生した散乱光ＥＬＳをモニタできる。そのため、投影光学系１６内に上記光散乱素子を配置できない従来の場合に比して、ウエハＷを照射する露光光ＥＬの照射量が上記所定の許容範囲内であるか否かをより正確に判定できる。

（４）各モニタ部４１，４２は、各レンズ２９，３４から離間した位置にそれぞれ配置されている。そのため、モニタ部４１，４２とレンズ２９，３４との間の干渉に基づく、モニタ部４１，４２での散乱光ＥＬＳの受光不良の発生を抑制できる。また、モニタ部４１，４２の光電素子４１ａ，４２ａが散乱光ＥＬＳを受光することにより発生する該光電素子４１ａ，４２ａ内の熱がレンズ２９，３４に伝わることを抑制できる。したがって、光電素子４１ａ，４２ａからの熱によるレンズ２９，３４の温度上昇を抑制できると共に、レンズ２９，３４の温度上昇に起因した該レンズ２９，３４の特性（例えば透過率）の変化を抑制できる。

（５）ウエハＷに照射される露光光の照射量は、上記所定の許容範囲内に設定される。そのため、ウエハＷに対する露光光ＥＬの光量不足や光量過剰の発生を抑制できると共に、ウエハＷから製造されるマイクロデバイスの品質向上、特にウエハＷに形成されるパターンの線幅の均一性の向上に貢献できる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を図５に従って説明する。なお、第２の実施形態は、投影光学系１６を構成する全てのレンズ３３，３４に対応するモニタ部が設けられている点が第１の実施形態と異なっている。したがって、以下の説明においては、第１の実施形態と相違する部分について主に説明するものとし、第１の実施形態と同一又は相当する部材構成には同一符号を付して重複説明を省略するものとする。

図５に示すように、本実施形態の光量計測装置４０は、第２レンズ３４で発生する散乱光ＥＬＳをモニタする第２モニタ部４２と、第１レンズ３３で発生する散乱光ＥＬＳをモニタする第３モニタ部５０とを備え、該各モニタ部４２，５０は、レンズ３３，３４に隣接するようにそれぞれ配置されている。すなわち、第２モニタ部４２は、その第２光電素子４２ａが第２レンズ３４の側面の一部に対向するように配置されると共に、第３モニタ部５０は、その第３光電素子５０ａが第１レンズ３３の側面の一部に対向するように配置されている。そして、各モニタ部４２，５０からは、それらの光電素子４２ａ，５０ａで受光された散乱光ＥＬＳの光量に応じた電気信号が制御装置１８にそれぞれ出力される。

なお、本実施形態の光量計測装置４０は、ウエハＷを照射する露光光ＥＬの照射量の変動量を計測するだけではなく、各レンズ３３，３４での光量の損失の変動具合も検出可能である。すなわち、もし仮に第１レンズ３３の位置ずれや変形などが発生したとすると、第１レンズ３３から射出される露光光ＥＬの光量が変動する結果、第２レンズ３４に入射する露光光ＥＬの光量も変動する。その結果、第３モニタ部５０の第３光電素子５０ａが受光する散乱光ＥＬＳの受光量は、変動しない一方で、第２モニタ部４２の第２光電素子４２ａが受光する散乱光ＥＬＳの受光量は、変動してしまう。

そこで、本実施形態において、制御装置１８は、定期的に各モニタ部４２，５０の光電素子４２ａ，５０ａで受光される散乱光ＥＬＳの受光量をそれぞれ計測し、該各計測結果をＲＡＭの所定領域にそれぞれ一時記憶させる。そして、制御装置１８は、露光光源１２側の光学素子（例えば第１レンズ３３）で発生する散乱光ＥＬＳの受光量が略一定である一方で、該光学素子のウエハＷ側に配置された光学素子（例えば第２レンズ３４）で発生する散乱光ＥＬＳの受光量に変動が見られた場合、露光光源１２側の光学素子（例えば第１レンズ３３）の位置ずれや変形が発生したと判定する。そして、制御装置１８は、露光光源１２側の光学素子（例えば第１レンズ３３）の位置ずれや変形が発生した旨を報知させるべく図示しない報知手段（例えばスピーカ）を制御する。

したがって、本実施形態では、上記第１の実施形態の効果（１）〜（３）、（５）に加えて以下に示す効果を得ることができる。
（６）本実施形態の光量計測装置４０は、投影光学系１６を構成する各レンズ３３，３４で発生する散乱光ＥＬＳを個別に受光可能に構成されており、レンズ３３，３４毎の散乱光ＥＬＳの受光量の変動を計測している。そして、一つのレンズ（例えば第２レンズ３４）において散乱光ＥＬＳの受光量の変動が見られると共に、該レンズの露光光源１２側に配置された他のレンズ（例えば第１レンズ３３）において散乱光ＥＬＳの受光量の変動が見られなかった場合には、他のレンズが位置ずれや変形したと判定される。そのため、設置位置の微調整や交換が必要となるレンズを容易に特定できる。

なお、上記各実施形態は以下のような別の実施形態に変更してもよい。
・第１の実施形態において、光量計測装置４０は、図６に示すように、第２レンズ３４に対して複数（図４では４つ）のモニタ部４２，５５，５６，５７を設けた構成であってもよい。この場合、各モニタ部４２，５５〜５７の光電素子４２ａ，５５ａ，５６ａ，５７ａに第２レンズ３４で発生した散乱光ＥＬＳを導くための各光ファイバ４４の一端面４４ａは、第２レンズ３４の周方向において等間隔に配置されることが望ましい。

同様に、第２の実施形態において、光量計測装置４０は、図７に示すように、第２レンズ３４に対して複数（図４では４つ）のモニタ部４２，５５，５６，５７を設けた構成であってもよい。この場合、各モニタ部４２，５５〜５７の光電素子４２ａ，５５ａ，５６ａ，５７ａは、第２レンズ３４の周方向において等間隔に配置されることが望ましい。

・各実施形態において、レンズ２９，３４において光ファイバ４４の一端面４４ａに対向しない部位には、規制部材４５を設けなくてもよい。この場合、図６及び図７に示すように、第２レンズ３４において光ファイバ４４の一端面４４ａ又はモニタ部４２，５５〜５７に対向しない部位には、光を反射させるための光反射膜６０をコーティングさせることが望ましい。

・第１の実施形態において、第３コンデンサレンズ２９で発生する散乱光ＥＬＳの第１算出光量の変動量ＥＬＨ＿Ｓに基づき、露光光源１２から出力される露光光ＥＬの光量を制御する構成であってもよい。

・第１の実施形態において、レンズ２９，３４と光ファイバ４３，４４の一端面４３ａ，４４ａとの間に、レンズ２９，３４から射出された散乱光ＥＬＳを集光させるための集光レンズをそれぞれ設けてもよい。この場合、光ファイバ４３，４４には、それらの一端面４３ａ，４４ａを介して集光レンズにて集光された散乱光ＥＬＳが入射することになる。

・第１の実施形態において、レンズ２９，３４で発生した散乱光ＥＬＳの少なくとも一部をモニタ部４１，４２に導くための散乱光伝導部は、光ファイバ４３，４４ではなく、複数の光学素子から構成されたものであってもよい。

・各実施形態において、モニタ部４１，４２，５０は、レンズ２９，３３，３４の任意の部位から射出された散乱光ＥＬＳをモニタ可能な構成であってもよい。例えば、モニタ部４１，４２，５０は、レンズ２９，３３，３４の露光光源１２側、即ち物体面側の面から射出された散乱光ＥＬＳをモニタする構成であってもよい。ただし、各モニタ部４１，４２，５０を、露光光ＥＬの光路外に配置することが望ましい。

・第１の実施形態において、モニタ部は、反射型の光学素子（例えば第２反射ミラー２８）で発生する散乱光ＥＬＳをモニタ可能な構成であってもよい。
・各実施形態において、光量調整処理を、レチクルＲを露光光ＥＬの光路外に配置した状態で実行するようにしてもよい。

・第１の実施形態において、露光光ＥＬの入射態様（例えば、入射位置や入射角度）が状況に応じて変更される光学素子（例えばアキシコンレンズ対）を有する照明光学系１３では、該光学素子で発生した散乱光ＥＬＳをモニタする構成であってもよい。この場合、露光光ＥＬの入射態様に応じて光学素子の散乱率が異なるため、該光学素子への露光光ＥＬの入射態様に応じた演算式やマップを予めＲＯＭに記憶させておき、入射態様に応じた適切や演算式やマップを用いて照明光学系１３から射出される露光光ＥＬの変動量ＥＬＨ＿Ｓを算出することが望ましい。

・各実施形態において、観察光学系１４を設けなくてもよい。このように構成しても、光量計測装置４０を設けることにより、照明光学系１３や投影光学系１６から射出される露光光ＥＬの光量を計測できる。

・各実施形態において、露光装置１１は、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクルまたはマスクを製造するために、マザーレチクルからガラス基板やシリコンウエハなどへ回路パターンを転写する露光装置であってもよい。また、露光装置１１は、液晶表示素子（ＬＣＤ）などを含むディスプレイの製造に用いられてデバイスパターンをガラスプレート上へ転写する露光装置、薄膜磁気ヘッド等の製造に用いられて、デバイスパターンをセラミックウエハ等へ転写する露光装置、及びＣＣＤ等の撮像素子の製造に用いられる露光装置などであってもよい。

・また、各実施形態の照明光学系１３を、レチクルＲとウエハＷとが相対移動した状態でレチクルＲのパターンをウエハＷへ転写し、ウエハＷを順次ステップ移動させるスキャニング・ステッパに搭載してもよい。

・各実施形態において、露光装置１１を、可変パターン生成器（例えば、ＤＭＤ（Digital Mirror Device又はDigital Micro-mirror Device））を用いたマスクレス露光装置であってもよい。

・各実施形態において、露光光源１２は、例えばｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、Ｆ_２レーザ（１５７ｎｍ）、Ｋｒ_２レーザ（１４６ｎｍ）、Ａｒ_２レーザ（１２６ｎｍ）等を供給可能な光源であってもよい。また、露光光源１２は、ＤＦＢ半導体レーザまたはファイバレーザから発振される赤外域、または可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（またはエルビウムとイッテルビウムの双方）がドープされたファイバアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を供給可能な光源であってもよい。また、露光光源１２は、波長が１００ｎｍ程度以下の軟Ｘ線領域であるＥＵＶ（Extreme Ultraviolet ）光やＥＢ（Electron Beam ）光を出力可能な光源であってもよい。

次に、本発明の実施形態の露光装置１１によるデバイスの製造方法をリソグラフィ工程で使用したマイクロデバイスの製造方法の実施形態について説明する。図８は、マイクロデバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造例のフローチャートを示す図である。

まず、ステップＳ１０１（設計ステップ）において、マイクロデバイスの機能・性能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップＳ１０２（マスク製作ステップ）において、設計した回路パターンを形成したマスク（レチクルＲなど）を製作する。一方、ステップＳ１０３（基板製造ステップ）において、シリコン、ガラス、セラミックス等の材料を用いて基板（シリコン材料を用いた場合にはウエハＷとなる。）を製造する。

次に、ステップＳ１０４（基板処理ステップ）において、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０４で用意したマスクと基板を使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によって基板上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップＳ１０５（デバイス組立ステップ）において、ステップＳ１０４で処理された基板を用いてデバイス組立を行う。このステップＳ１０５には、ダイシング工程、ボンティング工程、及びパッケージング工程（チップ封入）等の工程が必要に応じて含まれる。最後に、ステップＳ１０６（検査ステップ）において、ステップＳ１０５で作製されたマイクロ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。こうした工程を経た後にマイクロデバイスが完成し、これが出荷される。

図９は、半導体デバイスの場合におけるステップＳ１０４の詳細工程の一例を示す図である。
ステップＳ１１１（酸化ステップ）おいては、基板の表面を酸化させる。ステップＳ１１２（ＣＶＤステップ）においては、基板表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ１１３（電極形成ステップ）においては、基板上に電極を蒸着によって形成する。ステップＳ１１４（イオン打込みステップ）においては、基板にイオンを打ち込む。以上のステップＳ１１１〜ステップＳ１１４のそれぞれは、基板処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。

基板プロセスの各段階において、上述の前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行される。この後処理工程では、まず、ステップＳ１１５（レジスト形成ステップ）において、基板に感光性材料を塗布する。引き続き、ステップＳ１１６（露光ステップ）において、上で説明したリソグラフィシステム（露光装置１１）によってマスクの回路パターンを基板に転写する。次に、ステップＳ１１７（現像ステップ）において、ステップＳ１１６にて露光された基板を現像して、基板の表面に回路パターンからなるマスク層を形成する。さらに続いて、ステップＳ１１８（エッチングステップ）において、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、ステップＳ１１９（レジスト除去ステップ）において、エッチングが済んで不要となった感光性材料を取り除く。すなわち、ステップＳ１１８及びステップＳ１１９において、マスク層を介して基板の表面を加工する。これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、基板上に多重に回路パターンが形成される。

第１の実施形態における露光装置を示す概略構成図。 散乱光が発生しているレンズの概略側面図。 散乱光が発生しているレンズの概略平面図。 第１の実施形態における光量調整処理ルーチンを説明するフローチャート。 第２の実施形態における光量計測装置を示す概略構成図。 別の実施形態の光量計測装置の一部を示す概略平面図。 他の別の実施形態の一部を示す概略平面図。 デバイスの製造例のフローチャート。 半導体デバイスの場合の基板処理に関する詳細なフローチャート。

符号の説明

１１…露光装置、１２…露光光源、１３…照明光学系、１４…観察光学系、１６…投影光学系、１８…算出部としての制御装置、２９，３３，３４…光学素子としてのレンズ、４０…光量計測装置、４１，４２，５０，５５〜５７…モニタ部、４１ａ，４２ａ，５０ａ，５５ａ〜５７ａ…光電素子、４３，４４…散乱光伝導部としての光ファイバ、ＥＬ…露光光、ＥＬＳ…散乱光、Ｗ…基板としてのウエハ。

Claims (12)

1. 光学素子を有する光学系から射出される光の光量を計測する光量計測装置であって、
   前記光学素子に入射した光の一部が自然散乱することによって発生した散乱光をモニタするモニタ部と、
   該モニタ部によってモニタされた散乱光の光量に基づき前記光学系から射出される光の光量を算出する算出部と
   を備えた光量計測装置。
2. 前記光学素子で発生した散乱光を前記モニタ部側に導くための散乱光伝導部をさらに備えた請求項１に記載の光量計測装置。
3. 前記散乱光伝導部は、光ファイバである請求項２に記載の光量計測装置。
4. 前記光学系は、複数の光学素子を有しており、
   前記モニタ部は、該各光学素子のうち前記光学系の射出側に配置された光学素子で発生した前記散乱光をモニタする請求項１〜請求項３のうち何れか一項に記載の光量計測装置。
5. 前記光学系は、複数の光学素子を有しており、
   前記モニタ部は、前記各光学素子で発生した前記散乱光を個別にモニタ可能に構成されると共に、前記算出部は、前記各光学素子で発生した散乱光の光量に基づき前記各光学素子から射出される光の光量を算出する請求項１〜請求項３のうち何れか一項に記載の光量計測装置。
6. 前記モニタ部は、前記光学素子で発生した前記散乱光を受光し、該受光した光量に応じた電気信号を前記算出部側に出力する光電素子を有する請求項１〜請求項５のうち何れか一項に記載の光量計測装置。
7. 光源から出力された光を所定のパターンへ導く照明光学系であって、
   前記光の光路に配置された光学素子と、
   前記照明光学系から射出される光の光量に対応する量を計測するための、請求項１〜請求項６のうち何れか一項に記載の光量計測装置と
   を備えた照明光学系。
8. 光源から出力された光が所定のパターンを照射することにより形成されたパターン像を感光性材料が塗布された基板上に投影するための投影光学系であって、
   前記光の光路に配置された光学素子と、
   前記投影光学系から射出される光の光量に対応する量を計測するための、請求項１〜請求項６のうち何れか一項に記載の光量計測装置と
   を備えた投影光学系。
9. 請求項７に記載の照明光学系と、
   光源から出力された光が前記照明光学系を介して前記所定のパターンを照射することにより形成されたパターン像を感光性材料が塗布された基板上に投影するための投影光学系と
   を備えた露光装置。
10. 光源から出力された光を所定のパターンへ導く照明光学系と、
    請求項８に記載の投影光学系と
    を備えた露光装置。
11. 前記所定のパターンよりも前記光源側に配置され、該光源から出力された光の光学的特性を観察可能な観察光学系をさらに備えた請求項９又は請求項１０に記載の露光装置。
12. 請求項９〜請求項１１のうち何れか一項に記載の露光装置を用いて、前記所定のパターンに基づくパターン像を前記基板の表面に露光する露光ステップと、
    該露光ステップ後において、前記基板を現像して前記パターン像に対応する形状のマスク層を前記基板の表面に形成する現像ステップと、
    該現像ステップ後において、前記マスク層を介して前記基板の表面を加工する加工ステップと
    を含むデバイスの製造方法。

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