JP2009218492A

JP2009218492A - 波面誤差計測方法、波面誤差調整方法及び半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2009218492A
Application number: JP2008062885A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Fukuhara; 和也福原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-03-12
Filing date: 2008-03-12
Publication date: 2009-09-24
Anticipated expiration: 2028-03-12
Also published as: US20090231568A1; JP4568340B2

Abstract

【課題】レチクルに形成されたパターンを高解像度かつ忠実に投影可能とし、半導体装置の歩留まりを向上させるための波面誤差計測方法、波面誤差調整方法及び半導体装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】光学系を備えた露光装置の使用に基づく波面誤差を計測する波面誤差計測方法であって、光学系を通過する露光光の光路中にペリクルが設けられた計測用光学部材を設置して波面誤差を計測することで、投影光学系である投影レンズ１５に起因する第１の波面誤差、及びペリクルに起因する第２の波面誤差が合成された第３の波面誤差を取得する。
【選択図】図１

Description

本発明は、波面誤差計測方法、波面誤差調整方法及び半導体装置の製造方法、特に、露光装置の光学系で生じる波面誤差を計測する波面誤差計測方法の技術に関する。

従来、リソグラフィ工程により半導体装置を製造する際、レチクルに形成されたマスクパターンを、レジストが形成されたウェハ等の被処理体に転写する露光装置が用いられる。露光装置は、レチクルに形成されたマスクパターンを高解像度かつ忠実に投影することが求められる。投影光学系の結像特性に影響を及ぼす要因としては、例えば、波面誤差（波面収差）がある。波面誤差は、例えば、マスクパターンの疎密に応じて焦点位置をシフトさせる等の影響を及ぼす場合がある。焦点位置がシフトすると、レチクルに形成されたマスクパターンを高解像度かつ忠実に投影することが困難となる。例えば、特許文献１には、投影光学系の波面誤差を高い精度で計測するための技術が提案されている。

従来、レチクルは、マスクパターンに付着した塵の像が被処理体にて結像することを防ぐために、防塵のための保護膜であるペリクルが用いられている。ペリクルは、露光光に対して透明な部材を用いて形成された膜である。ペリクルは、膜厚、ペリクルを構成する部材の屈折率、及び入射する光の入射角に依存して、光の位相を変化させる。半導体装置に形成されるパターンは微細化及び集積度の向上が求められていることから、半導体装置の製造に用いられる露光装置は、大きな開口数（ＮＡ）の投影光学系を用いる場合が多くなっている。投影光学系のＮＡが大きくなるに従って、ペリクルに起因して生じる波面誤差は大きくなる。波面誤差の影響は、例えば、ＮＡが１以上、特に１．３程度以上の投影光学系を用いる場合に顕著となる。以上により、投影光学系に起因して生じる波面誤差を高い精度で調整可能であっても、ペリクルの存在により、レチクルに形成されたパターンを高解像度かつ忠実に投影することが困難な場合があるという問題を生じる。

特開２００２−２５０６７７号公報

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、レチクルに形成されたパターンを高解像度かつ忠実に投影可能とし、半導体装置の歩留まりを向上させるための波面誤差計測方法、波面誤差調整方法、及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

本願発明の一態様によれば、光学系を備えた露光装置の使用に基づく波面誤差を計測する波面誤差計測方法であって、光学系を通過する露光光の光路中にペリクルが設けられた計測用光学部材を設置して波面誤差を計測することを特徴とする波面誤差計測方法が提供される。

また、本願発明の一態様によれば、光学系を備えた露光装置の使用に基づく波面誤差を調整する波面誤差調整方法であって、所定のパターンの像を投影するための投影光学系に起因する第１の波面誤差及び露光装置の露光光の光路中に設置されるペリクルに起因する第２の波面誤差が合成された第３の波面誤差を取得する波面誤差取得工程と、波面誤差取得工程において取得された第３の波面誤差に基づいて投影光学系の光学調整を行う投影光学系調整工程と、を含むことを特徴とする波面誤差調整方法が提供される。

また、本願発明の一態様によれば、光学系を備えた露光装置の使用に基づく波面誤差を調整する波面誤差調整方法であって、所定のパターンの像を投影するための投影光学系に起因する第１の波面誤差を取得する波面誤差取得工程と、所定のペリクルが露光装置の露光光の光路中に設置された場合におけるペリクルに起因する第２の波面誤差を計算する波面誤差計算工程と、波面誤差取得工程において取得された第１の波面誤差、及び波面誤差計算工程において計算された第２の波面誤差が合成された第３の波面誤差に基づいて投影光学系の光学調整を行う投影光学系調整工程と、を含むことを特徴とする波面誤差調整方法が提供される。

また、本願発明の一態様によれば、レチクルに形成されたパターンの像をペリクル及び投影光学系を介して被処理体上に投影することにより半導体装置を製造する方法であって、投影光学系において発生する第１の波面誤差、及びペリクルにより発生する第２の波面誤差が合成された第３の波面誤差を取得し、第３の波面誤差に基づいて投影レンズが光学調整された状態でパターンの像を被処理体上に投影することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。

また、本願発明の一態様によれば、レチクルに形成されたパターンの像をペリクル及び投影光学系を介して被処理体上に投影することにより半導体装置を製造する方法であって、投影光学系において発生する第１の波面誤差を取得し、ペリクルにより発生する第２の波面誤差を計算し、第１の波面誤差及び第２の波面誤差が合成された第３の波面誤差に基づいて投影レンズが光学調整された状態でパターンの像を被処理体上に投影することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。

本発明によれば、レチクルに形成されたパターンを高解像度かつ忠実に投影可能とし、半導体装置の歩留まりを向上できるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る波面誤差計測方法、波面誤差調整方法、及び半導体装置の製造方法の最良な実施の形態を詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る露光装置１０の概略構成を示す。露光装置１０は、レチクル１３を介した露光により、レチクル１３に形成されたパターンであるマスクパターンを被処理体１６に転写する。本実施の形態に係る露光装置１０は、レチクル１３に形成されたパターンを投影レンズ１５により縮小して投影する縮小投影露光装置である。露光装置１０は、本体部、及び波面計測装置により構成されている。本体部は、光源１１、照明光学系１２、レチクルステージ１４、投影レンズ１５、ウェハステージ１８、及び制御系（主制御部２６等）を備える。光軸ＡＸは、照明光学系１２及び投影レンズ１５の中心軸であるとする。

光源１１は、例えば、紫外パルス光である露光光を射出する。光源１１は、例えば、ＡｒＦエキシマレーザ、ＫｒＦエキシマレーザ等のエキシマレーザ光源である。照明光学系１２は、光源１１からの露光光によりレチクル１３を照明する。照明光学系１２は、いずれも不図示の均一化光学系、レチクルブラインド、集光光学系等を備える。均一化光学系は、光源１１からの光束の強度を均一化させる。レチクルブラインドは、レチクル１３における露光光の照射領域を整形する。集光光学系は、露光光を集光する。照明光学系１２は、露光光を所定の偏光にする偏光子や、光路を折り曲げるためのミラー等を用いても良い。

レチクルステージ１４は、例えば真空吸着によりレチクル１３を保持する。レチクルステージ駆動部２３は、レチクルステージ１４を移動させる。レチクルステージ１４を移動させる移動範囲におけるレチクルステージ１４の位置は、不図示の検出手段により常時検出される。レチクルステージ１４の位置情報は、ステージ制御部２７を介して主制御部２６に送られる。主制御部２６は、レチクルステージ１４の位置情報に基づいて、ステージ制御部２７及びレチクルステージ駆動部２３を介してレチクルステージ１４を駆動する。さらに、レチクルステージ１４は、光軸ＡＸ上の位置におけるレチクル１３と不図示の計測用ブランクとの入れ換えを行う。

図２は、レチクル１３の断面構成を模式的に表したものである。レチクル１３は、酸化クロム膜やクロム膜等により構成された複数のマスクパターン３２を有する。マスクパターン３２は、ガラス基板３１の射出面に設けられている。ガラス基板３１は、露光光に対して透明な部材、例えば石英部材を用いて構成されている。レチクル１３には、マスクパターン３２を覆うように形成されたペリクル３３が設けられている。ペリクル枠３４は、高さを例えば５ｍｍとし、ペリクル３３の周囲を取り囲むように形成されている。

ペリクル３３は、マスクパターン３２の防塵のための保護膜として機能する。ペリクル３３は、露光光に対して透明な部材を用いて形成された膜である。本実施の形態において光源１１から射出する露光光に対して、ペリクル３３は、例えば、フッ素系ポリマーを用いて構成される。ペリクル３３は、ペリクル３３に対して垂直に入射する露光光の透過率が最大に近くなるような条件、例えば、屈折率１．４０程度、膜厚８３０ｎｍ程度で形成されている。被処理体１６の露光の際、レチクル１３は、照明光学系１２からの露光光のフォーカス面とマスクパターン３２とが一致するように配置される。ガラス基板３１の入射面やペリクル３３の射出面は、照明光学系１２からの露光光のフォーカス面からずれている。このため、ガラス基板３１の入射面やペリクル３３の射出面に塵が付着した場合であっても、マスクパターン３２の結像への影響を低減させることができる。

図１に戻って、投影レンズ１５は、レチクル１３を透過した露光光が入射する位置に設けられている。投影レンズ１５は、レチクル１３に形成されたマスクパターン３２の像を投影するための投影光学系である。投影レンズ１５の投影倍率は、例えば、１／４、１／５、１／６等である。投影レンズ１５は、光軸ＡＸ上に配置された不図示の複数のレンズ素子を備える。投影レンズ１５は、投影レンズ１５を構成する複数のレンズ素子のうち特定のレンズ素子を適宜変位させることにより、レンズ素子間の間隔調整や偏心調整等の光学調整を行う。かかる光学調整により、投影レンズ１５は、結像特性が補正される。

投影レンズ１５は、移動の対象であるレンズ素子を移動させる複数の駆動素子（不図示）を有する。駆動素子は、例えば圧電素子である。駆動素子は、移動の対象であるレンズ素子をそれぞれ独立して移動させる。移動の対象であるレンズ素子は、駆動素子の変位に応じて、例えば、光軸ＡＸに平行な方向へ移動する。レンズ素子は、光軸ＡＸに平行な方向へ移動可能である他、例えば、光軸ＡＸに直交する平面に対する傾きを適宜調整可能としても良い。結像特性補正コントローラ２４は、主制御部２６からの信号に基づいて各駆動素子の駆動を制御する。主制御部２６は、結像特性補正コントローラ２４を用いてレンズ素子を適宜移動させることにより、投影レンズ１５の結像特性、例えば、ディストーション、像面湾曲、非点収差、コマ収差、球面収差等を調整する。

ウェハホルダ１７は、ウェハステージ１８上に固定されている。ウェハホルダ１７は、例えば真空吸着により被処理体１６を保持する。ウェハステージ駆動部２５は、光軸ＡＸに直交する面内においてウェハステージ１８を移動させる。また、ウェハステージ駆動部２５は、光軸ＡＸに直交する面に対するウェハホルダ１７の傾き、及び光軸ＡＸに平行な方向におけるウェハホルダ１７の位置を変化させる。ウェハステージ１８を移動させる移動範囲におけるウェハステージ１８の位置、及びウェハホルダ１７を移動させる移動範囲におけるウェハホルダ１７の位置は、不図示の検出手段により常時検出される。ウェハステージ１８及びウェハホルダ１７の位置情報は、ステージ制御部２７を介して主制御部２６に送られる。主制御部２６は、ウェハステージ１８及びウェハホルダ１７の位置情報に基づいて、ステージ制御部２７及びウェハステージ駆動部２５を介してウェハステージ１８及びウェハホルダ１７を駆動する。被処理体１６は、シリコン等により構成されたウェハにレジストが形成された基板である。さらに、ウェハステージ１８は、光軸ＡＸ上の位置における被処理体１６と波面センサ２１との入れ換えを行う。

主制御部２６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備え、露光装置１０全体を制御する。例えばハードディスクを備える外部記憶装置２８は、主制御部２６に接続されている。外部記憶装置２８は、波面計測装置による計測結果、及び計測結果を用いて算出したデータを記憶する。波面計測装置は、波面センサ２１及び波面データ処理部２２を備える。波面センサ２１は、ウェハステージ１８上に設けられている。

図３は、波面センサ２１の要部概略構成を示す。波面センサ２１は、コリメータレンズ４１、レンズアレイ４２、ＣＣＤ４４を備える。ＣＣＤ４４は、複数の受光素子（不図示）を備える撮像装置である。波面センサ２１は、ウェハステージ１８の移動により、被処理体１６と入れ換えて配置される。コリメータレンズ４１は、波面センサ２１へ入射した光を平行化させる。レンズアレイ４２は、光軸ＡＸに直交する面内においてマトリクス状に配置された複数のレンズ素子４３を有する。各レンズ素子４３は、ＣＣＤ４４の各受光素子にて光を集光させる。なお、波面センサ２１は、光路を折り曲げるミラー、リレーレンズ等を用いても良い。

図１に戻って、波面データ処理部２２は、ＣＣＤ４４による撮像結果を用いて、露光装置１０の光学系の波面誤差を算出する。外部記憶装置２８は、波面データ処理部２２により算出された波面誤差の情報を記憶する。主制御部２６は、外部記憶装置２８に記憶された波面誤差の情報に基づいて、結像特性補正コントローラ２４を駆動する。露光装置１０は、ステップ・アンド・リピート方式や、ステップ・アンド・スキャン方式等、いずれの露光方式を採用するものであっても良い。また、露光装置１０は、投影レンズ１５及び被処理体１６の間の空間を液体で満たす液浸露光装置であっても良い。投影レンズ１５及び被処理体１６の間の空間を満たす液体としては、例えば水を用いる。

図４は、計測用ブランク５０の断面構成を模式的に表したものである。計測用ブランク５０は、波面誤差を計測する際に露光光の光路中に設置される計測用光学部材である。計測用ブランク５０は、レチクルステージ１４の移動により、レチクル１３と入れ換えて配置される。計測用ブランク５０は、開口板５１を有する。開口板５１は、開口部５２を有し、透明基板５５の射出側の面に形成された遮光部材である。開口板５１は、開口部５２へ入射した露光光を通過させる。波面誤差を計測する際、計測用ブランク５０は、開口板５１の入射側の面及び射出側の面が光軸ＡＸに直交するように配置される。また、計測用ブランク５０は、照明光学系１２からの露光光のフォーカス面と開口板５１の射出側の面とが一致するように配置される。

計測用ペリクル５３は、計測用ブランク５０に設けられたペリクルである。各実施の形態においてペリクルとは、従来のレチクルに設けられるペリクルと同様の材料かつ同様の構成を備えたものを指し、マスクパターンの防塵を目的として設けられたものに限定されないものとする。計測用ペリクル５３は、開口板５１の射出側の面に設けられている。計測用ペリクル５３は、本実施の形態に係る露光装置１０に適用されるレチクル１３に設けられたペリクル３３（図２参照）と同様の条件で構成されている。

計測用ペリクル５３は、レチクル１３に設けられたペリクル３３と同様に、光源１１からの露光光に対して透明な部材、例えばフッ素系ポリマーを用いて構成されている。また、計測用ペリクル５３は、レチクル１３に設けられたペリクル３３と同様に、例えば、屈折率１．４０程度、膜厚８３０ｎｍ程度で形成されている。レチクル１３と同様に、計測用ブランク５０は、計測用ペリクル５３の周囲を取り囲むように設けられたペリクル枠５４を有する。開口部５２を通過した露光光は、計測用ペリクル５３を透過することで、計測用ブランク５０から射出する。なお、計測用ブランク５０は、波面誤差の計測用のマスクパターンを有するものであっても良い。

図５は、レチクル１３にペリクル３３が存在することによって及ぼされる露光光への影響について説明するものである。ペリクル３３は、周囲の空気層とは異なる屈折率の部材で構成される。このことから、第１面Ｓ１からペリクル３３へ入射した光の一部は、第１面Ｓ１とは反対側の第２面Ｓ２で反射し、第１面Ｓ１の方向へ進行する。第１面Ｓ１から第２面Ｓ２へ入射した光の一部は、第２面Ｓ２からペリクル３３の外へ射出する。また、第２面Ｓ２で反射した光の一部は、第１面Ｓ１で反射し、第２面Ｓ２の方向へ進行する。第２面Ｓ２から第１面Ｓ１へ入射した光の一部は、第１面Ｓ１からペリクル３３の外へ射出する。ペリクル３３は、第１面Ｓ１及び第２面Ｓ２の間での多重反射により重ね合わせられた光を射出する。

ペリクル３３への入射光線と光軸ＡＸとがなす角度を入射角とすると、第１面Ｓ１及び第２面Ｓ２における反射率は、光の入射角に依存する。露光装置１０において、レチクル１３へ入射する露光光の入射角は、最大で例えば２０度程度となる。光の入射角が大きくなるに従って、第１面Ｓ１及び第２面Ｓ２における反射率は高くなる。また、第２面Ｓ２から射出する光の各成分は、第２面Ｓ２から射出するまでにおける第１面Ｓ１及び第２面Ｓ２の間での反射回数に応じて位相が異なっている。かかる位相の変化には、ペリクル３３の膜厚も影響する。以上から、ペリクル３３の第２面Ｓ２から射出する光は、ペリクル３３の膜厚、ペリクル３３を構成する部材の屈折率、及び入射する光の入射角に依存して、位相が変化することとなる。

被処理体１６の入射面において、球面波である理想波面と露光光の現実の波面とのずれである波面誤差が少ないほど、投影レンズ１５を用いた高解像度な投影が可能となる。これに対して、露光光の入射角に依存してペリクル３３で生じる位相の変化は、レンズで生じる収差と同様の作用を示す。ペリクル３３の存在によって生じる位相の変化は、波面誤差を大きくする原因となり得る。ペリクル３３で生じる位相の変化は露光光の入射角に依存することから、投影レンズ１５のＮＡが大きくなるに従って、ペリクル３３に起因して生じる波面誤差は顕著となる。波面誤差が大きくなるほど、パターンごとの寸法誤差が最小となる条件（ベストフォーカス）が変化し、複数のマスクパターン３２に対する焦点深度の縮小を引き起こすことになる。以上により、投影レンズ１５に起因して生じる波面誤差を高い精度で調整可能であっても、ペリクル３３の存在により、レチクル１３に形成されたパターンを高解像度かつ忠実に投影することが困難な場合が生じる。

図６は、本実施の形態に係る露光装置１０における波面誤差を調整する手順を説明するフローチャートである。ステップＳ１では、レチクルステージ１４の駆動により、露光光の光路中である光軸ＡＸ上の位置へ計測用ブランク５０を移動させる。また、ウェハステージ１８の駆動により、光軸ＡＸ上の位置へ波面センサ２１を移動させる。

図７は、波面誤差を計測する際の露光装置１０の概略構成を説明するものである。ここでは、説明に不要な構成の図示及び説明を省略する。計測用ブランク５０は、開口板５１の開口部５２（図４参照）の位置が光軸ＡＸに一致するように設置される。波面センサ２１は、コリメータレンズ４１の中心軸が光軸ＡＸに一致するように設置される。照明光学系１２からの露光光を計測用ブランク５０へ入射させると、計測用ブランク５０の開口部５２にて理想波面に近い球面波が発生する。コリメータレンズ４１は、球面波を平行光へ変換する。なお、コリメータレンズ４１へ入射した球面波は、計測用ペリクル５３に起因して生じる波面誤差、及び投影レンズ１５に起因して生じる波面誤差によって波面が変形している。コリメータレンズ４１で平行化された後、レンズアレイ４２の各レンズ素子４３へ入射した各光束は、ＣＣＤ４４の各受光素子にて集光する。

ステップＳ２では、ＣＣＤ４４による撮像がなされる。ＣＣＤ４４は、各受光素子を用いて、撮像面上に生じた輝度分布を一括して検出する。ステップＳ３では、ＣＣＤ４４による撮像結果を用いて、露光装置１０の光学系の波面誤差を算出する。ステップＳ３において算出される波面誤差は、投影レンズ１５に起因する第１の波面誤差、及び計測用ペリクル５３に起因する第２の波面誤差が合成された第３の波面誤差である。ステップＳ３は、かかる第３の波面誤差を取得する波面誤差取得工程である。また、ステップＳ１からステップＳ３により、露光装置１０の波面誤差が計測される。計測用ペリクル５３が設けられた計測用ブランク５０を露光光の光路中に設置して波面誤差を計測することにより、計測用ペリクル５３を含む露光装置１０の光学系で生じる波面誤差を高い精度で計測できる。

投影光学系調整工程であるステップＳ４では、ステップＳ３において算出された波面誤差である第３の波面誤差の情報に基づいて、投影レンズ１５の光学調整を行う。投影レンズ１５は、所望の状態、例えば、理想波面と現実の波面との誤差の平均を表す収差ＲＭＳ（Root Mean Square、二乗和平方根）が最小となるように調整される。以上により、露光装置１０の光学系で生じる波面誤差の調整が完了する。これにより、露光装置１０の光学系で生じる波面誤差を高い精度で調整できる。本実施の形態で説明する波面誤差の調整は、例えば、露光装置１０を設置する際や、露光装置１０の設置後の一定期間ごとに行う。

図８は、本実施の形態に係る露光装置１０を用いて半導体装置を製造する手順を説明するフローチャートである。ステップＳ１１では、ウェハに感光剤を塗布し、レジストを形成する。露光工程であるステップＳ１２では、図６を用いて説明した波面誤差の調整がなされた露光装置１０を用いて、被処理体１６を露光する。ステップＳ１２では、レチクル１３に形成されたパターンの像をペリクル３３及び投影レンズ１５を介して被処理体１６上に投影する。高い精度で波面誤差が調整された露光装置１０を用いることで、レチクル１３に形成されたパターンを高解像度かつ忠実に投影できる。

次に、ステップＳ１３では、ステップＳ１２で露光した被処理体１６を現像する。ステップＳ１４では、被処理体１６の不要なレジストをエッチングにより取り除く。以上の手順を繰り返し行い、ウェハ上にパターンを重畳させる。その後種々の工程を経て、半導体装置の製造が完了する。レチクル１３に形成されたパターンを高解像度かつ忠実に投影可能とすることで、半導体装置の歩留まりを向上させることができる。

レチクル１３に形成するペリクル３３は、膜厚を適宜設定可能である。計測用ブランク５０に形成する計測用ペリクル５３の膜厚は、レチクル１３に形成するペリクル３３の膜厚と同一になるように決定される。ペリクル３３の膜厚は、例えば、ペリクル３３に起因して生じる波面誤差をＺｅｒｎｉｋｅ展開した際に、Ｚｅｒｎｉｋｅ番号が５以上の項で表される成分のＲＭＳに対する、Ｚｅｒｎｉｋｅ番号が１０以上の項で表される成分のＲＭＳの比率が１０％未満となるように設定しても良い。Ｚｅｒｎｉｋｅ展開は、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式（例えば、特開２００２−２５０６７７号公報参照）を使用した展開である。特に、球面収差を表す収差成分、例えば、４（Ｚ_４）、９（Ｚ_９）、１６（Ｚ_１６）、２５（Ｚ_２５）、３６（Ｚ_３６）の各Ｚｅｒｎｉｋｅ番号に関する収差成分のうち、高次の成分、例えば、Ｚ_１６、Ｚ_２５、Ｚ_３６の成分がゼロに近くなるように、言い換えると成分の絶対値が小さくなるように、ペリクル３３の膜厚を決定しても良い。

近年用いられる投影レンズ１５は、低次（例えば、Ｚ_４、Ｚ_９）の収差成分を効果的に補正可能であるのに対して、高次（例えば、Ｚ_１６、Ｚ_２５、Ｚ_３６）の収差成分の補正が困難であることがわかっている。補正が困難である成分の絶対値が小さくなるようにペリクル３３の膜厚を適宜選択することにより、投影レンズ１５の光学調整によって、球面収差を効果的に低減させることが可能となる。例えば、高次の収差成分のうちＺ_１６成分の絶対値はＺ_２５、Ｚ_３６の各成分の絶対値に比べて大きい傾向にあることから、Ｚ_１６成分の絶対値が最小となる膜厚を選択する。例えば、膜厚８２２ｎｍを選択する場合にＺ_１６成分の絶対値が最小となる場合に、ペリクル３３の膜厚を８２２ｎｍとする。このようなペリクル３３の膜厚の決定は、投影レンズ１５のＮＡが１以上である場合に行うこととしても良い。

さらに、波面誤差の調整の際、ペリクル３３に起因する波面誤差のうち、例えばＺ_９成分を算出し、Ｚ_９成分の絶対値が最小となるように投影レンズ１５を光学調整することとしても良い。Ｚ_９成分の絶対値が最小となるような投影レンズ１５の光学調整は、投影レンズ１５のＮＡが１以上である場合に行うこととしても良い。このようにして、露光装置１０の光学系で生じる波面誤差を効果的に低減させることができる。なお、ペリクル３３の膜厚を決定する計算に用いる波面誤差は、ペリクル３３への入射光がｓ偏光である場合の波面誤差、及びｐ偏光である場合の波面誤差の平均値を使用しても良い。これにより、ｓ偏光及びｐ偏光に対して波面誤差を平均して低減させることができる。

（第２の実施の形態）
図９は、本発明の第２の実施の形態に係る波面誤差調整方法の手順を説明するフローチャートである。本実施の形態は、上記第１の実施の形態に係る露光装置１０を用いるものとして説明する。波面誤差取得工程であるステップＳ２１では、投影レンズ１５に起因する波面誤差である第１の波面誤差を計測する。ステップＳ２１における計測では、上記第１の実施の形態で説明した計測用ブランク５０から計測用ペリクル５３及びペリクル枠５４を除いたものを、計測用ブランクとして用いる。

次に、ステップＳ２２では、レチクル１３に設けられるペリクル３３に起因する波面誤差である第２の波面誤差を予測する。ステップＳ２２における予測では、レチクル１３に設けられるペリクル３３の条件、例えば、膜厚及び光学定数（屈折率及び消衰係数）に基づいて、第２の波面誤差の計算を行う。ステップＳ２２は、所定のペリクル３３が露光装置１０の露光光の光路中に設置された場合におけるペリクル３３に起因する第２の波面誤差を計算する波面誤差計算工程である。ここで、第２の波面誤差の計算のパラメータとする膜厚は、例えば、ペリクル３３の製造誤差の範囲における平均値を用いる。

ステップＳ２３では、ステップＳ２１において計測された第１の波面誤差と、ステップＳ２２において計算された第２の波面誤差とを合成することにより、第３の波面誤差を算出する。投影光学系調整工程であるステップＳ２４では、ステップＳ２３において計算された第３の波面誤差の情報に基づいて、投影レンズ１５の光学調整を行う。本実施の形態の場合も、上記の第１の実施の形態の場合と同様に、投影レンズ１５は、所望の状態、例えば、収差ＲＭＳが最小となるように調整される。

本実施の形態の場合も、露光装置１０の光学系で生じる波面誤差を高い精度で調整できる。さらに、本実施の形態では、レチクル１３の平均的な情報を用いて求められた波面誤差を調整することで、レチクル１３を交換するごとの波面誤差を平均して低減可能とし、露光装置１０による露光工程全般において高解像度かつ忠実な投影ができる。従って、露光装置１０による露光工程を経て製造される半導体装置について、全体として歩留まりを向上させることができる。本実施の形態で説明する波面誤差の調整は、異なる設計条件のペリクル３３を備えるレチクル１３へ交換するごとに行うこととしても良い。これにより、ペリクル３３の設計条件に応じて波面誤差を高い精度で調整できる。

（第３の実施の形態）
図１０は、本発明の第３の実施の形態に係る露光方法の手順を説明するフローチャートである。本実施の形態は、上記第１の実施の形態に係る露光装置１０を用いるものとして説明する。本実施の形態は、露光装置１０の光学特性である、投影レンズ１５の瞳透過率分布に基づいて、ペリクル３３の条件を決定することを特徴とする。レンズは、主にレンズを構成する材料の特性のばらつきや、表面の加工精度に起因して、瞳透過率分布を生じさせる。瞳透過率分布は、レンズ内を通過する光の光路に依存して、光の強度が異なる減衰を起こす現象である。

上記第１の実施の形態において図５を用いて説明したように、ペリクル３３は、第１面Ｓ１及び第２面Ｓ２間での多重反射により、光の位相の変化を生じさせる。第２面Ｓ２から射出する光の各成分は、第２面Ｓ２から射出するまでにおける第１面Ｓ１及び第２面Ｓ２の間での反射回数に応じて、位相の他に強度も変化する。ペリクル３３は、多重反射により、光の位相の変化を生じさせる他、光の強度の変化も生じさせる。ペリクル３３の第２面Ｓ２から射出する光は、ペリクル３３の膜厚、ペリクル３３を構成する部材の屈折率、及び入射する光の入射角に依存して、強度が変化する。

露光光の入射角に依存してペリクル３３で生じる光の強度の変化は、投影レンズ１５で生じる瞳透過率分布と同様の作用を示す。レチクル１３にペリクル３３が存在することによって及ぼされる影響としては、上記第１の実施の形態で説明した波面誤差の他に、瞳透過率分布の変化がある。瞳透過率分布の変化は、マスクパターン３２の疎密に応じて像強度を変化させる等の影響を及ぼす場合がある。また、投影光学系のＮＡが大きくなるに従って、ペリクル３３に起因して生じる瞳透過率分布の変化は顕著となる。

図１０に示すステップＳ３１において、露光装置１０の投影レンズ１５の瞳透過率分布（第１の瞳透過率分布）を計測する。投影レンズ１５の瞳透過率分布は、露光装置１０の光学特性であって、第１の光学特性とする。ステップＳ３１は、第１の光学特性を計測により取得する光学特性取得工程である。ステップＳ３１では、露光装置１０による露光の際に使用する露光光と同じ偏光状態における瞳透過率分布を計測する。瞳透過率分布の計測は、例えば図７に示した露光装置１０の構成において波面センサ２１をＣＣＤカメラに置き換えた構成によって実施する。

次に、ステップＳ３２において、第１の瞳透過率分布と第２の瞳透過率分布との差分を、透過率差の分布（差分布）として算出する。第２の瞳透過率分布は、目標となる瞳透過率分布であって、例えば、光学近接効果補正（Optical Proximity Correction；ＯＰＣ）モデルを取得した露光装置の瞳透過率分布とする。第２の瞳透過率分布は、露光装置１０の光学特性の目標として設定された第２の光学特性である。ステップＳ３２は、第１の瞳透過率分布である第１の光学特性と、第２の瞳透過率分布である第２の光学特性との差分を取得する差分取得工程である。

条件決定工程であるステップＳ３３では、ステップＳ３２において取得された差分に基づいてペリクル３３の条件を決定する。ステップＳ３３では、ペリクル３３に起因して生じる透過率分布の変化が、ステップＳ３２において算出された差分布を相殺してゼロに近くなるような条件を求める。ペリクル３３における透過率の入射角依存性は、ペリクル３３の光学定数及び膜厚を適宜選択することにより制御可能である。

図１１は、ペリクル３３における透過率、ペリクル３３への光の入射角、及びペリクル３３の膜厚の関係を説明するものである。図中縦軸は透過率を表し、図中横軸は投影レンズ１５の倍率Ｍ、投影レンズ１５及び被処理体１６の間に存在する媒質の屈折率ｎ、ペリクル３３へ入射する光の入射角θを含むパラメータＭ・ｎ・ｓｉｎθを表す。ここでは、投影レンズ１５の倍率Ｍを、例えば１／４、投影レンズ１５及び被処理体１６の間に存在する媒質を、例えば水とする。図中曲線Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、それぞれペリクル３３の膜厚が７３０ｎｍ、７７０ｎｍ、８３０ｎｍ、８９０ｎｍであるときの透過率分布を例として表している。

図１２は、ペリクル３３の条件の算出について説明するものである。図中上段のグラフに示す破線及び実線は、それぞれ第１の瞳透過率分布、第２の瞳透過率分布を表すものとする。ステップＳ３２では、実線で示す分布と破線で示す分布との差分布が算出される。図中下段に示す実線は、上段のグラフに示すものと同じ第２の瞳透過率分布である。図中下段のグラフに示す破線は、ステップＳ３３において決定した膜厚のペリクル３３が適用された露光装置１０の瞳透過率分布である。第１の瞳透過率分布及び第２の瞳透過率分布の差分布が相殺されるようなペリクル３３の膜厚を適宜選択することにより、露光装置１０は、第２の瞳透過率分布に近い瞳透過率分布を実現できる。なお、ステップＳ３３では、ペリクル３３の条件として膜厚を選択する場合に限られず、ペリクル３３を構成する部材の屈折率を選択することとしても良い。ペリクル３３の条件は、膜厚及びペリクル３３を構成する部材の屈折率の少なくとも一方を適宜選択可能である。

ステップＳ３４では、ステップＳ３３において決定された条件のペリクル３３を、レチクル１３に形成する。ステップＳ３５では、ステップＳ３４において形成されたペリクル３３を備えるレチクル１３を用いた露光を行う。ステップＳ３５は、ステップＳ３３において決定された条件のペリクル３３を介して露光する露光工程である。以上により、本実施の形態に係る露光方法の手順が完了する。本実施の形態により、レチクル１３に形成されたマスクパターン３２を高解像度かつ忠実に投影できる。さらに、露光工程において、ＯＰＣモデルを取得した露光装置と同じＯＰＣモデルを用いて作製されたレチクル１３を使用可能とすることで、レチクル１３の用意に要する時間を低減させる。レチクル１３の用意に要する時間を低減させることで、半導体装置の製造コストを低減させることができる。

本実施の形態に係る露光方法は、投影レンズ１５の瞳透過率分布に基づいてペリクル３３の条件を決定する場合に限られない。ペリクル３３の条件は、露光装置１０の他の光学特性、例えば結像特性に基づいて決定しても良い。結像特性としては、例えば、投影レンズ１５によって投影された像の寸法誤差を用いる。寸法誤差は、マスクパターン３２の疎密の程度、周期、サイズ等に依存する。この場合も、ペリクル３３の条件を適宜決定することで、マスクパターン３２を高解像度かつ忠実に投影できる。

第１の実施の形態に係る露光装置の概略構成を示す図。レチクルの断面構成を模式的に表した図。波面センサの要部概略構成を示す図。計測用ブランクの断面構成を模式的に表した図。ペリクルによって及ぼされる露光光への影響について説明する図。露光装置により波面誤差を調整する手順を説明するフローチャート。波面誤差を計測する際の露光装置の概略構成を説明する図。露光装置を用いて半導体装置を製造する手順を説明するフローチャート。第２の実施の形態に係る波面誤差調整方法の手順を説明するフローチャート。第３の実施の形態に係る露光方法の手順を説明するフローチャート。ペリクルにおける透過率、入射角、及び膜厚の関係を説明する図。ペリクルの条件の算出について説明する図。

符号の説明

１０露光装置、１３レチクル、１５投影レンズ、１６被処理体、２１波面センサ、２２波面データ処理部、３３ペリクル、５０計測用ブランク、５３計測用ペリクル。

Claims

光学系を備えた露光装置の使用に基づく波面誤差を計測する波面誤差計測方法であって、
前記光学系を通過する露光光の光路中にペリクルが設けられた計測用光学部材を設置して前記波面誤差を計測することを特徴とする波面誤差計測方法。
光学系を備えた露光装置の使用に基づく波面誤差を調整する波面誤差調整方法であって、
所定のパターンの像を投影するための投影光学系に起因する第１の波面誤差及び前記露光装置の露光光の光路中に設置されるペリクルに起因する第２の波面誤差が合成された第３の波面誤差を取得する波面誤差取得工程と、
前記波面誤差取得工程において取得された前記第３の波面誤差に基づいて前記投影光学系の光学調整を行う投影光学系調整工程と、を含むことを特徴とする波面誤差調整方法。
光学系を備えた露光装置の使用に基づく波面誤差を調整する波面誤差調整方法であって、
所定のパターンの像を投影するための投影光学系に起因する第１の波面誤差を取得する波面誤差取得工程と、
所定のペリクルが前記露光装置の露光光の光路中に設置された場合における前記ペリクルに起因する第２の波面誤差を計算する波面誤差計算工程と、
前記波面誤差取得工程において取得された前記第１の波面誤差、及び前記波面誤差計算工程において計算された前記第２の波面誤差が合成された第３の波面誤差に基づいて前記投影光学系の光学調整を行う投影光学系調整工程と、を含むことを特徴とする波面誤差調整方法。
レチクルに形成されたパターンの像をペリクル及び投影光学系を介して被処理体上に投影することにより半導体装置を製造する方法であって、
前記投影光学系において発生する第１の波面誤差、及び前記ペリクルにより発生する第２の波面誤差が合成された第３の波面誤差を取得し、前記第３の波面誤差に基づいて前記投影レンズが光学調整された状態で前記パターンの像を前記被処理体上に投影することを特徴とする半導体装置の製造方法。
レチクルに形成されたパターンの像をペリクル及び投影光学系を介して被処理体上に投影することにより半導体装置を製造する方法であって、
前記投影光学系において発生する第１の波面誤差を取得し、前記ペリクルにより発生する第２の波面誤差を計算し、前記第１の波面誤差及び前記第２の波面誤差が合成された第３の波面誤差に基づいて前記投影レンズが光学調整された状態で前記パターンの像を前記被処理体上に投影することを特徴とする半導体装置の製造方法。