JP2010249787A - 干渉計測装置、露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
高精度に干渉計測装置固有の誤差を計測することができる干渉計測装置を提供する。
【解決手段】
被検査レンズの波面を計測する干渉計測装置において、前記集光レンズの焦点位置に曲率中心が一致するように配置された前記凹球面ミラーを、光軸に関して０°回転した位置で前記被検査レンズの第１の波面を計測し、前記集光レンズの焦点位置に曲率中心が一致するように配置された前記凹球面ミラーを、前記光軸に関して１８０°回転した位置で前記被検査レンズの第２の波面を計測し、前記集光レンズの焦点位置からデフォーカスさせた位置に配置された反射基板により前記被検査レンズの第３の波面を計測し、前記入射光学系、前記干渉計測装置のシステムエラーを検出するように制御する制御手段を有することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、露光装置の投影光学系などの波面を計測する干渉計測装置に関する。

フォトリソグラフィー技術を用いるデバイスの製造工程において、マスクに形成された回路パターンをウエハである基板上に縮小投影して転写する縮小型投影光学装置が従来から使用されている。デバイスパターンの微細化にともない、投影光学系の収差を極めて小さく抑えることが必須である。したがって、投影光学系の収差を高精度に計測する装置ならびに方法が要望されている。

投影光学系において、投影レンズの透過波面を高精度に計測する装置として従来から干渉計測装置が利用されている。干渉計測装置により波面計測を行なう場合、参照面を基準として被検波面の位相を算出するため、干渉計測装置の計測精度は参照面の面精度で決定され、参照面の面精度以上の計測精度を得ることはできない。このため、参照面の面誤差など干渉計測装置の光学系固有の誤差であるシステムエラーを別手段により計測して、計測波面データから減算して被検波面成分のみを抽出する方法が従来から採用されている。

このシステムエラーの計測方法としては、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示されるように、３つの計測波面から固有の誤差であるシステムエラー成分を算出する方法（例えば、非特許文献１）が知られている。すなわち、集光レンズ４の焦点位置に曲率中心が一致するように配置された凹球面ミラー７を光軸に関して０°、１８０°回転した位置での２つの計測波面と、さらに、集光レンズ４の焦点位置に反射基板１２を配置したキャッツアイ反射（頂点反射）から得られる計測波面からシステムエラー成分を算出する。

ここで、Ｗ₁、Ｗ₂およびＷ₃は、それぞれの計測における波面誤差であり、Ｗ^α _Ｒは参照アーム波面誤差成分、Ｗ^α _Ｔは計測アームの波面誤差成分、Ｗ^α _Ｓは球面ミラーの形状誤差成分、αは波面の向き（０°または１８０°）である。数式１から数式３により、以下の数式４および数式５が導かれる。

ここで、Ｗ_Ｓは球面ミラーの面誤差による波面収差成分、Ｗ_Ｉ（=Ｗ_Ｒ＋Ｗ_Ｔ）は、参照面を含む干渉計測装置の全体の波面収差成分である。

高ＮＡのレンズ透過波面計測に使用する光源は直線偏光である場合が多く、キャッツアイ反射による計測を行なう場合、反射基板１２への入射角度θ、すなわちＮＡが大きくなるにつれて反射率が低下し、反射角度θがブリュースター角度と一致すると、反射率が０となる。この結果、この領域での干渉縞のコントラストが低下、もしくは消滅のため、高ＮＡな干渉計測装置の固有の誤差であるシステムエラーを高精度に計測することが困難である。そのため反射基板として、高入射角度に対しても反射率を有する金属や半導体のような材質が用いられ、高ＮＡな干渉計測装置におけるキャッツアイ反射による計測が行なわれている。被検対象に対して要求される計測精度が厳しくなるにつれて、システムエラーをより高精度に計測することが必要になってきた。

オプティカル・ショップ・テスティング、第２版、ワイレー、ｐｐ．５７７−５８０、ダニエル・マラカラ、米国、１９９２年

近年、投影レンズのＮＡは０．８以上と高くなる傾向にあるため、透過波面を計測する被検査レンズの所望のＮＡを入射させる干渉側のＴＳレンズのＮＡもそれ以上に高くする必要がある。高ＮＡのＴＳレンズにおけるキャッツアイ点近傍においては、エネルギーが集中する。上述のようにキャッツアイ反射基板は高ＮＡでも反射率の有する金属や半導体のような材質を用いるため、光の吸収などにより基板の変形や変質などが起こり、干渉縞の変調、コントラストの低下を発生させる。この結果、キャッツアイ反射による計測精度が著しく低下し、システムエラーを高精度に計測することが困難となる。

そこで、本発明は、高精度に干渉計測装置固有の誤差を計測することができる干渉計測装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の干渉計測装置は、光源からの光を被検光と参照光とに分離し、集光レンズを被検査レンズの上流に有し、前記被検査レンズに前記被検光を入射させる入射光学系と、前記被検査レンズから出射される前記被検光を、再び、同一光路で前記被検査レンズに向けて反射する凹球面ミラーと、前記凹球面ミラーにより反射され前記被検査レンズから出射される前記被検光と前記被検査レンズを通過しない前記参照光との干渉により生成された干渉縞を検出する検出器と、を有し、前記被検査レンズの波面を計測する干渉計測装置において、前記集光レンズの焦点位置に曲率中心が一致するように配置された前記凹球面ミラーを、光軸に関して０°回転した位置で前記被検査レンズの第１の波面を計測し、前記集光レンズの焦点位置に曲率中心が一致するように配置された前記凹球面ミラーを、前記光軸に関して１８０°回転した位置で前記被検査レンズの第２の波面を計測し、前記集光レンズの焦点位置からデフォーカスさせた位置に配置された反射基板により前記被検査レンズの第３の波面を計測し、前記干渉計測装置のシステムエラーを検出するように制御する制御手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、高精度に干渉計測装置固有の誤差を計測することができる。

本発明の実施形態１の透過波面計測用のフィゾー型干渉計測装置の構成図である。 本発明の実施形態１の干渉計測装置によるキャッツアイ反射による計測の説明図である。 本発明の実施形態１の干渉計測装置のシリコンから成る反射基板の反射率を示す図である。 本発明の実施形態１の干渉計測装置におけるシステムエラー計測のフローを示す図である。 投影光学系の波面を計測する本発明の実施形態２の干渉計測装置を搭載した露光装置の概略構成図である。 干渉計測装置におけるシステムエラーの計測方法の説明図である。

次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態１を説明する。本実施形態１は、干渉方式としてフィゾー型干渉計測装置で、被検査レンズ６の波面を計測する干渉計測装置あるが、フィゾー型干渉計測装置以外でもよい。
図１に、被検査レンズ６の透過波面を計測するためのフィゾー型干渉計測装置を示す。
入射光学系４０は、光源１からの光を被検光と参照光とに分離する参照面（フィゾー面）５を有する集光レンズ４を被検査レンズ６の上流に有し、被検査レンズ６に被検光を入射させる光学系である。凹球面ミラー７（ＲＳミラー）は、被検査レンズ６から出射される被検光を、再び、ほぼ同一光路で被検査レンズ６に向けて反射するミラーである。結像レンズ８およびＣＣＤカメラ９（検出器）は、凹球面ミラー７により反射され被検査レンズ６から出射される被検光と被検査レンズ６を通過しない参照光との干渉により生成された干渉縞を検出する手段である。

被検査レンズ６の使用波長に近い発振周波数を有する可干渉性の良い光源１（例えばレーザー光源など）からの光をコリメータレンズ２に入射する。コリメータレンズ２より射出された光束は、ハーフミラー３を反射後、集光レンズ４により被検査レンズ６の物体面へと集光される。その後、被検査レンズ６を透過後に像面上に再結像される。さらに、凹球面ミラー７（ＲＳミラー）により反射後、被検査レンズ６、集光レンズ４とほぼ同一光路を逆行し、ハーフミラー３を透過し、結像レンズ８によりＣＣＤカメラ９上にほぼ平行光束として入射する。以上が被検光の説明である。
一方、参照光は、集光レンズ４へ往路で入射した光束の一部が反射される。つまり集光レンズ４の最終面であるフィゾー面５からの表面反射光を得て、これを同一光路で逆行させ、参照光として、ＣＣＤカメラ９に入射させている。これら、参照光と被検光の重ね合わせにより干渉縞を得ている。

次に、図２、図４、図６を用いて、固有の誤差であるシステムエラーの計測の流れを説明する。
ここで、制御手段４１は、集光レンズ４の焦点位置に曲率中心が一致するように配置された凹球面ミラー７を、光軸に関して０°回転した位置で被検査レンズ６の第１の波面を計測するように制御する。
次に、制御手段４１は、集光レンズ４の焦点位置に曲率中心が一致するように配置された凹球面ミラー７を、光軸に関して１８０°回転した位置で被検査レンズ６の第２の波面を計測するように制御する。
さらに、制御手段４１は、集光レンズ４の焦点位置からデフォーカスさせた位置に配置された反射基板１２により被検査レンズ６の第３の波面を計測するように制御する。この結果、入射光学系４０、凹球面ミラー７および結像レンズ８（検出器）およびＣＣＤカメラ９（検出器）の固有の誤差を検出する。

より具体的には、まず、図６に示されるように集光レンズ４に対向させて凹球面ミラー７を配置させる（ステップ１）。
図６に示されるように凹球面ミラー７を光軸に関して０°方向で波面を計測する（ステップ２）。
図６に示されるように凹球面ミラー７を光軸に関して１８０°方向で波面を計測する（ステップ３）。
凹球面ミラー７を反射基板１２に交換し、反射基板１２を焦点位置に配置する（ステップ４）。
図２に示されるように反射基板１２を焦点位置からデフォーカスさせる（ステップ５）。
キャッツアイで波面を計測する（ステップ６）。
ステップ２、３、６で得られた波面から固有の誤差であるシステムエラーを算出する。 算出式は従来例と同様の数式１〜５を用いる（ステップ７）。
ただし、ステップ４、５において、反射基板１２を焦点位置に配置することなく、ステップ５のデフォーカス位置に直接、配置してもよい。

ステップ５におけるデフォーカス量について、例えば、０．９以上の高ＮＡの干渉計測装置において、システムエラーの計測におけるキャッツアイ反射による計測を行なう場合、反射基板１２として、上記のように材質としてシリコンを用いた場合を説明する。シリコンの複素屈折率は波長１９３ｎｍで０．６５−２．３ｉであり、図５にシリコンの反射率を示す。Ｐ偏光の反射率は擬似ブリュースター角度で最小となるが、０にはならない。

キャッツアイ点では、局所的に大きなエネルギーが集中することによりシリコン基板の表面において変形や変質が起こりやすく、表面の面精度を劣化させ、結果として干渉縞自体のコントラストを劣化させることとなる。
この課題を解消するために、反射基板の位置を集光レンズの集点位置からデフォーカスさせ、反射基板上での照射面積を拡大することにより、局所的にエネルギーが集中することを避けることができる。

図２に示されるように反射基板１２を集光位置からＺｄｅｆだけデフォーカスする場合、ビーム径をｗとすると、集光点でのエネルギー密度と比較して、ｗｏ^２／ｗ^２倍のエネルギー低下効果が得られ、安定した干渉縞が得られる。ここでｗｏは集光点でのビームウェストである。
干渉計測装置の開口数がＮＡ、入射光は波長λ、エネルギーはＩである場合、集光点である焦点位置でのビームスポット径ｗｏはｋ×λ／ＮＡ （ここでｋは波長に対する係数）となる。エネルギー密度Ｅは約Ｉ／πｗｏ^２となる。この場合、例えば、ビーム径がｗ＝√２×ｗｏとなるようなデフォーカス量Ｚｄｅｆとすると、エネルギー密度は１／２となり、エネルギーが集中することを避けられる。

なお、本現象は光源の波長λが１９３ｎｍ、入射エネルギーが０．１ｍＷ、投影光学系のＮＡが０．９であるとき、数ｓｅｃで発生することが確認されている。この際、λ〜２λ程度デフォーカスさせることで、コントラストは回復し、高精度にキャッツアイ計測が可能であることも確認されている。
前記計測方法より、十分に計測可能な干渉縞コントラストが得られ、キャッツアイ反射による計測を高精度に行なうことが可能となる。結果として、干渉計測装置の固有の誤差であるシステムエラーの計測精度が向上し、被検査レンズにおける透過波面の絶対精度が向上する。本実施形態２では、キャッツアイ点からのデフォーカス量を１〜２λとしたが、干渉計測装置の光学系が決定する絶対リニアリティーを保証できる範囲内であれば、デフォーカス量を増やすほど効果は顕著となる。

被検査レンズ６の例として、半導体露光装置の投影レンズなどが挙げられる。投影レンズの使用波長としてはＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）やＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）などが挙げられ、これら波長を使用した干渉計測装置のシステムエラー計測に上述の方法が利用可能である。一般的にこれら波長など紫外領域光において、エネルギーの集光度が高くなり、さらに反射基板への影響も大きくなる傾向にあり、本発明の効果はより顕著となる。

以上説明したように、本実施形態１によれば、従来よりも干渉計測装置の固有の誤差であるシステムエラーを高精度に計測でき、被検査レンズの透過波面の計測絶対精度を向上させる。
また、反射基板１２の位置を集光レンズ４の集光点からデフォーカスすることにより、局所的なエネルギー集中を避けることで計測精度を向上させ、高精度に固有の誤差であるシステムエラーの計測が可能となる。

次に、図５の構成図を参照して、干渉計測装置を搭載した実施形態２の露光装置を説明する。
露光用の光源１３から射出した光は引回し光学系１４を介して、インコヒーレント化ユニット１５へと入射され、可干渉距離を低下させた光は照明光学系１６を経て、レチクル面２６を照射する。投影光学系２７にてウエハ面２８に結像される。

次に、投影光学系２７における波面計測を行う干渉計測装置の構成について説明する。
図５はレチクル側にフィゾー型の干渉計測装置を構成した実施形態２の露光装置を示す。干渉計測装置用の光源１７から射出した光は、集光レンズ１８、空間フィルタ１９を介して、コリメータレンズ２０により平行光束を形成する。形成された平行光束はハーフミラー２１、ミラー２２を介して集光レンズ４に入射する。ミラー２２ならびに集光レンズ４を含む集光レンズユニット２４はＸＹＺステージ２５により保持されている。集光レンズユニット２４は露光時には投影光学系２７の露光光束の外に退避し、波面計測の場合には投影光学系２７の光路内に移動する。集光レンズ４の最終面からの反射光が参照光として、ハーフミラー２１、結像光学系３２を通ってＣＣＤカメラ３３に導かれる。

一方、被検光として、集光レンズ４を透過した光束は、レチクル面２６の位置で結像後、投影光学系２７により再びウエハ面２８で結像する。ウエハステージ３０には、凹球面ミラー７ならびに反射基板１２が配置されている。凹球面ミラー７の曲率半径は投影光学系２７の結像位置２８に一致させる。従って、凹球面ミラー７で反射した光は再び同光路をたどり、投影光学系２７と通過後、集光レンズ４、ミラー２２、ハーフミラー２１を介し、結像レンズ３２によりＣＣＤカメラ３３へと導かれる。
これら、参照光と被検光の重ね合わせにより干渉縞を得ている。

集光レンズ４の参照面、凹球面ミラー７など干渉計測装置自体が有する固有の誤差であるシステムエラーを計測する。キャッツアイ反射による計測における図２に示される反射基板１２の計測位置をデフォーカスさせる手段として、ウエハステージ３０のＺ軸方向の移動、およびＸＹＺステージ２５のＺ軸方向への移動により実行する。このシステムエラーを投影光学系２７の計測結果から差し引いて補正することで、投影光学系２７の波面を高精度に求めることが可能となる。

［デバイス製造方法の実施形態］
次に、前述の露光装置を利用したデバイス（半導体ＩＣ素子、液晶表示素子等）の製造方法を説明する。デバイスは、前述の露光装置を使用して、感光剤が塗布された基板（ウェハ、ガラス基板等）を露光する工程と、その基板（感光剤）を現像する工程と、他の周知の工程と、を経ることにより製造される。他の周知の工程には、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等が含まれる。
本実施形態のデバイス製造方法は、デバイスの生産性、品質および生産コスト、ならびに安全性の少なくとも一つにおいて従来よりも有利である。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

１ 光源 ４ 集光レンズ ６ 被検査レンズ
７ 凹球面ミラー ９ ＣＣＤカメラ １２ 反射基板
１３ 光源 ２７ 投影光学系 ３３ ＣＣＤカメラ
４０ 入射光学系 ４１ 制御手段

Claims (5)

1. 光源からの光を被検光と参照光とに分離し、集光レンズを被検査レンズの上流に有し、前記被検査レンズに前記被検光を入射させる入射光学系と、
   前記被検査レンズから出射される前記被検光を、再び、同一光路で前記被検査レンズに向けて反射する凹球面ミラーと、
   前記凹球面ミラーにより反射され前記被検査レンズから出射される前記被検光と前記被検査レンズを通過しない前記参照光との干渉により生成された干渉縞を検出する検出器と、を有し、前記被検査レンズの波面を計測する干渉計測装置において、
   前記集光レンズの焦点位置に曲率中心が一致するように配置された前記凹球面ミラーを、光軸に関して０°回転した位置で前記被検査レンズの第１の波面を計測し、
   前記集光レンズの焦点位置に曲率中心が一致するように配置された前記凹球面ミラーを、前記光軸に関して１８０°回転した位置で前記被検査レンズの第２の波面を計測し、
   前記集光レンズの焦点位置からデフォーカスさせた位置に配置された反射基板により前記被検査レンズの第３の波面を計測し、前記干渉計測装置のシステムエラーを検出するように制御する制御手段を有することを特徴とする干渉計測装置。
2. 前記光源からの前記光の波長は２４８ｎｍまたは１９３ｎｍであることを特徴とする請求項１記載の干渉計測装置。
3. 前記反射基板は、前記デフォーカスの量は、前記光源の波長をλとすると、λ〜２λであることを特徴とする請求項１または２記載の干渉計測装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の干渉計測装置を搭載し、前記被検査レンズは投影光学系であることを特徴とする露光装置。
5. 請求項４に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   前記工程で露光された基板を現像する工程と、
   を有することを特徴とするデバイス製造方法。
   

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