JP2014135368A - 露光装置、計測方法及びデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】投影光学系の収差を短時間、且つ、高精度に計測するのに有利な技術を提供する。
【解決手段】マスクのパターンを基板に投影する投影光学系を備えた露光装置であって、第１波長の光と、前記第１波長とは異なる第２波長の光とを含む光を射出する照明光学系と、前記照明光学系から射出された光で前記投影光学系の物体面に配置されたマークを照明したときに、前記マークで回折され、前記投影光学系を介して、前記第１波長の光によって形成される前記マークの第１像と、前記第２波長の光によって形成される前記マークの第２像とを検出する検出部と、前記検出部で検出された前記第１像のベストフォーカス位置と前記第２像のベストフォーカス位置との差分に基づいて、前記投影光学系の単色収差を求める処理部と、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、露光装置、計測方法及びデバイスの製造方法に関する。

半導体素子や液晶表示素子などのデバイスを製造する際に、レチクル（マスク）のパターンを投影光学系によって基板に投影してパターンを転写する露光装置が使用されている。近年では、デバイスの微細化が進んでいるため、露光装置には、レチクルのパターンを所定の倍率で正確に基板に転写することが要求されている。従って、投影光学系の結像性能を高精度に維持する必要があり、投影光学系の収差を測定するための技術が従来から提案されている（特許文献１及び２参照）。

特許文献１では、例えば、投影光学系のベストフォーカス位置が球面収差に対して線形に変化することに着目し、互いに異なる２つの計測条件（レチクルパターンや絞り）での投影光学系のベストフォーカス位置から球面収差を求めている。更に、特許文献１では、互いに異なる２つの計測条件での投影光学系の結像状態の差からコマ収差を求めている。

また、特許文献２には、投影光学系の波面収差のうち、特定の成分を計測する技術が開示されている。特許文献２では、投影光学系の波面収差をＺｅｒｎｉｋｅ直交関数で表し、投影光学系を通過する光を一部に制限することで、特定のＺｅｒｎｉｋｅ係数とテストパターン像の位置ずれ量との関係が一対一の関係になることを利用している。具体的には、求めるＺｅｒｎｉｋｅ係数の数だけ照明光学系の絞りの条件、即ち、計測条件を変えて、テストパターン像の位置ずれ量を計測している。

特開２００８−２４４３８６号公報 特開２００３−１７８９６８号公報

しかしながら、従来技術では、複数の計測条件で計測を行わなければならないため、投影光学系の収差を計測するのに長時間を要してしまう。また、複数の計測条件で計測を行っている間に、投影光学系の状態が変化して計測結果に誤差が生じてしまうこともある。

本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、投影光学系の収差を短時間、且つ、高精度に計測するのに有利な技術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露光装置は、マスクのパターンを基板に投影する投影光学系を備えた露光装置であって、第１波長の光と、前記第１波長とは異なる第２波長の光とを含む光を射出する照明光学系と、前記照明光学系から射出された光で前記投影光学系の物体面に配置されたマークを照明したときに、前記マークで回折され、前記投影光学系を介して、前記第１波長の光によって形成される前記マークの第１像と、前記第２波長の光によって形成される前記マークの第２像とを検出する検出部と、前記検出部で検出された前記第１像のベストフォーカス位置と前記第２像のベストフォーカス位置との差分に基づいて、前記投影光学系の単色収差を求める処理部と、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側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態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、投影光学系の収差を短時間、且つ、高精度に計測するのに有利な技術を提供することができる。

本発明の第１の実施形態における露光装置の構成を示す図である。 図１に示す露光装置のアライメント検出系の具体的な構成の一例を示す図である。 図１に示す露光装置のアライメント検出系のセンサで検出される第１位置合わせマークの像の光量の変化を示す図である。 図１に示す露光装置における投影光学系の収差（球面収差）の計測を説明するための図である。 互いに異なる２つの波長の光によって形成される第１位置合わせマークの像の投影光学系の球面収差に対するベストフォーカス位置の変化を示す図である。 図１に示す露光装置における投影光学系の球面収差の計測処理及び調整処理を説明するためのフローチャートである。 本発明の第２の実施形態における露光装置の構成を示す図である。 図７に示す露光装置の収差計測系の具体的な構成の一例を示す図である。 図７に示す露光装置における投影光学系の収差（球面収差）の計測を説明するための図である。 図７に示す露光装置における投影光学系の収差の計測処理及び調整処理を説明するためのフローチャートである。

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。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態における露光装置１００Ａの構成を示す図である。露光装置１００Ａは、レチクルと基板とを走査方向に互いに同期移動させて、即ち、ステップ・アンド・スキャン方式でレチクル（マスク）のパターンを基板に転写するリソグラフィー装置である。但し、露光装置１００Ａには、ステップ・アンド・リピート方式やその他の露光方式を適用することも可能である。

露光装置１００Ａは、レチクル１を照明する照明光学系５と、レチクル１を保持して移動するレチクルステージ２と、レチクル１のパターンを基板３に投影する投影光学系６と、基板３を支持して移動する基板ステージ４とを備えている。レチクルステージ２には、レチクル側基準プレート１３が配置され、基板ステージ４には、基板側基準プレート１１や透過型のアライメント検出系１４が配置されている。また、露光装置１００Ａは、調整部６５と、フォーカス計測系１５と、露光装置１００Ａの各部（全体の動作）を制御する制御部１８とを備えている。制御部１８は、ＣＰＵやメモリなどを含み、後述するように、投影光学系６の収差を求める処理部としても機能する。

以下の説明では、投影光学系６の光軸に沿った方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に垂直な平面内でレチクル１及び基板３の移動方向（走査方向）をＹ軸方向、Ｚ軸方向及びＹ軸方向に垂直な方向（非走査方向）をＸ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸回りの方向を、それぞれ、θＸ方向、θＹ方向及びθＺ方向とする。

照明光学系５は、第１波長の光と、第１波長とは異なる第２波長の光とを含む光を射出する光学系である。第１波長の光及び第２波長の光は、例えば、２８０ｎｍから４８０ｎｍの波長の光である。照明光学系５は、本実施形態では、高圧水銀ランプを光源として含み、ｉ線（３６５．５ｎｍ）〜ｇ線（４３５．５ｎｍ）などの紫外光を射出して、レチクル１の上の所定の照明領域を均一な照度分布で照明する。

レチクルステージ２は、制御部１８の制御下において、リニアモータなどで構成されたレチクルステージ駆動系１７によって駆動される。また、レチクルステージ２にはミラー７が配置され、ミラー７に対向する位置にはレーザ干渉計９が配置されている。制御部１８は、レーザ干渉計９の計測結果に基づいてレチクルステージ駆動系１７を制御することで、レチクルステージ２に保持されているレチクル１の位置を制御する。

投影光学系６は、等倍結像光学系、拡大結像光学系、或いは、縮小結像光学系として構成されるが、本実施形態では、等倍結像光学系として構成されている。投影光学系６は、本実施形態では、物体面から像面の光路に沿って、順に、第１折り曲げミラー６１と、凹面ミラー６２と、凸面ミラー６３と、第２折り曲げミラー６４とを含む。第１折り曲げミラー６１の反射面を含む平面と第２折り曲げミラー６４の反射面を含む平面とは、互いに９０度の角度をなすように構成される。また、第１折り曲げミラー６１と第２折り曲げミラー６４とは、本実施形態では、別体で構成されているが、一体的に構成されていてもよい。

調整部６５は、投影光学系６の収差が許容範囲に収まるように投影光学系６を調整する機能を有する。ここで、投影光学系６の収差は、球面収差、非点収差、コマ収差、歪曲収差及び像面湾曲の少なくとも１つを含む。本実施形態において計測の対象とするのは、投影光学系の色収差以外の単色収差、主に、ザイデル収差である。調整部６５は、本実施形態では、凸面ミラー６３の裏面に配置されたピエゾ素子（駆動素子）などを含み、かかるピエゾ素子を用いて凸面ミラー６３の表面を任意の形状に変形させて投影光学系６を調整する。

基板ステージ４は、制御部１８の制御下において、リニアモータなどで構成された基板ステージ駆動系１９によって駆動される。また、基板ステージ４にはミラー８が配置され、ミラー８に対向する位置にはレーザ干渉計１０が配置されている。基板３や基板側基準プレート１１のＺ軸方向の位置（表面位置）は、フォーカス計測系１５によって計測される。

フォーカス計測系１５は、例えば、基板３の表面に光を投射する投射系と、基板３の表面で反射された光を受光する受光系とを含む。フォーカス計測系１５の計測結果は、制御部１８に入力される。制御部１８は、レーザ干渉計１０及びフォーカス計測系１５の計測結果に基づいて基板ステージ駆動系１９を制御することで、基板ステージ４に保持されている基板３の位置を制御する。

ここで、照明光学系５、レチクル側基準プレート１３と、投影光学系６と、基板側基準プレート１１と、アライメント検出系１４との関係について説明する。

レチクル側基準プレート１３の下面には、クロム（Ｃｒ）からなる遮光膜が形成され、かかる遮光膜には、透過型の第１位置合わせマークＭ１が形成されている。第１位置合わせマークＭ１は、投影光学系６の物体面に配置されるマークである。

照明光学系５は、レチクル１を照明する光（露光光）、即ち、ｉ線（３６５．５ｎｍ）〜ｇ線（４３５．５ｎｍ）などの光を用いて、レチクル側基準プレート１３の第１位置合わせマークＭ１を照明する。第１位置合わせマークＭ１を透過した光（回折光）は、投影光学系６を介して、基板側基準プレート１１の上面に集光して第１位置合わせマークＭ１の像を形成する。基板側基準プレート１１の上面には、レチクル側基準プレート１３の下面に形成された第１位置合わせマークＭ１と略同一の第２位置合わせマークＭ２が形成されている。

ここで、第１位置合わせマークＭ１及び第２位置合わせマークＭ２は繰り返しパターンで構成され、それぞれの繰り返しパターンのピッチは等しいものとする。但し、それぞれの繰り返しパターンの幅は、例えば、第１位置合わせマークＭ１に対して第２位置合わせマークＭ２を狭くするなど、異なっていてもよい。

基板側基準プレート１１の上面に結像した第１位置合わせマークＭ１の像が第２位置合わせマークＭ２に重なると、基板側基準プレート１１（第２位置合わせマークＭ２）を通過する光の光量（強度）が最大となる。アライメント検出系１４は、基板側基準プレート１１の第２位置合わせマークＭ２を通過した第１位置合わせマークＭ１の像、詳細には、その光量を、本実施形態では、ｉ線（３６５．５ｎｍ）〜ｇ線（４３５．５ｎｍ）の輝線ごとに検出する。このように、アライメント検出系１４は、照明光学系５から射出された光で第１位置合わせマークＭ１を照明したときに、投影光学系６を介して、照明光学系５からの光の波長ごとに形成される像を検出する検出部である。

図２は、アライメント検出系１４の具体的な構成の一例を示す図である。基板側基準プレート１１を通過した光は、コリメータレンズ１４１で平行光に変換され、ビームスプリッタ１４２に入射する。ビームスプリッタ１４２は、例えば、特定の波長以下の光を反射し、特定の波長以外の波長の光を透過する。ビームスプリッタ１４２は、本実施形態では、４００ｎｍ以下の波長の光を反射し、それ以外の波長の光を透過するものとする。

ビームスプリッタ１４２で反射した光は、バンドパスフィルタ１４３及び集光レンズ１４４を介して、センサ１４５に入射する。バンドパスフィルタ１４３は、ｉ線（３６５．５ｎｍ）近傍の波長の光のみを透過する機能を有し、センサ１４５は、ｉ線（３６５．５ｎｍ）近傍の波長の光の光量（強度）を検出する。

また、ビームスプリッタ１４２を透過した光は、バンドパスフィルタ１４６及び集光レンズ１４７を介して、センサ１４８に入射する。バンドパスフィルタ１４６は、ｇ線（４３５．５ｎｍ）近傍の波長の光のみを透過する機能を有し、センサ１４８は、ｇ線（４３５．５ｎｍ）近傍の波長の光の光量（強度）を検出する。

センサ１４５及び１４８のそれぞれに入射した光は、電気信号に光電変換され、電気信号として出力部１４９に入力される。出力部１４９は、センサ１４５及び１４８のそれぞれで検出された光量に応じた結果を出力する。制御部１８は、アライメント検出系１４の検出結果、及び、レーザ干渉計１０やフォーカス計測系１５の計測結果に基づいて、基板側基準プレート１１の上面に結像した第１位置合わせマークＭ１の像のＸＹＺ方向のベストフォーカス位置を検知することができる。ここで、ベストフォーカス位置とは、第１位置合わせマークＭ１の像の光量（強度）が最大となる結像位置であるが、計測誤差が許容範囲内であれば、最大となる位置の近傍でも構わない。

図３は、基板ステージ４をＺ軸方向（光軸方向）に沿って移動させた場合において、センサ１４５及び１４８で検出される第１位置合わせマークＭ１の像の光量の変化を示す図である。図３では、フォーカス計測系１５で計測される基板側基準プレート１１のＺ軸方向の位置を横軸に採用し、各位置においてセンサ１４５及び１４８で検出される光量を縦軸に採用している。但し、基板ステージ４は、基板側基準プレート１１の上面に結像した第１位置合わせマークＭ１の像と基板側基準プレート１１の上面に形成された第２位置合わせマークＭ２とがＸＹ方向に関して位置合わせされた状態で、Ｚ軸方向に沿って移動させる。制御部１８は、図３に示すようなアライメント検出系１４の検出結果に対して関数フィッティングや重心処理などを施すことで、光量が最大となるＺ軸方向の位置を、投影光学系６のベストフォーカス位置として検出する。

図４を用いて、露光装置１００Ａにおける投影光学系６の収差の計測、具体的には、投影光学系６の球面収差の計測について説明する。本実施形態では、照明光学系５からの光を用いて、投影光学系６の波長ごとのベストフォーカス位置（第１位置合わせマークＭ１の像の結像位置）を特定することで、投影光学系６の球面収差を計測することができる。なお、計測に際しては、投影光学系の色収差をできるかぎり低減しておくことが望ましい。例えば、軸上色収差があると、その影響による結像位置のずれが生じてしまい、計測値の誤差となってしまうからである。また、投影光学系の色収差が予め分かっていれば、色収差による影響分を予め計算しておき、計測値からその影響分を除くことで計測値を補正してもよい。

まず、投影光学系６の球面収差とベストフォーカス位置との関係について説明する。図４において、ｄは、レチクル側基準プレート１３の第１位置合わせマークＭ１のピッチを表し、λは、第１位置合わせマークＭ１を照明する光の波長を表している。第１位置合わせマークＭ１における各波長の光の回折角θは、ｓｉｎθ＝λ／ｄで表され、波長に応じて異なることがわかる。従って、投影光学系６を通過する各波長の光の光路が異なるため、投影光学系６の球面収差ＳＡの影響によるベストフォーカス位置の変化も異なることになる。

ここで、投影光学系６の光軸に対してなす角、即ち、回折角θが小さく、且つ、その光路（経路）が全て光軸の近くを通っているような光の主光線を近軸光線と定義し、かかる近軸光線と光軸との交点を含む像面を近軸像面ＰＩ１とする。この場合、図３に示すように、ｉ線によって形成される第１位置合わせマークＭ１の像の結像位置は、投影光学系６の球面収差ＳＡの影響によって、近軸像面ＰＩ１から第１結像面ＰＩ２に変化する。また、ｇ線によって形成される第１位置合わせマークＭ１の像の結像位置は、投影光学系６の球面収差ＳＡの影響によって、近軸像面ＰＩ１から、第１結像面ＰＩ２とは異なる第２結像面ＰＩ３に変化する。これは、ｇ線の波長はｉ線の波長よりも長いため、ｇ線の回折角θｇがｉ線の回折角θｉよりも大きくなり、投影光学系６の球面収差ＳＡの影響がｉ線とは異なるためである。

次に、第１の実施形態における具体的な数値を例に説明する。図５は、互いに異なる２つの波長の光によって形成される第１位置合わせマークＭＩの像の投影光学系６の球面収差に対するベストフォーカス位置の変化を示す図である。図５では、投影光学系６の球面収差を横軸に採用し、ベストフォーカス位置を縦軸に採用している。本実施形態では、投影光学系６の開口数（ＮＡ）を０．０８３３とし、第１位置合わせマークＭ１のピッチｄを７μｍとする。また、本実施形態では、互いに異なる２つの波長の光を、波長３６５．５ｎｍの光（ｉ線）及び波長４３５．５ｎｍの光（ｇ線）とする。ｓｉｎθは、ｉ線では０．０５２、ｇ線では０．０６２となり、投影光学系６のＮＡに対して、ｉ線は６割強の位置を通過し、ｇ線は８割弱の位置を通過する。

図５において、点線は、ｉ線によって形成される第１位置合わせマークＭ１の像の投影光学系６の球面収差に対するベストフォーカス位置の変化を表している。ｉ線におけるベストフォーカス位置は、投影光学系６の球面収差に対して１次的な変化をする。また、二点鎖線は、ｇ線によって形成される第１位置合わせマークＭ１の像の投影光学系６の球面収差に対するベストフォーカス位置の変化を表している。ｉ線におけるベストフォーカス位置の変化と比較して、ｇ線における球面収差に対するベストフォーカス位置の変化がより敏感であることがわかる。このように、第１位置合わせマークＭ１を照明する光の波長（の変化）に応じて、投影光学系６の球面収差に対するベストフォーカス位置の変化量が異なる。但し、球面収差が全く存在しない理想的な投影光学系であれば、図５にαで示すように、第１位置合わせマークＭ１を照明する光の波長に関わらず、ベストフォーカス位置は同じ位置となる。

一般に、露光装置に用いられる投影光学系は、製造段階において、干渉計などで収差（波面収差）を計測し、その計測結果に基づいて収差を調整している。但し、投影光学系の収差を製造段階で高精度に調整したとしても、露光装置に用いる時には収差が変化していることがある。また、パターンの微細化が進むと、露光の際に発生する熱や外部環境（地震など）の影響による投影光学系の収差の変化（経時変化）も問題となる。例えば、露光装置に投影光学系を組み込んだ際には、図５にαで示されるような球面収差量であったとしても、経時変化によって、図５にβで示されるような球面収差量にまで変化することが考えられる。そこで、露光装置上で投影光学系の収差を簡易、且つ、高精度に計測して調整する技術が求められている。

本実施形態では、経時変化などに起因して投影光学系６の球面収差が変化したとしても、露光装置１００Ａにおいて投影光学系６の球面収差を計測して調整することが可能である。具体的には、本実施形態では、投影光学系６の波面収差に対するベストフォーカス位置の一次的な変化の敏感度が波長に応じて異なることを利用して、投影光学系６の球面収差を計測する。

例えば、投影光学系６の球面収差が、図５にβで示すような球面収差量に変化していたとする。この場合、ｉ線における球面収差に対するベストフォーカス位置の変化（点線）、及び、ｇ線における球面収差に対するベストフォーカス位置の変化（二点鎖線）から、ベストフォーカス位置の差分Ｄｆを求めることができる。そして、図５に示すような各波長での球面収差に対するベストフォーカス位置の変化を予め取得しておくことで、ベストフォーカス位置の差分Ｄｆに対応する球面収差を求めることができる。

図６を参照して、露光装置１００Ａにおける投影光学系６の球面収差の計測処理及び投影光学系６の球面収差の調整処理について説明する。かかる処理は、上述したように、制御部１８が露光装置１００Ａの各部を統括的に制御することで行われる。但し、図５に点線や二点差線で示すようなｉ線及びｇ線のそれぞれの球面収差に対するベストフォーカス位置の変化を表すデータは、投影光学系６の設計値を用いた演算などで予め取得され、制御部１８のメモリなどの記憶部に格納されているものとする。

Ｓ６０２では、照明光学系５から射出される光の波長ごとに形成される第１位置合わせマークＭ１の像をアライメント検出系１４で検出する。具体的には、照明光学系５から射出されたｉ線（第１波長の光）及びｇ線（第２波長の光）を含む光で第１位置合わせマークＭ１を照明する。そして、投影光学系６を介して、ｉ線によって形成される第１位置合わせマークＭ１の像（第１像）と、ｇ線によって形成される第１位置合わせマークＭ１の像（第２像）とをアライメント検出系１４で検出する。この際、投影光学系６の光軸方向（Ｚ軸方向）に沿って基板ステージ４を移動させながら、ｉ線及びｇ線のそれぞれによってＺ軸方向の各位置で形成される第１位置合わせマークＭ１の像を検出する。

Ｓ６０４では、Ｓ６０２での検出結果に基づいて、ｉ線によって形成された第１位置合わせマークＭ１の像におけるベストフォーカス位置と、ｇ線によって形成された第１位置合わせマークＭ１の像におけるベストフォーカス位置とを検出する。ここで、ｉ線によって形成された第１位置合わせマークＭ１の像におけるベストフォーカス位置とは、かかる像の光量が最大となる結像位置（第１像のベストフォーカス位置）である。同様に、ｇ線によって形成された第１位置合わせマークＭ１の像におけるベストフォーカス位置とは、かかる像の光量が最大となる結像位置（第２像のベストフォーカス位置）である。

Ｓ６０６では、Ｓ６０４での検出結果に基づいて、ｉ線によって形成された第１位置合わせマークＭ１の像におけるベストフォーカス位置とｇ線によって形成された第１位置合わせマークＭ１の像におけるベストフォーカス位置との差分を算出する。

Ｓ６０８では、記憶部に記憶されたｉ線及びｇ線のそれぞれの球面収差に対するベストフォーカス位置の変化を表すデータを参照して、Ｓ６０６で算出されたベストフォーカス位置の差分に対応する投影光学系６の球面収差を算出する。

Ｓ６１０では、Ｓ６０８で算出した投影光学系６の球面収差に基づいて、かかる球面収差が許容範囲に収まるように投影光学系６を調整する。本実施形態では、調整部６５によって凸面ミラー６３の表面を変形させることで投影光学系６を調整する。

本実施形態では、照明光学系５の照明条件を変更することなく、互いに異なる２つの波長の光のそれぞれによって形成される第１位置合わせマークＭ１の像をアライメント検出系１４で同時に検出する。そして、その検出結果に基づいて、投影光学系６の球面収差を求めて投影光学系６を調整する。従って、本実施形態は、照明条件の変更を必要とする従来技術と比較して、投影光学系６の球面収差を短時間で計測することができる。また、本実施形態では、互いに異なる２つの波長の光のそれぞれによって形成される第１位置合わせマークＭ１の像を同時に検出しているため、投影光学系６の状態が変化して計測結果に誤差が生じることもなく、球面収差を高精度に計測することができる。

本実施形態では、第１位置合わせマークＭ１を照明する光の波長を３６５．５ｎｍ（ｉ線）及び４３５．５ｎｍ（ｇ線）としたが、これらの波長に限定されるものではない。図５に示すように、投影光学系６の球面収差に対してベストフォーカス位置に差分が生じる波長であれば、どのような波長であってもよい。また、第１位置合わせマークＭ１を照明する光の波長の数は２つに限定されるものではなく、例えば、３つの波長の光（ｉ線、ｇ線及びｈ線）であってもよい。

＜第２の実施形態＞
第１の実施形態では、投影光学系６の球面収差を計測するためには、投影光学系６の光軸方向（Ｚ軸方向）に沿って移動させなければならない。従って、第１の実施形態では、投影光学系６の球面収差を計測する際に、基板３を露光する露光処理を停止させる必要がある。そこで、本実施形態では、露光処理を停止させることなく、投影光学系６の収差をリアルタイムで計測する場合について説明する。

図７は、本発明の第２の実施形態における露光装置１００Ｂの構成を示す図である。露光装置１００Ｂは、露光装置１００Ａと同様な構成を有する。また、露光装置１００Ｂは、第２折り曲げミラー６４の後段に配置されたビームスプリッタ６８と、収差計測系４００と、調整部６６及び６７とを更に有する。また、レチクル側基準プレート１３の下面には、第１位置合わせマークＭ１として、縦方向及び横方向のライン・アンド・スペースパターンが形成されている。

ビームスプリッタ６８は、第２折り曲げミラー６４で反射された光を、基板３に入射する光と、収差計測系４００に入射する光とに分割する。調整部６６及び６７は、調整部６５と同様に、投影光学系６を調整する機能を有する。調整部６６は、本実施形態では、第１折り曲げミラー６１の裏面に配置されたピエゾ素子（駆動素子）などを含み、かかるピエゾ素子を用いて第１折り曲げミラー６１の表面を任意の形状に変形させる。また、調整部６７は、本実施形態では、第２折り曲げミラー６４の裏面に配置されたピエゾ素子（駆動素子）などを含み、かかるピエゾ素子を用いて第２折り曲げミラー６４の表面を任意の形状に変形させる。従って、調整部６５乃至６７は、投影光学系６の球面収差や非点収差を調整することができる。

図８は、収差計測系４００の具体的な構成の一例を示す図である。ビームスプリッタ６８で分割（反射）された光は、コリメータレンズ４０１で平行光に変換され、ビームスプリッタ４０２に入射する。ビームスプリッタ４０２は、本実施形態では、４００ｎｍ以下の波長の光を反射し、それ以外の波長の光を透過する。

ビームスプリッタ４０２で反射した光は、ｉ線（３６５．５ｎｍ）近傍の波長の光のみを透過する機能を有するバンドパスフィルタ４０３に入射する。バンドパスフィルタ４０３を透過した光は、ビームスプリッタ４０４及び４０５によって、３つの光に分割される。ビームスプリッタ４０４で反射した光は、集光レンズ４０６を介して、センサ（第３検出部）４０９に入射する。ビームスプリッタ４０５で反射した光は、集光レンズ４０７を介して、センサ（第１検出部）４１０に入射する。また、ビームスプリッタ４０５を透過した光は、集光レンズ４０８を介して、センサ（第２検出部）４１１に入射する。センサ４１０は、投影光学系６の設計値から求まるベストフォーカス位置（第１位置）に配置されている。また、センサ４１１は、ベストフォーカス位置から−側（第１方向）にデフォーカスした位置に配置され、センサ４０９は、ベストフォーカス位置から＋側（第１方向とは逆の第２方向）にデフォーカスした位置に配置されている。センサ４０９乃至４１１は、ｉ線によって形成される第１位置合わせマークＭ１の像を検出する。

一方、ビームスプリッタ４０２を透過した光は、ｇ線（４３５．５ｎｍ）近傍の波長の光のみを透過する機能を有するバンドパスフィルタ４１２に入射する。バンドパスフィルタ４１２を透過した光は、ビームスプリッタ４１３及び４１４によって、３つの光に分割される。ビームスプリッタ４１３を透過した光は、集光レンズ４１５を介して、センサ（第６検出部）４１５に入射する。ビームスプリッタ４１４で反射した光は、集光レンズ４１６を介して、センサ（第４検出部）４１９に入射する。また、ビームスプリッタ４１４を透過した光は、集光レンズ４１７を介して、センサ（第５検出部）４２０に入射する。センサ４１９は、投影光学系６の設計値から求まるベストフォーカス位置（第２位置）に配置されている。また、センサ４１８は、ベストフォーカス位置から−側（第３方向）にデフォーカスした位置に配置され、センサ４２０は、ベストフォーカス位置から＋側（第３方向とは逆の第４方向）にデフォーカスした位置に配置されている。センサ４１８乃至４２０は、ｇ線によって形成される第１位置合わせマークＭ１の像を検出する。

センサ４０９乃至４１１及び４１８乃至４２０のそれぞれに入射した光（第１位置合わせマークＭ１の像）は、電気信号に光電変換され、電気信号として出力部４２１に入力される。出力部４２１は、センサ４０９乃至４１１及び４１８乃至４２０のそれぞれで検出された光の光量（強度）に応じた結果を出力する。

図９を用いて、露光装置１００Ｂにおける投影光学系６の収差の計測、具体的には、投影光学系６の球面収差の計測について説明する。図９では、センサ４０９乃至４１１及び４１８乃至４２０のそれぞれに対応するフォーカス位置を横軸に採用し、センサ４０９乃至４１１及び４１８乃至４２０のそれぞれで検出される第１位置合わせマークＭ１のコントラストを縦軸に採用している。ここで、コントラストＣは、第１位置合わせマークＭ１の光量の最大値をＭ、最小値をｍとして、Ｃ＝｛（Ｍ−ｍ）／（Ｍ＋ｍ）｝×１００で表される。

図９において、丸印の３点は、センサ４０９乃至４１１のそれぞれの検出結果を示し、三角印の３点は、センサ４１８乃至４２０のそれぞれの検出結果を示している。また、点線は、センサ４０９乃至４１１のそれぞれの検出結果（丸印）を２次多項式で近似した曲線であり、ｉ線におけるフォーカス位置に対するコントラストを表している。二点差線は、センサ４１８乃至４２０のそれぞれの検出結果（三角印）を２次多項式で近似した曲線であり、ｇ線におけるフォーカス位置に対するコントラストを表している。ＢＦ１及びＢＦ２は、ｉ線及びｇ線のそれぞれのコントラストを表す曲線から算出されるｉ線及びｇ線のそれぞれのベストフォーカス位置であり、Ｄｆ’は、ｉ線のベストフォーカス位置とｇ線のベストフォーカス位置との差分を示している。

ここで、第１の実施形態で説明したようなｉ線及びｇ線のそれぞれの球面収差に対するベストフォーカス位置の変化を表すデータ（図５参照）を参照することで、図９に示すベストフォーカス位置の差分Ｄｆ’から投影光学系６の球面収差を求めることができる。また、本実施形態では、上述したように、第１位置合わせマークＭ１として、縦方向及び横方向のライン・アンド・スペースパターンが形成されている。従って、縦方向及び横方向のライン・アンド・スペースパターンのそれぞれの像から、縦方向及び横方向のライン・アンド・スペースパターンのそれぞれにおけるベストフォーカス位置を求めることができる。そして、縦方向のライン・アンド・スペースパターンおけるベストフォーカス位置と横方向のライン・アンド・スペースパターンにおけるベストフォーカス位置との差分から投影光学系６の非点収差を求めることができる。

図１０を参照して、露光装置１００Ｂにおける投影光学系６の収差の計測処理及び投影光学系６の収差の調整処理について説明する。かかる処理は、制御部１８が露光装置１００Ｂの各部を統括的に制御することで行われる。また、図５に点線や二点差線で示すようなｉ線及びｇ線のそれぞれの球面収差に対するベストフォーカス位置の変化を表すデータは、投影光学系６の設計値を用いた演算などで予め取得され、制御部１８のメモリなどの記憶部に格納されているものとする。

Ｓ１００２では、照明光学系５から射出される光の波長ごとに形成される第１位置合わせマークＭ１の像を収差計測系４００で検出する。具体的には、照明光学系５から射出されたｉ線及びｇ線を含む光で第１位置合わせマークＭ１を照明する。そして、投影光学系６を介して、ｉ線によって形成される第１位置合わせマークＭ１の像をセンサ４０９乃至４１１で、ｇ線によって形成される第１位置合わせマークＭ１の像をセンサ４１８乃至４２０で同時に検出する。

Ｓ１００４では、Ｓ１００２での検出結果に基づいて、ｉ線及びｇ線のそれぞれに対する投影光学系６の結像状態を算出する。ここで、投影光学系６の結像状態とは、上述したようなｉ線及びｇ線のそれぞれにおけるフォーカス位置に対するコントラスト、及び、ｉ線及びｇ線のそれぞれにおけるベストフォーカス位置を含む。

Ｓ１００６では、Ｓ１００４で算出した結像状態に基づいて、ｉ線によって形成された第１位置合わせマークＭ１の像におけるベストフォーカス位置とｇ線によって形成された第１位置合わせマークＭ１の像におけるベストフォーカス位置との差分を算出する。

Ｓ１００８では、記憶部に記憶されたｉ線及びｇ線のそれぞれの球面収差に対するベストフォーカス位置の変化を表すデータを参照して、Ｓ１００６で算出されたベストフォーカス位置の差分に対応する投影光学系６の球面収差を算出する。

Ｓ１０１０では、Ｓ１００８で算出した投影光学系６の球面収差が許容範囲以内であるかどうかを判定する。Ｓ１００８で算出した投影光学系６の球面収差が許容範囲以内でなければ、Ｓ１０１２に移行する。また、Ｓ１００８で算出した投影光学系６の球面収差が許容範囲以内であれば、Ｓ１０１４に移行する。

Ｓ１０１２では、Ｓ１００８で算出した投影光学系６の球面収差に基づいて、かかる球面収差が許容範囲に収まるように投影光学系６を調整し、Ｓ１００２に移行する。本実施形態では、調整部６５によって凸面ミラー６３の表面を変形させることで投影光学系６を調整する。

Ｓ１０１４では、Ｓ１００４で算出した結像状態に基づいて、投影光学系６の非点収差を算出する。上述したように、投影光学系６の非点収差は、縦方向のライン・アンド・スペースパターンおけるベストフォーカス位置と横方向のライン・アンド・スペースパターンにおけるベストフォーカス位置との差分から算出することができる。

Ｓ１０１６では、Ｓ１０１４で算出した投影光学系６の非点収差が許容範囲以内であるかどうかを判定する。Ｓ１０１４で算出した投影光学系６の非点収差が許容範囲以内でなければ、Ｓ１０１８に移行する。また、Ｓ１０１４で算出した投影光学系６の非点収差が許容範囲以内であれば、処理を終了する。

Ｓ１０１８では、Ｓ１０１４で算出した投影光学系６の非点収差に基づいて、かかる非点収差が許容範囲に収まるように投影光学系６を調整し、Ｓ１００２に移行する。本実施形態では、調整部６５乃至６７のそれぞれによって、凸面ミラー６３、第１折り曲げミラー６１及び第２折り曲げミラー６４のそれぞれの表面を変形させることで投影光学系６を調整する。

本実施形態では、収差計測系４００を用いることで、露光処理を停止させることなく、投影光学系６の収差をリアルタイムで計測することができる。また、収差計測系４００は、照明光学系５の照明条件を変更することなく、互いに異なる２つの波長の光のそれぞれによって形成される第１位置合わせマークＭ１の像をアライメント検出系１４で同時に検出することができる。従って、本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、投影光学系６の収差を短時間、且つ、高精度に計測して調整することができる。

本実施形態では、投影光学系６の調整として、球面収差、非点収差の順に調整をしているが、非点収差、球面収差の順に調整してもよいし、球面収差と非点収差を同時に調整してもよい。また、収差計測系４００を、投影光学系６の露光領域内の複数の箇所に対応して配置することで、投影光学系６の像面湾曲も計測及び調整することが可能となる。

このように、露光装置１００Ａ及び１００Ｂは、投影光学系６の収差を短時間、且つ、高精度に計測して調整することができる。従って、露光装置１００Ａ及び１００Ｂは、高いスループットで経済性よく高品位なデバイス（半導体デバイス、液晶表示デバイス、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）など）を提供することができる。かかるデバイスは、露光装置１００Ａ又は１００Ｂを用いてフォトレジスト（感光剤）が塗布された基板（ウエハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、露光された基板を現像する工程と、その他の周知の工程と、を経ることによって製造される。

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。

Claims (11)

1. マスクのパターンを基板に投影する投影光学系を備えた露光装置であって、
   第１波長の光と、前記第１波長とは異なる第２波長の光とを含む光を射出する照明光学系と、
   前記照明光学系から射出された光で前記投影光学系の物体面に配置されたマークを照明したときに、前記マークで回折され、前記投影光学系を介して、前記第１波長の光によって形成される前記マークの第１像と、前記第２波長の光によって形成される前記マークの第２像とを検出する検出部と、
   前記検出部で検出された前記第１像のベストフォーカス位置と前記第２像のベストフォーカス位置との差分に基づいて、前記投影光学系の単色収差を求める処理部と、
   を有することを特徴とする露光装置。
2. 前記検出部は、
   前記投影光学系を通過した前記第１波長の光が結像する第１位置に配置された第１検出部と、
   前記第１位置から第１方向にデフォーカスした位置に配置された第２検出部と、
   前記第１位置から前記第１方向とは逆の第２方向にデフォーカスした位置に配置された第３検出部と、
   前記投影光学系を通過した前記第２波長の光が結像する第２位置に配置された第４検出部と、
   前記第２位置から第３方向にデフォーカスした位置に配置された第５検出部と、
   前記第２位置から前記第３方向とは逆の第４方向にデフォーカスした位置に配置された第６検出部と、
   を含み、
   前記第１検出部、前記第２検出部及び前記第３検出部は、前記第１像を検出し、
   前記第４検出部、前記第５検出部及び前記第６検出部は、前記第２像を検出することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記処理部は、前記第１検出部、前記第２検出部及び前記第３検出部で検出された前記第１像から前記第１像のベストフォーカス位置を特定し、前記第４検出部、前記第５検出部及び前記第６検出部で検出された前記第２像から前記第２像のベストフォーカス位置を特定して前記差分を求めることを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
4. 前記処理部で求められた前記投影光学系の単色収差に基づいて、当該単色収差が許容範囲に収まるように前記投影光学系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１乃至３のうちいずれか１項に記載の露光装置。
5. 前記処理部は、前記投影光学系の単色収差に対する前記第１像のベストフォーカス位置の変化及び前記第２像のベストフォーカス位置の変化を表すデータを格納する記憶部を含み、前記記憶部に格納された前記データを参照して前記投影光学系の単色収差を求めることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の露光装置。
6. 前記検出部を保持して移動するステージを更に有し、
   前記投影光学系の光軸方向に沿って前記ステージを移動させながら前記検出部で前記第１像及び前記第２像を検出することを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の露光装置。
7. 前記投影光学系の単色収差は、球面収差、非点収差及び像面湾曲の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項６に記載の露光装置。
8. 前記第１波長の光及び前記第２波長の光は、２８０ｎｍから４８０ｎｍの波長の光を含むことを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の露光装置。
9. 前記第１波長及び前記第２波長に対して色収差が補正された前記投影光学系を介して、前記第１波長の光によって形成される前記マークの第１像と、前記第２波長の光によって形成される前記マークの第２像とを前記検出部が検出することを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の露光装置。
10. マスクのパターンを基板に投影する投影光学系の収差を計測する計測方法であって、
    第１波長の光と、前記第１波長とは異なる第２波長の光とを含む光で前記投影光学系の物体面に配置されたマークを照明し、前記マークで回折され、前記投影光学系を介して、前記第１波長の光によって形成される前記マークの第１像と、前記第２波長の光によって形成される前記マークの第２像とを検出するステップと、
    前記ステップで検出された前記第１像のベストフォーカス位置と前記第２像のベストフォーカス位置との差分に基づいて、前記投影光学系の単色収差を求めるステップと、
    を有することを特徴とする計測方法。
11. 請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
    露光し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の製造方法。

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