JP2015152486A - 光学部材及び露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学部材の厚みにより透過光のケラレが大きくなり、センサで読み取られる透過光の形状が歪んだり、見かけ上位置がずれて計測されるという課題がある。
【解決手段】光学部材は、基板と、前記基板の一面に形成された金属膜とを備え、前記金属膜には、入射する光の波長よりも大きい直径を有し、前記金属膜を貫通するピンホールと、前記ピンホールよりも外側に前記波長よりも小さい間隔で周期的に配列され、前記ピンホールの径方向における大きさが前記波長よりも小さく、表面プラズモンを励起する複数の凹部とが形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、光学部材及び露光装置に関する。

投影光学系を用いてウェハを露光する露光装置において、当該投影光学系の光学性能としての波面収差を計測する装置を設けたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１ 国際公開第２０１２／１２８３２３号

上記装置において、波面収差を計測するにあたり、結像位置にピンホールを有する光学部材を設けて、その透過光をセンサで読み取ることにより波面を計測する。しかしながら、近年、解像度を上げるために投影光学系の開口数が高くなり、当該ピンホールへの光の入射角度が大きくなっている。一方、ピンホール以外の部分で遮光をするには、ある程度以上の厚みを有する。したがって、光学部材の厚みにより透過光のケラレが大きくなり、センサで読み取られる透過光の形状が歪んだり、見かけ上位置がずれて計測されるという課題がある。

本発明の第１の態様においては、基板と、前記基板の一面に形成された金属膜とを備え、前記金属膜には、入射する光の波長よりも大きい直径を有し、前記金属膜を貫通するピンホールと、前記ピンホールよりも外側に前記波長よりも小さい間隔で周期的に配列され、前記ピンホールの径方向における大きさが前記波長よりも小さく、表面プラズモンを励起する複数の凹部とが形成されている光学部材を提供する。

本発明の第２の態様においては、上述の前記光学部材によって絞られた光を利用する露光装置を提供する。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

光学部材１８を備える波面計測計１０の全体構成図である。 光学部材１８の縦断面図である。 光学部材１８の上面図である。 ５ｎｍの厚みの金属膜４２ａにピンホール４４ａのみが形成された光学部材１８ａの縦断面図である。 図４の金属膜４２ａによる結像スポット５０ａの強度分布の図である。 金属膜４２ｂにピンホール４４ｂのみが形成された光学部材１８ｂの縦断面図である。 図６の金属膜４２ｂによる結像スポット５０ｂの強度分布の図である。 金属膜４２にピンホール４４及び凹部４６が形成された光学部材１８の縦断面図である。 図８の金属膜４２による結像スポット５０ｂ、５０ｃの強度分布の図である。 金属膜１４２の形状を変更した光学部材１１８の縦断面図である。 図１０の光学部材１１８による結像スポット５０ｂ、５０ｃの強度分布の図である。 金属膜２４２の形状を変更した光学部材２１８の縦断面図である。 光学部材２１８による光の経路を説明する縦断面図である。 図１２の光学部材２１８による結像スポット５０ｂ、５０ｃ、５０ｄの強度分布の図である。 金属膜３４２の形状を変更した光学部材３１８の縦断面図である。 光学部材１８における凹部４６の間隔ＤＳと、重心シフト量との関係を調べたシミュレーションの結果である。 光学部材１１８における底部１４７の厚みと、重心シフト量との関係を調べたシミュレーションの結果である。 光学部材３１８における底部１４７の厚みと、重心シフト量との関係を調べたシミュレーションの結果である。 各光学部材と重心シフト量との関係を調べてシミュレーションの結果である。 凹部４６の間隔ＤＳが１０５ｎｍの場合の表面プラズモンＰＬの励起を説明するグラフである。 凹部４６の間隔ＤＳが５２ｎｍの場合の表面プラズモンＰＬの励起を説明するグラフである。 実施形態に係る露光装置５００の概略的な構成を示す図である。 露光装置５００に設けられる光学特性計測装置５９０の構成を示す図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、波面計測計１０の全体構成図である。波面計測計１０は、投影光学系１６の波面収差を計測する。波面計測計１０は、後述する光学部材１８によって絞られた光ＬＴを利用する。波面計測計１０の一例は、シャックハルトマン型波面計測計である。

図１に示すように、波面計測計１０は、光源１２と、計測用レチクル１４と、光学部材１８と、コリメータ光学系２０と、マイクロレンズアレイ２２と、撮像部２４と、制御部２６とを備える。計測用レチクル１４と光学部材１８との間に、計測対象である投影光学系１６が配される。波面計測計１０の説明において、上流及び下流とは、光源１２から出射された光の経路における上流及び下流のことである。

光源１２は、波面計測計１０において、最も上流側に配置されている。光源１２は、狭帯化及び波長選択の少なくとも一方により直線偏光を出射するレーザ光を、計測用の光ＬＴとして出力するレーザ出力装置である。光源１２の一例は、１９３ｎｍのレーザ光を出力するＡｒＦ（アルゴンフッ素）エキシマレーザ装置である。尚、光源１２は、絞り、及び、レンズ等の光学系を有してもよい。

計測用レチクル１４は、光源１２の下流側に配置されている。計測用レチクル１４は、投影光学系１６の光軸ＡＸを法線とする略平面状に形成されている。計測用レチクル１４は、光源１２からの光ＬＴを遮光する板状の部材を含む。計測用レチクル１４には、光ＬＴの一部を通過させる通過孔３０が形成されている。通過孔３０の形状の一例は、円形状である。

投影光学系１６は、計測用レチクル１４の下流側に配置されている。投影光学系１６は、一例として、光ＬＴの進行方向と平行な共通の光軸ＡＸを有する複数のレンズを有する両側テレセントリックの縮小系である。投影光学系１６は、計測用レチクル１４を透過した光ＬＴを集光して出射する。投影光学系１６および光源１２は、例えば、ウェハを露光する露光装置の一部である。

光学部材１８は、投影光学系１６の下流側に配置されている。光学部材１８は、投影光学系１６の結像位置に配置されている。例えば、レチクルによってウェハを露光する場合、計測用レチクル１４の位置に露光用のレチクルが配置され、ウェハが光学部材１８の位置に配置される。光学部材１８は、光軸ＡＸを法線とする略平面状に形成されている。光学部材１８は、基板４０と、ピンホール４４及び複数の凹部４６が形成された金属膜４２と、カバー部材４５とを有する。これにより、光学部材１８は、投影光学系１６によって集光された光ＬＴの一部を、ピンホール４４によって通過させる。尚、光学部材１８に入射する光の一部は、光軸ＡＸに対して、傾斜している。例えば、光学部材１８に入射する光の光軸ＡＸに対する最大傾斜角度は、７０°である。光学部材１８の詳細は、後述する。

コリメータ光学系２０は、光学部材１８の下流側に配置されている。コリメータ光学系２０は、光ＬＴの進行方向と平行な共通の光軸ＡＸを有する複数のレンズを有する。尚、図には、まとめて１枚のレンズで図示している。コリメータ光学系２０は、投影光学系１６によって集光され、光学部材１８を通過した光ＬＴを平行光にして、出射する。

マイクロレンズアレイ２２は、コリメータ光学系２０の下流側に配置されている。マイクロレンズアレイ２２は、複数のマイクロレンズ３２を有する。複数のマイクロレンズ３２は、光軸ＡＸに直交する同一平面上に配列されている。複数のマイクロレンズ３２は、平面視において、互いに直交する行方向及び列方向に配列されている。即ち、複数のマイクロレンズ３２は、マトリックス状に配置されている。各マイクロレンズ３２は、コリメータ光学系２０から出射された平行光を、それぞれ異なる位置へと集光する。これにより、各マイクロレンズ３２は、撮像部２４上の複数の位置に光ＬＴを結像させる。

撮像部２４は、マイクロレンズアレイ２２の下流側に配置されている。撮像部２４は、受光した光を電気信号に変換する複数の受光領域３４を有する。複数の受光領域３４は、面内でマトリックス状に配置されている。撮像部２４の一例は、ＣＣＤ（charge-coupled device）イメージセンサ、または、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサである。撮像部２４は、各マイクロレンズ３２によって集光された光ＬＴを受光する。撮像部２４は、受光した光ＬＴに対応する電気信号を制御部２６へと出力する。これにより、撮像部２４は、面内の各受光領域３４で受光した各光ＬＴの強度に対応する電気信号を出力する２次元光学センサとして機能する。

制御部２６は、ＣＰＵ（central processing unit）等の演算処理装置を有するコンピュータである。制御部２６は、波面計測計１０の制御全般を司る。制御部２６は、信号を入出力可能に光源１２及び撮像部２４と電気的に接続されている。制御部２６は、光源１２を制御して、光ＬＴを出射させる。制御部２６は、撮像部２４から取得した電気信号に基づいて、波面収差を検出する。

次に、波面計測計１０の動作について説明する。

波面計測計１０では、まず、制御部２６が光源１２に光ＬＴの出射指示を出力する。光源１２は、出射指示を受けると、光ＬＴを計測用レチクル１４へ出射する。計測用レチクル１４は、光源１２から出射された光ＬＴを絞って、投影光学系１６へ出射する。

投影光学系１６は、光ＬＴを集光して、光学部材１８へと出射する。光学部材１８は、集光された光ＬＴを絞って、コリメータ光学系２０へ出射する。コリメータ光学系２０は、集光されている光ＬＴを平行光にして、マイクロレンズアレイ２２へ出射する。マイクロレンズアレイ２２の各マイクロレンズ３２は、光ＬＴを異なる複数の領域へと集光して、撮像部２４へと出射する。撮像部２４は、各マイクロレンズ３２によって複数の領域へと集光された光ＬＴを受光する。撮像部２４の各受光領域は、受光した光ＬＴを電気信号に変換して、制御部２６へと出力する。

ここで、点線で示すように収差のない波面ＷＳ１の場合、撮像部２４の各受光領域３４は、予め定められた基準位置が重心となる光ＬＴを受光して、電気信号を出力する。これにより、制御部２６は、収差のない波面ＷＳ１と判断できる。一方、実線で示す収差がある波面ＷＳ２の場合、撮像部２４の各受光領域３４は、予め定められた基準位置と異なる位置で光ＬＴを受光して、電気信号を出力する。これにより、制御部２６は、収差がある波面ＷＳ２の場合、収差のない波面ＷＳ１の場合と異なる重心位置または拡がりを有する光ＬＴの電気信号を取得することになるので、波面ＷＳ２の収差を計測することができる。

図２は、光学部材１８の縦断面図である。図３は、光学部材１８の上面図である。尚、図３は、平面図であるが、説明上、金属膜４２に図２の金属膜４２と同じハッチングを付与している。

基板４０は、例えば、石英ガラスの板状部材からなる。尚、基板４０は、入射する光ＬＴを透過して、金属膜４２を支持できる部材であればよい。基板４０の上下面は、光軸ＡＸを法線とする略平面に形成されている。

金属膜４２は、基板４０の一方の面、例えば、上面に形成されている。金属膜４２は、光ＬＴの透過を防ぐことができる厚みであることが好ましい。金属膜４２の厚みの一例は、１００ｎｍである。金属膜４２は、光ＬＴによる練成振動によって表面プラズモンを生じさせる材料によって構成される。ここで、表面プラズモンの波数Ｋｓｐは、次の式で表すことができる。

更に、表面プラズモンを励起するためには、入射する光ＬＴの波数とエネルギーが、表面プラズモンの波数とエネルギーと一致する必要がある。従って、金属膜４２の材料は、基板４０及びカバー部材４５の材料、及び、入射する光ＬＴによって、適宜選択される。金属膜４２の材料の一例は、アルミニウム、金、及び、銀から選択されたいずれか１つである。例えば、光ＬＴの波長が１５０ｎｍから４００ｎｍの場合、金属膜４２の材料はアルミニウムが適用される。光ＬＴの波長が６００ｎｍから８００ｎｍの場合、金属膜４２の材料は金が適用される。光ＬＴの波長が４００ｎｍから６００ｎｍの場合、金属膜４２の材料は銀が適用される。金属膜４２には、ピンホール４４と、複数の凹部４６とが形成されている。

ピンホール４４は、金属膜４２を貫通する。ピンホール４４は、平面視において、円形状の孔である。ピンホール４４の直径は、入射する光ＬＴの波長の１０倍から１００倍である。ピンホール４４は、入射する光ＬＴの波長よりも大きい直径を有する。ピンホール４４の直径の一例は、８μｍである。従って、光学部材１８が投影光学系１６の結像位置に配置されていることを考慮すると、ピンホール４４の開口数は、周囲が空気の場合、０．９４となり、周囲が水の場合、１．３５となる。ピンホール４４の中心は、光軸ＡＸと同じ位置に形成されている。金属膜４２の厚みが、１００ｎｍとした場合、光ＬＴが光軸ＡＸに対して７０°の角度で入射すると、ピンホール４４から内側に３００ｎｍの範囲では光ＬＴが通過できないので、ケラレが生じる。

複数の凹部４６は、金属膜４２を上下方向に貫通した溝状に形成されている。各凹部４６の径方向の大きさ、即ち、幅は、光ＬＴの波長よりも小さい。複数の凹部４６は、ピンホール４４の外側に形成されている。複数の凹部４６は、ピンホール４４の外周から１μｍの範囲に形成されている。複数の凹部４６は、平面視において、円周状に形成されている。複数の凹部４６の中心は、ピンホール４４の中心と同じ位置である。複数の凹部４６は、光の波長よりも小さい間隔ＤＳで周期的に配列されている。例えば、複数の凹部４６は、５周期程度形成することが好ましい。複数の凹部４６間の間隔ＤＳは、金属膜４２の法線方向である光軸ＡＸに対する光の最大入射角度で励起される表面プラズモンの波長と同じであることが好ましい。例えば、隣接する凹部４６の間隔ＤＳは、入射する光ＬＴの波長が１９３ｎｍの場合、５５ｎｍである。ここで、通常、入射する光ＬＴの分散関係は、ライトラインの上、表面プラズモンの分散関係はライトラインの下になるため両者は交わらず、表面プラズモンを励起できない。しかし、複数の凹部４６を上述の間隔ＤＳで周期的に形成することによって、凹部４６は、入射する光ＬＴと表面プラズモンの波数を変換して、光ＬＴ及び表面プラズモンの波数及びエネルギーを一致させることができる。これにより、凹部４６は、表面プラズモンを励起させる。

ここで、光ＬＴの入射角度のうち、特定の入射角度（例えば、最大入射角度の７０°）に対して表面プラズモンが発生するように凹部４６の周期構造を設定すると、励起された表面プラズモンは、凹部４６を通過して金属膜４２の下面に到達する。金属膜４２は、下面に達した表面プラズモンを伝搬光に変換して、出射する。これにより、光ＬＴは、ピンホール４４以外の領域を実質的に透過することができる。一方、上述した特定の入射角度から大きく異なる角度で入射する光ＬＴは、表面プラズモンを励起させないので、ピンホール４４以外の領域で金属膜４２を透過しない。

カバー部材４５は、金属膜４２及び金属膜４２から露出した基板４０の上面を覆うように形成されている。これにより、カバー部材４５は、金属膜４２のピンホール４４及び複数の凹部４６を覆う。カバー部材４５は、基板４０と屈折率が近い材料によって構成することが好ましい。カバー部材４５は、基板４０と同じ屈折率で構成することがより好ましい。従って、カバー部材４５は、基板４０と同じ材料で構成することが好ましい。

光学部材１８は、複数の凹部４６によって表面プラズモンを発生させることにより、各マイクロレンズ３２によって撮像部２４上に形成された結像スポットの強度分布の重心のずれを抑制できる。

次に、光学部材１８のピンホール４４を通過した光による結像スポットの強度分布の重心のずれについて説明する。尚、重心のずれの説明においては、基板４０及びカバー部材４５を省略して、金属膜４２のみを図示して説明する。

図４は、５ｎｍの厚みの金属膜４２ａにピンホール４４ａのみが形成された光学部材１８ａの縦断面図である。換言すれば、金属膜４２ａは、ほとんど厚みを持たない。従って、図４に示す形態は、金属膜４２ａによるケラレが生じない理想的な光学部材１８ａである。図５は、図４の金属膜４２ａによる結像スポット５０ａの強度分布の図である。

図４に示すように、光ＬＴが、光軸ＡＸから７０°傾斜した角度θで、金属膜４２ａのピンホール４４ａに入射しても、金属膜４２ａがほとんど厚みを有さないので、ケラレが生じない。従って、図５に示すように、光ＬＴの結像スポット５０ａの重心は、収差がないとした場合の理想的な位置Ｐａとなり、ずれがほとんど生じない。但し、金属膜４２ａの厚みが５ｎｍの場合、金属膜４２ａを透過する光が生じて、Ｓ／Ｎ比が悪化するので好ましくない。

図６は、金属膜４２ｂにピンホール４４ｂのみが形成された光学部材１８ｂの縦断面図である。図７は、図６の金属膜４２ｂによる結像スポット５０ｂの強度分布の図である。尚、強度分布は模式的に図示している。金属膜４２ｂの厚みは、金属膜４２の厚みと同じである。

図６に示すように、光ＬＴが、光軸ＡＸから７０°傾斜した角度θで、金属膜４２ｂのピンホール４４ｂに入射すると、三角形の点線で示すケラレ５２が生じる。従って、図７に点線で示す領域５４ｂに達するべき光ＬＴが遮られるので、実線で示す結像スポット５０ｂの形状が図５に比べて歪み、結像スポット５０ｂの位置がずれる。これにより、収差がない場合であっても、結像スポット５０の重心の位置Ｐｂが、理想的な位置Ｐａからずれる。

図８は、金属膜４２にピンホール４４及び凹部４６が形成された光学部材１８の縦断面図である。即ち、図８は、本実施形態による金属膜４２の縦断面図である。図９は、図８の金属膜４２による結像スポット５０ｂ、５０ｃの強度分布の図である。

図８に示すように、光ＬＴが、光軸ＡＸから７０°傾斜した角度θで、金属膜４２のピンホール４４に入射すると、三角形の点線で示すケラレ５２が生じる。しかしながら、金属膜４２の凹部４６の側壁は、入射した光ＬＴによって表面プラズモンを生じさせる。この表面プラズモンが、凹部４６を通過して、金属膜４２の下面から出射される。ここで、表面プラズモンにより出射される光ＬＴは、入射した光の方向を維持して、金属膜４２の下面から出射される。

従って、図９に点線で示す結像スポット５０は、表面プラズモンによる光ＬＴによる結像スポット５０ｃが、結像スポット５０ｂ及びケラレ５２により光ＬＴが遮られている領域５４ｂを含む領域の両側に形成される。これにより、図７の結像スポット５０ｂに比べて、金属膜４２による結像スポット５０ｂ、５０ｃは広がり、結像スポット５０ｂ、５０ｃの重心の位置Ｐｃが、図７に示す重心の位置Ｐｂよりも図５に示す理想的な重心の位置Ｐａに近づく。この結果、金属膜４２による結像スポットの重心のずれは、金属膜４２ｂによる結像スポットの重心のずれよりも小さくなる。

図１０は、金属膜１４２の形状を変更した光学部材１１８の縦断面図である。光学部材１１８の金属膜１４２には、ピンホール４４と、複数の凹部１４６とが形成されている。複数の凹部１４６は、ピンホール４４の外周から１μｍの範囲に形成されている。金属膜１４２は、凹部１４６の底に対応する領域に底部１４７を有する。これにより、凹部１４６は、金属膜１４２を貫通しない。底部１４７は、光ＬＴの波長の１／１０以下の厚みを有する。底部１４７の厚みの一例は、５ｎｍである。

図１１は、図１０の光学部材１１８による結像スポット５０ｂ、５０ｃの強度分布の図である。図１０に示す光学部材１１８の金属膜１４２は、底部１４７を有するので、凹部１４６で生じた表面プラズモンが底部１４７により共鳴する。これにより、表面プラズモンの強度が強くなり、表面プラズモンによって金属膜１４２の下面から出射する光ＬＴによる領域の結像スポット５０ｃの強度が強くなる。従って、図１１に示すように、金属膜１４２による結像スポット５０ｂ、５０ｃの重心は、図８に示す光学部材１８による結像スポット５０ｂ、５０ｃの重心の位置Ｐｃよりも、理想の位置Ｐａに近づく。

図１２は、金属膜２４２の形状を変更した光学部材２１８の縦断面図である。図１２に示すように、光学部材２１８の金属膜２４２には、ピンホール２４４の外周の全周にわたって薄膜部２４８が形成されている。薄膜部２４８は、薄膜部２４８以外の領域の金属膜２４２よりも薄い。例えば、薄膜部２４８以外の金属膜２４２の厚みが１００ｎｍの場合、薄膜部２４８の厚みは６０ｎｍである。薄膜部２４８の径方向の幅の一例は、１６０ｎｍである。薄膜部２４８以外の金属膜２４２の内周の上端部と、薄膜部２４８の内周の上端部とを結ぶ直線と、金属膜２４２の法線方向との間の角度は、光ＬＴの最大入射角度以下であることが好ましい。これにより、金属膜２４２はケラレの増加を抑制できる。ピンホール２４４の直径ＰＤの一例は、８μｍである。尚、本実施形態におけるピンホール２４４は、薄膜部２４８の内周側の領域である。

図１３は、光学部材２１８による光の経路を説明する縦断面図である。図１４は、図１２の光学部材２１８による結像スポット５０ｂ、５０ｃ、５０ｄの強度分布の図である。図１３に示すように、凹部４６に入射した光ＬＴは、表面プラズモンを生じさせた後、下面から出射する。ここで、図１３に光ＬＴａとして示すように、ピンホール２４４に最も近い凹部４６に入射した光ＬＴａによって生じた表面プラズモンは、薄膜部２４８によって、ピンホール２４４側へと伝搬する。これにより、光ＬＴａは、よりピンホール２４４側から出射されて、薄膜部２４８の下面が擬似光源として機能する。従って、図１４に示すように、ケラレによって光が到達しなかった領域５４ｂにも光が到達して結像スポット５０ｄの一部を形成する。これにより、結像スポット５０ｂ、５０ｃ、５０ｄの重心の位置Ｐｅが、位置Ｐｄよりもより理想の位置Ｐａに近づく。

図１５は、金属膜３４２の形状を変更した光学部材３１８の縦断面図である。金属膜３４２は、底部１４７と、薄膜部２４８とを有する。換言すれば、金属膜３４２は、金属膜１４２及び金属膜２４２を組み合わせた構成を有する。これにより、金属膜３４２は、結像スポットの重心の位置をより理想の位置Ｐａに近づけることができる。

次に、上述した各実施形態の効果を実証するためのシミュレーションについて説明する。

図１６は、光学部材１８における凹部４６の間隔ＤＳと、重心シフト量との関係を調べたシミュレーションの結果である。金属膜４２の材料は、アルミニウム及びタンタルとした。

シミュレーションの条件（１）は以下の通りである。
金属膜の厚み：１００ｎｍ
ピンホールの直径：８μｍ
入射する光の波長：１９３ｎｍ
光の入射角度：７０°
図１６の縦軸の重心シフト量は、理想的な位置Ｐａから結像スポットの重心がシフトした量である。尚、凹部が形成されていない光学部材１８ｂの場合、重心シフト量は２２０ｎｍであった。

図１６に示すように、金属膜４２の材料をアルミニウムとした光学部材１８の場合、凹部４６の間隔ＤＳが５０ｎｍにおいて、最も重心シフト量が小さくなる。具体的には、間隔ＤＳが５０ｎｍの場合、重心シフト量は、９０ｎｍとなった。換言すれば、光学部材１８は、凹部４６の間隔ＤＳを５０ｎｍにすることによって、光学部材１８ｂの場合に比べて、重心の位置Ｐｃが理想の位置Ｐａに１３０ｎｍ近づいた。また、凹部４６の間隔ＤＳが６０ｎｍ以下の場合、重心シフト量が大きく改善されることがわかる。尚、金属膜４２の材料をタンタルとした場合、重心シフト量が２００ｎｍ前後となり、アルミニウムに比べてあまり改善されなかった。これにより、金属膜４２の材料が重要なことがわかる。

図１７は、光学部材１１８における底部１４７の厚みと、重心シフト量との関係を調べたシミュレーションの結果である。凹部１４６の間隔ＤＳは５０ｎｍとした。凹部１４６は、ピンホール４４の外周から径方向に１μｍの範囲に形成した。それ以外のシミュレーションの条件は、上述した条件（１）と同様である。

図１７に示すように、金属膜１４２の材料をアルミニウムとした光学部材１１８の場合、底部１４７の厚みが５ｎｍにおいて、最も重心シフト量が小さくなる。具体的には、底部１４７の厚みが５ｎｍの場合、重心シフト量は９０ｎｍとなった。換言すれば、光学部材１１８は、底部１４７の厚みを５ｎｍにすることによって、光学部材１８ｂに比べて、重心の位置Ｐｄが理想の位置Ｐａに１３０ｎｍ近づいた。また、光学部材１１８は、底部１４７の厚みが１０ｎｍ以下の場合、重心シフト量が大きく改善されることがわかる。尚、光学部材１１８の場合でも、タンタルによる重心シフト量の改善は小さかった。

図１８は、光学部材３１８における底部１４７の厚みと、重心シフト量との関係を調べたシミュレーションの結果である。薄膜部２４８の径方向の幅は１６０ｎｍである。薄膜部２４８の厚みは６０ｎｍである。凹部１４６の間隔ＤＳは５０ｎｍとした。凹部１４６は、ピンホール２４４の外周から径方向に１μｍの範囲に形成した。それ以外のシミュレーションの条件は、上述した条件（１）と同様である。

図１８に示すように、金属膜３４２の材料をアルミニウムとした光学部材３１８の場合、底部１４７の厚みが５ｎｍにおいて、最も重心シフト量が小さくなる。具体的には、底部１４７の厚みが５ｎｍの場合、重心シフト量は９ｎｍとなった。換言すれば、光学部材３１８は、底部１４７の厚みを５ｎｍにすることによって、光学部材１８ｂに比べて、重心の位置が理想の位置Ｐａに２１１ｎｍ近づいた。即ち、光学部材３１８は、光学部材１８ｂに比べて、重心シフト量を１／２０改善できた。光学部材３１８は、底部１４７の厚みが少なくとも４０ｎｍ以下の場合、重心シフト量が大きく改善されることがわかる。尚、光学部材３１８の場合、タンタルによる重心シフト量は、光学部材１８、１１８の場合に比べて改善されることがわかる。

図１９は、各光学部材と重心シフト量との関係を調べてシミュレーションの結果である。試料名の試料ＳＡからＳＨの左横の図は、各試料の金属膜の形状を示す。試料ＳＡは、ケラレのない形状であって、光学部材１８ａに対応する。試料ＳＥ、ＳＦ、ＳＧ、ＳＨは、それぞれ光学部材１８、１１８、２１８、３１８に対応する。試料ＳＢ、ＳＣ、ＳＤは、比較用の試料である。試料ＳＢは、光学部材１８ｂに対応する。試料ＳＣは、試料ＳＧ、即ち、光学部材２１８から凹部４６、１４６を削除した形状である。試料ＳＤは、試料ＳＧの薄膜部２４８を斜面にした形状である。尚、斜面の傾斜は、光軸ＡＸに対して７０°である。各試料の金属膜４２、１４２、２４２、３４２の材料がアルミニウム及びタンタルの場合についてそれぞれ調べた。

比較用の試料ＳＢからＳＤにおいては、金属膜４２、１４２、２４２、３４２の材料がアルミニウムであってもタンタルであってもほとんど重心シフト量に変化はない。一方、各実施形態による試料ＳＥからＳＨにおいては、金属膜４２、１４２、２４２、３４２の材料が、タンタルの場合に比べて、アルミニウムの場合の方が、重心シフト量が極めて小さくなることがわかる。

また、試料ＳＥ、ＳＦ、ＳＧの結果からわかるように、凹部４６、底部１４７、薄膜部２４８の順で重心シフト量が小さくなることがわかる。更に、試料ＳＨの結果からわかるように、凹部１４６、底部１４７及び薄膜部２４８を全て備えることによって、相乗効果により重心シフト量が極めて小さくなることがわかる。

次に、凹部４６の間隔ＤＳと、凹部４６による表面プラズモンの励起条件との関係について説明する。

図２０は、凹部４６の間隔ＤＳが１０５ｎｍの場合の表面プラズモンＰＬの励起を説明するグラフである。図２１は、凹部４６の間隔ＤＳが５２ｎｍの場合の表面プラズモンＰＬの励起を説明するグラフである。図２０、図２１において、太点線が表面プラズモンＰＬを示す。「１５°」及び「７０°」の実線はそれぞれ入射角度が１５°及び７０°の光を示す。「１９３ｎｍ」の実線は波長が１９３ｎｍの光を示す。「ＬＬ」はライトラインを示す。

図２０に示すように、凹部４６を周期的に形成して、間隔ＤＳが１０５ｎｍの場合、円ＣＡ内で表面プラズモンＰＬと７０°の入射角度の光が交差する。即ち、円ＣＡ内で、表面プラズモンＰＬと当該光の波数が一致するので、当該光により表面プラズモンが励起される。しかしながら、入射角度７０°の光は折り返しＲＥ１により、入射角度１５°の光と一致する。これにより、間隔ＤＳが１０５ｎｍの場合、−１次の回析光が生じる。この結果、光学部材１８の下面から入射した方向とは異なる方向に回折光が出射されてしまう。

一方、図２１に示すように、凹部４６を周期的に形成して、間隔ＤＳが５２ｎｍの場合、折り返しＲＥ２は波数０．０６［ｎｍ^−１］と略一致する。ここで、回析光なしで表面プラズモンを励起させる条件は、次の式（２）となる。
ＤＳ＜２π／Ｋｓｐ
但し、Ｋｓｐは表面プラズモンの波数とする。従って、例えば、金属膜４２がアルミニウム、基板４０及びカバー部材４５がＳｉＯ_２の場合、凹部４６の間隔ＤＳは８３ｎｍ以下であることが好ましい。

次に、波面収差等の光学特性を計測する波面収差計測機能が適用される露光装置５００について説明する。図２２は、実施形態に係る露光装置５００の概略的な構成を示す図である。図２３は、露光装置５００に設けられる光学特性計測装置５９０の構成を示す図である。

図２２の露光装置５００はステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（スキャニング・ステッパまたはスキャナとも呼ばれる）である。露光装置５００は、光源５０１及び照明光学系５１２を含む照明系、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＬ、ウェハＷが載置されるウェハステージＷＳＴ及び装置全体を統括制御する主制御装置５２０等を備えている。

光源５０１としては、ここではＡｒＦエキシマレーザ光源が用いられる。照明光学系５１２は、偏光制御ユニット５０２、偏光変換ユニット５０３、オプティカルインテグレータ（ホモジナイザ）５０５、明系開口絞り５０６、コンデンサレンズ５１０等を備えている。オプティカルインテグレータ５０５としては、フライアイレンズやロッドインテグレータ、回折光学素子などを用いることができる。

このように構成された照明光学系５１２において、光源５０１からパルス発光されたレーザビームＬＢは、偏光制御ユニット５０２及び偏光変換ユニット５０３により偏光方向が所望の方向に規定され、オプティカルインテグレータ５０５に入射する。そしてオプティカルインテグレータ５０５の射出側焦点面に２次光源が形成される。２次光源から射出された照明光ＩＬは、リレーレンズ５０８、レチクルブラインド５０９、ミラー５０７、及び、コンデンサレンズ５１０を経て、レチクルＲ上の矩形の照明領域を均一に照明する。

投影光学系ＰＬは、光軸ＡＸの方向がＺ軸方向とされている。投影光学系ＰＬは、例えば両側テレセントリックな縮小系であり、共通のＺ軸方向の光軸ＡＸを有する不図示の複数のレンズエレメントを含む。照明光ＩＬによりレチクルＲ上の照明領域が照明されると、レチクルＲに形成されたパターンが投影光学系ＰＬによって投影倍率βで縮小された像が、ウェハＷ上のスリット状の露光領域に投影される。

なお、本実施形態では、上記の複数のレンズエレメントのうち、特定のレンズエレメントがそれぞれ独立に移動可能となっている。かかる特定のレンズエレメントの移動は、特定のレンズエレメント毎に設けられた複数のピエゾ素子等の駆動素子によって行われる。すなわち、これらの駆動素子を個別に駆動することにより、特定のレンズエレメントを、それぞれ独立に、各駆動素子の変位量に応じて光軸ＡＸに沿って平行移動させることもできるし、光軸ＡＸと垂直な平面に対して所望の傾斜を与えることもできる。本実施形態では各駆動素子を駆動するための駆動信号は、主制御装置５２０からの指令に基づいて結像特性補正コントローラ５５１によって出力され、投影光学系ＰＬのディストーション、像面湾曲、非点収差、コマ収差、あるいは球面収差等の諸収差が調整可能となっている。

ウェハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬの下方で不図示のベース上に配置され、その上面にウェハホルダ５２５が載置されている。ウェハＷはウェハホルダ５２５上に固定される。ウェハステージＷＳＴの位置情報（または速度情報）はウェハレーザ干渉計５１８によって計測されて主制御装置５２０に送られ、主制御装置５２０はその位置情報（または速度情報）に基づきウェハステージ駆動系５２４を介してウェハステージＷＳＴを駆動する。ウェハステージＷＳＴの＋Ｙ側には後述する光学特性計測装置５９０が設けられている。

投影光学系ＰＬの側面にはアライメント検出系ＡＳが配置されている。アライメント検出系ＡＳの詳細な構成は、例えば特開平９−２１９３５４号公報およびこれに対応する米国特許第５８５９７０７号などに開示されている。

次に、図２２に示すウェハステージＷＳＴに設けられる光学特性計測装置５９０について説明する。図２３に示されるように、光学特性計測装置５９０は、光学部材５９１と、コリメータ光学系５９２と、光学系ユニット５９３と、受光器５９５とを備えている。光学特性計測装置５９０は、測定対象である投影光学系ＰＬの波面収差を計測する。

光学部材５９１として、図２から図１５の光学部材１８、１１８、２１８、３１８が用いられる。光学部材５９１には、さらに、中央の開口５９４との位置関係が設計上既知の３組以上の２次元位置検出用マーク５９６が形成されている。

コリメータ光学系５９２は光学部材５９１の下方に配置され、光学部材５９１から出射した光は、コリメータ光学系５９２により鉛直下向きの平行光に変換される。

光学系ユニット５９３には、開口部５９７と、マイクロレンズアレイ５９８と、偏光検出系５９９とが回転軸を中心に所定の角度間隔で配置されている。この回転軸の回転により、開口部５９７と、マイクロレンズアレイ５９８と、偏光検出系５９９のいずれかを、コリメータ光学系５９２を介した光の光路上に配置することができる。

開口部５９７は、コリメータ光学系から射出された平行光をそのまま通過させる。開口部５９７を光路上に配置することにより、受光器５９５では瞳像を計測することができる。ここで瞳像とは、計測用レチクルＲに設けられたピンホールパターンを介して投影光学系ＰＬに入射する光によって投影光学系ＰＬの瞳面に形成される光源像を指す。開口部５９７には平行光をそのまま透過させる透過部材を配置しても良い。

マイクロレンズアレイ５９８は、複数のマイクロレンズが光路に対して直交する面内にアレイ状に配置されて構成されている。マイクロレンズアレイ５９８は、例えば一辺の長さが等しい正方形状の多数のマイクロレンズがマトリクス状に密に配列されたものである。マイクロレンズアレイ５９８では、マイクロレンズ毎に、光学部材５９１の開口５９４に形成された、計測用レチクルＲのピンホールパターンの像の結像光束を射出する。

受光器５９５は、２次元ＣＣＤ等からなる受光素子５８６と、例えば電荷転送制御回路等の電気回路５８８等から構成されている。受光素子５８６は、開口５９４に形成される、計測用レチクルＲのピンホールパターンの像がマイクロレンズアレイ５９８の各マイクロレンズによって再結像される結像面であって、開口５９４の形成面の光学的な共役面に受光面を有している。また、この受光面は、開口部５９７が上記の光路上に配置されている状態では、投影光学系ＰＬの瞳面の共役面から少しだけずれた面に位置する。

尚、上述の露光装置５００及び光学特性計測装置５９０における照明光学系５１２、レチクルＲ、投影光学系ＰＬ、主制御装置５２０、コリメータ光学系５９２、マイクロレンズアレイ５９８、及び、受光器５９５は、それぞれ波面計測計１０における光源１２、計測用レチクル１４、投影光学系１６、制御部２６、コリメータ光学系２０、マイクロレンズアレイ２２、及び、撮像部２４に対応する。

上述の露光装置５００では、ウェハステージＷＳＴをＺ方向に沿って移動させつつ、マイクロレンズアレイ５９８によって集光された各スポットのコントラストを受光器５９５が撮像する。受光器５９５が撮像したコントラストが最大となる位置にウェハステージＷＳＴを固定する。次に、主制御装置５２０は、光学系ユニット５９３を回転させて、偏光検出系５９９を照明光の光軸ＡＸ上に配置して、照明光の偏光状態を計測する。主制御装置５２０は、ストークスパラメータの算出値に基づいて、計測された偏光状態がＨ偏光となるように偏光制御ユニット５０２を調整する。例えば、主制御装置５２０は、照明光の楕円偏光性が強い場合、偏光制御ユニット５０２の内部の偏光子を調整して直線偏光とする。また、主制御装置５２０は、照明光の偏光方向がＸ軸方向からずれている場合、偏光制御ユニット５０２の内部の１／２波長板の回転量を調整して、偏光方向をＸ軸方向とする。これにより、主制御装置５２０は、照明光をＨ偏光とする。

この後、主制御装置５２０は、光学系ユニット５９３を回転させて、開口部５９７を照明光の光軸ＡＸ上に配置する。この状態では、コリメータ光学系５９２を介した平行光は、そのまま受光器５９５に入射する。ここで、受光器５９５は、投影光学系ＰＬの瞳面と共役な位置に配置されているとみなすことができる。従って、受光器５９５は、瞳面における瞳像に対応する光束を受光して撮像できる。主制御装置５２０は、受光器５９５の撮像した瞳像を取得して、瞳像の中心位置、大きさ及び強度分布を検出する。これらの計測を計測用レチクルＲに計測された複数のピンホールに対して実行する。

この後、マイクロレンズアレイ５９８を光軸ＡＸ上に配置して、上述した波面計測計１０において説明した方法によって波面収差を計測する。

上述した各実施形態の構成の形状、配置、個数等の数値、材料は適宜変更してよい。また、各実施形態を組み合わせてもよい。

例えば、上述の実施形態では、薄膜部２４８を階段状に形成したが、傾斜させて、くさび状に形成してもよい。この場合、傾斜の角度は、入射する光の最大の角度と少なくとも一部が平行になることが好ましい。

上述した実施形態では、凹部４６を円周上につながった溝状に形成したが、凹部４６の形状は適宜変更してよい。例えば、凹部は、平面視において、円形状、または、多角形状であってもよい。この場合、凹部は、ピンホール４４等の周りに点在することになる。

上述した実施形態の各構成の厚み、幅、長さ等は適宜変更してよい。例えば、金属膜４２の厚みは２００ｎｍ程度あってもよい。

上述の露光装置５００において、投影光学系ＰＬとウェハＷとの間に純水等の液体を満たしてもよい。このような液浸の露光装置５００においても、上述の波面計測計１０を適用することができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０ 波面計測計、 １２ 光源、 １４ 計測用レチクル、 １６ 投影光学系、 １８ 光学部材、 ２０ コリメータ光学系、 ２２ マイクロレンズアレイ、 ２４ 撮像部、 ２６ 制御部、 ３０ 通過孔、 ３２ マイクロレンズ、 ３４ 受光領域、 ４０ 基板、 ４２ 金属膜、 ４４ ピンホール、 ４５ カバー部材、 ４６ 凹部、 ５０ 結像スポット、 ５２ ケラレ、 ５４ 領域、 １１８ 光学部材、 １４２ 金属膜、 １４６ 凹部、 １４７ 底部、 ２１８ 光学部材、 ２４２ 金属膜、 ２４４ ピンホール、 ２４８ 薄膜部、 ３１８ 光学部材、 ３４２ 金属膜、 ５００ 露光装置、 ５０１ 光源、 ５０２ 偏光制御ユニット、 ５０３ 偏光変換ユニット、 ５０５ オプティカルインテグレータ、 ５０６ 明系開口絞り、 ５０７ ミラー、 ５０８ リレーレンズ、 ５０９ レチクルブラインド、 ５１０ コンデンサレンズ、 ５１２ 照明光学系、 ５１８ ウェハレーザ干渉計、 ５２０ 主制御装置、 ５２４ ウェハステージ駆動系、 ５２５ ウェハホルダ、 ５５１ 結像特性補正コントローラ、 ５８６ 受光素子、 ５８８ 電気回路、 ５９０ 光学特性計測装置、 ５９１ 光学部材、 ５９２ コリメータ光学系、 ５９３ 光学系ユニット、 ５９４ 開口、 ５９５ 受光器、 ５９６ ２次元位置検出用マーク、 ５９７ 開口部、 ５９８ マイクロレンズアレイ、 ５９９ 偏光検出系

Claims (10)

1. 基板と、
   前記基板の一面に形成された金属膜とを備え、
   前記金属膜には、
   入射する光の波長よりも大きい直径を有し、前記金属膜を貫通するピンホールと、
   前記ピンホールよりも外側に前記波長よりも小さい間隔で周期的に配列され、前記ピンホールの径方向における大きさが前記波長よりも小さく、表面プラズモンを励起する複数の凹部とが形成されている
   光学部材。
2. 前記複数の凹部は、前記金属膜を貫通している
   請求項１に記載の光学部材。
3. 前記複数の凹部は、前記波長の１／１０以下の厚みの底部を有する
   請求項１または２に記載の光学部材。
4. 前記複数の凹部間の前記間隔は、前記金属膜の法線方向に対する光の最大入射角度で励起される前記表面プラズモンの波長と同じである
   請求項１から３のいずれか１項に記載の光学部材。
5. 前記ピンホールの外周の前記金属膜には、他の領域よりも薄い薄膜部が形成されている
   請求項１から４のいずれか１項に記載の光学部材。
6. 前記薄膜部以外の前記金属膜の内周の上端部と前記薄膜部の内周の上端部とを結ぶ直線と、前記金属膜の法線方向との間の角度は、前記光の最大入射角度以下である
   請求項５に記載の光学部材。
7. 前記金属膜の前記ピンホール及び前記複数の凹部を覆うカバー部材を更に備え、
   前記カバー部材は、前記基板と同じ屈折率を有する
   請求項１から６のいずれか１項に記載の光学部材。
8. 前記基板は、入射する光を透過する
   請求項１から７のいずれか１項に記載の光学部材。
9. 前記金属膜は、アルミニウム、金、及び、銀のいずれか１つで構成されている
   請求項１から８のいずれか１項に記載の光学部材。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の前記光学部材によって絞られた光を利用する露光装置。

Images