JP4769448B2 - 干渉計を備えた露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般には、露光装置及び方法に係り、特に、マスク上のパターンを被露光体に転写する投影光学系の波面収差を測定する干渉計を搭載した露光装置及び方法に関する。

ＩＣやＬＳＩ等の半導体デバイスやＣＣＤ等の撮像デバイスや液晶パネル等の表示デバイスや磁気ヘッド等のデバイスをフォトリソグラフィ工程で製造する際にマスク（レチクル）に形成されたパターンを被露光体に転写する投影露光装置が従来から使用されている。かかる露光装置は、レチクル上のパターンを所定の倍率で正確に被露光体に転写することが要求されるため、結像性能のよい、収差を抑えた投影光学系を用いることが重要である。特に近年、半導体デバイスの一層の微細化の要求により、転写パターンは、光学系の収差に対して敏感になってきている。このため、露光装置本体上に投影光学系を載せた状態で、高精度に投影光学系の光学性能（例えば、波面収差）を測定する需要が存在する。また、生産性や経済性を高める観点からは測定の簡素化、迅速化、コスト削減なども重要である。

この点、マスクパターンをウェハに実際に焼き付け、そのレジスト像を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）などの手段によって観察し検査する方法は、露光、現像など検査に長時間が係り、ＳＥＭの操作の困難性やレジスト塗布や現像に基づく誤差のために検査の再現性が悪いという問題がある。そこで、かかる問題を解決するために、従来から、理想球面波を形成するためのピンホールを有する点回折干渉計（Ｐｏｉｎｔ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ：ＰＤＩ）やシアリング干渉を利用するシアリング干渉計（又はタルボ干渉計）（Ｓｈｅａｒｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）が知られており、最近では、理想円柱波又は理想楕円波を形成するためのスリットを有する線回折干渉計（Ｌｉｎｅ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ：ＬＤＩ）を利用した測定装置が提案されている（例えば、特許文献１乃至３を参照のこと）。

しかし、従来は、干渉計及び露光装置を含むシステム全体が大型で構成が複雑であったためにコストアップ、測定時間の長期化を招いていた。そこで、本出願人は、既に、特許文献４及び５において、干渉計を搭載した露光装置を提案している。
特開昭５７−６４１３９号公報 特開２０００−１４６７０５号公報 特開２０００−９７６６６号公報 特願２００４−５５３５８号 特願２００３−３９９２１６号

露光光のコヒーレンシーが高いと、マスクに描画されたパターンを透過した光同士が干渉してパターンを正しくウェハ上に転写できなくなる。このため、露光装置は、通常、照明光学系において露光光をインコヒーレント化する。しかし、露光装置に干渉計を搭載すると、干渉計は干渉性の低い露光光を利用しなければならず、干渉縞のビジビリティが悪化し、その結果、波面収差の測定精度が悪くなるという問題が発生する。ここで、ビジビリティＶは、干渉縞の最大光量をＩ_ｍａｘ、最小光量をＩ_ｍｉｎとすると次式で定義される。

そこで、本発明は、干渉計を搭載し、高精度に投影光学系の収差情報を得ることができる露光装置及び方法を提供することを例示的目的とする。

本発明の一側面としての露光装置は、投影光学系と、計測用パターンを照明する照明光学系と、前記計測用パターンを介して光を前記投影光学系に導き、前記投影光学系からの光によって形成される干渉縞を検出して前記投影光学系の光学性能を測定する測定手段とを有する露光装置であって、前記計測用パターンを照明する光が前記計測用パターンの短手方向と長手方向で開口数が異なるように、前記計測用パターンを照明する前記光の開口数を調節することを特徴とする。
本発明の別の側面としての露光装置は、投影光学系と、計測用パターンを照明する照明光学系と、前記計測用パターンを介して光を前記投影光学系に導き、前記投影光学系からの光によって形成される干渉縞を検出して前記投影光学系の光学性能を測定する測定手段とを有する露光装置であって、前記計測用パターンを照明する光は、前記計測用パターンの短手方向と長手方向で最大入射角度が異なることを特徴とする。

本発明の更に別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて被露光体を露光するステップと、前記露光された前記被露光体を現像するステップとを有する。上述の露光装置の作用と同様の作用を奏するデバイス製造方法の請求項は、中間及び最終結果物であるデバイス自体にもその効力が及ぶ。また、かかるデバイスは、ＬＳＩやＶＬＳＩなどの半導体チップ、ＣＣＤ、ＬＣＤ、磁気センサー、薄膜磁気ヘッドなどを含む。

本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、干渉計を搭載し、高精度で投影光学系の瞳全域の収差情報を得ることができる露光装置及び方法を提供することができる。

以下、本発明の第１の実施例の露光装置１００について、添付図面を参照して説明する。ここで、図１は、露光装置１００の概略ブロック図である。露光装置１００は、例えば、ステップ・アンド・スキャン方式やステップ・アンド・リピート方式でマスク１４０に形成された回路パターンを被露光体（プレート）１６０に露光する投影露光装置である。かかる露光装置は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィ工程に好適であり、以下、本実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（「スキャナー」とも呼ばれる。）を例に説明する。ここで、「ステップ・アンド・スキャン方式」とは、マスクに対してウェハを連続的にスキャン（走査）してマスクパターンをウェハに露光すると共に、１ショットの露光終了後、ウェハをステップ移動して、次の露光領域に移動する露光方法である。「ステップ・アンド・リピート方式」とは、ウェハの一括露光ごとにウェハをステップ移動して次のショットの露光領域に移動する露光方法である。

露光装置１００は、照明装置１１０と、マスク１４０と、投影光学系１５０と、プレート１６０と、測定装置（干渉計）１７０とを有する。なお、本明細書では、特に断らない限り、アルファベットのない参照番号は、大文字のアルファベットを付した参照番号を総括するものとする。

照明装置１１０は、転写用の回路パターンが形成されたマスク１４０を照明し、図２に示すように、光源部１１１と、照明光学系とを有する。ここで、図２は、照明装置１１０の概略ブロック図である。光源部１１１は、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーなどのレーザーを使用することができる。但し、レーザーの種類はエキシマレーザーに限定されず、レーザーの個数も限定されない。また、光源部１１１に使用可能な光源はレーザーに限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプなどのランプも使用可能である。

照明光学系は、マスク１４０を照明する光学系であり、光束整形部１１２と、インコヒーレント化部１１３と、照明状態調整部１１４と、オプティカルインテグレータ１１６と、絞り１１７と、レンズ系１１８とを有する。本実施例では、照明光学系は、後述する測定装置１７０の計測用パターンも照明する。

光束整形部１１２は、レーザー光源からの平行光束を所望のビーム形状に整形する。インコヒーレント化部１１３は、コヒーレントなレーザー光束をインコヒーレント化する。照明状態調整部１１４は、照明光学系のＮＡに応じてビーム径を調節するズームインレンズ、σ絞り１１４ａ、及び、σ絞りの開閉駆動する駆動部１１５を有する。σ絞り１１４ａは、計測用パターンを照明する光の開口数（ＮＡ）を変更する手段として機能する。駆動部１１５は、後述するように、制御部１７６によって駆動制御される。ここで、σは、照明光学系の開口数をＮＡ_ｉｌ、投影光学系１５０のマスク側の開口数をＮＡｏとするとＮＡ_ｉｌ／ＮＡｏで与えられる。この結果、照明光学系は、所望のσ値でレチクル１４０面を照明する。

オプティカルインテグレータ１１６は、照明光を均一化すると共にインコヒーレント化する機能を有し、例えば、複数のレンズを２次元的に配列したハエの目レンズや光学ロッドから構成される。オプティカルインテグレータ１１６は、ターレットなどの手段によって光路から着脱可能に構成されてもよい。即ち、露光時にはオプティカルインテグレータ１１６を光路上に配置し、測定時にはオプティカルインテグレータ１１６を光路外に配置する。これにより、測定時に照明光のコヒーレンシーを向上させ、干渉縞のビジビリティＶを向上することができる。

（開口）絞り１１７は、オプティカルインテグレータ１１６近傍に配置され、有効光源形状を規定する。開口絞り１１７も干渉縞のビジビリティを上げるためのＮＡ変更手段として機能し得る。このため、開口径の異なる複数の種類の絞り１１７がターレットなどで切り替え可能に照明装置１１０に設けられていてもよい。レンズ系１１８はマスキングブレードやコンデンサーレンズなどを含み、絞り１１７を経た光束をマスク１４０面に結像する。

マスク（又はレチクル）１４０は、例えば、石英製で、その上には転写されるべき回路パターン（又は像）が形成され、マスクステージ（又はレチクルステージ）１４８に支持及び駆動される。マスク１４０から発せられた回折光は、投影光学系１５０を通りプレート１６０上に投影される。マスク１４０とプレート１６０は光学的に共役の関係にある。露光装置１００はスキャナーであるため、マスク１４０とプレート１６０を縮小倍率比の速度比でスキャンすることによりマスク１４０のパターンをプレート１６０に転写する。なお、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置（「ステッパー」とも呼ばれる。）の場合は、マスク１４０とプレート１６０を静止させた状態で露光が行われる。

投影光学系１５０は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリック光学系）、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使用することができる。色収差の補正が必要な場合には、互いに分散値（アッベ値）の異なるガラス材からなる複数のレンズ素子を利用したり、回折光学素子をレンズ素子と逆方向の分散が生じるように構成したりする。かかる投影光学系１５０の光学性能（例えば、波面収差）を、測定装置１７０が測定する。

プレート１６０は、ウェハや液晶基板などの被処理体でありフォトレジストが塗布されている。プレート１６０は図示しないチャックを介してステージ１６２に載置される。ステージ１６２は、プレート１６０及び測定装置１７０の一部を支持する。ステージ１６２は、当業界で周知のいかなる構成をも適用することができるので、ここでは詳しい構造及び動作の説明は省略する。例えば、ステージ１６２は、リニアモーターを利用してＸＹ方向にプレート１６０及び測定装置１７０の一部を移動することができる。マスク１４０とプレート１６０は、例えば、同期走査され、ステージ１６２とマスクステージ１４８は一定の速度比率で駆動される。

測定装置１７０は、投影光学系１５０の光学性能（例えば、波面収差）を干渉縞として測定する機能を有し、干渉縞のビジビリティを上げるために照明光のＮＡを変更する手段を有するか、又は、これを制御する。測定装置１７０は、第１及び第２の計測用パターンと、ステージ１６２に設置したステージ基準プレート（又はマスク）１７２と、撮像手段１７４と、通信用ケーブル１７５と、制御部１７６と、メモリ１７８とを有し、本実施例ではＮＡ変更手段はσ絞り１１４ａである。

測定装置１７０は、第１の計測用パターンを介して光を投影光学系１５０に導光し、投影光学系１５０を経た光を第２の計測用パターンを介して受光し、投影光学系１５０の光学性能（例えば、波面収差）を干渉縞として測定する。測定装置１７０は、理想球面波を形成するためのピンホールを有するＰＤＩであるが、スリットの短い方向には理想的な球面波を形成するためのスリットを有するＬＤＩであってもよいし、シアリング干渉を利用するシアリング干渉計であってもよい。

第１の計測用パターンは、マスク１４０に形成されてもよいし、マスク１４０とは別のマスクステージ１４８に搭載されたマスク１４２に形成されてもよいし、マスクステージ１４８に形成されてもよい。照明装置１１０は、マスク１４０のみならず計測用パターンも照明する。第１の計測用パターンの例を図３に示す。同図では、第１の計測用パターンＡ１及びＡ２をマスク１４２に形成し、灰色部は遮光部で白色部が透光部である。パターンＡ１及びＡ２は大きさの異なるピンホールから構成され、パターンＡ１及びＡ２を照明する光のＮＡをＮＡ_ｉｌとすると、パターンＡ１のピンホール径φＡ１と、パターンＡ２のピンホール径φＡ２は、それぞれ次式で与えられる。

φＡ１の大きさは回折限界以下であり、ピンホールＡ１を透過した光は計測用パターン手前までの収差情報をもたない理想球面波となる。

第２の計測用パターンは、ステージ１６２に設置したステージ基準プレート１７２に形成される。第２の計測用パターンの例を図４に示す。同図では、第２の計測用パターンＢ１及びＢ２は透光部であり、灰色部は遮光部である。

パターンＢ１はピンホールであり、投影光学系１５０の像側のＮＡをＮＡｉとすると、ピンホールＢ１のピンホール径φＢ１は次式で規定され、回折限界以下の大きさを有する。

一方、パターンＢ２は正方形開口から構成され、その辺ΔＢ２は測定したい投影光学系１５０の空間周波数により決定する。高周波まで測定したい場合は広く、低周波で良い時は狭く設定する。投影光学系１５０の瞳の空間周波数をｆとするとΔＢ２は次式で規定される。ここで、瞳半径で１周期となる波面収差の周波数ｆを１とする。

パターンＡ１及びＡ２の像を投影光学系１５０でパターンＢ２及びＢ１上にそれぞれ結像させる。パターンＡ１を透過した光は計測用パターン手前までの収差情報をもたない理想球面波で投影光学系１５０を透過し、パターンＢ２に入射し、投影光学系１５０の波面収差情報をもったまま透過する。一方、パターンＡ２を透過した光はパターンＢ１を透過し、理想球面波となる。パターンＢ１及びＢ２を透過した２光束による干渉縞を撮像手段１７４で検出し、この画像データから投影光学系１５０の波面収差を算出する。図６を参照して後述されるように、収差計測の精度を上げるため、図２の照明状態調整部１１４にあるσ絞り１１４ａを調節し、照明光のσ（照明光のＮＡ）を小さくする。

図５（ａ）にσ絞り１１４ａの形状を示す。干渉縞の画像データを用いて投影光学系１５０の波面収差を算出するためには、干渉縞のビジビリティＶが１に近いほど望ましい。ビジビリティが低下するとノイズの影響により波面収差の計測値に誤算が発生し、Ｖ＝０．６程度であれば波面収差には±２ｍλの誤差が発生する。ビジビリティがＶ＝０．３程度であれば波面収差には±６ｍλの誤差が発生する。

一方、投影光学系１５０の波面収差は通常数ｍλ〜数十ｍλ以下に維持されることが要求されており、波面収差を評価するには少なくとも１０ｍλ以下の精度で計測し、望ましくは、数ｍλで波面収差を算出する必要がある。図６に、ビジビリティと照明σ（照明光のＮＡ）の関係を示す。照明光のσを変えることは、空間コヒーレンシーを増加することにつながり、σが小さい程干渉縞のビジビリティＶが増加する。図６から、パターンＡ１及びＡ２を照明する光は理想的にはコヒーレント照明（σ＝０）であることが望ましいが、少なくともσ≦０．３で照明する必要がある。これは、ビジビリティＶが少なくとも０．３以上必要であるからである。

本実施例では、照明状態調整部１１４のσ絞り１１４ａを露光時と変更し、σ値を小さくすることで空間コヒーレンシーを向上させ、より高いビジビリティの干渉縞から精度の良い投影光学系１５０の波面収差を算出することを可能としている。

本実施形態ではパターンＡ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２をピンホール及び矩形開口としたが、図７に示すようなスリット及び矩形開口を有してもよい。この場合、Ａ１、Ａ２、Ｂ１のスリットの短い方向の長さΔＡ１、ΔＡ２、ΔＢ１は次式で与えられる。ここで、ΔＡ１及びΔＢ１は回折限界以下の幅であり、スリットの短い方向に対して理想球面波と同じ成分を有する波面となる。

一方、矩形開口の幅ΔＢ２はピンホールでの矩形開口の幅と同様に測定したい投影光学系１５０の空間周波数ｆにより決定され、次式で与えられる。

スリットと矩形開口の長さＬは、光量の観点から長いほど良いが、投影光学系１５０の収差が同一とみなせる、いわゆるアイソプラナティック領域より小さくする必要がある。

撮像手段１７４はＣＣＤ等からなり、スリットＡ１又はＢ１と窓Ａ２又はＢ２からの２つの光束の干渉縞を検出する。ケーブル１７５は、撮像手段１７４と制御部１７６とを通信可能に接続する。制御部１７６は、撮像手段１７４の出力から位相情報を取得する。また、制御部１７６は、露光装置１００の各部を制御する。特に、駆動部１１５を制御してσ絞り１１４ａの開口を決定する。メモリ１７８は、後述する測定方法、制御部１７６が撮像手段１７４の出力から位相情報を取得するための処理方法、制御部１７６が取得した位相情報、制御部１７６が行う制御方法、その他のデータを格納する。

図８に、パターンＢ１及びＢ２を透過した光の模式図を示す。スリットＢ１を透過した光は、スリット幅が回折限界以下であるため、スリットの短手方向に理想波面８１を持つ。窓Ｂ２を透過した光はレチクル側のパターンＡ１を透過したときに理想波面波となっているため、投影光学系１５０の収差情報だけをもった被検光８２となる。２光束８１及び８２から、投影光学系１５０のスリットの短い方向の波面収差を算出する。

撮像手段１７４は、スリットＢ１と窓Ｂ２を透過した光を撮像し、２つの光の重なった領域に生じる干渉縞を検出する。光束８１のｘ方向は等位相なので干渉縞から位相情報を取り出すと、投影光学系１５０ｘ方向の波面収差を求めることができる。

撮像された複数枚の干渉縞は撮像手段１７４からケーブル１７５を介して制御部１７６に送られ、制御部１７６は位相情報を取得する。制御部１７６は、位相情報を取得する際に、例えば、電子モアレ法を使用してもよい。本実施例では、干渉縞はキャリア縞を有するので、撮像した干渉縞に、制御部１７６が作成、又は予め用意されてメモリ１７８に格納されたキャリア縞を乗じて処理することが可能である。電子モアレ法を用いれば、一枚の干渉縞で位相情報を取り出せるので時間の観点から有利である。また、位相情報の取得はフリンジスキャンを用いても良い。この場合特許文献４に示したように回折格子を構成する必要がある。

計測用パターンがスリットである場合も、ピンホールと同様に収差計測の精度を上げるためにσ絞り１１４ａを調節し、照明光のσを小さくする。しかし、σ値を小さくするとパターンを透過した光は投影光学系１５０の瞳全域に入射することができず、投影光学系１５０の瞳全域の収差情報を得られないという問題が発生する。

かかる問題を図１７を参照して説明する。図１７（ａ）はスリット透過後の光がスリットの短手方向へ広がる様子を示しており、図１７（ｂ）はスリット透過後の光がスリットの長手方向へ広がる様子を示している。スリットの短手方向の幅は回折限界以下のため理想球面波で広がる。しかし、スリットの長手方向にはスリットの幅が広いために入射光の入射角分でしか広がらず、入射σ値が小さいとパターンの長い方向には光を投影光学系１５０の瞳全域に入射することができない。

そこで、本実施例は、図５（ｂ）に示すような矩形のσ絞り１１４ａを使用する。この時のσ値は、矩形の短手方向には干渉縞のビジビリティを向上させるためσ≦０．３で、長手方向には投影光学系１５０の瞳全域あるいは可能な限り広い範囲に光を入射するため、σ≧１もしくは照明光学系で可能な限り大きなσとすることにより、投影光学系１５０の瞳の可能な限り広い領域の波面収差を精度よく算出している。

パターンＢ１及びＢ２を透過した光はスリットの短手方向の投影光学系１５０の波面収差が算出できるため、投影光学系１５０全体の波面収差を得るにはＸ方向、Ｙ方向それぞれで計測を行い、投影光学系１５０のｘ及びｙ方向の波面収差情報を接続することによって投影光学系１５０の波面収差情報を得る。更に、測定する画角を変えながら計測を行い、投影光学系１５０の全画角における波面収差情報を得ることができる。制御部１７６は、各画角における波面収差から、回転非対称性分を抜き取ることで、投影光学系１５０の歪曲成分も求めることが可能である。また、制御部１７６は、波面収差の回転対称成分から投影光学系１５０の像面湾曲を求めることも可能である。もちろん、一つの画角の波面収差のみを測定することも可能である。

照明光のＮＡを変更する手段としては、σ絞り１１４ａの代わりに計算機ホログラム（ＣｏｍｐｕｔｅｒＧｅｎｅｒａｔｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｍ：ＣＧＨ）を用いてもよい。図９に図２の照明装置１００の変形例としての照明装置１００Ａを示す。照明装置１００Ａは、照明状態調整部１１４Ａに、照明光が目標とする照射領域に集光するように照射領域パターンと強度分布が記録されたＣＧＨ１１４ｂを用い、ＣＧＨ１１４ｂを露光時には光路外に、測定時には光路内に駆動する駆動部１１５Ａを有する。

ＣＧＨ１１４ｂが図５に示すような照明状態を形成し、コヒーレント化を行う。これにより、測定時には、計測用パターンがピンホールの場合は少なくとも一方向にσ≦０．３となるような照明光を形成し、計測用パターンがスリットの場合は、スリットの短い方向にはσ≧１もしくは露光照明系で可能な限り大きなσの照明光を形成することが容易に実施できる。ＣＧＨ１１４ｂは照明光の光量をロスすることなく照射領域を任意の大きさ、形状にすることが可能である。

照明光のＮＡを変更する手段としては、σ絞り１１４ａの代わりにレンズ（例えば、シリンドリカルレンズ）１１９を用いてもよい。図１０に図２の照明装置１００の変形例としての照明装置１００Ｂを示す。照明装置１００Ｂは、レンズ系１１８とマスク１４０面との間にレンズ１１９を配置し、計測パターンに対する入射角度を調整する。レンズ１１９は、露光時には光路外に、測定時には光路内に駆動される。

シリンドリカルレンズ１１９で、計測用パターンがピンホールの場合は少なくとも１方向に対して小σとなるような、計測用パターンがスリットの場合は、スリットの短い方向には小σ（σ≦０．３）、スリットの長い方向には大σ（σ≧１）もしくは照明光学系で可能な限り大きなσの照明光を形成することで、投影光学系１５０の瞳の可能な限り広い領域の波面収差を、精度よく算出することができる。

計測用パターンを照明する手段としては、照明光学系の代わりに、レチクル１４０とウェハ１６０との位置合わせ（アライメント）を行うアライメントスコープ１８０を用いてもよい。以下、図１１及び図１２を参照してかかる実施例を説明する。ここで、図１１は、図１の変形例としての露光装置１００Ａの概略ブロック図である。図１２は、アライメントスコープ１８０に導光される光を生成する照明装置１００Ｃの概略ブロック図である。照明装置１１０Ｃは、ハーフミラー１２０を光束整形部１１２とインコヒーレント化部１１３との間に設けている点で照明装置１１０と相違する。

アライメントスコープ１８０は、ハーフミラー１２０を介して光源部１１１からの光を受光し、リレー光学系１８１、絞り１８２、ビームスプリッタ１８３、対物レンズ１８４、ミラー１８５、リレー光学系１８６、センサー１８７を含む。アライメントスコープ１８０に導光された光は、リレー光学系１８１、対物レンズ１８４を介してレチクル基準プレート１４６上のアライメントマークを照明し、アライメントマークの像を対物レンズ１８４、リレー光学系１８６を介してセンサー１８７に結像させる。また、リレー光学系１８１、対物レンズ１８４、投影レンズ１５０を介してウェハ１６０上のアライメントマークを照明し、投影レンズ１５０、対物レンズ１８４、リレー光学系１８６を介してセンサー１８７に結像させ、ウェハ１６０上のアライメントマークを観察することもできる。また、リレー光学系１８６とセンサー１８７との間などに更に光学系を配置する場合もある。

アライメントスコープ１８０を用いた干渉計測において、アライメント計測時には、通常０．３≦σ≦１．０でアライメントマークを照明する。アライメントスコープ１８０には、切替式の絞り１８２がリレー光学系１８１とビームスプリッタ１８３との間に設置され、アライメント時と測定時とでσ値を切り替えることができる。測定時にはσ≦０．３となるように絞り１８２を切り替えて、マスク１４０上のパターンを照明する。干渉縞は撮像手段１７４で撮像され、制御部１７６が投影光学系１５０の波面収差を算出する。

計測用パターンがスリットの場合には、切替式の絞り１８２をスリットの短い方向には小σ（σ≦０．３）、スリットの長い方向には大σ（σ≧１）もしくはアライメントスコープ１８０で可能な限り大きなσとする形状とすることにより、投影光学系１５０の瞳の波面収差を可能な限り広い領域で精度よく算出することができる。

以下、測定装置１７０はシアリング干渉計であってもよい。本実施例は、第１の実施例において、図３に示す第１の計測用パターンを図１３に示すパターンＡ３に置換し、図４に示す第２の計測用パターンを図１４に示す回折格子１７１に置換している。パターンＡ３は、本実施形態では孤立ピンホールとなっており、ピンホール径φＡ３は次式で与えられ、回折限界以下の大きさとなっている。

パターンＡ３を透過した像を投影光学系１５０でステージ基準プレート１７２上の回折格子１７１のデフォーカスした位置に結像させ、回折格子１７１で回折された光路長の異なる２つ以上の光束による干渉縞をウェハステージ１６２に設置した撮像手段１７４で撮像し、この画像データから投影光学系１５０の波面収差を算出している。算出方法は第１の実施例と同様である。

本実施例は、回折格子１７１による光束のシア方向、即ち、回折格子１７１のパターンの並んでいる方向に対してコヒーレンシーが高い照明光となるように、σ絞り１１４ａを用いてパターンＡ３を照明する照明光のσをσ≦０．３となるように調節している。この結果、より高いビジビリティの干渉縞から精度の良い投影光学系の波面収差を算出することができる。

計測用パターンＡ３として、図１５に示すようなスリットＡ３を使用してもよい。Ａ３のスリットの短手方向の長さΔＡ３は次式で与えられる。ここで、ΔＡ３は回折限界以下の幅であり、スリットＡ３の短手方向に対して、理想球面波を持つ。スリットＡ３の長さＬは投影光学系１５０の収差が同一とみなせる、いわゆるアイソプラナティック領域より小さくする必要がある。また、回折格子のシア方向とスリットの計測方向すなわち短手方向が一致するように設置する必要がある。

パターンＡ３がスリットである場合も、収差計測の精度を上げるためにσ絞り１１４ａを調節し、照明光のσを小さくする。この時、図７を参照して説明したように、照明系のσ絞り１１４ａは図５（ｂ）に示すような形状にし、矩形の短手方向には干渉縞のビジビリティを向上させるためσ≦０．３、長手方向には投影光学系１５０の瞳全域あるいは可能な限り広い範囲を照明するため、σ≧１もしくは照明光学系の最大ＮＡとすることにより、投影光学系１５０の瞳の波面収差を可能な限り広い領域で精度よく算出している。投影光学系１５０の波面収差の算出方法は第１の実施例と同様である。

なお、第２の実施例で説明したＣＧＨ１１４ｂや第３の実施例で説明したレンズ１１９や第４の実施例で説明したアライメントスコープ１８０が本実施例に適用できることは言うまでもない。

照明装置１１０から照射される照明光は波長５乃至２０ｎｍの極端紫外（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ：ＥＵＶ）光であってもよい。図１６に、ＥＵＶ光を利用する露光装置１００Ｂの概略ブロック図を示す。図１においては、照明光学系、マスク１４０、１４２、投影光学系１５０はレンズ及び／又はミラーを使用するが、露光装置１００Ｂでは光学系はすべてミラーから構成され、マスク１４０及び１４２も反射型マスクを使用する。それ以外は上述の実施例と同様である。

以下、本発明の一実施形態の収差補正方法について説明する。露光装置１００は投影光学系１５０を構成する図示しない複数の光学素子が光軸方向及び／又は光軸直交方向へ移動可能になっており、不図示の収差調節用の駆動系により、取得した投影光学系１５０の収差情報に基づいて、一又は複数の光学素子を駆動することにより、投影光学系１５０の一又は複数値の収差（特に、ザイデルの５収差）を補正したり、最適化したりすることができる。また、投影光学系１５０の収差を調整する手段としては、可動レンズ以外に、可動ミラー（光学系がカタディオプトリック系やミラー系のとき）や、傾動できる平行平面板や、圧力制御可能な空間、アクチュエータによる面補正などさまざまな公知の系を用いるものが適用できる。

次に、露光装置１００を利用したデバイス製造方法を説明する。図１８は，半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、あるいは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ステップ１（回路設計）では、半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ３（ウェハ製造）では、シリコン等の材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は、前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウェハを用いて、リソグラフィ技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり，アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では，ステップ５で作製された半導体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。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。

図１９は、図１８のステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着等によって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）ではウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウェハに感光材を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置１００によってマスク１４０の回路パターンをウェハ１６０に露光する。ステップ１７（現像）では露光したウェハ４７を現像する。ステップ１８（エッチング）では，現像したレジスト像以外の部部を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では，エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウェハ１６０上に多重に回路パターンが形成される。本実施形態の製造方法を用いれば、投影光学系１５０の結像性能を迅速かつ簡易に取得することができるので、露光のスループットも低下せず、また、波面収差が高精度に補正された投影光学系１５０を使用することができる。このため、従来は製造が難しかった高解像度のデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を経済性及び生産性よく製造することができる。また、このように、露光装置１００を使用するデバイス製造方法、並びに結果物（中間、最終生成物）としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。

本発明の第１の実施例の露光装置の概略ブロック図である。 図１に示す露光装置の照明装置の概略ブロック図である。 図１に示す露光装置の測定装置に使用される計測用パターンを示す概略平面図である。 図１に示す露光装置の測定装置に使用される別の計測用パターンを示す概略平面図である。 図２に示す照明装置のσ絞りの概略平面図である。 σと干渉縞のビジビリティとの関係を示すグラフである。 図３及び図４に示す計測用パターンの変形例の概略平面図である。 図７に示す計測用パターンの中心から射出した光の模式図である。 本発明の第２の実施例の露光装置に使用される照明装置の概略ブロック図である。 本発明の第２の実施例の露光装置に使用される照明装置の概略ブロック図である。 本発明の第４の実施例の露光装置の概略ブロック図である。 図１１に示す露光装置の照明装置の概略ブロック図である。 図１１に示す露光装置の測定装置に使用される計測用パターンを示す概略平面図である。 図１１に示す露光装置の測定装置に使用される別の計測用パターンを示す概略平面図である。 図１３に示す計測用パターンの変形例の概略平面図である。 本発明の第６の実施例の測定装置を備えた露光装置の概略ブロック図である。 計測用パターンにスリットを使用する場合の問題点を説明するための図である。 デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。 図１８に示すステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。

符号の説明

１００、１００Ａ−Ｃ 露光装置
１１４ａ σ絞り
１１４ｂ 計算機ホログラム
１１６ オプティカルインテグレータ
１１９ レンズ
１５０ 投影光学系
１７０ 測定装置

Claims (12)

1. 投影光学系と、
   計測用パターンを照明する照明光学系と、
   前記計測用パターンを介して光を前記投影光学系に導き、前記投影光学系からの光によって形成される干渉縞を検出して前記投影光学系の光学性能を測定する測定手段とを有する露光装置であって、
   前記計測用パターンを照明する光が前記計測用パターンの短手方向と長手方向で開口数が異なるように、前記計測用パターンを照明する前記光の開口数を調節することを特徴とする露光装置。
2. 前記計測用パターンの前記短手方向を照明する前記光の開口数をＮＡ_１、前記投影光学系の前記計測用パターン側の開口数をＮＡｏ、σ_１をＮＡ_１／ＮＡｏとすると、σ_１≦０．３を満足するように、前記光の開口数を調節することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 前記投影光学系の前記計測用パターン側の開口数をＮＡｏ、前記計測用パターンの前記長手方向を照明する前記光の開口数をＮＡ_２、σ_２をＮＡ_２／ＮＡｏとすると、σ_２≧１となるか前記計測用パターンを照明する前記光の開口数が最大となるように、前記光の開口数を調節することを特徴とする請求項１又は２記載の露光装置。
4. 前記測定手段は、回折格子を有し、前記計測用パターンを前記投影光学系により前記回折格子の近傍に結像させるシアリング干渉計であり、
   前記干渉縞は、前記回折格子から射出した２つ以上の異なる次数の光により形成され、前記計測用パターンの前記短手方向は前記回折格子の格子パターンが並んでいる方向であることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の露光装置。
5. 前記光の前記開口数を調節する開口絞りを更に有することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の露光装置。
6. 前記光の前記開口数を調節するスリット形状の開口を有する開口絞りを更に有することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
7. 光路から退避可能に設けられ、前記光の前記開口数を調節するための計算機ホログラムを更に有することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の露光装置。
8. 光路から退避可能に設けられ、前記光の前記開口数を変更するレンズを更に有することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の露光装置。
9. 前記レンズはシリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項８記載の露光装置。
10. 前記露光装置は、前記計測用パターンと、マスクと被露光体とのアライメントに使用するアライメントマークと、を照明するアライメントスコープを更に有することを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか一項記載の露光装置。
11. 投影光学系と、
    計測用パターンを照明する照明光学系と、
    前記計測用パターンを介して光を前記投影光学系に導き、前記投影光学系からの光によって形成される干渉縞を検出して前記投影光学系の光学性能を測定する測定手段とを有する露光装置であって、
    前記計測用パターンを照明する光は、前記計測用パターンの短手方向と長手方向で最大入射角度が異なることを特徴とする露光装置。
12. 請求項１乃至１１のうちいずれか一項記載の露光装置を利用して被露光体を露光するステップと、
    前記露光された前記被露光体を現像するステップとを有するデバイス製造方法。