JP4817702B2 - 光学装置及びそれを備えた露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般には、光学装置及びそれを備えた露光装置に係り、特に、光学素子の形状を調節する光学装置及びそれを備えた露光装置に関する。本発明は、例えば、ミラーを含む光学系の波面収差を補正するために前記ミラーの表面形状を調節する光学装置、並びに、かかる光学装置を備えた露光装置に好適である。

半導体素子等をフォトリソグラフィ工程で製造する際にレチクル（マスク）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、レチクルパターンを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必要がある。特に近年、半導体素子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、高精度に投影光学系の波面収差を補正する需要が存在する。

従来の収差補正手段としては、光学素子の表面形状を調節するもの（例えば、特許文献１を参照のこと。）と光学素子の表面形状は維持しつつ光学素子の位置（又は姿勢）を変更するもの（例えば、特許文献２を参照のこと。）がある。特許文献１は、ミラーの裏面に接続された高次収差を補正するアクチュエータと、当該アクチュエータに中間変形板を介して接続された低次収差を補正するアクチュエータとを有する２段式のミラー変形手段を開示している。また、特許文献２は、少なくとも３個の力アクチュエータを利用してミラーの光軸方向への並進や光軸と垂直方向の回転などを行う機構を開示している。
特表２００３−５１９４０４号公報 特開２００４−６４７０６号公報

しかし、特許文献１は中間変形板を介して２つのアクチュエータを配置しているので制御が複雑であり、２段式のために装置が大型化する。更に、収差が非対称であればミラーにモーメントが作用してミラーの位置が変位するが、特許文献１は姿勢制御については開示していない。一方、特許文献２は、アクチュエータを直接ミラーの裏面に作用させているのでミラーの姿勢制御時にミラーの表面形状が局所的に変化するおそれがある。更に、アクチュエータ関連部品をミラー裏面に固定すると、それらの部品の重さによってミラーが変形するが、特許文献２は自重補償方法について開示していない。

そこで、本発明は、光学素子の姿勢及び表面形状を高精度かつ簡易に調節することが可能な光学装置及びそれを有する露光装置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光学装置は、基板と、光学素子と、前記基板に対して前記光学素子を部分的に固定する固定手段と、前記基板と前記光学素子との間に配置され、前記光学素子の表面形状を変化させる力を前記光学素子に加える変形手段とを有し、前記変形手段は、前記光学素子の背面に接触する棒、および、前記基板に対して前記棒を駆動するアクチュエータを含み、前記固定手段は、前記光学素子の前記背面に交差する軸方向への並進運動と該軸に垂直な軸周りの回転運動の両方を不能にするように、前記光学素子の背面の中央部を固定することを特徴とする。

本発明の別の一側面としての光学装置は、基板と、光学素子と、前記基板に対して前記光学素子を部分的に固定する固定手段と、前記基板と前記光学素子との間に設けられ、前記光学素子の表面形状を変化させる力を前記光学素子に加える変形手段とを有し、前記変形手段は、前記光学素子の背面に接触する棒、および、前記基板に対して前記棒を駆動するアクチュエータを含み、前記固定手段は、前記光学素子の側面の少なくとも３箇所の各々における水平方向及び鉛直方向への並進を不能にするように該３箇所を固定することを特徴とする。

かかる光学装置を有することを特徴とする露光装置も本発明の一側面を構成する。また、本発明の別の一側面としての露光方法は、上記光学素子を含む被検光学系の波面収差を算出するステップと、前記算出ステップによって算出された前記被検光学系の前記波面収差に基づいて上記光学装置を利用して前記被検光学系を調節するステップと、前記調節ステップによって前記調節された前記被検光学系を使用して被露光体を露光するステップとを有することを特徴とする。また、本発明の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、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ことを特徴とする。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、かかるデバイスは例えば、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、光学素子の姿勢及び表面形状を高精度かつ簡易に調節することが可能な光学装置及びそれを有する露光装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の第１の実施例の光学装置１０及びそれを有する露光装置１００について説明する。ここで、図１は、光学装置１０の概略断面図である。光学装置１０は、ミラー１２と、ベース１４と、固定手段と、変形手段２０と、制御部３０とを有し、ミラー１２の平面形状と姿勢を調節する機能を有する。光学装置１０は、以下に説明するように、露光装置１００を構成する光学系の一部を構成する。

ミラー１２は光学素子の一例であり、球面ミラー、非球面ミラーを問わない。反射作用を奏する反射面１２ａと反射面１２ａに対向する裏面としての背面１２ｂとを有する。反射面１２ａは凸面と凹面とを問わない。熱変形を防止するためにミラー１２には低熱膨張材料、例えば、ＵＬＥ、ＺｅｒｏＤｕｒｅ、スーパーインバーなどを使用することが望ましい。ベース１４は、露光装置１００内で位置が固定されている基板である。

固定手段は、本実施例では、円筒形の支持棒１６として具体化されており、ミラー１２をベース１４に部分的に変位不能に固定する。ベース１４は変位しないので、ミラー１２の支持棒１６との接触部１２ｃも変位不能となる。支持棒１６もできるだけ低熱膨張特性を持つ高剛性材料が望ましい。支持棒１６は、ミラー１２の背面１２ｂの中央部に設けられている。本実施例では、図１に点線で示すように、支持棒の中心線と背面１２ｂの中心（重心）とベース１４の中心が例示的に位置合わせされている。ミラー１２の重心は支持棒１６の中心線上にあるためミラー１２にはモーメントが作用しない。なお、本発明は、固定手段の位置、形状、大きさ、数を限定するものではない。

変形手段２０は、複数ペアの駆動棒２２とアクチュエータ２４から構成される。駆動棒２２は、一端がミラー１２の背面１２ｂに固定又は接触可能であり、アクチュエータ２４によって突出及び退避可能に駆動される。駆動棒２２がミラー１２の背面１２ｂに固定されていれば、ミラー１２は駆動棒２２から圧縮力及び引張力を受ける。駆動棒２２が背面１２ｂに接触するだけであればミラー１２は駆動棒２２から圧縮力のみをうける。駆動棒２２もできるだけ低熱膨張特性を持つ高剛性材料が望ましい。アクチュエータ２４は、駆動棒２２を介してミラー１２に変形力を加える。アクチュエータ２４はリニアモータ、電磁石、その他の力アクチュエータ、圧電素子、その他の変位発生用アクチュエータを含む。

制御部３０は、測定装置１０１に接続され、アクチュエータ２４が加えるべき変形力及びアクチュエータ２４の駆動量を算出する。メモリ３２は、ミラー１２の現在の形状、ミラー１２の変形とアクチュエータ２４が加える変形力との関係などの情報を格納する。

動作において、制御部３０は、測定装置１０１からの測定結果である波面収差情報に基づいて、メモリ３２からミラー１２の現在の形状など必要な情報を取得して波面収差を補正するのに必要なミラー形状、かかるミラー形状を形成するのに必要なアクチュエータ２４が加えるべき変形力の分布、かかる変形力の分布を形成するのに必要なアクチュエータ２４の駆動力を算出する。制御部３０は、収差補正時にアクチュエータ２４の駆動力分解能又は駆動変位の分解能、安定性、波面収差測定精度、駆動力算出に用いるミラー系の剛性マトリックスの精度などを考慮する。

一般に、収差を補正するための変形力の分布は非対称であるため、駆動力の合力はゼロにならない。この際、支持棒１６は、接触部１２ｃを変位不能に固定しているので、ミラー１２は、図１のＺ方向には並進せず、Ｚ方向に垂直な軸周りにも回転しない。例えば、駆動力の合力がゼロにならない結果モーメントが発生するが、かかるモーメントを支持棒１６が負担することによってミラー１２は回転しない。この結果、ミラー１２の姿勢を必要な精度範囲内に保つことができ、ミラー１２の姿勢制御は不要となる。なお、光学装置１０が対称な変形力の分布を有する収差補正に対応可能であることはいうまでもない。

本実施例によれば、アクチュエータ２４を多段に配置する必要がないので構造及び制御が簡単で装置の小型化を維持することができる。また、専用の姿勢制御を行わないので位置計測も不要である。

図２に、本発明の第２の実施例の光学装置１０Ａを示す。光学装置１０Ａは、冷却機構４０と、自重補償機構５０とを有する点で光学装置１０と相違する。

冷却機構４０は、アクチュエータ２４を冷却する。即ち、アクチュエータ２４の中には発熱により、光学装置１０Ａの中に温度分布が形成するものがある。必要に応じて光学装置１０Ａを温調することで、ミラー１２の熱変形を防止し、光学装置１０Ａの外部の部材への熱の影響を抑えることができる。例えば、アクチュエータ２４がリニアモータ又は電磁石を使用する場合、ミラー１２を所望の形状に変形した後、一定期間に亘って形状を維持する必要から力の印加を継続すると発熱してしまう。

本実施例の冷却機構４０は、ベロー４２と流路４４とを含む。ベロー４２は、ミラー１２とベース１４Ａとの間に設けられてミラー１２とベース１４Ａとの間に空間Ｓを形成する。ベロー４２は、駆動部２２が移動しても空間Ｓの機密性を維持する。流路４４は、ベース１４Ａに形成され、閉空間Ｓと連通している。流路４４には冷媒Ｃが循環する。冷媒Ｃは図示しない供給部から配管、流量調節計などを介して供給され、図示しない回収部に排出される。冷媒Ｃが空間Ｓを循環することによってアクチュエータ２４が冷却される。冷媒Ｃは温調された空気などである。

別の実施例では、アクチュエータ２４一個一個に冷媒が循環する冷却用ジャケットを配置する。これにより、特に発熱するアクチュエータ２４を効果的に冷却することができる。なお、アクチュエータ２４一個一個の冷却と、空間Ｓへの冷却気体の循環とを同時に行ってもよい。

自重補償機構５０は、ミラー１２の自重による変形及びアクチュエータ２４による変形力以外の力によるミラー１２の変形（以下、単に「自重変形」という。）を防止する機能を有する。即ち、ミラー１２は自重によって変形し、更に、駆動棒２２などを取り付けによって更に変形する。そこで、本実施例では、自重補償機構５０を設けて自重変形分を打ち消している。本実施例の自重補償機構５０は、同極が対向して配置された磁石によって具体化されている。各磁石はミラー１２の背面１２ｂと各アクチュエータ２４に固定されている。なお、磁石の磁力は調節可能に構成されてもよい。このように、自重変形の影響をなくすことで、アクチュエータ２４にはミラー形状を変形させる力だけ発生させ、相対的に発熱も抑えることができる。

なお、ミラー面を加工するときにこれらの自重変形を考慮し、補償するような加工を行い、自重変形後に所望の初期ミラー形状にしてもよい。

光学装置１０Ａは、駆動棒２２をミラー１２の背面１２ｂに固定して、図３（ａ）の丸で示すように、半径方向に３点、円周方向に４５度間隔で８点、計２４点を配置している。なお、図３（ａ）中の二点鎖線ＥＤはミラー１２の有効径である。図３（ａ）に示す配置において図３（ｂ）に示す有効径ＥＤ内の反射面１２ａの目標形状を設定した場合に、駆動棒２２を駆動して反射面１２ａを変形させたシミュレーション結果を図３（ｃ）に示す。図３（ｃ）に示すように、反射面１２ａは図３（ｂ）に示す目標形状に近い表面形状を有している。なお、図３（ａ）に示す配置は単なる一例であり、駆動棒２２の配置は必要なミラーの目標表面形状に応じて決定される。

以下、図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照して、本発明の第３の実施例の光学装置１０Ｂについて説明する。ここで、図４（ａ）は、光学装置１０Ｂの上面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。光学装置１０Ｂは、光学装置１０と固定手段において相違する。光学装置１０Ｂの固定手段は、支持棒１６の代わりに、ミラー１２の側面１２ｄに少なくとも３箇所以上固定された固定板１６Ａを有する。光学装置１０Ｂは、光学装置１０よりもミラー１２の固有振動数が高くすることができるという長所がある。図４（ａ）の黒丸は駆動位置を示す駆動点である。

光学装置１０Ｂは、駆動棒２２をミラー１２の背面１２ｂに固定して、図５（ａ）の丸で示すように、計３２点を配置している。なお、図５（ａ）中の二点鎖線ＥＤはミラー１２の有効径である。図５（ａ）に示す配置において図５（ｂ）に示す有効径ＥＤ内の反射面１２ａの目標形状を設定した場合に、駆動棒２２を駆動して反射面１２ａを変形させたシミュレーション結果を図５（ｃ）に示す。図５（ｃ）に示すように、反射面１２ａは図５（ｂ）に示す目標形状に近い表面形状を有している。なお、図５（ａ）に示す配置は単なる一例であり、駆動棒２２の配置は必要なミラーの目標表面形状に応じて決定される。

光学装置１０Ｂに冷却機構４０と自重補償機構５０を適用できることはいうまでもない。

以上説明したように、光学装置１０乃至１０Ｂによれば、非対称な変形力をミラー１２に加えて収差を補正することができ、且つミラー駆動点の配置を適切に決めることによって低次から高次までの収差を補正することが可能である。更に構成が単純で装置の小型化を実現する。

図１６に本発明の第４の実施例を示す。ミラー１は水平方向と鉛直方向の自由度を制限する固定用板２をすくなくとも３個を用いて固定する。ミラー1の裏面にはミラー1の形状を変えるための駆動棒３の一端が連結されていて、駆動棒３のもう一端はアクチュエータ４に連結されている。アクチュエータ４はベース５上に設置される。

ミラー1を変形させる変形動作のアルゴリズムは次の通りである。ミラー１のからの反射光を波面形状測定器（PMI）で計測し、その波面形状をZernike分解する。Zernikeの第１、２、３項はそれぞれミラーの鉛直方向のシフトに関する量、水平方向での傾きに関する量で、ミラーの姿勢の変化を示すもので、ミラーの姿勢調整に必要な量である。Zernikeの第４次以降の項は光学系の収差補正に必要なミラーの形状成分である。ミラー姿勢調整に必要な駆動力を算出し、その駆動力をミラー形状を変形させるアクチュエータ４に分配し、ミラー形状変形に必要な駆動力と合わせてアクチュエータ４にミラー変形駆動指令値を算出する。この駆動指令値に基づいてミラー変形シミュレーションを行い、ミラー１の姿勢と形状誤差が許容値に入るかどうかを判断し、許容値以下になるとアクチュエータ４に駆動指令値を送り、ミラー１の形状を収差補正に必要な形状に変形させる。

ミラー１の姿勢と形状誤差が許容値に入るかどうかを判断し、許容値以上になるとミラー姿勢調整に必要な駆動力をアクチュエータに分配する割合を変えてミラー変形シミュレーションを行う。このことを繰り返して行い、繰り返し回数がある所定の回数を超えた場合には姿勢の調整量は装置の仕様をオーバーすることになり、調整不可能になる。

ミラー姿勢調整用駆動力を各アクチュエータに分配する方法としては、ミラーの変形駆動後の姿勢変化量とミラーの形状誤差の最小になるように目標関数を設定し、最適化を行うことができる。また遺伝的アルゴリズムで最適化することも考えられる。

上述の方法により、光学素子の少なくとも一部が変位しない若しくは許容値範囲内で変位するように変形動作を制御して、ミラーの姿勢を保つことができ、且つミラーの変形後の形状誤差を許容値内にすることが可能である。

以下、図６乃至図１３を参照して、露光装置１００について説明する。ここで、図６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１５２に形成された回路パターンを被露光体（プレート）１７２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。

露光装置１００は、測定装置１０１を搭載し、照明装置と、アライメント光学系１２０と、マスク１５２と、投影光学系１６０と、プレート１７２とを有する。

照明装置は、マスク１５２を照明し、光源部１０５と、照明光学系（１１０、１１２）とを有する。光源部１０５は、例えば、光源としては、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、波長約１５７ｎｍのＦ_２レーザーや波長２０ｎｍ以下（例えば、約１３．５ｎｍ）の極紫外（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ：ＥＵＶ）光も使用することができる。

照明光学系は、マスク１５２を照明する光学系であり、レンズ、ミラー、オプティカルインテグレーター、σ絞り等を含む。本実施形態の照明光学系は、引き回し光学系１１０と、第１の照明光学系１１２とを有する。引き回し光学系１１０は、光源部１０５からの光束を偏向して第１及び第２の照明光学系１１２と１２０に導光する。第１の照明光学系１１２は、マスク１５２を照明する光学系であり、例えば、コンデンサーレンズ、ハエの目レンズ、開口絞り、コンデンサーレンズ、スリット、結像光学系の順で光学素子を整列する。なお、ＥＵＶを利用する光学系では照明光学系は全てミラーのみから構成される。

アライメント光学系１２０は、測定装置１０１に使用されるマスク（後述する第１及び第２のマスク１４２及び１８０）を照明する機能も兼ねているため、本明細書では、第２の照明光学系と呼ぶ場合もある。アライメント光学系１２０は、アライメントスコープを構成すると共に、後述するように、測定装置１０１の一部を構成する。第２の照明光学系１２０は、通常の露光時は光路外に配置されており、図１は、アライメント照明光学系１２０を駆動する駆動機構は省略している。アライメントスコープは、マスク１５２上の図示しないアライメントマークを照明して、その反射光と基準マークとを比較する。また、ウェハステージ１７０上のアライメントマークを投影光学系１６０を介して結像することによってウェハステージ１７０の位置合わせも行う。

マスク（又はレチクル）１５２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）１５０に支持及び駆動される。マスク１５２から発せられた回折光は、投影光学系１６０を通りプレート１７２上に投影される。マスク１５２とプレート１７２は、光学的に共役の関係にある。本実施形態の露光装置１００はスキャナーであるため、マスク１５２とプレート１７２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１５２のパターンをプレート１７２上に転写する。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１５２とプレート１７２を静止させた状態で露光が行われる。なお、ＥＵＶ光を利用する場合には反射型レチクルが使用される。

投影光学系１６０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、全ミラー型のカトプトリック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１６０の光学性能（例えば、波面収差）を、測定装置１０１が測定する。また、本実施形態の投影光学系１６０は、カタディオプトリック光学系又はカトプトリック光学系であり、ミラーを有する。かかるミラーに光学装置１０乃至１０Ｃのミラー１２を適用することができる。なお、ＥＵＶ光を利用する場合には露光装置１００内は真空にされるが、冷却機構４０の気体は真空雰囲気を破壊しないように配管などが配置されている。

プレート１７２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１７２は図示しないチャックを介してステージ１７０に載置される。ステージ１７０は、プレート１７２及び測定装置１０１の一部を支持する。ステージ１７０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１７０は、リニアモータを利用してＸＹ方向にプレート１７２及び測定装置１０１の一部を移動することができる。マスク１５２とプレート１７２は、例えば、同期走査され、ステージ１７０とマスクステージ１５０の位置は、第２の照明光学系１２０を利用して監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。

図１に示す測定装置１０１は、アライメント光学系（第２の照明光学系）１２０と、第１のマスク１４２と、光線分割手段１４６と、第２のマスク１８０と、撮像手段１８６と、通信用ケーブル１８８と、制御部１９０と、メモリ１９２とを有する。本実施形態では、測定装置１０１は、被検光学系としての投影露光装置１６０の光学性能を干渉縞を検出することによって測定する干渉計を含み、干渉計として線回折干渉計（Ｌｉｎｅ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ：ＬＤＩ）を使用する。但し、測定装置１０１は点回折干渉計（Ｐｏｉｎｔ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ：ＰＤＩ）や横シアリング干渉計（Ｌａｔｅｒａｌ Ｓｈｅａｒｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ：ＬＳＩ）など他の干渉計を使用してもよい。

図７に示すように、第２の照明光学系１２０は、照明用光学系１２１、１２３と、照明光学系用視野絞り１２２と、折り曲げミラー１２４と、ハーフミラー１２５と、集光レンズ１２６と、撮像系用光学系１２７、１２９と、基準マーク１２８と、撮像手段１３０とを有する。ここで、図７は、測定装置１０１の第２の照明光学系１２０、第１のマスク１４２及び光線分割手段１４６含む光路図である。

光学系１２１は、視野絞り１２２に集光する集光光学系であり、光学系１２３は、視野絞り１２２からの光束を平行光に変換するコリメータである。折り曲げミラー１２４及びハーフミラー１２５は光学系１２４からの光束を偏向し、集光レンズ１２６は、第１のマスク１４２に集光する。光源部１０５から引き回し光学系１１０を介して供給された光は、光学素子１２１乃至１２６を経て、投影光学系１６０へ射出され、また、光学素子１２５乃至１３０は、マスクステージ１５０とウェハステージ１７０とのアライメントスコープとして機能するため、集光レンズ１２６は、マスクパターンとプレート１７２とのアライメント用の対物レンズとしても機能する。

第１のマスク１４２は、基板１４０を介して第２の照明光学系１２０に取り付けられ、図８に示すように、一対のスリット１４４ａ及び１４４ｂを有する。ここで、図８は、第１のマスク１４２の概略平面図である。第１のマスク１４２は９０度の角度で配された２種類のスリット１４４ａ及び１４４ｂから構成される。スリット１４４ａ及び１４４ｂは幅と長さが同一で方向だけ異なっている。

後述するように、集光レンズ１２６は、スリット１４４ａ又は１４４ｂのみを照明することができる。かかる目的のため、第１のマスク１４２は、照明光学系１２０に対して図示しない駆動機構によって移動可能に取り付けられていてもよいし、駆動機構は照明光学系１２０側に設けられていてもよい。

本実施形態では、スリット１４４ａが延在する方向をｙ方向、スリット１４４ａが延在する方向をｘ方向と呼ぶ場合がある。また、本実施形態では、スリット１４４ａを０度方位スリット、１４４ｂを９０度方位スリットと呼ぶ場合がある。スリット１４４ａ及び１４４ｂの幅Δｒは投影光学系１６０のレチクル側、即ち、物体側の開口数をＮＡｏとし、露光波長をλとすると、次式で決定される回折限界以下の幅となっている。

スリットの幅を数式１のようにすることで、スリットから回折する光は、ＮＡｏの範囲で等位相とみなすことができる。長さＬｒは長いほど光量の観点からよいが、投影光学系７の収差が同一とみなすことができる、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。

光線分割手段１４６は、スリット１４４ａ及び１４４ｂから回折した光束を振幅分割する。光線分割手段１４６は、例えば、図９に示す構造を有する、グレーティングとして構成される。光線分割手段１４６は、マスクステージ１５０に配置された図示しない透過基板上に配置される。もしくは、回折格子が配された図示しない基板を用意して、マスク１５２の代わりに、マスクステージ１５０上に搭載して使用してもよい。

図９においては、光線分割手段１４６は振幅型の回折格子である。ｙ方向に長いスリット１４４ａを使用して測定する場合は、図４の１４８ａのような、ｘ方向にラインが並んでいる回折格子を使用する。回折格子１４８ａにより光束は図のｘ方向に光が分割されることになる。分割された複数の光束は、投影光学系１６０により第２のマスク１８０に結像する。回折格子１４８ａ及び１４８ｂは、光線分割手段１４６が置かれているマスクステージ１５０の駆動機構によって駆動される。

第２のマスク１８０は、図１０に示すように、０度方位（ｙ方向）に配されたスリット１８１ａと窓１８３ａのペアと、９０度方位（ｘ方向）に配されたスリット１８１ｂと窓１８３ｂのペアを含む。ここで、図１０は、第２のマスク１８０の概略平面図である。スリット１８１ａと窓１８３ａのペアとスリット１８１ｂと窓１８３ｂのペアは幅や間隔などは同一で方位のみが異なっている。スリット１８１ａと１８１ｂの幅Δｗは投影光学系１６０のウェハ側、即ち、像側の開口数をＮＡｉとして、次式で決定される回折限界以下の幅となっている。

スリット１８１ａと１８１ｂの幅を数式２のようにすることで、スリット１８１ａと１８１ｂから回折する光はＮＡｉの範囲で等位相とみなすことができる。

窓１８３ａ及び１８３ｂの幅Δｗ’は測定したい投影光学系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、低周波でよいときは狭くする。投影光学系１６０の瞳の空間周波数をｆとおくとΔｗ’は次式で与えられる。ここで、瞳半径で一周期となる波面収差の周波数ｆを１とする。

スリットと窓の長さＬｗは光量の観点から長いほどよいが、投影光学系１６０の収差が同一とみなすことができる、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１８６はＣＣＤ等からなり、スリット１８１ａ又は１８１ｂと窓１８３ａ又は１８３ｂからの２つの光束の干渉縞を検出する。ケーブル１８８は、撮像手段１８６と制御部１９０とを通信可能に接続する。制御部１９０は、撮像手段１８６の出力から位相情報を取得する。また、制御部１９０は、露光装置１００の各部を制御する。メモリ１９２は、後述する図８に示す測定方法、制御部１９０が撮像手段１８６の出力から位相情報を取得するための処理方法、制御部１９０が取得した位相情報、制御部１９０が行う制御方法、その他のデータを格納する。制御部１９０は制御部３０を兼ね、メモリ１９２はメモリ３２を兼ねてもよい。

以下、図１３を参照して、測定装置１０１の動作について説明する。ここで、図１３は、測定装置１０１の動作を説明するためのフローチャートである。まず、投影光学系１６０のｘ方向の波面収差を測定する（ステップ１００２）。

図６において、光源部１０５から出射した光束は引き回し光学系１１０により、結像性能測定用の第２の照明光学系１２０に引き回される。引き回し光学系１１０からの光束は照明光学系用光学系１２１により集光され、視野絞り１２２に照射される。視野絞り１２２は基板１４０上に配された第１のマスク１４２を照射する大きさとなっている。視野絞り１２２からの光束は光学系１２３で平行光にされ、折り曲げミラー１２４、ハーフミラー１２５で折り曲げられ、集光レンズ１２６に入射する。集光レンズ１２６は第１のマスク１４２に光を集光する。

ステップ１００２においては、図示しない駆動機構は照明光学系１２０とマスク１４２を相対的に移動して、集光レンズ１２６からの光束が０度方位スリット１４４ａのみに照射されるようにする。

スリット１４４ａは回折限界以下の幅であるため、スリット１４４ａ射出後の光は図中のｘ方向に関しては等位相の波面を持った回折光となる。一方、スリット１４４ａのｙ方向又は長手方向への光の回折は小さいので、少なくとも、図８のｙ方向に関しては、投影光学系１６０の物体側、即ち、レチクル側の開口数と同等かそれ以上の開口数を持つような光束を集光レンズ１２６でスリット１４４ａに照射する。これにより、投影光学系１６０の光学瞳全面に光が照射されるようになる。しかも、スリット１４４ａの短手方向に回折した光は等位相となっている。

光束は、スリット１４４ａで回折し、ｘ方向に等位相な波面となって、光線分割手段１４６の回折格子１４８ａによりｘ方向に振幅分割を受ける。振幅分割を受けた複数の光束は投影光学系１６０により第２のマスク１８０上に結像する。即ち、スリット１４４ａを回折し、回折格子１４８ａで回折した光のうち、０次光が光線分割手段１８０のスリット１８１ａ、１次光が窓１８３ａに結像するように、回折格子１４８ａのピッチは決定されると共に光線分割手段１８０はマスクステージ１５０によって位置決めされている。その他の回折光はマスク１８０の遮光部で遮光される。１次光の代わりに−１次光を使用してもよい。

窓１８３ａを通過した光束は投影光学系１６０の波面収差の影響を受ける。一方、スリット１８１ａは回折限界以下の幅であるため、スリット１８１ａ射出後の光は図中のｘ方向に広がり、ｘ方向に関しては投影光学系１６０の波面収差情報の消えた、等位相の波面を持った回折光となる。図１１にスリット１８１ａと窓１８３ａの中心から射出した光の模式図を示す。スリット１８１ａを経た光は、理想円柱波面又は理想楕円波面１８２ａであり、窓１８３ａを経た光は被検波面１８４ａであることが理解される。

図１２に撮像手段１８６が検出する、スリット１８１ａと窓１８３ａの中心から射出した光の干渉縞の一例を示す。スリット１８１ａと窓１８３ａの間隔の分だけ中心のずれた投影光学系１８６の瞳の像が２つ撮像され、これらの共通領域に干渉縞が発生している。光束１８２ａのｘ方向は等位相なので、図１２の干渉縞から位相情報を取り出すと、投影光学系１６０のｘ方向の波面収差を求めることができる。位相情報の取得にはいわゆる、フリンジスキャン法を用いる。フリンジスキャン法においては、マスクステージ１５０が回折格子１４８ａを回折格子のラインと垂直方向、即ち、ｘ方向に１ピッチ程度走査しながら、撮像手段１８６が複数枚干渉縞を撮像する。

撮像された複数枚の干渉縞は撮像手段１８６からケーブル１８８を介して制御部１９０に送られ、制御部１９０は位相情報を取得する。制御部１９０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。本実施形態では、干渉縞は図７のようなキャリア縞を有するので、撮像した干渉縞に、制御部１９０が作成、又は予め用意されてメモリ１９２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。

次に、投影光学系１６０のｙ方向の波面収差の測定を行う（ステップ１００４）。
ステップ１００２と同様にして集光レンズ１２６は第１のマスク１４２に光を集光する。この際、ステップ１００４においては、図示しない駆動機構は照明光学系１２０とマスク１４２を相対的に移動して、集光レンズ１２６からの光束が９０度方位スリット１４４ｂのみに照射されるようにする。

スリット１４４ｂは回折限界以下の幅であるため、スリット１４４ｂ射出後の光は図中のｙ方向に広がり、ｙ方向に関しては等位相の波面を持った回折光となる。一方、スリット１４４ｂのｘ方向又は長手方向への光の回折は小さいので、少なくとも、図３のｘ方向に関しては、投影光学系１６０の物体側、即ち、レチクル側の開口数と同等かそれ以上の開口数を持つような光束を集光レンズ１２６でスリット１４４ａに照射する。これにより、投影光学系１６０の光学瞳全面に光が照射されるようになる。しかも、スリット１４４ｂの短手方向に回折した光は等位相となっている。

光束は、スリット１４４ｂで回折し、ｙ方向に等位相な波面となって、光線分割手段１４６の回折格子１４８ｂによりｙ方向に振幅分割を受ける。振幅分割を受けた複数の光束は投影光学系１６０により第２のマスク１８０上に結像する。即ち、スリット１４４ｂを回折し、回折格子１４８ｂで回折した光のうち、０次光が光線分割手段１８０のスリット１８１ｂ、１次光が窓１８３ｂに結像するように、回折格子１４８ｂのピッチは決定されると共に光線分割手段１８０はマスクステージ１５０によって位置決めされている。その他の回折光はマスク１８０の遮光部で遮光される。１次光の代わりに−１次光を使用してもよい。

窓１８３ｂを通過した光束は投影光学系１６０の波面収差の影響を受ける。一方、スリット１８１ｂは回折限界以下の幅であるため、スリット１８１ｂ射出後の光はｙ方向に広がり、ｙ方向に関しては投影光学系１６０の波面収差情報の消えた、等位相の波面を持った回折光となる。干渉縞の位相を求めるには、ステップ１００２と同様にフリンジスキャン法を使用する。フリンジスキャン法においては、マスクステージ１５０が回折格子１４８ｂを回折格子のラインと垂直方向、即ち、ｙ方向に１ピッチ程度走査しながら、撮像手段１８６が複数枚干渉縞を撮像する。

撮像された複数枚の干渉縞は撮像手段１８６からケーブル１８８を介して制御部１９０に送られ、制御部１９０は位相情報を取得する。制御部１９０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。スリット１８１ｂからの波面はｙ方向に等位相となっているので、ステップ１００４で測定される位相は、投影光学系１６０のｙ方向の波面収差情報となっている．
次に、制御部１９０は、ステップ１００２及び１００４で得られた投影光学系１６０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１６０の波面収差情報を得る（ステップ１００６）。更に、測定する画角を変えながら、ステップ１００２乃至ステップ１００６を繰り返すことで、投影光学系１６０の全画角における波面収差情報を得ることができる（ステップ１００８）。制御部１９０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１６０の歪曲成分も求めることが可能である（ステップ１０１０）。また、制御部１９０は、波面収差の回転対称成分から投影光学系１６０の像面湾曲を求めることも可能である（ステップ１０１２）。

以上、投影光学系１６０の複数の画角における波面収差と、画角内の歪曲と像面湾曲の測定が可能となる。もちろん、一つの画角について、ステップ１００２乃至１００６のみを行って、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。

上述したように、本実施形態においては、第２の照明光学系１２０は、マスク１５２とプレート１７２の位置合わせを行う位置合わせ光学系も兼ねている。集光レンズ１２６を用いて、マスクステージ１５０上の配置された不図示の位置合わせマークに光束を照射する。照明された位置合わせ用マークは集光レンズ１２６とリレーレンズ１２７により基準マーク１２８上に中間結像する。位置合わせ用マークの中間像と基準マークは、エレクターレンズ１２９によりＣＣＤ等の撮像手段１３０に結像される。撮像手段１３０上に結像された位置合わせ用マークの像と基準マークの像のずれ量を測定して、マスクステージ１５０の位置決めを行う。同様にして、ウェハステージ１７０上の不図示の位置合わせ用マークを投影光学系１６０を介して撮像手段１３０に結像することで、ウェハステージ１７０の位置合わせを行うこともできる。

本実施形態においては、アライメントスコープと測定装置１０１の一部（照明部）が共通なため、装置の簡素化とコストダウンが可能である。もちろん、これらは別体であってもよい。

次に、図１４及び図１５を参照して、上述の露光装置１００を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１４は、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。本実施形態においては、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、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。ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンなど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、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。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成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で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、それが出荷（ステップ７）される。

図１５は、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、ウェハの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などによって形成する。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、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置１００によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。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分を削り取る。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上に多重に回路パターンが形成される。本実施形態のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置１００を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例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。例えば、光学装置１０乃至１０Ｃは投影光学系に限定されず、照明光学系であってもよい。

本発明の第１の実施例の光学装置の概略断面図である。 本発明の第２の実施例の光学装置の概略断面図である。 図２に示す光学装置の効果を説明するための図である。 本発明の第３の実施例の光学装置の概略断面図である。 図４に示す光学装置の効果を説明するための図である。 本発明の一実施例としての露光装置の概略ブロック図である。 図６に示す露光装置に適用可能な測定装置の第２の照明光学系、光線分割手段及び第１のマスクを含む光路図である。 図７に示す第１のマスクの概略平面図である。 図７に示す光線分割手段の概略平面図である。 図７に示す第２のマスクの概略平面図である。 図１０に示す第２のマスクのスリットと窓の中心から射出した光の模式図である。 図７に示す撮像手段が検出する、図１０に示すスリットと窓から射出した光の干渉縞の一例を示す概略平面図である。 図１に示す測定装置の動作を説明するためのフローチャートである。 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１４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。 本発明の第４の実施例の光学装置の概略断面図である。

符号の説明

１０、１０Ａ−１０Ｃ 光学装置
１２ 光学素子（ミラー）
１４ ベース
１６、１６Ａ 固定手段（支持棒、固定板）
２０ 変形手段
１００ 露光装置

Claims (11)

1. 基板と、
   光学素子と、
   前記基板に対して前記光学素子を部分的に固定する固定手段と、
   前記基板と前記光学素子との間に配置され、前記光学素子の表面形状を変化させる力を前記光学素子に加える変形手段とを有し、
   前記変形手段は、前記光学素子の背面に接触する棒、および、前記基板に対して前記棒を駆動するアクチュエータを含み、
   前記固定手段は、前記光学素子の前記背面に交差する軸方向への並進運動と該軸に垂直な軸周りの回転運動の両方を不能にするように、前記光学素子の背面の中央部を固定することを特徴とする光学装置。
2. 基板と、
   光学素子と、
   前記基板に対して前記光学素子を部分的に固定する固定手段と、
   前記基板と前記光学素子との間に設けられ、前記光学素子の表面形状を変化させる力を前記光学素子に加える変形手段とを有し、
   前記変形手段は、前記光学素子の背面に接触する棒、および、前記基板に対して前記棒を駆動するアクチュエータを含み、
   前記固定手段は、前記光学素子の側面の少なくとも３箇所の各々における水平方向及び鉛直方向への並進を不能にするように該３箇所を固定することを特徴とする光学装置。
3. 前記光学素子の波面収差を測定する測定装置と、
   前記測定装置の測定結果に基づいて前記アクチュエータの駆動量を算出し、前記変形手段が加える力を制御するための制御部とを有することを特徴とする請求項１または２記載の光学装置。
4. 前記変形手段は、前記光学素子の表面形状を非対称に変形させ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光学装置。
5. 前記変形手段を冷却する冷却手段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光学装置。
6. 前記変形手段が前記光学素子に加える力によって、前記光学素子の少なくとも一部が変位しないように前記変形手段の前記力を決定して前記変形手段の変形動作を制御する制御部を有することを特徴とする請求項２記載の光学装置。
7. 前記光学素子の自重による変形を防止する自重補償手段を有することを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか一項記載の光学装置。
8. 前記自重補償手段は変形手段に沿って同極が対向するように配置された磁石を含むことを特徴とする請求項７記載の光学装置。
9. 請求項１乃至８のうちいずれか一項記載の光学装置を有することを特徴とする露光装置。
10. 請求項１乃至８のうちいずれか一項記載の光学装置の光学素子を含む被検光学系の波面収差を算出するステップと、
    前記算出ステップによって算出された前記被検光学系の前記波面収差に基づいて前記光学装置を利用して前記被検光学系を調節するステップと、
    前記調節ステップによって調節された前記被検光学系を使用して被露光体を露光するステップとを有することを特徴とする露光方法。
11. 請求項９に記載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ことを特徴とするデバイス製造方法。