JP5033015B2 - 露光装置、露光方法及びデバイス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、露光装置、露光方法及びデバイス製造方法に関する。

フォトリソグラフィー（焼き付け）技術を用いて半導体メモリや論理回路などの微細な半導体デバイスを製造する際に、投影露光装置が従来から使用されている。投影露光装置は、レチクル（マスク）に形成された回路パターンを投影光学系によってウエハ等の基板に投影して回路パターンを転写する。

投影露光装置においては、近年の半導体デバイスの微細化に伴って、更なる解像力（露光装置で転写できる最小の寸法）の向上が要求されており、露光光の短波長化及び投影光学系の高ＮＡ化（投影光学系の開口数（ＮＡ）の増大）が進んでいる。例えば、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーを露光光とし、０．８を超えるＮＡを有する投影光学系を備えた投影露光装置では、０．１μｍの解像力が実現されている。また、投影光学系の最終面（最終レンズ）とウエハとの間の少なくとも一部を１よりも大きな屈折率を有する液体で満たす、所謂、液浸によって投影光学系のＮＡの増大を図る液浸露光装置も提案されており、更なる解像力の向上が期待されている。

一方、露光装置の解像力の向上を実現するためには、投影光学系の性能（例えば、結像性能など）を正確に評価することが不可欠である。従来、露光装置上での投影光学系の性能の評価、或いは、組み立て時の投影光学系の性能の評価では、主に、透過波面収差が用いられてきた。但し、投影光学系の性能が向上するにつれて、投影光学系内の複屈折の影響を無視することができなくなってきているため、近年では、透過波面収差のみではなく、投影光学系の複屈折（瞳面内複屈折）も評価する必要がある。

そこで、投影光学系の組み立て時において透過波面収差を測定する干渉計に、投影光学系の複屈折を測定する機能を追加した測定装置が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１に開示された測定装置には、投影光学系の複屈折（複屈折分布）を測定（評価）するために、結像光学系が組み込まれている。従って、投影光学系内の複屈折を高精度に測定（評価）するためには、測定装置に組み込まれた結像光学系の複屈折（以下、「システムエラー」と称する）と投影光学系の複屈折とを分離しなければならない。

複屈折は、一般的に、ジョーンズ行列で表されるため、システムエラーと投影光学系の複屈折との分離（即ち、測定装置の校正）には、行列計算が必要となる。例えば、特許文献１では、光源から投影光学系までの往路（光源から投影光学系までの光路に配置された光学系）の複屈折と投影光学系から光検出部までの復路（投影光学系から光検出部までの光路に配置された光学系）の複屈折を別々に測定している。そして、システムエラーと投影光学系の複屈折とを含む測定値（即ち、測定装置の測定結果）を表すジョーンズ行列に、往路の複屈折及び復路の複屈折を表すジョーンズ行列の逆行列をかけることで、システムエラーと投影光学系の複屈折とを分離させている。
特開２００６−２１４８５６号公報

しかしながら、特許文献１は投影光学系の組み立て時における技術であり、露光装置に組み込まれた状態で投影光学系の複屈折を測定して、かかる複屈折の測定に用いられた測定装置のシステムエラーを分離する技術は知られていない。換言すれば、露光装置上で投影光学系の複屈折（複屈折分布）を高精度に測定する技術は提案されていない。

また、特許文献１では、測定装置に組み込まれた結像光学系において、光の入射角度が５度以下となる位置にミラーやプリズムを配置し、測定装置内の光路を４つに分割して複屈折を測定することで、往路の複屈折及び復路の複屈折を得ている。従って、システムエラーと投影光学系の複屈折を分離するためには、数多く（少なくとも４回）の複屈折の測定が必要となり、測定に長時間を要してしまう。

本発明は、このような従来技術の課題に鑑みて、投影光学系の複屈折を、露光装置上で短時間、且つ、高精度に測定することができる露光装置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る露光装置であって、撮像素子と、前記投影光学系を通過した光を前記撮像素子に入射させる結像光学系を含み、前記結像光学系と前記投影光学系との全体の複屈折を測定する測定部と、前記測定部の校正時において、前記結像光学系の複屈折を測定するために前記投影光学系の物体面側に配置され、前記測定部からの光を反射して前記投影光学系を介さずに前記測定部に戻す校正部と、前記測定部によって前記結像光学系と前記投影光学系との全体の複屈折を測定した結果から前記投影光学系の物体面側に前記校正部を配置して前記測定部によって測定した前記結像光学系の複屈折を分離して、前記投影光学系の複屈折を算出する算出部と、を有し、前記結像光学系は、光源からの光を前記投影光学系に入射させる往路光学系と、前記投影光学系を通過した光を前記撮像素子に入射させる復路光学系とを含み、前記校正部が入射光を反射して前記測定部に戻すことで前記結像光学系の複屈折が前記測定部によって測定され、前記校正部が入射光のうち互いに異なる少なくとも３つの直線偏光を反射して前記測定部に戻すことで前記復路光学系の複屈折が前記測定部によって測定されることを特徴とする。

本発明の別の側面としてのデバイス製造方法は、上述した露光装置を用いて基板を露光するステップと、露光され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。

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、投影光学系の複屈折を、露光装置上で短時間、且つ、高精度に測定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。

図１は、本発明の一側面としての露光装置１の構成を示す概略図である。露光装置１は、本実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式でレチクル３０のパターンをウエハ５０に転写する投影露光装置である。但し、露光装置１は、ステップ・アンド・リピート方式やその他の露光方式も適用することができる。

露光装置１は、光源１０と、照明光学系２０と、レチクル３０を保持するレチクルステージ（第１のステージ）３５と、投影光学系４０と、ウエハ５０を保持するウエハステージ（第２のステージ）５５と、制御部６０と、測定部７０と、校正部８０とを備える。なお、露光装置１は、図示しないアライメント検出系やフォーカス検出系なども備えている。

光源１０は、例えば、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザーや波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーなどのエキシマレーザーを使用する。但し、光源１０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、波長１０ｎｍ乃至１５ｎｍ程度のＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）光、水銀ランプやキセノンランプなどのランプを使用してもよい。

照明光学系２０は、光源１０からの光を用いてレチクル３０を照明する光学系である。照明光学系２０は、本実施形態では、光源１０からの光を光軸に対して対称な形状に整形する整形光学系２２と、可干渉距離を低下させるインコヒーレント化光学系２４と、レチクル３０を照明する照明系２６とを含む。

レチクル３０は、回路パターンを有し、レチクルステージ３５に保持及び駆動される。

レチクルステージ３５は、レチクル３０を保持すると共に、ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｘ軸方向及び各軸の回転方向にレチクル３０を駆動する。また、レチクルステージ３５は、本実施形態では、後述する校正部８０を載置し、レチクル３０と同様に、ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｘ軸方向及び各軸の回転方向に校正部８０を駆動する。なお、レチクル３０又はウエハ５０の面内で走査方向をｙ軸、それに垂直な方向をｘ軸、レチクル３０又はウエハ５０の面に垂直な方向をｚ軸とする。

投影光学系４０は、レチクル３０のパターンをウエハ５０に投影する光学系である。投影光学系４０は、屈折系、反射屈折系、或いは、反射系を使用することができる。

ウエハ５０は、レチクル３０のパターンが投影（転写）される基板である。但し、ウエハ５０は、ガラスプレートやその他の基板に置換することもできる。

ウエハステージ５５は、ウエハ５０を保持すると共に、ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｘ軸方向及び各軸の回転方向にウエハ５０を駆動する。また、ウエハステージ５５は、凹面ミラー７１３をｘ軸方向、ｙ軸方向、ｘ軸方向及び各軸の回転方向に駆動可能に保持する。

制御部６０は、ＣＰＵやメモリなどを有し、露光装置１の動作を制御する。制御部６０は、レチクルステージ３５及びウエハステージ５５の周辺に配置されたレーザ干渉計の測定結果に基づいて、レチクルステージ３５とウエハステージ５５とをｎｍオーダーで同期制御する。なお、レーザ干渉計は、レチクルステージ３５及びウエハステージ５５の投影光学系４０の光軸方向（即ち、ｚ軸方向）及び投影光学系４０の光軸に対して垂直な面内（即ち、ｘｙ平面）の位置を測定する。

また、制御部６０は、本実施形態においては、後述する測定部７０の動作（即ち、測定部７０の校正や測定部７０による投影光学系４０の複屈折の測定に関連する動作）も制御する。例えば、制御部６０は、レチクルステージ３５やウエハステージ５５を介して、測定部７０の校正時や投影光学系４０の複屈折の測定時に必要となる校正部８０の駆動や凹面ミラー７１３の駆動を制御する。また、制御部６０は、測定部７０の校正時や投影光学系４０の複屈折の測定時に必要となる算出処理を行う算出部として機能する。例えば、制御部６０は、撮像素子７１１で撮像された画像に基づいて複屈折を表すジョーンズ行列を算出する。また、制御部６０は、測定部７０によって測定部７０と投影光学系４０の全体の複屈折を測定した結果から測定部７０の複屈折を分離して、投影光学系４０の複屈折を算出する。なお、制御部６０による具体的な算出処理については後で詳細に説明する。

測定部７０は、光源１０からの光を投影光学系４０に入射させて、投影光学系４０を通過した光を撮像素子７１１に入射させる結像光学系を含み、投影光学系４０の複屈折を測定する。但し、測定部７０は、上述したように、結像光学系を有しているため、測定部７０の測定結果には、投影光学系４０の複屈折と測定部７０の複屈折（即ち、結像光学系の複屈折）とが含まれることになる。測定部７０は、本実施形態では、ファイバ７０１と、ファイバポート７０２と、λ／２板７０３と、偏光子７０４と、ビームエキスパンダ７０５と、ハーフミラー７０６と、対物レンズ７０７とを有する。更に、測定部７０は、瞳結像レンズ７０８と、λ／４板７０９と、検光子７１０と、撮像素子７１１と、空間フィルタ７１２と、凹面ミラー７１３とを有する。

校正部８０は、上述したように、レチクルステージ３５に載置され、測定部７０の結像光学系の光路に挿脱可能に構成されている。校正部８０は、測定部７０の校正時において、測定部７０の結像光学系の複屈折を測定するために投影光学系４０の物体面側に配置される光学ユニットである。校正部８０は、例えば、複数のミラーや複数のプリズムを含み、測定部７０からの光を反射して投影光学系４０を介さずに測定部７０に戻す。校正部８０は、図２に示すように、凹面ミラー８２と、凹面ミラー８４と、プリズム８６とを有する。凹面ミラー８２は、測定部７０の結像光学系全体の複屈折を測定する際に使用される。また、凹面ミラー８４及びプリズム８６は、測定部７０の結像光学系のうち復路光学系の複屈折を測定する際に使用される。プリズム８６は、本実施形態では、３つのプリズム８６ａ乃至８６ｃを含み、プリズム８６ａ乃至８６ｃは、ｚ軸に対してそれぞれ異なる角度（例えば、０度、６０度、１２０度）で配置され、所定の直線偏光のみを透過する。従って、プリズム８６ａ乃至８６ｃのそれぞれは、互いに異なる３つの直線偏光を透過する。また、３つのプリズム８６ａ乃至８６ｃのそれぞれに対応して３つの凹面ミラー８４ａ乃至８４ｃが配置されている。凹面ミラー８４ａ乃至８４ｃは、プリズム８６ａ乃至８６ｃを透過した光をそれぞれ反射して測定部７０に戻す。ここで、図２は、校正部８０の構成を示す概略断面図である。

以下、測定部７０及び校正部８０の詳細な構成や機能と共に、制御部６０による算出処理を説明する。まず、測定部７０の複屈折であるシステムエラーの測定方法について説明する。上述したように、複屈折はジョーンズ行列で表されるため、測定部７０によって測定部７０と投影光学系４０の全体の複屈折を測定した結果からシステムエラーを分離（減算）するためには、行列計算が必要となる。従って、測定部７０の結像光学系を、光源１０からの光を投影光学系４０に入射させる往路光学系と投影光学系４０からの光を撮像素子７１１に入射させる復路光学系とに分離して、往路光学系の複屈折及び復路光学系の複屈折をそれぞれ得る必要がある。本実施形態では、測定部７０の結像光学系全体の複屈折を表すジョーンズ行列をＪ＿ｍ、復路光学系の複屈折を表すジョーンズ行列をＪ＿ｒ、往路光学系の複屈折を表すジョーンズ行列をＪ＿ｇとする。

光源１０からの光は、ファイバ７０１を介して、ファイバポート７０２から射出する。ファイバポート７０２から射出した光は、λ／２板７０３及び偏光子７０４を透過する。λ／２板７０３及び偏光子７０４は図示しないθステージ上に配置され、λ／２板７０３及び偏光子７０４をそれぞれ回転させることで、既知の直線偏光を得ることができる。λ／２板７０３及び偏光子７０４を透過した光は、光束径を拡大するビームエキスパンダ７０５を介してハーフミラー７０６で反射され、対物レンズ７０７に入射する。

測定部７０の結像光学系全体の複屈折を測定する際には、レチクルステージ３５に載置された校正部８０が投影光学系４０の物体面側に配置される。具体的には、凹面ミラー８２が対物レンズ７０７の直下に位置し、且つ、対物レンズ７０７の集光位置と凹面ミラー８２の曲率中心とが一致するように、校正部８０が配置される。

校正部８０に入射した光は、凹面ミラー８２で反射され、対物レンズ７０７、ハーフミラー７０６、瞳結像レンズ７０８を介して、θステージ上に配置されたλ／４板７０９に入射する。λ／４板７０９で変調された光は、検光子７１０を介して、撮像素子７１１に入射する。この際、撮像素子７１１は、検光子７１０の角度によって定まる直線偏光成分のみを撮像する。

このようにして、互いに異なる３つの角度（例えば、０度、６０度、１２０度）を偏光子７０４に設定して３つの偏光パラメータを測定し、ジョーンズ行列を算出する。偏光パラメータ及びジョーンズ行列は移相子法で求められる。なお、移相子法については特許文献１に開示されているため、ここでの詳細な説明は省略する。これにより、偏光子７０４からλ／４板７０９までの複屈折、即ち、測定部７０の結像光学系全体の複屈折を表すジョーンズ行列Ｊ＿ｍを得ることができる。

また、測定部７０の復路光学系の複屈折を測定する際には、凹面ミラー８４及びプリズム８６が対物レンズ７０７の直下に位置するように、校正部８０が配置される。例えば、凹面ミラー８４ａ及びプリズム８６ａが対物レンズ７０７の直下に位置するように校正部８０を配置した場合、凹面ミラー８４ａで反射される光は、プリズム８６ａの角度によって定まる既知の直線偏光である。従って、対物レンズ７０７、ハーフミラー７０６及び瞳結像レンズ７０８の複屈折に、プリズム８６ａの角度によって定まる直線偏光を入射した際の偏光パラメータが測定される。同様に、凹面ミラー８４ｂ及びプリズム８６ｂ、及び、凹面ミラー８４ｃ及びプリズム８６ｃのそれぞれが対物レンズ７０７の直下に位置するように校正部８０を配置することで、互いに異なる３つの偏光パラメータを測定することができる。これにより、対物レンズ７０７からλ／４板７０９までの複屈折、即ち、測定部７０の復路光学系の複屈折を表すジョーンズ行列Ｊ＿ｒを得ることができる。

ここで、校正部８０におけるプリズム８６について説明する。プリズム８６は、本実施形態では、ウォラストンプリズムを使用する。ウォラストンプリズムは、入射光に対して等しい角度で常光と異常光を分離する。従って、プリズム８６としてウォラストンプリズムを使用する場合には、異常光を空間フィルタ７１２で遮光して、撮像素子７１１に異常光が入射することを防止する必要がある。

空間フィルタ７１２の開口半径がΔｒである場合、常光と異常光の分離角θ_Ｄは、以下の式１で表される。
θ_Ｄ＝Δｒ／ｆ０ ・・・（式１）
但し、式１において、ｆ０は、瞳結像レンズ７０８の焦点距離、詳細には、瞳結像レンズ７０８を構成するレンズのうちハーフミラー７０６側に配置されたレンズの焦点距離を表している。

ウォラストンプリズムは、常光も入射光に対して傾いた方向に射出するため、常光が空間フィルタ７１２（の開口）を通過するように、凹面ミラー８４の位置を調整する必要がある。

また、ウォラストンプリズムは、分離角θ_Ｄが小さければ、プリズムの接合角を小さくすることができるという特徴を有する。従って、ウォラストンプリズムは、薄型化が可能であるため、本実施形態のように、プリズム８６として対物レンズ７０７の集光位置の近傍に配置しても、収差の発生を抑えることができる。プリズムは、一般的には、複屈折硝材で構成されるため、集光位置に配置すると結晶軸方向に位相差を発生させてしまうが、かかる位相差を相殺する複屈折硝材を凹面ミラー８４とプリズム８６との間に配置すれば収差の発生を防止することができる。

なお、本実施形態では、プリズム８６としてウォラストンプリズムを使用しているが、対物レンズ７０７の開口角が小さい場合には、グラントムソンプリズムやサバール板などプリズムに置換することも可能である。

偏光子７０４から対物レンズ７０７までの複屈折、即ち、測定部７０の往路光学系の複屈折を表すジョーンズ行列Ｊ＿ｇは、ジョーンズ行列Ｊ＿ｍ及びＪ＿ｒを用いて、以下の式２で算出することができる。
Ｊ＿ｇ＝Ｊ＿ｒ^−１×Ｊ＿ｍ ・・・（式２）
但し、式２において、Ｊ＿ｒ^−１は、測定部７０の復路光学系の複屈折を表すジョーンズ行列Ｊ＿ｒの逆行列を表している。

次に、測定部７０によって測定部７０と投影光学系４０の全体の複屈折を測定した結果からシステムエラーを分離（減算）する方法について説明する。測定部７０の結像光学系の光路から校正部８０を退避させ、対物レンズ７０７の焦点位置が投影光学系４０の物点と一致するように、対物レンズ７０７を配置する。また、ウエハステージ５５に保持された凹面ミラー７１３の曲率中心と投影光学系４０の結像点とが一致するように、凹面ミラー７１３を配置する。

対物レンズ７０７からの光は、投影光学系４０を通過して凹面ミラー７１３で垂直反射する。凹面ミラー７１３で垂直反射した光は、投影光学系４０を再び通過し、対物レンズ７０７、ハーフミラー７０６、瞳結像レンズ７０８、λ／４板７０９及び検光子７１０を介して、撮像素子７１１に入射する。この際、測定部７０と投影光学系４０との全体の複屈折が測定される。

従って、測定部７０と投影光学系４０との全体の複屈折を表すジョーンズ行列をＪ＿ａとすると、投影光学系４０の複屈折を表すジョーンズ行列Ｊ＿ｐは、以下の式３で算出することができる。但し、行列の累乗根計算は特許文献１と同様であるため、ここでの詳細な説明は省略する。
Ｊ＿ｐ＝（Ｊ＿ｒ^−１×Ｊ＿ａ×Ｊ＿ｇ^−１）^１／２ ・・・（式３）
このように、本実施形態では、測定部７０の往路光学系の複屈折及び復路光学径の複屈折を２回の測定で得ることが可能であり、測定部７０と投影光学系４０との全体の複屈折からシステムエラーを分離することができる。従って、露光装置１は、投影光学系４０の複屈折を、露光装置上で短時間、且つ、高精度に測定することができる。

本実施形態では、校正部８０は、レチクルステージ３５に載置されているが、図３に示すように、投影光学系４０（具体的には、投影光学系４０を構成する鏡筒の入射面）に載置されていてもよい。この場合、対物レンズ７０７が校正部８０の直上に位置することができるように、対物レンズ７０７を駆動可能に構成する必要がある。ここで、図３は、本発明の一側面としての露光装置１の構成を示す概略図である。

また、校正部８０は、図４に示すように、互いに異なる角度で配置された３つの光学ユニット８１０ａ乃至８１０ｃで構成してもよい。この場合、光学ユニット８１０ａ乃至８１０ｃのそれぞれを対物レンズ７０７の直下に配置して、互いに異なる３つの偏光パラメータを測定し、ジョーンズ行列を算出する。なお、光学ユニット８１０ａ乃至８１０ｃは、レチクルステージ３５に載置されていてもよいし、投影光学系４０に載置されていてもよい。ここで、図４は、校正部８０の別の構成を示す概略断面図である。

図５は、光学ユニット８１０ａの構成を示す概略断面図である。光学ユニット８１０ａは、図５に示すように、凹面ミラー８２と、折り曲げミラー８１１ａと、レンズ８１２ａと、偏光ビームスプリッタ８１３ａと、反射ミラー８１４ａとを有する。凹面ミラー８２は、上述したように、測定部７０の結像光学系全体の複屈折を測定する際に使用される。折り曲げミラー８１１ａ、レンズ８１２ａ、偏光ビームスプリッタ８１３ａ及び反射ミラー８１４ａは、測定部７０の結像光学系のうち復路光学系の複屈折を測定する際に使用される。なお、光学ユニット８１０ｂ及び８１０ｃは、凹面ミラー８２を有していないだけで光学ユニット８１０ａと同様な構成を有しているため、ここでの詳細な説明は省略する。

測定部７０の復路光学系の複屈折を測定する際には、折り曲げミラー８１１ａが対物レンズ７０７の直下に位置するように、光学ユニット８１０ａが配置される。対物レンズ７０７からの光は、折り曲げミラー８１１ａで垂直な方向に偏向されてレンズ８１２ａに入射する。レンズ８１２ａに入射した光は平行光となって偏光ビームスプリッタ８１３ａに入射し、偏光ビームスプリッタ８１３ａの角度によって定まる直線偏光のみが反射ミラー８１４ａに入射する。反射ミラー８１４ａに入射した光は垂直反射され、偏光ビームスプリッタ８１３ａ、レンズ８１２ａ及び折り曲げミラー８１１ａを介して、対物レンズ７０７に戻る。なお、折り曲げミラー８１１ａ及びレンズ８１２ａは、測定部７０の復路光学系の複屈折に対して十分に小さい複屈折を有する硝材で構成することが好ましい。これにより、偏光パラメータは、測定部７０の復路光学系に偏光ビームスプリッタ８１３ａで定まる直線偏光を入射した際のものと見なすことが可能となる。光学ユニット８１０ｂ及び８１０ｃでも同様に測定することで、３つの偏光パラメータから測定部７０の復路光学系のジョーンズ行列Ｊ＿ｒを求めることができる。なお、測定部７０の結像光学系全体の複屈折を表すジョーンズ行列Ｊ＿ｍの測定（算出）方法や測定部７０と投影光学系４０との全体の複屈折からシステムエラーを分離する方法については、上述した通りである。

また、光学ユニット８１０ａは、本実施形態では、反射ミラー８１４ａを有しているが、反射ミラー８１４ａの代わりに偏光ビームスプリッタ８１３ａの射出面（反射ミラー８１４ａに対向している面）に反射膜を形成してもよい。また、偏光ビームスプリッタ８１３ａで反射された光を垂直反射させるのではなく、偏光ビームスプリッタ８１３ａを透過した光を垂直反射させてもよい。

また、測定部７０の復路光学系の複屈折に対して十分に小さい複屈折を有する硝材で折り曲げミラー８１１ａ及びレンズ８１２ａを構成することができない場合には、折り曲げミラー８１１ａ及びレンズ８１２ａの複屈折を予め測定しておく。そして、折り曲げミラー８１１ａ及びレンズ８１２ａの複屈折に基づいて、測定部７０の復路光学系に入射する光の偏光状態を算出してもよい。

露光装置１の動作において、まず、投影光学系４０の複屈折を測定する。投影光学系４０の複屈折は、上述したように、校正部８０を用いて測定部７０の複屈折（システムエラー）を測定し、測定部７０によって測定部７０と投影光学系４０との全体の複屈折を測定した結果からシステムエラーを分離することで得られる。投影光学系４０の複屈折が測定されると、かかる測定結果に基づいて、投影光学系４０の複屈折が調整される。投影光学系４０の複屈折は、例えば、投影光学系４０を構成する光学素子を光軸周りに回転させたり、光軸方向に駆動したりすることで調整することができる。測定部７０は、上述したように、投影光学系４０の複屈折を短時間で高精度に測定することができるため、投影光学系４０の複屈折も短時間で高精度に調整することができる。

次いで、レチクル３０のパターンをウエハ５０に露光する。光源１０から発せられた光は、照明光学系２０によってレチクル３０を照明する。レチクル３０のパターンを反映する光は、投影光学系４０によってウエハ５０上に結像する。露光装置１が使用する投影光学系４０は、上述したように複屈折が高精度に調整されており、優れた結像能力を達成する。従って、露光装置１は、高いスループットで経済性よく高品位なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。

次に、図６及び図７を参照して、露光装置１を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図６は、デバイス（半導体デバイスや液晶デバイス）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体デバイス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（レチクル製作）では、設計した回路パターンを形成したレチクルを製作する。ステップ３（ウエハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプロセス）は、前工程と呼ばれ、レチクルとウエハを用いてリソグラフィー技術によってウエ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エ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、これが出荷（ステップ７）される。

図７は、ステップ４のウエ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、ウエハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウエ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、ウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウエハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置１によってレチクルの回路パターンをウエハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウエハを現像する。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エハ上に多重の回路パターンが形成される。かかる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１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。

なお、本実施形態の校正部８０は、図８に示すように、フィゾー型の干渉計１００にも適用することができる。干渉計１００は、後述するように、投影光学系４０の透過波面収差を測定する機能及び投影光学系４０複屈折を測定する機能を実現する構成を有する。図８は、校正部８０を適用したフィゾー型の干渉計１００の構成を示す概略図である。

干渉計１００は、λ／２板７０３と、偏光子７０４と、ビームエキスパンダ７０５と、ハーフミラー７０６と、瞳結像レンズ７０８と、λ／４板７０９と、検光子７１０と、撮像素子７１１と、空間フィルタ７１２と、凹面ミラー７１３とを備える。また、干渉計１００は、透過波面収差を測定するために、可干渉距離の長い干渉計用光源７２０と、波面整形用ピンホール７２１とを備えている。更に、干渉計１００は、対物レンズ７０７の代わりに、最終面の曲率中心がレンズの焦点位置と一致し、且つ、最終面に入射する光の一部を透過して残りを反射する、所謂、ＴＳレンズ７２２を備えている。なお、λ／４板７０９及び検光子７１０は、干渉計１００の光路に挿脱可能に構成されており、投影光学系４０の透過波面収差を測定する際には測定部７０の光路から退避される。

投影光学系４０の透過波面収差を測定する際には、ウエハステージ５５に保持された凹面ミラー７１３をｚ軸方向に微小駆動させて位相を変調する、所謂、フリンジスキャン法を用いる。凹面ミラー７１３は、ウエハステージ５５で駆動させてもよいし、凹面ミラー７１３にピエゾアクチュエータを取り付けて駆動させてもよい。また、凹面ミラー７１３の代わりに、ＴＳレンズ７２２をｚ軸方向に微小駆動させても位相を変調することが可能である。

投影光学系４０の複屈折を測定する際には、λ／４板７０９及び検光子７１０を干渉計１００の光路に配置する。また、校正部８０は投影光学系４０に載置されているため、干渉計１００を校正する際には、ＴＳレンズ７２２を校正部８０の直上に配置する。干渉計１００において、投影光学系４０の複屈折を測定するためには、透過波面収差を測定する際に発生する干渉パターンを空間フィルタ７１２の駆動や干渉パターンの平均強度などを用いて除去する必要がある。但し、干渉パターンの除去については、特許文献１に開示されているため、ここでの詳細な説明は省略する。また、干渉計１００（の結像光学系）の複屈折及び投影光学系４０の複屈折の測定方法は、上述した通りである。

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。

本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略図である。 図１に示す露光装置の校正部の構成を示す概略断面図である。 本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略図である。 図１に示す露光装置の校正部の別の構成を示す概略図である。 図４に示す校正部の光学ユニットの構成を示す概略断面図である。 デバイスの製造を説明するためのフローチャートである。 図６に示すステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。 本実施形態の校正部を適用したフィゾー型の干渉計の構成を示す概略図である。

符号の説明

１ 露光装置
１０ 光源
２０ 照明光学系
２２ 整形光学系
２４ インコヒーレント化光学系
２６ 照明系
３０ レチクル
３５ レチクルステージ
４０ 投影光学系
５０ ウエハ
５５ ウエハステージ
６０ 制御部
７０ 測定部
７０１ ファイバ
７０２ ファイバポート
７０３ λ／２板
７０４ 偏光子
７０５ ビームエキスパンダ
７０６ ハーフミラー
７０７ 対物レンズ
７０８ 瞳結像レンズ
７０９ λ／４板
７１０ 検光子
７１１ 撮像素子
７１２ 空間フィルタ
７１３ 凹面ミラー
８０ 校正部
８２ 凹面ミラー
８４、８４ａ乃至８４ｃ 凹面ミラー
８６、８６ａ乃至８６ｃ プリズム
８１０ａ乃至８１０ｃ 光学ユニット
８１１ａ 折り曲げミラー
８１２ａ レンズ
８１３ａ 偏光ビームスプリッタ
８１４ａ 反射ミラー
１００ 干渉計
７２０ 干渉計用光源
７２１ 波面整形用ピンホール
７２２ ＴＳレンズ

Claims (10)

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る露光装置であって、
   撮像素子と、前記投影光学系を通過した光を前記撮像素子に入射させる結像光学系を含み、前記結像光学系と前記投影光学系との全体の複屈折を測定する測定部と、
   前記測定部の校正時において、前記結像光学系の複屈折を測定するために前記投影光学系の物体面側に配置され、前記測定部からの光を反射して前記投影光学系を介さずに前記測定部に戻す校正部と、
   前記測定部によって前記結像光学系と前記投影光学系との全体の複屈折を測定した結果から前記投影光学系の物体面側に前記校正部を配置して前記測定部によって測定した前記結像光学系の複屈折を分離して、前記投影光学系の複屈折を算出する算出部と、
   を有し、
   前記結像光学系は、光源からの光を前記投影光学系に入射させる往路光学系と、前記投影光学系を通過した光を前記撮像素子に入射させる復路光学系とを含み、
   前記校正部が入射光を反射して前記測定部に戻すことで前記結像光学系の複屈折が前記測定部によって測定され、前記校正部が入射光のうち互いに異なる少なくとも３つの直線偏光を反射して前記測定部に戻すことで前記復路光学系の複屈折が前記測定部によって測定されることを特徴とする露光装置。
2. 前記校正部は、前記マスクを保持するステージに載置されていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記校正部は、前記投影光学系に載置されていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
4. 前記校正部は、前記結像光学系の光路に挿脱可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
5. 前記校正部は、
   入射光を反射して前記測定部に戻すミラーと、
   入射光のうち互いに異なる前記少なくとも３つの直線偏光をそれぞれ透過する複数のプリズムと、
   前記複数のプリズムを透過した光をそれぞれ反射して前記測定部に戻す複数のミラーと、
   を含む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. 前記複数のプリズムのそれぞれは、ウォラストンプリズムを含むことを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
7. 前記校正部は、
   入射光のうち所定の直線偏光のみを反射する偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタで反射された光を反射して前記測定部に戻すミラーとを含む複数の光学ユニットを有し、
   前記複数の光学ユニットは、それぞれの前記偏光ビームスプリッタが互いに異なる前記少なくとも３つの直線偏光を反射するように配置され、
   前記複数の光学ユニットのうち１つの光学ユニットは、入射光を反射して前記測定部に戻すミラーを更に含む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。
8. 前記算出部は、前記測定部によって測定された前記結像光学系の複屈折から前記測定部によって測定された前記復路光学系の複屈折を分離して、前記往路光学系の複屈折を算出することを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
9. 請求項１乃至８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、
   露光され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製造方法。
10. 投影光学系を用いて基板を露光する露光方法であって、
    前記投影光学系を通過した光を撮像素子に入射させる結像光学系を含む測定部を用いて、前記結像光学系と前記投影光学系との全体の複屈折を測定するステップと、
    前記結像光学系の複屈折を測定するために前記投影光学系の物体面側に配置された校正部を用いて、前記測定部からの光を反射して前記投影光学系を介さずに前記測定部に戻すステップと、
    前記測定部によって前記結像光学系と前記投影光学系との全体の複屈折を測定した結果から前記投影光学系の物体面側に前記校正部を配置して前記測定部によって測定した前記結像光学系の複屈折を分離して、前記投影光学系の複屈折を算出するステップと、
    前記算出された複屈折に基づいて、前記投影光学系の複屈折を調整するステップと、
    前記調整された投影光学系を用いて前記基板を露光するステップと、を有し、
    前記結像光学系は、光源からの光を前記投影光学系に入射させる往路光学系と、前記投影光学系を通過した光を前記撮像素子に入射させる復路光学系とを含み、
    前記校正部が入射光を反射して前記測定部に戻すことで前記結像光学系の複屈折が前記測定部によって測定され、前記校正部が入射光のうち互いに異なる少なくとも３つの直線偏光を反射して前記測定部に戻すことで前記復路光学系の複屈折が前記測定部によって測定されることを特徴とする露光方法。

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