JP5522944B2

JP5522944B2 - 測定装置、測定方法及び露光装置

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Description

本発明は波面収差測定装置及び露光装置に関する。

半導体素子等をフォトリソグラフィで製造する際にレチクルに形成されたパターンを投影光学系を介してウエハに露光する投影型露光装置が従来使用されている。そして、半導体素子の回路パターンの微細化の要求から、紫外光よりも更に波長が短い波長５〜２０ｎｍ程度のＥＵＶ（ＥｘｔｒｅｍｅＵｌｔａｒａｖｉｏｌｅｔ）光を用いた投影型露光装置の実用化も検討されている。

レチクルパターンを特定の倍率で正確に被露光体に転写するために、投影光学系には収差を抑えた高い結像性能が必要である。特に、半導体素子の回路パターンの微細化の要求により、転写性能は投影光学系の収差に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測定する必要がある。

ＥＵＶ用の投影光学系の波面収差を高精度に測定する方法としては、点回折干渉計（ＰＤＩ）や、ＰＤＩほど高度なアライメントを必要としないシアリング干渉計が提案されている。

波面収差測定用のシアリング干渉計においては、従来よく知られているのは特許文献１にて開示されているように被検光学系の物体面に設けられた１個のピンホールから射出される球面波を被検光学系に入射させる。被検光学系から射出する光の波面は被検光学系の収差により変形される。被検光学系の下には回折格子が配置されており、被検光学系からの射出光が回折格子により各次数の回折光として分離される。特許文献１に記載のものを含め、通常この種のシアリング干渉計では物体面に設けられた１個のピンホールから測定に十分な強度の回折光を得る必要があるため、高い照度で該ピンホールを照明する必要がある。このため、高輝度の光源からの光をこのピンホールに集光する必要がある。

光源としては、現在一般的に利用できるのは、電子蓄積リングに挿入されたアンジュレータ光源であるが、これは巨大な設備であるため、露光装置の組立ライン及び露光装置の使用場所で利用することは難しい。このため、波面測定用の光源として小型の露光光源を共用できることが好ましい。特許文献２、特許文献３には、これを実現する方法が開示されている。具体的には、物体面に多数のピンホール、または開口を特定の配列に従って配置することで、光の利用効率を高めている。この結果、露光光源として使用されているプラズマ光源のような低輝度光源を利用してシアリング干渉計による投影光学系の波面収差の測定を可能にしている。

シアリング干渉計では、一般に、被検光学系を通過した光は被検光学系の波面収差を含む。さらに、この光には、回折格子によって回折する際に新たな波面収差が重畳される。ここで、回折格子で発生する波面収差を回折格子収差という。回折格子収差の発生原因としては、回折格子に入射する光束が平行光束ではなく、収束光束又は発散光束であること、回折格子の姿勢に誤差があること、回折格子の周期性に製造上の誤差があること、が挙げられる。

回折格子収差は、被検光学系の波面収差の測定誤差になるので、精度の高い波面収差測定を実現するためには、回折格子収差を除去することが必要である。特許文献２に開示されたシアリング干渉計に対応した校正方法としては特許文献４に開示されているように透過光が回折して無収差の球面波になるような極めて微小なピンホールを像面に多数配置する方法がある。
特開２００５−１５９２１３号公報特開２００６−３３２５８６号公報特開２００７−２３４６８５号公報特開２００８−１９８７９９号公報

露光装置の投影光学系は今後転写パターンの微細化に伴って大きなＮＡを要求されることになり、特許文献４の発明において、高ＮＡに対応する、球面波を発生させるようなピンホールの直径は極めて小さなものとなる。一般に透過光が無収差の球面波と見なせるピンホール直径ＤはＤ≦λ／（２ＮＡ）であるので、ＮＡが０．３では波長λ＝１３．５ｎｍとしてＤ≦２２．５ｎｍとなる。このような小さなピンホールを作成するのは容易ではなく、またピンホールの厚さとピンホール直径の比、即ちアスペクト比が大きくなり、ピンホール透過率が小さくなって波面計測に十分な光量がえられないという問題があった。したがって、被検光学系の波面収差を高精度に計測することができなかった。

そこで、本発明は、球面波を発生させるような微小ピンホールを像側に設けずに、被検光学系の波面収差を高精度に測定可能な波面収差測定装置及びこれを備えた露光装置を提供する。

本発明の１つの側面としての測定装置は、被検光学系の収差を測定する測定装置であって、前記被検光学系を経た光を分割する回折格子と、前記回折格子で分割された光が相互に干渉することにより形成される干渉縞を検出する検出部と、該検出された干渉縞の情報を用いて収差を算出する演算部と、開口が設けられ、前記被検光学系の像面に対して挿脱可能な像側マスクと、前記像側マスクをインコヒーレントで照明する照明部とを有し、前記像側マスクの開口への入射光の開口数をＮＡ、前記入射光の波長をλとすると、前記像側マスクの開口の直径はλ／（２ＮＡ）より大きく、前記像側マスクが前記像面から退避した状態で前記干渉縞を前記検出部により検出し、前記像側マスクが前記像面に配置された状態で、前記照明部は前記被検光学系の開口数以上の光で前記像側マスクの開口を照明して、前記開口を介して前記回折格子により形成される前記干渉縞を前記検出部により検出し、前記演算部は、前記像側マスクが前記像面から退避した状態で検出された前記干渉縞の情報と、前記像側マスクが前記像面に配置された状態で検出された前記干渉縞の情報とを用いて、前記被検光学系の収差を算出することを特徴とする。
本発明の別の側面としての測定方法は、被検光学系の収差を測定する測定方法であって、前記被検光学系を経た光を分割する回折格子で分割された光が相互に干渉することにより形成される干渉縞を検出するステップと、該検出された干渉縞の情報を用いて収差を算出するステップと、開口が設けられ、前記被検光学系の像面に対して挿脱可能な像側マスクをインコヒーレントで照明するステップとを有し、前記像側マスクの開口への入射光の開口数をＮＡ、前記入射光の波長をλとすると、前記像側マスクの開口の直径はλ／（２ＮＡ）より大きく、前記像側マスクが前記像面から退避した状態で前記干渉縞を検出し、前記像側マスクが前記像面に配置された状態で、前記照明部は前記被検光学系の開口数以上の光で前記像側マスクの開口を照明して、前記開口を介して前記回折格子により形成される干渉縞を検出し、前記像側マスクが前記像面から退避した状態で検出された前記干渉縞の情報と、前記像側マスクが前記像面に配置された状態で検出された前記干渉縞の情報とを用いて、前記被検光学系の収差を算出することを特徴とする。

本発明によれば、球面波を発生させるような微小ピンホールを像側に設けずに、被検光学系の波面収差を高精度に測定することが可能である。

本実施形態の波面収差測定装置は、シアリング干渉計の一形態であり、被検光学系の物体面に配置された、複数の開口を有する収差計測用マスクと、収差計測用マスク及び被検光学系を経た測定光を分割する回折格子を有する。さらに、被検光学系の像面に対して挿脱可能な像側マスクを有する。

分割された測定光（分割光）は横ずれした状態で相互に検出器上で重なり合って、干渉縞を形成する。回折格子を被検光学系の像面よりも下流であってトールボット（タルボともいう）効果が現れる位置に配置されることで検出器上には明瞭な多数本の干渉縞が生じる。そして、形成された干渉縞の形状からフーリエ変換法を利用して波面収差を算出する。

このフーリエ変換法では位相シフト法と異なり、１枚の干渉縞の画像から波面の復元ができる。このため、位相シフト機構を設ける必要がなく、装置構成を簡素化できる。フーリエ変換法を利用して波面回復するには、先ず干渉縞の画像を２次元フーリエ変換して周波数マップに変換する。次に周波数マップ上のキャリア周波数近傍のみを切り出してキャリア周波数が原点になるように座標変換をした上で逆フーリエ変換を行うことで複素振幅マップを得る。この複素振幅マップから位相成分を取り出したのが所謂シア波面である。フーリエ変換法に関しては”ＯｐｔｉｃａｌＳｈｏｐＴｅｓｔｉｎｇ２^ｎｄＥｄｉｔｉｏｎ”、ＤａｎｉｅｌＭａｌａｃａｒａ著、４９１ページ、１３．５節ＦＯＵＲＥＩＥＲＡＮＡＬＹＳＩＳＯＦＩＮＴＥＲＦＥＲＯＧＲＡＭＳに詳細な記載がある。

本実施形態では２次元回折格子を使用しているので、周波数マップ上でのキャリア周波数は、ある方向（Ｘ方向とする）のキャリア縞と、Ｘ方向に垂直な方向（Ｙ方向とする）のキャリア縞に相当する２箇所に現れる。しがたって、シア波面もＸシア波面とＹシア波面の２つが得られる。シア波面から復元波面を求める方法は何種類か提案されており、その１方式の具体的手順が特許文献３に開示されている。

以上の手順で求めた復元波面Ｗ１には、被検光学系の透過波面だけでなく回折格子に起因する誤差、すなわち回折格子収差を含んでいる。そこで、以下のように回折格子収差を除去することで、測定された収差を校正する。

まず、被検光学系の結像位置（像側）にマスク（像側マスク）を配置する。像側マスクは被検光学系の光路の内外に移動可能である。像側マスクの照明装置は、被検光学系の開口数に等しいかそれより大きい開口数でインコヒーレントに像側マスクの開口部を照明する。従って、この開口部はインコヒーレントな面光源となって回折格子を照明する。

インコヒーレントな面光源はインコヒーレントな点光源がその面内に密に集合しているのと等価である。そのため、回折格子の下流にあって干渉縞を検出する検出器には、それら多数のインコヒーレントな球面波が回折格子で回折されて生じる干渉縞が強度的に重なり合ったのと同じ形状の干渉縞が生じる。従って、この状態で波面計測を行うことで回折格子収差のみの波面Ｗ０が得られる。

波面Ｗ１は被検光学系の波面収差と回折格子収差を含むので、回折格子収差を校正した被検光学系の波面ＷはＷ１−Ｗ０として求めることができる。

なお、本明細書では波面収差を算出する又は測定するとの記載は、波面収差そのもののだけでなく、波面収差に関する情報の算出又は測定を含む。回折格子収差についても同様である。
以下、本実施形態の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。

本実施例における被検光学系の波面収差を測定する波面収差測定装置の構成について、図１及び図２を参照して説明する。

図１は、被検光学系３０の波面収差Ｗに回折格子収差Ｗ０が加わった波面Ｗ１の測定を示す図である。図１の測定装置では、像側マスク２０が移動手段２２によって光路外に退避されている状態で波面収差測定を行う。この際に測定された波面収差Ｗ１は、被検光学系３０の波面収差Ｗと回折格子収差Ｗ０とを含む。すなわち、Ｗ１＝Ｗ＋Ｗ０の関係が成り立つ。

一方、図２は、回折格子収差Ｗ０の測定を示す図である。回折格子収差Ｗ０の測定時には、移動手段２２によって、被検光学系３０と回折格子４０の間にある被検光学系３０の像面位置に像側マスク２０が挿入される。この際に測定された波面収差は回折格子収差Ｗ０のみを含む。

被検光学系３０の波面収差Ｗに回折格子収差Ｗ０が加わった波面である波面収差Ｗ１の測定に関して説明する。より詳細な説明は、特許文献２及び特許文献３に開示されている。

被検光学系３０の物体面には収差計測用マスク１０が配置されている。収差計測用マスク１０は、光を反射して射出する領域である光学部としての複数の開口１１を有する。図３は、収差計測用マスク１０を照射光側から見た図であり、複数の開口１１の配置が示されている。開口１１が配置されている領域の直径Ａは、被検光学系３０の収差が略一様と見なせる範囲である２００μｍとしている。

開口１１は、特許文献２にあるように照明光が照射されるとそこで発生する回折光の波面が無収差の球面波となるような直径を有するピンホールであってもよいし、特許文献３にあるような大きなサイズの直径を持つ開口であってもよい。ピンホールの場合は、直径Ｄと開口数（ＮＡ）と回折光の波長λが、Ｄ≦λ／（２ＮＡ）を満たせば、回折光は無収差の球面波とみなすことができる。

被検光学系３０の像面側のＮＡが０．３で、倍率が１／４倍の場合は、入射側のＮＡは０．０７５になる。この場合、照明光の波長λを１３．５ｎｍとすれば、この範囲の回折角を無収差の回折光でカバーするためのピンホール直径は、１３．５／（２×０．０７５）＝９０ｎｍ以下である。

ただし、ピンホールの直径を小さくすると回折光の強度も減少するので、ピンホールの直径としては収差が許容できる範囲で大きいことが好ましい。なお、以下の説明でも、特に断りのない限り、照明光の波長は１３．５ｎｍとする。

照明装置６０は収差計測用マスク１０の複数の開口１１を一括して照明する。開口１１の裏側には反射面が設けられており、その反射面で光が反射して複数の放射光が生成される。複数の放射光は被検光学系３０を通過することで被検光学系３０の波面収差を含むようになり、その状態で回折格子４０に達する。

回折格子４０は２次元回折格子であり、入射光を２次元的に複数の次数の回折光に分割する。図１では、回折格子４０が発生する０次以外の回折光の図示を省略している。

回折格子４０で生じた各次数の回折光は、互いに僅かに異なる方向に進行し、干渉縞を検出する検出器（検出部）５０に達する。検出器５０上では、それらの回折光が横ずれした状態で重なって干渉し、所謂シアリング干渉縞が生じる。

検出器５０は、背面照射型のＣＣＤセンサ等のディテクタ又はカメラである。高いコントラストの干渉縞を得るために、被検光学系３０の像面と回折格子４０との距離Ｌｇは、トールボット条件と言われる以下の数式１を満足する。
（数式１）
Ｌｇ＝ｍ・Ｐｇ^２／λ
ここで、Ｐｇは回折格子４０の格子周期であり、λは測定光（照明光）の波長である。ｍは０以外の正の整数である。ｍを０以外としたのは、干渉縞にキャリアと呼ばれる細かな干渉縞を発生させることで、前述のフーリエ変換法による波面回復を可能とするためである。

回折角θ＝λ／Ｐｇと、被検光学系の開口数ＮＡの２倍との比、つまりθ／（２×ＮＡ）（シア比）は、０．０１から０．０５程度にするのが経験上望ましく、本実施例ではＮＡ＝０．３、回折格子周期Ｐｇ＝１μｍとすることで、シア比を０．０２３としている。

なお、回折格子４０が被検光学系３０の像面の上流側であっても下流側であってもシアリング干渉縞は生じる。ただし、後述するように、像側マスク２０を像面に挿入して回折格子４０で発生する収差を測定することを考慮すると、回折格子４０は像面より下流に配置する必要がある。

隣接する開口１１同士の間隔Ｐｐは、照明光の空間的コヒーレンス長以上に設定されているので、各開口１１で反射した光は互いに干渉しない。したがって、検出器５０上において開口１１からの光によって生じた多数の干渉縞を、単に強度的に重ね合わせることができる。このため、各開口１１への照明光の密度が低くても、検出器５０上では十分な光強度が得られる。

さらに、開口１１の間隔Ｐｐが下記の数式２を満たすことで干渉縞の明暗の位置が互いに一致していれば、干渉縞のコントラストを劣化させることなく、測定に十分な強度の干渉パターンが得られる。βは被検光学系の倍率である。
（数式２）
Ｐｐ＝Ｐｇ／β

開口としてピンホールを利用した場合は、さらに光利用効率を高めるため複数のピンホールからなるピンホール群を間隔Ｐｐで配列すればよい。

演算部５１は、検出器５０が検出した干渉縞の情報を取得して、フーリエ変換法を利用した波面回復を行う。ここで得られた波面Ｗ１には、前述のとおり被検光学系３０の波面収差Ｗに加えて回折格子収差Ｗ０が含まれる。

次に、図２を参照して回折格子収差Ｗ０の測定について説明する。回折格子収差Ｗ０の測定時には、移動手段２２によって、被検光学系３０と回折格子４０の間にある被検光学系３０の像面位置に像側マスク２０を挿入する。

図４には、像側マスク２０の構造の一例を示している。像側マスク２０には、光を透過して射出する領域である開口部２１が設けられている。像側マスク２０は透過型で、ニッケル等の光吸収率の大きい金属の自立膜に貫通穴を設けた構造を有する。開口部２１の数は１個でも可能だが、本実施例では、より光利用効率を高めるため複数の開口部２１を周期的に配列している。この配列周期は格子周期Ｐｇと同一にすることで、個々の開口部２１から発した光はそれぞれ、検出器５０上で明暗の位置が一致した干渉縞を生成する。したがって、コントラストが劣化することなく十分な強度の干渉縞が得られる。

本実施例における波面収差測定装置は、０次回折光と１次回折光、および０次回折光と−１次回折光の干渉を利用している。

図５は、開口部２１の直径Dと回折格子４０の周期Ｐｇとの比を横軸に、０次回折光と１次回折光（−１次回折光でも同様）とのコヒーレンス係数の絶対値を縦軸にとって、これらの関係を表している。これらの関係は、ｖａｎＣｉｔｔｅｒｔＺｅｒｎｉｋｅの定理として知られているインコヒーレント光源による照明光のコヒーレンス係数の関係と回折格子４０における１次回折光の回折角から算出したものである。

図５から開口部２１の直径Ｄと回折格子周期Ｐｇとの比（Ｄ／Ｐｇ）が１．２になると、コヒーレンス係数は０となって干渉しなくなるのが分かる。従って、開口２１の直径Ｄは回折格子４０の周期Ｐｇの１．２倍より小さくする必要がある。逆に直径Ｄを周期Ｐｇに比して小さくすればコヒーレンス係数が１に近づき干渉縞のコントラストは向上するが、あまりに小さいと開口２１を加工するのが困難な上、光利用効率が低下することで測定に長時間を要することになり望ましくない。

望ましい値としては自立膜に容易に開口を加工することができ、かつ自立膜の膜厚と同程度以上とすることで開口通過中の光の減衰が少なくなる１００ｎｍ以上である。逆に、開口の直径を回折格子４０の周期と同程度まで大きくすると回折次数間のコヒーレンス係数が低下し、干渉縞のコントラストが低下する。そのため、本実施例では光量が十分に得られ、干渉縞のコントラストが０．６の干渉縞を得ることができるように、開口２１の直径を回折格子周期の０．６倍にしてある。

像側マスク２０をインコヒーレント照明する照明手段は、本実施例では投影露光装置への適用例を考慮してなるべく露光装置に負担とならない構成としている。即ち、前記照明手段は、被検光学系３０の物体位置にインコヒーレント光を放射することができる物体側光放射手段を含む構成となっている。物体側光放射手段は、入射光を被検光学系に向けて反射する物体側光放射部１６を有する物体側マスク１５と、物体側光放射部１６を照明する照明装置６０（物体側照明手段）から構成されている。なお、回折格子収差Ｗ０のみを測定するために、像側マスク２０をインコヒーレント照明する照明手段は、被検光学系３０を介して像側マスク２０を照明してもよいし、被検光学系３０を介さずに像側マス２０を照明してもよい。

図６は物体側マスク１５を示す図である。物体側光放射部１６から放射されたインコヒーレント光は被検光学系３０を介して像側マスク２０の開口部２１に照射される。物体側光放射部１６の直径は、開口１１が配置されている領域の直径Ａと同じ２００μｍとしている。照明装置６０の開口数が被検光学系の入射側開口数と同じ又はそれより大きければ、物体側光放射部１６として静止した単なる平板ミラーが利用できる。しかし、本実施例では露光装置に適用される際の利便性を考慮して、露光装置の照明光学系が照明装置６０を兼ねることができるようになっている。

「光学の原理ＩＩＩ」（Ｍ．ボルン、Ｅ．ウォルフ著、東海大学出版会発行）によれば、像面では物体面がインコヒーレントに照明されていて、且つ数式３（同書では１０．５．１節１３式）をみたせば結像光学系の収差に無関係にインコヒーレントに照明される。
（数式３）
ρ’＞＞０．１３ｒ’_Ａ
ここでρ’は像の大きさであり、ｒ’_Ａは結像光学系のＡｉｒｙ像における第１暗環の半径を意味し、０．６１λ／ＮＡである。

本実施例では、ＮＡ＝０．３、λ＝１３．５ｎｍよりｒ’_Ａ＝２７ｎｍとなる。ρ’は、物体側光放射部１６の直径２００μｍに被検光学系の倍率１／４を乗じた値、５０μｍである。したがって数式１は十分に成立している。これより物体側光放射部１６がインコヒーレントに照明されていれば、開口１１はインコヒーレントな面光源と見なせるので、この状態で波面計測を実行すれば被検光学系３０の波面を含まない回折格子収差のみの波面が得られる。

通常、露光装置の照明光学系の開口数と投影光学系の入射側開口数の比（σと記す）は０．８程度であり、物体側光放射部１６を単なる平面ミラーとしただけでは物体側光放射部１６からはσ＝１に相当する十分にインコヒーレントな放射光は得られない。

この対策として、次の３つの工夫のどれかまたはそれらの組み合わせが採用されている。第１の工夫として、物体側マスク１５の表面に凹凸による勾配を設けた上で、検出器５０の積分時間内に物体側マスク１５を面内で凹凸の周期以上の距離を移動する。この場合の最大勾配は被検光学系３０の入射側開口数０．０７５と照明装置６０の開口数０．０６の差以上（０．０１５ラジアン以上）にすることで放射光が被検光学系３０の入射瞳に完全に満たすようしている。

第２の工夫としては、検出器５０の積分時間内に、照明装置６０の照明光が被検光学系３０の入射側開口数と照明装置の開口数の差以上の角度で入射するように、物体側マスク１５を動かす。つまり、物体側マスク１５を検出器５０の積分時間内に０．０１５ラジアン以上の角度で変化させることで放射光が被検光学系３０の入射瞳に完全に満たすようしている。

第３の工夫としては、照明装置６０が照明光の入射角を、検出器５０の積分時間内に被検光学系３０の入射側開口数と照明装置６０の開口数の差以上の角度で変化させる。つまり、照明装置６０の照明光を積分時間内に０．０１５ラジアン以上の角度で変化させることで放射光が被検光学系３０の入射瞳に完全に満たすようしている。

以上より、演算部５１において、図１の構成で測定した波面Ｗ１から図２の構成で測定した波面Ｗ０を差し引くことで、被検光学系３０の波面収差Ｗのみを得ることができる。一度求めた回折格子収差Ｗ０を演算部５１に記憶しておけば、回折格子４０を交換しない限り、被検光学系３０の測定の度にＷ０を測定する必要はない。

このように、像側マスクに、直径がλ／（２ＮＡ）以下の微小ピンホールを用いなくても回折格子収差のみを高精度に測定することできる。したがって、その回折格子収差を用いて、被検光学系の波面収差を高精度に求めることができる。

なお、図１及び図２では、被検光学系３０は１つの光学素子としての概念図が示されているが、被検光学系３０がＥＵＶ露光装置用投影光学系の場合は、通常６枚から８枚のミラーで構成されるが、図では略記している。

以下、図７及び図８を参照して、本発明の第２の実施例である露光装置について説明する。図７は露光装置１００の露光時の配置を示している。露光装置１００は、ＥＵＶ光を用いてマスクに形成された回路パターンをウエハ１６０に露光する投影型露光装置である。露光装置１００は、ＥＵＶ光源部１１０からのＥＵＶ光を露光光として使用する。露光装置１００は、照明光学系１２０と、マスク（レチクル）１４０を載置するマスクステージ１４２と、投影光学系（被検光学系）１５０と、ウエハ１６０を載置するウエハステージ１６２を有する。

ＥＵＶ光は大気に対する透過率が低いため、図７のように照明光学系１２０等は真空容器１０２に収納されている。

ＥＵＶ光源１１０は、ＥＵＶ光を発振する光源で、ＸｅガスやＳｎ蒸気等を放電によりプラズマ化することでＥＵＶ光を発生させる放電励起プラズマ型ＥＵＶ光源である。また、ＥＵＶ光源１１０として、ＸｅやＳｎに高出力パルスレーザを集光照射し、プラズマを発生させるレーザ励起型プラズマＥＵＶ光源を使用してもよい。

照明光学系１２０は、ＥＵＶ光を伝播してマスク１４０を照明する光学系である。照明光学系１２０は、本実施例では、平行変換光学系と、インテグレータ１２３と、開口絞り１２４とを含む。

凹面ミラー１２１と凸面ミラー１２２から構成される平行変換光学系は、ＥＵＶ光源１１０からのＥＵＶ光を受光してこれを平行光束１０１に変換する機能を有する。インテグレータ１２３は、複数の円筒反射面、ハエの目又は魚燐状のハエの目反射面等を有し、マスク１４０を均一に所定のＮＡで照明する。

インテグレータ１２３の反射面上には、その反射面に対して開口面がほぼ垂直に配置された開口絞り１２４が配置されている。開口絞り１２４は、有効光源の分布形状を規定し、被照明面であるマスク１４０上の各点を照明する光の角度分布を規定する。

凸面ミラー１２５と、凹面ミラー１２６から構成される光学系は、インテグレータ１２３からの光束を円弧状に集光する機能を有する。

平面ミラー１２７は、凸面ミラー１２５と凹面ミラー１２６から構成される光学系の像側光束を、マスク１４０へはね上げるように反射して投影光学系１３０の物体面に所定の入射角度をもって集光する。

マスク１４０は反射型マスクであり、転写されるべき回路パターンが形成され、マスクステージ１４２によって支持及び駆動される。マスク１４０上のパターンの像は、投影光学系１５０によってウエハ（基板）１６０に投影される。

マスク１４０とウエハ１６０とは、光学的に共役の関係に配置される。ウエハステージ１６２が、ウエハ１６０を支持及び駆動することで所望の個所が露光される。

ＥＵＶ光に適用される投影光学系１５０は、位置精度や熱による変形に極めて敏感であり、露光の合間に波面収差を測定し、該測定結果に基づいてミラー位置を調整してフィードバックをかける必要がある。また、投影光学系１５０の多層膜ミラー上に不純物が付着し、化学変化を起こすことで、反射位相の変化が発生して波面収差が変化する。このため、露光装置本体上で露光波長による投影光学系１５０の波面収差を測定する必要があるが、露光装置１００は実施例１で説明した波面収差測定装置を搭載しており、この要求を満足している。

さらに、露光装置１００は、投影光学系１５０の各ミラーを駆動する駆動機構と、駆動機構を制御する制御部を有する。

図８は、露光装置１００が投影光学系１５０の収差測定する時の配置を示している。まず、実施例１で説明した測定装置の収差計測用マスク１０がマスクステージ１４２上に配置される。ウエハステージ１６２は検出ユニットステージ１７２に置き換えられる。検出ユニットステージ１７２は回折格子４０と検出器５０と、不図示の像側マスク２０及び移動手段２２を搭載して、被検物である投影光学系１５０の所望の測定位置に移動することができる。

演算部５１は、像側マスク２０が移動手段２２によって光路外に退避されている際に測定された干渉縞の情報を取得して解析することで、投影光学系１５０の波面収差Ｗに回折格子収差Ｗ０が含まれた波面収差Ｗを求める。

回折格子収差測定時には、実施例２で説明した測定装置の収差計測用マスク１５がマスクステージ１４２上に配置される。像側マスク２０は移動手段２２によって光路外に挿入される。演算部５１は、この際に測定された干渉縞の情報を取得して解析することで回折格子収差Ｗ０を求める。従って、演算部５１により、Ｗ１とＷ０の差を取れば投影光学系１５０の波面収差Ｗを求めることができる。

制御部２００は、このようにして求めた投影光学系１５０の波面収差Ｗの情報を取得して、投影光学系１５０を構成する各ミラーの姿勢の調整量を算出する。そして、算出された調整量に基づいて、駆動機構を用いて各ミラーを駆動することによって、投影光学系１５０を収差の少ない状態に制御することが可能である。

次に、前述の露光装置を利用したデバイス（半導体ＩＣ素子、液晶表示素子等）の製造方法を説明する。デバイスは、前述のように投影光学系が調整された露光装置を使用して、感光剤が塗布された基板（ウェハ、ガラス基板等）を露光する工程と、その基板（感光剤）を現像する工程と、他の周知の工程と、を経ることにより製造される。他の周知の工程には、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等が含まれる。本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。

波面収差測定装置の構成図である。回折格子収差を測定する際の測定装置の構成図である。収差計測用マスク１０を照射光側から見た図である。像側マスク２０の構造の一例を示す図である。開口部２１の直径と回折格子周期の比と０次回折光と１次回折光のコヒーレンス係数の絶対値との関係を表す図である。物体側マスク１５を示す図である。露光装置１００の露光時の配置を示す図である。露光装置１００の投影光学系１５０の収差時の構成を示す図である。

１０収差計測用マスク
１１開口
１５物体側マスク
２０像側マスク
２１開口
２２移動手段
３０被検光学系
４０回折格子
５０検出器
５１演算部
６０照明装置
１００露光装置
１２０照明光学系
１５０投影光学系

Claims

被検光学系の収差を測定する測定装置であって、
前記被検光学系を経た光を分割する回折格子と、
前記回折格子で分割された光が相互に干渉することにより形成される干渉縞を検出する検出部と、
該検出された干渉縞の情報を用いて収差を算出する演算部と、
開口が設けられ、前記被検光学系の像面に対して挿脱可能な像側マスクと、
前記像側マスクをインコヒーレントで照明する照明部とを有し、
前記像側マスクの開口への入射光の開口数をＮＡ、前記入射光の波長をλとすると、前記像側マスクの開口の直径はλ／（２ＮＡ）より大きく、
前記像側マスクが前記像面から退避した状態で前記干渉縞を前記検出部により検出し、前記像側マスクが前記像面に配置された状態で、前記照明部は前記被検光学系の開口数以上の光で前記像側マスクの開口を照明して、前記開口を介して前記回折格子により形成される前記干渉縞を前記検出部により検出し、
前記演算部は、前記像側マスクが前記像面から退避した状態で検出された前記干渉縞の情報と、前記像側マスクが前記像面に配置された状態で検出された前記干渉縞の情報とを用いて、前記被検光学系の収差を算出することを特徴とする測定装置。
前記像側マスクには、前記回折格子の周期と同じ周期で配列された複数の前記開口が設けられ、
前記開口の直径は、前記回折格子の格子周期より小さいことを特徴とする請求項１記載の測定装置。
前記像側マスクの開口の直径は１００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の測定装置。
前記照明部は、
入射光を前記被検光学系に向けて反射する物体側光放射部を有する物体側マスクと、前記物体側光放射部を照明する物体側照明部とを有し、
前記被検光学系を介して前記像側マスクを照明することを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
前記物体側照明部の開口数が、前記被検光学系の入射側開口数と同じ又は前記被検光学系の入射側開口数より大きくなる前記物体側照明部を用いることを特徴する請求項４に記載の測定装置。
前記物体側光放射部は表面に凹凸を有し、前記凹凸の最大勾配が前記被検光学系の入射側開口数と前記物体側照明部の開口数の差以上となる前記物体側光放射部を用い、前記検出部の積分時間内に前記物体側マスクが面内で該凹凸の周期以上の距離を移動することを特徴する請求項４に記載の測定装置。
前記検出部の積分時間内に、前記物体側照明部の照明光が前記被検光学系の入射側開口数と前記物体側照明部の開口数の差以上の角度で入射するように、前記物体側マスクを動かすことを特徴する請求項４に記載の測定装置。
前記物体側照明部は照明光の入射角を、前記検出部の積分時間内に前記被検光学系の入射側開口数と前記物体側照明部の開口数の差以上の角度で変化させることを特徴する請求項４に記載の測定装置。
前記像側マスクの開口の直径は前記回折格子の格子周期の１．２倍より小さいことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
光源からの光を用いてマスクのパターンを基板に露光する露光装置であって、
前記パターンの像を前記基板に投影する投影光学系と、
前記光源からの光を用いて前記投影光学系の波面収差を算出する請求項１乃至８の何れか１項に記載の測定装置とを有することを特徴とする露光装置。
被検光学系の収差を測定する測定方法であって、
前記被検光学系を経た光を分割する回折格子で分割された光が相互に干渉することにより形成される干渉縞を検出するステップと、
該検出された干渉縞の情報を用いて収差を算出するステップと、
開口が設けられ、前記被検光学系の像面に対して挿脱可能な像側マスクをインコヒーレントで照明するステップとを有し、
前記像側マスクの開口への入射光の開口数をＮＡ、前記入射光の波長をλとすると、前記像側マスクの開口の直径はλ／（２ＮＡ）より大きく、前記像側マスクが前記像面から退避した状態で前記干渉縞を検出し、
前記像側マスクが前記像面に配置された状態で、前記照明部は前記被検光学系の開口数以上の光で前記像側マスクの開口を照明して、前記開口を介して前記回折格子により形成される干渉縞を検出し、
前記像側マスクが前記像面から退避した状態で検出された前記干渉縞の情報と、前記像側マスクが前記像面に配置された状態で検出された前記干渉縞の情報とを用いて、前記被検光学系の収差を算出することを特徴とする測定方法。