JPWO2009001834A1 - 光学特性の計測方法、光学特性の調整方法、露光装置、露光方法及び露光装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

第１面に配置される物体の像を第２面に形成する光学系の光学特性を計測する光学特性の計測方法において、前記第１面に少なくとも１つの位相パターンを配置する配置工程（Ｓ２０）と、前記配置工程により配置された前記位相パターンを所定の波長の光で照明する照明工程（Ｓ２２）と、前記位相パターンと前記光学系とを介して形成されるパターン像のうち、部分像を抽出する抽出工程（Ｓ２３，Ｓ２５）と、前記抽出工程により抽出された前記部分像に関する光の情報を検出する検出工程（Ｓ２４，Ｓ２６）とを含む。

Description

この発明は、半導体素子または液晶表示素子等の電子デバイスをリソグラフィ工程で製造するために用いられる光学系の光学特性を計測するための光学特性の計測方法、該光学系の光学特性を調整するための光学特性の調整方法、該光学系を備えた露光装置、該露光装置を用いた露光方法及び該露光装置を製造するための露光装置の製造方法に関するものである。

例えば半導体素子又は液晶表示素子等を製造する際に、マスク（レチクル、フォトマスク等）に形成されているパターンを光学系（投影光学系）を介してレジストが塗布された基板（ガラスプレート又は半導体ウエハ等）上に露光する露光装置が使用されている。この露光装置は、マスクに形成されているパターンを基板上に高解像度で投影する必要がある。そのために、露光装置が備える光学系は、諸収差を十分に抑制した良好な光学特性を有するように設計されている。

しかしながら、設計どおりの光学系を製造することは困難であり、実際に製造される光学系の光学特性は、設計上の光学特性と異なる場合がある。したがって、製造された光学系の光学特性を計測し、計測結果から光学系の光学特性を調整する必要がある。光学系の光学特性を計測する技術として、例えば、日本国特許出願公開２０００−７７２９５号公報には、光学系を介して形成される位相パターンの空間像を複数のデフォーカス位置で検出し、検出された位相パターンの空間像の強度分布の変化に基づいて光学系の光学特性の計測を求める技術が記載されている。

ところで、マスクパターンの微細化に伴い、露光装置に搭載された光学系の光学特性をより高精度に計測する必要性が生じている。ここで、光学系を介して形成された位相パターンの空間像を直接ＣＣＤ等のセンサで検出し、位相パターンの空間像の強度分布を得ることが考えられる。しかしながら、この場合、センサには、位相パターンの空間像の強度分布の検出に要求される空間分解能が必要になる。すなわち、ＣＣＤ等のセンサの画素を空間分解能に応じて、十分に小さくする必要がある。しかしながら、現在、この要求を満たすセンサが存在しないため、光学系の光学特性をより高精度に計測するのは困難であった。

また、ＣＣＤ等のセンサで、必要な空間分解能が得られるように、センサの入射面側に拡大光学系を配置する方法もあるが、拡大光学系を配置することによって、計測系が大型化するという問題がある。

この発明の課題は、光学系の光学特性を高精度に計測することができる光学特性の計測方法、該光学系の光学特性を高精度に調整することができる光学特性の調整方法、該光学系を備えた露光装置、該露光装置を用いた露光方法及び該露光装置を製造するための露光装置の製造方法を提供することである。

この発明の光学特性の計測方法は、第１面に配置される物体の像を第２面に形成する光学系の光学特性を計測する光学特性の計測方法において、前記第１面に少なくとも１つの位相パターンを配置する配置工程と、前記配置工程により配置された前記位相パターンを所定の波長の光で照明する照明工程と、前記位相パターン及び前記光学系を介して形成されるパターン像のうち、部分像を抽出する抽出工程と、前記抽出工程により抽出された前記部分像に関する光の情報を検出する検出工程とを含むことを特徴とする。

また、この発明の光学特性の調整方法は、この発明の光学特性の計測方法により計測された光学系の光学特性の計測を行う計測工程と、前記計測工程の計測結果を用いて前記光学系の前記光学特性の調整を行う調整工程とを含むことを特徴とする。

また、この発明の露光装置は、マスクのパターンを感光性基板上に形成する露光装置において、この発明の光学特性の調整方法により調整された光学系を備えることを特徴とする。

また、この発明の露光装置は、マスクのパターンを光学系を介して感光性基板上に形成する露光装置において、前記光学系の物体面又は像面のいずれか一方に配置される位相パターンと、前記光学系とを介して形成されるパターン像のうち、一部分の像を抽出する抽出部と、前記抽出部により抽出された前記一部分の像に関する光の情報を検出する検出部とを備えることを特徴とする。

また、この発明の露光方法は、マスクのパターンを感光性基板上に形成する露光方法において、前記パターンを照明する照明工程と、前記照明工程により照明された前記パターンの像をこの発明の光学特性の調整方法により調整された光学系により前記感光性基板上に形成する露光工程とを含むことを特徴とする。

また、この発明の露光装置の製造方法は、マスクのパターンを光学系を介して感光性基板上に形成する露光装置を製造する露光装置の製造方法において、この発明の光学特性の調整方法により前記光学系の光学特性の調整を行う調整工程と、前記調整工程により調整された前記光学系を前記露光装置内に設置する設置工程とを含むことを特徴とする。

また、この発明の露光装置の製造方法は、マスクのパターンを光学系を介して感光性基板上に形成する露光装置を製造する露光装置の製造方法において、前記光学系を前記露光装置内に設置する設置工程と、この発明の光学特性の調整方法により前記設置工程により設置された前記光学系の光学特性の調整を行う調整工程とを含むことを特徴とする。

この発明の光学特性の計測方法によれば、位相パターンと光学系とを介して形成されるパターン像のうち、部分像を抽出し、抽出された部分像に関する光の情報を検出するため、光学系の光学特性を高精度に計測することができる。

また、この発明の光学特性の調整方法によれば、この発明の光学特性の計測方法により光学系の光学特性の計測を行い、その計測結果を用いて光学系の光学特性の調整を行うため、良好な光学特性を有する光学系を得ることができる。

また、この発明の露光装置によれば、この発明の光学特性の調整方法により調整された光学系を備えているため、マスクのパターンの像を良好な光学特性を有する光学系を介して感光性基板上に高解像度で形成することができる。

また、この発明の露光装置によれば、光学系の物体面または像面のいずれか一方に配置される位相パターンと光学系とを介して形成されるパターン像のうち、一部分の像を抽出する抽出部と、抽出部により抽出された一部分の像に関する光の情報を検出する検出部とを備えているため、光学系の光学特性を高精度に計測することができる。したがって、マスクのパターンの像を良好な光学特性を有する光学系を介して感光性基板上に高解像度で形成することができる。

また、この発明の露光方法によれば、この発明の光学特性の調整方法により調整された光学系により、マスクのパターンを感光性基板上に高解像度で形成することができる。

また、この発明の露光装置の製造方法によれば、この発明の光学特性の調整方法により光学系の光学特性の調整を行い、調整された光学系を露光装置内に設置する。または、光学系を露光装置内に設置し、この発明の光学特性の調整方法により露光装置内に設置された光学系の光学特性の調整を行う。したがって、良好な光学特性を有する光学系を備えた露光装置を製造することができる。

実施の形態にかかる投影露光装置の概略構成を示す図である。 実施の形態にかかる投影露光装置の製造方法を説明するためのフローチャートである。 実施の形態にかかる投影光学系の光学特性の計測方法を説明するためのフローチャートである。 実施の形態にかかる計測用マスクの構成を示す図である。 実施の形態にかかる計測装置の構成を示す平面図である。 実施の形態にかかる計測装置の構成を示す断面図である。 投影光学系のデフォーカス量が０の場合における位相パターン像の強度分布を示すグラフである。 投影光学系のデフォーカス量が０でない場合における位相パターン像の強度分布を示すグラフである。 投影光学系のフォーカス量と位相パターンの進んでいる領域と遅れている領域とを通過した光の光量の差との関係を示すグラフである。 実施の形態にかかる他の計測用マスクの構成を示す図である。 実施の形態にかかる他の位相パターンの構成を示す図である。 実施の形態にかかる他の計測装置の構成を示す図である。 実施の形態にかかる他の受光パターンの構成を示す図である。 実施の形態にかかる他の位相パターンの構成を示す図である。 実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての半導体デバイスの製造方法を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、実施の形態に係る投影露光装置（露光装置）について説明する。図１は、この実施の形態に係る投影露光装置の概略構成を示す図である。

なお、以下の説明では、各図中に示したＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸がウエハ（感光性基板）Ｗに対して平行となるよう設定され、Ｚ軸がウエハＷに対して直交する方向に設定されている。Ｘ軸は図１の紙面に平行な方向とし、Ｙ軸は図１の紙面に垂直な方向とする。

図１に示す投影露光装置は、露光光を供給するための光源（図示せず）及び光源からの光でマスクＭを均一に照明する照明光学系（図示せず）と、マスクＭに形成されているパターンをウエハＷ上に結像する投影光学系（光学系）１５とを備えている。また、マスクＭを保持し、かつ投影光学系１５の物体面（ＸＹ平面と平行な面）に対し、マスクＭのパターン形成面の位置を調整可能なマスクステージ１２と、ウエハＷを保持し、かつ投影光学系１５の像面（ＸＹ平面と平行な面）に対し、ウエハＷの表面の位置を調整可能なウエハステージ１６を備えている。
なお、本実施の形態では、基板として、ウエハＷを例に説明するが、ウエハＷに限られず、ガラスプレートであってもよい。

光源から射出した光は、照明光学系を介してマスクＭを重畳的に均一な照度で照明する。なお、光源としては、水銀ランプ、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ、Ｆ_２レーザ、極端紫外光等の光源を使用することができる。

マスクＭを介した光は、投影光学系１５に入射する。投影光学系１５は、複数の光学部材により構成され、マスクＭに形成されているパターンを所定の倍率（縮小倍率、等倍率、または拡大倍率）で、ウエハＷ上に結像する。ウエハＷを保持するウエハステージ１６は、Ｘ軸及びＹ軸方向に移動可能なＸＹステージと、Ｚ軸方向に移動可能及びＺ軸に対して傾斜可能なＺステージ等により構成されている。ウエハステージ１６のＺステージにはウエハＷを吸引保持するウエハホルダ１７が設けられている。ウエハステージ１６をＸＹ平面内において二次元的に駆動制御しながら、ウエハＷに形成された各露光領域にマスクＭのパターンを逐次露光する。また、この投影露光装置には、ウエハＷ上のＸＹ平面内における位置を計測するためのウエハステージ干渉計１８及びウエハＷのＺ方向における位置を計測するためのオートフォーカス系１９が設けられている。ウエハステージ干渉計１８及びオートフォーカス系１９による計測結果は、制御装置３０に対して出力される。

また、この投影露光装置は、投影光学系１５の光学特性を計測するための計測装置２０を備えている。計測装置２０の構成については後述する。計測装置２０による計測結果は、制御装置３０に出力される。

制御装置３０は、計測装置２０から出力された計測結果に基づいて、投影光学系１５の光学特性を調整する。なお、投影光学系１５の光学特性の計測方法及び調整方法の詳細な説明については後述する。

次に、図２のフローチャートを参照して、この実施の形態にかかる投影露光装置（露光装置）の製造方法について説明する。

まず、諸収差を十分に補正し良好な光学特性を有するように、投影光学系１５を設計し、その設計の後に製造された投影光学系１５を投影露光装置内の所定の位置に設置する（ステップＳ１０、設置工程）。次に、ステップＳ１０において投影露光装置内に設置された投影光学系１５の光学特性の計測を行う（ステップＳ１１）。即ち、実際に製造された投影光学系には様々な要因に起因する諸収差が残存する場合があるため、投影光学系の光学特性を計測する。この計測結果に基づき、投影光学系１５の光学特性が良好か否かの判断を行い（ステップＳ１２）、良好でない場合には、投影光学系１５の光学特性の調整を行ない（ステップＳ１３、調整工程）、ステップＳ１１に戻り、再度投影光学系１５の光学特性の計測を行う。一方、投影光学系１５の光学特性が良好な場合には投影露光装置の製造を終了する。

図３は、この実施の形態にかかる投影光学系（光学系）１５の光学特性の計測方法（図２におけるステップＳ１１の計測工程）を説明するためのフローチャートである。ここで、この実施の形態にかかる投影光学系１５の光学特性とは、光学特性の計測方向に関して、投影光学系１５の光軸に対称な収差（フォーカス、球面収差に代表される収差）を含む。なお、この実施の形態においては、投影光学系１５のフォーカス位置の計測を例に挙げて説明する。

まず、位相パターンが形成されている計測用マスクをマスクステージ１２上に配置する（ステップＳ２０、配置工程）。図４（ａ）は計測用マスクＭ１の構成を示す平面図、図４（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、計測用マスクＭ１には計測方向（Ｘ方向）に数百ｎｍ幅を有する凹部４０と凸部４１により構成されるラインアンドスペースの透過型の位相パターン（回折格子）が形成されている。ここで、位相パターンの位相差θは、計測に用いる光の中心波長をλとしたとき、θ＝ｎλ／４（ｎ＝±１，±３，±５…）、またはその近傍の位相差である。なお、本実施形態では、凹部４０と凸部４１とを通過する光の位相を９０°ずらすように構成されている。なお、凹部４０と凸部４１とは、通過する光の位相を９０°に限らず、２７０°にずらすように構成してもよい。

次に、ウエハステージ１６をＸＹ方向に移動させることにより、計測装置２０を投影光学系１５の投影領域（像野）内に配置する（ステップＳ２１）。図５は計測装置２０の構成を示す平面図、図６（ａ）は図５のＡ−Ａ断面図、図６（ｂ）は図５のＢ−Ｂ断面図である。図５、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、計測装置２０は、抽出部としての受光パターン４３ａ、４４ａが形成されたパターン板２０Ｃと、受光パターンを通過した光を受光する検出部としてのセンサ部２０ａ（ＣＣＤ、あるいは光量検出センサ等）とを備える。図１において、計測装置２０はウエハステージ１６上で、かつウエハホルダ１７の近傍に設置されており、パターン板２０Ｃにおけるパターン形成面はウエハＷ面と略同一の高さに設定されている。パターン板２０Ｃは、第１受光パターン４３ａを有する領域４３及び第２受光パターン４４ａを有する領域４４を有する。第１受光パターン４３ａは、投影光学系１５を介して、位相パターンの凹部４０を透過した光のみを通過させ、第２受光パターン４４ａは、投影光学系１５を介して、位相パターンの凸部４１を透過した光のみを通過させる。なお、パターン板２０Ｃは、第１受光パターン４３ａと第２受光パターン４４ａとの間に境界領域を備えていてもよい。

また、計測装置２０が備えるセンサ部２０ａには、第１受光パターン４３ａ、第２受光パターン４４ａまたは後述するリファレンス用開口４５を通過する光をそれぞれ独立して受光するため、第１受光パターン４３ａに対応する受光領域、第２受光パターン４４ａに対応する受光領域、リファレンス用開口４５に対応する受光領域を設定する設定部２０ｂが接続されている。設定部２０ｂにより、センサ部２０ａには、第１受光パターン４３ａを通過した光と、第２受光パターン４４ａを通過した光とをそれぞれ独立して検出する。即ち、第１受光パターン４３ａ及び第２受光パターン４４ａは、位相パターン像の中から位相パターンの位相が相対的に進んでいる領域に対応する第１強度を有する一部の位相パターン像（部分像）と、位相パターン像の中から位相パターンの位相が相対的に遅れている領域に対応する第２強度を有する一部の位相パターン像（部分像）とを選択的に抽出する。なお、設定部２０ｂの動作は、制御装置３０により制御されている。

なお、光学特性を計測する際に、照明光の光量変化が計測精度に影響を与える場合もある。そこで、本実施の形態では、パターン板２０Ｃには、照明光の光量変化をモニタするためのリファレンス用開口４５が形成されている。設定部２０ｂは、照明光の光量変化をモニタする場合に、リファレンス開口４５に対応する受光領域を設定し、リファレンス用開口４５を通過した光を検出する。そして、リファレンス開口４５を通過した光の光量をモニタし、モニタ結果に基づいて投影光学系１５の光学特性の計測結果を補正することにより高い計測精度を維持することができる。

次に、ステップＳ２１において配置された計測用マスクを所定の波長の光、即ち露光に用いる光と同じ波長を有する計測光で照明する（ステップＳ２２、照明工程）。そして、位相パターン及び投影光学系１５を介して、位相パターンの像を計測装置２０の領域４３，４４に形成する。

次に、第１受光パターン４３ａにより、位相パターンの凹部４０に対応する第１強度を有する一部の位相パターン像（以下、第１部分像という。）を抽出し、第２受光パターン４４ａにより、位相パターンの凸部４１に対応する第２強度を有する一部の位相パターン像（以下、第２部分像という。）を抽出する（ステップＳ２３、抽出工程）。

次に、ステップＳ２３において抽出された第１部分像に関する光の光量の総和Ｉ１（光の第１情報）及び第２部分像に関する光の光量の総和Ｉ２（光の第２情報）をそれぞれ検出する（ステップＳ２４、検出工程）。具体的には、設定部２０ｂにより、第１受光パターン４３ａを透過した光と第２受光パターン４４ａを透過した光をセンサ部２０ａによりそれぞれ検出するように、センサ部２０ａの受光領域を設定する。センサ部２０ａにより検出された光量の総和Ｉ１、Ｉ２は、制御装置３０に対して出力される。

次に、ステップＳ２４において検出された光量の総和Ｉ１及び光量の総和Ｉ２を比較し（ステップＳ２５）、ステップＳ２５における比較結果を用いて投影光学系１５のフォーカス位置を計測する（ステップＳ２６、計測工程）。ここで、投影光学系１５のフォーカスずれがない場合（デフォーカス量Ｚ＝０の場合）、位相パターンの凹部４０を透過した光の強度と位相パターンの凸部４１を透過した光の強度は、図７のグラフに示すように同一となる。したがって、第１受光パターン４３ａを介して受光した光の光量の総和Ｉ１と、第２受光パターン４４ａを介して受光した光の光量の総和Ｉ２は等しくなり、光量の差ΔＩはΔＩ＝Ｉ１−Ｉ２＝０となる。

一方、投影光学系１５のフォーカスずれがある場合（Ｚ＞０またはＺ＜０の場合）、位相パターンの凹部４０を透過した光の強度と位相パターンの凸部４１を透過した光の強度は、図８のグラフに示すように異なる。したがって、第１受光パターン４３ａを介して受光した光の光量の総和Ｉ１と、第２受光パターン４４ａを介して受光した光の光量の総和Ｉ２が異なるため、光量の差ΔＩはΔＩ＝Ｉ１−Ｉ２≠０となる。なお、図９に示すように、ＺとΔＩの関係はｓｉｎ関数となる。なお、デフォーカス量（Ｚの量）が小さい場合、ＺとΔＩは正比例の関係とみなすことができる。従って、ΔＩを求めることにより、投影光学系１５のフォーカス位置を高精度に計測することができる。

なお、図２のフローチャートのステップＳ１１において計測した結果に基づく投影光学系１５のフォーカス位置の調整（ステップＳ１３の調整工程）は、計測結果に基づいてフォーカス位置の調整量を算出し、投影光学系１５のフォーカス位置の調整を行う。具体的には、投影光学系１５を構成する光学部材（例えば、クサビ状のペアガラス）を用いてフォーカス位置の調整を行う。なお、クサビ状のペアガラスを用いて、フォーカス位置の調整を行う場合、ペアガラスを相対的に回転すればよい。また、Ｚステージを投影光学系１５の光軸方向に移動させることにより、フォーカス位置の調整を行ってもよい。

この実施の形態にかかる投影露光装置によれば、計測装置２０に設けた受光パターン４３ａ、４４ａにより、投影光学系１５を介した位相パターン像の中から、位相パターンの位相が相対的に進んでいる領域に対応する強度を有する一部の位相パターン像（部分像）と、位相パターン像の中から位相パターンの位相が相対的に遅れている領域に対応する強度を有する一部の位相パターン像（部分像）とを選択的に抽出し、センサ部２０ａにより抽出されたそれぞれの部分像に関する光の光量に基づいて、投影光学系１５の光学特性を高精度に計測することができる。さらに、この計測結果を用いることによって、投影光学系１５の光学特性の調整を行うことができ、良好な光学特性を有する投影光学系１５を得ることができる。したがって、マスクＭのパターン像を良好な光学特性を有する投影光学系１５を介してウエハＷ上に高解像度で形成することができる。

また、この実施の形態にかかる光学特性の計測方法によれば、位相パターン像の中から位相パターンの位相が相対的に進んでいる領域に対応する強度を有する一部の位相パターン像（部分像）と、位相パターン像の中から位相パターンの位相が相対的に遅れている領域に対応する強度を有する一部の位相パターン像（部分像）とを選択的に抽出して、抽出された各部分像に関する光の光量を検出するため、空間分解能が高い位相パターンの凹部４０及び凸部４１を使いながら、空間分解能が粗いＣＣＤ等のセンサにより受光することが可能となる。そのため、必要とする計測値を正確に検出することができ、投影光学系１５の光学特性（フォーカス位置）を高精度に計測することができる。

また、この実施の形態にかかる光学特性の調整方法によれば、投影光学系１５の光学特性の計測を行い、その計測結果を用いて投影光学系１５の光学特性の調整を行うため、収差が十分に補正された良好な光学特性を有する光学系を得ることができる。

また、この実施の形態にかかる投影露光装置の製造方法によれば、この実施の形態にかかる光学特性の計測方法及び調整方法により投影光学系１５の光学特性の計測及び調整を行う。したがって、収差が十分に補正された良好な光学特性を有する投影光学系を備えた
露光装置を製造することができる。

なお、この実施の形態にかかる光学特性の計測方法においては、図４に示すような位相パターン及び図５及び図６に示すような受光パターンを用いて投影光学系１５のフォーカス位置を計測しているが、２つ以上の同じ形状の位相パターンが形成された計測マスクを用いても良い。この場合には、位相パターンの数に合わせて２つ以上の受光パターンを備えたパターン板を計測装置に装備すればよい。このような構成では、投影光学系１５の投影領域内の複数の像高において、投影光学系１５のフォーカス位置を計測することができる。

図１０は、５つの位相パターンが形成された計測用マスクＭ２の構成を示す図である。図１０に示すように、計測用マスクＭ２には、投影光学系１５の投影領域内の異なる像高の５点を計測するための位相パターン領域５０〜５４が形成されている。図１１は、位相パターン領域５０の構成を示す図である。なお、位相パターン領域５１〜５４の構成は、位相パターン領域５０の構成と同一である。図１１に示すように、位相パターン領域５０には、互いに種類が異なる２つの位相パターンが形成されている。本実施の形態では、種類が異なる２つの位相パターンとして、互いに直交する第１の位相パターン５０ａ、第２の位相パターン５０ｂが形成されている。この２つの位相パターン５０ａ、５０ｂは、数百ｎｍ幅を有する凹部と凸部により構成される透過型のラインアンドスペースパターンで形成されている。

図１２は、図１０の計測マスクＭ２を用いて投影光学系１５の光学特性を計測する場合の計測装置のパターン板２０Ａを示す図である。図１２に示すように、パターン板２０Ａの上面には、位相パターン領域５０〜５４に対応するパターン領域５５〜５９が形成されている。図１３は、パターン領域５５の構成を示す図である。なお、パターン領域５６〜５９の構成は、パターン領域５５の構成と同一である。図１３に示すように、パターン領域５５は、投影光学系１５を介して、位相パターン５０ａを透過した光を受光する第１受光部５５ａと、投影光学系１５を介して、位相パターン５０ｂを透過した光を受光する第２受光部５５ｂとを有する。第１受光部５５ａは、第１受光パターン６０及び第２受光パターン６１を有する。第１受光パターン６０は、位相パターン５０ａの凹部を透過した光のみを通過させ、第２受光パターン６１は、位相パターン５０ａの凸部を透過した光のみを通過させる。第２受光部５５ｂは、第１受光パターン６２及び第２受光パターン６３を有する。第１受光パターン６２は、位相パターン５０ｂの凹部を透過した光のみを通過させ、第２受光パターン６３は、位相パターン５０ｂの凸部を透過した光のみを通過させる。

なお、計測装置２０は、第１受光部５５ａの第１受光パターン６０または第２受光パターン６１、第２受光部５５ｂの第１受光パターン６２または第２受光パターン６３のそれぞれを通過した光を個別（独立）に検出するようにセンサ部の受光領域を設定する図示しない設定部が接続されており、設定部による設定により、第１受光部５５ａの第１受光パターン６０、第２受光パターン６１、第２受光部５５ｂの第１受光パターン６２、第２受光パターン６３の何れかを通過した光をそれぞれ別々に検出することが可能となる。また、パターン板２０Ａの受光パターンに１つ以上のリファレンス開口を設けてもよい。例えば、各受光パターン領域５５〜５９毎にリファレンス用開口を設けてもよい。

計測用マスクＭ２及びパターン板２０Ａを用いて位相パターンの像に関する光の情報を検出する場合には、投影光学系１５の投影領域内の複数の像高における位相パターンの像を同時に計測することができるため、高精度かつ迅速に投影光学系１５の光学特性を計測することができる。また、上記複数の像高における位相パターンの像に関する光の情報を比較することにより、投影光学系１５の像面湾曲などの光学特性を計測することができる。

なお、上記複数の像高において、第１受光パターンまたは第２受光パターンを通過した光の情報のみを検出することによっても、各像高における検出結果を比較することにより投影光学系１５の像面湾曲などの光学特性を計測することができる。

また、１つのパターン領域において、互いに直交する位相パターンの像に関する光の情報を比較することにより、投影光学系１５の非点収差を計測することができる。また、投影光学系１５の球面収差を計測する場合には、２つ以上の互いに異なるピッチを有する位相パターンを備えた計測用マスクを用いればよい。このように、この実施の形態の光学特性の計測方法を用いて投影光学系１５の様々な収差を計測することができる。
また、計測のダイナミックレンジや感度の異なる計測を行う場合、パターンの形成方向、パターンの形状（例えば、パターン線幅、パターンピッチ等を含む）が異なる２つ以上の位相パターンを用いてもよい。

また、この実施の形態にかかる光学特性の計測方法においては、第１受光パターン４３ａを介して受光した光の光量の総和Ｉ１と、第２受光パターン４４ａを介して受光した光の光量の総和Ｉ２とを比較することにより投影光学系１５のフォーカスずれを計測しているが、第１受光パターン４３ａ（または第２受光パターン４４ａ）を介して受光した光の光量を所定時間毎に検出し、第１受光パターン４３ａ（または第２受光パターン４４ａ）を介して受光した光の光量の総和Ｉ１(Ｉ２)の経時変化量から経時的な投影光学系１５のフォーカスずれを計測するようにしてもよい。

また、この実施の形態においては、凹部と凸部が繰り返し形成されている位相パターンを用いて投影光学系の光学特性を計測しているが、図１４に示すような２組程度の位相パターンを用いて投影光学系の光学特性を計測するようにしてもよい。
また、本実施の形態においては、位相パターンの凹部を透過する光を第１受光パターンを介して受光し、位相パターンの凸部を透過する光を第２受光パターンを介して受光しているが、位相パターンの凹部を透過する光の一部、あるいは凹部を含む広範囲を透過する光を選択して第１受光パターンを介して受光し、位相パターンの凸部を透過する光の一部、あるいは凸部を含む広範囲を透過する光を選択して第２受光パターンを介して受光するようにしてもよい。
また、位相パターンの位相差は、θ＝ｎλ／４（ｎ＝±１，±３，±５…）に限られない。ただし、本実施の形態では、位相パターンの位相差として、θ＝ｎλ／２（ｎ＝±１，±３，±５…）は除かれる。

また、上述の実施の形態においては、一つのセンサ部の受光領域において、設定部により、第１受光パターン４３ａを介した光と、第２受光パターン４４ａを介した光とを受光する受光領域を設定しているが、複数のセンサ部を用いて、各センサ部で、それぞれの光を受光してもよい。
さらに、一つのパターン板に、位相パターンの凹部を透過する光を通過させる第１受光パターンと、位相パターンの凸部を透過する光を通過させる第２受光パターンとを設けたが、二つのパターン板に、第１受光パターンおよび第２受光パターンを別々に分離して設けてもよい。
また、上述の実施の形態においては、投影光学系１５のフォーカス位置を補正する場合には、クサビ状のペアガラスを相対的に回転させたり、ステージの位置を制御している。また、球面収差、非点収差などの光学特性の補正を行う場合には、投影光学系１５を構成する光学部材の少なくとも１つの投影光学系１５の光軸方向への移動、投影光学系１５の光軸と直交する方向へのシフトまたは傾斜、投影光学系１５の光軸を中心として回転により投影光学系１５の光学特性の調整を行ってもよい。

また、上述の実施の形態においては、投影光学系１５の投影領域内の複数の像高において、同時に投影光学系１５のフォーカス位置を計測しているが、ウエハステージの駆動制御によって、受光パターンを備えた計測装置を異なる像高の２つ以上の位相パターンの像が形成される位置に順次走査させて、異なる像高におけるフォーカス位置を順次検出するようにしても良い。

また、この実施の形態においては、透過型の位相パターン及び透過型の受光パターンを用いて投影光学系の光学特性の計測を行っているが、反射型の位相パターン及び反射型の受光パターンの少なくとも一つを用いて投影光学系の光学特性の計測を行うようにしてもよい。

また、この実施の形態においては、受光パターンが光を透過させることにより光を抽出する例を示したが、受光パターンが光を遮光し、受光パターンの周辺が光を透過または反射させることにより光を抽出するようにしてもよい。
また、この実施の形態では、照明光の光量変化の影響を受けないように、リファレンス開口を通過した計測光の光量をモニタしたが、ΔＩ＝（Ｉ１−Ｉ２）／（Ｉ１＋Ｉ２）の式を用いて光量の差ΔＩを求めることによって、リファレンス開口を省略することができる。

また、位相パターンの凹部を透過した光と凸部を透過した光との抽出を空間的に異なる受光パターンを用いた実施の形態を説明したが、パターン板として、液晶表示デバイスを用いて電気的に受光パターンを生成してもよい。勿論、パターン板にシャッタ機構を設けて機械的に受光パターンを作成してもよい。

また、この実施の形態にかかる投影露光装置の製造方法においては、投影露光装置が投影光学系１５の光学特性を計測するための計測装置を備え、投影光学系１５を投影露光装置内に設置した後で投影光学系１５の光学特性の計測及び調整を行う例について説明したが、投影光学系１５を投影露光装置内に設置する前に、本実施の形態に係る光学特性の計測方法により投影光学系１５の光学特性の計測し、光学特性の調整を行うようにしてもよい。この場合においては、上述した投影光学系１５の光学特性の調整の他に、投影光学系１５を構成する光学部材の少なくとも１つの加工（例えば再研磨）または交換により投影光学系１５の光学特性の調整を行うことも可能である。

また、この実施の形態においては、投影光学系１５の物体側から計測光を照射し、投影光学系１５の像面を介して計測光を検出することにより投影光学系１５の光学特性を計測しているが、投影光学系１５の像面側から計測光を照射し、投影光学系１５の物体面を介して計測光を検出してもよい。すなわち、位相パターンを投影光学系１５の像面側に配置し、受光パターンを投影光学系１５の物体面側に配置して、投影光学系１５の光学特性を計測してもよい。
また、この実施の形態においては、投影光学系の光学特性を計測する方法について説明したが、他の光学装置、例えば、顕微鏡等の光学系の光学特性を計測することができる。

また、本実施の形態は、投影光学系とウエハとの間に液体を介在させた液浸型の露光装置にも適用することができる。
また、本実施の形態では、計測装置２０をウエハステージ１６に取り付ける構成について説明したが、計測装置２０をウエハステージ１６に着脱可能に設けてもよい。
さらに、露光装置に、ウエハステージと、計測ステージとの両方を用意し、計測ステージに計測装置２０を設けてもよい。

また、本実施の形態は、露光光として極端紫外光(ＥＵＶ光)を用い、反射型の光学部材により構成される照明光学系及び投影光学系等を備えたＥＵＶ露光装置にも適用することができる。

上述の実施の形態にかかる投影露光装置では、投影光学系１５を用いてマスクＭにより形成された転写用のパターンを感光性基板（ウエハＷ）に露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、上述の実施の形態にかかる投影露光装置を用いて感光性基板としてのウエハＷ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図１５のフローチャートを参照して説明する。

先ず、図１５のステップＳ３０１において、１ロットのウエハＷ上に金属膜が蒸着される。次のステップＳ３０２において、その１ロットのウエハＷ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップＳ３０３において、上述の実施の形態にかかる投影露光装置を用いて、マスクＭに形成されているパターンを照明光により照明し（照明工程）、照明光により照明されたパターンの像が、この実施の形態にかかる光学特性の計測方法及び調整方法により光学特性が計測及び調整された投影光学系１５を介して、その１ロットのウエハＷ上の各ショット領域に順次露光転写（露光工程）される。その後、ステップＳ３０４において、その１ロットのウエハＷ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップＳ３０５において、その１ロットのウエハＷ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスクＭのパターンに対応する回路パターンが、各ウエハＷ上の各ショット領域に形成される。

その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。この実施の形態にかかる露光方法によれば、この実施の形態にかかる光学特性の調整方法により調整された投影光学系１５を用いて露光を行っているため、ウエハＷ上に高解像度でマスクＭのパターンの像を形成することができる。なお、ステップＳ３０１〜ステップＳ３０５では、ウエハＷ上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチングの各工程を行っているが、これらの工程に先立って、ウエハＷ上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない。
なお、本発明は、２００７年６月２６日に提出された日本国特許出願２００７−１６８０２１号に含まれた主題に関連し、その開示のすべては、ここに参照事項として明白に組み込まれる。

本発明の光学特性の調整方法は半導体素子または液晶表示素子等の電子デバイスをリソグラフィ工程で製造するために用いられる光学系の光学特性を計測するために有用であり、本発明の光学特性の調整方法により調整された光学系を備えた露光装置、該露光装置を用いた露光方法を用いることにより光学系の光学特性を高精度に調整することができる。また、該露光装置を製造するための露光装置の製造方法により良好な光学特性を有する光学系を備えた露光装置を製造することができる。

Claims (22)

1. 第１面に配置される物体の像を第２面に形成する光学系の光学特性を計測する光学特性の計測方法において、
   前記第１面に少なくとも１つの位相パターンを配置する配置工程と、
   前記配置工程により配置された前記位相パターンを所定の波長の光で照明する照明工程
   と、
   前記位相パターンと前記光学系とを介して形成されるパターン像のうち、部分像を抽出する抽出工程と、
   前記抽出工程により抽出された前記部分像に関する光の情報を検出する検出工程と、
   を含むことを特徴とする光学特性の計測方法。
2. 前記所定の波長をλとしたとき、前記位相パターンの位相差θは、
   θ＝ｎλ／４ （ｎ＝±１，±３，±５…）
   であることを特徴とする請求項１記載の光学特性の計測方法。
3. 前記抽出工程は、前記第２面に配置される受光パターンにより前記部分像を抽出することを特徴とする請求項１または請求項２記載の光学特性の計測方法。
4. 前記パターン像は、前記位相パターンの位相が相対的に進んでいる領域に対応する第１強度と、前記位相パターンの位相が相対的に遅れている領域に対応する第２強度とを有する強度分布を有し、
   前記抽出工程は、前記部分像として、前記パターン像の中から前記第１強度を有する一部の像を抽出し、
   前記検出工程は、前記部分像に関する光の第１情報を検出することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の光学特性の計測方法。
5. 前記第１情報に基づいて、前記光学特性を計測する計測工程を含むことを特徴とする請求項４記載の光学特性の計測方法。
6. 前記パターン像は、前記位相パターンの位相が相対的に進んでいる領域に対応する第１強度と、前記位相パターンの位相が相対的に遅れている領域に対応する第２強度とを有する強度分布を有し、
   前記抽出工程は、前記部分像として、前記パターン像の中から前記第２強度を有する一部の像を抽出し、
   前記検出工程は、前記部分像に関する光の第２情報を検出することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の光学特性の計測方法。
7. 前記第２情報に基づいて、前記光学特性を計測する計測工程を含むことを特徴とする請求項６記載の光学特性の計測方法。
8. 前記パターン像は、前記位相パターンの位相が相対的に進んでいる領域に対応する第１強度と、前記位相パターンの位相が相対的に遅れている領域に対応する第２強度とを有する強度分布を有し、
   前記抽出工程は、前記部分像として、前記パターン像の中から前記第１強度を有する一部の像と、前記パターン像の中から前記第２強度を有する一部の像とを選択的に抽出し、
   前記検出工程は、前記第１強度を有する前記一部の像に関する光の第１情報と、前記第２強度を有する前記一部の像に関する光の第２情報とを検出することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の光学特性の計測方法。
9. 前記第１情報と前記第２情報とを比較することによって、前記光学系の前記光学特性を計測する計測工程を含むことを特徴とする請求項８記載の光学特性の計測方法。
10. 前記配置工程は、前記位相パターンを前記第１面内に２つ以上配置することを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載の光学特性の計測方法。
11. 前記２つ以上の位相パターンは、互いに種類が異なるパターンを含むことを特徴とする請求項１０に記載の光学特性の計測方法。
12. 前記光学特性は、該光学特性の計測方向に関して前記光学系の光軸に対称な収差であることを特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れか一項に記載の光学特性の計測方法。
13. 請求項１乃至請求項１２の何れか一項に記載の光学特性の計測方法により光学系の光学特性の計測を行う計測工程と、
    前記計測工程の計測結果を用いて前記光学系の前記光学特性の調整を行う調整工程と、
    を含むことを特徴とする光学特性の調整方法。
14. 前記調整工程において、前記光学系を構成する光学部材の少なくとも１つの加工または交換により前記光学特性の調整を行うことを特徴とする請求項１３記載の光学特性の調整方法。
15. 前記調整工程において、前記光学系を構成する光学部材の少なくとも１つの前記光学系の光軸方向への移動と、前記光軸方向と直交する方向へのシフトまたは傾斜と、前記光学系の光軸を中心とする回転との少なくとも一つにより前記光学特性の調整を行うことを特徴とする請求項１３記載の光学特性の調整方法。
16. マスクのパターンを感光性基板上に形成する露光装置において、
    請求項１３乃至請求項１５の何れか一項に記載の光学特性の調整方法により調整された光学系を備えることを特徴とする露光装置。
17. マスクのパターンを光学系を介して感光性基板上に形成する露光装置において、
    前記光学系の物体面または像面のいずれか一方に配置される位相パターンと、前記光学系とを介して形成されるパターン像のうち、一部分の像を抽出する抽出部と、
    前記抽出部により抽出された前記一部分の像に関する光の情報を検出する検出部と、
    を備えることを特徴とする露光装置。
18. 前記パターン像は、前記位相パターンの位相が相対的に進んでいる領域に対応する第１強度と、前記位相パターンの位相が相対的に遅れている領域に対応する第２強度とを有する強度分布を有し、
    前記抽出部は、前記一部分の像として、前記パターン像の中から前記第１強度を有する一部の像及び前記第２強度を有する一部の像の少なくとも一方を抽出することを特徴とする請求項１７記載の露光装置。
19. 前記感光性基板を保持する基板ステージと、
    前記検出部で検出された前記光の情報に基づいて、前記基板ステージの位置を制御する制御装置とを備えることを特徴とする請求項１７または請求項１８記載の露光装置。
20. マスクのパターンを感光性基板上に形成する露光方法において、
    前記パターンを照明する照明工程と、
    前記照明工程により照明された前記パターンの像を請求項１３乃至請求項１５の何れか一項に記載の光学特性の調整方法により調整された光学系により前記感光性基板上に形成する露光工程と、
    を含むことを特徴とする露光方法。
21. マスクのパターンを光学系を介して感光性基板上に形成する露光装置を製造する露光装置の製造方法において、
    請求項１３乃至請求項１５の何れか一項に記載の光学特性の調整方法により前記光学系の光学特性の調整を行う調整工程と、
    前記調整工程により調整された前記光学系を前記露光装置内に設置する設置工程と、
    を含むことを特徴とする露光装置の製造方法。
22. マスクのパターンを光学系を介して感光性基板上に形成する露光装置を製造する露光装置の製造方法において、
    前記光学系を前記露光装置内に設置する設置工程と、
    請求項１３乃至請求項１５の何れか一項に記載の光学特性の調整方法により前記設置工程により設置された前記光学系の光学特性の調整を行う調整工程と、
    を含むことを特徴とする露光装置の製造方法。

Images