KR101193830B1 - 광학 특성 계측 장치 및 광학 특성 계측 방법, 노광 장치및 노광 방법, 그리고 디바이스 제조 방법 - Google Patents

Abstract

광학 특성 계측 장치 (90) 에는, 조명광을 통과시키기 위한 개구부 (97), 파면 수차를 계측하기 위한 마이크로 어레이 (98), 및 조명광을 계측하기 위한 편광 검출계 (99) 를, 선택적으로 조명광의 광로 상에 배치하는 광학계 유닛 (93) 이 형성되어 있으므로, 조명 광학계의 조명 형상이나 크기, 투영 광학계의 파면 수차, 조명광의 편광 상태를 맞추어 계측할 수 있다. 그 때문에, 예를 들어, 변형 조명의 일종인 편광 조명에 의해 노광을 행하는 경우에도, 그 계측 결과에 기초하여 각종 과학계를 조정하면, 고정밀도의 노광을 실현할 수 있다.

노광, 광학, 조명 광학계, 투영 광학계, 파면 수차

Description

광학 특성 계측 장치 및 광학 특성 계측 방법, 노광 장치 및 노광 방법, 그리고 디바이스 제조 방법{OPTICAL CHARACTERISTIC MEASURING DEVICE, OPTICAL CHARACTERISTIC MEASURING METHOD, EXPOSURE DEVICE, EXPOSURE METHOD, AND DEVICE MANUFACTURING METHOD}

기술분야

본 발명은, 광학 특성 계측 장치 및 광학 특성 계측 방법, 노광 장치 및 노광 방법, 그리고 디바이스 제조 방법에 관한 것이며, 더욱 자세하게는, 피검 광학계의 광학 특성을 계측하는 광학 특성 계측 장치 및 광학 특성 계측 방법, 그 광학 특성 계측 장치를 구비하는 노광 장치 및 상기 광학 특성 계측 방법을 이용하는 노광 방법, 그리고 그 노광 방법을 이용하는 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.

배경기술

종래부터, 반도체 소자 (집적 회로), 액정 표시 소자 등의 전자 디바이스를 제조하는 리소그래피 공정에서는, 마스크 또는 레티클 (이하, 「레티클」이라 총칭한다) 의 패턴의 이미지를, 투영 광학계를 개재하여, 레지스트 (감광제) 가 도포된 웨이퍼 또는 유리 플레이트 등 감광성 기판 (이하, 「기판」 또는 「웨이퍼」라 부른다) 상의 각 쇼트 영역에 전사하는 투영 노광 장치가 사용되고 있다. 이 종류의 투영 노광 장치로서는, 종래, 스텝 앤드 리피트 방식의 축소 투영 노광 장치 (이른바 스테퍼) 가 많이 이용되고 있었으나, 최근에는 레티클과 웨이퍼를 동기 주 사하면서 노광을 실시하는 스텝 앤드 스캔 방식의 투영 노광 장치 (이른바 스캐닝?스테퍼) 도 주목받고 있다.

이러한 투영 노광 장치에 있어서는, 반도체 소자 등의 고집적화에 수반하여, 보다 미세한 패턴을 고해상도로 전사하는 것이 요구되고 있다. 이것을 실현하는 방법으로서, 조명광의 레티클에 대한 입사 각도를 소정 각도로 설정하여 해상력을 향상시키는 윤대 (輪帶) 조명, 2극 조명 및 4극 조명 등의 이른바 초해상 기술이 실용화되어 있다.

또한, 레티클 상의 패턴의 배열 방향에 따라 조명광의 편광 상태를 최적화하여, 해상도 및 초점 심도를 향상시키는 시도도 제안되어 있다. 이 방법은, 직선 편광의 조명광의 편광 방향을, 패턴의 주기 방향에 직교하는 방향 (패턴의 길이 방향과 평행한 방향) 으로 함으로써, 전사 이미지의 콘트라스트 등을 향상시키는 것이다 (예를 들어, 비특허 문헌 1).

또한, 그 이외의 방법으로서, 윤대 조명에 있어서, 조명 광학계의 동공면내의 조명광이 분포하는 영역에 있어서의 조명광의 편광 방향을, 광축을 중심으로 하는 원의 원주 방향과 합치시켜, 투영 이미지의 해상도나 콘트라스트 등을 향상시키고자 하는 시도가 이루어지고 있다 (예를 들어, 특허 문헌 1 참조).

이와 같이, 조명광의 편광 상태를 최적화하여, 투영 이미지의 해상도나 콘트라스트 등을 향상시키는 경우, 조명광의 편광 상태를 확인하는 것이 바람직하다. 이 경우, 조명 광학계의 동공면의 공액인 면에서 조명광의 편광 상태를 계측하는 수법이 고려되는데, 이 수법에서는, 조명의 크기, 형상 및 위치 등, 조명 광학계 및 투영 광학계의 여러 가지 광학 특성을 계측할 필요가 있어, 그들의 포괄적인 계측 수법의 제안이 요망되고 있다.

또한, 조명 광학계의 동공면내의 상이한 위치에서 조명광의 편광 방향이 상이하도록 설정된 경우에는, 투영 광학계의 일부를 구성하는 광학 소자의 이방성 등에 의해 조명광의 진행 속도가, 그 편광 방향에 따라 상이해진다. 따라서, 동일한 투영 광학계를 통과한 조명광이라도, 그 조명광의 편광 방향에 따라, 그 투영 광학계를 통과한 조명광의 파면이 상이해진다. 이와 같이, 조명 광학계 및 투영 광학계의 여러 가지 광학 특성은, 완전히 독립적이지 않은 것도 있기 때문에, 이들의 의존성을 고려한 광학 특성의 계측 방법을 제공하는 것이 요망되고 있다.

비특허 문헌 1: Thimothy A. Brunner, et al.: "High NA Lithographic imaging at Brewster's angel", SPIE (미국) Vo1.4691, pp.1-24 (2002)

특허 문헌 1: 일본 공개특허공보 평6-53120호

발명의 개시

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명은, 상기 사정하에 이루어진 것으로, 제 1 관점에서 보면, 피검 광학계의 광학 특성을 계측하는 광학 특성 계측 장치로서, 상기 피검 광학계를 통과한 광이 입사하는 입사 광학 부재와; 상기 피검 광학계를 통과한 상기 광의 편광 상태를 계측하기 위한 편광 계측용 광학계와, 상기 피검 광학계의 광학 특성 중 파면 수차를 계측하기 위한 수차 계측용 광학계를 가지며, 상기 입사 광학 부재와 수광기 사이에, 상기 편광 계측용 광학계와 상기 수차 계측용 광학계의 어느 일방을 선택적으로 배치 가능한 광학 유닛과; 상기 입사 광학 부재와 상기 수광기 사이에 상기 편광 계측용 광학계가 배치되어 있는 상태에서는, 상기 편광 계측용 광학계를 통과한 광을 수광하고, 상기 입사 광학 부재와 상기 수광기 사이에 상기 수차 계측용 광학계가 배치되어 있는 상태에서는, 상기 수차 계측용 광학계를 통과한 광을 수광하는 상기 수광기와; 상기 수광기의 수광 결과에 기초하여, 상기 피검 광학계를 통과한 상기 광의 편광 상태 및 상기 피검 광학계의 파면 수차를 산출하는 산출 장치를 구비하는 제 1 광학 특성 계측 장치이다.

이것에 의하면, 상기 편광 계측용 광학계를 통한 광, 상기 수차 계측용 광학계를 통한 광을 수광하는 수광기에서의 수광 결과로부터, 상기 피검 광학계를 통과한 상기 광의 편광 상태 및 상기 피검 광학계의 파면 수차를 계측하는 것이 가능해진다. 또한, 상기 피검 광학계를 통과한 상기 광의 편광 상태 및 상기 피검 광학계의 파면 수차를 계측하기 위한 수광기를 공통화할 수 있으므로, 장치 구성을 소형화, 경량화할 수 있다.

본 발명은, 제 2 관점에서 보면, 피검 광학계의 광학 특성을 계측하는 광학 특성 계측 장치로서, 상기 피검 광학계를 통과한 광이 입사하는 입사 광학 부재와; 상기 피검 광학계를 통과한 상기 광의 편광 상태를 계측하기 위한 편광 계측용 광학계와, 상기 피검 광학계의 광학 특성 중, 파면 수차를 계측하기 위한 수차 계측용 광학계를 갖는 광학 유닛과; 상기 입사 광학 부재로 입사한 광을 상기 편광 계측용 광학계로 안내함과 함께 상기 수차 계측용 광학계로 안내하는 광학계와; 상기 편광 계측용 광학계를 통과한 광을 수광함과 함께, 상기 수차 계측용 광학계를 통과한 광을 수광하는 수광기와; 상기 수광기의 수광 결과에 기초하여, 상기 피검 광학계를 통과한 상기 광의 편광 상태 및 상기 피검 광학계의 파면 수차를 산출하는 산출 장치를 구비하는 제 2 광학 특성 계측 장치이다.

이것에 의하면, 편광 계측용 광학계를 통한 광 및 수차 계측용 광학계를 통한 광을 수광하는 수광기에서의 수광 결과로부터, 피검 광학계를 통과한 광의 편광 상태와, 피검 광학계의 파면 수차를 병행하여 계측하는 것이 가능하게 된다.

본 발명은, 제 3 관점에서 보면, 소정 패턴의 이미지를 감광 물체 상에 투영 하는 노광 장치로서, 상기 소정 패턴을 조명광으로 조명하는 조명 광학계와; 상기 소정 패턴을 통과한 상기 조명광을 상기 감광 물체 상에 투사하는 투영 광학계와; 본 발명의 제 1 및 제 2 광학 특성 계측 장치 중 어느 하나를 구비하는 스테이지와; 상기 광학 특성 계측 장치의 계측 결과에 기초하여, 상기 조명 광학계 및 상기 투영 광학계의 적어도 일방의 광학 특성을 조정하는 조정 기구를 구비하는 노광 장치이다.

이것에 의하면, 본 발명의 제 1, 제 2 광학 특성 계측 장치 중 어느 하나의 계측의 결과를 이용하여, 상기 조명 광학계 및 상기 투영 광학계의 적어도 일방의 광학 특성을 조정하는 조정 기구를 구비하고 있으므로, 그 광학 특성을 정밀도 높게 조정할 수 있어, 결과적으로 고정밀의 노광을 실현할 수 있다.

본 발명은, 제 4 관점에서 보면, 피검 광학계의 광학 특성을 계측하는 광학 특성 계측 방법으로서, 상기 피검 광학계의 광학 특성 중, 제 1 광학 특성을 계측하는 제 1 공정과; 상기 계측의 결과에 기초하여, 상기 피검 광학계의 제 1 광학 특성을 조정하는 제 2 공정과; 상기 피검 광학계의 상기 제 1 광학 특성을 조정한 후에, 상기 피검 광학계의 광학 특성 중, 제 2 광학 특성을 계측하는 제 3 공정을 포함하는 광학 특성 계측 방법이다.

이것에 의하면, 제 1 공정에 있어서, 피검 광학계의 제 1 광학 특성을 계측 하고, 제 2 공정에 있어서, 그 계측의 결과에 기초하여 제 1 광학 특성을 조정한 후에, 제 3 공정에 있어서, 제 1 광학 특성에 따라 변화하는 제 2 광학 특성을 계측한다. 이렇게 하면, 제 2 광학 특성이, 제 1 광학 특성에 의존하는 것이라도, 제 1 광학 특성의 조정 후에 제 2 광학 특성을 정밀도 높게 계측할 수 있다.

본 발명은, 제 5 관점에서 보면, 소정 패턴을 조명광으로 조명하는 조명 광학계와, 상기 소정 패턴을 통과한 상기 조명광을 감광 물체 상에 투사하는 투영 광학계의 적어도 일방을 피검 광학계로 하고, 본 발명의 광학 특성 계측 방법을 이용하여, 상기 조명 광학계 및 상기 투영 광학계의 적어도 일방의 광학 특성을 계측하는 계측 공정과; 상기 계측의 결과를 이용하여, 상기 조명 광학계 및 상기 투영 광학계의 적어도 일방의 광학 특성을 조정하는 조정 공정과; 상기 조정 후에, 상기 소정 패턴의 이미지로 상기 감광 물체 상을 노광하는 노광 공정을 포함하는 노광 방법이다.

이것에 의하면, 본 발명의 광학 특성 방법을 이용하여, 상기 조명 광학계 및 상기 투영 광학계의 적어도 일방의 광학 특성을 계측하고, 그 계측의 결과를 이용하여, 조명 광학계 및 투영 광학계의 적어도 일방의 광학 특성을 조정한 후에, 소정 패턴의 이미지로 감광 물체 상을 노광하므로, 고정밀의 노광을 실현할 수 있다.

또한, 리소그래피 공정에 있어서, 본 발명의 노광 방법에 의해 감광 물체 상에 패턴을 형성함으로써, 미세한 패턴을 정밀도 높게 감광 물체 상에 형성할 수 있으며, 이로써, 보다 고집적도의 마이크로 디바이스를 고수율로 제조할 수 있다. 따라서, 본 발명의 또 다른 관점에서 보면, 본 발명의 노광 방법을 이용하는 디바이스 제조 방법이라고도 할 수 있다.

도면의 간단한 설명

도 1 은 본 발명의 일실시형태의 노광 장치 (100) 의 개략적인 구성을 나타내는 도이다.

도 2 는 편광 변환 유닛의 평면도이다.

도 3A 는 윤대 조명에서의 편광 변환 부재에 있어서의 기준 방향을 나타내는 도이다.

도 3B 는 윤대 조명에서의 편광 변환 부재에 의해 변환되는 광의 편광 방향을 나타내는 도이다.

도 4A 는 4중극 조명에서의 편광 변환 부재에 있어서의 기준 방향을 나타내 는 도이다.

도 4B 는 4중극 조명에서의 편광 변환 부재에 의해 변환되는 광의 편광 방향을 나타내는 도이다.

도 5 는 조명계 조리개판의 평면도이다.

도 6 은 광학 특성 계측 장치의 구성을 나타내는 도이다.

도 7 은 편광 검출계의 구성을 나타내는 도이다.

도 8 은 편광 조명의 원리를 설명하기 위한 도이다.

도 9 는 노광 동작시의 주제어 장치 (20) 의 처리를 나타내는 플로우 차트이다.

도 10 은 광학 특성의 계측 처리를 나타내는 (제 1) 플로우 차트이다.

도 11 은 광학 특성의 계측 처리를 나타내는 (제 2) 플로우 차트이다.

도 12 는 광학 특성의 계측 처리를 나타내는 (제 3) 플로우 차트이다.

도 13 은 계측용 레티클의 일례를 나타내는 도이다.

도 14A 는 동공 이미지를 계측할 때의 광학 배치를 나타내는 도이다.

도 14B 는 파면 수차를 계측할 때의 광학 배치를 나타내는 도이다.

도 15 는 편광 상태를 계측했을 때의 계측 결과의 일례를 나타내는 도이다.

도 16 은 동공 이미지의 촬상 결과의 일례를 나타내는 도이다.

도 17 은 광학 특성 계측 장치의 변형예의 구성을 나타내는 도이다.

도 18 은 액침형 노광 장치에 본 발명을 적용한 경우의 광학 특성 계측 장치의 구성의 일례를 나타내는 도이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명의 일실시형태에 대하여 도 1～도 16 에 기초하여 설명한다.

도 1 에는, 본 발명의 일실시형태와 관련되는 광학 특성 계측 방법의 실시에 적합한 노광 장치 (100) 의 전체 구성이 개략적으로 나타나 있다. 이 노광 장치 (100) 는, 스텝 앤드 스캔 방식의 투영 노광 장치 (스캐닝?스테퍼 (스캐너라고도 불린다)) 이다.

도 1 에 나타나는 바와 같이, 노광 장치 (100) 는, 광원 (1) 및 조명 광학계 (12) 를 포함하는 조명계, 레티클 (R) 을 유지하는 레티클 스테이지 (RST), 투영 광학계 (PL), 웨이퍼 (W) 가 탑재되는 웨이퍼 스테이지 (WST) 및 장치 전체를 통괄 제어하는 주제어 장치 (20) 등을 구비하고 있다.

상기 광원 (1) 으로서는, 여기서는 ArF (불화아르곤) 엑시머 레이저 광원 (출력 파장 193㎚) 이 이용되고 있다. 광원 (1) 에서는, 협대화 (狹帶化) 및 파장 선택의 적어도 일방에 의해 직선 편광광을 주성분으로 하는 레이저광 (조명광) 이 생성되어 출력된다.

상기 광원 (1) 은, 실제로는, 조명 광학계 (12), 레티클 스테이지 (RST), 투영 광학계 (PL), 및 웨이퍼 스테이지 (WST) 등이 수납된 챔버 (도시 생략) 가 설치된 클린룸과는 별도의 청정도가 낮은 서비스 룸에 설치되어 있고, 그 챔버에 빔 매칭 유닛 (BMU) 라 불리는 광축 조정용 광학계를 적어도 일부에 포함하는 도시 생략된 송광 (送光) 광학계를 개재하여 접속되어 있다. 이 광원 (1) 은, 주제어 장치 (20) 로부터의 제어 정보에 기초하여, 내부의 콘트롤러에 의해, 레이저 빔 (LB) 의 출력의 온?오프, 레이저 빔 (LB) 의 1펄스당 에너지, 발진 주파수 (반복 주파수), 중심 파장 및 스펙트럼 반치폭 (半値幅) 등이 제어된다.

상기 조명 광학계 (12) 는, 실린더 렌즈, 빔 익스팬더, 편광 제어 유닛 (2), 줌 광학계, 회절 광학 소자 유닛, 편광 변환 유닛 (3), 그리고 옵티컬 인테그레이터 (호모지나이저; 5), 조명계 개구 조리개판 (6), 제 1 릴레이 렌즈 (8A), 제 2 릴레이 렌즈 (8B), 고정 레티클 블라인드 (9A) 및 가동 레티클 블라인드 (9B), 광로 절곡용 미러 (M) 및 콘덴서 렌즈 (10) 등을 구비하고 있다. 이 중, 도 1 에서는, 실린더 렌즈, 빔 익스팬더, 줌 광학계 및 회절 광학 소자 유닛에 대해서는 도시가 생략되어 있다. 여기서, 옵티컬 인테그레이터 (5) 로서는, 플라이 아이 렌즈, 내면 반사형 인테그레이터 (로드 인테그레이터 등) 혹은 회절 광학 소자 등을 이용할 수 있지만, 본 실시형태에서는, 플라이 아이 렌즈가 이용되고 있으므로, 이하에서는, 「플라이 아이 렌즈 (5)」라고도 기술한다.

조명 광학계 (12) 는, 도시 생략한 광 투과창을 개재하여 상기 기술한 송광 광학계에 접속되어 있다. 광원 (1) 에서 펄스 발광되고, 광 투과창을 통해 입사한 레이저 빔 (LB) 은, 예를 들어 실린더 렌즈나 빔 익스팬더를 이용하여, 그 단면 형상이 정형된다.

상기 편광 제어 유닛 (2) 는, 예를 들어 조명 광학계 (12) 의 광축 (투영 광학계의 광축 (AX) 에 일치하는 것으로 한다) 에 일치하는 회전축을 중심으로 회전 가능한 1/2 파장판을 구비하고 있다. 상기 정형된 레이저 빔 (LB) 은, 이 1/2 파장판에 입사하면, 진상축 방향 성분의 위상이, 진상축 방향에 직교하는 방향의 성분에 대하여 1/2 파장 진행되게 되므로, 그 편광 방향이 변화한다. 그 변화는, 입사하는 레이저 빔 (LB) 의 편광 방향과 1/2 파장판의 진상축 각각의 회전 위치에 의해 정해지므로, 편광 제어 유닛 (2) 에서는, 이 1/2 파장판의 회전 위치를 조정함으로써, 사출되는 레이저 빔 (LB) 의 편광 방향을 제어하는 것이 가능해진다. 1/2 파장판의 회전 위치는, 주제어 장치 (20) 의 지시하, 도시 생략한 구동 장치의 구동에 의해 행해진다.

또한, 광원 (1) 으로부터 나오는 레이저 빔 (LB) 이 타원 편광인 경우, 편광 제어 유닛 (2) 에는, 상기 1/2 파장판에 추가하여, 조명 광학계 (12) 의 광축 (AX) 에 일치하는 회전축을 중심으로 회전 가능한 1/4 파장판을 구비하도록 해도 된다. 이 경우, 타원 편광의 레이저 빔은, 1/4 파장판에 의해 직선 편광으로 변환된 후, 1/2 파장판에 의해, 그 편광 방향이 조정되게 된다. 또한, 편광 제어 유닛 (2) 에서는, 레이저 빔 (LB) 의 편광성을 해소하는 소자를, 레이저 빔 (LB) 의 광로 상에 삽입 이탈 가능하게 배치할 수도 있다. 이로써, 노광 장치 (100) 에서는, 레티클 (R) 을 조명할 때, 랜덤 편광 조명도 가능해진다.

편광 제어 유닛 (2) 에 있어서 그 편광 방향이 조정된 레이저 빔 (LB) 은, 오목 렌즈와 볼록 렌즈의 조합으로 이루어지는 도시 생략한 줌 광학계를 거쳐, 도시 생략한 회절 광학 소자 유닛에 입사한다. 이 회절 광학 소자 유닛에는, 회절광의 회절각 및 방향이 상이한 위상형 회절 광학 소자가 터릿 (turret) 형상의 부재에 복수 배열되어 있다. 이 복수의 회절 광학 소자 중 어느 1개의 회절 광학 소자가, 주제어 장치 (20) 의 지시하, 선택적으로 레이저 빔의 광로 상에 배치되게 된다. 레이저 빔 (LB) 의 광로 상에 배치하는 회절 광학 소자를 전환함으로써, 레이저 빔 (LB) 의 단면 형상을 원하는 형상으로 할 수 있도록 되어 있다. 통상적으로는, 에너지 효율의 관점에서, 후술하는 조명계 개구 조리개판 (6) 에 있어서 선택되는 조리개의 형상에 따라, 광로 상에 배치하는 회절 광학 소자가 결정된다. 이렇게 하면, 레이저 빔 (LB) 은, 조명계 개구 조리개판 (6) 의 개구부에 대부분이 집광하게 되어, 에너지 효율면에서 유리하다.

광로 상에 배치된 회절 광학 소자로 단면 형상이 규정된 레이저 빔 (LB) 은, 편광 변환 유닛 (3) 에 입사한다. 도 2 에는, 편광 변환 유닛 (3) 의 평면도가 나타나 있다. 도 2 에 나타나는 바와 같이, 편광 변환 유닛 (3) 에는, 편광 변환 부재 (3A, 3B), 개구 부재 (3C) 및 개구부 (3D) 가 대략 등각도 간격으로 배치되어 있다. 도 2 에서는, 차광 부분이 사선으로 나타나 있다. 편광 변환 유닛 (3) 은, 주제어 장치 (20) 로부터의 제어 신호에 의해 제어되는 모터 등의 구동 장치 (4) 의 구동으로 회전되고, 편광 변환 부재 (3A, 3B), 개구 부재 (3C) 및 개구부 (3D) 중 어느 하나가 레이저 빔 (LB) 의 광로 상에 선택적으로 배치된다. 편광 변환 부재 (3A, 3B), 개구 부재 (3C) 및 개구부 (3D) 중 어느 것을 광로 상에 배치할지는, 후술하는 조명계 개구 조리개판에 있어서 광로 상에 배치되는 조리개에 따라 정해진다.

도 3A, 도 3B 에는, 편광 변환 유닛 (3) 에 배치된 편광 변환 부재 (3A) 의 일례가 나타나 있다. 이 편광 변환 부재 (3A) 는, 후술하는 조명계 개구 조리개판 (6) 의 후술하는 윤대 조명 조리개가 광로 상에 배치되었을 때에, 주제어 장 치 (20) 의 지시하, 레이저 빔 (LB) 의 광로 상에 배치되는 부재이다. 이 편광 변환 부재 (3A) 는, 1축 결정 등의 복굴절 재료로 이루어지는 1/2 파장판 (3Aa, 3Ab, 3Ac, 3Ad, 3Ae, 3Af, 3Ag, 3Ah) 이다. 이들은 도 3A 에 나타나는 바와 같이, 조명 광학계 (12) 의 광축 (AX) 을 중심으로 하여, 그 주위에 각각 인접하여 배치된다. 이들 1/2 파장판 (3Aa～3Ah) 은, 레이저 빔 (LB) 의 광로 밖에 배치된 유지 부재에 의해 유지되어 있다.

1/2 파장판 (3Aa～3Ah) 에 있어서, 그 방향에 평행한 직선 편광광의 위상을, 그 방향에 수직인 직선 편광광의 위상에 대하여 반파장 어긋나게 하는 방향을 「기준 방향」으로 한다. 도 3A 에서는, 이 기준 방향이 흰색 화살표로 표시되어 있다. 도 3A 에 나타나는 바와 같이, 1/2 파장판 (3Aa～3Ah) 에서는, 기준 방향이 각각 상이한 방향으로 되어 있다. 여기서, 레이저 빔 (LB) 이, X축 방향에 편광 방향을 갖는 직선 편광 (이것을 「H 편광」이라 부른다) 인 것으로 한다. 이 경우, 1/2 파장판 (3Aa～3Ah) 에서 변환되는 레이저 빔 (LB) 의 편광 방향은, 도 3B 에 나타나는 바와 같이 된다. 즉, 레이저 빔 (LB) 의 편광 방향은, 편광 변환 부재 (3A) 에 의해, 광축 (AX) 을 중심으로 하는 원의 원주 방향 (접선 방향) 으로 변환된다.

도 4A, 도 4B 에는, 편광 변환 유닛 (3) 에 배치된 편광 변환 부재 (3B) 가 나타나 있다. 이 편광 변환 부재 (3B) 는, 후술하는 조명계 개구 조리개판 (6) 의 4극 조명 조리개가 광로 상에 배치되었을 때에, 주제어 장치 (20) 의 지시하, 그 광로 상에 배치된다. 이 편광 변환 부재 (3B) 는, 1축 결정 등의 복굴절 재 료로 이루어지는 1/2 파장판 (3Ba, 3Bb, 3Bc, 3Bd) 을 구비하고 있다. 이들은 도 4A 에 나타나는 바와 같이, 조명 광학계 (12) 의 광축 (AX) 을 중심으로 하여, 그 주위에 소정 간격으로 배치된다. 이들 1/2 파장판 (3Ba～3Bd) 는, 사선으로 표시되는 차광 부재에 의해 유지되어 있다.

도 4A 에서는, 1/2 파장판 (3Ba～3Bd) 에 있어서의 기준 방향이 나타나 있다. 여기서, 레이저 빔 (LB) 이, H 편광 (편광 방향이 X축 방향인 직선 편광) 인 것으로 하면, 1/2 파장판 (3Ba～3Bd) 에서 변환되는 레이저 빔 (LB) 의 편광 방향은, 도 4B 에 나타나는 바와 같이 된다. 즉, 레이저 빔 (LB) 의 편광 방향은, 편광 변환 부재 (3B) 에 의해, 광축 (AX) 을 중심으로 하는 원의 원주 방향 (접선 방향) 이 되도록 변환된다.

도 2 로 되돌아와, 개구 부재 (3C) 는, 후술하는 조명계 개구 조리개판 (6) 의 후술하는 2극 조명 조리개에 대응하는 2개의 개구부를 갖고 있으며, 그 2극 조명 조리개가 조명광 (IL) 의 광로 상에 배치된 경우에, 주제어 장치 (20) 의 지시하, 레이저 빔 (LB) 의 광로 상에 배치된다. 또한, 개구부 (3D) 는, 후술하는 조명계 개구 조리개판 (6) 의 후술하는 통상 조명 조리개에 대응하는 비교적 큰 원형 개구부를 갖고 있으며, 그 통상 조명 조리개가 조명광 (IL) 의 광로 상에 배치된 경우에, 주제어 장치 (20) 의 지시하, 레이저 빔 (LB) 의 광로 상에 배치된다.

도 1 로 되돌아와, 편광 변환 유닛 (3) 으로부터 사출된 레이저 빔 (LB) 은, 플라이 아이 렌즈 (5) 에 입사한다. 이 플라이 아이 렌즈 (5) 는, 레티클 (R) 을 균일한 조도 분포로 조명하기 위해, 이 레이저 빔 (LB) 의 입사에 의해, 그 사 출측 초점면 (조명 광학계 (12) 의 동공면과 대략 일치) 에 다수의 점 광원 (광원 이미지) 으로 이루어지는 면 광원을 형성한다. 이 2차 광원으로부터 사출되는 레이저 빔을, 이하에서는 「조명광 (IL) 」이라 부르는 것으로 한다.

플라이 아이 렌즈 (5) 의 사출측 초점면의 근방에, 원판 형상 부재로 이루어지는 조명계 개구 조리개판 (6) 이 배치되어 있다. 이 조명계 개구 조리개판 (6) 에는, 도 5 에 나타나는 바와 같이, 대략 등각도 간격으로, 예를 들어 윤대 조명용의 윤대 형상 개구 조리개 (윤대 조명 조리개 (6A)), 및 변형 광원법용으로 복수의 개구를 편심시켜 배치하여 이루어지는 변형 개구 조리개 (4극 조명 조리개 (6B, 2극 조명 조리개 (6C)), 통상의 원형 개구로 이루어지는 개구 조리개 (통상 조명 조리개 (6D)) 등이 배치되어 있다.

이 조명계 개구 조리개판 (6) 은, 도 1 에 나타내는 주제어 장치 (20) 으로부터의 제어 신호에 의해 제어되는 모터 등의 구동 장치 (7) 의 구동으로 회전되고, 임의의 개구 조리개가 조명광 (IL) 의 광로 상에 선택적으로 설정되고, 이로써 동공면에 있어서의 2차 광원의 형상이나 크기 (조명광의 광량 분포) 가, 윤대, 대원형, 혹은 사각형 등으로 제한된다. 또한, 본 실시형태에서는, 조명계 개구 조리개판 (6) 을 이용하여, 조명 광학계 (12) 의 동공면 상에서의 조명광 (IL) 의 광량 분포 (2차 광원의 형상이나 크기), 즉, 레티클 (R) 의 조명 조건을 변경하는 것으로 했지만, 옵티컬 인테그레이터 (플라이 아이 렌즈; 5) 의 입사면 상에서의 조명광의 강도 분포 혹은 조명광의 입사 각도를 가변으로 하여, 상기 기술한 조명 조건의 변경에 수반하는 광량 손실을 최소한으로 억제하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 조명계 개구 조리개판 (6) 대신, 혹은 그것과 조합하여, 예를 들어 조명 광학계 (12) 의 광로 상에 교환하여 배치되는 복수의 회절 광학 소자, 조명 광학계 (12) 의 광축을 따라 이동 가능한 적어도 1개의 프리즘 (원추 프리즘이나 다면체 프리즘 등), 및 줌 광학계 중 적어도 1개를 포함하는 광학 유닛을, 광원 (1) 과 옵티컬 인테그레이터 (플라이 아이 렌즈; 5) 사이에 배치하는 구성을 채용할 수 있다.

도 1 로 되돌아와, 조명계 개구 조리개판 (6) 에서 나온 조명광 (IL) 의 광로 상에, 고정 레티클 블라인드 (9A), 가동 레티클 블라인드 (9B) 를 개재시켜 제 1 릴레이 렌즈 (8A) 및 제 2 릴레이 렌즈 (8B) 로 이루어지는 릴레이 광학계가 배치되어 있다.

고정 레티클 블라인드 (9A) 는 레티클 (R) 의 패턴면에 대한 공액면으로부터 약간 디포커스된 면에 배치되어, 레티클 (R) 상의 조명 영역을 규정하는 직사각형 개구를 형성한다. 또한, 이 고정 레티클 블라인드 (9A) 의 근방 (레티클 (R) 의 패턴면에 대한 공액면) 에 주사 방향 (여기서는 Y축 방향으로 한다) 및 비주사 방향 (X축 방향이 된다) 에 각각 대응하는 방향의 위치 및 폭이 가변인 개구부를 갖는 가동 레티클 블라인드 (9B) 가 배치되어 있다. 주사 노광의 개시시 및 종료시에는, 주제어 장치 (20) 의 제어에 의해, 그 가동 레티클 블라인드 (9B) 를 개재하여 레티클 (R) 상의 조명 영역을 더욱 제한함으로써, 불필요한 노광이 방지되도록 되어 있다.

릴레이 광학계를 구성하는 제 2 릴레이 렌즈 (8B) 후방의 조명광 (IL) 의 광 로 상에는, 당해 제 2 릴레이 렌즈 (8B) 를 통과한 조명광 (IL) 을, 레티클 (R) 을 향해 반사시키는 절곡 미러 (M) 가 배치되고, 이 미러 (M) 후방의 조명광 (IL) 의 광로 상에 콘덴서 렌즈 (10) 가 배치되어 있다.

이상의 구성에 있어서, 플라이 아이 렌즈 (5) 의 입사면, 가동 레티클 블라인드 (8B) 의 배치면 및 레티클 (R) 의 패턴면은 광학적으로 서로 공액으로 설정되고, 도시 생략한 회절 광학 소자 유닛의 회절 광학 소자, 편광 변환 유닛 (3) 의 편광 변환 부재, 플라이 아이 렌즈 (5) 의 사출측 초점면 (조명 광학계 (12) 의 동공면), 투영 광학계 (PL) 의 동공면은 광학적으로 서로 공액이 되도록 설정되어 있다. 또한, 레티클 (R) 의 패턴면과 투영 광학계 (PL) 의 동공면은, 푸리에 변환의 관계를 갖는다.

이렇게 하여 구성된 조명 광학계 (12) 의 작용을 간단히 설명하면, 광원 (1) 으로부터 펄스 발광된 레이저 빔 (LB) 은, 단면 형상이 정형되면서, 편광 제어 유닛 (2) 및 편광 변환 유닛 (3) 에 의해, 그 단면내에 있어서의 편광 방향이 원하는 방향으로 규정된 상태에서, 플라이 아이 렌즈 (5) 에 입사한다. 이로써, 플라이 아이 렌즈 (5) 의 사출측 초점면에 전술한 2차 광원이 형성된다.

상기의 2차 광원으로부터 사출된 조명광 (IL) 은, 조명계 개구 조리개판 (6) 상의 임의의 개구 조리개를 통과하고, 제 1 릴레이 렌즈 (8A) 를 거쳐 고정 레티클 블라인드 (9A), 가동 레티클 블라인드 (9B) 의 직사각형 개구를 통과한다. 그리고, 제 2 릴레이 렌즈 (8B) 를 통과하여 미러 (M) 에 의해 광로가 수직 하방으로 절곡되고, 콘덴서 렌즈 (10) 을 거쳐, 레티클 스테이지 (RST) 상에 유지된 레티클 (R) 상의 직사각형의 조명 영역을 균일한 조도 분포로 조명한다.

상기 레티클 스테이지 (RST) 상에는 레티클 (R) 이, 예를 들어 진공 흡착에 의해 고정되어 있다. 레티클 스테이지 (RST) 는, 여기서는, 리니어 모터 등으로 이루어지는 도시 생략한 레티클 스테이지 구동계에 의해, 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX) 에 수직인 XY 평면내에서 미소 구동 가능함과 함께, 소정의 주사 방향 (Y축 방향) 으로 지정된 주사 속도로 구동 가능하게 되어 있다.

레티클 스테이지 (RST) 의 스테이지 이동면내의 위치는, 레티클 레이저 간섭계 (이하, 「레티클 간섭계」라 한다; 16) 에 의해, 이동 거울 (15) 을 통해, 예를 들어 0.5～1㎚ 정도의 분해능으로 상시 검출된다. 레티클 간섭계 (16) 으로부터의 레티클 스테이지 (RST) 의 위치 정보 (또는 속도 정보) 는, 주제어 장치 (20) 에 보내지고, 주제어 장치 (20) 에서는 그 위치 정보 (또는 속도 정보) 에 기초하여 레티클 스테이지 구동계 (도시 생략) 를 개재하여 레티클 스테이지 (RST) 를 이동시킨다.

상기 투영 광학계 (PL) 는, 레티클 스테이지 (RST) 의 도 1 에 있어서의 하방에 배치되고, 그 광축 (AX) 의 방향이 Z축 방향으로 되어 있다. 투영 광학계 (PL) 는, 예를 들어, 양측 텔레센트릭 축소계이고, 공통의 Z축 방향의 광축 (AX) 을 갖는 도시 생략한 복수의 렌즈 엘리먼트를 포함한다. 또한, 이 투영 광학계 (PL) 로서는, 투영 배율 (β) 이 예를 들어 1/4, 1/5, 1/6 등인 것이 사용되고 있다. 이 때문에, 상기 기술한 바와 같이 하여, 조명광 (노광광; IL) 에 의해 레티클 (R) 상의 조명 영역이 조명되면, 그 레티클 (R) 에 형성된 패턴이 투영 광학 계 (PL) 에 의해 투영 배율 (β) 로 축소된 이미지 (부분 도립 이미지) 가, 표면에 레지스트 (감광제) 가 도포된 웨이퍼 (W) 상의 슬릿 형상의 노광 영역에 투영된다.

또한, 본 실시형태에서는, 상기의 복수의 렌즈 엘리먼트 중, 특정한 렌즈 엘리먼트 (예를 들어, 소정의 5개의 렌즈 엘리먼트) 가 각각 독립적으로 이동 가능하게 되어 있다. 이러한 특정한 렌즈 엘리먼트의 이동은, 특정한 렌즈 엘리먼트마다 설치된 3개의 피에조 소자 등의 구동 소자에 의해 행해진다. 즉, 이들 구동 소자를 개별적으로 구동함으로써, 특정한 렌즈 엘리먼트를, 각각 독립적으로, 각 구동 소자의 변위량에 따라 광축 (AX) 을 따라 평행 이동시킬 수도 있고, 광축 (AX) 과 수직인 평면에 대하여 원하는 경사를 부여할 수도 있도록 되어 있다. 본 실시형태에서는, 상기의 구동 소자를 구동하기 위한 구동 지시 신호는, 주제어 장치 (20) 로부터의 지령에 기초하여 결상 특성 보정 콘트롤러 (51) 에 의해 출력되고, 이로써 각 구동 소자의 변위량이 제어되도록 되어 있다.

상기 기술한 바와 같이 하여 구성된 투영 광학계 (PL) 에서는, 주제어 장치 (20) 에 의한 결상 특성 보정 콘트롤러 (51) 를 개재한 렌즈 엘리먼트의 이동 제어에 의해, 디스토션, 이미지면 만곡, 비점 수차, 코마 수차, 혹은 구면 수차 등의 모든 수차 (광학 특성의 일종) 가 조정 가능하도록 되어 있다.

상기 웨이퍼 스테이지 (WST) 는, 투영 광학계 (PL) 의 도 1 에 있어서의 하방에서, 도시 생략한 베이스 상에 배치되고, 그 상면에 웨이퍼 홀더 (25) 가 탑재 되어 있다. 이 웨이퍼 홀더 (25) 상에 웨이퍼 (W) 가 예를 들어 진공 흡착 등에 의해 고정되어 있다.

웨이퍼 스테이지 (WST) 는, 모터 등을 포함하는 웨이퍼 스테이지 구동계 (24) 에 의해 주사 방향 (Y축 방향) 및 주사 방향에 수직인 비주사 방향 (X축 방향) 으로 구동된다. 그리고, 이 웨이퍼 스테이지 (WST) 에 의해, 웨이퍼 (W) 상의 각 쇼트 영역을 주사 (스캔) 노광하기 위해 웨이퍼 (W) 를 레티클 (R) 에 대하여 상대 주사하는 동작과, 다음의 쇼트의 노광을 위한 주사 개시 위치 (가속 개시 위치) 까지 이동하는 동작을 반복하는 스텝 앤드 스캔 동작이 실행된다.

웨이퍼 스테이지 (WST) 의 XY 평면내에서의 위치는, 웨이퍼 레이저 간섭계 (이하, 「웨이퍼 간섭계」라 한다; 18) 에 의해, 이동 거울 (17) 을 개재하여, 예를 들어 0.5～1㎚ 정도의 분해능으로 상시 검출되고 있다. 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 정보 (또는 속도 정보) 는, 주제어 장치 (20) 에 보내지고, 주제어 장치 (20) 에서는 그 위치 정보 (또는 속도 정보) 에 기초하여 웨이퍼 스테이지 구동계 (24) 를 개재하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 구동 제어를 실시한다.

또한, 웨이퍼 스테이지 (WST) 는, 웨이퍼 스테이지 구동계 (24) 에 의해 Z축 방향, θx 방향 (X축 둘레의 회전 방향: 피칭 방향), θy 방향 (Y축 둘레의 회전 방향: 롤링 방향) 및 θz 방향 (Z축 둘레의 회전 방향: 요잉 방향) 으로도 미소 구동된다. 또한, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 +Y측에는, 후술하는 광학 특성 계측 장치 (90) 가 설치되어 있다.

상기 투영 광학계 (PL) 의 측면에는, 얼라인먼트 검출계 (AS) 가 배치되어 있다. 본 실시형태에서는, 웨이퍼 (W) 상에 형성된 스트리트 라인이나 위치 검출용 마크 (파인 얼라인먼트 마크) 를 관측하는 결상식 얼라인먼트 센서가 얼라인 먼트 검출계 (AS) 로서 이용되고 있다. 이 얼라인먼트 검출계 (AS) 의 상세한 구성은, 예를 들어, 일본 공개특허공보 평9-219354호 및 이것에 대응하는 미국 특허 제5,859,707호 등에 개시되어 있다. 얼라인먼트 검출계 (AS) 에 의한 관측 결과는, 주제어 장치 (20) 에 공급된다. 본 국제 출원으로 지정한 지정국 (또는 선택한 선택국) 의 국내 법령이 허가하는 한, 상기 공보 및 미국 특허에 있어서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다.

또한, 도 1 의 장치에는, 웨이퍼 (W) 표면의 노광 영역 내부 및 그 근방의 영역의 Z축 방향 (광축 (AX) 방향) 의 위치를 검출하기 위한 사입사 (斜入射) 방식의 포커스 검출계 (초점 검출계) 의 하나인, 다점 포커스 위치 검출계 (21, 22) 가 설치되어 있다. 이 다점 포커스 위치 검출계 (21, 22) 의 상세한 구성 등에 대해서는, 예를 들어, 일본 공개특허공보 평6-283403호 및 이것에 대응하는 미국 특허 제5,448,332호 등에 개시되어 있다. 다점 포커스 위치 검출계 (21, 22) 에 의한 검출 결과는, 주제어 장치 (20) 에 공급된다. 본 국제 출원으로 지정한 지정국 (또는 선택한 선택국) 의 국내 법령이 허가하는 한, 상기 공보 및 미국 특허에 있어서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다.

다음에, 웨이퍼 스테이지 (WST) 에 설치된 광학 특성 계측 장치 (90) 에 대하여 설명한다. 도 6 에는, 도 1 에 나타나는 광학 특성 계측 장치 (90) 의 케이스체의 상면 혹은 내부에 배치된 구성 요소가 모식적으로 나타나 있다. 도 6 에 나타나는 바와 같이, 광학 특성 계측 장치 (90) 는, 표시판 (91), 콜리메이터 광학계 (92), 광학계 유닛 (93), 및 수광기 (95) 를 구비하고 있다.

상기 표시판 (91) 은, 웨이퍼 스테이지 (WST) 상에 유지된 웨이퍼 (W) 의 표면과 동일한 높이 위치 (Z축 방향 위치) 에, 광축 (AX) 과 직교하도록 배치되어 있다 (도 1 참조). 이 표시판 (91) 의 표면에는, 크롬 등의 금속의 증착에 의해 반사막을 겸하는 차광막이 형성되어 있고, 그 차광막의 중앙부에, 원형의 개구 (91a) 가 형성되어 있다. 이 차광막에 의해 투영 광학계 (PL) 의 파면 수차의 계측시에 콜리메이터 광학계 (92) 에 대한 불필요한 광의 입사를 차단할 수 있다. 또한, 차광막의 개구 (91a) 의 주변에는, 그 개구 (91a) 와의 위치 관계가 설계상 기지의 3세트 이상 (도 6 에서는, 4세트) 의 2 차원 위치 검출용 마크 (91b) 가 형성되어 있다. 이 2 차원 위치 검출용 마크 (91b) 로서는, 본 실시형태에서는, 십자 마크가 채용되고 있다. 이 십자 마크는, 상기 기술한 얼라인먼트 검출계 (AS) 에 의해 검출 가능하도록 되어 있다.

상기 콜리메이터 광학계 (92) 는, 표시판 (91) 의 하방에 배치되어 있다. 표시판 (91) 의 개구 (91a) 를 통과한 조명광 (IL) 은, 콜리메이터 광학계 (92) 에 의해 연직 하향의 평행광으로 변환된다.

상기 광학계 유닛 (93) 에는, 개구부 (97), 마이크로 렌즈 어레이 (98), 및 편광 검출계 (99) 가 소정 회전축을 중심으로, 소정 각도 간격으로 배치되어 있다. 이 회전축의 회전에 의해, 개구부 (97), 마이크로 렌즈 어레이 (98), 및 편광 검출계 (99) 중 어느 하나를, 콜리메이터 광학계 (92) 를 통과한 광의 광로 상 (광축 (AX1) 에 대응하는 위치) 에, 선택적으로 배치 가능하도록 되어 있다. 이 회전축의 회전은, 주제어 장치 (20) 의 지시하, 도시 생략한 구동 장치에 의해 행 해진다.

상기 개구부 (97) 는, 콜리메이터 광학계 (92) 로부터 사출된 평행광을 그대로 통과시킨다. 이 개구부 (97) 를 조명광 (IL) 의 광로 상에 배치함으로써, 수광기 (95) 에서는, 동공 이미지를 계측하는 것이 가능해진다. 여기서, 동공 이미지란, 후술하는 핀 홀 패턴을 통해 투영 광학계 (PL) 에 입사하는 광에 의해 투영 광학계 (PL) 의 동공면에 형성되는 광원 이미지를 가리킨다. 또한, 개구부 (97) 에, 평행광을 그대로 투과시키는 투과 부재를 구비하도록 해도 된다.

상기 마이크로 렌즈 어레이 (98) 는, 복수의 작은 렌즈 (마이크로 렌즈) 가 광로에 대하여 직교하는 면내에 어레이 형상으로 배치되어 구성되어 있다. 이것을 더욱 상세히 설명하면, 마이크로 렌즈 어레이 (98) 는, 한 변의 길이가 동등한 정방 형상의 다수의 마이크로 렌즈가 매트릭스 형상으로 조밀하게 배열된 것이다. 또한, 마이크로 렌즈 어레이 (98) 는, 평행 평면 유리판에 에칭 처리를 실시함으로써 제작된다. 마이크로 렌즈 어레이 (98) 에서는, 마이크로 렌즈마다, 표시판 (91) 의 개구 (91a) 에 형성된 후술하는 핀 홀 패턴을 통과한 이미지의 결상 광속을 사출한다.

도 7 에는, 상기 편광 검출계 (99) 의 광학적인 구성이 모식적으로 나타나 있다. 도 7 에 나타나는 바와 같이, 편광 검출계 (99) 는, 1/4 파장판 (99A) 과 편광 빔 스플리터 (99B) 를 구비하고 있다. 또한, 이 편광 빔 스플리터 (99B) 는, 본래, 광속을 편광 방향에 따라 2광속으로 분기시키기 위한 것이지만, 여기서는, 특정 방향의 편광 성분만을 통과시키는 편광 슬릿판으로서 작용하므로, 도 7 에서는 그와 같이 도시하고 있다. 도 7 에서는, 1/4 파장판 (99A) 과, 편광 빔 스플리터 (99B) 는, 동일 직선 상에 있는 회전축을 중심으로 회전 가능하게 설치되어 있다. 그들의 회전 위치는, 주제어 장치 (20) 의 지시하, 도시 생략한 구동 장치의 구동에 의해, 제어 가능하도록 되어 있다. 따라서, 1/4 파장판 (99A) 과, 편광 빔 스플리터 (99B) 는, 주제어 장치 (20) 에 의해, 그 상대적인 회전 위치를 조정할 수 있도록 되어 있다. 콜리메이터 광학계 (92) 로부터 사출된 평행광은, 1/4 파장판 (99A) 및 편광 빔 스플리터 (99B) 를 통과한다.

상기 수광기 (95) 는, 2차원 CCD 등으로 이루어지는 수광 소자 (이하, 「CCD」라 부른다; 95a) 와, 예를 들어, 전하 전송 제어 회로 등의 전기 회로 (95b) 등으로 구성되어 있다. CCD (95a) 는, 콜리메이터 광학계 (92) 에 입사하고, 마이크로 렌즈 어레이 (98) 로부터 사출되는 광속 전체를 수광하기에 충분한 면적을 갖고 있다. 또한, CCD (95a) 는, 개구 (91a) 에 형성되는 후술하는 핀 홀 패턴의 이미지가 마이크로 렌즈 어레이 (98) 의 각 마이크로 렌즈에 의해 재결상되는 결상면으로서, 개구 (91a) 의 형성면의 광학적인 공액면에 수광면을 갖고 있다. 또한, 이 수광면은, 개구부 (97) 가, 상기의 광로 상에 배치되어 있는 상태에서는, 투영 광학계 (PL) 의 동공면의 공액면으로부터 약간 어긋난 면에 위치한다.

주제어 장치 (20) 는, CPU (중앙 연산 처리 장치), ROM (리드 온리 메모리), RAM (랜덤 액세스 메모리) 등의 내부 메모리로 이루어지는 이른바 마이크로 컴퓨터 (또는 워크스테이션) 를 포함하고, 내부 메모리 (RAM) 에 로딩된 프로그램을 이 CPU 가 실행함으로써, 노광 장치 (100) 의 통괄 제어가 실현된다.

여기서, 노광 장치 (100) 에 있어서 가능한 편광 조명의 원리에 대하여 도 8 을 참조하여 간단히 설명한다. 도 8 에서는, 조명 광학계 (12) 의 동공면과 레티클 (R) 의 관계가 모식적으로 나타나 있다. 조명 광학계 (12) 의 그 이외의 구성 요소들은, 그 도시가 생략되어 있다. 또한, 레티클 (R) 상에는, X축 방향으로 주기성을 갖는 라인 앤드 스페이스 패턴 (이하, 「L/S 패턴」이라 부른다) 과, Y축 방향으로 주기성을 갖는 L/S 패턴이 형성되어 있는 것으로 한다.

도 8 에 있어서는, 주제어 장치 (20) 의 지시하, 조명계 개구 조리개판 (6) 의 윤대 조명 조리개 (6A) 가 조명광 (IL) 의 광로 상에 배치되어 있는 상태가 되어 있다. 또한, 편광 제어 유닛 (2) 에 의해, 레이저 빔 (LB) 의 편광 방향이 H 편광 (X축 방향을 편광 방향으로 하는 편광) 으로서 설정되고, 편광 변환 유닛 (3) 의 편광 변환 부재 (3A) 가 레이저 빔 (LB) 의 광로 상에 배치되어 있는 것으로 한다. 이로써, 윤대 조명 조리개 (6A) 를 통과하는 조명광 (IL) 의 편광 방향은, 도 8 에 나타나는 바와 같이, 광축 (AX) 을 중심으로 하는 원의 원주 방향이 되도록 규정된다. 이로써, 조명광 (IL) 은, 입사각 (φ) 을 중심으로 하는 소정 각도만큼 기울어 레티클 (R) 에 입사하게 된다. 이 입사각 (φ) 의 정현의 값은, 조명 광학계 (12) 의 광축 (AX) 으로부터의 윤대의 개구부 (이하, 「윤대 영역」이라 한다) 의 중심 위치의 거리에 비례한다.

조명광 (IL) 이, 조명 광학계의 동공면 상에서, 윤대 영역의 원주 방향에 대략 평행한 직선 편광광인 경우, 도 8 에 나타나는 바와 같이, 조명광 (IL) 은, 레티클 (R) 에 대하여 S 편광이 된다. 여기서, S 편광이란, 광학 일반에서 정의 되는 S 편광과 동일한 의미이며, 조명광 (IL) 의 진행 방향과, 레티클 (R) 에 대한 법선을 포함하는 면에 대하여 편광 방향이 수직인 편광을 말한다. 이러한 입사 방위 (입사각 (φ) 및 편광 상태) 로 레티클 (R) 을 조명하면, 투영 광학계 (PL) 를 통해 투영되는 L/S 패턴의 이미지의 콘트라스트 등을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 이 이유에 대해서는 일본 공개특허공보 평6-53120호, 국제 공개 제2004/051717호 팜플렛 및 이것에 대응하는 미국 특허 출원 제11/140,103호 등에 개시되어 있다. 본 국제 출원으로 지정한 지정국 (또는 선택한 선택국) 의 국내 법령이 허가하는 한, 상기 팜플렛 및 대응 미국 특허 출원에 있어서의 개시를 원용하여 본 명세서의 기재의 일부로 한다.

또한, 본 실시형태에서는, 조명계 개구 조리개판 (6) 의 4극 조명 조리개 (6B) 및 편광 변환 유닛 (3) 의 편광 변환 부재 (3B) 가 광축 (AX) 상에 배치되어 있는 경우에도, 조명광 (IL) 의 편광 상태가, 도 4B 에 나타나는 바와 같이, 광축 (AX) 을 중심으로 하는 원의 원주 방향으로 되어 있기 때문에, 조명광 (IL) 의 편광 상태를 레티클 (R) 의 면에 대하여 S 편광으로 할 수 있어, 이미지면 상의 패턴 이미지의 콘트라스트를 향상시킬 수 있다.

다음에, 본 실시형태의 노광 장치 (100) 에 의한 노광 동작을, 주제어 장치 (20) 의 처리 알고리즘을 간략화하여 나타내는 도 9～도 12 의 플로우 차트를 따라, 적절히 다른 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 여기서는, 웨이퍼 (W) 상에의 1층째의 노광이 이미 종료되어 있고, 2층째 이후의 노광을 실시하는 것으로 하여 설명한다. 또한, 광학 특성 계측 장치 (90) 내부의 광학계의 수차는, 무 시할 수 있는 레벨인 것으로 한다.

도 9 에 나타나는 바와 같이, 우선, 단계 102 에 있어서, 광학 특성의 계측의 서브루틴의 처리를 실시한다. 이 서브루틴 102 에서는, 우선, 도 10 의 단계 122 에 있어서, 광학 특성의 계측을 행하기 위한 조명 조건을 설정한다. 구체적으로는, 주제어 장치 (20) 는, 편광 제어 유닛 (2) 에 있어서, 레이저 빔 (LB) 의 편광을 H 편광으로 설정하고, 구동 장치 (7) 를 구동하고, 조명계 개구 조리개판 (6) 을 회전시켜, 통상 조명 조리개 (6D) 를 조명광 (IL) 의 광로 상에 배치시킴과 함께, 구동 장치 (4) 를 구동하고, 편광 변환 유닛 (3) 을 회전시켜, 개구부 (3D) 를 레이저 빔 (LB) 의 광로 상에 배치시킨다. 이로써, 노광 장치 (100) 에 의한 통상 개구 조리개에 의한 레티클 (R) 의 조명이 가능해진다. 이 경우, 투영 광학계 (PL) 의 동공면내에 형성되는 동공 이미지의 형상은 원형이 된다.

다음에, 단계 124 에 있어서, 도시 생략한 레티클 로더를 이용하여, 도 13 에 나타나는 계측용 레티클 (RT) 을 레티클 스테이지 (RST) 에 로드함과 함께, 소정의 준비 작업을 실시한다.

계측용 레티클 (RT) 에는, 도 13 에 나타나는 바와 같이, 복수개의 핀 홀 패턴 (도 13 에서는, 3×11=33 의 핀 홀 패턴 (PH_n (n=1～33))) 이 레티클 스테이지 (RST) 에 로딩된 상태에서, X축 방향 및 Y축 방향 각각을 행 방향 및 열 방향으로 하여 매트릭스 형상으로 배치되어 있다. 또한, 핀 홀 패턴 (PH₁～PH₃₃) 은, 도 13 에 있어서 점선으로 표시되는 슬릿 형상의 조명 영역의 크기의 영역내에 형성되 어 있다.

여기서, 상기의 소정의 준비 작업으로서는, 계측용 레티클 (RT) 의 투영 광학계 (PL) 에 대한 상대 위치의 검출, 얼라인먼트 검출계 (AS) 의 베이스 라인의 계측 등이 행해진다. 즉, 도시 생략한 레티클 얼라인먼트계를 이용하여, 웨이퍼 스테이지 (WST) 상의 도시 생략한 기준 마크판 상에 형성된 한 쌍의 제 1 기준 마크와, 이것에 대응하는 계측용 레티클 (RT) 상의 레티클 얼라인먼트 마크의 투영 광학계 (PL) 를 개재한 이미지의 위치 관계의 검출을 실시한다. 이 위치 관계의 검출은, 계측용 레티클 (RT) 상의 도 13 중에 점선으로 표시되는 영역이, 전술한 조명 영역과 대략 일치하는 위치에, 레티클 스테이지 (RST) 를 이동시킨 상태에서 행해진다. 이어서, 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 소정 거리만큼 XY 면내에서 이동시켜, 얼라인먼트 검출계 (AS) 의 검출 중심에 대한 위치 관계를 검출하고, 상기 2개의 위치 관계와 각각의 위치 관계 검출시의 간섭계 (16, 18) 의 계측치에 기초하여 얼라인먼트 검출계 (AS) 의 베이스 라인을 계측한다.

다음의 단계 126 에서는, 광학 특성 계측 장치 (90) 의 광학계 유닛 (93) 을 회전시켜, 마이크로 렌즈 어레이 (98) 를, 광축 (AX1) 상에 배치한다.

다음의 단계 128 에서는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 에 장착된 광학 특성 계측 장치 (90) 와 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 관계의 계측을 실시한다. 구체적으로는, 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 순차적으로 이동시켜 얼라인먼트 검출계 (AS) 를 이용하여 광학 특성 계측 장치 (90) 의 표시판 (91) 상의 적어도 2개의 2차원 위치 마크 (91b) 각각의 웨이퍼 스테이지 좌표계 상에 있어서의 위치의 검출을 실 시하고, 그 위치의 검출 결과에 기초하여, 예를 들어 최소 제곱법 등의 소정의 통계 연산에 의해 광학 특성 계측 장치 (90) 의 표시판 (91) 의 개구 (91a) 와 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 관계를 정확히 구한다.

이 결과, 웨이퍼 간섭계 (18) 로부터 출력되는 위치 정보 (속도 정보) 에 기초하여, 개구 (91a) 의 XY 위치를 정확하게 검출할 수 있고, 또한, 이 XY 위치의 검출 결과와 먼저 계측한 베이스 라인에 기초하여, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치를 제어함으로써, 개구 (91a) 를 원하는 XY 치에 정밀도 높게 위치 결정할 수 있게 된다.

다음의 단계 130 에서는, 다점 포커스 위치 검출계 (21, 22) 를 이용하여, 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX) 에 직교하는 면 (XY 평면) 에 대한 표시판 (91) 의 경사를 계측한다. 다음의 단계 132 에서는, 상기의 경사의 계측 결과에 기초하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 경사를 조정함으로써, 표시판 (91) 의 상면의 경사를 투영 광학계 (PL) 의 이미지면 (또는 이미지면의 근사 평면) 의 경사와 일치시킨다.

다음의 단계 134 에서, 투영 광학계 (PL) 의 시야내의 기준 계측점, 예를 들어 시야 중심의 계측점, 즉 도 13 에 나타나는 핀 홀 패턴 (PH₁₇) 의 투영 광학계 (PL) 에 관한 공액 위치 (광축 (AX) 상) 의 계측점에 광학 특성 계측 장치 (90) 의 표시판 (91) 의 개구 (91a) 가 일치하도록 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 이동시킨다. 이로써, 피검 광학계 (조명 광학계 (12) 및 투영 광학계 (PL)) 의 광축 (AX) 과, 광학 특성 계측 장치 (90) 의 광축 (AX1) 이 일치하게 된다.

다음의 단계 136 에서는, 조명광 (IL) 의 편광 상태를 설정한다. 구체적으로는, 주제어 장치 (20) 는, 편광 제어 유닛 (2) 에 있어서의 1/2 파장판 등을 회전시켜, 레이저 빔 (LB) 의 편광 방향을 조정한다. 여기서는, 조명광 (IL) 이 H 편광이 되도록, 1/2 파장판의 회전량을 조정한다.

다음의 단계 138 에서는, 마이크로 렌즈 어레이 (98) 를 구성하는 각 마이크로 렌즈에 의해 CCD (95a) 의 수광면 상에 최적으로 결상되는 핀 홀 패턴 (PH₁₇) 의 이미지의 촬상 결과인 촬상 데이터 (IMD1) 에 기초하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 최적 Z 위치 (베스트 포커스 위치) 를 서치한다. 이하에서는 이 서치 처리에 대하여 구체적으로 설명한다.

이 최적 Z 위치의 서치가 행해질 때의 광학 배치를, 광학 특성 계측 장치 (90) 의 광축 (AX1) 및 투영 광학계 (PL) 의 광축 (AX) 을 따라 전개한 것이, 도 14A 에 나타나 있다. 도 14A 에 나타나는 광학 배치에 있어서, 주제어 장치 (20) 가 광원 (1) 으로부터 레이저 빔 (LB) 을 발진시켜, 조명 광학계 (12) 로부터 조명광 (IL) 이 사출되면, 계측용 레티클 (RT) 의 핀 홀 패턴 (PH₁₇) 에 도달한 광 (조명광 (IL)) 이, 구면파가 되어 핀 홀 패턴 (PH₁₇) 으로부터 사출된다. 그리고, 그 광은, 투영 광학계 (PL) 를 통과한 후, 광학 특성 계측 장치 (90) 의 표시판 (91) 의 개구 (91a) 에 집광된다. 또한, 핀 홀 패턴 (PH₁₇) 이외의 핀 홀 패턴 (PH₁～PH₁₆, PH₁₈～PH₃₃) 을 통과한 광은, 개구 (91a) 에는 도달하지 않도록 되어 있다. 상기 기술한 바와 같이 하여 개구 (91a) 에 집광된 광 (표시판 (91) 표 면의 개구 (91a) 의 내부에 결상된 핀 홀 패턴 (PH₁₇) 의 이미지 광속) 의 파면은, 투영 광학계 (PL) 의 파면 수차를 포함한 대략 구면이 된다.

개구 (91a) 를 통과한 광은, 콜리메이터 광학계 (92) 에 의해 평행광으로 변환되고, 마이크로 렌즈 어레이 (98) 에 입사한다. 마이크로 렌즈 어레이 (98) 는, 마이크로 렌즈 (도 14A 참조) 마다, 표시판 (91) 표면의 개구 (91a) 의 내부에 결상된 핀 홀 패턴 (PH₁₇) 의 이미지를, 표시판 (91) 의 광학적인 공액면, 즉, CCD (95a) 의 촬상면 (수광면) 에 결상시킨다. 따라서, CCD (95a) 의 촬상면에는, 마이크로 렌즈 어레이 (94) 를 구성하는 마이크로 렌즈에 대응하는 배치 및 수의 스폿 이미지 (핀 홀 패턴 (PH₁₇) 의 이미지) 가 형성된다. CCD (95a) 에 의해, 그들 촬상면 (수광면) 에 형성된 스폿 이미지의 촬상이 행해진다. CCD (95a) 의 촬상에 의해 얻어진 촬상 데이터 (IMD1) 는, 주제어 장치 (20) 로 송신된다.

따라서, 웨이퍼 스테이지 구동계 (24) 를 개재하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 Z축 방향으로 단계 이동시키면서, 상기 촬상 데이터 (IMD1) 를 입력하고, 그 입력된 촬상 데이터 (IMD1) 에 기초하여, 예를 들어, 스폿 이미지의 콘트라스트가 최대가 되는 Z축 방향의 위치를 찾아냄으로써, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 최적 Z 위치를 서치한다.

다음의 단계 140 에서는, 광학계 유닛 (93) 을 회전시켜, 편광 검출계 (99) 를 조명광 (IL) 의 광축 (AX1) 상에 배치하고, 단계 142 에 있어서, 조명광 (IL) 의 편광 상태를 계측한다. 이하, 조명광 (IL) 의 편광 상태의 검출 방법에 대 하여 설명한다.

도 7 에 나타나는 바와 같이, 편광 빔 스플리터 (99B) 의 투과 방위가 X축에 일치하고 있는 것으로 한다. 이 상태에서, 1/4 파장판 (99A) 을 회전시킨다. 이 회전량을 X축을 기준으로 하여 θ 로 나타낸다. 여기서는, 1/4 파장판을 0˚<θ<360˚의 범위에서 회전 가능하고, CCD (95a) 는, 1/4 파장판 (99A) 이 소정 회전 각도만큼 회전할 때마다 조명광 (IL) 을 수광하고, 이 수광 결과로부터, 조명광 (IL) 의 편광 상태를 산출한다.

그런데, 편광 빔 스플리터 (99B) 를 투과하는 광의 강도 I(φ) 는 다음 식으로 부여된다.

I(θ)=I₀(2+cos2α+cos2αcos4θ-2sin2αsinδsin2θ+sin2αcos2δsin4θ) --- (1)

여기서, I₀ 는, 전체 각도에서의 광 강도의 평균이며, α 는, 조명광 (IL) 을 타원 편광으로 본 경우의 X축과 Y축의 진폭의 탄젠트이며, δ 은, 조명광 (IL) 에 있어서의 진동 방향이 X축 방향 및 Y축 방향인 2개의 전기 벡터의 위상차이다.

도 15 에는, 1/4 파장판 (99A) 를 회전시킴으로써 얻어지는 조명광 (IL) 의 강도의 계측 결과의 일례가 나타나 있다. 본 실시형태에서는, 조명광 (IL) 이 CCD (95a) 에 의해 수광되고, 그 수광 결과가 주제어 장치 (20) 로 보내져, 도 15 에 나타내는 바와 같은 회전량 (θ_i) 에 대한 광 강도 변화가 계측된다. 그래 서, 주제어 장치 (20) 에서는, 고속 푸리에 변환 (FFT) 을 실시하고, 구체적으로는 다음 식을 연산하여, 스토크스 파라미터 (S0, S1, S2, S3) 를 산출한다.

여기서, I_i 는, 회전량 θ_i 에 있어서 계측된 광 강도이다. 주제어 장치 (20) 는, 이들의 산출 결과로부터, 다음 식으로 표시되는 스토크스 파라미터 (S0, S1, S2, S3) 중, 스토크스 파라미터 (S1～S3) 를 산출한다.

S0=1, S1=cos2α, S2=sin2α?cosδ, S3=sin2α?sinδ --- (3)

또한, 상기 스토크스 파라미터 S1～S3 는, 스토크스 파라미터 S0=1 으로서 정규화된 파라미터이다.

다음의 단계 144 에서는, 주제어 장치 (20) 에서는, 이들 스토크스 파라미터 (S1～S3) 의 산출치에 기초하여, 조명광 (IL) 이 H 편광이 되어 있는지 아닌지를 판단한다. 이 판단이 긍정되면, 도 11 의 단계 152 로 진행한다. 한편, 이 단계 144 의 판단이 부정되었을 경우에는, 단계 146 로 진행하고, 스토크스 파라미터 (S1～S3) 의 산출치에 기초하여 편광 제어 유닛 (2) 을 조정함으로써, 조명광 (IL) 의 편광 상태를 조정한다. 예를 들어, 조명광 (IL) 의 타원 편광성이 강한 경우에는, 직선 편광이 되도록 편광 제어 유닛 (2) 내의 편광자를 조정하고, 직선 편광이더라도, 그 편광 방향이 X축 방향으로부터 어긋나 있는 경우에는, 편광 제어 유닛 (2) 내의 1/2 파장판의 회전량을 조정하여, 편광 방향이 X축 방향, 즉 H 편광이 되도록 한다. 단계 146 종료 후에는, 단계 142 로 되돌아온다.

이후, 단계 144 에 있어서의 판단이 긍정될 때까지, 단계 146 에서, 예를 들어, 편광 제어 유닛 (2) 의 1/2 파장판 또는 1/4 파장판을 회전 조정하는 등에 의해, 조명광 (IL) 의 편광 상태를 조정하고, 단계 142 로 되돌아와, 다시, 조명광 (IL) 의 편광 상태를 상기 기술한 바와 같이 하여 계측하는 처리를 반복한다. 이로써, 최종적으로 조명광 (IL) 은, H 편광이 된다.

이렇게 하여, 조명광 (IL) 이 H 편광이 되도록 조정된 후, 도 11 의 단계 152 에 있어서, 광학계 유닛 (93) 을 회전시켜 개구부 (97) 를 광축 (AX1) 상에 배치한다. 다음의 단계 154 에서는, 카운터 n 의 값 (이하, 「카운터값 n」이라 부른다) 을 1 로 초기화한다.

단계 156 에서는, 광학 특성 계측 장치 (90) 를 n번째 (여기에서는 1번째) 의 계측점으로 이동시킨다. 즉, n번째의 핀 홀 패턴 (PH_n) 의 투영 광학계 (PL) 에 관한 공액 위치의 계측점에 광학 특성 계측 장치 (90) 의 표시판 (91) 의 개구 (91a) 가 일치하도록 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 이동시킨다.

다음의 단계 158 에서는, 동공 이미지 계측을 실시한다. 도 14B 에는, 동공 이미지 계측의 모습이 나타나 있다. 도 14B 에 나타나는 바와 같이, 이 상태에서는, 조명광 (IL) 의 광로 상에는 개구부 (97) 가 배치되어 있기 때문에, 콜리메이터 광학계 (92) 를 통과한 평행광은, 그대로 CCD (95a) 에 입사한다. 즉, CCD (95a) 는, 투영 광학계 (PL) 의 동공면과 공액 위치에 배치되어 있는 것으로 간주할 수 있고 그 동공면에 있어서의 동공 이미지에 대응하는 광속을 수광하는 것이 가능해진다. 그래서, 여기서는, CCD (95a) 의 촬상 데이터 (IMD2) 를 입력하고, 그 촬상 데이터 (IMD2) 에 기초하여 동공 이미지의 중심 위치나 크기, 혹은 동공 이미지의 강도 분포를 검출한다. 그리고, 그 검출의 결과를 메모리에 기억한다.

다음의 단계 160 에서는, 카운터값 n 이 계측점의 총수 N (여기에서는 N=33) 이상인지 아닌지를 판단함으로써, 모든 계측점에 있어서 동공 이미지 계측이 종료되었는지 아닌지를 판단한다. 여기서는, 최초의 계측점에 대하여 동공 이미지계측이 종료되었을 뿐이므로, 여기서의 판단은 부정되고, 단계 162 로 이행하여, 카운터값 n 을 1 증가한 후, 단계 156 으로 되돌아온다.

이후, 단계 160 에 있어서의 판단이 긍정될 때까지, 단계 156→단계 158→단계 160→단계 162 의 루프의 처리?판단을 반복한다. 이로써, 투영 광학계 (PL) 의 시야내의 2～33번째의 계측점, 즉, 핀 홀 패턴 (PH₂～PH₃₃) 의 투영 광학계 (PL) 에 관한 공액 위치의 계측점에 대하여, 동공 이미지 계측이 행해지고, 핀 홀 패턴 (PH₂～PH₃₃) 각각을 통과한 동공 이미지의 중심 위치나 크기, 혹은 동공 이미지의 강도 분포가 산출되어, 메모리내에 기억된다.

그리고, 모든 계측점에 대한 동공 이미지 계측이 종료되면, 단계 164 로 진행하여, 카운터값 n 을 1 로 초기화한다.

다음의 단계 166 에서는, 광학계 유닛 (93) 을 회전시켜 마이크로 렌즈 어레이 (98) 를 다시 광축 (AX1) 상에 배치한 후, 단계 168 에서는, 광학 특성 계측 장치 (90) 를 n번째 (여기서는 1번째) 의 계측점으로 이동시킨다. 즉, n번째의 핀 홀 패턴 (PH_n) 의 투영 광학계 (PL) 에 관한 공액 위치의 계측점에 광학 특성 계측 장치 (90) 의 표시판 (91) 의 개구 (91a) 가 일치하도록 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 이동시킨다.

다음의 단계 170～단계 174 에서는, 그 n번째의 계측점에 있어서의 파면 수차 계측을 실행한다. 즉, 우선, 단계 170 에서는, 마이크로 렌즈 어레이 (98) 에 의해 CCD (95a) 의 수광면 상에 형성되는 모든 스폿 이미지의 촬상을 실시하고, 그 촬상 데이터 (IMD1) 를 입력한다.

다음의 단계 174 에 있어서, 메모리로부터 각 스폿 이미지의 위치 정보를 판독하여, 계측용 레티클 (RT) 에 있어서의 n번째 (여기서는 1번째) 의 핀 홀 패턴 (PH₁) 을 통과한 광에 관한 투영 광학계 (PL) 의 파면 수차를 후술하는 바와 같이 하여 산출한다.

그런데, 스폿 이미지의 위치 정보로부터 파면 수차를 계측할 수 있는 이유는, 상기의 스폿 이미지의 촬상시에, 마이크로 렌즈 어레이 (98) 에 입사하는 광의 파면이, 투영 광학계 (PL) 의 파면 수차를 반영한 것이 되어 있기 때문이다.

즉, 투영 광학계 (PL) 에 파면 수차가 없는 경우에는, 도 14A 에서 점선으로 표시되는 바와 같이, 그 파면 (WF) 은 광축 (AX1) 과 직교하는 평면이 되고, 이 경우, 마이크로 렌즈 (98) 에 입사한 광의 파면이 광축과 직교하고, 그 마이크로 렌즈 어레이 (98) 의 각 마이크로 렌즈의 광축과 CCD (95a) 의 촬상면의 교점을 중심으로 하는 스폿 이미지가, CCD (95a) 의 수광면에 결상된다. 이에 대하여, 투영 광학계 (PL) 에 파면 수차가 있는 경우에는, 도 14A 에 있어서 2점 쇄선으로 표시되는 바와 같이, 그 파면 (WF') 은 광축 (AX1) 과 직교하는 평면으로는 되지 않고, 그 평면 상의 위치에 따른 각도의 기울기를 갖는 면이 된다. 이 경우, 마이크로 렌즈 (98) 에 입사한 광의 파면은 기울어져 있고, 그 기울기량에 따른 거리만큼, 그 마이크로 렌즈 (98) 의 광축과 CCD (95a) 의 수광면의 교점으로부터 어긋난 점을 중심으로 하는 스폿 이미지가 CCD (95a) 의 수광면에 결상된다.

따라서, 이 단계 174 에서는, 파면 수차가 없을 때에 기대되는 각 스폿 이미지 위치 (상기의 마이크로 렌즈 (98) 의 광축과 CCD (95a) 의 촬상면의 교점) 와 검출된 각 스폿 이미지 위치의 차이 (위치 오차) 로부터, 체르니케 다항식의 계수를 구함으로써, 계측용 레티클 (RT) 에 있어서의 n번째의 핀 홀 패턴 (PH_n) 를 통과한 광에 관한 투영 광학계 (PL) 의 파면 수차를 산출한다.

단, 파면 수차가 없을 때에 기대되는 각 스폿 이미지 위치가, 상기의 마이크로 렌즈 어레이 (98) 의 각 마이크로 렌즈의 광축과 CCD (95a) 의 수광면의 교점과 일치하는 것은, 입사하는 광의 광축에 차이가 없고, 광축 (AX1) 과 CCD (95a) 가 정확하게 직교하는 이상적인 경우뿐이다. 그래서, 본 실시형태에서는, 상기의 위치 오차를 산출할 때, 메모리내에 기억되어 있는, 대응하는 계측점에 있어서의 광원 이미지의 데이터 (중심 위치나 크기 등의 광원 이미지의 위치 정보) 에 기초하여, 파면 수차가 없을 때에 기대되는 각 스폿 이미지 위치 (각 스폿 이미지의 편차량을 산출하기 위한 기준 위치) 를 각각 보정하고, 검출된 각 스폿 이미지 위치와 보정 후의 각 기준 위치의 차이를 산출하고 있다. 이로써, 광학 특성 계측 장치 (90) 에 입사되는 광의 광축의 어긋남에 기인하는, 파면 수차가 없을 때의 각 스폿 이미지의 기준 위치의 오차를 제거할 수 있어, 보다 고정밀도로 파면 수차를 구할 수 있다.

도 11 의 설명으로 되돌아와, 다음의 단계 176 에서는, 카운터값 n 이 계측점의 총수 N (여기에서는 N=33) 이상인지 아닌지를 판단함으로써, 모든 계측점에 있어서 파면 수차의 계측이 종료되었는지 아닌지를 판단한다. 여기서는, 최초의 계측점에 대하여 파면 수차의 계측이 종료되었을 뿐이므로, 여기서의 판단은 부정되고, 단계 178 로 이행하여, 카운터값 n 을 1만큼 증가한 후, 단계 168 로 되돌아온다.

이후, 단계 176 에 있어서의 판단이 긍정될 때까지, 단계 168→단계 170→단계 172→단계 174→단계 176→단계 178 의 루프의 처리를 반복한다. 이로써, 투영 광학계 (PL) 의 시야내의 2～33번째의 계측점, 즉, 핀 홀 패턴 (PH₂～PH₃₃) 의 투영 광학계 (PL) 에 관한 공액 위치의 계측점에 대하여, 파면 수차 계측이 행해지고, 핀 홀 패턴 (PH₂～PH₃₃) 각각을 통과한 광에 관한 파면 수차가 산출되어, 도시 생략한 메모리내에 기억된다.

그리고, 모든 계측점에 대한 파면 수차 계측이 종료되고, 단계 176 에 있어서의 판단이 긍정되면, 다음의 단계 180 으로 진행한다.

단계 180 에서는, 조명광 (IL) 을 V 편광 (편광 방향이 Y축 방향인 직선 편광) 으로 했을 때의 계측이 종료되었는지 아닌지를 판단한다. 이 경우, H 편광의 계측이 종료되었을 뿐이므로 이 단계 180 에서의 판단이 부정되고, 도 10 의 단계 136 으로 되돌아온다.

단계 136 에서는, 편광 제어 유닛 (2) 의 1/2 파장판이 90도 회전되어, 레이저 빔 (LB) 의 편광 방향이 90도 변경된다. 이로써 조명광 (IL) 은 V 편광이 되도록 설정된다. 그리고, 단계 138 에 있어서, 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 최적 Z 위치를 다시 서치한다. 여기서, 다시, 최적 Z 위치를 서치하는 것은, 조명광 (IL) 의 편광 방향을 바꿈으로써, 각 계측점에 대응하는 파면이 변화하고, 그 파면의 변화에 수반하여 최적 Z 위치도 변화하는 것으로 생각되기 때문이다. 그리고, 단계 140～단계 144, 도 11 의 단계 152～단계 176 에 있어서, 조명광 (IL) 을 V 편광으로 설정했을 때의 통상 조명 조리개 (6D) 에 대응하는 각 계측점의 동공 이미지 및 파면이 계측된다. 그리고, 이렇게 하여 V 편광의 계측이 종료되면, 단계 180 에 있어서의 판단이 긍정되고, 도 12 의 단계 182 로 진행한다.

도 12 의 단계 182 에서는, 상기에서 구한 투영 광학계 (PL) 의 시야내의 N개 (여기에서는 33개) 의 계측점에 있어서의 파면 수차의 데이터에 기초하여, 투영 광학계 (PL) 의 파면 수차가 허용 범위 이외에 계측점이 있는지 아닌지를 판단한 다. 그리고, 이 판단이 긍정되었을 경우에는, 단계 184 로 이행하고, 투영 광학계 (PL) 의 파면 수차의 계측 결과에 기초하여, 현재 발생하고 있는 파면 수차를 저감시키도록, 결상 특성 보정 콘트롤러 (51) 를 개재하여 렌즈 엘리먼트를 구동하여 투영 광학계 (PL) 의 파면 수차의 조정을 실시한다. 이 조정은, 실제의 노광시에 설정되는 조명 조건에 기초하여 설정된다. 예를 들어, 노광이, 윤대 조명으로 행해지는 경우에는, 그 윤대 조명 조리개에 있어서 조명광 (IL) 이 통과하는 부분에 있어서의 파면이 최적이 되도록 설정되는 것이 바람직하다. 또한, 본 실시형태에서는, 후술하는 바와 같이, 조명광 (IL) 의 편광 방향이, 광축 (AX) 을 중심으로 하는 원의 원주 방향을 따르고 있으며, 동공면의 상이한 영역에서 조명광 (IL) 의 편광 방향이 상이하게 되므로, 그 편광 상태에서 파면 수차가 가장 저감되도록, 투영 광학계 (PL) 가 조정되는 것이 바람직하다. 또한, 경우에 따라서는, 수동으로 투영 광학계 (PL) 의 렌즈 엘리먼트의 XY 평면내에서의 이동이나 렌즈 엘리먼트의 교환을 실시하는 것으로 해도 된다.

단계 182 에서 판단이 부정된 후, 또는 단계 184 가 행해진 후에 행해지는 단계 186 에서는, 실제의 노광에 적용되는 조명 조건을 설정한다. 구체적으로는, 편광 제어 유닛 (2) 에 의해, 레이저 빔 (LB) 의 편광 방향을 H 편광으로 하고, 편광 변환 유닛 (3) 을 회전시킴으로써, 편광 변환 부재 (3A) 를, 조명광 (IL) 의 광로 상에 배치함과 함께, 조명계 개구 조리개판 (6) 을 구동 장치 (7) 에 의해 회전시켜, 윤대 조명 조리개 (6A) 를 조명광 (IL) 의 광로 상에 배치한다. 그리고, 단계 188 에서는, 광학 특성 계측 장치 (90) 를, 계측점으로 이동시키고, 단 계 190 에서, 광학계 유닛 (93) 의 개구부 (98) 를 광로 상에 배치하고, 단계 192 에서, 동공 이미지를 계측한다. 이 때, 윤대 조명 조리개 (6A) 가 조명광 (IL) 의 광로 상에 배치되어 있기 때문에, 동공 이미지도 윤대 형상이 된다. 여기서는, 동공 이미지의 촬상 데이터 (IMD2) 를 입력하고, 그 촬상 데이터 (IMD2) 에 기초하여 CCD (95a) 의 수광면에 있어서의 동공 이미지의 위치나 크기, 혹은 동공 이미지의 강도 분포 등을 검출하여, 그 결과를 메모리에 기억한다. 도 16 에는, 이 때의 동공 이미지의 촬상 데이터 (IMD2) 의 일례가 나타나 있다. 도 16 에 있어서의 화상에서는, 소정 임계값보다 휘도가 높은 부분이 백색으로 표시되고, 휘도가 낮은 부분이 회색으로 표시되어 있다. 도 16 에 나타나는 바와 같이, 휘도가 높은 부분의 형상이 동공 이미지의 형상이며, 윤대 조명을 채용한 경우에는, 그 형상이 윤대 형상이 된다. 여기서는, CCD (95a) 내에 있어서의 휘도가 높은 부분의 위치 정보가, 기억 장치에 저장된다. 또한, 기억 장치에는, 휘도가 높은 부분에 관하여, 그 휘도의 분포 상태도 저장된다.

다음의 단계 194 에서는, 광학 특성 계측 장치 (90) 에 있어서의 광학계 유닛 (93) 을 회전시켜, 편광 검출계 (99) 를 광축 (AX1) 상에 배치하고, 단계 196 에서, 조명광 (IL) 의 편광 상태를 계측한다.

여기서는, 조명 광학계 (12) 의 조명 조리개로서 윤대 조명 조리개 (6A) 가 선택되어 있고, 그 조명광 (IL) 은, 광축 (AX) 을 중심으로 하는 원의 원주 방향을 그 편광 방향으로 하는 직선 편광이 되어 있어야 한다. 그래서, 여기서는, 상기 단계 192 에 있어서 계측한, 동공 이미지의 위치, 크기에 기초하여, CCD (95a) 의 수광면의 영역을, 예를 들어, 도 16 의 점선으로 표시되는 바와 같이 분할하고, 분할된 영역마다, 스토크스 파라미터 (S1～S3) 의 산출치에 기초하여, 편광 방향을 계측한다.

그리고, 단계 198 에서는, 조명광 (IL) 의 편광 상태가, 원하는 상태 (즉, 광축 (AX) 을 중심으로 하는 원의 원주 방향이 되는 직선 편광) 가 되어 있는지 아닌지를 판단하고, 판단이 긍정된 경우에는, 서브루틴 102 의 처리를 종료하고, 판단이 부정된 경우에는, 단계 200 로 진행하여, 편광 제어 유닛 (2) 의 파장판 등의 회전량을 조정하여, 조명광 (IL) 의 편광 상태를 조정하고, 단계 196 으로 되돌아온다. 즉, 단계 198 에서, 판단이 긍정될 때까지, 단계 196→단계 198→단계 200의 처리, 판단을 반복한다.

단계 198 의 판단이 긍정된 후에는, 서브루틴 102 의 처리를 종료하고, 도 9 의 단계 104 로 진행한다.

단계 104 에서는, 도시 생략한 레티클 로더를 개재하여 레티클 스테이지 (RST) 상에 로드되어 있는 계측용 레티클 (RT) 을 언로드함과 함께, 전사 대상의 패턴이 형성된 레티클 (R) 을 레티클 스테이지 (RST) 상에 로드한다.

다음의 단계 106 에서는, 상기 기술한 레티클 얼라인먼트계 및 도시 생략한 기준 마크판을 이용한 레티클 얼라인먼트, 얼라인먼트 검출계 (AS) 및 기준 마크판을 이용한 베이스 라인 계측을, 통상의 스캐닝 스테퍼와 동일한 순서로 실시한다.

다음의 단계 108 에서는, 도시 생략한 웨이퍼 로더를 개재하여 웨이퍼 스테이지 (WST) 상의 웨이퍼 교환을 실시한다 (단, 웨이퍼 스테이지 (WST) 상에 웨이퍼 가 로드되어 있지 않은 경우에는, 웨이퍼를 단순히 로드한다).

다음의 단계 110 에서는, 웨이퍼 (W) 에 대한 얼라인먼트 (예를 들어, EGA 방식의 웨이퍼 얼라인먼트 등) 를 실시한다. 이 웨이퍼 얼라인먼트의 결과, 웨이퍼 (W) 상의 복수의 쇼트 영역의 배열 좌표가 정밀도 높게 구해진다.

다음의 단계 112 에서는, 상기의 웨이퍼 얼라인먼트의 결과에 기초하여, 웨이퍼 (W) 상의 각 쇼트 영역의 노광을 위해 주사 개시 위치 (가속 개시 위치) 에 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 이동시키는 동작과, 레티클 스테이지 (RST) 와 웨이퍼 스테이지 (WST) 를 동기하여 Y축 방향으로 상대 주사하면서 레티클 (R) 을 조명광 (IL) 으로 조명하여 레티클 (R) 의 패턴을 웨이퍼 (W) 상의 쇼트 영역에 전사하는 동작을 반복하는, 스텝 앤드 스캔 방식의 노광을 실시한다. 이 노광에 있어서는, 도 8 에 나타나는 바와 같이, 조명광 (IL) 의 편광 방향이 규정된 윤대 조명에 의해, 고해상도에서의 노광이 실현된다.

또한, 상기의 상대 주사 중, 특히 주사 노광 중에는, 레티클 간섭계 (16) 에 의해 검출되는 레티클 스테이지 (RST) 의 XY 위치의 정보, 웨이퍼 간섭계 (18) 에 의해 검출되는 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 정보, 및 다점 포커스 위치 검출계 (21, 22) 에 의해 검출되는 웨이퍼 (W) 의 Z 위치 및 레벨링 정보 등에 기초하여, 레티클 스테이지 (RST) 와 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 관계가 적절히 유지되도록, 레티클 스테이지 (RST) 및 웨이퍼 스테이지 (WST) 의 위치 제어가 행해진다.

다음의 단계 114 에서는, 예정 매수 (예를 들어, 1로트) 의 웨이퍼에 대한 노광이 종료되었는지 아닌지를 판단하고, 이 판단이 부정되면, 단계 108 로 되돌아 와, 이후, 단계 114 에 있어서의 판단이 긍정될 때까지, 단계 108→단계 110→단계 112→단계 114 의 루프의 처리와 판단을 반복 실시하여, 각 웨이퍼에 대한 노광을 실시한다.

그리고, 예정 매수의 웨이퍼에 대한 노광이 종료되면, 단계 114 에 있어서의 판단이 긍정되어, 본 루틴의 일련의 처리를 종료한다.

또한, 본 실시형태에서는, 윤대 조명 조리개 (6A) 를 조명광 (IL) 의 광로 상에 배치하고, 윤대 조명에 의해 노광을 실시하는 경우에 대하여 설명하였지만, 노광 장치 (100) 에 있어서는, 4극 조명 조리개 (6B) 나, 2극 조명 조리개 (6C) 를 조명광 (IL) 의 광로 상에 배치함으로써, 4극 조명이나, 2극 조명을 실시하는 것도 가능하다. 이들 경우에는, 상기 단계 186 (도 12 참조) 의 조명 조건의 설정에서는, 4극 조명 조리개 (6B; 또는 2극 조명 조리개 (6C)), 편광 변환 부재 (3B; 또는 개구 부재 (3C)) 를 배치하고, 상기 단계 196 (도 12 참조) 에 있어서의 편광 상태의 계측에서는, 상기 단계 192 에 있어서 계측되는 동공 이미지의 형상에 따라, 편광 상태를 계측하는 영역의 설정을 변경할 필요가 있다. 예를 들어, 4극 조명 조리개 (6B) 를 채용하는 경우에는, 상기 단계 196 (도 12 참조) 에 있어서는, 그 편광 상태가, 도 4B 에 나타나 있는 바와 같이 되어 있는지 아닌지를 계측하지만, 이 경우에는, 상기 단계 192 에 있어서 계측되는 4극 조명 조리개 (4각형) 의 동공 이미지의 형상 및 위치로부터 CCD (95a) 상의 수광면의 영역을, 도 4B 의 편광 변환 부재 (3Ba～3Bd) 에 대응하는 CCD (95a) 상의 영역을 추출하고, 추출된 영역에서의 계측 결과에 의해, 각각의 편광 상태를 계측해야 한다.

또한, 상기 단계 184 (도 12 참조) 의 파면 수차의 조정은, 노광에 적용되는 조명 조건에 기초하여 행해지므로, 조명계 개구 조리개로서, 상기 4극 조명 조리개 (6B) 또는 2극 조명 조리개 (6C) 등을 선택한 경우에는, 그 선택된 조리개에 따라 파면을 조정하게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 조명광 (IL) 의 편광 상태 및 투영 광학계 (PL) 의 파면 수차 등을 계측 가능한 상태로, 조명 광학계 (12) 및 투영 광학계 (PL) 를 통과한 조명광 (IL) 을 변환하는 마이크로 렌즈 어레이 (98) 나 편광 검출계 (99) 등을 포함하는 복수의 광학계를 갖는 광학계 유닛 (93) 을 구비하고 있고, 조명광 (IL) 의 광로 상에 배치하는 광학계를 전환하여, 광학계 유닛 (93) 을 통과한 조명광 (IL) 을 수광기 (95) 로 수광해 감으로써, CCD (95a) 에서의 수광 결과로부터, 조명광 (IL) 의 편광 상태 및 투영 광학계 (PL) 의 파면 수차를 포함하는 여러가지 광학 특성을 계측하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시형태에서는, 조명광 (IL) 의 편광 상태 및 투영 광학계 (PL) 의 파면 수차를 포함하는 여러가지 광학 특성을 계측하기 위한 수광기 (95) 를 공통화할 수 있으므로, 광학 특성 계측 장치 (90) 의 구성을 소형화, 경량화할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 광학 특성 계측 장치 (90) 를 이용함으로써, 노광 장치 (100) 의 패턴 이미지면 상에 있어서의 조명광 (IL) 의 편광 상태를 계측할 수 있으므로, 해상도를 향상시키기 위해 편광 조명을 실시하는 경우에, 조명광 (IL) 의 편광 상태가 원하는 상태인지 아닌지를 확인할 수 있어, 고정밀한 노광을 확실하게 실시할 수 있게 된다.

또한, 본 실시형태에서는, 투영 광학계 (PL) 의 동공면내의 복수의 상이한 영역과, 공액인 CCD (95a) 의 수광면내의 영역으로부터 얻어진 수광 결과에 기초하여, 그 영역의 조명광 (IL) 의 편광 상태를 계측한다. 이렇게 하면, 편광 조명과 같이, 투영 광학계 (PL) 의 동공면의 상이한 영역에서, 조명광 (IL) 의 편광 방향이 상이한 경우에도, 각각의 영역에서, 편광 방향을 확실하게 계측하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시형태에서는, 광학 특성 계측 장치 (90) 의 광학계 유닛 (93) 에 있어서의 편광 검출계 (99) 가, 조명광 (IL) 의 광축을 중심으로 서로 상대적으로 회전하는 편광 빔 스플리터 (99B) 와, 1/4 파장판 (99A) 을 구비하고 있다. 이렇게 하면, 편광 검출계 (99) 를 통과하는 조명광 (IL) 의 광량은, 양자의 상대 회전량이 변화함에 따라, 그 편광 상태에 따라 변화한다. 그 때문에, 이 상대 회전량을 변화시키면서, 편광 검출계 (99) 를 통과하는 조명광 (IL) 의 광량을 계측하면, 조명광 (IL) 의 편광 상태를 계측하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시형태에 의하면, 상기 단계 142 에 있어서, 조명광 (IL) 의 편광 상태를 계측하고, 단계 146 에 있어서, 그 계측의 결과에 기초하여 조명광 (IL) 의 편광 상태를 조정한 후에, 단계 174 에 있어서, 조명광 (IL) 의 편광 상태에 따라 변화하는 조명광 (IL) 의 파면을 계측한다. 이렇게 하면, 조명광 (IL) 의 파면이, 그 편광 상태에 의존하는 것이더라도, 편광 상태의 조정 후에 파면을 정밀도 높게 계측할 수 있다. 이와 같이, 본 실시형태에 의하면, 조명광 (IL) 의 편광 상태에 따른 편광별 파면을 계측한다. 이렇게 하면, 조명광 (IL) 의 편광 상태에 따라 파면을 조정할 수 있으므로, 결과적으로, 고정밀한 노광을 실현할 수 있다.

또한, 상기 실시형태에서는, 광학 특성 계측 장치 (90) 의 광학계 유닛 (93) 에는, 개구부 (97), 마이크로 렌즈 어레이 (98), 편광 검출계 (99) 를 구비하였으나, 다른 광학계를 광학계 유닛 (93) 에 형성하도록 해도 된다.

또한, 광학 특성 계측 장치 (90) 를 이용하면, 투영 광학계 (PL) 의 개구수 (NA) 를 계측하는 것도 가능하다. 조명 광학계 (12) 내에 있어서의 조명광 (IL) 의 광로 상에, 확산판을 설치하고, 통과하는 광속의 직경의 크기를 투영 광학계 (PL) 의 개구수보다 크게 하여, 광학 특성 계측 장치 (90) 의 개구부 (97) 를 광축 (AX1) 상에 배치하면, CCD (95a) 에는, 투영 광학계 (PL) 의 동공을 통과한 광속이 도달하게 된다. 따라서, 이 CCD (95a) 의 촬상 결과로부터 투영 광학계 (PL) 의 동공의 크기를 산출할 수 있게 되어, 투영 광학계 (PL) 의 개구수를 산출하는 것이 가능해진다.

이와 같이, 투영 광학계 (PL) 의 개구수를 산출할 수 있으면, 상기 확산판을 떼어냈을 경우의 동공 이미지 (광원 이미지) 의 계측 결과로부터, 조명 광학계 (12) 의 코히어런스 팩터 (이른바 조명 σ) 를 구하는 것도 가능하다.

또한, 상기 실시형태에서는, 광학계 유닛 (93) 의 마이크로 렌즈 어레이 (98) 와 편광 검출계 (99) 를 전환하여 콜리메이터 광학계 (92) 를 통과한 광의 광로 상 (광축 (AX1) 에 대응하는 위치) 에 선택적으로 배치하는 경우에 대하여 설명 하였지만, 본 발명이 이것에 한정되는 것이 아니다. 예를 들어, 도 17 에 나타나는 바와 같은 구성의 광학 특성 계측 장치를 채용해도 된다. 이 도 17 의 광학 특성 계측 장치는, 케이스체 (90A) 의 상벽의 일부를 구성하는 상기 기술한 표시판 (91), 그 표시판 (91) 의 하방에서 광축 (AX1) 을 따라 순차적으로 배치된 콜리메이터 광학계 (92), 빔 스플리터 (BS), 마이크로 렌즈 어레이 (98) 및 수광 소자 (95'), 그리고 빔 스플리터 (BS) 로 분기된 분기광로 (반사광로) 상에 배치된 절곡 미러 (MM), 그 절곡 미러 (MM) 와 수광 소자 (95') 사이에 배치된 편광 검출계 (99) 등을 구비하고 있다.

여기서, 수광 소자 (95') 로서는, 상기 기술한 수광 소자 (95) 와 동일한 구성이지만 수광 면적이 큰 수광 소자가 이용되고 있다. 이 도 17 의 광학 특성 계측 장치에 의하면, 상기 기술한 계측용 레티클 (RT) 의 핀 홀 패턴 (PH) 으로부터 구면파가 되어 사출되는 광 (조명광 (IL)) 이, 투영 광학계 (PL) 를 통과한 후, 광학 특성 계측 장치의 표시판 (91) 의 개구 (91a) 에 집광된다. 그리고, 그 개구 (91a) 를 통과한 광 (표시판 (91) 표면의 개구 (91a) 의 내부에 결상된 핀 홀 패턴 (PH) 의 이미지 광속) 은, 콜리메이터 광학계 (92) 에 의해 평행광으로 변환되어, 빔 스플리터 (BS) 에 입사한다. 그리고, 이 빔 스플리터 (BS) 로 분기된 일방의 광 (빔 스플리터 (BS) 를 투과한 광) 은, 마이크로 렌즈 어레이 (98) 에 입사한다. 이로써, 마이크로 렌즈 어레이 (98) 의 각 마이크로 렌즈에 의해, 상기 핀 홀 패턴 (PH) 의 이미지가, 표시판 (91) 의 광학적인 공액면, 즉, 수광 소자 (95') 의 촬상면 (수광면) 에 각각 결상된다.

한편, 빔 스플리터 (BS) 로 분기된 일방의 광 (빔 스플리터 (BS) 로 반사된 광) 은, 절곡 미러 (MM) 에서 반사되어 연직 하방으로 광로가 절곡되어 편광 검출계 (99) 를 통과하여 수광 소자 (95') 에서 수광된다.

따라서, 이 도 17 에 나타나는 광학 특성 계측 장치에 의하면, 상기 서술한 실시형태에서 설명한 투영 광학계 (PL) 의 파면 수차 계측과, 조명광 (IL) 의 편광 상태의 계측을 병행하여 실시하는 것이 가능하다.

또한, 도 17 에서는, 수광 면적이 큰 수광 소자 (95') 를 이용하는 것으로 하였으나, 마이크로 렌즈 어레이 (98), 편광 검출계 (99) 의 각각에 대응하여 수광 소자 (95) 와 동일한 수광 소자를 설치해도 되고, 마이크로 렌즈 어레이 (98) 의 하방 위치와 편광 검출계 (99) 하방 위치에서 1개의 수광 소자를 전환 가능하도록 구성해도 된다.

또한, 최근에는, 디바이스에 형성하는 패턴의 미세화에 수반하여, 노광 장치의 해상도의 향상이 도모되고 있다. 해상도 향상을 위해서는, 노광광 (상기 실시형태에서는 조명광 (IL)) 의 단파장화를 도모하고, 투영 광학계의 개구수 (NA) 를 크게 하면 된다. 그래서, 노광 장치가 구비하는 투영 광학계와 기판 (상기 실시형태에서는 웨이퍼 (W)) 사이에 기체보다 굴절률이 높은 액체를 충만시켜 투영 광학계의 개구수를 실질적으로 크게 하여 해상도를 향상시키는 액침식 노광 장치가 제안되어 있다.

이 액침식 노광 장치에, 상기 실시형태의 광학 특성 계측 장치 (90) 와 동등한 계측 장치를 적용하는 경우에 대하여 설명한다.

액침식 노광 장치이고 광학 특성 계측 장치 (90) 와 동등한 계측 장치 (광학 특성 계측 장치 (90') 로 한다) 에서는, 도 18 에 나타나는 바와 같이, 표시판 (91') 을 평볼록 렌즈로 구성하면 된다. 이 표시판 (91') 은, 투영 광학계 (PL) 측에 대향하는 평탄부 (평탄면; 91b) 와, 콜리메이터 광학계 (92) 측에 대향하여, 소정 곡률을 갖는 곡면부 (91c) 를 구비한다. 표시판 (91') 은, 석영 혹은 형석 등 조명광을 투과하는 초재 (硝材) 로 형성된다.

표시판 (91') 의 평탄부 (91b) 의 표면에는, 전술한 바와 같이, 차광막이 형성되어 있고, 그 차광막의 중앙부에, 원형의 개구 (91a') 가 형성되어 있다. 또한, 액체 (w) 가 광학 특성 계측 장치 (90') 내에 침입하지 않도록, 표시판 (91') 과 광학 특성 계측 장치 (90') 의 케이스체 (90A) 사이에는, 시일재 (90b) 등에 의해 방수 (방액) 대책이 행해져 있다. 또한, 표시판 (91') 의 개구 (91a') 및 그 주위의 영역에는, 그 표면에 발액막 (발수 코팅) 이 형성되어 있다.

액체 (w) 가 투영 광학계 (PL) 와 표시판 (91') 의 상면 사이에 공급되어 있는 상태에 있어서는, 투영 광학계 (PL) 에 입사한 노광광은, 투영 광학계 (PL) 의 선단부에 있어서 전반사되지 않고 투영 광학계 (PL) 를 통과하여 액체 (w) 에 입사한다. 도 18 에 나타나는 바와 같이, 액체 (w) 에 입사한 노광광은, 개구 (91a') 에 입사한 노광광만이 표시판 (91') 내에 입사한다. 여기서, 표시판 (91') 을 구성하는 평볼록 렌즈의 굴절률은, 액체 (w) 의 굴절률과 동일한 정도 또는 액체 (w) 의 굴절률보다 높기 때문에, 개구 (91a') 에 입사하는 노광광의 입사각이 커도, 개구 (91a') 에 입사한 노광광은, 평탄부 (91b) 에서 반사하지 않고 표 시판 (91') 내에 입사한다. 또한, 표시판 (91') 내에 입사한 노광광은, 곡면부 (91c) 에 의해 굴절된 후, 콜리메이터 광학계 (92) 에 사출된다. 이와 같이, 투영 광학계 (PL) 와 표시판 (91') 사이에 기체보다 굴절률이 높은 액체를 충만시켜 투영 광학계의 개구수를 크게 했다 하더라도, 평볼록 렌즈로 구성된 표시판 (91') 을 개재하여 콜리메이터 광학계 (92) 로 안내하는 것이 가능하게 된다.

또한, 상기 실시형태에서는, 투영 광학계 (PL) 의 파면 수차의 계측시에, 레티클 스테이지 (RST) 상에 계측용 레티클 (RT) 을 로드하는 것으로 하였으나, 계측용 레티클 (RT) 과 동일한 핀 홀 패턴이 형성된 패턴판을 레티클 스테이지 (RST) 에 상설해 두고, 이 패턴판을 투영 광학계 (PL) 의 시야에 대하여 위치 맞춤하여, 투영 광학계 (PL) 의 파면 수차의 계측을 실시하도록 해도 된다.

또한, 상기 실시형태에서는, 1로트의 웨이퍼 (W) 를 노광하기 전에 행해지는 광학 특성의 계측에 광학 특성 계측 장치 (90) 를 이용하는 경우에 대하여 설명하였지만, 이 광학 특성 계측 장치 (90) 는, 노광 장치가 조립된 후의 정기 메인터넌스시, 노광 장치의 제조에 있어서의 투영 광학계 (PL) 의 조정시에 이용하는 것도 물론 가능하다. 또한, 노광 장치의 제조시에 있어서의 투영 광학계 (PL) 의 조정시에는, 상기의 실시형태에 있어서 행해지는 투영 광학계 (PL) 를 구성하는 일부의 렌즈 엘리먼트의 위치 조정에 더하여, 다른 렌즈 엘리먼트의 위치 조정, 렌즈 엘리먼트의 재가공, 렌즈 엘리먼트의 교환 등을 실시하는 것이 가능하다.

또한, 상기 실시형태에서는, 광학 특성 계측 장치 (90) 내부의 콜리메이터 광학계 (92) 등의 수광 광학계의 수차는, 무시할 수 있을 정도로 작은 것으로 하였 지만, 더욱 높은 정밀도의 파면 수차 계측을 실시하는 경우 등에는, 파면 수차를 산출할 때까지의 임의의 시점에, 수광 광학계 단독의 파면 수차를 계측해 두어도 된다. 이러한 수광 광학계 단독의 파면 수차의 계측은, 투영 광학계 (PL) 를 통과한 조명광 (IL) 의 조사에 의해 구면파를 발생시킬 정도의 크기의 핀 홀 패턴이 형성된 패턴판을, 표시판 (91) 의 근방에 형성하고, 이 패턴판의 핀 홀 패턴으로 개구 (91a) 를 더욱 제한한 상태에서, 투영 광학계 (PL) 로부터 사출되는 조명광 (IL) 을 패턴판에 조사하여, 상기 설명과 동일한 파면 수차의 계측을 실시함으로써 실현할 수 있다. 그리고, 투영 광학계 (PL) 의 파면 수차의 산출시에, 상기의 수광 광학계 단독의 파면 수차를 보정치로서 이용하는 것으로 해도 된다.

또한, 마찬가지로, 파면 수차를 정밀도 높게 구하기 위해, 파면 수차를 산출할 때까지의 임의의 시점에, CCD (95a) 의 암전류를 계측해 두고, 각 화소의 값 (휘도치) 을 구할 때에, 이 암전류에 기인하는 오프셋을 보정해도 된다. 이러한 오프셋 보정은, 전술한 동공 이미지 계측 등의 경우에 실시하면 된다.

또한, 상기 실시형태에서는, 2극 조명을 실시할 때에, 개구 부재 (3C) 를, 조명광 (IL) 의 광로 상에 배치하였지만, 이 개구 부재 (3C) 로서, 조명광 (IL) 의 편광 방향을 H 편광으로 변환하는 부재를 형성하도록 해도 된다. 조명용 개구 조리개로서, 윤대 조명 조리개 (6A), 4극 조명 조리개 (6B), 2극 조명 조리개 (6C), 통상 조명 조리개 (6D) 등을 구비한 노광 장치에 대하여 설명하였지만, 다른 조명 조리개를 구비하고 있어도 됨은 물론이다. 또한, 조명광 (IL) 의 σ치를 0.4 이하 정도로 하는, 예를 들어, 소 σ 조명을 가능하게 해도 된다.

또한, 상기 실시형태에서는, 광학 특성 계측 장치 (90) 가 웨이퍼 스테이지 (WST) 에 상설 고정되어 있는 경우에 대하여 설명하였지만, 이것에 한정하지 않고, 광학 특성 계측 장치 (90) 는 웨이퍼 스테이지 (WST) 에 착탈 가능하게 되어 있어도 된다. 또한, 웨이퍼 스테이지와는 상이한 별도의 스테이지를 형성하고, 이 별도의 스테이지에 광학 특성 계측 장치 (90) 와 동일한 광학 특성 계측 장치를 배치해도 된다.

또한, 상기 실시형태에서는, 옵티컬 인테그레이터로서 플라이 아이 렌즈 (5) 가 사용되는 것으로 하였지만, 그 대신에, 마이크로 플라이 아이 렌즈가 사용되어도 된다. 이 경우에는, 플라이 아이 렌즈 (5) 가 사용되었을 때보다 광원 이미지의 강도 분포가 보다 균일해지므로, 광원 이미지에 대응하는 각 화소의 추출이 보다 용이해진다. 또한, 옵티컬 인테그레이터로서 내면 반사형 인테그레이터 (로드 인테그레이터 등) 를 이용할 수도 있지만, 이 경우에는, 광원 이미지로서 그 허상을 검출하게 된다.

또한, 상기 실시형태의 노광 장치의 광원 (1) 으로서는, F₂ 레이저 광원, ArF 엑시머 레이저 광원, KrF 엑시머 레이저 광원 등의 자외 펄스 광원에 한정하지 않고, g 선 (파장 436㎚), i 선 (파장 365㎚) 등의 휘선을 발하는 초고압 수은 램프를 이용하는 것도 가능하다. 또한, DFB 반도체 레이저 또는 파이버 레이저로부터 발진되는 적외역, 또는 가시역의 단일 파장 레이저광을, 예를 들어 에르븀 (또는 에르븀과 이테르븀의 양방) 이 도프된 파이버 앰프로 증폭하고, 비선형 광학 결정을 이용하여 자외광으로 파장 변환한 고조파를 이용해도 된다. 또한, 투영 광학계의 배율은 축소계 뿐만 아니라 등배 및 확대계 중 어느 것이어도 된다.

또한, 상기 실시형태에서는, 주사형 노광 장치의 경우를 설명하였지만, 본 발명은, 투영 광학계를 구비하는 노광 장치이면, 스텝 앤드 리피트기, 스텝 앤드 스캔기, 스텝 앤드 스티칭기를 불문하고 적용할 수 있다.

노광 장치의 용도로서는 반도체 제조용 노광 장치에 한정되지 않고, 예를 들어, 직사각형 유리 플레이트에 액정 표시 소자 패턴을 전사하는 액정용 노광 장치나, 유기 EL, 박막 자기 헤드, 마이크로 머신 및 DNA 칩 등을 제조하기 위한 노광 장치에도 넓게 적용할 수 있다. 또한, 반도체 소자 등의 마이크로 디바이스 뿐만 이 아니라, 광 노광 장치, EUV 노광 장치, X선 노광 장치, 및 전자선 노광 장치 등에서 사용되는 레티클 또는 마스크를 제조하기 위해, 유리 기판 또는 실리콘 웨이퍼 등에 회로 패턴을 전사하는 노광 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다.

반도체 디바이스는, 디바이스의 기능?성능 설계를 실시하는 단계, 이 설계 단계에 근거한 레티클을 제작하는 단계, 실리콘 재료로 웨이퍼를 제작하는 단계, 전술한 실시형태의 노광 장치에 의해 레티클의 패턴을 웨이퍼에 전사하는 단계, 디바이스 조립 단계 (다이싱 공정, 본딩 공정, 패키지 공정을 포함한다), 검사 단계 등을 거쳐 제조된다.

산업상이용가능성

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 광학 특성 계측 장치 및 광학 특성 계측 방법은, 피검 광학계의 광학 특성의 계측에 적합하고, 본 발명의 노광 장치 및 노광 방법은, 반도체 소자, 액정 표시 소자 등을 제조하기 위한 리소그래피 공정에 적합하다. 또한, 본 발명의 디바이스 제조 방법은, 전자 디바이스의 제조에 적합하다.

Claims (26)

1. 피검 광학계의 광학 특성을 계측하는 광학 특성 계측 장치로서,

   상기 피검 광학계를 통과한 광이 입사하는 입사 광학 부재와;

   상기 피검 광학계를 통과한 상기 광의 편광 상태를 계측하기 위한 편광 계측용 광학계와, 상기 피검 광학계의 광학 특성 중 파면 수차를 계측하기 위한 수차 계측용 광학계를 가지며, 상기 입사 광학 부재와 수광기 사이에, 상기 편광 계측용 광학계와 상기 수차 계측용 광학계의 어느 일방을 선택적으로 배치 가능한 광학 유닛과;

   상기 입사 광학 부재와 상기 수광기 사이에 상기 편광 계측용 광학계가 배치되어 있는 상태에서는, 상기 편광 계측용 광학계를 통과한 광을 수광하고, 상기 입사 광학 부재와 상기 수광기 사이에 상기 수차 계측용 광학계가 배치되어 있는 상태에서는, 상기 수차 계측용 광학계를 통과한 광을 수광하는 상기 수광기와;

   상기 수광기의 수광 결과에 기초하여, 상기 피검 광학계를 통과한 상기 광의 편광 상태 및 상기 피검 광학계의 파면 수차를 산출하는 산출 장치를 구비하는, 광학 특성 계측 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 편광 계측용 광학계는, 상기 피검 광학계를 통과한 광에 포함되는 임의의 방향의 편광을 추출할 수 있는 것을 특징으로 하는 광학 특성 계측 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 산출 장치는,

   상기 피검 광학계의 동공면 내의 복수의 상이한 영역과 공액인 상기 수광기의 수광면 내의 영역으로부터 얻어진 수광 결과로부터, 그 영역의 상기 광의 편광 상태를 구하는 것을 특징으로 하는 광학 특성 계측 장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 편광 계측용 광학계는,

   상기 피검 광학계를 통과한 광의 광축을 중심으로 서로 상대적으로 회전하는 편광 빔 스플리터 및 1/4 파장판을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 특성 계측 장치.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 광학 유닛은, 상기 피검 광학계를 통과한 광을 파면 분할하는 파면 분할 광학 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 특성 계측 장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 파면 분할 광학 소자는,

   상기 피검 광학계의 동공면과 공액인 면의 근방에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광학 특성 계측 장치.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 광학 유닛은,

   상기 피검 광학계를 통과한 광을 투과시키는 투과부를 추가로 구비하고,

   상기 산출 장치는,

   상기 투과부가 상기 입사 광학 부재와 상기 수광기 사이에 배치되어 있는 상태에서는, 상기 수광기의 수광 결과에 기초하여, 상기 피검 광학계의 광학 특성 중, 상기 피검 광학계의 동공면에 관한 정보 및 동공면의 공액면에 관한 정보 중 적어도 일방을 산출하는 것을 특징으로 하는 광학 특성 계측 장치.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 피검 광학계의 동공면에 관한 정보 및 동공면의 공액면에 관한 정보 중 적어도 일방은, 상기 피검 광학계의 개구수, 동공 이미지의 형상, 그 동공 이미지의 위치 정보 및 그 동공 이미지의 강도 분포 중 어느 것인 것을 특징으로 하는 광학 특성 계측 장치.
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 입사 광학 부재는, 개구가 형성된 표시판을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 특성 계측 장치.
10. 피검 광학계의 광학 특성을 계측하는 광학 특성 계측 장치로서,

    상기 피검 광학계를 통과한 광이 입사하는 입사 광학 부재와;

    상기 피검 광학계를 통과한 상기 광의 편광 상태를 계측하기 위한 편광 계측용 광학계와, 상기 피검 광학계의 광학 특성 중, 파면 수차를 계측하기 위한 수차 계측용 광학계를 갖는 광학 유닛과;

    상기 입사 광학 부재로 입사한 광을 상기 편광 계측용 광학계로 안내함과 함께 상기 수차 계측용 광학계로 안내하는 광학계와;

    상기 편광 계측용 광학계를 통과한 광을 수광함과 함께, 상기 수차 계측용 광학계를 통과한 광을 수광하는 수광기와;

    상기 수광기의 수광 결과에 기초하여, 상기 피검 광학계를 통과한 상기 광의 편광 상태 및 상기 피검 광학계의 파면 수차를 산출하는 산출 장치를 구비하는, 광학 특성 계측 장치.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 수광기는, 상기 편광 계측용 광학계를 통과한 광을 수광하는 제 1 수광 영역과, 상기 수차 계측용 광학계를 통과한 광을 수광하는 제 2 수광 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 특성 계측 장치.
12. 제 10 항에 있어서,

    상기 수광기는, 상기 편광 계측용 광학계 및 상기 수차 계측용 광학계의 각각에 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 특성 계측 장치.
13. 소정 패턴의 이미지를 감광 물체 상에 투영하는 노광 장치로서,

    상기 소정 패턴을 조명광으로 조명하는 조명 광학계와;

    상기 소정 패턴을 통과한 상기 조명광을 상기 감광 물체 상에 투사하는 투영 광학계와;

    제 1 항, 제 2 항, 및 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 광학 특성 계측 장치를 구비하는 스테이지와;

    상기 광학 특성 계측 장치의 계측 결과에 기초하여, 상기 조명 광학계 및 상기 투영 광학계 중 적어도 일방의 광학 특성을 조정하는 조정 기구를 구비하는, 노광 장치.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 스테이지는, 상기 감광 물체를 유지하는 물체 스테이지인 것을 특징으로 하는 노광 장치.
15. 피검 광학계의 광학 특성을 계측하는 광학 특성 계측 방법으로서,

    상기 피검 광학계의 광학 특성 중, 제 1 광학 특성을 계측하는 제 1 공정과;

    상기 계측의 결과에 기초하여, 상기 피검 광학계의 제 1 광학 특성을 조정하는 제 2 공정과;

    상기 피검 광학계의 상기 제 1 광학 특성을 조정한 후에, 상기 피검 광학계의 광학 특성 중, 제 2 광학 특성을 계측하는 제 3 공정을 포함하는, 광학 특성 계측 방법.
16. 제 15 항에 있어서,

    상기 계측의 결과에 기초하여, 상기 피검 광학계의 제 2 광학 특성을 조정하는 제 4 공정을 추가로 포함하는, 광학 특성 계측 방법.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 제 1 광학 특성을, 상기 피검 광학계의 동공면 내의 상이한 영역에서 상이하게 하는 경우에는,

    상기 상이한 영역과 각각 공액이 되는 영역에 수광기의 수광면을 배치하고, 상기 수광기로부터 얻어진 수광 결과에 기초하여, 영역마다의 제 1 광학 특성을 계측하는 제 5 공정을 추가로 포함하는, 광학 특성 계측 방법.
18. 소정 패턴을 조명광으로 조명하는 조명 광학계와, 상기 소정 패턴을 통과한 상기 조명광을 감광 물체 상에 투사하는 투영 광학계 중 적어도 일방을 피검 광학계로 하고, 제 15 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 기재된 광학 특성 계측 방법을 이용하여, 상기 조명 광학계 및 상기 투영 광학계 중 적어도 일방의 광학 특성을 계측하는 계측 공정과;

    상기 계측의 결과를 이용하여, 상기 조명 광학계 및 상기 투영 광학계 중 적어도 일방의 광학 특성을 조정하는 조정 공정과;

    상기 조정 후에, 상기 소정 패턴의 이미지로 상기 감광 물체 상을 노광하는 노광 공정을 포함하는, 노광 방법.
19. 제 18 항에 기재된 노광 방법에 의해, 감광 물체 상에 패턴을 형성하는 리소그래피 공정을 포함하는, 디바이스 제조 방법.
20. 삭제
21. 삭제
22. 삭제
23. 삭제
24. 삭제
25. 삭제
26. 삭제

Images