KR20040111530A - 레티클 및 광학특성 계측방법 - Google Patents

Abstract

투영광학계(1Oa)의 광학특성을 계측하는 광학특성 계측방법에 있어서, 복수개의 패턴(TP)을 가지는 레티클(9)을 공급하고, 개구(aperture)로부터의 산란광을 상기 복수개의 패턴(TP)으로 향하게 함으로써, 상기 복수개의 패턴에 서로 다른 방향으로부터 광속을 조사하고, 그것에 의해 상기 투영광학계(1Oa)를 개재해서 상기 복수개의 패턴의 상을 형성하고, 상기 복수개의 패턴상의 각각의 위치를 검출하고, 이 검출 결과를 이용해 상기 투영광학계의 광학특성을 구한다. 이것에 의해, 광학계의 광학특성, 예를 들면 파면수차를 고정밀도로 계측하는데 매우 적합한 광학특성 계측방법 및 거기에 이용하는 레티클을 얻을 수 있다.

Description

레티클 및 광학특성 계측방법{RETICLE AND OPTICAL CHARACTERISTIC MEASURING METHOD}

반도체소자, 액정표시소자 또는 박막자기헤드 등을 리토그래피공정으로 제조할 때에, 포토마스크 또는 레티클(이하 「레티클」이라고 총칭한다)의 패턴의 상을 투영광학계(예를 들면 투영렌즈)를 개재해서 감광기판 상에 투영하는 투영노광장치가 사용되고 있다. 이와 같은 투영노광장치에서는, 투영광학계의 제작상 및 설계상 잔존하고 있는 수차에 의한 패턴의 해상력의 저하가 큰 문제가 되고 있다.

이 때문에, 투영광학계의 수차 등의 광학특성을 고정밀도로 계측하는 기술이 요망되고 있다.

투영렌즈의 구면수차, 상면(상면만곡), 비점(비점수차), 코마(코마수차), 파면수차 등의 수차가 측정되어 실제의 평가나 검사에 이용되고 있고, 이들 수차 중에서도 파면수차가 수차 그 자체이며, 이 파면수차를 일반적으로 사용되고 있는 제르니케 다항식 등으로 근사하는 것에 의해, 다항식의 팩터인 구면수차, 상면, 비점, 코마 등의 수차도 산출 가능하다. 다종다양한 디바이스패턴의 프로세스마진을 시뮬레이션으로부터 예측하는데 있어서도 파면수차의 계측이 중요시되고 있다.

파면수차의 측정방법이, 예를 들면 미국특허 제 5828455호, 미국특허 제 5978085호 등에서 제안되고 있다. 이들에 의해 제안되고 있는 측정방법은, 레티클패턴면에 격자모양의 패턴을 형성하고, 이 격자모양 패턴의 중심의 바로 밑에 조금 거리를 두어 핀홀을 형성하고, 또 레티클 상면에는 격자모양 패턴의 중심의 바로 위에 볼록렌즈를 둔 특수한 레티클을 이용하고 있다. 이 레티클을 노광장치의 조명계에 의해 조명하면, 조명계로부터 나온 조명광은 상기 볼록렌즈에 의해 조명각도(NA)가 σ1 이상의 조명각도가 되어, 그 아래에 있는 격자패턴을 조사한다. 격자패턴을 통과한 빛은 그 아래에 있는 핀홀을 투과한다. 이 때 핀홀을 통과할 수 있는 빛은 상기 격자패턴 각각의 점의 위치와 상기 핀홀을 잇는 각도의 빛에만 한정되므로, 상기 격자패턴의 각 점으로부터 나온 빛은 서로 각도가 다른 복수의 빛이 되어 진행된다.

이들 서로 각도가 다른 복수의 빛은, 투영렌즈의 동면(瞳面)의 서로 다른 위치에 도달하고, 투영렌즈의 파면수차의 영향을 받은 상태로 웨이퍼면에 이르러서, 격자패턴의 각 점을 결상한다. 이 때, 결상한 격자패턴의 각 점의 상은 다른 파면수차(위상)의 영향을 받고 있다. 즉, 광선은 파면의 법선 방향으로 나아가기 때문에, 격자패턴의 각 점의 상은 파면 상의 대응하는 점의 기울기만큼 결상위치가 이상 위치로부터 시프트하게 된다. 그래서 격자패턴의 각 점의 상의 이상격자로부터의 어긋남을 측정함으로써 동면 내의 각 점의 파면의 기울기를 얻고, 여러가지 수학적 수법을 이용해서 파면수차를 산출하고 있다.

전술한 미국특허 제 5828455호나 미국특허 제 5978085호에서 제안되고 있는 파면수차 계측방법은, 잘 알려져 있는 할트만법에 가까운 방식이다. 이 할트만법은, 투영렌즈의 동면 상에 핀홀을 둠으로써 파면의 위치를 한정하고, 거기를 통과해서 결상한 빛에 의한 패턴상의 위치어긋남으로부터, 파면의 기울기를 구한다.

할트만법에서는, 핀홀을 동면에 둠으로써 물체 스펙트럼은, 하기 (1) 식으로부터, 핀홀 필터에 의해 어떤 미소한 파면 영역의 정보만 얻을 수 있다.

E(x) =F-1[G(f)·p(f)·w(f)]···(1)

F-1···푸리에역변환

E(x)···상의 광진폭함수

G(f)···물체 스펙트럼

w(f)···동(파면)함수

p(f)···핀홀함수

할트만법과 같이 동면에 핀홀을 둠으로써 확실히 물체 스펙트럼의 형상을 컨트롤하는 것(동 필터링)이 바람직하지만, 실제의 노광장치 상에서는 경통의 스페이스의 문제, 오염방지를 위한 퍼지구조의 문제 등의 이유로, 코스트적으로도 곤란하다

또한, 전술한 미국특허 제 5828455호나 미국특허 제 5978085호에서 제안되고 있는 방식으로는, 핀홀 필터가 레티클의 바로 아래에 있으므로, 동면 상의 물체 스펙트럼은, 상기 (1)식과는 달리, 위상항을 포함한 푸리에변환이 된다.

본 발명의 목적은, 광학계의 광학특성, 예를 들면 파면수차를 고정밀도로 계측하는데 매우 적합한 광학특성 계측방법과 이 계측방법에 이용하는 레티클을 제공하는데 있다.

또, 본 발명은, 상기 2개의 미국특허의 수법과는 완전히 다른 수법에 의해 파면수차 등의 광학특성을 계측할 수가 있는 광학특성 계측방법 및 이 계측방법에 이용하는 레티클의 제공을 목적으로 한다.

이 외, 본 발명은, 이들 광학특성 계측방법이나 레티클을 적용할 수 있는 투영노광장치의 제공을 목적으로 한다.

본 발명은, 투영광학계의 광학특성을 계측하는 방법 및 이 방법에 이용하는 레티클에 관한 것으로, 예를 들면 반도체소자, 액정표시소자, 박막자기헤드 등을 리토그래피공정으로 제조할 때에 사용되는 투영노광장치의 투영광학계의 광학특성, 예를 들면 파면수차를 계측할 때에 매우 적합한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시형태 1에 관한 투영노광장치의 주요부 개략도

도 2는 본 발명의 실시형태 2에 관한 투영노광장치의 개략도

도 3은 도 2의 검출계(11)의 설명도

도 4는 패턴상의 광강도분포의 설명도

도 5는 본 발명에 관한 테스트패턴의 패턴구성을 나타내는 설명도

도 6은 본 발명에 관한 테스트패턴의 구체적 배치를 나타내는 설명도

도 7은 도 6의 마크(20a)를 나타내는 설명도

도 8은 도 6의 마크(2la)를 나타내는 설명도

도 9는 본 발명에 관한 테스트레티클의 일례의 단면도

도 l0은 본 발명에 관한 테스트레티클의 다른 예의 단면 설명도

도 11은 본 발명에 관한 테스트레티클의 또 다른 예의 패턴 플레이트 및 핀홀 플레이트의 단면 설명도

도 12는 본 발명에 관한 테스트레티클의 패턴 플레이트 및 핀홀 플레이트의 단면 설명도

도 13은 본 발명에 관한 테스트레티클의 또 다른 예의 단면 설명도

도 14는 본 발명에 관한 테스트레티클의 또 다른 예의 패턴 플레이트 및 핀홀 플레이트의 단면 설명도

도 15는 본 발명에 관한 수차측정의 플로차트도

도 16은 본 발명에 관한 수차측정의 플로차트도

도 17은 본 발명에 관한 노광장치의 다른 예를 나타내는 개략도

도 18은 본 발명에 관한 수차측정의 플로차트도

도 19는 본 발명에 관한 수차측정의 플로차트도

도 20은 본 발명에 관한 테스트레티클의 또 다른 예의 패턴 플레이트 및 핀홀 플레이트의 단면 설명도

도 21은 본 발명에 관한 테스트레티클의 또 다른 예의 패턴 플레이트 및 핀홀 플레이트의 단면 설명도

도 22는 본 발명에 관한 테스트레티클의 또 다른 예의 패턴 플레이트 및 핀홀 플레이트의 단면 설명도

본 발명의 제 1형태는, 투영광학계의 광학특성을 계측하는 광학특성 계측방법에 있어서, 복수개의 패턴을 가지는 레티클을 공급하고,

개구(aperture)로부터의 산란광을 상기 복수개의 패턴으로 향하게 함으로써, 상기 복수개의 패턴에 서로 다른 방향으로부터 광속을 조사하고, 그것에 의해 상기 투영광학계를 개재해서 상기 복수개의 패턴의 상을 형성하고,

상기 복수개의 패턴상의 각각의 위치를 검출하고, 이 검출 결과를 이용해서 상기 투영광학계의 광학특성을 구하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 2형태는, 제 1형태에 있어서, 상기 개구를 가지는 차광부는 상기 레티클 상에 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 3형태는, 제 1형태에 있어서, 상기 개구를 가지는 차광부는,상기 레티클의 윗쪽에 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 4형태는, 제 2형태 또는 제 3형태에 있어서, 상기 산란광을 형성하는 산란부를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 5형태는, 제 4형태에 있어서, 상기 산란부는, 상기 개구내에 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 6형태는, 제 4형태에 있어서, 상기 산란부는, 광원과 상기 개구의 사이에 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 7형태는, 제 1~제 6형태에 있어서, 예를 들면 고리모양의, 중앙이 주변보다 어두운 유효광원에 의해 상기 산란부를 조명하는 것을 특징으로 하는 청구항 1~6 기재의 광학특성 계측방법.

본 발명의 제 8형태는, 제 1~제 7형태에 있어서, 상기 개구는 핀홀인 것을 특징으로 하는 청구항 1~7 기재의 광학특성 계측방법.

본 발명의 제 9형태는, 제 1~제 8형태에 있어서, 상기 패턴은, 상기 투영광학계의 동면에 소정의 주기성분을 발생시키는 개구부와, 이 개구부의 양쪽에 있고 또한 상기 투영광학계의 동면에 있어서 상기 주기성분과는 다른 주기성분을 발생시키는 주기적인 개구부를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 10형태는, 제 1~제 8형태에 있어서, 상기 패턴은, 그 반복방향에 관해서, 중심으로부터 주변에 걸쳐 스페이스 간의 피치는 실질적으로 일정하고 또한 스페이스의 폭은 서서히 감소하고 또한 상기 투영광학계에 의해 인접하는 라인들을 해상할 수 없는 라인 및 스페이스를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 11형태는, 제 1~제 8형태에 있어서, 상기 패턴은, 실질적으로 O차 광만을 상기 투영광학계의 상평면으로 향하게 하는 라인 및 스페이스를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 12 형태는, 제 1~제 11형태에 있어서, 상기 검출스텝은 상기 라인 및 스페이스의 공중상을 광전변환하는 단계를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 13형태는, 제 1~제 11형태에 있어서, 상기 검출스텝은 상기 라인 및 스페이스의 상으로 감광기판을 노광하는 단계와 이 감광기판을 현상하는 단계를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 14형태는, 제 1~제 14형태에 있어서, 상기 광학특성은 파면수차를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 15형태는, 제 1~제 14형태의 어느 하나의 계측방법에 의해 투영광학계의 광학특성을 계측하는 모드를 가지고, 상기 레티클이 장치에 공급되었을 때에 상기 테스트패턴에 조명광을 조사하는 조명계를 가지는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.

본 발명의 제 16형태는, 제 15형태의 투영노광장치에 디바이스 제조용의 레티클을 공급하고, 이 레티클의 패턴을 기판에 노광하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.

본 발명의 제 17형태는, 기판의 표면에 형성한 복수개의 패턴과, 상기 기판의 이면에 형성한, 개구를 가지는 차광부와, 이 개구로부터 산란광을 내기 위한 광산란부를 가지는 것을 특징으로 하는 레티클이다.

본 발명의 제 18형태는, 제 17형태에 있어서, 상기 개구는 핀홀인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 19형태는, 제 17형태에 있어서, 상기 광산란부를 상기 개구 내에 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 20형태는, 투영광학계의 광학특성을 계측하기 위한 계측 유닛이며, 기판의 표면에 복수개의 패턴을 형성한 레티클과, 이 레티클의 상기 기판의 이면 쪽에 형성된, 개구(aperture)를 가지는 차광부와, 이 개구로부터 산란광을 내기 위한 광산란부를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 21형태는, 제 17형태에 있어서, 상기 개구는 핀홀인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 22형태는, 제 20형태 있어서, 상기 차광부가 상기 기판의 이면에 형성되어 있고, 상기 광산란부가 다른 기판 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 23형태는, 제 21형태에 있어서, 상기 광산란부가 상기 다른 기판의 상기 레티클쪽의 면에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 24형태는, 제 20형태에 있어서, 상기 차광부와 상기 광산란부가 다른 기판 위에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제25 형태는, 제23 형태에 있어서, 상기 차광부는 상기 다른 기판의 상기 레티클쪽의 면에 형성되어 있고, 상기 광산란부는 상기 다른 기판의 상기 레티클쪽과는 반대쪽의 면에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 26형태는, 제 23형태에 있어서, 상기 차광부와 상기 광산란부는 상기 다른 기판의 상기 레티클쪽과는 반대쪽의 면에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시형태 1에 관한 노광장치의 주요부 개략도이다.

본 실시형태 1은, 회로패턴을 투영광학계에 의해 감광기판상에 투영하는 투영노광장치를 나타내고 있다. 본 실시형태 1의 노광장치는, 본 발명에 관한 광학특성 계측방법에 의해 광학계(투영렌즈)의 파면수차를 계측하는 계측모드를 가진다.물론, 이 광학계는 노광장치의 제조시에 마찬가지의 계측이 이루어져도 된다.

도 1에 있어서, (9)는 테스트레티클이다. 테스트레티클(9)은, 기판유리의 하면(표면) 상에 형성된 패턴군(테스트패턴)(TP) 및, 이 유리의 상면(이면)에 형성된개구(핀홀)(PH)를 구비하는 차광부를 가지고 있다. 투영렌즈의 파면수차의 계측은 이하와 같이 행해진다.

조명광학계의 유효광원(4)으로부터의 σ>1혹은 σ=1 상당의 각도의 확대를 가진 조명광을 테스트레티클(9) 상면의 핀홀(PH)에 조사하고, 이 레티클(9) 상면의 핀홀(PH)(개구)을 통과한 광속에 의해 레티클(9) 하면에 있는 테스트패턴(TP)의 각 패턴을 서로 다른 방향으로부터 조명하고, 이것에 의해 테스트패턴(TP)의 각 패턴을 투영렌즈(10)에 의해 결상하고, 각각의 공중상 혹은 감광기판(W)에 전사한 각각의 전사패턴상(TPa)의 위치(기준위치로부터의 어긋남)를 공지의 측정기에 의해 측정한다. 그리고, 이들 상의 위치정보를 사용해서, 동면(1Oa) 내의 각 상에 대응하는 위치에서의 파면의 기울기를 계산하고, 그 결과로부터 투영렌즈 (10)의 파면수차를 측정한다. 파면수차가 얻어지면, 공지의 수법에 의해 구면수차, 코마수차, 상면만곡, 비점수차, 왜곡수차를 구할 수 있다.

테스트패턴(TP) 및 핀홀(PH)을 가지는 차광부는, 도 1과 같이 동일 플레이트에 형성하지 않아도, 서로 다른 플레이트 상에 형성해도 된다. 요점은, 위치를 측정해야 할 공중상 혹은 전사패턴상(TPa)이 1개 이상 존재하고, 각각의 공중상 혹은 전사패턴상(TPa)의 위치가 대응하는 패턴의 윗쪽에 있는 핀홀(PH)의 중심과 해당 패턴의 중심의 사이의 조명광의 레티클(9)에의 입사평면 안쪽방향의 위치관계에 의존해서 정해지는 방향(소정의 경사각 또한 소정의 방위각)에 따른 주광선(LP)을 가지는 조명광으로 조사되면 된다.

테스트패턴(TP)을 구성하는 각 패턴(TPX)은, 도 5A에 표시한 바와 같이, 투영광학계(l0)의 동면(10a)에 소정의 주기성분을 발생시키는 개구부와 이 개구부의 양쪽에 있고 또한 상기 투영광학계(1O)의 동면(1Oa)에 있어서 상기 주기성분과는 다른 주기성분을 발생시키는 주기적인 개구부를 가지고, 투영광학계(1O)의 동면(lOa)을 통과하는 실질적으로 O차 광만이 결상에 기여하는 것이나, 도 5B에 표시한 바와 같이, 그 반복방향에 관해서, 중심으로부터 주변에 걸쳐 라인이나 스페이스간의 피치는 실질적으로 일정하고 또한 스페이스의 폭은 서서히 감소하고 있고, 그 때문에 투영광학계(10)의 동면(1Oa)을 통과하는 실질적으로 O차 광만이 결상에 기여하고, 상기 투영광학계(1O)에 의해 인접하는 라인들을 해상할 수 없는 라인 및 스페이스를 가지는 것으로 이루어진다.

다음에, 상술한 광학특성 계측방법에 의해 투영광학계의 파면수차를 계측하는 계측모드를 가지는 투영노광장치에 대해, 본 발명의 실시형태 2로서 도 2를 참조해서 설명한다.

본 실시형태 2에 있어서, 투영광학계(10)에는, 렌즈를 이용한 투영광학계(투영렌즈)외, 미러를 이용한 투영광학계, 렌즈와 미러를 조합한 투영광학계 등을 적용할 수 있다.

도 2에 있어서, (1)은 노광광을 방사하는 고압수은등이다. 광원(1)으로부터 사출된 노광광은 타원거울(la)로 집광된 후에, 인풋렌즈(2)를 거쳐 플라이아이렌즈(3)의 입사면(3a)에 입사한다. 플라이아이렌즈(3)의 뒤쪽(테스트레티클(9)쪽) 초점면(3b)에는 다수의 2차 광원이 형성되고, 이들 2차 광원으로부터 사출된 노광광은, 가변개구조리개(4), 제 1릴레이렌즈(5), 투영식 레티클블라인드(6), 제 2 릴레이렌즈(7), 메인콘덴서렌즈(8)를 거쳐 테스트레티클(9)을 균일한 조도로 조명 한다. 플라이아이렌즈(3)의 뒤쪽 초점면(3b)은 투영광학계(10)의 동면(10a)과 거의 공역이다. 또, 개구조리개(4)의 개구경은 가변이다.

후술하는 계측방법에 의해 얻어진 계측치(수차)를 노광장치 본체의 제어계에 피드백함으로써, 다양한 공지의 수단·방법에 의해 투영광학계(10)의 각종 수차를 보정 가능하다. 예를 들면, 상기 제어계를 개재해서 도 2에 표시한 바와 같이 구동 수단(161)에 의해 투영광학계(10) 내에 있는 보정광학계(162)를 구동시키거나 상기 제어계를 개재해서 도 17에 표시한 바와 같이 파장가변수단(171)으로 레이저(172)의 발진파장(레이저광의 중심파장)을 바꿈으로써, 투영광학계(10)의 수차의 자동 보정이나 자동설정을 할 수 있다. 또한, 도 17의 투영노광장치와 도 2의 장치와의차이는, 광원으로서 레이저(172)를 이용한 조명계와 파장가변수단(171)을 가지는 점이다.

그런데, 테스트레티클(9)은, 레티클스테이지(18) 상에 놓여 있고, 레티클스테이지(18)를 XY면 내에서 이동시킴으로써 테스트레티클(9)의 위치를 바꿀 수가 있다. 스코프(19)는 테스트레티클(9) 상의 마크와 장치 본체 내에 있는 레티클기준마크(21)를 동시에 관찰함으로써, 레티클기준마크(21)에 대한 테스트레티클(9)의 X, Y의 각방향의 어긋남을 계측하기 위한 것이다. 이 계측결과를 사용해서 스테이지(18)를 이동시킴으로써 레티클(9)의 장치본체(투영광학계(10))에의 위치맞춤을 할수있다. 또한, 스코프(19)는 테스트레티클(9) 상의 모든 XY위치에 구동 가능한 구동계를 가지므로, 필요하면, 스코프(19)를 사용해서, 레티클(9) 상의 임의의 위치에 있는 테스트패턴(15)의 영역을 노광광으로 조명 가능하다. 테스트패턴(15)은 복수의 패턴에 의해 구성되어 있고, 각 패턴은 도 5A나 도 5B로 표시하는 형태를 가진다.

투영식 레티클블라인드(6)와 테스트레티클(9)의 패턴형성면과는 공역이며, 투영식 레티클블라인드(6)의 개구에 의해 테스트레티클(9) 상의 조명영역이 설정된다.

테스트레티클(9)의 상면에는 핀홀(16)을 가지는 차광부가 형성되고 있고, 투영식 레티클블라인드(6)의 개구에 의해 테스트레티클(9) 상의 조명영역으로서 핀홀 (16)을 포함한 영역을 설정하고, 동영역을 조명하면, 차광부의 핀홀(16)을 통과한 광속이, 테스트레티클(9)의 하면에 형성되어 있는 테스트패턴(15)의 복수의 패턴을 서로 다른 방향으로부터 조사되고, 그 테스트패턴(15)의 각 패턴은 투영광학계(10)에 의해 감광기판(웨이퍼)(W)에 투영된다.

투영광학계(10)의 상면에 결상한 각 패턴의 공중상 혹은 감광기판(W)에 전사 한 각 패턴의 상(현상한 것, 또는 잠상)의 위치를, 공지의 측정수단에 의해 측정한다.

본 실시형태에 있어서는, 웨이퍼스테이지(12) 상에 설치한 검출계(11)를 사용해서 테스트패턴(15)의 각 패턴의 공중상의 위치를 검출한다. 테스트패턴(15)의 상이, 투영광학계(10)를 개재해서 웨이퍼스테이지(12) 상에 놓여진 검출계(l1)를 구성하는 플레이트(1la) 상에 결상된다. 도 3은 도 2의 검출계(11)의 확대도이다.

도 3에 있어서, 플레이트(1la), 슬릿(1lb), 수광기(11c)가 검출계(11)를 구성한다. 플레이트(1la)에는 슬릿(1lb)이 형성되어 있고, 슬릿(1lb)을 투과한 빛은 수광기(11c)에 의해 수광되어 전기신호로 변환되어 도시하지 않은 신호선을 개재해서 도시하지 않은 처리장치에 보내지고, 동장치에 의해 플레이트(11a) 상에 투영된 패턴상의 위치가 구해진다.

웨이퍼스테이지(12)는, 투영광학계(10)의 광축(10b)에 수직인 면내의 임의의 위치에 검출계(11)를 위치결정할 수 있는 XY스테이지(12a)와 투영광학계(10)의 광축(1Ob)에 평행한 방향으로 검출계(11)를 상하이동시켜 검출계(1l)의 포커스위치를 설정할 수 있는 Z스테이지(12b) 등으로 구성되어 있다.

또, 본 실시형태에서는 검출계(11)의 광축(1Ob)방향의 위치를 검출하기 위한 오토포커스계(13)가 설치되어 있다. 오토포커스계(13)는, 검출계(11)의 플레이트 (11a)상에, 검출용의, 예를 들면 슬릿형상의 광패턴(상)을 투영광학계(10)의 광축 (1Ob)에 대해서 경사방향으로부터 투영하는 송광계(13a)와, 플레이트(1la)로부터의 반사광을 이용해서 상기 슬릿형상의 광패턴의 상을 광전검출기(13c) 상에 재결상하는 수광계(13b)에 의해 구성되어 있다.

플레이트(1la)의 투영광학계(lO)의 광축(1Ob)방향의 위치가 변화하면, 수광계(13b)에 있어서 그 재결상되는 광패턴상의 광전검출기(13c) 상에서의 위치가 변화하는 것으로부터, 이 패턴상의 위치를 검출함으로써, 플레이트(11a)의 광축방향위치를 검출할 수 있다. 광전검출기(13c)는, 그 재결상된 패턴의 상의 위치에 따라서 변화하는 신호(포커스신호)를 생성하기 때문에, 그 신호가 소정의 레벨에 유지되도록 제어계(13d)에 의해 웨이퍼스테이지(12) 중의 Z스테이지(12b)를 구동함으로써, 플레이트(1la) 상의 표면의 광축(10b)방향의 위치를 소정의 위치(투영광학계(10)의 상면위치)에 유지할 수가 있다.

또, 포커스신호는 소정의 범위 내(광축(1Ob)방향의 소정의 범위 내)에서 플레이트(1la)의 높이의 변화에 대해 거의 직선적으로 변화하므로, 포커스신호의 레벨의 변동으로부터 포커스위치의 변동을 알 수 있다. 또한, 웨이퍼스테이지(12) 중의 Z스테이지(12b)에는 그 자신의 투영광학계(10)의 광축(1Ob)방향의 위치를 검출하기 위한 높이센서(도시하지 않음)가 짜넣어지고 있다.

14는 오프·엑시스의 웨이퍼얼라인먼트계를 나타내고, 웨이퍼얼라인먼트계 (14)는 웨이퍼(W)의 각 쇼트영역의 근방에 형성된 얼라인먼트마크를 각각 검출한다. 이 경우, 웨이퍼얼라인먼트계(14)의 광축(14a)과 광축(10b)과의 사이의 간격, 즉 소위 베이스라인량(BD)을 구해둠으로써, 웨이퍼얼라인먼트계(14)로 계측한 얼라인먼트마크의 위치에 의거해서 웨이퍼(11)의 각 쇼트영역의 얼라인먼트를 정확하게 행할 수가 있다. 또한, 웨이퍼얼라인먼트계(14)는 여러 가지의 마크의 검출도 행할 수가 있다.

본 실시형태의 노광장치의 조명계는, 조명의 결과, 광학계(10)의 상평면내에서의 위치를 측정해야 할 공중상 혹은 전사패턴상이 1개 이상 존재하고, 각각의 공중상 혹은 전사패턴상(TPa)의 위치가 대응하는 패턴의 윗쪽에 있는 핀홀(PH)의 중심과 해당 패턴의 중심의 사이의 조명광의 레티클(9)에의 입사평면 안쪽방향의 위치관계에 의존해서 정해지는 방향(소정의 경사각 또한 소정의 방위각)에 따른 주광선(LP)을 가지는 조명광으로 테스트레티클을 조명할 수 있으면 된다.

본 실시형태에 있어서도, 테스트패턴(15) 및 핀홀(16)을 가지는 차광부는, 쌍방 모두 레레티클상에 형성하는 것은 아니고, 이 차광부는, 다른 핀홀용의 플레이트 상에 형성해도 된다.

도 1, 도 2에 있어서는 도시하지 않지만, 실시형태 1, 실시형태 2에 있어서 핀홀(16)의 내부에는 산란소자가 구비되어, 동소자에 의해 유효광원으로부터의 빛을 산란해서 σ>1의 광선다발이 핀홀(16)로부터 나오도록 구성되어 있다. 또, 이런 종류의 산란소자를 이용할 때에 가변조리개(4)의 개구형상으로써 고리(원환) 모양의 것을 사용함으로써 중앙보다 주변이 밝은 유효광원을 형성하고, 이 유효광원에 의해 산란소자를 조명하면, 테스트패턴(15)을 균일하게 조명할 수가 있고, 이 테스트패턴(15)을 구성하는 복수의 패턴을 서로 거의 강도가 같은 광속으로 서로 다른 방향으로부터 조명할 수 있다.

도 7은 테스트레티클(9)에 형성되는 테스트패턴(15)의 상세도이다.

도 7에 있어서, (20a)는 테스트패턴(15)을 구성하는 마크이다. 격자형상의 마크(20a)의 몇개의 부분이 전술한 도 5A 또는 도 5B에 나타내는 패턴(TPX)으로 이루어져 있다.

마크(20a)를 형성하는 격자의 종횡의 라인은 서로 동일한 선폭으로 디자인되고 있고, 각각의 라인폭은, 동라인이 도 5B의 패턴과 같은 경우, 예를 들면 2㎛이다.

이러한 테스트패턴(15)(마크(20a)) 중심의 바로 위의, 레티클(9)의 유리 상면에, 도 1, 도 2에 표시한 바와 같이 핀홀(16)이 있어, σ(코히어런스도)가 큰 원형의 유효광원이나 고리모양의 유효광원을 이용해 노광용 조명계 또는 스코프(19)의 조명계에 의해 핀홀(16)을 개재해서 테스트패턴(15)에 빛을 조사함으로써, 테스트패턴(15)을 구성하는 각 패턴(TPX)마다 그것을 조명하는 광속의 주광선의 기울기를 바꿈과 동시에 각 광속의 열림각에도 제한을 가한다. 또한 「σ」는, 조명계의 레티클쪽 개구수를 투영광학계의 레티클쪽 개구수로 나눈 값에 상당한다.

본 실시형태에서는, 테스트패턴(15)에 대해서 σ≥1.0의 조명조건을 얻기 위해서, 도 9에 표시한 바와 같이, 레티클(9)의 유리기판(9G)의 이면(상면)에 형성하고 있는 핀홀(16) 내에 산란소자를 설치함으로써 레티클(9)을 조명하는 빛을 산란시켜 확산하고 있다.

산란소자를 이용하는 대신에, 도 10에 표시한 바와 같이 핀홀(16) 위에 볼록렌즈(l7)를 배치하거나 확산효과가 있는 격자패턴을 핀홀(16) 내에 설치함으로써 σ≥1.0의 조명조건을 얻을 수 있다. 이러한 구조를 가지는 경우에도, σ(코히어런스도)가 큰 원형의 유효광원이나 고리모양의 유효광원을 이용하는 것이 효과적이다.

σ≥1.0의 조명조건에서 상기 테스트패턴(15)을 조명하고, 테스트패턴(15)의 복수의 패턴(TPX)의 투영광학계(10)에 의한 각 상을, 웨이퍼스테이지(12) 상에 설치한 검출계(11)의 플레이트(11a) 상에 결상시키고, 각 상마다, 웨이퍼스테이지(12)를 수평방향(X방향이나 Y방향)으로 이동시키고 주사할 때의 플레이트(1la)의 슬릿(11b)을 투과하는 빛의 광강도나 광량을 광전검출기(11c)에 의해 검출한다. 스테이지(12)(슬릿(1lb))의 각 X, Y위치에서 검출한 광강도 혹은 광량을 나타내는,도 4에 표시하는 바와 같은 검출신호를 얻을 수 있으므로, 이 검출신호의 중심(中心) 위치나 중심(重心) 위치를 계산함으로써, 플레이트(1la) 상에 결상한, 테스트패턴(15)의 마크(20a)의 1라인, 즉 패턴(TPX)나 (TPY)의 중심위치를 얻는다.

이와 같이 해서, 각각이 투영광학계(10)의 동면의 각 위치에서의 파면의 상태를 지시하는 각 패턴상의 중심위치정보를 입수할 수 있으므로, 각 패턴상의 중심위치 정보로부터 동면의 각 위치의 파면의 기울기를 계산해서, 광학계(10)의 파면수차를 구한다.

본 실시형태에 있어서의 파면수차계측의 순서를 도 15의 플로차트에 나타낸다.

그런데, 검출계(11)의 슬릿(1lb)의 길이와 폭은, 격자형상 마크(20a)의 공중상의 격자피치 이하로, 측정 대상으로 하는 1 라인의 패턴(TPX)의 공중상의 근처의 패턴(TPX)의 공중상이 슬릿(1lb)에 들어가지 않는 크기로 되어 있다. 또, 본 실시형태는, 세로의 라인의 패턴(TPX)의 상과 가로의 라인의 패턴(TPY)의 상에 대해, 별개의 슬릿(1lb) 및 광전검출기(11c)의 쌍이 준비되어 있는 형태이지만, 슬릿과 광전검출기를 1조만 가지고, 그 광강도분포를 광전변환해야 할 패턴상의 종횡의 방향에 의해 슬릿의 종횡의 방향을 전환해서 계측하는 것도 가능하다.

다음에 본 발명의 실시형태 3에 대해 도 11을 이용해 설명한다. 실시형태 3과 실시형태 1, 2와의 차이는 테스트레티클의 구성뿐이고, 실시형태 3의 테스트레티클이 탑재되는 투영노광장치도, 도 1, 도 2 혹은 도 17에 나타내는 투영노광장치이다.

실시형태 3에서는, 실시형태 1, 2와 같이 테스트레티클(9)의 기판의 상면과 하면에 각각 핀홀(16)을 가지는 차광부와 테스트패턴(15)(TP)를 형성하는 것이 아니라, 테스트레티클(9)을, 핀홀(16)을 가지는 차광부를 상면(혹은 하면)에 형성한 핀홀 플레이트(9a)와, 테스트패턴(15)을 상면(혹은 하면)에 형성한 패턴플레이트(9b)의 2개의 플레이트에 의해 구성되어 있다.

테스트패턴(15), 핀홀(16), 산란소자 등의 확산수단(18)의 각각의 기능과 서로의 관계는, 실시형태 1, 2의 경우와 같으므로, 본 실시형태의 레티클 혹은 계측유닛을 이용해도, 실시형태 l, 2와 마찬가지로 투영광학계의 파면수차의 계측을 할 수 있다.

또, 광학특성 계측유닛을 2개의 플레이트에 의해 구성하는 형태로서, 도 12에 표시한 바와 같이, 확산수단으로서의 볼록렌즈(정렌즈)(17)를 핀홀(16) 위에 배치시킨 핀홀 플레이트(9a)와, 테스트패턴(15)의 마크(20a)를 상면(혹은 하면)에 형성한 패턴플레이트(9b)를 가지는 형태가 있다. 이 때, 볼록렌즈(17)와 핀홀(16)을 가지는 차광부는, 핀홀 플레이트(9a)의 상면과 하면의 어느 쪽의 면에 형성해도 된다.

도 1, 2에 표시하는 투영노광장치는, 레티클의 오염을 방지하기 위해 레티클 윗쪽에 도시하지 않은 방진유리가 설치되어 있으므로, 광학특성 계측유닛을 2개의 플레이트에 의해 구성하는 형태를 채택하는 경우에는, 동방진유리를 착탈 가능하게 하고, 동방진유리와 동2개의 플레이트 가운데 위쪽(광원쪽)의 플레이트, 예를 들면 도 11, 12, 20 ~ 22의 플레이트(9a)를, 서로 교환 가능하게 하면 편리하다.

도 11과 도 12의 광학특성 계측유닛을 이용해 투영광학계의 파면수차를 계측할 때의 계측순서를 도 16에 따라 설명한다.

본 실시형태에서의 계측순서와 실시형태 1, 2에서의 계측순서(도 15 참조)와의 큰 차이는, 핀홀(16)의 중심과 테스트패턴(15)의 중심을 합치시키기 위한 위치맞춤 동작이 짜넣어지고 있는 것이다.

도 2에 나타내는 노광장치 내에 있는 테스트레티클(9)(기판의 상면(하면)에 테스트패턴(15)이 형성되고 한편 기판의 이면(상면)에 핀홀부착 차광부가 형성되어 있지 않은 플레이트(9b))을, 레티클스테이지(18) 상에 로드한다. 마찬가지로 노광장치 내에 있는 핀홀 플레이트(9a)를 상기 테스트레티클(9)과 스코프(19)의 사이에 로드한다. 이 때, 핀홀 플레이트(9a) 상에 있는 핀홀(18) 또는 (16)의 중심은 기계 정밀도 내의 오차로 소정의 XY위치에 설정될 수 있다.

다음에, 스코프(19)로 테스트레티클(9)의 위치맞춤마크와 레티클기준마크(2l)를 관찰해서 레티클(9)과 장치본체의 상대위치어긋남을 검출하고, 양자의 위치맞춤을 레티클스테이지(20)에 의해 테스트레티클(9)을 X, Y방향에 이동시키고 그 위치를 조정함으로써 행한다. 테스트레티클(9)의 위치맞춤 종료후, 스코프(19)는 파면수차계측을 위한 관찰위치(조명위치)로 이동하고, 동시에 웨이퍼스테이지(12)상의 검출계(11)도 파면수차계측을 위한 관찰위치(검출위치)인 소정의(X, Y, Z) 좌표위치로 이동한다. 그리고, 스코프(19)와 검출계(11)를 사용해서 테스트패턴(15) 가운데 소정의 패턴의 상의 중심위치의 기준위치로부터의 어긋남량의 계측을 행한다. 또한 검출계(11)를 Z방향(광축(1Ob)방향)으로 소정량 이동해 앞의 계측과는 다른 Z(방향) 위치에서의 같은 소정의 패턴의 상의 중심위치의 기준위치로부터의 위치어긋남량을 계측하는 것을 몇번 행한다.

이 때, 계측하는 패턴은, 테스트패턴(l5)을 구성하는 전 패턴(격자모양 마크의 전 라인)일 필요는 없다. 여기에서는, 테스트패턴(15)의 중심에 세로와 가로의 라인이 있는 것으로 해서, 이 종횡의 2 라인의 각 패턴에 관해서, 그들의 상의 중심위치의 기준위치에 대한 위치(어긋남)를 계측한다.

투영렌즈(1O)의 텔레센도(telecentricity)가 이상적인 상태인 것으로 해서, 패턴플레이트(9b)의 테스트패턴(15)의 중심과 핀홀 플레이트(9a)의 핀홀(16)의 중심의 XY면 내에서의 위치어긋남 dx, dy는, 앞의 Z위치마다의 종횡 2 라인의 각 패턴상의 위치어긋남량 dsx/dZ, dsy/dZ 에 비례하므로, 다음의 식으로 나타낼 수 있다.

dx = t·m·dsx/dZ

dy = t·m·dsy/dZ

t···핀홀(16)과 테스트패턴(15) 간의 광학거리

m···투영광학계(1O)의 축소율

dsx/dZ, dsy/dZ···위치어긋남 포커스 변화

스코프(19)와 검출계(11)를 이용한 계측결과와 상기 각 식으로부터, 핀홀(16)과 테스트패턴(15)의 위치어긋남량이 산출되기 때문에, 레티클스테이지(20)를 이 위치어긋남량 만큼 이동시킴으로써 레티클(9)의 테스트패턴(15)을 이동시켜, 테스트패턴(15)의 중심과 핀홀(16)의 중심의 XY면 내에서의 위치맞춤을 행한다. 이때, 스코프(19)를 레티클기준마크위치까지 이동시켜서, 테스트레티클의 (9)의 위치맞춤마크와 레티클기준마크(21)를 관찰함으로써 레티클스테이지(20)의 이동량을 계측하고, 잔차(殘差)를 재차 레티클스테이지(20)의 구동계에 피드백한다고 하는 클로즈드 루프(closed loop)도 가능하다. 위치어긋남량 dx, dy가 허용치 내에 들어갈 때까지, 이 위치맞춤공정을 반복해서, 허용치에 들어가면, 그 후는, 도 15의 플로와 같은 계측순서로 투영광학계(10)의 파면수차의 계측을 행한다. 또한, 파면수차의 계측에 노광용의 조명계를 사용하는 경우에는, 조명광의 방해가 되지 않도록 스코프(19)를 퇴피시킨다.

이상 실시형태 1 ~ 3 등의 예를 들어, 노광장치의 조명계와 검출계를 사용해서 투영광학계(10)의 파면수차를 계측하기 위해 이용하는 테스트레티클의 몇개의 실시형태에 대해 설명했다. 이 테스트레티클의 각 패턴의 공중상은 수㎛로 크기 때문에 광전검출기(11c) 대신에, 확대광학계를 포함하지 않고 직접, 패턴의 결상면에 CCD나 리니어센서를 두어 공중상의 광강도분포 또는 광량분포를 검출하는 것이 가능하고, 공중상(패턴상)의 광강도분포 또는 광량분포를 검출할 때에 웨이퍼스테이지(12)의 X-Y구동이 불필요하다.

또, 테스트패턴(15)(TP)의 각 패턴의 상의 위치를 검출하는데는, 그 밖에도, 웨이퍼스테이지(12) 상에 설치한, 포토크로믹 재료의 층을 형성한 기판 상에 이 패턴상을 전사하고, 오프엑시스얼라인먼트검출계(14)를 사용해서, 전사한 각 패턴상의 중심위치를 측정하는 것도 가능하다. 이 경우, 어떤 종류의 레지스트에 각 패턴상을 전사했을 경우에 비해서, 현상처리를 행할 필요가 없다.

도 2에 표시한 바와 같이, 얻어진 계측치를 본체에 피드백함으로써 구동수단(161)에 의해 투영광학계(10) 내에 있는 보정광학계(162)를 구동시키거나, 도 17에 표시한 바와 같이, 파장가변수단(171)으로 레이저(172)로부터의 발진파장의 중심파장을 바꾸는 등의 보정수단에 의해 노광장치의 수차자동보정에 적용할 수 있다. 또한, 도 17은 실시형태 1에 있어서, 광원으로서, 레이저(172)를 이용했을 경우를 나타내고 있고, 기본적인 구성은 도 1과 같다.

또, 본 발명의 광학특성 계측방법을, 다른 계측시스템, 예를 들면 간섭계를 사용하는 광학특성계측시스템의 캘리브레이션 기술로서 사용하는 것도 가능하다. 현재는, 간섭계를 탑재한 투영노광장치나, 투영노광장치내의 투영광학계의 수차가 계측 가능한 공구는 존재하고 있지 않다.

따라서, 투영노광장치 내에 있어서의 투영렌즈의 파면수차량은, 노광장치 생산공장 내의 간섭계시스템을 사용해서 렌즈 단체에 대해 계측된 투영렌즈의 파면수차량으로 치환되고 있다. 즉 간섭계 시스템 상과 노광장치 본체 상의 양자 사이에서의 환경의 차이 등에 의한 투영렌즈의 파면수차의 차이를 보증할 필요가 있다.

그래서 노광장치에의 부하나 시스템부하가 적은 본 방식을 사용해서, 노광장치 본체 상과 간섭계 시스템 상의 양쪽 모두에 의해 투영렌즈의 파면수차계측을 행하고, 노광장치 생산공장 내의 간섭계시스템에 의한 계측결과(파면수차량)를 교정한다.

다음의 실시형태 4에서는, 테스트패턴(15)의 각 패턴의 상을 감광기판(웨이퍼)(W)에 전사하고, 전사한 각 상을 현상하고, 현상 후의 각 전사상의 중심위치를계측하는 순서를 포함한 광학특성 계측방법에 대해 설명한다. 사용하는 테스트패턴은 도 7과 도 8에 나타내는 2타입의 패턴이며, 공통의 테스트레티클(9) 상에 형성되어 있다.

레티클(9)을 이용해 투영광학계의 광학특성을 계측하는 노광장치는, 여기에서도, 도 1, 도 2, 혹은 도 17에 나타내는 투영노광장치이다.

도 7의 테스트패턴은, 실시형태 1~3에서 설명한 바와 같이, 격자형상의 마크를 이루는 패턴군(20a)으로 구성되어 있다. 패턴군의 각 패턴(TPX),(TPY)은 도 5A나 도 5B에 나타내는 형상을 가지지만, 본 실시형태 4에서는, 도 5B에 나타내는 형상을 가지는, 웨이퍼 상에서 폭 2~3㎛의 패턴을 형성하는 타입의 마크를 사용한다.

또, 이 테스트패턴(15)이 상면에 형성된 레티클의 이면에는 마크(20a)의 중심과 중심위치가 일치하는 핀홀을 가지는 차광부가 형성되어 있다. 이 레티클은 실시형태 1, 2와 마찬가지로 도 9나 도 10으로 표시하는 기본구성을 가지지만, 실시형태 1, 2와는 달리, 새로운 패턴으로서 도 8에 나타내는 격자형상의 마크(21a)를 가진다.

격자형상의 마크(21a)는, 테스트패턴(15)의 각 패턴의 상대위치어긋남량을 측정하기 위한 레퍼런스패턴군이며, 테스트패턴(15)의 마크(20a)와는 달리, 그 위쪽(유효광원쪽)에는 핀홀을 가지는 차광부는 없어, 조명계로부터의 광속이 격자마크(21a)의 각 레퍼런스패턴에 균등하게 조사되어, 각 레퍼런스패턴은, 서로 거의 같은 강도의 광속으로 서로 같은 방향으로부터 조명되어 투영광학계(10)를 개재해서 감광기판 상에 결상한다.

본 실시형태 4의 테스트레티클의 일례의 부분적 단면도를 도 13, 도 14에 나타낸다. 도 13은, 테스트레티클(9)의 기판의 이면(상면)에 핀홀(16)을 가지는 차광부를 형성하고, 기판의 상면(하면)에 테스트패턴으로서의 레퍼런스패턴군(18), 패턴군(20a)를 형성한 예이다.

도 14는, 기판의 표면(하면)에 테스트패턴으로서의 레퍼런스패턴군(18)과 패턴군(20a)을 형성한 패턴플레이트(9b)와 다른 기판의 이면(상면)에 핀홀(16)을 가지는 차광부를 형성한 핀홀 플레이트(9a)의 2매의 플레이트를 사용한 예이다.

도 13 및 도 14의 어느 쪽의 레티클도, 핀홀(16) 내에 산란소자 또는 격자패턴을 가지며, 이들 핀홀 내 소자의 작용으로, σ>1의 조건으로 패턴군(20a)을 조명한다.

다음에, 본 실시형태 4의 광학특성 계측순서를 설명한다.

통상의 조명조건(1.0>σ>0.7)에서 테스트레티클(9)을 조명하고, 테스트패턴의 마크(20a),(21a)를 조명하고, 투영광학계(10)를 개재해서 각 패턴의 상을 감광기판 상에 투영 노광한다.

다음에, 마크(20a)와 마크(21a)가 위치적으로 서로 겹치도록 웨이퍼스테이지(12), 혹은 레티클스테이지(20)를 이동시키고, 이 위치관계에서, 통상의 조명조건에서 마크(20a) 및 (21a)를 조명하고, 산란소자나 격자패턴이나 볼록렌즈의 작용에 의해 σ>1.0의 조명조건에서 테스트패턴을 조명하고, 패턴군(20a)의 각 패턴에 서로 다른 방향으로부터 광속을 조사해서, 투영광학계(10)를 개재해서 각 패턴의 상을 감광기판 상에 투영 노광한다.

이들의 투영 노광에 의해, 도 6에 표시한 바와 같이, 마크(20a)와 마크(21a)의 각 패턴군의 상이 감광기판 상에 전사된다. 이 감광기판을 현상한 후, 대응하는 패턴상끼리의 상대위치어긋남량을 공지의 측정기를 사용해 측정한다. 얻어진 상대위치어긋남량을 사용해서 계산처리를 행해서, 투영광학계(1O)의 동면(1Oa)에 있어서의 파면을 구하고, 광학계(1O)의 파면수차나 각종 수차(자이델의 5 수차)를 얻는다. 또 계측한 수차의 상황을 본체에 피드백함으로써 투영렌즈의 수차 보정이 가능하다.

또한, 도 22에 표시한 바와 같이, 테스트패턴(15) 및 핀홀(16)을 동일한 레티클(9)의 다른 상높이의 수개소에 배치해 두면, 서로 다른 복수의 상높이에서의 파면수차의 계측이 가능하다.

도 13의 테스트레티클을 이용해서 계측을 행하는 경우의 순서를 도 18에, 도 14의 테스트레티클을 이용해서 계측을 행하는 경우의 순서를 도 19에 나타낸다. 핀홀 플레이트(9a)를 사용하는 노광순서도 도 19에 표시하는 바와 같은 순서로 행해진다.

본 발명의 실시형태 5로서의 테스트레티클의 다른 실시예를 도 20에 표시한다. 본 테스트레티클을 이용해 투영광학계의 광학특성을 계측하는 노광장치는, 여기에서도, 도 1, 도 2, 혹은 도 17에 나타내는 투영노광장치이다.

도 20에 나타내는 레티클은 핀홀(16)을 가진 차광부 및 테스트패턴의 패턴군(20a)을 각각 공통의 플레이트(유리)(9b)의 상면(이면)과 하면(표면)에 형성하고, 패턴군(20a)을 σ>1.0의 조명조건에서 조명하기 위한 광확산용의 산란소자(22)를하면에 형성한 플레이트(유리)(9a)를, 패턴 플레이트(9b)의 윗쪽에 배치하는 예이다. 확산용의 산란소자(22)로서 빛을 산란시키는 불투명유리, 빛을 산란시키는 CGH 등의 회절격자를 이용한다. 이러한 빛을 산란시키는 산란소자(22)를 이용하는 경우는, 앞의 실시형태와 마찬가지로, 조명계에 있어서 중심보다 주변이 밝은 유효광원을 형성하고, 그 치수·형상의 최적화를 행함으로써 핀홀(16)이나 테스트패턴(20a)상에서의 조도 불균일을 없애, 조도 분포를 균일하게 한다.

이 때의 조도의 균일이란, 패턴군(20a)의 각 패턴을 서로 다른 방향으로부터 조사하는 복수의 광속의 강도가 서로 거의 균일하게 되는 상태이다. 이러한 상태로 하면, 각 패턴상을 노광할 때의 노광량이 거의 같게 되어, 각 패턴상의 선폭을 서로 같게 할 수 있어 패턴상의 위치어긋남 검출 혹은 수차계측에 있어서의 노광량에 의존한 오차를 경감할 수 있다.

산란소자(22)를 가지는 플레이트(9a)의 배치위치는 테스트레티클(9)의 유효광원쪽(윗쪽)이면 어디라도 좋고, 도 2, 17의 투영식 레티클블라인드(6)의 부근이나 기타 조명계의 내부의 소망한 위치에 배치할 수 있다. 또, 플레이트(9a)는, 전술한 바와 같이, 레티클스테이지의 바로 위의 방진유리와 교환해서 동방진유리 위치에 배치하도록 하면 편리하다. 또한 방진유리와 플레이트(9a)를 유지하는 부재는, 조명계에 고정되어 있어도, 본체(투영광학계)에 유지되어 있어도 된다.

본 발명의 실시형태(6)로서의 테스트레티클의 다른 실시예를 도 21에 나타낸다. 본 테스트레티클을 이용해 투영광학계의 광학특성을 계측하는 노광장치는, 여기에서도, 도 1, 도 2, 혹은 도 l7에 나타내는 투영노광장치이다.

도 21에 나타낸 예는, 도 11와 도 20의 변형예로, 테스트패턴의 패턴군(20a)은 패턴플레이트(b)의 표면(하면) 상에 형성하고, 핀홀(16)을 가지는 차광부와 광확산용의 산란소자(22)와는 다른 핀홀 플레이트(9a) 상에 형성하고, 플레이트(9a)를 레티클(9b)의 윗쪽에 배치한 것이다.

도 21에 나타낸 2개의 플레이트를 가지는 구조에 의해, 핀홀(16)의 중심과 패턴군(20a)의 중심끼리의 위치맞춤을 레티클스테이지(20)를 이동시킴으로써 행할 수 있다. 또, 얼라인먼트마크(23)를 레티클(9b) 및 플레이트(9a)에 갖게 해서 스코프(19)에 의해 양자의 마크를 관찰함으로써 양플레이트의 상대어긋남량을 직접 계측하는 것도 가능하다.

핀홀(16)의 중심과 테스트패턴(20a) 중심 간의 수평방향의 어긋남은 투영렌즈(10)의 동 중심으로부터의 결상광선 어긋남으로 되기 때문에, 파면 산출을 행할 때의 기준좌표(동 중심 기준)와 실제로 계측된 계측포인트의 좌표가 다른 결과가 되어, 파면수차계측에 있어서의 하나의 오차 요인이 된다. 그래서 도 11이나 도 21의 계측유닛과 같이, 핀홀(16)과 테스트패턴(20a)을 서로 다른 플레이트 상에 형성하고, 레티클스테이지(20)에 의해 양자의 맞춤을 행함으로써 계측정밀도를 올릴 수가 있다.

레티클(9)의 유리기판(플레이트)의 상면과 하면에 각각 핀홀(16)을 가지는 차광부와 테스트패턴의 패턴군(20a)을 배치하는 경우, 도 22에 표시한 바와 같이 핀홀과 테스트패턴(20a)의 세트를 복수 조, 서로 이웃이 되도록 하고, 한편 각각의 세트에 있어서 핀홀의 중심과 테스트패턴의 중심을 미리 서로 다른 양만큼 조금 어긋나게 해서 설계하고, 핀홀(16)을 가지는 차광부와 테스트패턴의 패턴군(2Oa)을 유리기판 상에 형성한다. 그렇게 함으로써, 제일 어긋남이 작은 세트를 선택해서 광학특성의 계측에 사용해 계측 정밀도를 올릴 수가 있다.

이상, 본 발명에 의하면, 광학계의 광학특성, 예를 들면 파면수차를 고정밀도로 계측하는데 매우 적합한 광학특성 계측방법 및 거기에 이용하는 레티클을 얻을 수 있다.

Claims (26)

1. 투영광학계의 광학특성을 계측하는 광학특성 계측방법에 있어서,

   복수개의 패턴을 가지는 레티클을 공급하고,

   개구 (aperture)로부터의 산란광을 상기 복수개의 패턴으로 향하게 함으로써, 상기 복수개의 패턴에 서로 다른 방향으로부터 광속을 조사하고, 그것에 의해 상기 투영광학계를 개재해서 상기 복수개의 패턴의 상을 형성하고,

   상기 복수개의 패턴상의 각각의 위치를 검출하고, 이 검출결과를 이용해서 상기 투영광학계의 광학특성을 구하는 것을 특징으로 하는 광학특성 계측방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 개구를 가지는 차광부재는 상기 레티클 상에 있는 것을 특징으로 하는 광학특성 계측방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 개구를 가지는 차광부재는, 상기 레티클의 윗쪽에 있는 것을 특징으로 하는 광학특성 계측방법.
4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,

   상기 산란광을 형성하는 산란부를 가지는 것을 특징으로 하는 광학특성 계측방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 산란부는, 상기 개구 내에 있는 것을 특징으로 하는 광학특성 계측방법.
6. 제 4항에 있어서,

   상기 산란부는, 광원과 상기 개구의 사이에 있는 것을 특징으로 하는 광학특성 계측방법.
7. 제 1항에 있어서,

   예를 들면 고리모양의 중앙이 주변보다 어두운 유효광원에 의해 상기 산란부를 조명하는 것을 특징으로 하는 광학특성 계측방법.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 개구는 핀홀인 것을 특징으로 하는 광학특성 계측방법.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 패턴은, 상기 투영광학계의 동면(瞳面)에 소정의 주기성분을 발생시키는 개구부와, 이 개구부의 양쪽에 있고 또한 상기 투영광학계의 동면에 있어서 상기 주기성분과는 다른 주기성분을 발생시키는 주기적인 개구부를 가지는 것을 특징으로 하는 광학특성 계측방법.
10. 제 1항에 있어서,

    상기 패턴은, 그 반복방향에 관해서, 중심으로부터 주변에 걸쳐 스페이스간의 피치는 실질적으로 일정하고 또한 스페이스의 폭은 서서히 감소하고 또한 상기 투영광학계에 의해 인접하는 라인들을 해상할 수 없는 라인 및 스페이스를 가지는 것을 특징으로 하는 광학특성 계측방법.
11. 제 1항에 있어서,

    상기 패턴은, 실질적으로 0차 광만을 상기 투영광학계의 상평면으로 향하게 하는 라인 및 스페이스를 가지는 것을 특징으로 하는 광학특성 계측방법.
12. 제 1항에 있어서,

    상기 검출스텝은, 상기 라인 및 스페이스의 공중상을 광전변환하는 단계를 가지는 것을 특징으로 하는 광학특성 계측방법.
13. 제 1항에 있어서,

    상기 검출스텝은, 상기 라인 및 스페이스의 상에 의해 감광기판을 노광하는 단계와 이 감광기판을 현상하는 단계를 가지는 것을 특징으로 하는 광학특성 계측방법.
14. 제 1항에 있어서,

    상기 광학특성은 파면수차를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학특성 계측방법.
15. 제 1항에 기재된 계측방법에 의해 투영광학계의 광학특성을 계측하는 모드를 가지며, 상기 레티클이 장치에 공급되었을 때에 상기 테스트패턴에 조명광을 조사하는 조명계를 가지는 것을 특징으로 하는 투영노광장치.
16. 제 15항에 기재된 투영노광장치에 디바이스 제조용의 레티클을 공급하고, 이 레티클의 패턴을 기판에 노광하는 것을 특징으로 하는 디바이스 제조방법.
17. 기판의 표면에 형성한 복수개의 패턴과,

    상기 기판의 이면에 형성한, 개구를 가지는 차광부와, 이 개구로부터 산란광을 내기 위한 광산란부를 가지는 것을 특징으로 하는 레티클.
18. 제 17항에 있어서,

    상기 개구는 핀홀인 것을 특징으로 레티클.
19. 제 17항에 있어서,

    상기 광산란부를 상기 개구 내에 가지는 것을 특징으로 하는 레티클.
20. 투영광학계의 광학특성을 계측하기 위한 계측유닛으로서, 기판의 표면에 복수개의 패턴을 형성한 레티클과, 이 레티클의 상기 기판의 이면쪽에 형성된, 개구를 가지는 차광부와, 이 개구로부터 산란광을 내기 위한 광산란부를 가지는 것을 특징으로 하는 계측유닛.
21. 제 17항에 있어서,

    상기 개구는 핀홀인 것을 특징으로 하는 레티클.
22. 제 20항에 있어서,

    상기 차광부가 상기 기판의 이면에 형성되어 있고, 상기 광산란부가 다른 기판 상에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 계측유닛.
23. 제 21항에 있어서,

    상기 광산란부가 상기 다른 기판의 상기 레티클쪽의 면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 계측유닛.
24. 제 20항에 있어서,

    상기 차광부와 상기 광산란부가 다른 기판 위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 계측유닛.
25. 제 23항에 있어서,

    상기 차광부는 상기 다른 기판의 상기 레티클쪽의 면에 형성되어 있고, 상기 광산란부는 상기 다른 기판의 상기 레티클쪽과는 반대쪽의 면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 계측유닛.
26. 제 23항에 있어서,

    상기 차광부와 상기 광산란부는 상기 다른 기판의 상기 레티클쪽과는 반대쪽의 면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 계측유닛.