JP2007234685A - 測定装置、当該測定装置を有する露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】長時間を要することなく、安価、且つ、高精度に被検光学系の波面を測定することが可能な測定装置を提供する。
【解決手段】被検光学系の物体面に配置され、測定光を透過させる窓を有する第１のマスクと、前記測定光の干渉性を低減するための反射面を有する第２のマスクと、前記第２のマスクで反射され、且つ、前記第１のマスク及び前記被検光学系を経た前記測定光を分割する回折格子とを有し、前記回折格子の格子ピッチをＰｇ、前記測定光の波長をλ、０を除く整数をｍとすると、前記回折格子と前記被検光学系の像面との距離Ｌｇは、Ｌｇ＝ｍ・Ｐｇ^２／λを満足し、前記回折格子が分割した前記測定光を干渉させることにより形成される干渉パターンから前記被検光学系の波面収差を算出することを特徴とする測定装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般には、測定装置に係り、特に、マスク（レチクル）上のパターンを被処理体に投影する投影光学系などの被検光学系の波面収差を測定する測定装置に関する。本発明は、例えば、極端紫外線（ＥＵＶ：Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光を利用した露光装置に使用される投影光学系の波面収差の測定に好適である。

半導体素子等をフォトリソグラフィーで製造する際に、マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して被処理体に露光する投影露光装置が従来から使用されている。半導体素子の微細化の要求から、紫外光よりも更に波長が短いＥＵＶ光（波長約５ｎｍ乃至２０ｎｍ程度）を用いた投影露光装置（以下、「ＥＵＶ露光装置」と証する）の実用化も検討されている。

マスクパターンを所定の倍率で正確に被処理体に転写するために、投影光学系を抑えた高い結像性能が必要である。特に、半導体素子の微細化の要求により、転写性能は、投影光学系の収差に敏感になってきている。このため、高精度に投影光学系の波面収差を測定する需要が存在する。

点回折干渉計のような高精度なアライメントを必要とせず、ＥＵＶ光に適用される投影光学系の波面収差を高精度に測定する装置としては、従来からシアリング干渉計が知られている。シアリング干渉計は、一般に、被検光学系の物体面に１つのピンホールを有するピンホールマスクを配置する。ピンホールの像は、被検光学系の収差の影響を受けて像面に結像する。かかる像面と被検光学系との間には回折格子が配置され、波面を直交する２方向にシアする。この結果、像面より後段の観察面では干渉パターンが得られる。各方向の波面データから得られる波面情報を積分して２次元波面を復元する。

波面測定に十分な強度の光をピンホールから取り出すためには、高輝度の光源を使用し、かかる光源からの光をピンホールに集光する必要がある。高輝度の光源としては、電子蓄積リングに挿入されたアンジュレータ光源が考えられるが、巨大な設備を必要とし、高額になってしまう。露光装置の組立工程や設置先での波面計測用の光源は、小型の光源、特に、露光光源と共通にすることが望ましい。

一方、レーザー励起プラズマ光源（ＬＰＰ）や放電励起プラズマ光源（ＤＰＰ）などの露光光源からの光束は指向性が低く、ピンホールに集光させることが非常に困難である。従って、露光光源を波面測定に使用した場合、ピンホールを透過する光量が極めて少なくなり、波面測定に必要な強度の干渉画像を観察面で得ることができない。

そこで、被検光学系の物体面に１次元の反射型格子を配置して光利用効率を向上することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。かかる反射型格子は、無作為な高さを有する構造（反射領域）を有し、物体面に１つのピンホールを配置するよりも反射領域が大きいため、光利用効率を向上させることができる。更に、特許文献１では、被検光学系の像面位置に回折格子を配置している。波面測定では、反射型格子で発生するスペックルを抑制するために、反射型格子を線群に対して平行に並進移動させた後、回折格子を位相シフトして回折光間の差分波面（シア波面）を求め、被検光学系の波面を算出する。
特開２００５−０７９５９２号公報

しかしながら、位相シフトによるシアリング干渉計では、一般に、各次数の回折光間の位相差を特定量だけシフトしながら複数の干渉画像を撮影する必要があり、更に、上述したシフト方向を変え、同様に複数の干渉画像を撮影する必要がある。従って、特許文献１では、２組の干渉画像を撮影しなければならず、測定に長時間を要することになる。また、シフトの間は、回折格子などの光学部品を極めて安定に保持しなければ（即ち、高さ方向を変化させずに移動させなければ）、測定誤差を生じてしまうという問題がある。

そこで、本発明は、長時間を要することなく、安価、且つ、高精度に被検光学系の波面を測定することが可能な測定装置を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての測定装置は、被検光学系の物体面に配置され、測定光を透過させる窓を有する第１のマスクと、前記測定光の干渉性を低減するための反射面を有する第２のマスクと、前記第２のマスクで反射され、且つ、前記第１のマスク及び前記被検光学系を経た前記測定光を分割する回折格子とを有し、前記回折格子の格子ピッチをＰｇ、前記測定光の波長をλ、０を除く整数をｍとすると、前記回折格子と前記被検光学系の像面との距離Ｌｇは、Ｌｇ＝ｍ・Ｐｇ^２／λを満足し、前記回折格子が分割した前記測定光を干渉させることにより形成される干渉パターンから前記被検光学系の波面収差を算出することを特徴とする。

本発明の別の側面としての測定装置は、被検光学系の物体面を照明する照明光学系と、前記被検光学系の物体面に配置され、窓を有するマスクと、前記マスク及び前記被検光学系を経た測定光を分割する回折格子とを有し、前記被検光学系の物体側の開口数に対する前記照明光学系の開口数の比率をσとすると、前記照明光学系は、１以上のσで前記被検光学系の物体面を照明し、前記回折格子の格子ピッチをＰｇ、前記測定光の波長をλ、０を除く整数をｍとすると、前記回折格子と前記被検光学系の像面との距離Ｌｇは、Ｌｇ＝ｍ・Ｐｇ^２／λを満足し、前記回折格子が分割した前記測定光を干渉させることにより形成される干渉パターンから前記被検光学系の波面収差を算出することを特徴とする。

本発明の更に別の側面としての測定装置は、被検光学系の物体面に配置され、窓を有するマスクと、前記マスクを経た測定光を分割する第１の回折格子と、前記マスク及び前記被検光学系を経た測定光を分割する第２の回折格子と、前記第１の回折格子又は前記第２の回折格子が分割した前記測定光を干渉させることにより形成される干渉パターンから前記被検光学系の波面収差を算出する算出手段とを有し、前記算出手段は、前記第１の回折格子による測定結果と前記第２の回折格子による測定結果とのシア比の違いに基づいて、前記被検光学系の波面収差のみを算出することを特徴とする。

本発明の更に別の側面としての露光装置は、光源からの光を用いてレチクルのパターンを被処理体に露光する露光装置であって、前記パターンを前記被処理体に投影する投影光学系と、前記光源からの光を用いて前記投影光学系の波面収差を干渉パターンとして検出する上述の測定装置とを有することを特徴とする。

本発明の更に別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、露光された前記被処理体を現像するステップとを有することを特徴とする。デバイス製造方法の請求項は、中間及び最終結果物であるデバイス自体にもその効力が及ぶ。また、かかるデバイスは、ＬＳＩやＶＬＳＩなどの半導体チップ、ＣＣＤ、ＬＣＤ、磁気センサー、薄膜磁気ヘッドなどを含む。

本発明によれば、長時間を要することなく、安価、且つ、高精度に被検光学系の波面を測定することが可能な測定装置を提供することができる。

本発明の測定装置は、被検光学系の波面収差を測定する。かかる測定装置は、光源の光利用効率を向上させるために、被検光学系の物体面に窓を配置し、更に、被検光学系に入射する入射光の精度を保証する手段を有する。

入射光の精度を保証する手段は、被検光学系の物体面近傍に粗い反射面を有する第２のマスクを配置する、１以上のσで被検光学系の物体面を照明する又は被検光学系の物体面と被検光学系との間に校正用の回折格子を配置するの何れか１つで成される。ここで、粗い反射面とは、測定光の干渉性を低減することができる反射面を意味する。

また、本発明の測定装置は、第１のマスク及び被検光学系を経た測定光を分割する回折格子を有し、分割した測定光を干渉させることにより形成される干渉パターンから被検光学系の波面収差を算出する。

以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施例について詳細に説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の一実施形態の測定装置１の基本配置を示す概略断面図である。測定装置１は、被検光学系（実施例１では、ＥＵＶ露光装置の投影光学系）ＯＳの光学性能（特に、波面収差）を測定する測定装置である。

図１において、１０は、ＥＵＶ投影露光装置の露光光源を示す。露光光源１０からの光は、ＥＵＶ露光装置の照明光学系２０を経て、投影光学系ＯＳの物体面上に配置されたマスク（第１のマスク）３０を照明する。マスク３０は、その光と透過させる透過型の窓を多数有する。

４０は、投影光学系ＯＳの物体面近傍に配置され、光の干渉性を低減するための粗い反射面を有する反射型のマスク（第２のマスク）である。マスク３０の窓から射出される光（測定光）ＭＬは、投影光学系ＯＳを経て、投影光学系ＯＳの像面ＩＳに集光する。

測定装置１をＥＵＶ露光装置に搭載した場合、露光時には、像面ＩＳに被処理体であるウェハが配置されているが、投影光学系ＯＳの波面収差を測定する測定モードではウェハを配置せず、投影光学系ＯＳの集光光が像面ＩＳを通過できる構成にする。

像面ＩＳを通過した光ＭＬは、２次元の回折格子５０によって多数の回折光ＤＬとなり、後段の検出器６０上で干渉パターンＩＦとなって検出される。検出器６０は、干渉パターンを観察（検出）する観察手段であり、例えば、背面照射型のＣＣＤ等のディテクタ又はカメラである。

実施例１では、露光光源１０からの光の光利用効率を向上させるために、投影光学系ＯＳの物体面上に配置されたマスク３０上に複数の透過型の窓を配置する。図２は、マスク３０の詳細な構成を示す平面図である。図２を参照するに、マスク３０上には、直径Ｄｗの透過窓３２がＰｐの間隔で複数配置される。マスク３０の材質は、露光光源１０からの光を遮光できる材質であればいかなる材質であってもよい。マスク３０は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）又はそれらの化合物が塗布された低膨張ガラスを用いる。

図３は、反射型のマスク４０の断面構造の一例を示す断面図である。図３を参照するに、反射型のマスク４０は、微小な反射領域の集まりとみなせる構造を有する。なお、各反射領域は、反射光の位相差が１λ以上生じるように設計されている。

ここで、反射型のマスク４０の構造について詳細に説明する。図３（ａ）に示すマスク４０は、基盤４１上に反射用の多層膜４２を形成し、多層膜４２の上に反射位相差を生じさせるための凹凸構造４３が配置されている。凹凸構造４３は、図３（ａ）に示すように、Ｘ及びＹ方向には１００ｎｍ程度、Ｚ方向にはｈの高さを有する構造になっている。なお、高さｈは、各凹凸によってランダムな数値である。高さｈは、凹凸構造４３の材質によって決まり、各凹凸構造間で反射位相が１λ以上生じる大きさになっている。例えば、凹凸構造４３がモリブデン（Ｍｏ）の場合、ｈは約１００ｎｍ以上のランダムな数値であればよい。

図３（ｂ）に示すマスク４０は、凹凸構造を有する基盤４６上に反射用の多層膜４７を形成した構成を有する。基盤４６の凹凸構造は、図３（ｂ）に示すように、Ｘ及びＹ方向には１００ｎｍ程度、Ｚ方向にはｈの高さを有する構造になっている。なお、高さｈは、各凹凸によってランダムな数値である。高さｈが数十ｎｍ以上であれば、各凹凸間で１λ以上の位相差が生じる。

また、反射型のマスク４０は、投影光学系ＯＳの物体面（即ち、マスク３０）とは異なるステージに配置され、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す駆動機構ＤＭによって、Ｘ及びＹ方向に駆動される。換言すれば、マスク４０は、マスク３０と独立して駆動するステージに配置される。

被検光学系の物体面にピンホールを配置する干渉計では、ピンホールから射出される波面を球面波とみなして測定することができる。これに対して、実施例１では、被検光学系の物体面に透過窓を配置するため、照明光学系の収差が抜ける（即ち、照明光学系の収差が含まれる）問題が発生する。これは、透過窓上の異なる２点を通過する光が、互いに干渉性を有するためである。そこで、実施例１では、透過窓３２を抜けた照明光（測定光）の収差を反射型のマスク４０で均一化する。

具体的には、透過窓３２上の異なる２点の干渉性を排除（低減）するために、反射型のマスク４０を一方向又は他方向に駆動させながら、検出器６０で干渉パターンを検出する。検出器６０の干渉パターンの取得時間に対して、マスク４０の駆動量が十分に大きければ、透過窓３２上の異なる２点を通る光の積分値は、互いに干渉性を有さない。これにより、照明光学系の収差の影響を受けることなく、被検光学系である投影光学系ＯＳの波面収差を測定することができる。

透過窓３２を有するマスク３０と反射型のマスク４０とが一体になっている場合、かかる一体型マスクを駆動しながら干渉パターンを測定するとマスク駆動量に応じて干渉パターンのコントラストが劣化する。この場合、一体型マスクの窓間隔ごとにステップしながら干渉パターンを測定することが考えられるが、測定時間が膨大になるというデメリットを有する。一方、本発明は、透過窓３２（マスク３０）が固定されているため、粗い反射面（マスク４０）の移動量は制約を受けず、１回の測定で照明光学系の収差が除かれた干渉パターンを取得できるという効果を有する。

なお、反射型のマスク４０の駆動スピードは、検出器６０の画像（干渉パターン）の取得時間にも依存する。即ち、窓３２内の１点を抜ける光が、検出器６０の積分時間内に対して十分に多い凹凸構造４３から反射した反射光で生成されていればよい。例えば、１００個の凹凸構造から反射した反射光で十分であるならば、検出器６０の画像の取得時間が１／１０秒だった場合、反射型のマスク４０は１００μｍ／秒以上の速度で駆動していればよい。駆動機構ＤＭが反射型のマスク４０を駆動する駆動方向は、Ｘ方向だけでもよいし、Ｙ方向だけでもよい。また、反射型のマスク４０は、高精度に駆動する必要がないため、駆動機構ＤＭは、祖動モータでもよい。

反射型のマスク４０を製造する製造方法としては、精密加工、化学処理、研磨が考えられる。精密加工によってマスク４０を製造する場合、非常に複雑な加工が必要となり、高精度な加工技術を要すると共に、マスク４０のコストを増大させる可能性がある。化学処理によってマスク４０を製造する場合、酸などでマスク４０の表面を腐食させてしまう可能性がある。但し、この場合、所望の凹凸構造を得ることができる処理条件を導ければ、比較的安価にマスク４０を製造することができる。また、凹凸構造４３及び凹凸構造を有する基盤４６は、研磨によって所望の構造を形成することもできる。

ここで、投影光学系ＯＳの物体面に配置されるマスク３０の構成について詳細に説明する。一般に、投影光学系ＯＳの転写領域上のある窓３２ａの波面収差とそれと異なる位置の窓３２ｂの波面収差とは異なり、その差は窓３２ａと窓３２ｂとの距離に従って大きくなる。干渉パターンも同様に変化する。窓３２ａから射出される光により生成される干渉パターンと、異なる窓３２ｂから射出される光により生成される干渉パターンも一般に異なり、その差は窓３２ａと窓３２ｂとの距離に従って大きくなる。従って、窓３２の分布する領域Ａは、被検光学系である投影光学系ＯＳの収差が実質的に同一とみなせる領域に限定する必要がある。実施例１では、複数の窓３２の領域Ａは、投影光学系ＯＳの収差が実質的に同一とみなせる領域、代表的には、直径０．１ｍｍから１ｍｍ程度である。勿論、複数の窓の領域Ａを上述した領域より大きくしても、照明領域ＩＡを上述した直径に限定すれば同じ効果が得られる。

図４は、回折格子５０の構成を示す平面図である。回折格子５０は、図４に示すように、２次元回折格子５２を有する。２次元回折格子５２は、被検光学系である投影光学系ＯＳからの光を多数の回折光ＤＬに分離する素子である。図１では、２次元回折格子５２が発生する回折光のうち、０及び±１次回折光のみを示している。コントラストの高い干渉パターンを得るためには、タルボ（Ｔａｌｂｏｔ）効果が現れるように、２次元回折格子５２と像面ＩＳとの距離Ｌｇが、以下の数式１を満足する必要がある。ここで、Ｐｇは回折格子の格子ピッチであり、λは測定光の波長であり、ｍは０を除く整数である。

マスク３０において、複数の窓３２の間隔は、干渉パターンの明暗を互いに一致させる間隔に設定する。これにより、干渉パターンのコントラストを低下させることなく測定に十分な強度の干渉パターンを得ることができる。

各窓３２から射出する光が像面ＩＳ上で集光する点と２次元回折格子５２の開口部の中心とを結ぶ直線上では、干渉パターンの明暗が一致する。従って、図５に示すように、検出器６０上のある特定の画素と像面ＩＳ上の隣り合う集光点とを結ぶ２本の直線ＳＬ_１及びＳＬ_２が、回折格子５０（２次元回折格子５２）の隣り合う開口部を通るように設計する。換言すれば、回折格子の格子ピッチＰｇと個々の窓３２の像周期Ｐｉとの関係が、以下の数式２を満足するようにする。なお、Ｌｃは、被検光学系である投影光学系ＯＳの像面ＩＳから検出器６０までの距離である。ここで、図５は、投影光学系ＯＳの像点と回折格子５０との関係を示す図である。

また、窓３２の間隔Ｐｐは、以下の数式３で表される。なお、βは、被検光学系である投影光学系ＯＳの倍率である。

従って、窓３２の間隔Ｐｐが、以下の数式４を満足することによって、いずれの窓３２からの射出光による干渉パターンの明暗位置を検出器６０上で一致させることができる。その結果、各窓３２で発生する干渉パターンは、図６に示すように、同じ明暗部が重なり、コントラストの劣化を防止することができる。ここで、図６は、検出器６０上の干渉パターンの一例を示す図である。

なお、図１では、回折格子５０が像面ＩＳより下方に位置しているが、上方に位置してもよい。但し、その場合、Ｌｇは負数となる。

また、検出器６０が、像面ＩＳから十分に離れている（即ち、検出器６０と像面ＩＳとの距離が十分にある）のであれば、Ｌｃ／Ｌｇ＋Ｌｃ≒１として、以下の数式５に近似してもよい。

窓３２の直径Ｄｗを大きくすると、光利用効率をより向上することができるが、検出器６０で検出（観測）される干渉パターンのコントラストが劣化する。従って、干渉パターンの強度及びコントラスト劣化を考慮して、適切に窓３２の直径Ｄｗを決める必要がある。窓３２の直径Ｄｗの好適な一例として、干渉パターンのコントラスト許容量を６０％以上とすると、窓３２の直径Ｄｗは窓間隔Ｐｐの０．６倍となり、直径Ｄｗ＝２．１μｍとなる。

再び、図１に戻って、７０は、干渉パターンに対して解析処理（算出処理）を施す算出手段である。干渉パターンＩＦは、２次元の干渉パターンであるため、位相回復手段は位相シフト法よりフーリエ変換法が適している。フーリエ変換法は、１枚の２次元干渉パターンから縦方向と横方向の両方のシア波面を算出することができる。従って、大幅に測定時間を短縮することができると共に、原理的に素子の振動の影響を受けない。

算出手段７０は、フーリエ変換法によって位相を回復すると共に、シア波面から積分波面への回復手段も有する。シア波面からの回復方法としては、例えば、回折格子５０の直交する２方向の微分波面を求め、各々の微分波面を上述した２方向に積分した後に、これらを合成する方法がある。また、シア波面からの回復方法としては、例えば、回折格子５０の直交する２方向の微分波面を求め、各々の微分波面を微分関数でフィッティングした後に、かかる微分関数の係数を算出する方法もある。

実施例１は、ＥＵＶ露光装置に用いられる投影光学系を被検光学系の例として説明した。但し、測定装置１は、光源の波長に応じて光学素子を変更すれば、いかなる波長に対しても適用することができ、いかなる結像光学系（被検光学系）の波面収差も測定することができる。

図７は、本発明の別の実施形態の測定装置１Ａの基本的配置を示す概略断面図である。測定装置１Ａは、実施例１の測定装置１と異なり、粗い反射面を有する反射型マスク４０がない。また、測定装置１Ａは、実施例１の測定装置１と比較して、被検光学系である投影光学系ＯＳの物体面ＩＳ及び物体面ＩＳを照明する照明光学系２０Ａの構成が異なり、その他は実施例１の測定装置１と同じ素子やレンズで構成される。

図８は、投影光学系ＯＳの物体面上に配置されるマスク３０Ａの構成を示す概略断面図である。マスク３０Ａは、基盤３４Ａ上に一様なＭｏ／Ｓｉの多層膜３５Ａが形成され、多層膜３５Ａ上に遮光部材３６Ａが形成された構造を有する。遮光部材３６Ａは、複数の窓３２Ａを有し、複数の窓３２Ａの配置は、図２に示す配置と等しい。

図９は、照明光学系２０Ａの構成の一例を示す概略断面図である。照明光学系２０Ａは、ミラーユニット２２Ａと、開口絞り２４Ａと、集光系２６Ａとを有する。露光光源１０からの光を受光するミラーユニット２２Ａを経た光は、開口絞り２４Ａを介して集光系２６Ａで集光され、投影光学系ＯＳの物体面を照明する集光光ＣＬとなる。開口絞り２４Ａは、σ＝１．１まで開口を広げることが可能である。また、ミラーユニット２２Ａ及び集光系２６Ａは、開口絞り２４Ａの開口に応じて照度分布を最適化する機能を有する。照明光学系２０Ａは、露光光源１０と被検光学系である投影光学系ＯＳの瞳とが共役になるように設計されている。なお、σとは、被検光学系の物体側の開口数（ＮＡ_ｏｂ）に対する照明光学系２０Ａの開口数（ＮＡ_ｉｌ）との比率であり、以下の数式６で表される。

このとき、投影光学系ＯＳの物体面上の可干渉距離Ｌは、以下の数式７で表される。

投影光学系ＯＳの物体面に十分小さい光源がある場合、物体面からは理想球面波が発生する。このとき、被検光学系である投影光学系ＯＳに対して十分小さいとみなせる物体面の光源の直径Ｄは、以下の数式８で表される。

従って、Ｌ≦Ｄを満たしている場合には、物体面は微小な光源の集まりであり、且つ、個々の光源には干渉性がないとみなせる。換言すれば、照明光学系２０Ａの収差の影響がない光が、投影光学系ＯＳの物体面上のマスク３０Ａから射出されるとみなせる。

実施例２では、投影光学系ＯＳの波面収差を測定する際に、上述した関係式（Ｌ≦Ｄ）を満たすように、σ＝１．１で投影光学系ＯＳの物体面（マスク３０Ａ）を照明する。なお、１以上のσで投影光学系ＯＳの物体面を照明することができれば、同様の効果を得ることができる。

照明光学系２０Ａがσ＝１．１で照明することができなくても、照明光学系２０Ａの光学素子、例えば、ミラーユニット２２Ａのミラーを振動させることで、投影光学系ＯＳの物体を実質的にσ＝１．１相当で照明することができる。

また、反射型のマスク３０Ａは、図１０に示すように、透過型のマスク３０に置換することもできる。図１０は、透過型のマスク３０を用いた場合の測定装置１Ａの構成を示す概略断面図である。

図１１は、本発明の更に別の実施形態の測定装置１Ｂの基本配置を示す概略断面図である。測定装置１Ｂは、図１０に示す実施例２の測定装置１Ａの構成において、照明光学系２０Ａを照明光学系２０に置換したものである。また、測定装置１Ｂは、被検光学系である投影光学系ＯＳの物体面上の透過型のマスク３０と投影光学系ＯＳとの間に回折格子（第１の回折格子）８０を有する。

測定装置１Ｂは、２回の測定結果から被検光学系である投影光学系ＯＳの収差のみを取り出すことで、投影光学系ＯＳの波面収差を測定する。具体的には、測定装置１Ｂは、第１の測定において、回折格子８０を配置せず、回折格子（第２の回折格子）５０で分割された光を干渉させることにより形成される干渉パターンを検出する。かかる干渉パターンには、被検光学系である投影光学系ＯＳの他に、照明光学系２０の収差が含まれる。次に、測定装置１Ｂは、第２の測定において、回折格子５０を配置せず、回折格子８０で分割された光を干渉させることにより形成される干渉パターンを検出する。かかる干渉パターンには、被検光学系である投影光学系ＯＳの収差の他に、照明光学系２０の収差が、第１の測定時とは異なる割合で含まれる。

ここで、２回の測定から被検光学系である投影光学系ＯＳの収差のみを算出する方法、即ち、算出手段７０が施す処理について説明する。第１の測定において取得した干渉パターンを解析した位相マップＰ１には、被検光学系である投影光学系ＯＳの収差Ｗｐのシア波面と照明光学系２０の収差Ｗｓのシア波面が含まれる。それぞれのシア量をｓ１、ｓ２とすると、第１の測定で得られる位相マップＰ１は、以下の数式９で表される。

同様に、第２の測定で得られる位相マップＰ２は、以下の数式１０で表される。但し、ｓ３は第２の測定時に取得される被検光学系である投影光学系ＯＳのシア波面のシア量であり、ｓ４は第２の測定時に取得される照明光学系２０のシア波面のシア量である。

一般に、シア波面のシア量ｓが小さい場合には、以下の数式１１が成り立つ。

数式１１を用いることで、数式９及び１０は、以下の数式１２で表される。

数式１２に示す連立方程式を解くと、以下の数式１３で示すように、被検光学系である投影光学系ＯＳの微分波面∂Ｗｐ／∂ｘ及び波面Ｗｐが得られる。

このように、測定装置１乃至１Ｂは、露光光源１０の光利用効率を向上させ、干渉を利用しながらも、長時間を要することなく、安価、且つ、高精度に被検光学系の波面を測定することができる。

以下、図１２を参照して、本発明の一側面としての露光装置１００について説明する。図１２は、本発明の露光装置１００の構成を示す概略ブロック図である。露光装置１００は、ＥＵＶ光を露光光として利用する。但し、本発明は、露光光として使用する光をＥＵＶ光に限定するものではない。

露光装置１００は、図１２に示すように、光源部１１０と、照明光学系１２０と、マスク１４０を載置するマスクステージ１４２と、投影光学系１５０と、ウェハ１６０を載置するウェハステージ１６２とを有する。更に、露光装置１００は、図１に示したマスク３０及びマスク４０で構成される物体側ユニット１７０と、図１に示した回折格子５０、検出器６０及び算出手段７０で構成される像側ユニット１８０とを有する。換言すれば、露光装置１００は、物体側ユニット１７０及び像側ユニット１８０で構成される測定装置１を搭載している。なお、露光装置１００は、実施例４では、測定装置１を搭載しているが、測定装置１Ａ又は１Ｂを搭載することも可能である。

露光装置１００は、露光光としてＥＵＶ光（例えば、波長１３．５ｎｍ）を用いて、例えば、ステップ・アンド・スキャン方式でマスク１４０に形成された回路パターンをウェハ１６０に露光する投影露光装置である。なお、ＥＵＶ光は、大気に対する透過率が低いため、照明光学系１２０や投影光学系１５０などは真空容器１０２に収納されている。

光源部１１０は、ＥＵＶ光を発振する光源であり、ＸｅガスやＳｎ蒸気などを放電によりプラズマ化することでＥＵＶ光を発生させる放電励起プラズマ型ＥＵＶ光源を使用する。また、光源部１１０は、ＸｅやＳｎに高出力パルスレーザーを集光照射し、プラズマを発生させるレーザー励起型プラズマＥＵＶ光源を使用してもよい。測定装置１は、露光装置１００の露光光源である光源部１１０を波面測定に使用するために、アンジュレータ光源を使用するよりも装置が小型及び安価になる。

照明光学系１２０は、ＥＵＶ光を伝播してマスク１４０を照明する光学系である。照明光学系１２０は、例えば、集光ミラーやオプティカルインテグレータから構成される。なお、露光装置１００が測定装置１Ａを搭載する場合には、照明光学系１２０は、図９に示したように、ミラーユニット２２Ａ、開口絞り２４Ａ、集光系２６Ａで構成される。

マスク１４０は、反射型マスクで、その上には転写されるべき回路パターン（又は像）が形成され、マスクステージ１４２に支持及び駆動される。マスク１４０から発せられた回折光は、投影光学系１５０で反射され、ウェハ１６０に投影される。マスク１４０とウェハ１６０とは、光学的に共役の関係に配置される。露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置であるため、マスク１４０とウェハ１６０を縮小倍率比の速度比でスキャンすることによりマスク１４０のパターンをウェハ１６０に転写する。

なお、投影光学系１５０の波面測定時には、物体側ユニット１７０（即ち、測定装置１のマスク３０及びマスク４０）がマスク１４０の代わりに配置される。マスク３０とマスク４０とは、上述したように、それぞれ独立して駆動することができるように、波面収差測定用の専用ステージ又はマスクステージ１４２上に配置される。物体側ユニット１７０からの光は、投影光学系１５０を通過し、投影光学系１５０の像面に結像する。

投影光学系１５０は、マスクパターンをウェハ１６０に投影する機能を有し、測定装置１にとっては被検光学系である。投影光学系１５０は、複数の多層膜ミラーで構成される共軸光学系であり、物体側が非テレセン、像側がテレセンになるように設計されている。投影光学系１５０を構成する多層膜ミラーは、少ない方がＥＵＶ光の利用効率を高めることができるが、収差補正が難しくなる。収差補正に必要な多層膜ミラーの数は、４枚乃至６枚程度である。多層膜ミラーの反射面の形状は、凸面又は凹面の球面又は非球面である。それらのＮＡは、０．１乃至０．３程度である。

ＥＵＶ光に適用される投影光学系１５０は、位置精度や熱による変形に極めて敏感であり、露光の合間に波面収差を測定し、かかる測定結果に基づいてミラー位置を調整してフィードバックをかける必要がある。また、投影光学系１５０の多層膜ミラー上に不純物が付着、化学変化を起こすことで、所謂、コンタミによる位相の変化等も発生する。このため、露光装置本体上で露光波長による投影光学系１５０の波面収差を測定する必要があるが、露光装置１００は測定装置１を搭載しており、かかる要求を満足している。

ウェハ１６０は、被処理体であり、液晶基板などを広く含む。ウェハ１６０には、フォトレジストが塗布されている。

ウェハステージ１６２は、ウェハ１６０を支持及び駆動する。ウェハステージ１６０は、当業界で周知のいかなる構造をも適用することができるので、ここでは詳しい構造及び動作の説明は省略する。

投影光学系１５０の像面には、像側ユニット１８０が配置されている。像側ユニット１８０は、本実施形態では、ウェハステージ１６２上に配置され、上述したように、回折格子５０と、検出器６０と、算出手段７０とを有する。
像側ユニット１８０は、ウェハステージ１６２によって、光軸に垂直な方向に移動することが可能である。物体側ユニット１７０のマスク３０及びマスク４０からの光は、投影光学系１５０を介して像側ユニット１８０に入射し、回折格子５０で分割（回折）される。回折格子５０で分割された光は、検出部６０上で干渉パターンを形成する。かかる干渉パターンを、算出手段７０が解析（算出）することで、投影光学系１５０の波面収差を測定することができる。

ここで、露光装置１００における露光方法について説明する。露光装置１００において、投影光学系１５０を構成する図示しない複数の光学素子は、光軸方向及び／又は光軸直交方向へ移動可能になっている。図示しない収差調節用の駆動系は、物体側ユニット１７０及び像側ユニット１８０（測定装置１）により得られる収差情報に基づいて、投影光学系１５０を構成する一又は複数の光学素子を駆動する。これにより、投影光学系１５０は、一又は複数値の収差（特に、ザイデルの５収差）が補正され、最適化される。

露光において、光源部１１０から射出したＥＵＶ光は、照明光学系１２０によりレチクル１４０を均一に照明する。レチクル１４０で反射され、回路パターンを反映するＥＵＶ光は、投影光学系１５０によりウェハ１６０に結像される。露光装置１００が使用する投影光学系１５０は、上述したように波面収差が最適に補正されており、ＥＵＶ光を高い反射率で反射し、優れた結像性能を達成する。従って、露光装置１００は、高いスループットで経済性よく高品位なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。また、投影光学系１５０の波面収差の測定においても、簡易な構成の測定装置１を用いているため、装置の大型化及び高コスト化を防止することができる。

次に、図１３及び図１４を参照して、上述の露光装置１００を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。ここで、図１３は，半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、あるいは液晶パネルやＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ステップ１（回路設計）では、半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ３（ウェハ製造）では、シリコン等の材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は、前工程と呼ばれ、上記用意したマスクとウェハを用いて、リソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり，アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では，ステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ７）される。

図１４は、図１３のステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着等によって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）ではウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）ではウェハに感光材を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置１００によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では，現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では，エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウェハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施形態の製造方法は、高精度に測定した収差に基づいて調整された投影光学系を用いているため、従来は製造が難しかった高精度の半導体デバイスを製造することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本発明は、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置にも適用することができる。

本発明の一側面としての測定装置の基本配置を示す概略断面図である。 図１に示す第１のマスクの詳細な構成を示す平面図である。 図１に示す第２のマスクの断面構造の一例を示す断面図である。 図１に示す回折格子の構成を示す平面図である。 図１に示す被検光学系（投影光学系）の像点と回折格子との関係を示す図である。 図１に示す検出器上の干渉パターンの一例を示す図である。 本発明の一側面としての測定装置の基本配置を示す概略断面図である。 図７に示すマスクの構成を示す概略断面図である。 図７に示す照明光学系の構成の一例を示す概略断面図である。 図７に示す測定装置が透過型のマスクを用いた場合の構成を示す概略断面図である。 本発明の更に別の実施形態の測定装置の基本配置を示す概略断面図である。 本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略ブロック図である。 デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。 図１３に示すステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。

符号の説明

１ 測定装置
１０ 露光光源
２０ 照明光学系
３０ マスク（第１のマスク）
３２ 透過窓
４０ マスク（第２のマスク）
４１ 基盤
４２ 多層膜
４３ 凹凸構造
４６ 基盤
４７ 多層膜
５０ 回折格子
５２ ２次元回折格子
６０ 検出器
７０ 算出手段
１Ａ 測定装置
３０Ａ マスク
３２Ａ 窓
３４Ａ 基盤
３５Ａ 多層膜
３６Ａ 遮光部材
２０Ａ 照明光学系
２２Ａ ミラーユニット
２４Ａ 開口絞り
２６Ａ 集光系
１Ｂ 測定装置
８０ 回折格子
ＯＳ 投影光学系（被検光学系）
１００ 露光装置
１１０ 光源部
１２０ 照明光学系
１４２ マスクステージ
１５０ 投影光学系（被検光学系）
１６２ ウェハステージ
１７０ 物体側ユニット
１８０ 像側ユニット

Claims (10)

1. 被検光学系の物体面に配置され、測定光を透過させる窓を有する第１のマスクと、
   前記測定光の干渉性を低減するための反射面を有する第２のマスクと、
   前記第２のマスクで反射され、且つ、前記第１のマスク及び前記被検光学系を経た前記測定光を分割する回折格子とを有し、
   前記回折格子の格子ピッチをＰｇ、前記測定光の波長をλ、０を除く整数をｍとすると、前記回折格子と前記被検光学系の像面との距離Ｌｇは、Ｌｇ＝ｍ・Ｐｇ^２／λを満足し、
   前記回折格子が分割した前記測定光を干渉させることにより形成される干渉パターンから前記被検光学系の波面収差を算出することを特徴とする測定装置。
2. 前記第２のマスクは、前記測定光の波長と同じ又は前記測定光の波長以上の高さの凹凸構造を有し、
   前記凹凸構造は、１００ｎｍの周期で形成されていることを特徴とする請求項１記載の測定装置。
3. 前記第２のマスクは、前記第１のマスクと独立して駆動するステージに配置されることを特徴とする請求項１記載の測定装置。
4. 前記窓は、前記第１のマスクに２次元的に配置され、
   前記回折格子は、２次元格子であることを特徴とする請求項１記載の測定装置。
5. 被検光学系の物体面を照明する照明光学系と、
   前記被検光学系の物体面に配置され、窓を有するマスクと、
   前記マスク及び前記被検光学系を経た測定光を分割する回折格子とを有し、
   前記被検光学系の物体側の開口数に対する前記照明光学系の開口数の比率をσとすると、前記照明光学系は、１以上のσで前記被検光学系の物体面を照明し、
   前記回折格子の格子ピッチをＰｇ、前記測定光の波長をλ、０を除く整数をｍとすると、前記回折格子と前記被検光学系の像面との距離Ｌｇは、Ｌｇ＝ｍ・Ｐｇ^２／λを満足し、
   前記回折格子が分割した前記測定光を干渉させることにより形成される干渉パターンから前記被検光学系の波面収差を算出することを特徴とする測定装置。
6. 前記照明光学系は、複数の光学素子を有し、
   前記複数の光学素子のうち、前記光源から前記被検光学系の物体面までに配置された少なくとも１つの光学素子は振動可能であることを特徴とする請求項５記載の測定装置。
7. 被検光学系の物体面に配置され、窓を有するマスクと、
   前記マスクを経た測定光を分割する第１の回折格子と、
   前記マスク及び前記被検光学系を経た測定光を分割する第２の回折格子と、
   前記第１の回折格子又は前記第２の回折格子が分割した前記測定光を干渉させることにより形成される干渉パターンから前記被検光学系の波面収差を算出する算出手段とを有し、
   前記算出手段は、前記第１の回折格子による測定結果と前記第２の回折格子による測定結果とのシア比の違いに基づいて、前記被検光学系の波面収差のみを算出することを特徴とする測定装置。
8. 前記第１の回折格子の格子ピッチをＰｇ_１、前記測定光の波長をλ、０を除く整数をｍとすると、前記第１の回折格子と前記被検光学系の像面との距離Ｌｇ_１は、Ｌｇ_１＝ｍ・Ｐｇ_１ ^２／λを満足すること特徴とする請求項７記載の測定装置。
9. 光源からの光を用いてレチクルのパターンを被処理体に露光する露光装置であって、
   前記パターンを前記被処理体に投影する投影光学系と、
   前記光源からの光を用いて前記投影光学系の波面収差を干渉パターンとして検出する請求項１乃至８のうちいずれか一項記載の測定装置とを有することを特徴とする露光装置。
10. 請求項９記載の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、
    露光された前記被処理体を現像するステップとを有することを特徴とするデバイス製造方法。