JP2007250723A - 結像光学系の評価方法および調整方法、露光装置、および露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 口径食の影響により最大像高の設定に応じて２つの異なる最大開口数を使い分ける結像光学系について、収差の計測および収差補正の最適化を迅速に且つ確実に行う。
【解決手段】 最大像高の設定に応じて第１の開口数または第２の開口数で使用される結像光学系の収差を評価する方法。２つの開口数のうち大きな方の第１の開口数に設定した状態で、複数の像点について結像光学系の波面収差を計測する計測工程（Ｓ２１）と、複数の像点について、第１の円形瞳領域における波面収差量の分布を関数により表示する第１関数表示工程（Ｓ２２，Ｓ２４）と、複数の像点について、第２の円形瞳領域における波面収差量の分布を関数により表示する第２関数表示工程（Ｓ２３，Ｓ２５）とを含む。
【選択図】 図６

Description

本発明は、結像光学系の評価方法および調整方法、露光装置、および露光方法に関し、特に露光装置に搭載される投影光学系の収差評価に関するものである。

半導体素子等を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、マスク（またはレチクル）のパターン像を、投影光学系を介して、感光性基板（フォトレジストが塗布されたウェハ、ガラスプレート等）上に投影露光する露光装置が使用されている。露光装置では、半導体素子等の集積度が向上するにつれて、投影光学系に要求される解像力（解像度）が益々高まっている。投影光学系の解像力に対する要求を満足するには、照明光（露光光）の波長λを短くするとともに、投影光学系の像側開口数ＮＡを大きくする必要がある。具体的には、投影光学系の解像度は、ｋ・λ／ＮＡ（ｋはプロセス係数）で表される。また、像側開口数ＮＡは、投影光学系と感光性基板との間の媒質（通常は空気などの気体）の屈折率をｎとし、感光性基板への最大入射角をθとすると、ｎ・sinθで表される。

この場合、最大入射角θを大きくすることにより像側開口数の増大を図ろうとすると、感光性基板への入射角および投影光学系からの射出角が大きくなり、収差補正が困難になるため、レンズ径の大型化を図らずに大きな実効的な像側開口数を確保することはできない。さらに、気体の屈折率は１程度であるため、像側開口数ＮＡを１以上にすることができない。そこで、投影光学系と感光性基板との間の光路中に屈折率の高い液体のような媒質を満たすことにより像側開口数の増大を図る液浸技術が知られている（たとえば特許文献１を参照）。

国際公開第ＷＯ２００４／０１９１２８号パンフレット

従来の露光装置に搭載される通常の投影光学系では、使用される有効結像領域および設定可能な最大開口数は一定に設計され、像高により２つの異なる最大開口数を使い分けることはない。しかしながら、たとえば比較的大きな像側開口数を有する液浸型の投影光学系では、口径食（ヴィネッティング）の影響を回避しつつ、使用される有効結像領域の大きさに応じて、すなわち最大像高の設定に応じて、２つの異なる最大開口数を使い分けることが考えられる。

このように口径食の影響により最大像高の設定に応じて２つの異なる最大開口数を使い分ける投影光学系（一般には結像光学系）の場合、２つの最大開口数について波面収差の計測および収差補正の最適化をそれぞれ行った後に、収差補正の最適化情報に基づいて光学調整を行う必要があり、多くの時間と手間が掛かることが予想される。また、２つの最大開口数に対して互いに大きく異なる最適解が得られることも予想され、その場合には投影光学系の光学調整を行うことが困難になる。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、たとえば口径食の影響により最大像高の設定に応じて２つの異なる最大開口数を使い分ける結像光学系について、収差の計測および収差補正の最適化を迅速に且つ確実に行うことのできる評価方法を提供することを目的とする。また、本発明の評価方法により得られた収差の評価に基づいて、結像光学系を良好に光学調整することのできる調整方法を提供することを目的とする。さらに、本発明の調整方法により良好に光学調整された結像光学系を用いて良好な投影露光を行うことのできる露光装置および露光方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、最大像高の設定に応じて第１の開口数または第２の開口数で使用される結像光学系の収差を評価する方法において、
前記２つの開口数のうち大きな方の前記第１の開口数に設定した状態で、複数の像点について前記結像光学系の波面収差を計測する計測工程と、前記複数の像点について、所定の円形瞳領域における波面収差量の分布を関数により表示する関数表示工程とを含むことを特徴とする評価方法を提供する。

本発明の第２形態では、最大像高の設定に応じて第１の開口数または第２の開口数で使用される結像光学系の収差を評価する方法において、
前記２つの開口数のうち大きな方の前記第１の開口数に設定した状態で、複数の像点について前記結像光学系の波面収差を計測する計測工程と、前記複数の像点について、第１の円形瞳領域における波面収差量の分布を関数により表示する第１関数表示工程と、前記複数の像点について、第２の円形瞳領域における波面収差量の分布を関数により表示する第２関数表示工程とを含むことを特徴とする評価方法を提供する。

本発明の第３形態では、第１形態または第２形態の評価方法により得られる評価結果に基づいて前記結像光学系を光学調整することを特徴とする調整方法を提供する。本発明の第４形態では、所定のパターンを感光性基板に投影露光するための投影光学系として、第３形態の調整方法により光学調整された結像光学系を備えていることを特徴とする露光装置を提供する。本発明の第５形態では、第３形態の調整方法により光学調整された結像光学系を用いて、所定のパターンの像を感光性基板上に投影露光することを特徴とする露光方法を提供する。本発明の第６形態では、第４形態の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、前記露光工程を経た前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。

本発明にかかる結像光学系の評価方法では、たとえば口径食の影響により最大像高の設定に応じて２つの異なる最大開口数を使い分ける結像光学系について、収差の計測および収差補正の最適化を迅速に且つ確実に行うことができる。したがって、本発明の評価方法により得られた収差の評価に基づいて、結像光学系を良好に光学調整することができる。また、本発明の調整方法により良好に光学調整された結像光学系を用いて、良好な投影露光を行うことができ、ひいては良好なデバイスを製造することができる。

本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。なお、図１において、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を、光軸ＡＸに垂直な面内において図１の紙面に平行にＹ軸を、図１の紙面に垂直にＸ軸をそれぞれ設定している。図示の露光装置は、紫外領域の照明光を供給するための光源１００として、たとえばＡｒＦエキシマレーザ光源を備えている。

光源１００から射出された光は、照明光学系ＩＬを介して、所定のパターンが形成されたレチクル（マスク）Ｒを重畳的に照明する。なお、光源１００と照明光学系ＩＬとの間の光路はケーシング（不図示）で密封されており、光源１００から照明光学系ＩＬ中の最もレチクル側の光学部材までの空間は、露光光の吸収率が低い気体であるヘリウムガスや窒素などの不活性ガスで置換されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。

レチクルＲは、レチクルホルダ（不図示）を介して、レチクルステージＲＳ上においてＸＹ平面に平行に保持されている。レチクルＲには転写すべきパターンが形成されており、矩形状のパターン領域が照明される。レチクルステージＲＳは、図示を省略した駆動系の作用により、レチクル面（すなわちＸＹ平面）に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はレチクル移動鏡ＲＭを用いたレチクル干渉計ＲＩＦによって計測され且つ位置制御されるように構成されている。

レチクルＲに形成されたパターンからの光は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウェハＷ上にレチクルパターン像を形成する。ウェハＷは、ウェハホルダテーブル（不図示）を介して、ウェハステージＷＳ上においてＸＹ平面に平行に保持されている。そして、レチクルＲ上での矩形状の照明領域に光学的に対応するように、ウェハＷ上では矩形状の静止露光領域にパターン像が形成される。ウェハステージＷＳは、図示を省略した駆動系の作用によりウェハ面（すなわちＸＹ平面）に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はウェハ移動鏡ＷＭを用いたウェハ干渉計ＷＩＦによって計測され且つ位置制御されるように構成されている。

また、本実施形態の露光装置では、投影光学系ＰＬを構成する光学部材のうち最もレチクル側に配置された光学部材（平行平面板Ｐ１）と最もウェハ側に配置された境界レンズＬｂとの間で投影光学系ＰＬの内部が気密状態を保つように構成され、投影光学系ＰＬの内部の気体はヘリウムガスや窒素などの不活性ガスで置換されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。さらに、照明光学系ＩＬと投影光学系ＰＬとの間の狭い光路には、レチクルＲおよびレチクルステージＲＳなどが配置されているが、レチクルＲおよびレチクルステージＲＳなどを密封包囲するケーシング（不図示）の内部に窒素やヘリウムガスなどの不活性ガスが充填されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。

上述のように、光源１００からウェハＷまでの光路の全体に亘って、露光光がほとんど吸収されることのない雰囲気が形成されている。こうして、本実施形態では、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面（ＸＹ平面）内においてレチクルＲおよびウェハＷを投影光学系ＰＬに対して相対移動させながら、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式にしたがって、ウェハＷの各露光領域にレチクルパターンをスキャン露光する。

図２は、本実施形態にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。図２を参照すると、本実施形態の投影光学系ＰＬは、レチクル側から順に、平行平面板Ｐ１と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ１と、レチクル側に凹面を向けた負メニスカスレンズＬ２と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ３と、レチクル側に凹面を向けた正メニスカスレンズＬ４と、両凸レンズＬ５と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ６と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ７と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ８と、両凹レンズＬ９と、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１０と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた両凹レンズＬ１１と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた平凹レンズＬ１２と、レチクル側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１３と、両凸レンズＬ１４と、両凸レンズＬ１５と、レチクル側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ１６と、両凸レンズＬ１７と、両凸レンズＬ１８と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ１９と、ウェハ側に非球面形状の凹面を向けた正メニスカスレンズＬ２０と、レチクル側に凸面を向けた正メニスカスレンズＬ２１と、ウェハ側に平面を向けた平凸レンズＬ２２（境界レンズＬｂ）とにより構成されている。

投影光学系ＰＬの最もウェハ側に配置された境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路は、たとえば純水のような媒質Ｌｍで満たされている。なお、投影光学系ＰＬの境界レンズＬｂとウェハＷとの間の光路中に液体媒質Ｌｍを満たし続けるには、たとえば国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号公報に開示された技術や、特開平１０−３０３１１４号公報に開示された技術などを用いることができる。

次の表（１）に、本実施形態にかかる投影光学系ＰＬの主要諸元の値を掲げる。表（１）において、λは露光光であるＡｒＦエキシマレーザ光の中心波長を、βは投影倍率（結像倍率）の大きさを、ＮＡ１は設定可能な２つの最大像側開口数のうち大きな方の最大開口数を、Ｙ１は像側の開口数がＮＡ１のときの最大像高を、ＮＡ２は設定可能な２つの最大像側開口数のうち小さな方の最大開口数を、Ｙ２は像側の開口数がＮＡ２のときの最大像高をそれぞれ表している。

表（１）
λ＝１９３．３０６ｎｍ， β＝１／４， ＮＡ１＝１．０７
Ｙ１＝１１．５ｍｍ， ＮＡ２＝１．００， Ｙ２＝１３．４ｍｍ

本実施形態の投影光学系ＰＬでは、口径食（ヴィネッティング）の影響により、２種類の矩形状の有効結像領域の大きさに応じて、すなわち最大像高の設定に応じて、２つの異なる最大開口数ＮＡ１とＮＡ２とを使い分けている。つまり、本実施形態の投影光学系ＰＬは、２種類の矩形状の有効結像領域の大きさに応じて、すなわち最大像高の設定に応じて、第１の最大開口数ＮＡ１または第２の最大開口数ＮＡ２で使用される。以下、最大像側開口数を、単に「開口数」という。

具体的に、光軸を中心として半径（最大像高）がＹ１＝１１．５ｍｍのイメージサークル内において例えば２２．０ｍｍ×５．０ｍｍの矩形状の有効結像領域（静止露光領域）を確保し、例えば２２ｍｍ×２６ｍｍ（または２２ｍｍ×３３ｍｍ）の矩形状の露光領域内に、第１の開口数ＮＡ１＝１．０７に対応する解像度でレチクルパターンを走査露光する。また、光軸を中心として半径（最大像高）がＹ２＝１３．４ｍｍのイメージサークル内において例えば２６．０ｍｍ×５．０ｍｍの矩形状の有効結像領域（静止露光領域）を確保し、例えば２６ｍｍ×３３ｍｍの矩形状の露光領域内に、第２の開口数ＮＡ２＝１．００に対応する解像度でレチクルパターンを走査露光する。

図３は、本実施形態の第１実施例にかかる投影光学系の評価方法および調整方法の工程を示すフローチャートである。図３を参照すると、第１実施例の調整方法では、２つの異なる開口数のうち大きな方の第１の開口数ＮＡ１＝１．０７に設定した状態で、複数の像点について投影光学系ＰＬの瞳形状および波面収差を計測する（Ｓ１１）。以下、説明を簡単にするために、複数の計測像点のうち、図４に示す３つの代表的な像点Ｉ１、Ｉ２およびＩ３に着目する。

ここで、第１の像点Ｉ１は２つの有効結像領域ＥＲ１，ＥＲ２の中心に位置し、第２の像点Ｉ２は２２．０ｍｍ×５．０ｍｍの第１有効結像領域ＥＲ１の隅角部に位置し、第３の像点Ｉ３は２６．０ｍｍ×５．０ｍｍの第２有効結像領域ＥＲ２の隅角部に位置している。換言すれば、第１の像点Ｉ１の像高は０ｍｍであり、第２の像点Ｉ２の像高は約１１．３ｍｍであり、第３の像点Ｉ３の像高は約１３．３ｍｍである。

ＡｒＦエキシマレーザ光源を使用する投影光学系ＰＬの瞳形状および波面収差を計測するには、たとえば特開２００４−２５８１７９号公報に開示された波面収差計測装置、すなわちＰＤＩ（Phase Diffraction Interferometer：位相回折干渉計）方式の波面収差計測装置を用いることができる。ちなみに、ＫｒＦエキシマレーザ光源を使用する投影光学系の波面収差を計測するには、たとえば特開平１０−３８７５７号公報に開示されたフィゾー干渉計方式の波面収差計測装置を用いることができる。

計測工程Ｓ１１では、たとえば特開２００４−２５８１７９号公報に開示された波面収差計測装置を用いて、投影光学系ＰＬの波面収差の計測に先立って、３つの代表的な像点Ｉ１〜Ｉ３を含む複数の像点について投影光学系ＰＬの瞳形状を計測する（Ｓ１１ａ）。図５（ａ）〜（ｃ）は、第１像点Ｉ１、第２像点Ｉ２および第３像点Ｉ３についてそれぞれ計測された瞳形状を模式的に示す図である。

第１像点Ｉ１および第２像点Ｉ２は、第１の開口数ＮＡ１＝１．０７に設定可能な第１有効結像領域ＥＲ１の内側にある。したがって、第１像点Ｉ１および第２像点Ｉ２について計測工程Ｓ１１ａで計測される瞳形状６１および６２は、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、口径食の影響を受けることなくほぼ円形状である。ここで、ほぼ円形状の瞳形状６１および６２の大きさは、第１の開口数ＮＡ１＝１．０７に対応する大きさである。

一方、第３像点Ｉ３は、第２の開口数ＮＡ２＝１．００に設定可能な第２有効結像領域ＥＲ２の内側にあるが、第１の開口数ＮＡ１＝１．０７に設定可能な第１有効結像領域ＥＲ１の外側にある。したがって、第３像点Ｉ３について計測工程Ｓ１１ａで計測される瞳形状６３は、図５（ｃ）に示すように、図中横方向（図４の各有効結像領域ＥＲ１，ＥＲ２の長手方向に対応）に対して僅かに傾斜する方向に口径食の影響を受けてほぼ楕円形状になる。

ここで、ほぼ楕円形状の瞳形状６３の短径方向は、図４において第３像点Ｉ３と第１像点Ｉ１とを結ぶ方向に対応している。そして、ほぼ楕円形状の瞳形状６３の長径方向の大きさは第１の開口数ＮＡ１＝１．０７に対応する大きさであり、ほぼ楕円形状の瞳形状６３の短径方向の大きさは第２の開口数ＮＡ２＝１．００に対応する大きさである。計測工程Ｓ１１では、瞳形状の計測工程Ｓ１１ａの後に、たとえば特開２００４−２５８１７９号公報に開示された波面収差計測装置を用いて、３つの代表的な像点Ｉ１〜Ｉ３を含む複数の像点について投影光学系ＰＬの波面収差を計測する（Ｓ１１ｂ）。

次いで、第１実施例の調整方法では、３つの代表的な像点Ｉ１〜Ｉ３を含む複数の像点について、計測工程Ｓ１１ａで計測された瞳形状に対応する領域に内接する円形状の領域を円形瞳領域と設定する（Ｓ１２）。設定工程Ｓ１２では、第１像点Ｉ１および第２像点Ｉ２に対応して、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、ほぼ円形状の瞳形状６１および６２に内接する円形瞳領域６１ａおよび６２ａがそれぞれ得られる。また、第３像点Ｉ３に対応して、図５（ｃ）に示すように、ほぼ楕円形状の瞳形状６３に内接する円形瞳領域６３ａが得られる。

次いで、第１実施例の調整方法では、複数の像点について計測工程Ｓ１１で計測された波面収差の情報（波面収差計測装置におけるＣＣＤの各ピクセルでの位相データの分布情報）と、複数の像点について設定工程Ｓ１２で設定された円形瞳領域の情報とに基づいて、３つの代表的な像点Ｉ１〜Ｉ３を含む複数の像点について円形瞳領域における波面収差量の分布をツェルニケ関数により近似する（Ｓ１３）。関数近似工程Ｓ１３では、第１像点Ｉ１、第２像点Ｉ２および第３像点Ｉ３について、円形瞳領域６１ａ，６２ａおよび６３ａにおける波面収差量の分布をツェルニケ関数によりそれぞれ近似する。

以下、円形瞳領域における波面収差量の分布をツェルニケ関数により近似する手法について、すなわち波面収差の円形瞳内の分布を表すツェルニケ多項式について基本的な事項を説明する。ツェルニケ多項式の表現では、座標系として瞳極座標（ρ，θ）を用い、直交関数系としてツェルニケの円筒関数を用いる。すなわち、波面収差Ｗ（ρ，θ）は、ツェルニケの円筒関数Ｚｉ（ρ，θ）を用いて、次の式（ａ）に示すように展開される。
Ｗ（ρ，θ）＝C1・Z1（ρ，θ）＋C2・Z2（ρ，θ）・・＋Cn・Zn（ρ，θ） (a)

ここで、Ｃｉは、ツェルニケ多項式の各項の係数である。本実施形態では、ツェルニケ多項式の各項の関数系Ｚｉ（ρ，θ）のうち、たとえば第１項〜第８１項にかかる関数Ｚ１〜Ｚ８１を用いることが好ましい。参考のために、第１項〜第１０項にかかる関数Ｚ１〜Ｚ１０だけを、次の表（２）に示す。

表（２）
Ｚ１：１ Ｚ２：ρcosθ Ｚ３：ρsinθ Ｚ４：２ρ²−１
Ｚ５：ρ²cos２θ Ｚ６：ρ²sin２θ Ｚ７：（３ρ²−２）ρcosθ
Ｚ８：（３ρ²−２）ρsinθ Ｚ９：６ρ⁴−６ρ²＋１ Ｚ１０：ρ³cos３θ

こうして、関数近似工程Ｓ１３では、第１の開口数ＮＡ１＝１．０７に設定可能な第１有効結像領域ＥＲ１の内側にある複数の像点、すなわち第１有効結像領域ＥＲ１に対応して設定された最大像高の範囲内の複数の像点（第１像点Ｉ１および第２像点Ｉ２を含む）について、円形瞳領域（６１ａ，６２ａなど）における波面収差量の分布をツェルニケ関数によりそれぞれ近似する。また、第２の開口数ＮＡ２＝１．００に設定可能な第２有効結像領域ＥＲ２の内側で且つ第１有効結像領域ＥＲ１の外側にある複数の像点、すなわち第２有効結像領域ＥＲ２に対応して設定された最大像高の範囲内の複数の像点（第３像点Ｉ３を含む）について、円形瞳領域（６３ａなど）における波面収差量の分布をツェルニケ関数によりそれぞれ近似する。

最後に、第１実施例の調整方法では、上述の評価方法（Ｓ１１〜Ｓ１３）により得られた評価結果（すなわち複数の像点について得られた投影光学系ＰＬの波面収差量の分布情報）に基づいて、投影光学系ＰＬを光学調整する（Ｓ１４）。光学調整工程Ｓ１４は、関数表示工程Ｓ１３において複数の像点について得られた波面収差量の分布情報に基づいて、投影光学系ＰＬの波面収差の補正を最適化する工程Ｓ１４ａを含む。最適化工程Ｓ１４ａでは、たとえば波面収差量のＲＭＳ（Root Mean Squire：自乗平均平方根あるいは平方自乗平均）値を指標として、投影光学系ＰＬの波面収差の補正を最適化する。

こうして、光学調整工程Ｓ１４では、最適化工程Ｓ１４ａで得られた最適解にしたがって、たとえば投影光学系ＰＬ中のレンズを光軸方向に移動させたり、レンズを光軸と直交する方向に移動（シフト）させたり、レンズを光軸に対して傾斜（チルト）させたりするレンズ調整（レンズコントロール）により、複数の像点に関するＲＭＳ値の平均値ができるだけ小さくなるように、投影光学系ＰＬの収差を補正する。

図６は、本実施形態の第２実施例にかかる投影光学系の評価方法および調整方法の工程を示すフローチャートである。図６を参照すると、第２実施例の調整方法では、２つの異なる開口数のうち大きな方の第１の開口数ＮＡ１＝１．０７に設定した状態で、複数の像点について投影光学系ＰＬの波面収差を計測する（Ｓ２１）。すなわち、第２実施例では第１実施例とは異なり、投影光学系ＰＬの瞳形状を計測することなく、投影光学系ＰＬの波面収差だけを計測する。

また、第２実施例の調整方法では、複数の像点について、各像点に対応する投影光学系ＰＬの設計上の瞳中心と各像点に対応する最大開口数とにより規定される円形状の領域を第１の円形瞳領域と設定する（Ｓ２２）。ここで、各像点に対応する投影光学系ＰＬの設計上の瞳中心は、当該像点に達する光線群の中心光線が通過する瞳上の位置として定義される。また、第１の開口数ＮＡ１＝１．０７に設定可能な第１有効結像領域ＥＲ１の内側にある各像点（第１像点Ｉ１および第２像点Ｉ２を含む）に対応する最大開口数は、第１の開口数ＮＡ１＝１．０７である。

一方、第２の開口数ＮＡ２＝１．００に設定可能な第２有効結像領域ＥＲ２の内側で且つ第１有効結像領域ＥＲ１の外側にある各像点（第３像点Ｉ３を含む）に対応する最大開口数は、第２の開口数ＮＡ２＝１．００である。したがって、第１像点Ｉ１および第２像点Ｉ２について設定される第１の円形瞳領域７１ａおよび７２ａは、図７（ａ）および（ｂ）に示すように、第１の開口数ＮＡ１＝１．０７に対応する大きさを有する。これに対して、第３像点Ｉ３について設定される第１の円形瞳領域７３ａは、図７（ｃ）に示すように、第２の開口数ＮＡ２＝１．００に対応する大きさを有する。

同様に、第２実施例の調整方法では、複数の像点について、各像点に対応する投影光学系ＰＬの設計上の瞳中心と第２の開口数ＮＡ２＝１．００とにより規定される円形状の領域を第２の円形瞳領域と設定する（Ｓ２３）。したがって、第１像点Ｉ１、第２像点Ｉ２および第３像点Ｉ３についてそれぞれ設定される第２の円形瞳領域７１ｂ，７２ｂおよび７３ｂは、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、ともに第２の開口数ＮＡ２＝１．００に対応する大きさを有する。

こうして、第２実施例の調整方法では、複数の像点について計測工程Ｓ２１で計測された波面収差の情報（波面収差計測装置におけるＣＣＤの各ピクセルでの位相データの分布情報）と、複数の像点について第１設定工程Ｓ２２で設定された第１の円形瞳領域の情報とに基づいて、３つの代表的な像点Ｉ１〜Ｉ３を含む複数の像点について、第１の円形瞳領域における波面収差量の分布をツェルニケ関数により近似する（Ｓ２４）。すなわち、第１関数近似工程Ｓ２４では、たとえば第１像点Ｉ１、第２像点Ｉ２および第３像点Ｉ３について、第１設定工程Ｓ２２で得られた第１の円形瞳領域７１ａ，７２ａおよび７３ａにおける波面収差量の分布をツェルニケ関数によりそれぞれ近似する。

同様に、第２実施例の調整方法では、複数の像点について計測工程Ｓ２１で計測された波面収差の情報（波面収差計測装置におけるＣＣＤの各ピクセルでの位相データの分布情報）と、複数の像点について第２設定工程Ｓ２３で設定された第２の円形瞳領域の情報とに基づいて、３つの代表的な像点Ｉ１〜Ｉ３を含む複数の像点について、第２の円形瞳領域における波面収差量の分布をツェルニケ関数により近似する（Ｓ２５）。すなわち、第２関数近似工程Ｓ２５では、たとえば第１像点Ｉ１、第２像点Ｉ２および第３像点Ｉ３について、第２設定工程Ｓ２３で得られた第２の円形瞳領域７１ｂ，７２ｂおよび７３ｂにおける波面収差量の分布をツェルニケ関数によりそれぞれ近似する。

最後に、第２実施例の調整方法では、上述の評価方法（Ｓ２１〜Ｓ２５）により得られた評価結果（すなわち複数の像点について得られた投影光学系ＰＬの波面収差量の分布情報）に基づいて、投影光学系ＰＬを光学調整する（Ｓ２６）。光学調整工程Ｓ２６は、第１関数近似工程Ｓ２４において複数の像点について得られた波面収差量の分布情報と、第２関数近似工程Ｓ２５において複数の像点について得られた波面収差量の分布情報とに基づいて、投影光学系ＰＬの波面収差の補正を最適化する工程Ｓ２６ａを含む。

こうして、光学調整工程Ｓ２６では、最適化工程Ｓ２６ａで得られた最適解にしたがって、たとえば投影光学系ＰＬ中のレンズを光軸方向に移動させたり、レンズを光軸と直交する方向に移動（シフト）させたり、レンズを光軸に対して傾斜（チルト）させたりするレンズ調整（レンズコントロール）により、複数の像点に関するＲＭＳ値の平均値ができるだけ小さくなるように、投影光学系ＰＬの収差を補正する。

最大像高の設定に応じて第１の開口数ＮＡ１または第２の開口数ＮＡ２で使用される本実施形態の投影光学系ＰＬの場合、像側開口数をＮＡ１に設定した状態で波面収差の計測および収差補正の最適化を行い、次に像側開口数をＮＡ２に変更した状態で波面収差の計測および収差補正の最適化を行い、さらに２つの開口数ＮＡ１およびＮＡ２についての収差補正の最適化情報に基づいて光学調整を行うと、多くの時間と手間が掛かることが予想される。

特に、波面収差測定装置から投影光学系ＰＬを取り外す工程や、投影光学系ＰＬの像側開口数をＮＡ１からＮＡ２へ変更する工程や、投影光学系ＰＬを波面収差測定装置へ再設置する工程などに、多くの時間と手間が掛かることが予想される。また、第１の開口数ＮＡ１に対して得られる最適解と第２の開口数ＮＡ１に対して得られる最適解とが大きく異なることも予想され、その場合には投影光学系の光学調整を行うことが困難になる。

これに対し、本実施形態の各実施例の調整方法では、２つの異なる最大像側開口数のうち大きな方の第１の開口数ＮＡ１に設定した状態で投影光学系ＰＬの波面収差の計測を行っているので、波面収差測定装置から取り外す工程や像側開口数を変更する工程や波面収差測定装置へ再設置する工程などに掛かる多くの時間と手間を省略することができる。また、各実施例の調整方法では、１つの像側開口数ＮＡ１に設定された投影光学系ＰＬから計測された波面収差情報に基づいて波面収差の補正の最適化を行っているので、１つの像側開口数ＮＡ１に対して得られる最適解にしたがって、投影光学系ＰＬの光学調整を確実に行うことができる。

以上のように、本実施形態の調整方法では、たとえば口径食の影響により最大像高の設定に応じて２つの異なる最大開口数ＮＡ１とＮＡ２とを使い分ける投影光学系ＰＬについて、収差の計測および収差補正の最適化を迅速に且つ確実に行うことができ、ひいては投影光学系ＰＬを良好に光学調整することができる。また、本実施形態の露光装置では、良好に光学調整された投影光学系ＰＬを用いて、良好な投影露光を行うことができる。

なお、上述の第２実施例では、複数の像点について第２の円形瞳領域における波面収差量の分布をツェルニケ関数により近似している。しかしながら、これに限定されることなく、複数の像点について、第１の円形瞳領域における波面収差量の分布を近似したツェルニケ関数の係数を解析的に変換して、第２の円形瞳領域における波面収差量の分布をツェルニケ関数により表示することもできる。

また、上述の第２実施例では、第１関数近似工程Ｓ２４において複数の像点について得られた波面収差量の分布情報と、第２関数近似工程Ｓ２５において複数の像点について得られた波面収差量の分布情報とに基づいて、投影光学系ＰＬの波面収差の補正を最適化している。しかしながら、これに限定されることなく、第１関数近似工程Ｓ２４において複数の像点について得られた波面収差量の分布情報のみに基づいて、投影光学系ＰＬの波面収差の補正を最適化することもできる。この場合、第２の円形瞳領域を設定する必要はなく、第２設定工程Ｓ２３を省略することができる。

上述の実施形態の露光装置では、照明装置によってレチクル（マスク）を照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、本実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき図８のフローチャートを参照して説明する。

先ず、図８のステップ３０１において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、その１ロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、本実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ３０４において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。

その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。なお、ステップ３０１〜ステップ３０５では、ウェハ上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチングの各工程を行っているが、これらの工程に先立って、ウェハ上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない。同様に、本実施形態の露光装置では、図９のフローチャートにしたがって、プレート（ガラス基板）上に所定のパターンを形成することにより、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。

なお、上述の実施形態では、露光装置に搭載された投影光学系に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、最大像高の設定に応じて第１の開口数または第２の開口数で使用される一般的な結像光学系に対して本発明を適用することもできる。また、上述の実施形態では、いわゆるスキャン露光型の露光装置に搭載された投影光学系に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、一括露光型の露光装置に搭載された投影光学系に対して本発明を適用することもできる。

本発明の実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。 本実施形態にかかる投影光学系のレンズ構成を示す図である。 第１実施例にかかる投影光学系の調整方法のフローチャートである。 ２つの矩形状の有効結像領域および代表的な像点を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、第１像点Ｉ１、第２像点Ｉ２および第３像点Ｉ３について計測された瞳形状および設定される円形瞳領域を模式的に示す図である。 第２実施例にかかる投影光学系の調整方法のフローチャートである。 （ａ）〜（ｃ）は、第１像点Ｉ１、第２像点Ｉ２および第３像点Ｉ３について設定される円形瞳領域を模式的に示す図である。 半導体デバイスを得る際の手法のフローチャートである。 液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。

符号の説明

Ｒ レチクル
ＰＬ 投影光学系
Ｗ ウェハ

Claims (15)

1. 最大像高の設定に応じて第１の開口数または第２の開口数で使用される結像光学系の収差を評価する方法において、
   前記２つの開口数のうち大きな方の前記第１の開口数に設定した状態で、複数の像点について前記結像光学系の波面収差を計測する計測工程と、
   前記複数の像点について、所定の円形瞳領域における波面収差量の分布を関数により表示する関数表示工程とを含むことを特徴とする評価方法。
2. 前記計測工程では、前記複数の像点について前記結像光学系の瞳形状を計測し、
   前記関数表示工程では、前記複数の像点について、前記計測工程で計測された瞳形状に対応する領域に内接する円形状の領域を前記所定の円形瞳領域と設定することを特徴とする請求項１に記載の評価方法。
3. 前記関数表示工程では、前記複数の像点について、前記所定の円形瞳領域における波面収差量の分布をツェルニケ関数により近似することを特徴とする請求項１または２に記載の評価方法。
4. 最大像高の設定に応じて第１の開口数または第２の開口数で使用される結像光学系の収差を評価する方法において、
   前記２つの開口数のうち大きな方の前記第１の開口数に設定した状態で、複数の像点について前記結像光学系の波面収差を計測する計測工程と、
   前記複数の像点について、第１の円形瞳領域における波面収差量の分布を関数により表示する第１関数表示工程と、
   前記複数の像点について、第２の円形瞳領域における波面収差量の分布を関数により表示する第２関数表示工程とを含むことを特徴とする評価方法。
5. 前記第１関数表示工程では、前記複数の像点について、各像点に対応する前記結像光学系の設計上の瞳中心と各像点に対応する最大開口数とにより規定される円形状の領域を前記第１の円形瞳領域と設定し、
   前記第２関数表示工程では、前記複数の像点について、各像点に対応する前記結像光学系の設計上の瞳中心と前記第２の開口数とにより規定される円形状の領域を前記第２の円形瞳領域と設定することを特徴とする請求項４に記載の評価方法。
6. 前記第１関数表示工程では、前記複数の像点について、前記第１の円形瞳領域における波面収差量の分布をツェルニケ関数により近似し、
   前記第２関数表示工程では、前記複数の像点について、前記第２の円形瞳領域における波面収差量の分布をツェルニケ関数により近似することを特徴とする請求項４または５に記載の評価方法。
7. 前記第１関数表示工程では、前記複数の像点について、前記第１の円形瞳領域における波面収差量の分布をツェルニケ関数により近似し、
   前記第２関数表示工程では、前記複数の像点について、前記第１の円形瞳領域における波面収差量の分布を近似したツェルニケ関数の係数を解析的に変換して、前記第２の円形瞳領域における波面収差量の分布をツェルニケ関数により表示することを特徴とする請求項４または５に記載の評価方法。
8. 前記第１関数表示工程では、前記設定された最大像高の範囲内の前記複数の像点についての前記第１の円形瞳領域における前記波面収差量の分布を前記関数により表示することを特徴とする請求項４乃至７のいずれか１項に記載の評価方法。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の評価方法により得られる評価結果に基づいて前記結像光学系を光学調整することを特徴とする調整方法。
10. 前記関数表示工程において前記複数の像点について得られた波面収差量の分布情報に基づいて、前記結像光学系の波面収差の補正を最適化する最適化工程を含むことを特徴とする請求項９に記載の調整方法。
11. 前記第１関数表示工程において前記複数の像点について得られた波面収差量の分布情報に基づいて、前記結像光学系の波面収差の補正を最適化する最適化工程を含むことを特徴とする請求項９に記載の調整方法。
12. 前記第１関数表示工程において前記複数の像点について得られた波面収差量の分布情報と、前記第２関数表示工程において前記複数の像点について得られた波面収差量の分布情報とに基づいて、前記結像光学系の波面収差の補正を最適化する最適化工程を含むことを特徴とする請求項９に記載の調整方法。
13. 所定のパターンを感光性基板に投影露光するための投影光学系として、請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の調整方法により光学調整された結像光学系を備えていることを特徴とする露光装置。
14. 請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の調整方法により光学調整された結像光学系を用いて、所定のパターンの像を感光性基板上に投影露光することを特徴とする露光方法。
15. 請求項１３に記載の露光装置を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
    前記露光工程を経た前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法。

Images