(57)【要約】【課題】  被検光学系の波面を高精度に計測することができる干渉計測装置を提供する。【解決手段】  被検光学系の波面を計測する干渉計測装置において、前記被検光学系の焦点位置に曲率中心が一致するように配置された前記第１の凹球面ミラーを、光軸に関して０°及び１８０°回転した位置で前記被検光学系の第１の波面および第２の波面を計測し、前記被検光学系の焦点位置に配置された第１の反射基板により前記被検光学系の第３の波面を計測し、前記第３の波面の計測値に対して、前記第１の反射基板の複素屈折率から算出される位相変化誤差の補正を行い、前記第１の凹球面ミラーの固有の誤差を補正する制御手段を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を被検光と参照光とに分離し、集光レンズを被検光学系の上流に有し、前記被検光学系に前記被検光を入射させる入射光学系と、
前記被検光学系から出射される前記被検光を、再び、同一光路で前記被検光学系に向けて反射する第１の凹球面ミラーと、
前記第１の凹球面ミラーにより反射され前記被検光学系から出射される前記被検光と前記被検光学系を通過しない前記参照光との干渉により生成された干渉縞を検出する検出器と、を有し、前記被検光学系の波面を計測する干渉計測装置において、
前記被検光学系の焦点位置に曲率中心が一致するように配置された前記第１の凹球面ミラーを、光軸に関して０°及び１８０°回転した位置で前記被検光学系の第１の波面および第２の波面を計測し、
前記被検光学系の焦点位置に配置された第１の反射基板により前記被検光学系の第３の波面を計測し、
前記第３の波面の計測値に対して、前記第１の反射基板の複素屈折率から算出される位相変化誤差の補正を行い、前記第１の凹球面ミラーの固有の誤差を補正する制御手段を有することを特徴とする干渉計測装置。
【請求項２】
前記集光レンズの焦点位置に曲率中心が一致するように配置された第２の凹球面ミラーを、光軸に関して０°及び１８０°回転した位置で前記集光レンズの第１の波面および第２の波面を計測し、
前記集光レンズの焦点位置に配置された第２の反射基板により前記集光レンズの第３の波面を計測し、
前記第３の波面の計測値に対して、前記第２の反射基板の複素屈折率から算出される位相変化誤差の補正を行い、前記集光レンズの固有の誤差を補正する前記制御手段を有することを特徴とする請求項１記載の干渉計測装置。
【請求項３】
前記被検光学系の前記波面の代わりに前記被検光学系の面形状を計測する請求項１または２記載の干渉計測装置。
【請求項４】
前記反射基板は、吸収基板であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の干渉計測装置。
【請求項５】
前記吸収基板は、シリコンであることを特徴とする請求項４に記載の干渉計測装置。
【請求項６】
前記反射基板は、消光係数が１以上であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の干渉計測装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の干渉計測装置を搭載したことを特徴とする露光装置。
【請求項８】
請求項７に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
前記工程で露光された基板を現像する工程と、
を有することを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は干渉計測装置、露光装置及びデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトリソグラフィー技術を用いてデバイスを製造する際に、マスクに描画された回路パターンを投影光学系によってウエハに投影して回路パターンを転写する投影光学装置が従来から使用されている。近年回路パターンの高解像度化がますます要求されている。高解像力を得るためには、光源の波長を短くすることと、又は、投影光学系の開口数（ＮＡ）を上げることが有効であるが、投影光学系の収差を極めて小さく抑える必要もある。
【０００３】
投影光学系の透過波面などを高精度に計測する装置として従来からフィゾー干渉計が用いられている。フィゾー干渉計により波面の計測を行う場合、参照面を基準として被検波面の位相を算出するため、フィゾー干渉計の計測精度は参照面の面精度を超えることはできない。市販されている高精度とされるフィゾー干渉計でも参照面の面精度は、λ／１０〜λ／２０（λ＝６３２．８ｎｍ）程度であり、これ以上の計測精度は、一度の波面の計測では達成できない。このため、参照面の面誤差など干渉計光学系の固有の誤差であるシステムエラーを別手段により計測して、計測された波面のデータから減算して、計測された波面の成分のみを抽出する方法が従来から採用されている。
【０００４】
この従来のシステムエラーの計測方法は、図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示される「０−１８０−ＣＥ法」（キャッツアイ計測）として、非特許文献１により知られている。図９（ａ）は、被検物である被検光学系１に対して球面ミラーであるＲＳミラー２による０°計測、図９（ｂ）は、被検光学系１に対してＲＳミラー２による１８０°計測を示す。図９（ｃ）は、被検光学系１に対して焦点反射基板５によるキャッツアイ計測を示し、０°、１８０°、キャッツアイの三種類の計測からシステムエラー成分を分離演算して算出する。
【０００５】
【数１】
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【０００６】
【数２】
2010232559.tif 000004
【０００７】
【数３】
2010232559.tif 000005
【０００８】
【数４】
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【０００９】
【数５】
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ここで、Ｗｓは、球面ミラーであるＲＳミラー２の面誤差による波面収差成分、ＷIは参照面を含む干渉計測装置の波面収差成分である。このように従来の「０−１８０−ＣＥ法」においては、０°、１８０°、キャッツアイの三種類の計測を分離演算することにより、ＲＳミラー２の面誤差や参照面の面誤差を算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−２７１３０５号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】オプティカル・ショップ・テスティング、第２版、ワイレー、ＰＰ.５７７−５８０、ダニエル・マラカラ、米国、１９２２年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
投影光学系のレンズなどの高ＮＡのレンズの透過波面の計測に使用する光源は直線偏光であることが多い。高ＮＡのレンズのキャッツアイ計測をする場合、光源の偏光方向と反射面が同一となるＰ偏光では、頂点反射する基板への入射角θ、即ちＮＡ（ｓｉｎθ）が大きくなるに従って反射率が低下する。反射角がブリュースター角（ｔａｎ−１（ｎ２／ｎ１））、但しｎ２は基板の屈折率、ｎ１は入射側の屈折率）と一致する角度で反射率が０となる。この結果、頂点反射計測では、この領域の基板面反射光が干渉計へ戻らないため干渉縞のコントラストが低下、もしくは干渉縞自体が消滅して、高ＮＡなフィゾー干渉計のシステムエラーを高精度に計測することが困難になる。
【００１３】
また、特許文献１では、高ＮＡのレンズの透過波面を計測するための方法として、高屈折率の反射基板を用いることが開示されている。しかし、この特許文献１の実施例で開示されているように吸収のない高屈折率ガラスの一つであるサファイアガラス（屈折率：１.８４７）を用いた場合でも計測できるのは、ＮＡ＝０．８８までである。
一方、あらゆる入射角度に対して反射率を確保するために吸収基板（例えば、シリコン）を用いた場合には、反射面での位相変化が発生し正確に計測することができない。
以上説明したように、特許文献１および非特許文献１の従来例ではキャッツアイ計測によりＮＡが０.９０以上の高ＮＡレンズを計測するフィゾー干渉計のシステムエラーを高精度に計測することは困難である。このため、被検光学系としての投影光学系の波面を高精度に計測することはできなかった。
そこで、本発明は、被検光学系の波面を高精度に計測することができる干渉計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するための本発明の干渉計測装置は、光源からの光を被検光と参照光とに分離し、集光レンズを被検光学系の上流に有し、前記被検光学系に前記被検光を入射させる入射光学系と、前記被検光学系から出射される前記被検光を、再び、同一光路で前記被検光学系に向けて反射する第１の凹球面ミラーと、前記第１の凹球面ミラーにより反射され前記被検光学系から出射される前記被検光と前記被検光学系を通過しない前記参照光との干渉により生成された干渉縞を検出する検出器と、を有し、前記被検光学系の波面を計測する干渉計測装置において、前記被検光学系の焦点位置に曲率中心が一致するように配置された前記第１の凹球面ミラーを、光軸に関して０°及び１８０°回転した位置で前記被検光学系の第１の波面および第２の波面を計測し、前記被検光学系の焦点位置に配置された第１の反射基板により前記被検光学系の第３の波面を計測し、  前記第３の波面の計測値に対して、前記第１の反射基板の複素屈折率から算出される位相変化誤差の補正を行い、前記第１の凹球面ミラーの固有の誤差を補正する制御手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、被検光学系の波面を高精度に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】干渉計測装置の構成図である。
【図２】干渉計測装置の構成図である。
【図３】干渉計測装置の構成図である。
【図４】干渉計測装置の工程説明図である。
【図５】反射基板への入射光と反射光及び透過光との関係を示す図である。
【図６】ＮＡに対する反射率及び位相変化量の関係を示す図である。
【図７】位相変化マップを表す図である。
【図８】露光装置の構成図である。
【図９】従来例の干渉計測装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１の構成図を参照して、本発明の実施形態の干渉計測装置を説明する。
実施形態の干渉計測装置は、被検光学系１の波面を計測する装置である。入射光学系４０は、光源８からの光８ａをハーフミラー９により被検光８ｂと参照光８ｃとに分離し、ＴＳレンズ３（集光レンズ）を被検光学系１の上流に有し、被検光学系１に被検光８ｂを入射させる光学系である。ＸＹＺステージ上（基板ステージ上）に設けられるＲＳミラー２（第１の凹球面ミラー）は、被検光学系１から出射される被検光８ｂを、再び、同一光路で被検光学系１に向けて反射する。ＣＣＤカメラ１５（検出器）は、ＲＳミラー２より反射され被検光学系１から出射される被検光８ｂと被検光学系１を通過しない参照光８ｃとの干渉により生成された干渉縞を検出する。
【００１８】
被検光学系１の焦点位置に曲率中心が一致するように配置されたＲＳミラー２を、光軸に関して０°及び１８０°回転した位置で被検光学系１の第１の波面および第２の波面を計測する。次に、被検光学系１の焦点位置に配置された第１の反射基板５により被検光学系１の第３の波面を計測する。コンピュータ１６（制御手段）は、第３の波面の計測値に対して、第１の反射基板５の複素屈折率から算出される位相変化誤差の補正を行い、ＲＳミラー２の固有の誤差を補正する。
【００１９】
光源８を射出した光８ａはハーフミラー９を透過し、ミラー１０を経て、ＸＹＺステージ１１に保持されたＴＳレンズ３に至る。ＸＹＺステージ１１は、コンピュータ１６からの指令により高精度にＸＹＺ方向の３軸において独立な駆動が可能である。ＸＹＺステージ１１上には圧電素子（光路長差変化素子）１２を介し、所定のＮＡの光を発生するＴＳレンズ３が設置されている。圧電素子１２にはコンピュータ１６から電圧の印加が可能となっており、被検光学系１の波面の計測時にはＣＣＤカメラ１５に同期した縞走査が可能となっている。ここで、ＴＳレンズ３の最終面の曲率半径と、最終面および焦点１３間との距離が等しく、ＴＳレンズ３の最終面以外に光源８から放射される光８ａの波長に対する反射防止膜を施し、最終面からのみ５％程度の反射を発生する。
【００２０】
以下、ＴＳレンズ３の最終面で反射される光を参照光８ｃと称する。ＴＳレンズ３の焦点１３が被検光学系１の物体面と一致するようにＸＹＺステージ１１により光軸方向の調整がなされており、被検光学系１を透過した光は、被検光学系１の像面上で集光した後、球面のＲＳミラー２により反射される。
以下、ＲＳミラー２により反射される光を被検光８ｂと称する。ここで、ＲＳミラー２はＴＳレンズ３と同様、コンピュータ１６により制御可能なＸＹＺステージ１８上に設けられ、透過する波面の収差の計測時にはＲＳミラー２の曲率中心と像側焦点１９が一致するようにＸＹＺ方向の調整がなされている。
【００２１】
参照光８ｃと、被検光８ｂは、ＴＳレンズ３で合波され同一光路となり、ミラー１０を経て、ハーフミラー９で反射され、瞳結像レンズ１４と空間フィルター１７を介して、ＣＣＤカメラ１２上に参照光と被検光の光路長差に応じた干渉縞を形成する。空間フィルター１７は、瞳結像レンズ１４中のＴＳレンズ３の焦点１３との共役面上に設置している。この空間フィルター１７はＣＣＤカメラ１５の画素ピッチに起因するナイキスト周波数以上の空間周波数成分を遮光し、所謂エリアシングを防ぐために用いている。ＣＣＤカメラ１５で撮像された干渉縞画像データは処理系としてのコンピュータ１６に転送される。
【００２２】
コンピュータ１５では、圧電素子１２を駆動し、干渉縞を走査した際の複数毎の干渉縞画像データを取り込み、干渉縞の位相（位相差分布）を算出する。干渉縞から位相の算出には、ステージ振動特性等の誤差伝達を低減するための位相回復アルゴリズムが用いられる。得られる干渉縞位相分布（計測値）は、ＲＳミラー２とＴＳレンズ３の固有の誤差である形状誤差（システムエラー）を含むので、ＲＳミラー２とＴＳレンズ３のシステムエラーを、それぞれ高精度に計測し、計測データの補正を行う必要がある。
【００２３】
ＲＳミラー２の固有の誤差であるシステムエラーの計測は、ＸＹＺステージ１８上に配置された光軸回りにＲＳミラー２を回転することが可能な回転駆動機構４と、焦点反射基板５を用いて行う。このシステムエラーの計測は、図４に示されるように前述の０−１８０−ＣＥ法（キャッツアイ計測）を実施する。
【００２４】
一方、ＴＳレンズ３の固有の誤差であるシステムエラーの計測は、図２に示されるように光軸回りに回転可能な回転駆動機構６の上に配置された凹球面ミラー７と、図３に示されるように反射基板２１を、被検光学系１の代りに配置することにより行う。このシステムエラーの計測は、図４に示されるように０−１８０−ＣＥ法を実施する。すなわち、ＴＳレンズ３（集光レンズ）の焦点位置に曲率中心が一致するように配置された凹球面ミラー７（第２の凹球面ミラー）を、光軸に関して０°及び１８０°回転した位置でＴＳレンズ３の第１の波面および第２の波面を計測する。次に、ＴＳレンズ３の焦点位置に配置された反射基板２１（第２の反射基板）によりＴＳレンズ３の第３の波面を計測する。さらに、コンピュータ１６（制御手段）は、第３の波面の計測値に対して、反射基板２１の複素屈折率から算出される位相変化誤差の補正を行い、ＴＳレンズ３の固有の誤差を補正する。
【００２５】
本実施形態においては、キャッツアイ計測を実施するために、ＸＹＺステージ１８上に反射基板５を設けている。しかし、ＸＹＺステージ１８上に反射基板５を設けず、ＲＳミラー２の端面部（平面部）でキャッツアイ計測を行ってもよい。
以上により、実施形態の干渉計測装置による被検光学系１の干渉縞位相分布である波面の収差の計測の手続きを完了する。
【００２６】
反射基板５として、吸収性の無い高屈折率ガラスの一つであるサファイアガラス（屈折率：１.８４７）を用いた場合、計測できるのはＮＡ＝０．８８までである。
一方、あらゆる入射角度（ＮＡ）に対して反射率を確保するために反射基板５として、シリコンなどの吸収基板を用いた場合には、反射面において位相の変化が起こるため正確に計測することができない。そこで、あらゆるＮＡに対して高精度にキャッツアイ計測による計測値を得るために、反射基板５にシリコン等の吸収基板を用いる。面精度の観点から、反射基板５として、コーティング無しで高反射率を得ることが可能なシリコンを用いることが好適である。
【００２７】
反射基板５は、消光係数が１以上であることが好適である。ここで、消光係数は、材質の内部吸収の指標であり、ｔを材質の単位透過率とすると、消光係数ａは、ａ＝−ｌｏｇｅｔで表される。反射基板５にシリコン等の吸収基板を用いることにより、あらゆるＮＡに対して反射率を確保する。さらに、吸収基板である反射基板５の影響で発生する位相変化誤差を反射基板５の複素屈折率から算出し、得られたキャッツアイ計測による計測値を補正する。
【００２８】
次に、キャッツアイ計測による計測値を補正する計算過程について説明する。
図５は、吸収基板である反射基板５への入射光とその反射光及び透過光の関係を示したものである。入射角（反射角）をθ１、屈折角をθ２、二つの複素屈折率Ｎ１、Ｎ２とすると、ｐ偏光及びｓ編光に対する反射係数rp、rsは、フレネルの式より、それぞれ以下のように表す。
【００２９】
【数６】
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また、スネルの法則により、以下の式が成立する。
【００３０】
【数７】
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平面基板で反射した全反射した光の位相変化Δφは、フレネル反射係数ｒの偏角ａｒｇ（ｒ）に相当するので、前述の数式６と数式７を用いて以下のように表すことができる。p偏光に対する位相変化量をφp、s偏光に対する位相変化量をΔφsとする。
【００３１】
【数８】
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【００３２】
図６は、複素屈折率Ｎ＝ｎ＋ｉκにそれぞれ空気ｎ＝１.０,κ＝０、シリコンｎ＝０.８９,κ=２.６７を入力して、数式８により、ＮＡ（入射角）に対する反射率及び位相変化量の関係を計算した例を示す。図６に示されるようにＮＡが大きくなるにしたがって、吸収基板である反射基板５の面での反射による位相変化量は大きくなる。
キャッツアイ計測の計測値の補正を行う場合には、瞳面上の各点の位相変化量ΔφＥＲＲを数式８に従って算出する（図４のステップ４）。
次に、図４のステップ３で得たキャッツアイ計測による計測値φＣＥ＿ＭＥＡＳに、Δを補正し、正確なキャッツアイ計測による計測値Δφを得る（図４のステップ５）。
図７は、ＮＡ＝０.９３における直線偏光を吸収基板である反射基板５の面で反射した場合の位相変化マップ（ΔφＥＲＲ）を計算した例を示す。
【００３３】
【数９】
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最後に、図４のステップ５で得られたキャッツアイ計測による計測値と、図４のステップ１、ステップ２で得られたＲＳミラー０°、１８０°の計測値を用いて、前述の０−１８０−ＣＥ法（キャッツアイ計測）の計算を行う。これにより、ＲＳミラー及びＴＳレンズの固有の誤差であるシステムエラーを算出する（図４のステップ６）。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態によれば、０−１８０−ＣＥ法であらゆるＮＡ（０＜ＮＡ＜１）のレンズに対して高精度に固有の誤差であるシステムエラーの計測を行うことができる。
尚、本実施形態では、被検光学系１を透過する波面の計測する場合を説明したが、被検光学系１の面形状の計測においても同様に適用可能である。
【００３５】
次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態の干渉計測装置を搭載した実施形態の露光装置を説明する。
図８に示される投影光学系２３が、図１に示される被検光学系１に相当する。本実施形態の露光装置では、レチクルのパターンをウエハに露光するための露光光源を使用して波面の計測を行うことが可能である。ウエハの露光時には、切り替えミラー３０、ミラー３１、ＴＳレンズ３を退避することで光源８からの光を照明光学系２９に導光し、照明光学系２９からの光を遮る事はなくウエハ露光を行うことができる。
【００３６】
以下、波面計測方法について説明する。露光光源は、通常インコヒーレント光であるため、本実施形態の露光装置における干渉計測装置は、トワイマングリーン型の例で示している。光源８から出射した光は切り替えミラー３０、ミラー３１によって反射され、ビームエキスパンダー２７に入射する。その後光はハーフミラー３２を透過する。
【００３７】
その後、ハーフミラー３３で参照光８ｂと被検光８ｃに分割される。参照光８ｂは、参照ミラー２８で反射され、同一光路で再びハーフミラー３３を透過し、ハーフミラー３２で反射された後に干渉縞形成部２４に垂直導光される。一方、被検光８ｃは、ＴＳレンズ３を透過し、投影光学系２３に導光される。投影光学系２３を透過した被検光８ｃは、ウエハステージ２５上に置かれたＲＳミラー２によって反射され、ふたたび投影光学系２３を透過した後にＴＳレンズ３を出射する。ＴＳレンズ３を出射した被検光８ｃはハーフミラー３２、ハーフミラー３３で反射され、干渉縞形成部２４に導光され、干渉縞を取得することができる。干渉縞から位相の算出には、位相回復アルゴリズムが用いられる。
以上により、投影光学系２３の干渉縞位相分布（波面収差）の計測の手続きを完了する。
【００３８】
しかし、得られる干渉縞位相分布（計測値）は、ＲＳミラー２とＴＳレンズ３（参照ミラー２８も含む）の固有の誤差である形状誤差（システムエラー）を含む。このため、ＲＳミラー２とＴＳレンズ３のシステムエラーをそれぞれ高精度に計測し、計測データの補正を行う必要がある。
本実施形態の露光装置では、ＲＳミラー２の固有の誤差であるシステムエラーを計測するために、ウエハステージ２５上にＲＳミラー２を光軸回りに回転可能な回転駆動機構４と反射基板５を有する。
【００３９】
また、一方、ＴＳレンズ３の固有の誤差であるシステムエラーを計測するために、ＴＳレンズ３と投影光学系２３の間に光軸回りに回転可能な回転駆動機構６の上に配置されたＲＳミラー７と反射基板２１を出し入れ可能な形態で有する。
これらの機構及び光学系を用いて、実施形態の干渉計測装置の計測方法によれば、露光装置に搭載された投影光学系２３のＮＡに依らず、例えば、投影光学系のレンズのＮＡが、０.９以上である場合にも、システムエラーの計測を高精度に行うことが出来る。
以上、本実施形態の露光装置によれば、搭載された投影光学系２３のＮＡに依らず、高精度にシスエテムエラーを補正することができる。
【００４０】
［デバイス製造方法の実施形態］
次に、本発明の一実施形態のデバイス（半導体デバイス、液晶表示デバイス等）の製造方法について説明する。当該方法において、本発明を適用した露光装置を使用し得る。
半導体デバイスは、ウエハ（半導体基板）に集積回路を作る前工程と、前工程で作られたウエハ上の集積回路チップを製品として完成させる後工程とを経ることにより製造される。前工程は、前述の露光装置を用いて、感光剤が塗布されたウエハを露光する工程と、その工程で露光されたウエハを現像する工程とを含み得る。後工程は、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）と、パッケージング工程（封入）とを含み得る。
本実施形態のデバイス製造方法は、デバイスの生産性、品質および生産コスト、ならびに安全性の少なくとも一つにおいて従来よりも有利である。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１  被検光学系
２  ＲＳミラー
３  ＴＳレンズ
５  反射基板
７  ＲＳミラー
８  光源
１５  ＣＣＤカメラ
１６  コンピュータ
４０  入射光学系
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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