(57)【要約】【課題】  波面収差を正確かつ効率的に測定しうる測定装置を提供する。【解決手段】  被検光学系３１の波面収差を測定する測定装置は、被検光学系の収差情報を含む干渉縞を撮像する撮像素子５３と、前記撮像素子により撮像された干渉縞から波面収差を算出する算出部５５ａと、算出部により算出された波面収差に基づいて波面の状態を示す評価値を算出し、該評価値が許容範囲内である場合に該波面収差を被検光学系の波面収差として決定する判定部５５ｂと、を備える。【選択図】  図１
2010283308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検光学系の波面収差を測定する測定装置であって、
前記被検光学系の収差情報を含む干渉縞を撮像する撮像素子と、
前記撮像素子により撮像された干渉縞から波面収差を算出する算出部と、
前記算出部により算出された波面収差に基づいて波面の状態を示す評価値を算出し、該評価値が許容範囲内である場合に該波面収差を前記被検光学系の波面収差として決定する判定部と、
を備えることを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記算出部は、２次元に配列された評価点に波面を示す値がマッピングされた波面収差データを生成し、
前記評価値は、前記波面収差データの評価点の中で、隣接する複数の評価点における波面収差量の少なくとも一つとの差分が閾値を超える波面収差量を与える評価点の総数であることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記判定部は、
前記評価値に基づいて、前記算出部により算出された波面収差を第１ランク、第１ランクよりも劣る第２ランク、及び、前記第２ランクよりも劣る第３ランクのいずれかに格付けし、
前記算出された波面収差を前記第１ランクに格付けした場合に、該波面収差を前記被検光学系の波面収差として決定し、
前記算出された波面収差を前記第２ランクに格付けした場合に、該波面収差の多項式展開された特定次数成分に基づいて、干渉縞を生成するパターン部材の位置を変動させ、前記被検光学系の波面収差の測定を再度行うことを決定し、
前記算出された波面収差を前記第３ランクに格付けした場合に、前記パターン部材の位置を変動させて撮像された複数の干渉縞から干渉縞のビジビリティ値を算出し、前記算出されたビジビリティ値の中で最大のビジビリティ値を与える位置に前記パターン部材を変動させ、前記被検光学系の波面収差の測定を再度行うことを決定する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記特定次数成分は、前記算出された波面収差をＺｅｒｎｉｋｅ多項式に展開した場合の２項乃至４項の成分であることを特徴とする請求項３に記載の測定装置。
【請求項５】
前記ビジビリティ値Ｖは、干渉縞の明部分の光強度をＩｍａｘ、暗部分の光強度をＩｍｉｎとするとき、
Ｖ＝（Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ）／（Ｉｍａｘ＋Ｉｍｉｎ）で表されることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の測定装置。
【請求項６】
投影光学系を介してレチクルのパターンを基板に投影して前記基板を露光する露光装置であって、
前記投影光学系の波面収差を測定する請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の測定装置を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項７】
デバイス製造方法であって、
請求項６に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
前記露光された基板を現像する工程と、
を含むデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波面収差の測定装置、露光装置及びデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣやＬＳＩ等の半導体デバイスやＣＣＤ等の撮像デバイスや液晶パネル等の表示デバイスや磁気ヘッド等のデバイスをフォトリソグラフィ工程で製造する際にマスク（レチクル）に形成されたパターンを被露光体に転写する投影露光装置が従来から使用されている。かかる露光装置は、レチクル上のパターンを所定の倍率で正確に被露光体に転写することが要求されるため、結像性能のよい、収差を抑えた投影光学系を用いることが重要である。特に近年、半導体デバイスの一層の微細化要求に伴い、転写パターンは、光学系の収差に対して敏感になってきている。このため、高精度に投影光学系の光学性能（例えば、波面収差）を正しく求める需要が存在する。
【０００３】
マスクパターンをウエハに実際に焼き付け、そのレジスト像を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等によって観察し検査する従来の方法は、露光、現像など検査に長時間がかかり、ＳＥＭの操作の困難性やレジスト塗布や現像に基づく誤差のために検査の再現性が悪い。そこで、かかる問題を解決するために、従来から、理想球面波を形成するためのピンホールを有する点回折干渉計（ＰＤＩ）やシアリング干渉を利用するシアリング干渉計が知られている。また、最近では、理想円柱波又は理想楕円波を形成するためのスリットを有する線回折干渉計（ＬＤＩ）を利用した測定装置が提案されている。ＰＤＩ、シアリング干渉計、ＬＤＩは、例えば、特許文献１〜３に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１４６７０５号広報
【特許文献２】特開２０００−０９７６６６号広報
【特許文献３】特開２００５−２４４１２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
露光装置に搭載された波面収差の測定装置がＬＤＩの場合、投影光学系の下方に配置されたプレート上に、理想波面を形成するためのスリット形状と投影光学系の収差情報を有する波面を透過させる窓形状からなる測定マーク（窓スリット部材）が配置される。また、上記プレートの直下に２次元受光素子が配置される。２次元受光素子は、上記窓スリット部材によって発生する２つの波面の干渉を撮像する。撮像された干渉縞の画像を解析する事によって、投影光学系に発生している波面収差が算出される。算出された波面収差（Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式の各項収差値）をもとに、投影光学系を構成するレンズ群の位置を補正する事によって、投影光学系の光学性能を高精度に維持している。
【０００６】
しかし、測定マーク上にゴミが付着していた場合や測定位置がずれた状態であった場合、ＮＡの全領域には干渉縞が発生せず、局所的に縞情報の欠けた干渉縞の画像が得られる。この場合、上記干渉縞の画像から算出された波面収差（Ｚｅｒｎｉｋｅ各項収差値）は誤ったものとなる。誤った収差値をもとに投影光学系を補正すると光学性能を劣化させる結果となる。上記の議論は、ＬＤＩに限らず、ＰＤＩやシアリング干渉計などの被検光学系の光学性能を２次元情報によって測定する全ての光学性能の測定装置に対して成り立つ。
【０００７】
本発明は、波面収差を正確かつ効率的に測定しうる測定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】
【０００８】
本発明は、被検光学系の波面収差を測定する測定装置であって、前記被検光学系の収差情報を含む干渉縞を撮像する撮像素子と、前記撮像素子により撮像された干渉縞から波面収差を算出する算出部と、前記算出部により算出された波面収差に基づいて波面の状態を示す評価値を算出し、該評価値が許容範囲内である場合に該波面収差を前記被検光学系の波面収差として決定する判定部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、波面収差を正確かつ効率的に測定しうる測定装置を提供する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】測定装置を備えた露光装置の概略ブロック図
【図２】実施例１における第１マスクの概略図
【図３】実施例１における第２マスクの概略図
【図４】実施例１における波面収差の測定動作を示すフローチャート
【図５】図３に示す第２マスク内のマークから射出された光の模式図
【図６】図１に示す撮像素子が検出する光の干渉縞の一例を示す概略図
【図７】図４のステップ００２の処理内容を示す概念図
【図８】図４のステップ００２において判定される波面状態の一例を示す概念図
【図９】実施例１におけるビジビリティの算出方法の一例を示す模式図
【図１０】実施例２における第１マスクの概略図
【図１１】実施例２における第２マスクの概略図
【図１２】実施例２における波面収差の測定動作を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［実施例１］
以下、本発明の実施例１における、ＰＤＩ方式の測定装置を備えた露光装置１０について、添付図面を参照して説明する。図１に示される露光装置１０は、例えば、ステップ・アンド・スキャン方式やステップ・アンド・リピート方式でマスク２１に形成された回路パターンを被露光体（ウエハ）４１に露光する投影露光装置である。かかる露光装置は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィ工程に好適であり、以下、本実施例では、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（「スキャナー」とも呼ばれる。）を例に説明する。ここで、「ステップ・アンド・スキャン方式」とは、マスクに対してウエハを連続的にスキャン（走査）してマスクパターンをウエハに露光すると共に、１ショットの露光終了後、ウエハステージ４２をステップ移動して、次の露光領域に移動する露光方法である。「ステップ・アンド・リピート方式」とは、ウエハの一括露光ごとにウエハをステップ移動して次のショットの露光領域に移動する露光方法である。
【００１２】
露光装置１０は、測定装置５０ａ，５０ｂを搭載し、照明系１１と、マスク２１と、投影光学系３１と、ウエハ４１とを有する。照明系１１は、光源部１２と引き回し光学系１３と照明光学系１４を有する。光源部１２は、例えば、光源として波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーなどを使用することができる。但し、レーザーの種類はエキシマレーザーに限定されず、レーザーの個数も限定されない。また、光源部１２がレーザーを使用する場合、レーザー光源からの平行光束を所望のビーム形状に整形する光学系、コヒーレントなレーザー光束をインコヒーレント化する光学系を使用することが好ましい。また、光源部１２に使用可能な光源はレーザーに限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプなどのランプも使用可能である。照明系１１は、マスク２１を照明する光学系であり、レンズ、ミラー、オプティカルインテグレーター、σ絞り等を含む。引き回し光学系１３は、光源部１２からの光束を照明光学系１４とアライメント光学系１５に導光する。照明光学系１４は、マスク２１を照明する光学系であり、例えば、コンデンサーレンズ、ハエの目レンズ、開口絞り、コンデンサーレンズ、スリット、結像光学系の順で光学素子が整列された構成となっている。アライメント光学系１５は、アライメントスコープを構成しており、通常の露光時は光路外に配置されている。図１は、アライメント光学系１５を駆動する駆動機構は省略している。アライメントスコープは、マスク２１上の図示しないアライメントマークとウエハステージ４２上のアライメントマークを、投影光学系３１を介して結像することによってマスク２１とウエハ４１の位置合わせを行う。マスク（又はレチクル）２１は、例えば、石英製で、その下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（又はレチクルステージ）２２に支持及び駆動される。マスク２１から発せられた回折光は、投影光学系３１を通りウエハ４１上に投影される。マスク２１とウエハ４１は、光学的に共役の関係にある。本実施例の露光装置１０はスキャナーであるため、マスク２１とウエハ４１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２１のパターンをウエハ４１上に転写する。なお、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置（「ステッパー」とも呼ばれる。）の場合は、マスク２１とウエハ４１を静止させた状態で露光が行われる。
【００１３】
投影光学系３１は、複数のレンズ素子のみからなる屈折光学系、複数のレンズ素子とミラーを有するカタディオプトリック光学系、複数のレンズ素子とキノフォーム等の回折光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使用することができる。色収差の補正が必要な場合には、互いに分散値（アッベ値）の異なるガラス材からなる複数のレンズ素子を利用したり、回折光学素子をレンズ素子と逆方向の分散が生じるように構成したりする。かかる投影光学系３１の光学性能（例えば、波面収差）を、測定装置５０ａ，５０ｂが測定する。ウエハ４１は、被処理体でありフォトレジストが塗布されている。ウエハ４１は図示しないチャックを介してウエハステージ４２に保持される。ウエハステージ４２は、ウエハ４１及び測定装置の一部５０ｂを支持する。ウエハステージ４２は、当業界で周知のいかなる構成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。例えば、ウエハステージ４２は、ステージ制御部４３を利用してＸＹ方向にウエハ４１及び測定装置５０ａ，５０ｂの一部を移動することができる。マスク２１とウエハ４１は、例えば、同期走査され、ウエハステージ４２とマスクステージ２２の位置は、アライメント光学系１５でキャリブレーション後、マスクステージ制御部２４やステージ制御部４３等を用いて、両者は一定の速度比率で駆動される。
【００１４】
図１に示す測定装置５０ａ，５０ｂは、照明光学系１４と、第１マスク６０と、第２マスク７０と、撮像素子５３と、通信用ケーブル５４と、測定装置制御部５５を有する。第１マスク６０と第２マスク７０とは、干渉縞を生成するパターン部材を構成している。本実施例では、測定装置５０ａ，５０ｂは、干渉縞を検出することによって被検光学系としての投影光学系３１の波面収差を測定する干渉計を含み、干渉計としてＰＤＩ方式を使用する。本実施例では、第１マスク６０をマスクステージ２２に設けている。このような第１マスク６０は、例えば、石英や蛍石などの透明基板からなり、かかる基板のいずれかの側にクロムなどを付着させて形成する。照明光学系１４からの光束はマスクステージ２２上に配置された第１マスク６０に集光される。集光された光束は投影光学系３１のレチクル側、即ち、物体側の開口数ＮＡｏと同じσ＝１の照明である。
【００１５】
第１マスク６０の構造を図２に示す。第１マスク６０は、ピンホール６１ａと窓６１ｂのペアで構成される。ピンホール６１ａの径Δｒは投影光学系３１のレチクル側、即ち、物体側の開口数をＮＡｉとすると式１を満たす幅となっている。ここで、λは露光光の波長である。
Δｒ＜０．５×λ／ＮＡｉ・・・（式１）
ピンホール６１ａの径を式１のようにすることで、ピンホール６１ａから回折する光はＮＡｉの範囲で等位相とみなすことができる。一方、窓６１ｂのｘ方向の幅Δｒ’はλ／ＮＡｉ以下の大きさである。式１と同程度としてもよいが、窓６１ｂを通過した光は、後述するように、ウエハ側で式１を満たす幅のピンホールを通過するため、レチクル側で等位相とする必要はなく、光量の観点から広めにとっておく。
【００１６】
第２マスク７０は、図３に示すように、ピンホール７１ａと窓７１ｂのペアを含む。ピンホール７１ａの径Δｗは投影光学系３１のウエハ側、即ち、像側の開口数をＮＡｉとして、式２を満たす幅となっている。
Δｗ＜０．５×λ／ＮＡｉ・・・（式２）
ピンホールの径を式２のようにすることで、ピンホール７１ａから回折する光はＮＡｉの範囲で球面状に等位相な波面を有すると見なすことができる。
【００１７】
窓７１ｂのｘ方向の幅Δｗ’は測定したい投影光学系の空間周波数により決定する。高周波まで測定したい場合は広く、低周波でよいときは狭くする。投影光学系３１の瞳の空間周波数をｆとおくとΔｗ’は式３で与えられる。ここで、瞳半径で一周期となる波面収差の周波数ｆを１とする。
Δｗ’＝２×ｆ×λ／ＮＡｉ・・・（式３）
撮像素子５３はＣＣＤ等の光電変換素子からなる。ケーブル５４は、撮像素子５３と測定装置制御部５５とを通信可能に接続する。制御部５５内には算出部５５ａと判定部５５ｂとメモリ部５５ｃとが用意されている。算出部５５ａは、撮像素子５３により撮像された干渉縞をもとに波面収差を算出する。メモリ部５５ｃには、波面収差の算出に必要なパラメータ情報（例えば、ＮＡ値や第２マスク７０と撮像素子５３間の距離）や、算出結果（例えば、波面収差データやＺｅｒｎｉｋｅ各項）などのデータ群が格納される。算出部５５ａで実施される位相情報の算出には、例えば、フーリエ変換法や電子モアレ法などが用いられる。フーリエ変換法は、１枚の干渉縞の画像を２次元フーリエ変換することによって、被検波面の情報を含む空間周波数領域を抽出し、それを原点シフトした後、逆フーリエ変換することによって位相情報を取り出す。また、電子モアレ法では、１枚の測定される干渉縞の画像と同じキャリア周波数を有し、且つ位相シフトさせた少なくとも３枚以上の参照格子画像を作成する。測定される干渉縞の画像と上記参照格子画像から作成した少なくとも３枚以上のモアレ縞に、ローパスフィルター、位相シフト法の処理を施す事によって位相情報を取り出す。電子モアレ法を使用する場合は、撮像した干渉縞に、予め制御部５５内のメモリに格納しておいた参照格子画像を乗じて処理することが可能である。
【００１８】
メモリ部５５ｃに格納された投影光学系３１の波面収差の情報は、主制御部８０に送信される。主制御部８０は、受信した波面収差の情報から波面収差の補正に必要なレンズ駆動量と波長駆動量を算出し、投影系制御部３２に出力する。投影系制御部３２は、投影光学系３１を構成する複数のレンズの数箇所に設置されたレンズ駆動系を制御し、かつ光源部１２から発振される露光光の波長を制御する事によって、投影光学系３１に所望の波面収差量を発生させる事ができる。投影系制御部３２は、主制御部８０から入力されたレンズ駆動量に従って、投影光学系３１内部の複数のレンズを変位させる。投影系制御部３２は、さらに、入力された波長駆動量に従って、光源部１２から発振される露光光の波長を変更させる。
【００１９】
図４に、本実施例における投影光学系３１の波面収差を測定する手法を表すフローチャートを示す。ここで、投影光学系３１は、測定装置によってその波面収差が測定される被検光学系を構成している。図４に示すフローチャートは、波面収差を算出するＳ００１と、波面の状態をチェックするＳ００２と、波面の状態を判定するＳ００３と、低次の収差量で最適化するＳ００４と、干渉縞の状態を最適化するＳ００５とから成る。Ｓ００１では、光源部１２から出射された光束が照明光学系１４に引き回された後、照明光学系１４内のσ絞りによって第１マスク６０内のマーク６１のみに照射されるように、照明光学系１４と第１マスク６０の位置がマスクステージ制御部２４により調整される。この時、ピンホール６１ａは式１を満たす幅であるため、ピンホール６１ａを射出した後の光は球面状に等位相の波面を持った回折光となり、投影光学系３１の光学瞳全面に光が照射されるようになる。一方、窓６１ｂを通過した光束は照明光学系１４の収差情報を含む光束となっている。
【００２０】
次に、第２マスク７０が第１マスク６０のマーク６１を射出した光が投影光学系３１によって第２マスク７０内のマーク７１に結像されるように、ステージ制御部４３はウエハステージ４２の位置を調整する。これにより、第１マスク６０のピンホール６１ａは第２マスク７０の窓７１ｂに、窓６１ｂはピンホール７１ａに、それぞれ結像するようになる。ピンホール７１ａを回折する光束は球面状に等位相な波面を持つ。一方、窓７１ｂを透過する波面は、ピンホール６１ａでｘ方向に等位相な波面に整形された後、投影光学系３１を透過してきているので、投影光学系３１の収差情報を含んでいる。ここで、第１マスク６０及び第２マスク７０は、干渉縞を生成するパターン部材を構成している。
【００２１】
図５に、ピンホール７１ａと窓７１ｂから射出された光束の模式図を示す。ピンホール７１ａを経た光は、球面状の理想波面７０１ａであり、窓７１ｂを経た光は被検波面７０１ｂであることが理解できる。図６には、撮像素子５３が検出するピンホール７１ａと窓７１ｂから射出した光の干渉縞の一例を示す。ピンホール７１ａと窓７１ｂの間隔の分だけ中心のずれた投影光学系３１の瞳の像が２つ撮像され、これらの重複領域に干渉縞が発生している。上記発生した干渉縞は、撮像素子５３にて撮像された後、算出部５５ａにて位相情報が算出される。算出された位相情報は、波面収差データとしてメモリ部５５ｃに保存される。波面の状態をチェックするＳ００２では、判定部５５ｂが、Ｓ００１にて保存された波面収差データに基づいて波面の状態を示す評価値を算出する。算出部５５ａにより生成される波面収差データは、例えば、２次元に配列された評価点に波面を示す値がマッピングされたデータである。
【００２２】
図７に、Ｓ００２での処理の概念図を示す。図７では、判定部５５ｂが、Ｓ００１にて算出された波面収差データ（図７中央）に対して波面状態をチェックする事によって波面のエラーマップ（図７右）を算出する。判定部５５ｂは、例えば、波面収差データの評価点の中で、隣接する複数の評価点における波面収差量の少なくとも一つの差分が閾値を超えたかどうかを判定し、閾値を超える波面収差量を与える評価点をエラー評価点（図７右の白点箇所）であると判定する。上記差分量の閾値は、予め測定環境に応じて最適な値が設定される。上記閾値は、全ＮＡ領域において固定値（例えば、全領域で５００ｍλ）でも良いし、評価点毎に異なる値（例えば、ＮＡ＝０．５以下の領域では２００ｍλ、ＮＡ＝０．５より以上の領域では８００ｍλ）を設定しておいても良い。判定部５５ｂは、上記のエラー判定を全ＮＡ領域に対して実施する事により全エラー評価点を求める。エラー評価点の総数は、波面の状態を表す評価値とされる。測定位置のずれや測定マーク上のゴミ付着などに起因して干渉縞の欠落箇所が増える程、上記評価値（エラー評価点の総数）は大きくなる。
【００２３】
波面の状態を判定するＳ００３では、判定部５５ｂは、Ｓ００２で算出した評価値が許容範囲内であるか否かを判定する。例えば、判定部５５ｂは、算出された評価値と、予め設定しておいた２つの閾値（例えば、閾値１＝６００、閾値２＝５０００）とを比較し、波面がどのような状態であったかを判定する。上記閾値は、測定装置の設置環境や、必要とされる測定精度に応じて、任意に設定すれば良い。図８に判定部５５ｂが波面の状態を判定した結果の一例を示した。図８では、「良好（第１ランク）」、「不良（第２ランク）」、「劣悪（第３ランク）」のいずれかに格付けした判定結果を表している。「不良（第２ランク）」は、波面の状態が「良好（第１ランク）」より劣るランクであり、「劣悪（第３ランク）」は、波面の状態が「不良（第２ランク）」より劣るランクである。判定部５５ｂは、“評価値≦閾値１”の場合、波面の状態を「良好」に格付けし、波面収差の測定結果を投影系制御部３２へのフィードバックが可能な投影光学系３１の波面収差であると決定する。この場合、波面が良好な状態にて測定できたので、波面収差の測定は終了される。また、判定部５５ｂは、“閾値１＜評価値≦閾値２”の場合、波面の状態を「不良」に格付けする。そして、判定部５５ｂは、波面収差の高次収差の測定結果は信頼性に乏しく、投影系制御部３２にフィードバックする事は不可能であるが、波面収差の多項式展開された特定次数成分（低次成分）は信頼性があるレベルであると判定する。従って、波面収差の低次収差成分（Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式に展開した場合の２項乃至４項の成分）に基づいて、第２マスクの位置を補正するためにｘ、ｙ、ｚ方向のウエハステージ測定位置を変動するＳ００４に移行すれば良い。判定部５５ｂは、さらに閾値２＜評価値”の場合、波面状態は「劣悪」であり、測定結果は使用可能なレベルに達しておらず信頼性がないと判断する。この場合、ウエハステージの測定位置をｘ、ｙ、ｚ方向に振りながら干渉縞の発生状態が最良になる位置を探す干渉縞の状態を最適化するＳ００５に移行すれば良い。
【００２４】
低次収差で最適化するＳ００４では、判定部５５ｂは、算出した低次収差の測定結果からウエハステージのｘ、ｙ、ｚ位置の補正量を算出する。ｘ、ｙ、ｚ位置の補正量Ｘｃｏｒｒ、Ｙｃｏｒｒ、Ｚｃｏｒｒは、例えば、式４を用いて算出すれば良い。
Ｘｃｏｒｒ＝Ｃｘ×（Ｚ２−Ｚｉ２）
Ｙｃｏｒｒ＝Ｃｙ×（Ｚ３−Ｚｉ３）
Ｚｃｏｒｒ＝Ｃｚ×（Ｚ４−Ｚｉ４）
・・・（式４）
式４において、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ４は各々Ｚｅｒｎｉｋｅ２〜４項の収差の測定値、Ｚｉ２、Ｚｉ３、Ｚｉ４は各々Ｚｅｒｎｉｋｅ２〜４項の収差の初期値（初期調整時の値）、Ｃｘ、Ｃｙ、Ｃｚは各々収差値に対する測定位置の敏感度係数を表す。式４によって算出した補正量分だけウエハステージ位置を駆動させる事により、再度行なうべき波面収差の測定位置が決定される。
【００２５】
干渉縞状態を最適化するＳ００５では、ウエハステージ位置をｘ、ｙ、ｚ方向に振って第２マスク７０の位置を変動させながら干渉縞を撮像する。判定部５５ｂは、撮像した複数の各干渉縞からビジビリティ値を算出し、最大のビジビリティ値を与えるウエハステージのｘ、ｙ、ｚ位置を測定位置とする。判定部５５ｂによるビジビリティの算出には、例えば、以下に述べる方法を用いる。図９左側の画像は、撮像素子５３により撮像される干渉縞の画像データの一例である。上記画像データの矢印Ｄは、ビジビリティを算出するための処理方向を示す。この場合、干渉縞はＸ方向に発生しているので、処理方向はＸ方向となる。また、点線Ｗの枠内はビジビリティの算出領域を示す。図９右側のグラフは、図９左に示された画像の任意行の光量値をグラフにしたものである。横軸は画素位置、縦軸は光量値を表す。図９右のグラフのハッチで示したビジビリティの算出領域Ａ内において、明部分の光強度（光量の最大値）Ｉｍａｘと暗部分の光強度（光量の最小値）Ｉｍｉｎから式５を用いてビジビリティ値Ｖを算出する。ビジビリティの算出領域Ａの幅は、測定装置５０ａ、５０ｂの設計値から算出した干渉縞のピッチ＋αの値で予め設定しておく。
Ｖ＝（Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ）／（Ｉｍａｘ＋Ｉｍｉｎ）・・・（式５）
上記ビジビリティ値Ｖは、ビジビリティの算出領域Ａの位置を処理方向Ｄに走査させる事によって算出する事ができる。上記処理を各行に対して実施した後、最終的には、図９左の画像の点線で示したビジビリティの算出領域Ｗ内の全画素位置におけるビジビリティ値を平均した値、又はｐＴｉｌｅ法にて算出した値などをもって干渉縞のビジビリティ値とすれば良い。
【００２６】
Ｓ００４又はＳ００５においてウエハステージ位置を最適な測定位置に駆動させた後、再度、波面収差を測定するＳ００１を実施する。この時、測定位置が補正されたため、前回のＳ００１を実施した場合よりも波面の状態が改善された測定結果が得られる。上記Ｓ００１〜００５の工程を、所定回数繰り返す事によって、最終的な波面収差の測定結果は最適な測定位置でのものとなる。また、所定回数を繰り返しても波面状態が「良好」と判定されない場合は、例えば、測定マークの劣化やゴミの付着などの要因を考慮して、測定マークを変更するか、又は、測定装置５０ａ、５０ｂを再検査するなどの対応を取れば良い。
【００２７】
波面収差を干渉縞のビジビリティにより評価する従来の手法では、本来波面収差の算出が可能であるにもかかわらず、算出が不可能であると判断される。また、干渉縞のビジビリティにより評価する従来の手法では、測定マーク上にゴミが付着して白画素が発生した場合に、ビジビリティが高くなったと誤って判断されることがありうる。しかし、本実施例の測定装置では、このような不具合を防止することができる。
【００２８】
本実施例の波面収差の測定装置を用いれば、波面収差の誤測定を防止できる。また、測定位置が不適切な場合は、自動的に最適な測定位置に追い込んだ後に測定を実行するため、従来よりも安定性が高く、高精度な波面収差の測定が可能となる。
【００２９】
［実施例２］
本発明の実施例２におけるＬＤＩ方式の測定装置を備えた露光装置１０について、添付図面を参照して説明する。本実施例の概略図は、実施例１とほぼ同一であるが、図１における第１マスクの構造が６０から６０’に、第２マスクの構造が７０から７０’に置き換えられる事のみが異なる。第１マスク６０’の構造を図１０に示す。第１マスク６０’は、０度方位に配されたスリット６１’ａと窓６１’ｂで構成されるマーク６１’と、９０度方位に配されたスリット６２’ａと窓６２’ｂで構成されるマーク６２’を含む。両マークは幅や間隔などは同一で配置方位のみが異なっている。スリット６１’ａ及び６２’ａの幅Δｒは投影光学系３１のレチクル側、即ち物体側の開口数をＮＡｉとすると、式１で決定される幅となっている。スリット６１’ａ及び６２’ａの幅を式１のようにすることで、スリットから回折する光はＮＡｉの範囲で等位相とみなすことができる。一方、窓６１’ｂ及び６２’ｂの幅Δｒ’はλ／ＮＡｉ以下の大きさである。数式１と同程度としてもよいが、窓６１’ｂ及び６２’ｂを通過した光は、後述するように、ウエハ側で数式１を満たす幅のスリットを通過するためレチクル側で等位相とする必要はないので、光量の観点から広めにとっておく。
【００３０】
図１１は第２マスク７０’の概略平面図である。第２マスク７０’は図１１に示すように、０度方位（Ｙ方向）に配されたスリット７１’ａと窓７１’ｂから成るマーク７１’、９０度方位（Ｘ方向）に配されたスリット７２’ａと窓７２’ｂから成るマーク７２’を含む。マーク７１’とマーク７２’は幅や間隔などは同一で方位のみが異なっている。スリット７１’ａと７２’ａの幅Δｗは投影光学系３１のウエハ側、即ち、像側の開口数をＮＡｉとして、数式２を満たす幅となっている。スリットの幅を数式２のようにすることで、スリット７１’ａと７２’ａから回折する光はＮＡｉの範囲で等位相とみなすことができる。窓７１’ｂ及び７２’ｂの幅Δｗ’は測定したい投影光学系の空間周波数により決定する。高周波まで測定したい場合は広く、低周波でよいときは狭くする。投影光学系３１の瞳の空間周波数をｆとおくとΔｗ’は式３で与えられる。スリットと窓の長さＬｗは光量の観点から長いほどよいが、投影光学系３１の収差が同一と見なす事ができる、いわゆるアイソプラナティック領域内にあることが必要である。以下の議論では、簡単のためマーク６１’と７１’をＸマークと呼び、マーク６２’と７２’をＹマークと呼ぶことがある。また、Ｘマークから発生する干渉縞をＸ干渉縞と呼び、Ｙマークから発生する干渉縞をＹ干渉縞と呼ぶ。
【００３１】
図１２に、本実施例における波面収差の測定動作を表すフローチャートを示す。図１２に示すフローチャートは、Ｘ波面収差を測定するＳ１０１と、Ｙ波面収差を測定するＳ１０２と、ＸＹ波面収差を合成するＳ１０３とから成る。以下、上記各ステップの動作について説明する。Ｘ波面収差を測定するＳ１０１では、Ｘ干渉縞を撮像素子５３により撮像した後、算出部５５ａは、撮像したＸ干渉縞データからＸ波面収差を算出する。Ｓ１０１は実施例１で説明した図４の動作フローとほぼ同一であるため、以下では、図４のフローチャートを参照しながら説明する。ただし、実施例１と区別するために、実施例１においてＳ００１〜００５と表記していた各工程を、Ｓ００１Ｘ〜００５Ｘに置き換えて説明する。
【００３２】
Ｓ００１Ｘでは、マスクステージ制御部２４及びステージ制御部４３は、まず、以下の通りに照明光学系１４と第１マスク６０’と第２マスク７０’の位置合わせを行う。マスクステージ制御部２４は、光源部１２から出射した光束が、照明光学系１４に引き回された後、照明光学系１４内のσ絞りによって第１マスク６０’内のマーク６１’のみに照射されるように、照明光学系１４と第１マスク６０’の位置を調整する。この時、スリット６１’ａは式１を満たす幅であるため、スリット６１’ａ射出後の光はＸ方向に等位相の波面を持った回折光となり、投影光学系３１の光学瞳全面に光が照射されるようになる。一方、窓６１’ｂを通過した光束は照明光学系１４の収差が載った光束となっている。
【００３３】
次に、第２マスク７０’が第１マスク６０’のマーク６１’を射出した光が投影光学系３１によって第２マスク７０’内のマーク７１’に結像されるように、ステージ制御部４３は、ウエハステージ４２の位置を調整する。これにより、第１マスク６０’のスリット６１’ａは第２マスク７０’の窓７１’ｂに、窓６１’ｂはスリット７１’ａにそれぞれ結像するようになる。スリット７１’ａを回折する光束はＸ方向に等位相な波面を持つ。一方、窓７１’ｂを透過する波面は、スリット６１’ａでＸ方向に等位相な波面に整形された後、投影光学系３１を透過してきているので、投影光学系３１の収差情報を有している。上記までの位置合わせによって発生したＸ干渉縞は、撮像素子５３によって撮像された後、制御部５５の算出部５５ａにて位相情報が算出される。算出された位相情報は、Ｘ方向に投影光学系の収差情報を有するＸ波面収差データとして、メモリ部５５ｃに保存される。
【００３４】
Ｓ００２Ｘ〜００５Ｘの動作は、実施例１におけるＳ００２〜００５とほぼ同一であるので説明を省略する。以上のＸ波面収差を測定するＳ１０１により、Ｘ波面収差が最適な測定位置にて測定された。次に、Ｙ波面収差を測定するＳ１０２にて、Ｙ干渉縞を撮像した後、撮像したＹ干渉縞データからＹ波面収差が算出される。Ｓ１０２は実施例１で説明した図４のフローとほぼ同一であるため、以下では、Ｓ１０１と同様に、図４のフローチャートを参照しながら説明する。ただし、実施例１と区別するために、実施例１においてＳ００１〜００５と表記していた各工程を、Ｓ００１Ｙ〜００５Ｙに置き換えて説明する。Ｓ００１Ｙでは、マスクステージ制御部２４及びステージ制御部４３は、まず、以下の通りに照明光学系１４と第１マスク６０’と第２マスク７０’の位置合わせを行う。マスクステージ制御部２４は、光源部１２から出射した光束が、照明光学系１４に引き回された後、照明光学系１４内のσ絞りによって第１マスク６０’内のマーク６２’のみに照射されるように、照明光学系１４と第１マスク６０’の位置を調整する。この時、スリット６２’ａは式１を満たす幅であるため、スリット６２’ａ射出後の光はＹ方向に等位相の波面を持った回折光となり、投影光学系３１の光学瞳全面に光が照射されるようになる。一方、窓６２’ｂを通過した光束は照明光学系１４の収差が載った光束となっている。
【００３５】
次に、ステージ制御部４３は、第２マスク７０’が第１マスク６０’のマーク６２’射出光が投影光学系３１によって第２マスク７０’内のマーク７２’に結像されるように、ウエハステージ４２の位置を調整する。これにより、第１マスク６０’のスリット６２’ａは第２マスク７０’の窓７２’ｂに、窓６２’ｂはスリット７２’ａにそれぞれ結像するようになる。スリット７２’ａを回折する光束はＹ方向に等位相な波面を持つ。一方、窓７２’ｂを透過する波面は、スリット６２’ａでＹ方向に等位相な波面に整形された後、投影光学系３１を透過してきているので、投影光学系３１の収差情報を有している。上記までの位置合わせによって発生したＹ干渉縞は、撮像素子５３によって撮像された後、制御部５５の処理部にて位相情報が算出される。算出された位相情報は、Ｙ方向に投影光学系の収差情報を有するＹ波面収差データとしてメモリ部５５ｃに保存される。Ｓ００２Ｙ〜００５Ｙの動作は、実施例１におけるＳ００２〜００５とほぼ同一であるので説明を省略する。以上のＹ波面収差を測定するＳ１０２により、Ｙ波面収差が最適な測定位置にて測定された。ＸＹ波面収差を合成するＳ１０３で、算出部５５ａは、Ｓ１０１で測定したＸ波面収差と、Ｓ１０２で測定したＹ波面収差を合成して、２次元方向に投影光学系の収差情報を有する波面収差を算出する。
【００３６】
以上、実施例２の動作について説明した。本実施例の波面収差の測定装置を用いれば、波面収差の誤測定を防止できる。また、測定位置が不適切な場合は、自動的に最適な測定位置に追い込んだ後に測定を実行するため、従来よりも安定性が高く、高精度な波面収差測定が可能となる。
【００３７】
以上、本発明の好ましい２つの実施例について説明したが、これらの実施例に限定されず、その要旨の範囲内で様々な変形及び変更が可能である。例えば、上記では、露光装置上に搭載した測定装置の実施例を示したが、露光装置上で実行する必要はない。測定装置は、マスクステージ制御部２４、ステージ制御部４３や投影系制御部３２と同等の機能を備えた波面収差の測定を行う専用装置であっても良い。図４や図１２に示したフローチャートの各ステップは、その順序通りに実行する必要はない。例えば、装置の環境を鑑みて、波面状態が「劣悪」と判定される状況には成り得ないと判断できる場合、ステップ００５を動作フローに組み込まなくとも良い。また、実施例２では、Ｓ１０１とＳ１０２の各々のステップ内で、図４の動作フローを実行する例（Ｓ００１Ｘ〜００５Ｘ、又はＳ００１Ｙ〜００５Ｙ）について記載したが、Ｓ００１Ｘ〜００５Ｙの動作順序は、測定装置の環境に応じて任意に最適化すれば良い。実施例２のＬＤＩ方式ではｘ方向とｙ方向の測定マークについて扱ったが、ｘ、ｙ方向以外の任意の２方向（例えば、４５度、１３５度方向）の窓スリット部材を扱っても良い。最後に、実施例ではＰＤＩ方式とＬＤＩ方式の測定装置を用いたが、同様の議論は、シアリング干渉方式やフィゾー干渉方式などの被検光学系の光学性能を干渉縞によって測定する方式の光学性能の測定装置全てに対して成り立つ。
【００３８】
次に、上記露光装置を用いたデバイス製造方法について説明する。デバイスは、前述の露光装置を用いて基板を露光する工程と、露光された基板を現像する工程と、露光された基板を加工する他の周知の工程とを経ることにより製造する。デバイスは、半導体集積回路素子、液晶表示素子等でありうる。基板は、ウエハ、ガラスプレート等でありうる。当該周知の工程は、例えば、酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、ダイシング、ボンディング、パッケージング等の各工程である。
【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１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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