(57)【要約】【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、測定光から球面波を生成するための複数のピンホールを有するピンホールマスクと、前記ピンホールマスク及び前記被検光学系を経た後の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、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・Ｐｇ２／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
2006332586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検光学系の物体面に配置され、測定光から球面波を生成するための複数のピンホールを有するピンホールマスクと、
前記ピンホールマスク及び前記被検光学系を経た後の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、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・Ｐｇ２／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。
【請求項２】
前記複数のピンホールは、２次元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。
【請求項３】
前記ピンホールマスクは、反射型ピンホールマスクであることを特徴とする請求項１記載の測定装置。
【請求項４】
前記ピンホールマスクは、透過型ピンホールマスクであることを特徴とする請求項１記載の測定装置。
【請求項５】
前記回折格子は、２次元回折格子であることを特徴とする請求項１記載の測定装置。
【請求項６】
前記回折格子の格子ピッチをＰｇ、前記回折格子と前記被検光学系の像面との距離をＬｇ、前記被検光学系の像面と前記干渉縞を観察する観察部との距離をＬｃ、前記被検光学系の倍率をβとすると、前記複数のピンホールの間隔Ｐｐが、Ｐｐ＝（Ｐｇ／β）・（Ｌｃ／（Ｌｇ＋Ｌｃ））を満足することを特徴とする請求項１記載の測定装置。
【請求項７】
前記回折格子の格子ピッチをＰｇ、前記被検光学系の倍率をβとすると、前記複数のピンホールの間隔Ｐｐは、Ｐｐ＝Ｐｇ／βを満足することを特徴とする請求項１記載の測定装置。
【請求項８】
前記ピンホールマスクは、複数のピンホールで構成される複数のピンホール群を有し、
前記回折格子の格子ピッチをＰｇ、前記回折格子と前記被検光学系の像面との距離をＬｇ、前記被検光学系の像面と前記干渉縞を観察する観察部との距離をＬｃ、前記被検光学系の倍率をβとすると、前記複数のピンホール群の中心位置の間隔は、（Ｐｇ／β）・（Ｌｃ／（Ｌｇ＋Ｌｃ））又はＰｐ＝Ｐｇ／βを満足することを特徴とする請求項１記載の測定装置。
【請求項９】
前記ピンホール群を構成する複数のピンホールの間隔は、前記ピンホールを照明する光束のコヒーレンス係数が０となる距離であることを特徴とする請求項８記載の測定装置。
【請求項１０】
光源からの光を用いてレチクルに形成された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縞として検出する請求項１乃至９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。
【請求項１１】
請求項１乃至９のうちいずれか一項記載の測定装置を用いて被検光学系としての投影光学系の波面収差を算出するステップと、
算出された前記投影光学系の波面収差に基づいて、前記投影光学系を調整するステップと、
調整された前記投影光学系を使用して被処理体を露光するステップとを有することを特徴とする露光方法。
【請求項１２】
請求項１０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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。本発明の測定装置は、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。
【背景技術】
【０００２】
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５ｎｍ乃至２０ｎｍ程度）を用いた投影露光装置の実用化も検討されている。
【０００３】
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。
【０００４】
ＥＵＶ光に適用される投影光学系の波面収差を点回折干渉計（ＰＤＩ）のような高度なアライメントを必要とせず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（例えば、特許文献１参照）。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。
【０００５】
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測定用の光源は、小型の光源、特に、露光光源と共通にすることが望ましい。
【０００６】
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。
【０００７】
そこで、被検光学系の物体面に多数の反射ドットを配置して光利用効率を高くすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。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。そして、回折格子による次数の異なった回折光を互いに横ずらしした状態で干渉させた後、位相シフト法によって互いに横ずらしした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している。
【特許文献１】特開２００４−２１９４２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、位相シフト法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、上述した横ずらし方向を変え、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、横ずらしの間は、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。
【０００９】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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、測定光から球面波を生成するための複数のピンホールを有するピンホールマスクと、前記ピンホールマスク及び前記被検光学系を経た後の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、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・Ｐｇ２／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。
【００１１】
本発明の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に形成された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縞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。
【００１２】
本発明の更に別の側面としての露光方法は、上述の測定装置を用いて被検光学系としての投影光学系の波面収差を算出するステップと、算出された前記投影光学系の波面収差に基づいて、前記投影光学系を調整するステップと、調整された前記投影光学系を使用して被処理体を露光するステップとを有することを特徴とする。
【００１３】
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。
【００１４】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１５】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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説明する。
【実施例１】
【００１７】
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、及び、ピンホールマスク１０と回折格子板１４とを上から見た概略平面図である。測定装置１は、被検光学系１２の光学性能（特に、波面収差）を測定する測定装置である。測定装置１は、ピンホールマスク１０と、回折格子板１４と、検出部２０と、制御部３０とを有する。
【００１８】
ピンホールマスク１０は、被検光学系１２の物体面に配置され、測定光の球面波を生成するための複数のピンホール１０ａを有する。ピンホールマスク１０は、ＥＵＶ光を効率よく遮光するものでなければならず、Ｎｉなどが使われる。ピンホールマスク１０の厚みは、Ｎｉで１５０ｎｍ以上必要である。
【００１９】
ピンホール１０ａは、回折限界以下の径を有する。開口数（以下、ＮＡと記述）＝０.２６、倍率＝１／４倍のＥＵＶ露光光学系では、入射側のＮＡは０.０６５になり、この範囲の回折角を略無収差の回折光でカバーするためのピンホール１０ａの径は、１３．５／（２×０．０６５）＝１０４ｎｍとなる。後述するように、ピンホール１０ａは、反射型でも透過型でもよい。複数のピンホール１０ａ（ピンホールアレイ）の間隔は、照明光の空間的コヒーレンス長以上離れている。
【００２０】
ピンホールマスク１０が反射型の場合、例えば、シリコン又は硝子などの基板上に、モリブデンとシリコンの多層膜からなる反射膜と、その上にクロムなどの吸収層とを有し、かかる吸収層に反射層まで貫通する穴を設けた構造を有する。ピンホールマスク１０が透過型の場合、例えば、ニッケルなどの金属の自立膜に貫通穴を設けた構造を有する。
【００２１】
被検光学系１２の転写領域上の波面収差を測定しようとする点から遠い位置にあるピンホール１０ａを透過又は反射した光によって生じる干渉パターンは、距離が隔たるにつれて被検光学系１２の波面収差特性に応じて干渉パターン形状が徐々に変化する。従って、光が透過又は反射するピンホール１０ａの分布する領域は、被検光学系１２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。本実施形態では、ピンホールアレイの領域サイズＡは、被検光学系１２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程度にすることでこれを実現している。勿論、ピンホールアレイの領域サイズＡを上記領域より大きくしても照明領域ＩＡを上記限定に限定すれば同じ効果を得ることができる。
【００２２】
回折格子板１４は、２次元回折格子１５を有する。２次元回折格子１５は、被検光学系１２からの光を多数の回折光に分離し、像面ＩＳ上に複数の集光点を形成する回折格子である。図１では、２次元回折格子１５が発生する０次以外の回折光の図示を省略している。高いコントラストの干渉パターンを得るためにはタルボ効果が現れるように、２次元回折格子１５と像面ＩＳとの距離Ｌｇは、以下の数式１を満足する。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は整数である。
【００２３】
【数１】
2006332586.tif 000003
【００２４】
こうして得られた干渉縞は、一点破線で示した回折格子板１４の開口部の中心と０次回折光の集光点を通る直線上にある箇所の光強度の対称性を考慮すればわかるように、極大又は極小となり、図１では極大となっている。
【００２５】
検出部２０は、干渉パターンの観察手段である背面照射型のＣＣＤ等のディテクタ又はカメラである。
【００２６】
複数のピンホール１０ａの間隔を照明光の空間的コヒーレンス長以上離せば、各ピンホール１０ａを通った光は互いに干渉しない。従って、検出部２０上において、ピンホール１０ａからの光によって生じた多数の干渉パターンは、単に強度的に重ね合わせることができるので、各ピンホール１０ａへの照明光密度が弱くても検出部２０上では十分な光強度が得られる。更に、この際に干渉パターンの明暗の位置が互いに一致していれば、干渉パターンのコントラストを劣化させることなく、測定に十分な強度の干渉パターンが得られる。
【００２７】
回折格子板１４の開口部の中心と各ピンホール１０ａからの透過光の０次回折光の集光点を通る直線上では干渉パターンの明暗が一致するため、検出部２０の像面上でこれらの直線が一点に交わるようにすればよい。図１からわかるように、この条件を満足するためには、格子ピッチＰｇとピンホール像の周期Ｐｉとの関係が、以下の数式２を満たすようにすればよい。ここで、Ｌｃは、被検光学系１２の像面ＩＳから検出部２０までの距離である。
【００２８】
【数２】
2006332586.tif 000004
【００２９】
また、ピンホールアレイの周期Ｐｐは、以下の数式３を満足する。なお、βは、被検光学系１２の倍率である。
【００３０】
【数３】
2006332586.tif 000005
【００３１】
このため、周期Ｐｐは、以下の数式４を満足することによって、どのピンホール１０ａからの反射光又は透過光による干渉パターンの明暗位置も検出部２０上で一致させることができる。その結果、コントラストが劣化しない。
【００３２】
【数４】
2006332586.tif 000006
【００３３】
なお、図１では、２次元回折格子１５が像面ＩＳより上方に位置しているが、下方に位置してもよい。但し、その場合、Ｌｇは負数となる。
【００３４】
また、検出部２０が、像面ＩＳから十分距離が離れているのであれば、Ｌｃ／（Ｌｇ＋Ｌｃ）≒１として、以下の数式５に近似してもよい。
【００３５】
【数５】
2006332586.tif 000007
【００３６】
制御部３０は、検出部２０が検出したシアリング干渉情報を取得して、波面解析を行い、被検光学系１２の波面収差を算出する。
【００３７】
動作において、図示しない照明光学系は、ピンホールマスク１０の複数のピンホール１０ａを一括して照明し、複数の球面波を生成する。ピンホール１０ａを経た回折光は、被検光学系１２を照明し、被検光学系１２の収差の影響を受け、回折格子板１４を会して像面ＩＳ上で結像する。検出部２０上では、十分な光強度の干渉パターンを観察することができる。また、本実施形態では、２組の干渉パターンを観察する必要がないため、測定に長時間を要することを防止することができる。
【００３８】
このようにして得られた干渉パターンを制御部３０で処理することによって、被検光学系１２の波面を復元することができる。この復元法としては、例えば、まず回折格子板１４の直交する２方向の微分波面を求め、次に、これら各々の微分波面を上記２方向に積分した後に、これらを合成する方法がある。
【実施例２】
【００３９】
図１０は、測定装置１の別の実施形態であるピンホールマスク１１の構成を示す概略平面図である。測定装置１は、ピンホールマスク１０をピンホールマスク１１に置換することが可能である。ピンホールマスク１１は、ピンホールマスク１０と同様に、透過型でも反射型でもよい。ピンホールマスク１１の測定装置１における配置は、ピンホールマスク１０と同じである。
【００４０】
ピンホールマスク１１は、図１０に示すように、ピンホールマスク１０の各ピンホール１０ａの位置を中心として、複数のピンホール１１ａからなるピンホール群１１ｂを有する。ピンホールマスク１１は、ピンホールマスク１０と比較して、ピンホール１１ａの数が遥かに多いため、光の利用効率が更に高くなり、より少量の照明光での波面測定が可能となる。
【００４１】
ピンホール１１ａの間隔Ｌが短い場合、ピンホールの数を多くすることができ、光利用効率を高くすることができる。但し、ピンホール１１ａの距離Ｌをあまりに短くすると、近接するピンホールからの透過光又は反射光が互いに干渉し、これらの波面形状を乱してしまい、その結果、測定誤差を生じる。従って、近接するピンホールからの干渉性が十分に小さく、且つ、なるべく短い間隔にすることが望ましい。近接するピンホールからの干渉性を十分に小さくするためには、ピンホール１１ａの間隔Ｌをピンホール１１ａの照明光のコヒーレンス係数が０となる距離にすればよい。ピンホール１１ａの照明光のＮＡをＮＡｉ、波長をλとすると、コヒーレンス係数が０となる最短間隔は、０.６１×λ／ＮＡｉである。
【００４２】
図１１は、ＮＡｉ＝０.０５２、λ＝１３.５ｎｍとした場合のピンホールマスク１１上の２点のピンホール１１ａにおける距離とコヒーレンス係数の絶対値との関係を示すグラフである。図１１を参照するに、コヒーレンス係数が０となる距離は、０.１６μｍであることがわかる。また、ピンホール１１ａの間隔が一定であれば、図１０に示すように、ピンホール１１ａを正三角形格子状に配列するとピンホール１１ａの数を最も多くすることができ、光利用効率に関して効果的である。
【００４３】
図１２は、ピンホール１１ａをランダムに配置した例である。図１０の様に規則的に配した場合は、ピンホール群１１ｂが回折格子として働くので照明光が離散的に回折される。その結果、その回折角および照明光のＮＡより被検光学系１２の入射側ＮＡが大きい場合は、被検光学系１２の入射瞳全域に十分な強度の入射光が行き渡らないという事態が考えられる。その場合はピンホール１１aをランダムに配置すれば、照明光が離散的に回折することがなくなり被検光学系１２への入射光が入射瞳全域をカバーすることができる。
【００４４】
ピンホール群１１ｂの直径Ｄｗを大きくすると、ピンホール１１ａの総数が多くなり、より少量の照明光での波面測定が可能になるが、同時に、検出部２０で観察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とコントラストの劣化とを考慮して、適切にピンホール群１１ｂの直径Ｄｗを決める必要がある。ピンホール群１１ｂの直径Ｄｗの好適な一例を示す。ピンホール群１１ｂの間隔Ｐｐを３．５μｍとし、その０．６倍をピンホール群１１ｂの直径Ｄｗとした場合、干渉パターンのコントラストは実施例１の場合の６０％に劣化する。但し、ピンホール１１ａの間隔を上述した０．１６μｍにすれば、１つのピンホール群１１ｂには約１６０個のピンホール１１ａが存在し、実施例１と比較して約１６０倍の光強度の干渉画像が得られる。
【実施例３】
【００４５】
以下、図２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２は、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光を露光光として使用する。但し、本発明の露光装置１００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、ＥＵＶ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、ウェハ側ユニット１７０とを有する。
【００４６】
露光装置１００は、露光用の照明光として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（スキャナー）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ー工程に好適である。ＥＵＶ光は、大気に対する透過率が低いため、照明光学系１２０などは真空容器１０２に収納されている。
【００４７】
ＥＵＶ光源１１０は、ＥＵＶ光を発振する光源で、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、ＥＵＶ光源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。放電プラズマ光源は、真空中に置かれた電極周辺にガスを放出し、電極にパルス電圧を印加して放電を起こし高温のプラズマを発生させる。そして、かかるプラズマから放射される波長１３．５ｎｍ程度のＥＵＶ光を利用する。レーザープラズマ光源は、真空中に置かれたターゲット材に高強度のパルスレーザー光を照射し、高温のプラズマを発生させる。そして、かかるプラズマから放射される波長１３．５ｎｍ程度のＥＵＶ光を利用する。ターゲット材は、金属薄膜、不活性ガス、液滴などが用いられる。放射されるＥＵＶ光の平均強度を高くするためには、パルスレーザーの繰り返し周波数は高い方がよく、通常数ｋＨｚの繰り返し周波数で運転される。このように、測定装置１は露光光源を使用するために、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。
【００４８】
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、本実施形態では、平行変換光学系と、インテグレータ１２３と、開口絞り１２４、円弧光学系と、平面ミラー１２７と、平面ミラー１３０と、切り替え機構１３２とを有する。
【００４９】
平行変換光学系は、ＥＵＶ光源１１０からのＥＵＶ光を受光し、略平行光束に変換する機能を有し、凹面ミラー１２１と、凸面ミラー１２２と、平面ミラーとを有する。インテグレータ１２３は、複数の円筒反射面、ハエの目、魚燐状のハエの目などを有し、マスク１４０を均一に所定のＮＡで照明する。インテグレータ１２３は、切り替え機構１３２によって平面ミラー１３０と切り替え可能に構成され、露光時に光路上に配置される。インテグレータ１２３の反射面上には、その反射面に対して開口面がほぼ垂直に配置された開口絞り１２４が配置されている。開口絞り１２４は、有効光源の分布形状を規定し、被照明面であるマスク４０上の各点を照明する光の角度分布を規定する。円弧光学系は、インテグレータ１２３からの光束を円弧状に集光する機能を有し、凸面ミラー１２５と、凹面ミラー１２６とを有する。平面ミラー１２７は、円弧光学系の像側光束を、マスク１４０へはね上げて所定の角度で入射させる。平面ミラー１２７は、本実施形態では、被検光学系である投影光学系１５０の波面測定時において、入射角度が約６度に設定され、投影光学系１５０の物体側の対応する主光線とマスク面の法線とのなす角度と等しくなっている。
【００５０】
平面ミラー１３０は、切り替え機構１３２によって、投影光学系１５０の波面測定時にインテグレータ１２３と切り替えられて光路上に配置される。平面ミラー１３０で反射した後の光は、円弧光学系で反射し、投影光学系１３０の物体面に集光する。
【００５１】
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。本実施形態の露光装置１００はスキャナーであるため、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。
【００５２】
なお、投影光学系１５０の波面測定時には、測定装置１のピンホールマスク１０又は１１がマスク１４０の代わりに配置される。ピンホールマスク１０又は１１は、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。本実施形態では、ピンホールマスク１０を使用し、複数のピンホール１０ａは反射型ピンホールである。ピンホールマスク１０を反射した後の光は、投影光学系１５０を通過し、像面ＩＳで結像する。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
測定装置１の像面には、ウェハ側ユニット１７０が設けられている。ウェハ側ユニット１７０は、ウェハステージ１６２上に配置され、図３に示すように、回折格子板１４と、検出部２０とを有する。ここで、図３は、ウェハ側ユニット１７０の構成を示す概略断面図である。ウェハ側ユニット１７０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。回折格子板１４で回折された光は、検出部２０上で異なる次数の回折光が互いに横ずれした状態で重なり合うことで干渉パターンを生じる。かかる干渉パターンをＬＳＩの手法で解析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。
【００５８】
投影光学系１５０の波面を測定する際には、切り替え機構１３２は、インテグレータ１２３を平面ミラー１３０に切り替える。これにより、投影光学系１５０の物体面に円弧状に拡大されていた光をＥＵＶ光源１１０の中間集光点の像として集光させることができ、複数のピンホール１０ａを高強度の光で照明して光効率を改善することができる。なお、ピンホールマスク１１を使用した場合にも、同様の効果を得ることができる。
【００５９】
照明光学系１２０でピンホールマスク１０を照明し、複数のピンホール１０ａから射出して球面となっている波面を、投影光学系１５０を介して回折格子板１４で分割する。かかる回折光を干渉させて検出部２０で干渉パターンを得る。干渉パターンは、元の波面を微分したものに対応する。従って、制御部６０が、検出部２０で取得した干渉パターンを積分することによって、元の波面情報を取得する。
【００６０】
回折格子板１４をウェハステージ１６２又は別の位相シフト手段で移動させ、投影光学系１５０の画角内の数点で同様に収差測定を行うことで、投影光学系１５０の画角内の収差特性を測定する。その際、投影光学系１５０の円弧状転写領域内の任意の物点に集光スポットを移動させて波面収差を測定する。即ち、平面ミラー１３０を紙面と平面ミラー１３０自身に平行な（図２に点線で示す）軸の周りに回転させると共に、折り曲げミラー１２７を紙面に垂直な軸の周りで回転させる。平面ミラー１３０を回転させることによって集光スポットは、図２の紙面の左右方向に移動する。更に、転写領域内の測定位置に、ピンホール１０ａ及びウェハ側ユニット１７０を、レチクルステージ１４２及びウェハステージ１６２によって移動させる。
【００６１】
干渉パターンから位相情報を取得する方法としては、１つの干渉パターンを用いた電子モアレ法を使用することが可能である。また、ウェハ側ユニット１７０を光軸に垂直な方向に走査しながら検出部２０によって干渉パターンを複数取得することで、所謂、フリンジスキャン法で位相を取得することも可能である。走査する距離は、回折格子板１４の回折ピッチ程度であり、本実施形態では、ミクロンオーダーである。走査時は、回折格子板１４と検出部２０とが同時に走査されるが、検出部２０の撮像領域が数ｍｍのオーダーであるため、走査しても、干渉パターンは検出部２０の撮像領域内に収まる。
【００６２】
実施例３では、インテグレータ１２３を平面ミラー１３０に切り替えたが、複数のインテグレータを使用する他の実施例では、全てのインテグレータを平面ミラーに切り替えてピンホールマスク１０又は１１を高強度で照明することが好ましい。
【実施例４】
【００６３】
以下、図４を参照して、本発明の別の側面としての露光装置１００Ａについて説明する。ここで、図４は、露光装置１００Ａの構成を示す概略ブロック図である。露光装置１００Ａは、ピンホールマスク１０のピンホール１０ａを透過型ピンホールにして製造を容易にしている点で露光装置１００と相違する。透過型ピンホールの場合は、光束をピンホールマスク１０よりも上方から引き回す必要がある。このため、本実施形態の露光装置１００Ａは、マスク側ユニット１４４を有する。なお、露光装置１００Ａは、ピンホールマスク１１を使用しても同様の効果を得ることができる。図４において、図２と同様の部材には同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００６４】
マスク側ユニット１４４は、専用のテストレチクル上に配置してもよいし、マスクステージ１４２上に配置してもよい。図５は、マスク側ユニット１４４の構成を示す概略断面図である。図５において、マスク側ユニット１４４の光線角度は説明の便宜上、大きな角度となっている。マスク側ユニット１４４は、透過型のピンホール１０ａを有するピンホールマスク１０と、折り曲げミラー９とを有する。折り曲げミラー９は、ＥＵＶ光をピンホールマスク１０側に折り曲げる。
【００６５】
図６を参照して、折り曲げミラー９とピンホールマスク１０との間隔と光線のケラレについて説明する。物体側のＮＡを０．０６２５、主光線角度を６度とし、折り曲げミラー９とピンホールマスク１０との間隔をｚ０とする。主光線をｙ＝ａｘの直線（ａ＝ｔａｎ（９０度−６度））、最端部の光線をそれぞれｙ＝ｂｘ、ｙ＝ｃｘとする。
【００６６】
照明光学系１２０からのＥＵＶ光は、マスク側ユニット１４４の折り曲げミラー９で反射され、透過型のピンホール１０ａが配置されたピンホールマスク１０のパターン面に集光する。このとき、ピンホールマスク１０のパターン面における集光点と照明光学系１２０からの光束が十分離されている必要がある。換言すれば、ｙ＝ｃｘの直線と集光点とが空間的に離れていなくてはならない。透過型のピンホール１０ａが反射面に対してｚ０の距離の位置にある場合の光束分離距離Δの関係を図７のグラフに示す。図７を参照するに、投影光学系１５０の像側ＮＡが０．２５（物体側ＮＡ０．０６２５）でも、折り曲げミラー９とピンホール１０ａを１０ｍｍ程度離せば、光束は１ｍｍ以上分離可能であることがわかる。
【実施例５】
【００６７】
実施例３において、円弧光学系から投影光学系１５０の物体面までの距離は、図５のマスク側ユニット１４４内の折り曲げミラー９による折り曲げ分だけ長くなる。このため、照明光学系１２０からの光束は、ピンホールマスク１０の手前で中間集光点の像を結像することになり、ピンホールマスク１０上では光密度が小さくなる。本実施形態では、かかる問題を解決するために、平面ミラー１３０の代わりに負のパワーを持った凸面ミラーを採用する。これにより、集光位置までの距離が長くなり、レチクルユニット１４４で折り曲げミラー９を用いても、ピンホールマスク１０上に光を集光させることが可能となる。
【実施例６】
【００６８】
以下、本発明の露光方法（収差補正とそれに続く露光）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が光軸方向及び／又は光軸直交方向へ移動可能になっている。不図示の収差調節用の駆動系は、本実施形態により得られる収差情報に基づいて、一又は複数の光学素子を駆動し、投影光学系１５０の一又は複数値の収差（特に、ザイデルの５収差）を補正したり、最適化したりすることができる。また、投影光学系１５０の収差を調整する手段は、可動レンズ以外に、可動ミラー（光学系がカタディオプトリック系やミラー系のとき）、傾動できる平行平面板、圧力制御可能な空間、アクチュエータによる面補正など様々な公知の技術を適用できる。
【００６９】
露光において、ＥＵＶ光源１１０から射出されたＥＵＶ光は、照明光学系１２０によりレチクル１４０を均一に円弧照明する。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。
【実施例７】
【００７０】
次に、図８及び図９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８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。
【００７１】
図９は、図８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。
【００７２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の一側面としての測定装置の構成を示す概略断面図である。
【図２】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。
【図３】図２に示すウェハ側ユニットの構成を示す概略断面図である。
【図４】図２に示す露光装置の変形例である露光装置の構成を示す概略ブロック図である。
【図５】図４に示すマスク側ユニットの構成を示す概略断面図である。
【図６】図５に示すマスク側ユニットに入射する光と反射光との関係を示す光路図である。
【図７】ピンホールマスクと折り曲げミラーとの距離と照明光の光束分離距離との関係を示すグラフである。
【図８】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９】図８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。
【図１０】図１に示す測定装置の別の実施形態であるピンホールマスクの構成を示す概略平面図である。
【図１１】ＮＡ＝０.０５２、λ＝１３.５ｎｍとした場合の図１０に示すピンホールマスク上の２点のピンホールにおける距離とコヒーレンス係数の絶対値との関係を示すグラフである。
【図１２】図１０に示したピンホールマスクの構成においてピンホール配置をランダムにした場合を示す平面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１                測定装置
１０              ピンホールマスク
１０ａ            ピンホール（ピンホールアレイ）
１１              ピンホールマスク
１１ａ            ピンホール
１１ｂ            ピンホール群
１２              被検光学系
１４              回折格子板
１５              ２次元回折格子
２０              検出部
１００            露光装置
１４０            マスク
１５０            投影光学系（被検光学系）
１６０            ウェハ（被処理体）
【図９】
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【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１０】
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【図１１】
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【図１２】
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