(57)【要約】【課題】回折格子で発生する収差を測定可能な波面収差測定装置を提供する。【解決手段】波面収差測定装置は、球面波を発生させる第１の光学部１１を複数有する第１のマスク１０と、該第１のマスクを介して被検光学系３０を経た光を分割する回折格子４０と、該回折格子からの分割光が相互に干渉することにより形成される干渉パターンに基づいて被検光学系の波面収差に関する情報を生成する演算部５１とを有する。該装置には、球面波を発生させる第２の光学部２１を複数有し、被検光学系と回折格子との間の光路の内外に移動可能な第２のマスク２０が設けられる。演算部は、該第２のマスクが該光路内に配置された状態で得られる第１の干渉パターンと該第２のマスクが該光路外に配置された状態で得られる第２の干渉パターンとに基づいて、回折格子で生じる収差が補正された被検光学系の波面収差に関する情報を生成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
球面波を発生させる第１の光学部を複数有する第１のマスクと、前記第１のマスクを介して被検光学系を経た光を分割する回折格子と、前記回折格子からの分割光が相互に干渉することにより形成される干渉パターンに基づいて前記被検光学系の波面収差に関する情報を生成する演算部とを有する波面収差測定装置であって、
球面波を発生させる第２の光学部を複数有し、前記被検光学系と前記回折格子との間の光路の内外に移動可能な第２のマスクを有し、
前記演算部は、前記第２のマスクが前記光路内に配置された状態で得られる第１の干渉パターンと該第２のマスクが前記光路外に配置された状態で得られる第２の干渉パターンとに基づいて、前記回折格子で生じる収差が補正された前記被検光学系の波面収差に関する情報を生成することを特徴とする波面収差測定装置。
【請求項２】
球面波を発生させる第１の光学部を複数有する第１のマスクと、前記第１のマスクを介して被検光学系を経た光を分割する回折格子と、前記回折格子からの分割光が相互に干渉することにより形成される干渉パターンに基づいて前記被検光学系の波面収差に関する情報を生成する演算部とを有する波面収差測定装置であって、
球面波を発生させる第２の光学部を複数有し、前記被検光学系と前記回折格子との間の光路の内外に移動可能な第２のマスクを有し、
前記演算部は、前記第２のマスクが前記光路内に配置された状態で得られる干渉パターンに基づいて、前記回折格子で生じる収差に関する情報を生成することを特徴とする波面収差測定装置。
【請求項３】
前記第１の干渉パターンを得る場合に、前記第１のマスクに代えて、第３のマスクを用い、
該第３のマスクにおいて光を前記被検光学系に向けて射出する光学領域の大きさが、前記第１のマスクの前記複数の第１の光学部が形成された領域の大きさよりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の波面収差測定装置。
【請求項４】
前記第３のマスクは、前記光学領域の内側に光を前記被検光学系に向けて射出する複数の第３の光学部を有し、
個々の該第３の光学部の大きさが、個々の前記第１の光学部の大きさよりも大きいことを特徴とする請求項３に記載の波面収差測定装置。
【請求項５】
前記複数の前記第２の光学部は、前記回折格子の格子周期と同じ周期で配置されていることを特徴する請求項１から４のいずれか１つに記載の波面収差測定装置。
【請求項６】
光源からの光を用いてマスク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に関する情報を生成する請求項１から５のいずれか１つに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７】
請求項６に記載の露光装置を用いて被処理体を露光する工程と、
露光された前記被処理体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。
【請求項８】
第１のマスクに設けられた複数の第１の光学部で球面波を発生させ、該球面波を被検光学系に入射させ、該被検光学系を経た光を回折格子で分割し、該回折格子からの分割光が相互に干渉することにより形成される干渉パターンに基づいて前記被検光学系の波面収差に関する情報を生成する波面収差測定方法であって、
球面波を発生させる第２の光学部を複数有する第２のマスクを前記被検光学系と前記回折格子との間の光路内に配置した状態で第１の干渉パターンを得る工程と、
前記第２のマスクを前記光路外に配置した状態で第２の干渉パターンを得る工程と、
前記第１及び第２の干渉パターンに基づいて、前記回折格子で生じる収差が補正された前記被検光学系の波面収差に関する情報を生成する工程とを有することを特徴とする波面収差の測定方法。
【請求項９】
第１のマスクに設けられた複数の第１の光学部で球面波を発生させ、該球面波を被検光学系に入射させ、該被検光学系を経た光を回折格子で分割し、該回折格子からの分割光が相互に干渉することにより形成される干渉パターンに基づいて前記被検光学系の波面収差に関する情報を生成する波面収差測定方法であって、
球面波を発生させる第２の光学部を複数有する第２のマスクを前記被検光学系と前記回折格子との間の光路内に配置する工程と、
前記第２のマスクを前記光路内に配置した状態で得られる干渉パターンに基づいて、前記回折格子で生じる収差に関する情報を生成する工程とを有することを特徴とする波面収差の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波面収差測定装置に関し、例えばレチクル（マスク）上のパターンを被処理体に投影する投影光学系（被検光学系）の波面収差を測定する測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子等をフォトリソグラフィで製造する際にレチクルに形成されたパターンを投影光学系を介して被露光体（被処理体）に露光する投影型露光装置が従来使用されている。そして、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波長５〜２０ｎｍ程度のＥＵＶ（Extreme Ultraviolet）光を用いた投影型露光装置の実用化も検討されている。
【０００３】
レチクルパターンを特定の倍率で正確に被露光体に転写するために、投影光学系には収差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必要がある。
【０００４】
ＥＵＶ用の投影光学系の波面収差を高精度に測定する方法としては、点回折干渉計（以下、ＰＤＩという）や、ＰＤＩのような高度なアライメントを必要としない横シアリング干渉計が提案されている。
【０００５】
シアリング干渉計においては、被検光学系の物体面に設けられた１個のピンホールから射出される球面波を被検光学系に入射させる。被検光学系から射出する光の波面は被検光学系の収差により変形される。被検光学系の下には回折格子が配置されており、被検光学系からの射出光が回折格子により各次数の回折光として分離される。これらの回折光から特定次数の回折光だけを取り出して干渉させるシアリング干渉計が特許文献１にて開示されている。また、全回折光を干渉させるシアリング干渉計が非特許文献１にて開示されている。
【０００６】
シアリング干渉計では、一般に、被検光学系を通過した光は被検光学系の波面収差を含む。さらに、この光には、回折格子によって回折する際に新たな波面収差が重畳される。ここで重畳される波面収差を回折格子収差という。
【０００７】
回折格子収差の発生原因としては、（ｉ）回折格子に入射する光束が平行光束ではなく、収束光束又は発散光束であること、（ii）回折格子の姿勢に誤差があること、（iii）回折格子の周期性に製造上の誤差があること、が挙げられる。
【０００８】
回折格子収差は、被検光学系の波面収差の測定誤差になるので、精度の高い波面収差測定を実現するためには、回折格子収差を除去する校正手段が必要である。このような校正方法としては、特許文献１にて開示されたシアリング干渉計に適した特許文献２にて開示された校正方法がある。また、非特許文献１にて開示されたシアリング干渉計に適した特許文献３にて開示された校正方法がある。
【０００９】
ただし、特許文献１及び非特許文献１にて開示されたシアリング干渉計では、物体面に設けられた１個のピンホールから測定に十分な強度の回折光を得るには、高い照度で該ピンホールを照明する必要がある。このため、高輝度の光源からの光をこのピンホールに集光する必要がある。
【００１０】
光源としては、現在一般的に利用できるのは、電子蓄積リングに挿入されたアンジュレータ光源であるが、これは巨大な設備であるため、露光装置の組立ライン及び露光装置の使用場所で利用することは難しい。このため、波面測定用の光源として小型の露光光源を共用できることが好ましい。特許文献４、特許文献５には、これを実現する方法が開示されている。具体的には、物体面に多数のピンホールを特定の配列に従って配置することで、光の利用効率を高めている。この結果、露光光源として使用されているプラズマ光源のような低輝度光源を利用してシアリング干渉計による投影光学系の波面収差の測定を可能にしている。
【特許文献１】特開２００５−１５９２１３号公報（段落００２０〜００３０、図１〜図５等）
【特許文献２】特開２００５−３５１８３３号公報（段落００２５〜００３３、図１等）
【特許文献３】特開２００５−２９４４０４号公報（段落０００９〜００１４、図１，２等）
【特許文献４】特開２００６−１９６６９９号公報（段落００２３〜００５０、図１，２等）
【特許文献５】特開２００６−３３２５８６号公報（段落００１７〜００２３、図１等）
【非特許文献１】Patrik  P.  Naulleau  and  Kenneth  A.  Goldberg,  J.  Vac. Sci.  Technol.  B  18(6),(2000)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、物体面に多数のピンホールを特定の配列に従って配置することで光利用効率を高めたシアリング干渉計おいても、使用する回折格子で回折格子収差が発生するため、それが被検光学系の波面収差の測定精度を劣化させる。したがって、高い波面収差の測定精度を実現するには、回折格子収差の影響を補正する校正手段が必要である。
【００１２】
本発明は、回折格子収差を測定可能な波面収差測定装置、これを備えた露光装置及び波面収差測定方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一側面としての波面収差測定装置は、球面波を発生させる第１の光学部を複数有する第１のマスクと、該第１のマスクを介して被検光学系を経た光を分割する回折格子と、該回折格子からの分割光が相互に干渉することにより形成される干渉パターンに基づいて被検光学系の波面収差に関する情報を生成する演算部とを有する。該装置には、球面波を発生させる第２の光学部を複数有し、前記被検光学系と前記回折格子との間の光路の内外に移動可能な第２のマスクを設けられる。そして、演算部は、該第２のマスクが該光路内に配置された状態で得られる第１の干渉パターンと該第２のマスクが該光路外に配置された状態で得られる第２の干渉パターンとに基づいて、回折格子で生じる収差が補正された被検光学系の波面収差に関する情報を生成することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の他の側面としての波面収差測定装置は、球面波を発生させる第１の光学部を複数有する第１のマスクと、該第１のマスクを介して被検光学系を経た光を分割する回折格子と、該回折格子からの分割光が相互に干渉することにより形成される干渉パターンに基づいて被検光学系の波面収差に関する情報を生成する演算部とを有する。該装置は、球面波を発生させる第２の光学部を複数有し、被検光学系と回折格子との間の光路の内外に移動可能な第２のマスクを有する。そして、演算部は、第２のマスクが該光路内に配置された状態で得られる干渉パターンに基づいて、回折格子で生じる収差に関する情報を生成することを特徴とする。
【００１５】
なお、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、該パターンを被処理体に投影する投影光学系と、光源からの光を用いて投影光学系の波面収差に関する情報を生成する上記測定装置とを有する露光装置も本発明の他の側面を構成する。
【００１６】
また、上記露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、露光された被処理体を現像するステップとを有するデバイス製造方法も本発明の他の側面を構成する。
【００１７】
さらに、本発明の他の側面である波面収差測定方法は、第１のマスクに設けられた複数の第１の光学部で球面波を発生させ、該球面波を被検光学系に入射させ、該被検光学系を経た光を回折格子で分割し、該回折格子からの分割光が相互に干渉することにより形成される干渉パターンに基づいて被検光学系の波面収差に関する情報を生成する。該方法は、球面波を発生させる第２の光学部を複数有する第２のマスクを被検光学系と回折格子との間の光路内に配置した状態で第１の干渉パターンを測定する工程と、第２のマスクを該光路外に配置した状態で第２の干渉パターンを測定する工程とを含む。そして、該方法は、第１及び第２の干渉パターンに基づいて、回折格子で生じる収差が補正された被検光学系の波面収差に関する情報を生成する工程を有することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の他の側面である波面収差測定方法は、第１のマスクに設けられた複数の第１の光学部で球面波を発生させ、該球面波を被検光学系に入射させ、該被検光学系を経た光を回折格子で分割し、該回折格子からの分割光が相互に干渉することにより形成される干渉パターンに基づいて被検光学系の波面収差に関する情報を生成する。該方法は、球面波を発生させる第２の光学部を複数有する第２のマスクを被検光学系と回折格子との間の光路内に配置する工程と、該第２のマスクが該光路内に配置された状態で得られた干渉パターンに基づいて、回折格子で生じる収差に関する情報を生成する工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、第２のマスクの光路への挿抜に応じて得られた干渉パターンから回折格子収差が補正された被検光学系の波面収差に関する情報を生成することができる。また、第２のマスクを光路に挿入した状態で得られた干渉パターンから回折格子収差に関する情報を生成することができる。したがって、被検光学系の高精度な波面収差の測定が可能になる。さらに、露光光源のような低輝度の光源を利用して、投影光学系の波面収差の高精度な評価を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。
【００２１】
まず、本発明の実施例である波面収差測定方法について説明する。シアリング干渉計としての波面収差測定装置は、被検光学系の物体面に配置され、測定光から球面波を発生させる複数のピンホール（第１の光学部）を有する物体側ピンホールマスク（第１のマスク）を有する。また、物体側ピンホールマスクを介して被検光学系を経た測定光を分割する回折格子を有する。そして、該回折格子による分割光を相互に干渉させることにより形成される干渉縞（干渉パターン）から被検光学系の波面収差を算出する。
【００２２】
さらに、本実施例の波面収差測定装置は、回折格子にて発生する測定誤差を除去するために、以下に説明する校正手段を有する。
【００２３】
回折格子は、被検光学系の像面よりも下流であって、タルボ（トールボットともいう）効果が現れる位置に配置されることで干渉画像に明瞭な多数本の干渉縞を生じさせる。ここで得られた干渉縞を解析することで、回折格子に起因する誤差、すなわち回折格子収差を含んだ測定波面Ｗ１を得る。
【００２４】
シアリング干渉計の干渉縞から波面を復元する（回復させる）方法は、非特許文献１等に開示されている。
【００２５】
この計測の事前又は事後に、被検光学系と回折格子との間の光路内における被検光学系の像面位置に、校正マスク（第２のマスク）を配置する。校正マスクは、被検光学系と回折格子との間の光路の内外に移動可能である。
【００２６】
校正マスクは、透過光から球面波を発生させるピンホール（第２の光学部）を複数有する。校正マスクのピンホールは、透過光が理想的球面波と見なせるほどの小径のピンホールである。このように校正マスクを設置した状態で同様の波面計測を行い、得られた波面をＷ０とする。
【００２７】
波面Ｗ１は、被検光学系の波面収差Ｗと回折格子収差を含むが、波面Ｗ０は被検光学系の波面収差を含まない。すなわち、波面Ｗ０は、回折格子収差を表す。このため、回折格子収差が補正された被検光学系の波面Ｗを、Ｗ＝Ｗ１−Ｗ０として求めることができる。
【００２８】
なお、実施例においては、波面収差や回折格子収差を算出する又は測定すると説明する。しかし、算出等されるのは波面収差や回折格子収差そのものでなくてもよく、波面収差や回折格子収差に対応した又はこれらを含む情報、言い換えれば、波面収差に関する情報や回折格子で生ずる収差に関する情報であればよい。また、「算出する」や「測定する」は、「生成する」と同義である。
【実施例１】
【００２９】
以下、本発明のより具体的な実施例における被検光学系の波面収差を測定する波面収差測定装置の構成について説明する。
【００３０】
図１及び図２には、本発明の実施例である波面収差測定装置の基本構成を示す。まず、図１には、被検光学系３０の波面収差を測定する際の基本構成を示す。図１の構成では、校正マスク２０は光路外に退避しているので、測定した波面Ｗ１は、被検光学系３０の波面収差Ｗと回折格子収差Ｗｇとを含む。すなわち、Ｗ１＝Ｗ＋Ｗｇの関係が成り立つ。
【００３１】
一方、図２には、回折格子４０で発生する回折格子収差を測定する際の基本構成を示す。図２の構成で測定される波面Ｗ０は、光路内に配置された校正マスク２０のピンホールの作用により被検光学系３０の波面収差Ｗは含まず、回折格子収差Ｗｇのみを含む。すなわち、Ｗ０＝Ｗｇの関係が成り立つ。
【００３２】
したがって、図１の構成で測定した波面Ｗ１から、図２の構成で測定した波面Ｗ０を差し引くことで被検光学系７の波面収差のみを得ることができる。
【００３３】
回折格子収差Ｗｇは、一度測定してメモリ等の記憶装置に記憶しておけば、回折格子を交換しない限り被検光学系の測定ごとに測定する必要はない。なお、被検光学系３０は、ＥＵＶ露光装置用投影光学系の場合は、通常６枚から８枚のミラーで構成されるが、図では略記している。
【００３４】
次に、被検光学系３０の波面収差Ｗと回折格子収差Ｗｇの合成波面である波面Ｗ１の測定原理について説明する。
【００３５】
物体側ピンホールマスク１０は、被検光学系３０の物体面に配置され、光を反射して射出する領域である光学部としての複数のピンホール１１を有する。図３には、物体側ピンホールマスク１０を照明光（測定光）の照射側から見た図である。
【００３６】
ピンホール１１は、照明光が照射されるとそこで発生する回折光の波面が無収差球面となるような直径を有する。一般に、ピンホール直径Ｄと開口数（以下、ＮＡと記す）と回折光の波長λが、
Ｄ≦λ／（２ＮＡ）
を満たせば、回折光は無収差球面と見なすことができる。
【００３７】
被検光学系３０の像面側のＮＡが０．２６で、倍率が１／４倍の場合は、入射側のＮＡは０．０６５になる。この場合、照明光の波長λを１３．５ｎｍとすれば、この範囲の回折角を無収差の回折光でカバーするためのピンホール１１の直径は、１３．５／（２×０．０６５）＝１０４ｎｍ以下である。なお、以下の説明でも、特に断りのない限り、照明光の波長は１３．５ｎｍとする。
【００３８】
ただし、ピンホール直径を小さくすると回折光の強度も減少するので、ピンホール直径としては１００ｎｍ程度が好ましい。
【００３９】
複数のピンホール１１の間隔Ｐｐは、それらからの回折光が互いに干渉しないように、照明光の空間的コヒーレンス長以上に設定される。
【００４０】
図４には、照明光ＮＡ＝０．０５２とした場合の距離（間隔Ｐｐ）とコヒーレンス係数の絶対値との関係を示す。図４から分かるように、照明領域において０．１６μｍ以上離れた２点からの回折光は、コヒーレンス係数が小さくなるので殆ど干渉しない。この場合、０．１６μｍがコヒーレンス長となる。
【００４１】
物体側ピンホールマスク１０は、図３には反射型を示しているが、透過型であってもよい。反射型の場合は、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層として形成されたクロムなどの吸収層とを有する。そして、該吸収層に反射層まで貫通する穴をピンホールとして設ける。透過型の場合は、ニッケルなどの光吸収率の大きい金属の自立膜に貫通穴をピンホールとして設ける。以下の説明では、物体側ピンホールマスク１０は反射型とする。
【００４２】
被検光学系３０の波面収差は、物体位置の変化に応じて連続的に変化する。したがって、複数のピンホール１１が形成された領域（ピンホール１１が分布する領域）は、被検光学系３０の収差が同一とみなせる領域に限定する必要がある。本実施例では、複数のピンホール１１が形成された領域Ａのサイズを、被検光学系３０の収差が同一とみなせる領域のサイズ、代表的には、直径０．１ｍｍから１ｍｍ程度に設定している。勿論、複数のピンホール１１が形成された領域Ａのサイズを上記被検光学系３０の収差が同一とみなせる領域より大きくしても、照明領域ＩＡを該被検光学系３０の収差が同一とみなせる領域に限定すれば同じ効果を得ることができる。
【００４３】
図１において、図示しない照明光学系は、物体側ピンホールマスク１０の複数のピンホール１１を一括して照明する。これにより、複数の球面波が生成される。
【００４４】
個々のピンホール１１により回折した無収差の球面波は、被検光学系３０を通過することで該被検光学系３０の波面収差を含むようになり、その状態で回折格子４０に達する。
【００４５】
回折格子４０は、入射した光を２次元的に複数の次数の回折光に分割する２次元回折格子である。図１では、回折格子４０が発生する０次以外の回折光の図示を省略している。
【００４６】
回折格子４０で生じた各次数の回折光は、互いに僅かに異なる方向に進行し、干渉パターンの観察手段である検出部５０に達する。検出部５０上では、それらの回折光が横ずれした状態で重なって干渉し、所謂シアリング干渉縞が生じる。
【００４７】
検出部５０は、背面照射型のＣＣＤセンサ等のディテクタ又はカメラである。高いコントラストの干渉縞を得るためのタルボ効果が現れるように、被検光学系３０の像面と回折格子４０との距離Ｌｇは、以下の式（１）を満足する。
【００４８】
なお、回折格子４０が被検光学系３０の像面の上流側であっても下流側であってもシアリング干渉縞は生じる。ただし、後述するように、校正マスクを像面に挿入して回折格子４０で発生する収差を測定することを考慮すると、回折格子は像面より下流に配置する必要がある。
【００４９】
Ｌｇ＝ｍ・Ｐｇ２／λ    …（１）
ここで、Ｐｇは回折格子４０の格子周期であり、λは測定光（照明光）の波長である。ｍは０以外の整数である。ｍを０以外としたのは、干渉縞にキャリアと呼ばれる細かな干渉縞を発生させることで、フーリエ変換法による波面回復を可能とするためである。フーリエ変換法では、位相シフト法と異なり、１枚の干渉画像から波面回復ができる。このため、位相シフト機構を設ける必要がなく、装置構成を簡素化できる。
【００５０】
シアリング干渉計におけるフーリエ変換法については、M.Takeda, S.Kobayashi, Appl.Opt., vol.23(1984),p.1760-1764“Lateral aberration measurements with a digital Talbot interferometer”に詳しく記載されている。
【００５１】
こうして得られた干渉縞において、図に点線で示した回折格子４０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は、対称性を考慮すれば分かるように、極大又は極小となる。図１では極大となっている。
【００５２】
ピンホール１１の間隔は、照明光の空間的コヒーレンス長以上に設定されているので、各ピンホール１１で反射した光は互いに干渉しない。したがって、検出部５０上においてピンホール１１からの光によって生じた多数の干渉パターンを、単に強度的に重ね合わせることができる。このため、各ピンホール１１への照明光密度が低くても、検出部５０上では十分な光強度が得られる。
【００５３】
さらに、このとき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。
【００５４】
各ピンホール１１の像と回折格子４０の開口部の中心を通る直線上ではそれぞれの干渉パターンの明暗の位置が一致する。このため、検出部５０の像面上でこれらの直線が一点に交わるようにすれば、干渉縞のコントラストは劣化しない。
【００５５】
図１から分かるように、この条件を満足するためには、格子周期Ｐｇとピンホール像の周期Ｐｉとの関係が、以下の式（２）を満たせばよい。
【００５６】
Ｐｉ＝Ｐｇ・Ｌｃ／（Ｌｃ−Ｌｇ）    …（２）
ここで、Ｌｃは、被検光学系３０の像面から検出部５０までの距離である。
【００５７】
また、ピンホール１１の周期Ｐｐは、被検光学系３０の倍率をβとすれば、以下の式（３）を満足する。
【００５８】
Ｐｐ＝Ｐｉ／β    …（３）
このため、周期Ｐｐは、以下の式（４）を満足することによって、どのピンホール１１からの反射光（透過型の場合は透過光）による干渉パターンの明暗位置も検出部５０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。
【００５９】
Ｐｐ＝（Ｐｇ／β）・Ｌｃ／（Ｌｃ−Ｌｇ）    …（４）
一例として、格子周期Ｐｇ＝０．８７μｍ、像面から検出部５０までの距離Ｌｃ＝３０ｍｍ、像面と回折格子４０との距離Ｌｇ＝１１２μｍ、被検光学系３０の倍率β＝０．２５である場合、ピンホール１１の周期Ｐｐは３．５μｍとなる。
【００６０】
検出部５０が像面から十分に離れているのであれば、Ｌｃ／（Ｌｃ−Ｌｇ）≒１として、ピンホール１１の周期Ｐｐを以下の式（５）で近似してもよい。
【００６１】
Ｐｐ＝Ｐｇ／β    …（５）
物体側ピンホールマスク１０の代わりに、図５に示す物体側ピンホールマスク６０を使えば光の利用効率が更に高くなり、より少ない光量の照明光での波面測定が可能となる。物体側ピンホールマスク６０は、それぞれ複数のピンホール６２を含む複数のピンホールエリア６１を有している。ピンホールエリア６１は、ピンホール１１と同じ周期Ｐｐで配列されている。物体側ピンホールマスク６０は、物体側ピンホールマスク１０と比較して、ピンホールの数が遥かに多いため、光の利用効率が高い。ピンホール６２間の間隔Ｌｐを短くすると、ピンホールの数を多くすることができるので光利用効率を高くすることができる。
【００６２】
ただし、間隔Ｌｐを短くし過ぎると、近接するピンホールからの反射光（透過型の場合は透過光）が互いに干渉して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。したがって、間隔Ｌｐは、近接するピンホールからの光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。
【００６３】
照明光ＮＡ＝０．０５２とした場合は、図４を参照すると、間隔Ｌｐをコヒーレンス係数が０となる距離である０．１６μｍにすればよいことがわかる。
【００６４】
また、ピンホールエリア６１の直径Ｄｗを大きくすると、ピンホール６２の総数が多くなり、より少ない光量の照明光を用いた波面測定が可能になる。ただし、その反面、検出部５０で観察される干渉パターンのコントラストが劣化する。したがって、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、適切にピンホールエリア６１の直径Ｄｗを決める必要がある。
【００６５】
直径Ｄｗの一例として、格子周期Ｐｇ＝０．８７μｍ、被検光学系３０の倍率β＝０．２５とし、干渉パターンのコントラストがピンホールマスク１０を用いる場合の６０％に低下することを許容すると、Ｄｗ＝２．１μｍとなる。このとき、ピンホール６２を上述した間隔Ｌｐ＝０．１６μｍで配列すれば、１つのピンホールエリア６１には約１６０個のピンホール６２が存在するので、物体側ピンホールマスク１０を使用した場合と比較して約１６０倍の光強度の干渉画像が得られる。
【００６６】
演算部５１は、検出部５０が検出した干渉パターンを取得して、フーリエ変換法による波面回復を行う。ここで得られた波面Ｗ１には、被検光学系３０の波面収差Ｗに誤差として回折格子収差Ｗｇが含まれる。
【００６７】
次に、回折格子収差Ｗｇである波面Ｗ０の測定原理を図２を用いて説明する。回折格子収差の測定時には、校正マスク移動機構２５によって、被検光学系３０から回折格子４０までの光路内における被検光学系３０の像面位置に校正マスク２０を挿入する。
【００６８】
図６には、校正マスク２０の構造の一例を示している。校正マスク２０には、光を透過して射出する領域である光学部としての複数のピンホール２１が設けられている。校正マスク２０は透過型で、ニッケル等の光吸収率の大きい金属の自立膜に貫通穴を設けた構造を有する。ピンホール２１は、透過光の波面が無収差球面となるような直径を有する。
【００６９】
前述したように、ピンホール直径ＤとＮＡと回折光の波長λがＤ≦λ／（２ＮＡ）を満たせば、回折光は無収差球面と見なすことができる。被検光学系３０の像面側のＮＡが０．２６の場合は、この範囲の回折角を無収差の回折光でカバーするためのピンホール２１の直径は、１３．５／（２×０．２６）＝２６ｎｍ以下である。
【００７０】
ただし、ピンホール直径を小さくすると回折光強度も減少するので、２６ｎｍ程度が好ましい。
【００７１】
また、複数のピンホール２１の間隔（周期）は、それらからの回折光が互いに干渉しないように、照明光の空間的コヒーレンス長以上に設定されている。
【００７２】
図７には、像面側ＮＡ＝０．２６の場合のピンホール２１の間隔とコヒーレンス係数の絶対値との関係を示す。図７から分かるように、照明領域で０．０３１μｍ以上離れた２点からの回折光は、コヒーレンス係数が小さくなるので殆ど干渉しない。この場合は、０．０３１μｍがコヒーレンス長となる。
【００７３】
ピンホール２１を周期的に配列し、その周期Ｐｒを上述した式（２）の右辺Ｐｇ・Ｌｃ／（Ｌｃ−Ｌｇ）で求められる値にすれば、図１の場合と同様に、個々のピンホール２１から発した光はそれぞれ、検出部５０上で明暗の位置が一致した干渉縞を生成する。したがって、コントラストが劣化することなく十分な強度の干渉縞が得られる。
【００７４】
通常は、被検光学系３０の像面と回折格子４０との間の距離Ｌｇと、被検光学系３０の像面から検出部５０までの距離Ｌｃとは、Ｌｇ＜＜Ｌｃの関係にある。このため、Ｌｃ／（Ｌｃ−Ｌｇ）≒１と近似すれば式（６）が成り立つ。したがって、回折格子周期Ｐｒを格子周期Ｐｇと等しくしてもよい。
【００７５】
Ｐｒ＝Ｐｇ    …（６）
一般に、ＥＵＶ光のシアリング干渉計に使用される回折格子の周期Ｐｇは、０．数μｍから数μｍであるので、校正マスク上のコヒーレンス長より十分大きく、異なるピンホールからの回折光が互いに干渉することはない。
【００７６】
このピンホール２１を通った光は無収差となるので、検出部５０上に現れる干渉縞は被検光学系３０の収差の影響を受けず、回折格子４０で発生する収差のみを反映する。演算部５１は、検出部５０が検出した干渉パターンを取得して、フーリエ変換法による波面回復を行う。ここで得られた波面Ｗ０は、被検光学系３０の波面収差Ｗを含まないので、回折格子収差Ｗｇのみを測定することができる。
【００７７】
なお、図２においては、図１にて物体面に設置された物体側ピンホールマスク１０に代えて、物体側窓マスク（第３のマスク）１５が用いられている。窓マスク１５は、ピンホールマスク１０においてピンホール１１が形成された領域Ａと同じ大きさかそれよりも大きい光学領域として１つの反射窓１６を形成したものである。
【００７８】
なお、ここでは、反射型窓マスクについて説明するが、窓マスクとしては光を透過させる透過窓が形成された反射型のマスクであってもよい。反射窓及び透過窓のいずれも、照明光を被検光学系に向けて射出する光学領域と言うことができる。
【００７９】
窓マスク１５を用いることで、ピンホールマスク１０を使用する場合と比較して光量の損失を抑えることができ、且つ物体側のマスクと像面側のマスクとの精密なアライメントが不要になる。
【００８０】
特に、反射窓１６の大きさを、ピンホールマスク１０においてピンホール１１が形成された領域Ａよりも大きくすることで、窓マスク１５のアラインメントを容易としつつ、回折格子収差の高精度な測定が可能となる。
【００８１】
なお、校正マスク２０に代えて、図８に示す校正マスク７０を用いてもよい。この場合、光の利用効率が更に高くなり、より少ない光量の照明光での回折格子収差の測定が可能となる。
【００８２】
校正マスク７０は、それぞれ複数のピンホール７２を含む複数のピンホールエリア７１を有している。ピンホールエリア７１は、校正マスク２０のピンホール２１と同じ周期（間隔）Ｐｒで配列されている。
【００８３】
校正マスク７０は、校正マスク２０と比較して、ピンホールの数が遥かに多いため、光の利用効率が高い。ピンホール７２の間隔Ｌｒを短くすると、ピンホールの数を多くすることができるので、光利用効率をより高くすることができる。
【００８４】
ただし、距離Ｌｒを短くしすぎると、近接するピンホールからの透過光が互いに干渉し、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。したがって、近接するピンホールからの光の干渉性を十分に小さくする必要がある。
【００８５】
像面側ＮＡ＝０．２６とした場合は、図７を参照すると、間隔Ｌｒをコヒーレンス係数が小さくなる０．０３１μｍ以上にすればよいことが分かる。ピンホールエリア７１の直径Ｄｒを大きくすると、ピンホール７２の総数が多くなり、より少ない光量の照明光での波面測定が可能になるが、その反面、検出部５０で観察される干渉パターンのコントラストが劣化する。したがって、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、適切にピンホールエリア７１の直径Ｄｒを決める必要がある。
【００８６】
直径Ｄｒの一例としては、格子周期Ｐｇ＝０．８７μｍ、被検光学系３０の倍率β＝０．２５とし、干渉パターンのコントラストが校正マスク２０を用いる場合の６０％に低下することを許容すると、Ｄｒ＝０．５３μｍとなる。ピンホール７２を０．０３１μｍの間隔で配列すれば、１つのピンホールエリア７１には約１６０個のピンホール７２が存在するので、校正マスク２０を使用した場合と比較して約１６０倍の光強度の干渉画像が得られる。
【００８７】
校正マスク２０，７０におけるピンホール２１又はピンホールエリア７１が形成された領域Ｂのサイズは、アラインメントを容易にするために、反射窓１６の像サイズと同じかそれよりも大きくしてもよい。
【実施例２】
【００８８】
本発明の実施例２である波面収差測定装置について説明する。本実施例では、実施例１で説明した物体側窓マスク１５に代えて、図９に示した物体側窓マスク１７を用いている。物体側窓マスク１７は、物体側ピンホールマスク１０に形成された各ピンホール１１より大きなサイズでピンホール１１と同じ周期Ｐｐで配列された複数の反射小窓（第３の光学部）１８を有している。なお、本実施例の物体側窓マスク１７は反射型であるが、これを透過型としてもよい。
【００８９】
内側に複数の反射小窓１８が形成された領域（光学領域）Ｃの大きさは、物体側ピンホールマスク１０において複数のピンホール１１が形成された領域Ａと同じかそれよりも大きい。特に、領域Ｃの大きさを領域Ａよりも大きくすることで、窓マスク１７のアラインメントを容易としつつ、回折格子収差の高精度な測定が可能となる。
【００９０】
さらに、各反射小窓１８の大きさは、各ピンホール１１の大きさよりも大きい。例えば、ピンホール１１の大きさを１００ｎｍとすると、反射小窓１８の直径を１μｍとするとよい。これにより、窓マスク１７のアラインメントをより容易とすることができる。
【００９１】
ここで、物体側窓マスク１７は、物体側窓マスク１５に比べて反射部分の総面積が小さい。このため、被検光学系３０に入射する光量が少なくなり、そこで発生する迷光を減少させることができる。
【００９２】
例えば、反射小窓１８の直径を１μｍとした場合、その配列周期が実施例１と同じ３．５μｍであれば、反射部分の面積比により、迷光は１６分の１に減少する。
【００９３】
本実施例では、実施例１で説明した校正マスク２０と校正マスク７０のどちらでも使用可能である。ただし、当然ながら、物体側窓マスク１７の反射小窓１８の結像位置がピンホール２１又はピンホールエリア７１に一致するようにアライメントする必要がある。
【００９４】
また、本実施例の場合は、校正マスク上では反射小窓１８の像の部分にしか光が照射されないので、校正マスク７０のようなピンホール配置にする必要はなく、マスク全面に間隔Ｌｒでピンホールが存在する校正マスク（不図示）であってもよい。この場合は物体側窓マスク１７と校正マスクのアライメントは不要になる。
【実施例３】
【００９５】
以下、図１０を用いて、本発明の実施例３である露光装置について説明する。露光装置１００は、ＥＵＶ光を露光光として使用する。但し、ＥＵＶ光以外の光を露光光としてしようしてもよい。
【００９６】
露光装置１００は、ＥＵＶ光源部１１０と、照明光学系１２０と、マスク（レチクル）１４０を載置するマスクステージ１４２と、投影光学系１５０と、被処理体であるウェハ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。
【００９７】
露光装置１００は、露光用の照明光としてＥＵＶ光を用いてマスクに形成された回路パターンをウェハ１６０に露光する投影型露光装置である。ＥＵＶ光は大気に対する透過率が低いため、照明光学系１２０等は真空容器１０２に収納されている。
【００９８】
ＥＵＶ光源１１０は、ＥＵＶ光を発振する光源で、ＸｅガスやＳｎ蒸気等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光源である。また、ＥＵＶ光源１１０として、ＸｅやＳｎに高出力パルスレーザを集光照射し、プラズマを発生させるレーザ励起型プラズマＥＵＶ光源を使用してもよい。
【００９９】
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、本実施例では、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。
【０１００】
平行変換光学系は、ＥＵＶ光源１１０からのＥＵＶ光を受光してこれを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、ハエの目又は魚燐状のハエの目反射面等を有し、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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
平面ミラー１２７は、円弧光学系の像側光束を、マスク１４０へはね上げるように反射して所定の角度で入射させる。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。
【０１０４】
マスク１４０は、反射型マスクであり、そこ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によって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。
【０１０５】
投影光学系１５０の波面測定時には、実施例１及び２で説明した測定装置の物体側ピンホールマスク１０又は物体側窓マスク１５，１７がマスク１４０の代わりに配置される。物体側ピンホールマスク１０又は物体側窓マスク１５，１７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。なお、物体側ピンホールマスク１０に代えて、物体側ピンホールマスク６０を用いてもよい。
【０１０６】
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、波面収差測定装置にとっては被検光学系である。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、該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、コンタミナント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は実施例１及び２で説明した波面収差測定装置を搭載しており、この要求を満足している。
【０１０７】
ウェハステージ１６２は、ウェハ１６０を支持及び駆動する。さらにウェハステージ１６２上には回折格子４０、校正マスク２０又は校正マスク７０及び校正マスク移動機構２５により構成されたウェハ側ユニット１７０も搭載されている。ウェハ側ユニット１７０は、光軸に垂直な方向に移動することが可能である。ウェハ１６０の露光時には、ウェハ側ユニット１７０は光路から退避する。
【０１０８】
投影光学系１５０の波面収差を測定する際には、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集光させることができ測定時の光効率を改善することができる。マスク１４０は物体側ピンホールマスク１０又は物体側窓マスク１５に置き換えられる。また、ウェハ１６０に代わってウェハ側ユニット１７０が光路上に位置している。この状態で実施例１で説明した手順で回折格子４０の収差の影響を受けた干渉画像とこれを受けない干渉画像とを採取する。そして、これらの画像に基づいて演算部５１（図８には図示せず）で投影光学系１５０の波面収差を取得する。
【実施例４】
【０１０９】
次に、図１１及び図１２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１１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センサ等）の製造を説明するためのフローチャートである。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
図１２は、図１１に示したステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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】
【０１２４】
【図１】本発明の実施例１である波面収差測定装置における被検光学系の波面収差を測定する際の光路図である。
【図２】上記測定装置における回折格子収差を測定する際の光路図である。
【図３】実施例１にて使用される物体側ピンホールマスクを示す平面図である。
【図４】実施例１において、ＮＡ＝０．０５２とした場合の物体側ピンホールマスク上での２点間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５】実施例１にて使用される群構造ピンホールを有する物体側ピンホールマスクを示す平面図である。
【図６】実施例１にて使用される校正マスクを示す平面図である。
【図７】実施例１においてＮＡ＝０．２６の場合の群構造ピンホールを有する物体側ピンホールマスク上での２点間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８】実施例１にて使用される群構造ピンホールを有する校正マスクを示す平面図である。
【図９】本発明の実施例２である波面収差測定装置において使用される物体側窓マスクを示す平面図である。
【図１０】本発明の実施例３である露光装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】上記露光装置を使用したデバイス製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図１２】図１１に示したステップ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】
【０１２５】
１０ 物体側ピンホールマスク
１１ ピンホール
１５ 物体側窓マスク
１６ 反射窓
２０ 校正マスク
２１ ピンホール
２５ 校正マスク移動手段
３０ 被検光学系
４０ 回折格子
５０ 検出部
５１ 演算部
６０ 物体側ピンホールマスク
６１ ピンホールエリア
６２ ピンホール
７０ 校正マスク
７１ ピンホールエリア
７２ ピンホール
【図１２】
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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９】
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【図１０】
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【図１１】
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