(57)【要約】【課題】装置を大がかりなものにすることなく、従来に比較して簡単に極短紫外線光学系の光学特性を測定することができる方法を提供する。【解決手段】ＥＵＶ波長域以外の所定の光源を有する照明光学系１から射出された照明光２は、マスクステージ３上に載置されたマスク４を照明する。マスク４には、予め所定の標準パターンが形成されている。標準パターンを通過した照明光２は、被検査体である極短紫外線光学系５に入射する。極短紫外線光学系５からの出射光６は、マスク４の標準パターンの像をウエハステージ７上に載置されたウエハ８の表面に結像する。ウエハ８の表面にはレジストが塗布されており、レジストを現像して、残ったレジストをマスクとしてウエハ８をエッチングするという周知のプロセスにより、マスク４の標準パターンの像を再現し、その形状を測定することにより、極短紫外線光学系のディストーションが測定できる。【選択図】　図１
2004134444.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
極短紫外線光学系の光学特性を測定する方法であって、光学特性の測定に使用する光として、極短紫外線以外の光を用いて測定を行うことを特徴とする極短紫外線光学系の光学特性測定方法であって、前記光学特性の測定に使用する光の波長が、１５０ｎｍ〜２５０ｎｍの範囲であることを特徴とする極短紫外線光学系の光学特性測定方法。
【請求項２】
極短紫外線光学系の光学特性を測定する方法であって、光学特性の測定に使用する光として、極短紫外線以外の光を用いて測定を行うことを特徴とする極短紫外線光学系の光学特性測定方法において、前記極短紫外線光学系に使用されているミラーの表面に形成される多層光学薄膜の代わりに、測定用の光学薄膜を形成して測定を行うことを特徴とする極短紫外線光学系の光学特性測定方法。
【請求項３】
請求項２に記載の極短紫外線光学系の光学特性測定方法であって、前記測定用光学薄膜は前記基板が耐性を持つエッチング方法に対してエッチング可能な材料を用いて形成されることを特徴とする極短紫外線光学系の光学特性測定方法。
【請求項４】
請求項３に記載の極短紫外線光学系の光学特性測定方法であって、前記ミラーを構成する材料が硝酸に対してエッチング耐性を有する材料で構成され、前記測定用光学薄膜は硝酸によりエッチング可能な材料で構成されることを特徴とする極短紫外線光学系の光学特性測定方法。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の極紫外線光学系の光学特性測定方法であって、前記ミラーを構成する基板がガラス、石英、又はセラミックスの少なくとも一つで構成され、前記測定用の光学薄膜が、銀又はアルミニウム、又はこれらを主成分とする材料で構成されていることを特徴とする極短紫外線光学系の光学特性測定方法。
【請求項６】
極短紫外線光学系の光学特性を測定する方法であって、光学特性の測定に使用する光として、極短紫外線以外の光を用いて測定を行うことを特徴とする極短紫外線光学系の光学特性測定方法において、前記極短紫外線光学系に使用されているミラーの表面に形成される多層光学薄膜の上に、測定用の光学薄膜を形成して測定を行うことを特徴とする極短紫外線光学系の光学特性測定方法。
【請求項７】
請求項６に記載の極短紫外線光学系の光学特性測定方法であって、前記測定用光学薄膜は前記基板及び多層光学薄膜が耐性を持つエッチング方法に対してエッチング可能な材料を用いて形成されることを特徴とする極短紫外線光学系の光学特性測定方法。
【請求項８】
請求項７に記載の極短紫外線光学系の光学特性測定方法であって、前記ミラーを構成する材料及び多層光学薄膜の表面を構成する材料が硝酸に対してエッチング耐性を有する材料で構成され、前記測定用光学薄膜は硝酸によりエッチング可能な材料で構成されることを特徴とする極短紫外線光学系の光学特性測定方法。
【請求項９】
請求項７又は請求項８に記載の極紫外線光学系の光学特性測定方法であって、前記ミラーを構成する基板がガラス、石英又はセラミックスのうち少なくとも一つで構成され、かつ、多層光学薄膜の表面がＳｉで構成されており、前記、前記測定用の光学薄膜が、銀又はアルミニウム、又はこれらを主成分とする材料で形成されていることを特徴とする極短紫外線光学系の光学特性測定方法。
【請求項１０】
請求項２から請求項９のうちいずれか１項に記載の極短紫外線光学系の光学特性測定方法であって、前記測定用の光学薄膜の膜厚分布を、前記多層光学薄膜において極短紫外線光が反射される際に受ける位相変化と同等の位相変化を生じるような膜厚分布とするものであることを特徴とする極短紫外線光学系の光学特性測定方法。
【請求項１１】
請求項２から請求項１０のうちいずれか１項に記載の極短紫外線光学系の光学特性測定方法であって、前記測定用の光学薄膜における前記光学特性の測定に使用する光の反射率を、前記多層光学薄膜における前記極短紫外線の反射率とほぼ等しくするものであることを特徴とする極短紫外線光学系の光学特性測定方法。
【請求項１２】
請求項２から請求項１１のうちいずれか１項に記載の極短紫外線光学系の光学特性測定方法であって、前記光学特性の測定に使用する光の波長が、１５０ｎｍ〜２５０ｎｍの範囲であることを特徴とする極短紫外線光学系の光学特性測定方法。
【請求項１３】
極短紫外線光学系の光学特性を測定する装置であって、極短紫外光線以外の波長を有する光を放出する光源と、所定の標準パターンが形成されたマスクと、前記光源からの光を、前記マスクに照射し、前記マスクを透過した光、又は前記マスクで反射された光を被測定対象である極短紫外線光学系に導く照明光学系と、前記被測定対象である極短紫外線光学系の結像面に設けられ、表面に感光部材が塗布された受光基板とを有することを特徴とする極短紫外線光学系の光学特性測定装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の極短紫外線光学系の光学特性測定装置における前記受光基板の代わりに、前記被測定対象である極短紫外線光学系の結像面における光の強度を２次元的に測定可能な光センサ機構が設けられていることを特徴とする極短紫外線光学系の光学特性測定装置。
【請求項１５】
請求項１から請求項１２のうちいずれか１項に記載の極短紫外線光学系の光学特性測定方法、又は請求項１３若しくは請求項１４に記載の極短紫外線光学系の光学特性測定装置を使用して、極短紫外線光学系の光学特性を測定し、その結果に応じて、前記極短紫外線光学系を構成する光学素子の面形状の修正、及び当該光学素子の設置位置の調整の少なくとも一方を行う工程を有することを特徴とする極短紫外線光学系の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は極短紫外線露光装置（ＥＵＶＬ）に用いられる投影光学系等、極短紫外線（ＥＵＶ：波長４．５ｎｍ〜３０ｎｍの光）光学系の光学特性の測定方法、測定装置、および極短紫外線光学系の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造用の露光装置においては、物体面としてのマスク面上に形成された回路パターンを、結像光学系を介してウエハ等の基板上に投影転写する。基板にはレジストが塗布されており、露光することによってレジストが感光し、レジストパターンが得られる。
【０００３】
露光装置の解像度ｗは、主に露光波長λと結像光学系の開口数ＮＡで決まり、次式で表される。
ｗ＝ｋλ／ＮＡ　　　ｋ：定数
従って、解像度を向上させるためには、波長を短くするかあるいは開口数を大きくすることが必要となる。現在、半導体の製造に用いられている露光装置は主に波長３６５ｎｍのｉ線を使用しており、開口数約０．５で０．５μｍの解像度が得られている。開口数を大きくすることは、光学設計上困難であることから、今後、解像度を更に向上させるためには、露光光の短波長化が必要となる。ｉ線より短波長の露光光としては、例えばエキシマレーザーがあげられ、その波長はＫｒＦエキシマレーザーで２４８ｎｍ、ＡｒＦエキシマレーザーで１９３ｎｍであるため、開口数を０．５とした場合、ＫｒＦエキシマレーザーでは０．２５μｍ、ＡｒＦエキシマレーザーでは０．１８μｍの解像度が得られる。そして、露光光としてさらに波長の短い極短紫外線（ＥＵＶ）を用いると、例えば波長１３ｎｍで０．１μｍ以下の解像度が得られる。
【０００４】
従来の露光装置は、主に光源と照明光学系と投影結像光学系で構成される。投影結像光学系は複数のレンズあるいは反射鏡等で構成され、マスク上のパターンをウエハ上に結像するようになっている。
【０００５】
一方、より高い解像度を得るために、ＥＵＶ用の投影光学系を設計しようとすると、視野が小さくなってしまい、所望の領域を一括で露光できなくなってしまう。そこで、露光の際に、マスクとウエハを走査することにより、小さな視野の投影光学系で２０ｍｍ角以上の半導体チップを露光する方法が採用されている。このようにすることで、極短紫外線投影露光装置でも、所望の露光領域を露光することができる。例えば、波長１３ｎｍのＥＵＶ光で露光する場合、投影光学系の露光視野を輪帯状にすることで、高い解像度を得ることができる。
【０００６】
極短紫外線投影露光装置の一部の概略図を図６に示す。装置は、主にＥＵＶ光源２１および照明光学系２２とマスク２４のステージ２５、投影光学系２３、ウエハ２６のステージ２７で構成される。マスク２４には描画するパターンの等倍あるいは拡大パターンが形成されている。投影光学系２３は複数の反射鏡２３ａ〜２３ｄ等で構成され、マスク２４上のパターンをウエハ２６上に結像するようになっている。反射鏡２３ａ〜２３ｄの表面には反射率を高めるための多層膜が形成されている。
【０００７】
投影光学系２３は輪帯状の視野を有し、マスク２４の一部をなす輪帯状の領域のパターンを、ウエハ２６上に転写する。マスク２４も反射型のものが用いられる。露光の際は、ＥＵＶ光源２１よりのＥＵＶ光２８ａを照明光学系２２によって照明用ＥＵＶ光２８ｂとし、マスク２４上に照明用ＥＵＶ光２８ｂを照射し、その反射ＥＵＶ光２８ｃを、投影光学系２３を通してウエハ２６上に入射させる。マスク２４とウエハ２６を一定速度で同期走査させることで、所望の領域（例えば、半導体チップ１個分の領域）を露光するようになっている。
【０００８】
このように、極短紫外線投影光学系を初めとする極短紫外線光学系においては、透明な硝材が得られないため、光学系はミラーを中心として構成されている。現在では、極短紫外線投影露光装置の投影光学系においては、図６に示すものと異なり６枚のミラーが使用されるようになってきている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このような極短紫外線光学系においては光学特性（例えば波面収差、ディストーション、像面湾曲）を所定の範囲のものとする必要がある。そのためには、このような光学系において、これらの特性を測定し、もし、所定値以内に入っていないような場合には、各光学素子（ミラー等）の形状を修正したり、各光学素子の取り付け方を変更する必要がある。よって、なんらかの極短紫外線光学系の特性を測定することが求められる。
【００１０】
極短紫外線光学系の波面収差、ディストーション、像面湾曲を測定する方法としては、一般的に干渉計を用いる方法が採用されている。この他、ディストーションについては、基準パターンを結像面に結像させることにより、像面湾曲については、基準パターンを結像面の位置を変えて結像面に結像させ、それらを比較することによっても求められる。
【００１１】
これらの測定において、従来は、実際に使用されるＥＵＶを、測定用の光として使用していた。しかしながら、一般にＥＵＶは真空中でしか使用できないため、測定装置の少なくとも一部を真空中に置かなければならないという問題点があった。
【００１２】
また、干渉計を使用して光学特性を測定する場合、波長と位相がそろったレーザ光を測定光として使用することが望ましいが、ＥＵＶ光源として一般的に使用されているものはプラズマから放出される光であり、このような特性を得るのが困難である。光源としてシンクロトロン放射光を使用すれば、ある程度レーザ光に近いものが得られるが、装置が非常に高価になるという問題点があった。
【００１３】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、装置を大がかりなものにすることなく、従来に比較して簡単に極短紫外線光学系の光学特性を測定することができる方法とそのための装置、さらには、これらの方法、装置を使用した極短紫外線光学系の製造方法を提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、極短紫外線光学系の光学特性を測定する方法であって、光学特性の測定に使用する光として、極短紫外線以外の光を用いて測定を行うことを特徴とする極短紫外線光学系の光学特性測定方法であって、前記光学特性の測定に使用する光の波長が、１５０ｎｍ〜２５０ｎｍの範囲であることを特徴とする極短紫外線光学系の光学特性測定方法（請求項１）である。
【００１５】
前述のように、極短紫外線光学系においては、光学素子として用いられるのは主としてミラーであり、レンズのような屈折光学素子は使用されていない。よって、極短紫外線光学系は、本質的に色収差の無い光学系であるということができる。本手段はこのことを利用したものである。すなわち、実際に使用されるＥＵＶと異なる波長の光を使用して測定を行っても、波長の違いによる影響が無く、実際に使用されるＥＵＶを使用した場合と同じ測定結果が得られる。
【００１６】
ＥＵＶと異なる波長の光を使用して光学特性の測定を行えば、例えば、真空中以外でも測定を行うことができるので、装置構成を簡単にすることができる。かつ、レーザ光を使用して測定を行うことができるので、正確な光学特性の測定を行うことができる。
【００１７】
また、一般に極短紫外線光学系に使用されるミラーの表面には、反射材として多層光学薄膜が形成される。この多層光学薄膜は、一般にＳｉとＭｏを交互に積層して得られる。このような多層光学薄膜の反射率は、可視光域では４０％程度に低下するが、１５０ｎｍ〜２５０ｎｍの波長域では、高いまま（波長１５０ｎｍで５０．３％、波長１９８ｎｍで５３．８％、波長２４８ｎｍで５４．１％程度）に維持される。そして、この波長域においては、Ｆ２レーザ（波長１５０ｎｍ）、ＡｒＦレーザ（波長１９８ｎｍ）、ＫｒＦレーザ（波長２４８ｎｍ）を光源として使用することができるので、既存の光源を使用して干渉計等により測定を行うことができる。
【００１８】
なお、多層光学薄膜は、膜はＳｉとＭｏを交互に積層して形成されることが多いが、Ｍｏの代わりにＲｕ，Ｒｈ等が使用されたり、又はＭｏやＲｕ，Ｒｈ等の化合物が使用されることがある。また、Ｓｉの代わりにＢｅ、Ｂ、Ｃ等が使用されたり、Ｓｉ、Ｂｅ、Ｂ、Ｃ等の化合物が使用されたりすることもある。このような場合でも本手段は有効に作用する。
【００１９】
前記課題を解決するための第２の手段は、極短紫外線光学系の光学特性を測定する方法であって、光学特性の測定に使用する光として、極短紫外線以外の光を用いて測定を行うことを特徴とする極短紫外線光学系の光学特性測定方法において、前記極短紫外線光学系に使用されているミラーの表面に形成される多層光学薄膜の代わりに、測定用の光学薄膜を形成して測定を行うことを特徴とする極短紫外線光学系の光学特性測定方法（請求項２）である。
【００２０】
ミラーの表面に形成される多層光学薄膜の厚さは、ほとんど極短紫外線光学系の光学的特性に寄与せず、大部分の光学的特性はミラーを構成する基板の形状によって決定される。本手段はこのような性質に着目したものであり、実際に使用される多層光学薄膜の代わりに、測定用の光学薄膜を形成して測定を行うものである。このようにすると、例えば紫外光域あるいは可視光域で反射率の高い材料を測定用の光学薄膜として使用することができ、エキシマレーザーあるいはＨｅ−Ｎｅレーザ等のごく普通に用いられている光源や、ＣＣＤ等の極普通に用いられている検出器を使用して極短紫外線光学系の光学特性を検出することができる。
【００２１】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第２の手段であって、前記測定用光学薄膜は前記基板が耐性を持つエッチング方法に対してエッチング可能な材料を用いて形成されることを特徴とするもの（請求項３）である。
【００２２】
本手段においては、測定用光学薄膜は前記基板が耐性を持つエッチング方法に対してエッチング可能な材料を用いて形成されるので、このエッチング方法を用いれば、基板に影響を与えることなく、測定用光学薄膜を剥離することが容易となる。
【００２３】
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第３の手段であって、前記ミラーを構成する材料が硝酸に対してエッチング耐性を有する材料で構成され、前記測定用光学薄膜は硝酸によりエッチング可能な材料で構成されることを特徴とするもの（請求項４）である。
【００２４】
本手段においては、硝酸をエッチング液として測定用光学薄膜を溶解除去できるので、簡単な方法で基板に影響を与えることなく、測定用光学薄膜を剥離することが容易となる。
【００２５】
前記課題を解決するための第５の手段は、前記第３の手段又は第４の手段であって、前記ミラーを構成する基板がガラス、石英、又はセラミックスの少なくとも一つで構成され、前記測定用の光学薄膜が、銀又はアルミニウム、又はこれらを主成分とする材料で構成されていることを特徴とするもの（請求項５）である。
【００２６】
銀は波長が３３０−６５０ｎｍの可視光に対して高い反射率（約５０−９８％）を有し、アルミニウムは波長が１５０−６５０ｎｍの可視光或いは紫外光に対して高い反射率（約９０％）を有するのでこの波長域の光を用いた測定が可能となる。なお、これらの反射率は計算値であり、実際には膜の状態等により低くなることがあるので、実際に使用する場合は実験等により所望の反射率が得られているか調べることが好ましい。
【００２７】
かつ、銀とアルミニウムは硝酸に解けやすい。一方、基板がガラス、石英又はセラミックス等硝酸に溶けない材料で構成されている場合、測定の終了後、表面に形成された銀又はアルミニウム又はこれらを主成分とする材料の薄膜を硝酸で溶解することにより、ミラーを構成する基板に影響を与えることなく、測定用の光学薄膜を容易に除去することができる。
【００２８】
前記課題を解決するための第６の手段は、極短紫外線光学系の光学特性を測定する方法であって、光学特性の測定に使用する光として、極短紫外線以外の光を用いて測定を行うことを特徴とする極短紫外線光学系の光学特性測定方法において、前記極短紫外線光学系に使用されているミラーの表面に形成される多層光学薄膜の上に、測定用の光学薄膜を形成して測定を行うことを特徴とする極短紫外線光学系の光学特性測定方法（請求項６）である。
【００２９】
本手段の原理は、基本的には前記第２の手段と同じであるが、前記第２の手段においてはミラーを構成する基板に、測定用の光学薄膜を形成していたのに対し、本手段においては、多層光学薄膜の上に、測定用の光学薄膜を形成している。よって、完成されたミラーを用いた極短紫外線光学系の光学特性の測定に適している。ただし、この場合には、測定完了後、多層光学薄膜に影響を与えることなく測定用の光学薄膜を除去できることが必要である。
【００３０】
前記課題を解決するための第７の手段は、前記第７の手段であって、前記測定用光学薄膜は前記基板及び多層光学薄膜が耐性を持つエッチング方法に対してエッチング可能な材料を用いて形成されることを特徴とするもの（請求項７）である。
【００３１】
本手段においては、測定用光学薄膜は前記基板が耐性を持つエッチング方法に対してエッチング可能な材料を用いて形成されるので、このエッチング方法を用いれば、基板に影響を与えることなく、測定用光学薄膜を剥離することが容易となる。
【００３２】
前記課題を解決するための第８の手段は、前記第７の手段であって、前記ミラーを構成する材料及び多層光学薄膜の表面を構成する材料が硝酸に対してエッチング耐性を有する材料で構成され、前記測定用光学薄膜は硝酸によりエッチング可能な材料で構成されることを特徴とするもの（請求項８）である。
【００３３】
本手段においては、硝酸をエッチング液として測定用光学薄膜を溶解除去できるので、簡単な方法で基板に影響を与えることなく、測定用光学薄膜を剥離することが容易となる。
【００３４】
前記課題を解決するための第９の手段は、前記第７の手段又は第８の手段であって、前記ミラーを構成する基板がガラス、石英又はセラミックスのうち少なくとも一つで構成され、かつ、多層光学薄膜の表面がＳｉで構成されており、前記、前記測定用の光学薄膜が、銀又はアルミニウム、又はこれらを主成分とする材料で形成されていることを特徴とするもの（請求項９）である。
【００３５】
前述のように、銀とアルミニウムは、紫外光域あるいは可視光域において高い反射率を有し、薄膜を基板の上に形成することが容易である。かつ、硝酸に解けやすい。一方、基板がガラス、石英又はセラミックス等硝酸に溶けない材料で構成され、かつ、多層光学薄膜の表面がＳｉ等硝酸に解けない材料で構成されている場合、測定の終了後、表面に形成された銀又はアルミニウム又はこれらを主成分とする材料の薄膜を硝酸で溶解することにより、ミラーを構成する基板や多層光学薄膜に影響を与えることなく、測定用の光学薄膜を容易に除去することができる。
【００３６】
前記課題を解決するための第１０の手段は、前記第２の手段から第９の手段のいずれかであって、前記測定用の光学薄膜の膜厚分布を、前記多層光学薄膜において極短紫外線光が反射される際に受ける位相変化と同等の位相変化を生じるような膜厚分布とするものであることを特徴とするもの（請求項１０）である。
【００３７】
前述のように、ミラーの光学特性はほとんどミラーを構成する基板の形状で決定され、多層光学薄膜の厚さその他の影響は小さいが、厳密にいうと、多層光学薄膜の各部において光の入射方向が異なるため、それに応じて反射される光の位相が各部において変化する。この位相の変化程度はシミュレーション計算等により決定できる。本手段においては、測定用の光学薄膜を形成するとき、その各部において反射される測定光の位相変化が、多層光学薄膜において極短紫外線光が反射される際に受ける位相変化と同等となるように、膜厚等を変化させておく。よって、実際の極短紫外線光を使用した場合と近い条件で、測定を行うことができる。
【００３８】
前記課題を解決するための第１１の手段は、前記第２の手段から第１０の手段のいずれかであって、前記測定用の光学薄膜における前記光学特性の測定に使用する光の反射率を、前記多層光学薄膜における前記極短紫外線の反射率とほぼ等しくするものであることを特徴とするもの（請求項１１）である。
【００３９】
ミラーにより反射されなかった光はミラーに吸収されて熱となり、ミラーの温度を上昇させる。それによりミラーが変形して極短紫外線光学系の光学特性を変化させる。本手段においては、測定用の光学薄膜における光学特性の測定に使用する光の反射率が、多層光学薄膜における極短紫外線の反射率とほぼ等しくなるようにされているので、光学特性の測定時におけるミラーの温度上昇と、実際の使用状態におけるミラーの温度上昇とがほぼ等しくなり、実際の使用状態に近い状態で、光学特性の測定を行うことができる。この際、露光において投影系に入射する光量と、測定において投影系に入射する光量とを同程度にしておくことが好ましい。
【００４０】
なお、「ほぼ等しい」とは、光学特性の測定時におけるミラーの温度上昇と、実際の使用状態におけるミラーの温度上昇との違いに起因する光学特性の差が、要求される測定精度上問題とならないような範囲であれば、厳密に一致している必要が無いという意味である。
【００４１】
前記課題を解決するための第１２の手段は、前記第２の手段から第１１の手段のいずれかであって、前記光学特性の測定に使用する光の波長が、１５０ｎｍ〜２５０ｎｍの範囲であることを特徴とするもの（請求項１２）である。
【００４２】
本手段においては、前記第１の手段と同様、Ｆ２レーザ（波長１５０ｎｍ）、ＡｒＦレーザ（波長１９８ｎｍ）、ＫｒＦレーザ（波長２４８ｎｍ）を光源として使用した場合でも、多層光学薄膜の反射率がそれほど低下しないので、既存の光源を使用して干渉計等により測定を行うことができる。
【００４３】
前記課題を解決するための第１３の手段は、極短紫外線光学系の光学特性を測定する装置であって、極短紫外光線以外の波長を有する光を放出する光源と、所定の標準パターンが形成されたマスクと、前記光源からの光を、前記マスクに照射し、前記マスクを透過した光、又は前記マスクで反射された光を被測定対象である極短紫外線光学系に導く照明光学系と、前記被測定対象である極短紫外線光学系の結像面に設けられ、表面に感光部材が塗布された受光基板とを有することを特徴とする極短紫外線光学系の光学特性測定装置（請求項１３）である。
【００４４】
本手段においては、光源から放出された極短紫外光線以外の波長を有する光を、標準パターンが形成されたマスクに照射し、マスクを透過した光（透過型マスクの場合）、又はマスクで反射された光（反射型マスクの場合）を、被測定対象である極短紫外線光学系に導いて、当該極短紫外線光学系により結像面に前記マスクの標準パターンの像を結像させる。そして、結像面に置かれた、表面に感光部材が塗布された受光基板を感光させ、感光部材を現像することによって標準パターンの像を得て、それからディストーション等の光学特性を測定する。
【００４５】
なお、像面湾曲を測定する場合には、受光基板が置かれる場所は実際の結像面のみでなく、実際の結像面の近くで種々の場所に置いて、その位置での標準パターンの像を比較することにより像面湾曲を求めることは言うまでもない。
【００４６】
前記課題を解決するための第１４の手段は、前記第１３の手段における前記受光基板の代わりに、前記被測定対象である極短紫外線光学系の結像面における光の強度を２次元的に測定可能な光センサ機構が設けられていることを特徴とする極短紫外線光学系の光学特性測定装置（請求項１４）である。
【００４７】
本手段においては、受光基板の代わりに光センサ機構により結像面における２次元的な光の強度を測定しているので、受光基板を現像するというような工程が不要となり、かつ、自動化が容易である。この場合も、光学特性の測定に使用する光の波長が、１５０ｎｍ〜２５０ｎｍの範囲とすることが、前記第１の手段の説明で述べた理由により好ましい。
【００４８】
前記課題を解決するための第１５の手段は、前記第１の手段から第１２の手段のいずれかである極短紫外線光学系の光学特性測定方法、又は前記第１３の手段、第１４の手段のいずれかである極短紫外線光学系の光学特性測定装置を使用して、極短紫外線光学系の光学特性を測定し、その結果に応じて、前記極短紫外線光学系を構成する光学素子の面形状の修正、及び当該光学素子の設置位置の調整の少なくとも一方を行う工程を有することを特徴とする極短紫外線光学系の製造方法（請求項１６）である。
【００４９】
本手段においては、本発明に係る極短紫外線光学系の光学特性測定方法又は装置を用いて極短紫外線光学系の光学特性を測定し、その結果に応じて、前記極短紫外線光学系を構成する光学素子の面形状、及び当該光学素子の設置位置の調整の少なくとも一方を行うようにしているので、真空中での測定等の複雑な測定を行うことなく、測定が可能であり、よって、極短紫外線光学系の製造が容易となる。また、レーザ光を使用した測定が可能となるので、この場合には、光学特性を正確に測定することができ、精度の良い極短紫外線光学系を製造することができる。
【００５０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の第１の例である極短紫外線光学系の光学特性測定装置の概要を示す図である。
【００５１】
所定の光源を有する照明光学系１から射出された照明光２は、マスクステージ３上に載置されたマスク４を照明する。マスク４には、予め所定の標準パターンが形成されている。標準パターンを通過した照明光２は、被検査体である極短紫外線光学系５に入射する。極短紫外線光学系５としては、図６の投影光学系４３のようなものである。極短紫外線光学系５からの出射光６は、マスク４の標準パターンの像をウエハステージ７上に載置されたウエハ８の表面に結像する。
【００５２】
ウエハ８の表面にはレジストが塗布されており、レジストを現像して、残ったレジストをマスクとしてウエハ８をエッチングするという周知のプロセスにより、マスク４の標準パターンの像を再現し、その形状を測定することにより、極短紫外線光学系のディストーションが測定でき、かつ、この測定をウエハステージ７の高さを変えて何度も行うことにより像面湾曲が測定できる。なお、一度の露光で標準パターン全体を露光転写できない場合は、マスクステージ３とウエハステージ７を同期して移動し、複数回に分けて露光転写を行うことは、通常のステッパと同じである。
【００５３】
本実施の形態においては、極短紫外線光学系５の光学特性を測定するために、光源として、Ｆ２レーザ（波長１５０ｎｍ）、ＡｒＦレーザ（波長１９８ｎｍ）、ＫｒＦレーザ（波長２４８ｎｍ）を使用するようにしている。これにより、照明光学系１には、蛍石等からなるレンズを使用することができ、ミラーを使用した場合に比して光の損失を小さくすることができる。なお、コンタミネーション等の問題から投影系をＨｅ等の不活性ガスでパージすることも考えられるが、この場合においても投影光学系を真空にする場合（つまり、露光光を用いる場合）に比べて測定が簡便となり、測定時間を短縮させることができる。
【００５４】
また、これらの波長帯の光は、空気中を大きな損失無く通過することができるので、測定装置や被検査体である極短紫外線光学系５を真空中に置く必要がない。さらに、極短紫外線光学系５における主要な光学素子であるミラーには、その表面にＳｉとＭｏを交互に積層した多層光学薄膜が設けられているが、この多層光学薄膜は、これらの波長域の光に対しても高い反射率を有するので、光の損出が少ない状態で測定を行うことができる。
【００５５】
この実施の形態の変形例として、光源に可視光、例えばＨｅ−Ｎｅレーザ等の可視域のレーザ等を使用することができる。ただし、この場合は、極短紫外線光学系５用に設計された多層光学薄膜が、可視光に対して低い反射率しか示さない場合が多い。よって、このような場合には、ミラーの多層光学薄膜の上に、使用する可視光に対して高い反射率を有する材料をコーティングする必要がある。
【００５６】
このようなコーティング材料としては、銀、アルミニウム又はこれらを主成分とする材料が好ましい。これらの材料は、可視光に対して高い反射率を示すと共に、気相成長法、特にイオンビームスパッタリング、マグネトロンスパッタリングにより、多層光学薄膜を構成するＳｉ上に薄膜として均一に成膜することが可能である。よって、多層光学薄膜上に成膜しても、光学特性の測定にほとんど影響を与えない。
【００５７】
また、銀、アルミニウム又はこれらを主成分とする材料は、硝酸に溶解しやすい、これに対して多層光学薄膜を構成するＳｉやミラーの基板であるガラス、石英、セラミックスは硝酸に溶けにくい。よって、多層光学薄膜の表面にＳｉがくるように設計を行うことにより、測定が終わった後で、銀、アルミニウム又はこれらを主成分とする材料からなる薄膜を硝酸に溶かして、元からあった多層光学薄膜やミラーの基板にほとんど影響を与えることなく、後から形成した測定用の薄膜を除去することができる。
【００５８】
実際の極短紫外線光学系の製造に際しては、組み立てが終わった後で光学特性を測定し、その結果、ミラーの表面を加工し直さなければならないことがある。このような場合には、せっかく形成した多層光学薄膜をはがして加工を行い、再び多層光学薄膜を成膜する必要がある。これを避けるために、初めはミラーの表面に多層光学薄膜を形成せず、銀やアルミニウム等の薄膜を形成し、その状態で極短紫外線光学系の組み立てを行い、前述のように可視光で光学特性を測定し、その結果に基づいて、必要に応じてミラーの加工を行うようにすることが好ましい。そして、可視光を用いて測定した光学特性が所定の範囲に入った後、ミラーの基板上に多層光学薄膜を形成するようにすれば、多層光学薄膜の形成工程が一回で済む。
【００５９】
この場合も、銀、アルミニウム又はこれらを主成分とする材料からなる薄膜を硝酸に溶かすことにより、元からあったミラーの基板（ガラス、石英、セラミックス）にほとんど影響を与えることなく測定用の薄膜を除去することができる。
【００６０】
このような工程を採る場合、同じ測定装置で、ミラー基板の表面に多層光学薄膜が形成されている場合と、銀やアルミニウム等の薄膜が形成されている場合の両方について測定を行えることが好ましい。それには、光源を、反射膜である薄膜の種類に応じて変えられるようにしておくことが好ましい。例えば、ミラー基板の表面に多層光学薄膜が形成されている場合には、Ｆ２レーザ（波長１５０ｎｍ）、ＡｒＦレーザ（波長１９８ｎｍ）、ＫｒＦレーザ（波長２４８ｎｍ）のうちいずれか一つ、銀やアルミニウム等の薄膜が形成されている場合にはＨｅ−Ｎｅレーザを使用するようにする。これらの切り換えは、複数種類の光源を用意し、ミラーにより切り換える等により、容易に実現することができる。
【００６１】
実際の極短紫外線光学系におけるミラーにおいて、その表面に形成される多層光学薄膜の厚さは、極短紫外線光学系の特性にほとんど寄与しない。しかしながら、ほとんどのミラーは凹面鏡又は凸面鏡であるため、実際に使用される光の入射角度が、ミラーの各部分において異なってくる場合がある。この場合には、反射光の位相が、ミラーの各部分に応じて異なってくる。
【００６２】
よって、光学特性測定用に特別の薄膜を形成する場合には、これらの反射光の位相の変化を考慮することが好ましい。すなわち、実際に使用される状態での反射光の位相特性は、形成される薄膜と入射角が分かれば計算やシミュレーションにより求めることができる。よって、これらの反射光の位相特性を考慮して、光学特性測定用の薄膜を形成することが好ましい。例えば、銀やアルミニウムで光学特性測定用の薄膜を形成する場合は、その厚さをミラーの場所において変化させることにより、ミラーの反射場所に応じて反射光の位相を変化させることができる。
【００６３】
これら、銀やアルミニウムで光学特性測定用の薄膜を形成する場合には、前述のようにスパッタリングを使用することが多いが、銀やアルミニウムがミラーに到達するのを、遮蔽板により妨げ、ミラーの場所に応じて遮蔽時間を制御することにより、ミラーの場所に応じて薄膜の厚さを変化させることができる。
【００６４】
さらに、極短紫外線光学系の使用状態におけるこれらミラーの熱変形を考慮して測定を行うことが好ましい。すなわち、極短紫外線光学系の使用状態においては、ミラーで反射されなかったＥＵＶがミラーに吸収され、ミラーの温度が上昇する。そのため、ミラーが熱変形を起こし、それにより極短紫外線光学系の光学特性が変化する。通常、極短紫外線光学系の設計においては、このミラーの熱変形を考慮して設計が行われている。
【００６５】
よって、ＥＵＶ以外の光を光学特性の測定に使用したり、多層光学薄膜以外の反射膜をミラーに設けて光学特性の測定を行った場合には、光の波長と反射膜の反射率の違いに起因して、ミラーの温度上昇と熱変形が実際の使用状況と異なってきて、実際の使用状態での光学特性が測定できない場合がある。
【００６６】
このような場合には、測定用の光学薄膜における光学特性の測定に使用する光の反射率が、実際に使用される多層光学薄膜における極短紫外線の反射率とほぼ等しくされていることが好ましい。そして投影系に入射させる測定光の光量と露光時に投影系に入射させる露光光の光量を同程度にしておくことが好ましい。これにより、光学特性の測定状態におけるミラーの温度上昇と熱変形を、実際の使用状態におけるものとほぼ等しくすることができ、前述のような問題点が回避可能となる。
この実施の形態では、マスクとして透過型のマスクを使用しているが、反射型のマスクを使用しても測定が行えることは言うまでもない。
【００６７】
図２は、本発明の実施の形態の第２の例である極短紫外線光学系の光学特性測定装置の概要を示す図である。図２に示す装置は、その大部分が図１に示す装置と同じであるので、図１に示されたものと同じ構成要素には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００６８】
被検査体である極短紫外線光学系５から出射した光は、ピンホール板ステージ９上に載置されたピンホール板１０上にマスク４の標準パターンの像を結像する。ピンホール板１０には一つのピンホールが開けられており、それを通過した光が、光ディテクタ１１に入射して検出される。
【００６９】
ピンホール板ステージ９を２次元的に移動させることにより、ピンホールの位置を２次元的に変え、結像面での２次元的な光量分布を測定することができる。このようにして測定した光量分布から、結像面に結像したマスク４のパターンの像を再現することができる。一度でマスク４の標準パターン全体を照明できない場合には、マスクステージ３を駆動し、照明位置を変えて、順次測定を行えばよい。ピンホール板ステージ９の光軸方向位置を変えて順次測定を行うことにより、像面湾曲の測定が行えることは図１に示した装置と変わるところはない。
【００７０】
特に光源として紫外光あるいは可視光を使用すれば、光ディテクタ１１として、フォトマルチプライヤー等の紫外光あるいは可視光用に開発されたものがそのまま使用できるので好ましい。使用する光源や、極短紫外線光学系５内のミラーの反射膜等、図１に示した装置の説明で説明した事項は、そのまま、図２に示した装置にも適用できる。
【００７１】
図３は、本発明の実施の形態の第３の例である極短紫外線光学系の光学特性測定装置の概要を示す図である。図３に示す装置も、その大部分が図１に示す装置と同じであるので、図１に示されたものと同じ構成要素には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００７２】
被検査体である極短紫外線光学系５から出射した光は、リレー光学系１２に入射する。リレー光学系１２は、極短紫外線光学系５の像面に結像される像を、拡大された倍率で、２次元光センサ１３上に結像する。２次元光センサ１３としては、２次元ＣＣＤ等が使用可能である。特に光源として可視光を使用すれば、リレー光学系１２、２次元光センサ１３として、紫外光あるいは可視光用に開発されたものがそのまま使用できるので好ましい。
【００７３】
図３に示す装置によれば、マスク４に形成された標準パターンの像を２次元的に測定することができる。リレー光学系１２を使用しているのは、極短紫外線光学系５の像面に結像される像は微細な線幅を有するものであるので、そのままでは、ＣＣＤ等の２次元センサ１３では目的とする分解能で検出することができないためである。よって、リレー光学系１２により、像を２次元センサ１３の分解能で検出できる程度にまで拡大するようにしている。
【００７４】
一度でマスク４の標準パターン全体を照明できない場合には、マスクステージ３を駆動して照明位置を変えて、順次測定を行えばよい。２次元センサ１３の光軸方向位置を変えて順次測定を行うことにより、像面湾曲の測定が行えることは図１に示した装置と変わるところはない。使用する光源や、極短紫外線光学系５内のミラーの反射膜等、図１に示した装置の説明で説明した事項は、そのまま、図３に示した装置にも適用できる。
【００７５】
請求項１５にいう「光センサ機構」としては、このように、いろいろのバリュエーションが考えられるが、結像面に結像した像を、目的とする分解能で電気信号に変換できれば、どのような構成を採用してもよい。
【００７６】
以上説明した各装置において、照明光学系１から射出される光は、できるだけ実際に使用する照明光とその性質が類似しているものを使用することが好ましい。例えば、実際に使用している光源において、インテグレータ等により２次元の一様照明光が形成されている場合には、照明光学系１から射出される光も、２次元の一様照明光とすることが好ましく、テレセン性を有する光が使用されている場合は、照明光学系１から射出される光もテレセン性を有するようにしておくことが好ましい。
【００７７】
また、測定に使用する光によっては、測定中に装置内でコンタミネーションが発生する場合がある。このような場合には、装置に光学系のコンタミネーションを抑制する機能あるいは光学素子に付着したコンタミネーションを除去する機能を設けることが好ましい。コンタミネーションを抑制する機能は、例えば、投影光学系周辺に不純物ガスの少ない不活性ガスや有機ガス等を流すことにより実現することができる。コンタミネーションを除給する機能は、例えば、投影光学系周辺にオゾンを流すことにより実現することができる。
【００７８】
以上、マスクに形成された標準パターンを被検査体である極短紫外線光学系５を通して結像面に結像させ、そのパターンからディストーションや像面湾曲を測定する方法の例を説明した。これに対し、干渉計を使用すれば、波面収差、ディストーション、像面湾曲を測定することができる。
【００７９】
図４は、本発明の実施の形態の第４の例である極短紫外線光学系の光学特性測定装置の概要を示す図である。この例では、光学特性として波面収差を測定している。１４は、レーザ光源であり、Ｆ２、ＫｒＦ、Ａｒｆ、Ｈｅ−Ｎｅ等、図１〜図３で用いた測定用光源を用いることが可能である。光源１４からは、所定の波長域のレーザ光がほぼ平面波の状態で射出される。
【００８０】
このレーザ光は、ビームスプリッタ１５を通過した後、集光光学系１６へ向かう。この集光光学系１６は、波面収差測定機の測定精度に対して球面収差及び正弦条件を十分に無視し得る程度に抑えこんだ実質的に無収差の光学系である。ここで、集光光学系１６の入射面１６ａは、入射する平面波と同一形状（すなわち平面）となっており、この入射面１６ａはハーフミラー面となっている。従って、入射面１６ａに入射する平面波は、ここで振幅分割され、反射光は平面波のまま参照光としてビームスプリッタ１５へ戻される。
【００８１】
一方、入射面１６ａを通過した透過光は計測光として、この集光光学系１６により集光されて球面波に変換されて、被検査体である極短紫外線光学系５へ向かう。なお、集光光学系１６の最終面（最も射出側のレンズ面）を参照面として用いても良いことは言うまでもない。
【００８２】
極短紫外線光学系５は、その物体面（マスク面）位置が球面波の集光点位置と一致するように波面収差測定機内に位置決めされており、極短紫外線光学系５には、物体面から発する球面波が入射することになる。ここで、極短紫外線光学系５に波面収差が存在しなければ（極短紫外線光学系５が理想光学系であれば）、極短紫外線光学系５からは像面位置にて集光する如き球面波が射出されることになる。
【００８３】
極短紫外線光学系５の射出側で像面を挟んで投影系とは逆側には、球面鏡１７が配置されている。この球面鏡１７の表面形状は、極短紫外線光学系５が理想光学系である場合に極短紫外線光学系５から射出される球面波と同一形状に形成されている。従って、極短紫外線光学系５が理想光学系である場合には、極短紫外線光学系５から射出される球面波と同じ形状を持つ球面波が再び極短紫外線光学系５へ戻される。また、極短紫外線光学系５が波面収差を有している場合には、その波面収差に応じた形状の波面が極短紫外線光学系５へ戻される。
【００８４】
球面鏡１７にて反射されて極短紫外線光学系５へ戻された計測光は、極短紫外線光学系５から射出されて集光光学系１６を経た後、ビームスプリッタ１５へ向かう。前述のように、集光光学系１６の入射面１６ａにて反射された参照光もビームスプリッタ１５へ向かい、これらの計測光及び参照光は、ビームスプリッタ１５にて反射されて、ＣＣＤなどの光電変換素子からなる受光器１８の受光面に達する。ここで、極短紫外線光学系５が波面収差を有している場合には、受光面上において波面収差に応じた干渉縞が発生する。この干渉縞は、参照波面と、投影系９を往復通過した光束の波面との差に応じた形状となっており、この干渉縞を画像解析することにより極短紫外線光学系５の波面収差を求めることができる。
【００８５】
ここで、極短紫外線光学系５と集光光学系１６及び球面鏡１７とを相対的に移動させつつ測定を行うことで、極短紫外線光学系５の視野（または露光領域）内の複数の位置での波面収差の測定が可能となる。
【００８６】
なお、本装置の詳細は特開２０００−９１２０９号公報に開示されているので、その説明を参照されたい。このようにして求めた波面収差から特開２０００−９１２０９号公報に開示された方法等により投影光学系を構成する各ミラーの表面形状を修正することが可能となる。
【００８７】
図５に、極短紫外線光学系の製造工程のうち、これら各実施の形態に示されたような測定装置を使用して極短紫外線光学系の組み立て調整を行う手順の例を示す。
【００８８】
まず、設計仕様に基づいて、ミラー基板を研磨加工する（ステップＳ１１）。続いて、研磨されたミラー基板の表面に、光学特性測定用反射膜を、多層膜の代わりに成膜する（ステップＳ１２）。例えば、光学特性測定用の光源として紫外光あるいは可視光を使用する場合は、銀やアルミニウム薄膜を、前述のようにスパッタリングにより成膜する。そして、この状態のミラーを使用して光学系を組み立てる（ステップＳ１３）。組み立て完了後、波面収差、ディストーション、像面湾曲等の光学特性を評価する（ステップＳ１４）。測定器としては、例えば本実施の形態の欄で説明したようなものを使用する。そして、測定結果が、極短紫外線光学系に要求される仕様を満足しているかどうかを判断する（ステップＳ１５）。
【００８９】
仕様を満足している場合は、光学特性測定用反射膜を剥離し（ステップＳ１６）、代わりに実際に使用される多層膜（多層光学薄膜）をコートする（ステップＳ１７）。そして、このミラーを使用して光学系の再組み立てを行う（ステップＳ１８）。
【００９０】
ステップＳ１５で仕様を満足していないと判断された場合は、測定データに基づき、必要とされるミラー形状の修正値と組み立て位置の修正値を求める。通常は、組み立て位置修正値の方を先に求め、組み立て位置の修正だけで光学特性が仕様値に入る場合はステップＳ１９に移行し、この修正値に基づいて光学系の再組み立てを行う。組み立て後は、再度ステップＳ１４に移行する。
【００９１】
組み立て位置の修正だけでは光学特性が仕様値に入らない場合は、ステップＳ２０に移行してミラーの形状修正値に基づいてミラーの形状修正を行う。このとき、ミラー基板の再加工に先立って、ミラー表面に形成された光学特性測定用反射膜を剥離しておくことは言うまでもない。ミラー基板の再加工が終了した後は、再びステップＳ１２に移行するが、その後ステップＳ１３の光学系組み立ての際に、組み立て位置の調整が併せて必要とされる場合はこの調整を行うことは言うまでもない。
【００９２】
通常は、以上に示す工程により極短紫外線光学系の組み立て調整ができるが、ステップＳ１８の後で、実際の多層膜を使用した場合の光学特性を測定して、結果を確認するようにし、万一仕様に入っていなかったような場合は、ステップＳ１８に再移行するようにしてもよい。この場合には、多層膜を使用した場合の光学特性は可視光域で行うことは困難であるので、Ｆ２レーザ（波長１５０ｎｍ）、ＡｒＦレーザ（波長１９８ｎｍ）、ＫｒＦレーザ（波長２４８ｎｍ）等を光源として使用することが好ましい。
【００９３】
図５に示す例は、ミラー基板表面に多層光学薄膜を形成する前に光学特性測定用薄膜を形成して測定を行っている例であるが、多層光学薄膜の形成後、その上に光学特性測定用薄膜を形成して測定を行うようにしてもよい。また、Ｆ２レーザ（波長１５０ｎｍ）、ＡｒＦレーザ（波長１９８ｎｍ）、ＫｒＦレーザ（波長２４８ｎｍ）等を光源として使用し、多層光学薄膜での反射を利用して測定を行ってもよい。ただし、これらの場合は、ミラーの加工を行う際に、せっかく形成した多層光学薄膜を剥離しなければならないというデメリットがある。
【００９４】
なお、光学系に最終的な性能を評価するために露光光による測定を行うことが好ましい。相対的に測定時間の短い非露光光による測定で、ほぼ最終的な面形状を形成することができるため、全体的な測定に費やす時間を大幅に短縮することができる。
【００９５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、装置を大がかりなものにすることなく、従来に比較して簡単に極短紫外線光学系の光学特性を測定することができる方法とそのための装置、さらには、これらの方法、装置を使用した極短紫外線光学系の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の第１の例である極短紫外線光学系の光学特性測定装置の概要を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態の第２の例である極短紫外線光学系の光学特性測定装置の概要を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態の第３の例である極短紫外線光学系の光学特性測定装置の概要を示す図である。
【図４】、本発明の実施の形態の第４の例である極短紫外線光学系の光学特性測定装置の概要を示す図である。
【図５】極短紫外線光学系の製造工程のうち、これら各実施の形態に示されたような測定装置を使用して極短紫外線光学系の組み立て調整を行う手順の例を示す図である。
【図６】極短紫外線投影露光装置の一部の概略を示す図である。
【符号の説明】
１：照明光学系
２：照明光
３：マスクステージ
４：マスク
５：極短紫外線光学系
６：出射光
７：ウエハステージ
８：ウエハ
９：ピンホール板ステージ
１０：ピンホール板
１１：光ディテクタ
１２：リレー光学系
１３：２次元光センサ
１４：レーザ光源
１５：ビームスプリッタ
１６：集光光学系
１６ａ：入射面
１７：球面鏡
１８：受光器
【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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