(57)【要約】【課題】光学系の収差の大きさに関わらず、高精度に波面収差を測定することができる収差測定装置を提供する。【解決手段】光学系を透過した光を用いて、当該光学系の波面収差を測定する収差測定装置であって、前記光から前記光学系の波面収差を含む波面及び球面波を生成する第１のマスクと、前記光から前記光学系の波面収差を含む波面を生成する第２のマスクと、前記第１のマスク及び前記第２のマスクを切り替える切り替え手段とを有することを特徴とする収差測定装置を提供する。【選択図】          図１
2004273482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系を透過した光を用いて、当該光学系の波面収差を測定する収差測定装置であって、
前記光から前記光学系の波面収差を含む波面及び球面波を生成する第１のマスクと、
前記光から前記光学系の波面収差を含む波面を生成する第２のマスクと、
前記第１のマスク及び前記第２のマスクを切り替える切り替え手段とを有することを特徴とする収差測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般には、収差測定装置に係り、特に、軟Ｘ線に用いる光学系の波面収差を測定する収差測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フォトリソグラフィー（焼き付け）技術を用いて半導体メモリや論理回路などの微細な半導体素子を製造する際に、レチクル又はマスク（本出願ではこれらの用語を交換可能に使用する）に描画された回路パターンを投影光学系によって感光剤が塗布されたウェハ等に投影して回路パターンを転写する縮小投影光学系が従来から使用されている。
【０００３】
縮小投影露光装置で転写できる最小の寸法（解像度）は、露光に用いる光の波長に比例し、投影光学系の開口数（ＮＡ）に反比例する。従って、波長を短くすればするほど、解像度はよくなる。このため、近年の半導体素子の微細化への要求に伴い短波長化が進められ、超高圧水銀ランプ（ｉ線（波長約３６５ｎｍ））、ＫｒＦエキシマレーザー（波長約２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（波長約１９３ｎｍ）と用いられる紫外線光の波長は短くなってきた。
【０００４】
しかし、半導体素子は急速に微細化しており、紫外線光を用いたリソグラフィーでは限界がある。そこで、０．１μｍ以下の非常に微細な回路パターンを転写するために、紫外線光よりも更に波長が短い、波長５ｎｍ乃至１５ｎｍ程度の軟Ｘ線（ＥＵＶ光：ｅｘｔｒｅｍｅ  ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ光）を用いた縮小投影光学系が開発されている。
【０００５】
ＥＵＶ光の波長領域では、物質による光の吸収が非常に大きくなるので、可視光や紫外線光で用いられるような光の屈折を利用した屈折型光学系は実用的ではなく、ＥＵＶ光を用いた露光装置では光の反射を利用した反射型光学系が用いられる。
【０００６】
ＥＵＶ光を用いた露光装置を構成する反射型光学素子としては、光学定数の異なる２種類の物質を交互に積層した多層膜ミラーが用いられる。例えば、精密な形状に研磨されたガラス基板の表面にモリブデン（Ｍｏ）層とケイ素（Ｓｉ：シリコン）層を交互に数十層積層する。
【０００７】
一般に、投影光学系の組み立て調整の初期段階では、投影光学系は大きな収差を有している。このため、投影光学系の波面収差を測定し、かかる波面収差の値を基に、投影光学系を構成する光学部材を調整し、投影光学系の収差性能を良好にする。
【０００８】
ＥＵＶ光に用いる投影光学系の波面収差を測定する方法として、米国特許第５，８３５，２１７号にＰｏｉｎｔ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ（以下、ＰＤＩと称する）干渉計が提案されている。ＰＤＩ干渉計は、ピンホールを用いて参照球面を生成するため、波面収差を高精度で測定することができる。また、共通光路であるので、外乱の影響を受けにくいという長所を有している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ＰＤＩ干渉計は、球面波を理想球面とするために、ピンホール径を回折限界の数分の１の大きさにしなければならず、光源として高輝度光源を用意しなければならない。ＥＵＶ光の波長域において、かかる要求にこたえられる光源としては、現在、ＳＯＲとＵｎｄｕｌａｔｏｒを組み合わせたものしかない。ＳＯＲとＵｎｄｕｌａｔｏｒを組み合わせた光源は、非常に高価で大がかりであるために、ＰＤＩ干渉計を用いた波面収差の測定は、装置化及びコスト面であり不利であり現実的でない。
【００１０】
一方、ＳＯＲとＵｎｄｕｌａｔｏｒを組み合わせた光源を使用しない投影光学系の波面収差を測定する方法として、Ｌｉｎｅ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｉｎｔｅｒａｆｅｒｏｍｅｔｅｒ（以下、ＬＤＩと称する。）方式を利用するものがある。
【００１１】
しかしながら、ＬＤＩ方式を用いた波面収差の測定では、投影光学系の結像限界以下のスリットを像点に配置するので、大きい収差をもつ投影光学系の場合、物点のスリットを結像すると、スリット像がぼやけ、スリットを通過する光量が著しく低下するために測定ができないと言う問題が発生してしまう。
【００１２】
図１２は、投影光学系の収差とスリット透過後の光量の関係を表すグラフであり、ＮＡ０．３の理想レンズに、波面収差として以下の数式１に示すＺｅｒｎｉｋｅ多項式のＣ９項の大きさＡを変えて与え、収差量に対する像側スリットの透過光量を収差０の時の強度を１としてプロットしている。
【００１３】
【数１】
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【００１４】
図１２を参照するに、収差量２５０ｍλ近傍から急激に強度比が低下し、収差量５００ｍλ以上で強度比２０％以下となっている。
【００１５】
このように、スリットを用いたＬＤＩ方式の波面収差の測定では、投影光学系の収差が大きいとスリット透過後の光量が激減してしまうために、大きな収差を有する投影光学系の測定は困難となっている。
【００１６】
そこで、本発明は、光学系の収差の大きさに関わらず、高精度に波面収差を測定することができる収差測定装置を提供することを例示的目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての収差測定装置は、光学系を透過した光を用いて、当該光学系の波面収差を測定する収差測定装置であって、前記光から前記光学系の波面収差を含む波面及び球面波を生成する第１のマスクと、前記光から前記光学系の波面収差を含む波面を生成する第２のマスクと、前記第１のマスク及び前記第２のマスクを切り替える切り替え手段とを有することを特徴とする。
【００１８】
本発明の他の目的及び更なる特徴は、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。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の例示的一態様である収差測定装置について説明する。なお、各図において、同一の部材については、同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００２０】
本発明者は、光学系の収差の大きさに関わらず、高精度に波面収差を測定することができる収差測定装置を提供するにあたり、基本に戻って鋭意検討した結果、ＬＤＩ方式をベースに、光学系の収差が小さい場合はＬＤＩ方式、光学系の収差が大きい場合は、Ｌａｔｅｒａｌ  Ｓｈｅａｒｉｎｇ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ（以下、ＬＳＩと称する）方式を用いることを発見した。
【００２１】
まず、図２乃至図６を用いて、ＬＤＩ方式を用いた投影光学系の波面収差の測定について説明する。図２は、ＬＤＩ方式を用いた収差測定装置１０００の概略構成図である。なお、図２において、紙面左右方向をｚ軸、上下方向をｙ軸、ｙ軸及びｚ軸に垂直な軸をｘ軸とする。
【００２２】
収差測定装置１０００は、図２に示すように、光源１１０と、集光光学系１２０と、投影光学系５３０の物点側に置かれた物体側マスク１３０と、光分割手段である回折格子１４０と、投影光学系５３０の像点側に置かれた像点側マスク１５０と、干渉縞観察手段である背面照射型ＣＣＤ等のディテクタ１６０とを有し、投影光学系５３０の波面収差を測定する。
【００２３】
物体側マスク１３０は、図３に示すように、スリット状の開口パターン１３２及び１３４が配置されている。図３において、開口パターン１３２はｘ軸方向（紙面垂直方向）に、開口パターン１３４はｙ軸方向に向いている。ここで、図３は、図２に示す物体側マスク１３０の概略平面図である。
【００２４】
開口パターン１３２及び１３４のスリット幅ｔｏは、光源１１０の波長をλ、投影光学系５３０の物体側の開口数をＮＡｏとすると、以下に示す数式２以下の大きさである。
【００２５】
【数２】
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【００２６】
開口パターン１３２から射出する光は、よく知られているように、ｓｉｎｃ関数に従う強度変化をし、位相が中心近傍で揃っており、強度０近傍で滑らかに且つ急激にπ変化する階段状の変化をする。
【００２７】
スリット幅ｔｏの開口パターン１３２の場合、ｓｉｎｃ関数はＮＡ＝λ／ｔｏで強度０となる。かかる開口数ＮＡは、投影光学系５３０の物体側の開口数ＮＡｏの２倍であり、投影光学系５３０は強度が０となる開口数ＮＡの半分以下の光を取り込むことになる。かかる開口数ＮＡの範囲において、開口パターン１３２から射出された光は、ｘ軸からの距離に比例して位相が変化する波面とみなすことができる。
【００２８】
また、開口パターン１３２及び１３４のスリットの長さＬｏは、アイソプラナティック領域よりも小さい範囲で、且つ、ディテクタ１６０で干渉縞を観察するために十分な光量が通過可能な大きさである。
【００２９】
像側マスク１５０は、図４に示すように、第１の領域１５２と第２の領域１５４のパターンを有する。第１の領域１５２は、スリット状の開口パターン１５２ａと、被検光通過用の開口部１５２ｂからなる。第２の領域１５４は、第１の領域１５２を９０°回転させて配置した形状をしており、同様に、スリット状の開口パターン１５４ａと、被検光通過用の開口部１５４ｂからなる。第１の領域１５２は、物体側マスク１３０の開口パターン１３２を透過した光に使用され、第２の領域１５４は、物体側マスク１３０の開口パターン１３４を透過した光に使用される。ここで、図４は、図２に示す像側マスク１５０の概略平面図である。
【００３０】
第１の領域１５２の開口パターン１５２ａ及び第２の領域１５４の開口パターン１５４ａのスリット幅ｔｉは、光源１１０の波長をλ、投影光学系５３０の像側の開口数をＮＡｉとすると、以下に示す数式３以下の大きさである。
【００３１】
【数３】
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【００３２】
また、第１の領域１５２の開口パターン１５２ａ及び第２の領域１５４の開口パターン１５４ａのスリットの長さＬｉは、以下の数式４に示すように、物体側マスク１３０の開口パターン１３２のスリット幅ｔｏに投影光学系５３０の倍率ｍを乗じた長さである。
【００３３】
【数４】
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【００３４】
光源１１０から射出した光Ａは集光光学系１２０により、物体側マスク１３０に配置された開口パターン１３２に集光する。光源１１０からの光Ａはインコヒーレント光であるため、開口パターン１３２を透過した後の光は、開口パターン１３２と垂直なｘｙ平面と平行な断面では高い空間コヒーレンス、開口パターン１３２と平行なｘ軸方向には、低い空間コヒーレンスの光となる。すなわち、開口パターン１３２に垂直なｙｚ平面に平行な断面で球面波となっている。
【００３５】
ｙｚ面に平行な面内で球面波となっている光は、物体側マスク１３０と投影光学系５３０の間に配置された回折格子１４０に入射する。回折格子１４０は、格子がｘ軸に平行な方向に配されていて、光を図面の上下方向に、回折格子１４０の格子ピッチに応じた方角に光を回折する。なお、回折格子１４０に回折された回折光のうち、０次光をＡ´、１次光をＡ´´とする。
【００３６】
図２において、回折格子１４０は、物体側マスク１３０と投影光学系５３０の間に配置されているが、投影光学系５３０と像側マスク１５０の間に配置する構成とすることも可能である。
【００３７】
回折格子１４０で回折され、投影光学系５３０を透過、集光した光のうち、０次光Ａ´は像側マスク１５０の第１の領域１５２の開口パターン１５２ａに集光し、１次光Ａ´´は開口部１５２ｂに集光する。その他の次数の光は像側マスク１５０の遮光部１５６でカットされる。なお、開口部１５２ｂに集光する回折光は−１次光としてもよい。
【００３８】
像側マスク１５０を通過した２つの回折光のうち、０次光Ａ´は開口パターン１５２ａを通過しているため、開口パターン１５２ａに垂直方向は球面波となっている。
【００３９】
１次光Ａ´´は、回折限界よりも充分に大きな開口を有する開口部１５２ｂを通過するので、波面変調を受けることなく投影光学系５３０の収差情報を含んだ波面となっている。
【００４０】
像側マスク１５０を通過した２つの回折光（０次光Ａ´及び１次光Ａ´´）は干渉縞を形成し、ディテクタ１６０で観察される。ディテクタ１６０は、像側マスク１５０から十分に遠く、所謂、ファーフィールド領域に配置されている。
【００４１】
ディテクタ１６０で観察される干渉縞は、光量の多い０次光Ａ´が光量損失の大きい開口パターン１５２ａを透過し、光量の少ない１次光Ａ´´が光量損失の少ない開口部１５２ｂを透過しているので、像側マスク１５０を透過した２つの回折光（回折光Ａ´及び回折光Ａ´´）の光量バランスがよく、干渉縞のコントラストもよい。
【００４２】
更に干渉縞のコントラストをよくするには、像側マスク１５０で光量損失する分を考慮して、ディテクタ１６０に到達する０次光Ａ´と１次光Ａ´´の光量比が１：１となるように、回折格子１４０の開口領域と遮光領域の比を変更することで可能である。
【００４３】
図５は、２つの回折光（０次光Ａ´及び１次光Ａ´´）が像側マスク１５０を通過した後の波面の概略断面図である。図５を参照するに、１次光Ａ´´は回折限界より十分に大きな開口を有する開口部１５２ｂを通過するので投影光学系５３０の収差情報を有したままディテクタ１６０へ向かう。一方、０次光Ａ´は、スリット幅が回折限界以下の開口パターン１５２ａを通過するので開口パターン１５２ａに垂直な方向であるｙｚ平面に平行な断面で球面波となっている。このような波面が開口パターン１５２ａの長手方向に沿って生じている。
【００４４】
図６は、ディテクタ１６０で観察される干渉縞の一例を示す概略平面図である。図６を参照するに、ディテクタ１６０の撮像面１６２に干渉縞ＩＳが観察される。干渉縞ＩＳは、０次光Ａ´及び１次光Ａ´´が図５に示したように、ｙ軸方向に分かれているので、撮像面１６２上では横方向に線の入ったチルト縞として観察される。
【００４５】
ディテクタ１６０で観察される干渉縞ＩＳは、開口パターン１５２ａに垂直な断面において、開口パターン１５２ａを透過した光は球面波であるので、０次光Ａ´と１次光Ａ´´の位相差は開口パターン１５２ａに垂直な断面方向、すなわち、ｙ軸方向に関しては非常に高い絶対精度で測定されることになる。
【００４６】
例えば、図６において、ｙ軸方向の画素の並びを画素列１６４とすると、画素列１６４の干渉縞ＩＳは、球面波と投影光学系５３０の波面収差との干渉縞となっている。
【００４７】
ディテクタ１６０で撮像された干渉縞ＩＳは、図２に示す計算手段１７０に送られて、位相情報の計算に用いられる。投影光学系５３０の収差情報の取得は位相シフト法を用いて行う。つまり、図２に示す回折格子１４０をｙ軸方向に走査することで、回折光は位相シフトを受けるので、像側マスク１５０の開口パターン１５２ａで断面方向が球面波となった波面と投影光学系５３０を通過した光の波面の位相差を測定することができる。
【００４８】
もしくは、干渉縞ＩＳはＴＬＴを有しているので、モアレ法を用いて位相情報を取得することも可能である。モアレ法を用いる場合は、回折格子１４０を光軸に垂直な方向に走査する必要はない。
【００４９】
このようにして得られた干渉縞ＩＳは、参照光がｙｚ平面に平行な断面内において球面となっているために、非常に高精度な測定が可能になっている。
【００５０】
一方、ｘ軸に沿った方向では、光源１１０として、低コヒーレンス光源であるＬＰＰを用いているので、これらの球面波間の位相の相関関係はない。従って、ｘ軸に沿った方向の位相関係を測定する必要がある。
【００５１】
そこで、像側マスク１５２の開口パターン１５２ａの長手方向をｙ軸方向に向けて測定を行う。即ち、物体側マスク１３０の開口パターン１３４と像側マスク１５０の第２の領域１５４を用いて、格子の方向がｙ軸に平行な回折格子１４０を配置して、上述したのと同様に測定を行う。
【００５２】
物体側マスク１３０の開口パターン１３４、投影光学系５３０、像側スリット１５０の開口パターン１５４ａを通過してきた光は、ｘｚ面に平行な断面において球面波となっているので、ディテクタ１６０で観察される干渉縞は、ｘ軸に平行な画素の並び上では、球面波と投影光学系５３０の波面収差を含んだ波面との干渉縞となる。
【００５３】
かかる状態で、回折格子１４０をｘ軸方向に走査することで、回折光は位相シフトを受けるので、像側マスク１５０の開口パターン１５４ａで断面方向が球面波となった波面と開口部１５４ｂを通り投影光学系５３０の波面情報を含む光の波面の位相差を測定することができる。もしくは、モアレ法を用いて位相情報を取得することも可能である。
【００５４】
次いで、ｙ軸に沿った方向の位相情報及びｘ軸に沿った方向の位相関係を接続すれば、投影光学系５３０の瞳全面における波面収差を非常に高精度に測定することが可能である。２つの位相関係の接続は、最小自乗法を基本として計算可能である。このようにして投影光学系５３０の一画角の波面収差の測定が完了する。
【００５５】
更に、投影光学系５３０の全画角の波面収差を測定するには、物体側マスク１３０を投影光学系５３０の画角内で移動させ、像側マスク１５０を物体側マスク１３０の投影光学系５３０による像の所に移動させて、物体側マスク１３０を照射するように集光光学系１２０の集光位置を変えて、上述のような位相差の測定を行い、２つの位相関係の接続を行っていくことで可能である。
【００５６】
もしくは、物体側マスク１３０、像側マスク１５０の各測定画角に図３及び図４に示すパターンを配置して、集光光学系１２０の集光位置を変えて測定することも可能である。
【００５７】
以下、上述したＬＤＩ方式をベースとした本発明の収差測定装置について説明する。図１は、本発明の一側面としての収差測定装置１００の例示的一形態を示す概略構成図である。収差測定装置１００は、投影光学系５３０の収差が大きい場合に、ＬＤＩ方式からＬＳＩ方式に切り替えることで、投影光学系５３０の収差の大きさに関わらず、投影光学系５３０の波面収差の測定が可能である。
【００５８】
収差測定装置１００は、投影光学系５３０の収差が大きい場合に、マスク切り替え手段１９０によってＬＤＩ方式用の像側マスク１５０をＬＳＩ方式用の像側マスク１８０に切り替えて測定を行う。切り替え手段１９０は、例えば、ターレットなどで構成され、像側マスク１５０及び１８０が配置されている。
【００５９】
像側マスク１８０は、図７に示すように、第１のスリット１８２ａ及び第２のスリット１８２ｂが配置された第１のスリット領域１８２と、第３のスリット１８４ａ及び第４のスリット領域１８４ｂが配置された第２のスリット領域１８４より構成される。第１のスリット領域１８２と第２のスリット領域１８４は、互いに、９０°回転させて配置した形状となっている。ここで、図７は、図１に示す像側マスク１８０の概略平面図である。
【００６０】
光源１０１から射出した光Ａは集光光学系１２０により、物体側マスク１３０に配された開口パターン１３２に集光する。光源１１０からの光Ａはインコヒーレント光であるため、開口パターン１３２を透過した後の光は、開口パターン１３２と垂直なｙ軸方向には高い空間コヒーレンス、開口パターン１３２と平行なｘ軸方向には、低い空間コヒーレンスの光となる。すなわち、開口パターン１３２に垂直なｙｚ面に平行な断面で球面波となる。
【００６１】
ｙｚ面に平行な面内で球面波となっている光は、物体側マスク１３０と投影光学系５３０の間に配置された回折格子１４０に入射する。回折格子１４０は、格子がｘ軸に平行な方向に配されていて、光を図面の上下方向に、換言すれば、ｙ軸方向に分割し、回折格子１４０の格子ピッチに応じた方角に光を回折する。なお、回折格子１４０に回折された回折光のうち、０次光をＡ´、１次光をＡａ´´、−１次光をＡｂ´´とする。
【００６２】
図１において、回折格子１４０は、物体側マスク１３０と投影光学系５３０の間に配置されているが、投影光学系５３０と像側マスク１８０の間に配置する構成とすることも可能である。
【００６３】
回折格子１４０で回折され、投影光学系５３０を透過した光は像側マスク１８０上に集光する。集光した光のうち、−１次光Ａｂ´´は像側マスク１８０の第１のスリット１８２ａに集光し、１次光Ａａ´´は第２のスリット１８２ｂに集光する。０次光Ａ´は第１のスリット１８２ａと第２のスリット１８２ｂの間の遮光部でカットされる。また、その他の次数の光も像側マスク１８０の遮光部でカットされる。
【００６４】
１次光Ａａ´´及び−１次光Ａｂ´´は、回折限界よりも十分に大きな開口を有する第１のスリット領域１８２を通過するので、投影光学系５３０の収差情報を含んだ波面となっている。
【００６５】
像側マスク１８０を通過した２つの回折光（１次光Ａａ´´及び−１次光Ａｂ´´）は干渉縞を形成し、ディテクタ１６０で観察される。ディテクタ１６０は像側マスク１８０から十分に遠く、所謂、ファーフィールド領域に配置されている。
【００６６】
ディテクタ１６０で撮像された干渉縞は、計算手段１７０に送られて、位相情報の計算に用いられる。干渉縞から投影光学系５３０位相情報を取得するには、位相シフト法を用いる。つまり、図１に示す回折格子１４０をｙ軸方向に走査することで、回折光は位相シフトを受けるので、１次光Ａａ´´と−１次光Ａｂ´´の間の位相差の計算ができる。
【００６７】
もしくは、干渉縞はＴＬＴを有しているので、モアレ法を用いて位相情報を取得することも可能である。モアレ法を用いる場合は、回折格子１４０を光軸に垂直な方向に走査する必要はない。
【００６８】
像側マスク１８０を通過した光は、投影光学系５３０の収差情報を含む二つの波面がｙ方向にずれて重なったものなので、計算手段１７０において計算された位相情報は、投影光学系５３０の波面収差の差分値となっている。波面収差の差分値はシア量が充分小さければ、微分値とみなすことができる。即ち、投影光学系５３０の瞳上の座標（Ｘ、Ｙ）において、位相情報Ｐは、投影光学系５３０の瞳座標（Ｘ，Ｙ）における波面収差をＷ、２つの波面のずれ量をｓとすると、以下の数式５を満たす。
【００６９】
【数５】
2004273482.tif 000007
【００７０】
投影光学系５３０の波面収差Ｗを求めるためには、数式５から得られた波面のｙ方向の微分値に加えて、ｘ方向の微分値も必要である。
【００７１】
そこで、像側マスク１８０の第１のスリット１８２ａ及び第２のスリット１８２ｂをｙ方向に向けて測定を行う。即ち、物体側マスク１３０の開口パターン１３４と図７の像側マスク１８０の第２のスリット領域１８４を用いて、格子の方向がｙ軸に平行な回折格子１４０を配置して、上述したのと同様に測定を行う。
【００７２】
かかる状態で、回折格子１４０をｘ軸方向に走査することで、回折光は位相シフトを受けるので、１次光Ａａ´´及び−１次光Ａｂ´´の干渉縞の位相情報ｄＷ／ｄＸを測定することができる。もしくは、モアレ法を用いて位相情報を取得することも可能である。
【００７３】
次いで、得られた２つの波面の微分値を基に、計算手段１７０によって投影光学系５３０の波面収差を計算し、投影光学系５３０の波面収差Ｗを測定することができる。ｘ方向及びｙ方向の２方向の波面の微分値から波面収差を求めるには、最小自乗法によって可能である。
【００７４】
更に、物体側マスク１３０を投影光学系５３０の画角内で移動させ、像側マスク１８０を物体側マスク１３０の投影光学系５３０による像の所に移動させて、集光光学系１２０の集光位置を測定したい画角に変えて、上述の測定及び波面収差の計算を行うことで、投影光学系５３０の全画角における収差情報を得ることができる。
【００７５】
もしくは、図３に示すパターンが測定したい全画角に配置されたマスクと、図７に示すパターンが全画角に配置されたマスクを用いて、集光光学系１２０により測定したい画角に光を集光することでも投影光学系５３０の全画角における収差情報を得ることが可能である。
【００７６】
なお、本実施形態では、±１次回折光を用いたが、０次光と１次光を使用することも可能である。この場合、回折格子１４０の開口部を遮光部に対して狭くすることで、光量バランスを取ることが望ましい。
【００７７】
ＬＳＩ方式を用いた収差測定は、像点に回折限界より充分に大きいスリットを配置し、幅の狭いスリットを使用しないので、被検光学系の収差が大きい場合でも波面収差の測定が可能である。
【００７８】
即ち、収差測定装置１００は、ＬＤＩ用の像側マスク１５０とＬＳＩ用の像側マスク１８０とを切り替えることができるマスク切り替え手段１９０と、ＬＤＩ方式及びＬＳＩ方式に応じた波面収差計算機能を有する計算手段１７０とを有することで、ＬＳＩ方式とＬＤＩ方式の２種類の波面収差の測定が可能である。
【００７９】
従って、収差の大きい投影光学系の組み立て調整の初期段階は像側マスク１８０を用いてＬＳＩ方式で波面収差測定を行い、調整により、投影光学系がＬＤＩ方式で波面収差測定可能になったところで、像側マスク１８０を像側マスク１５０に切り替えてＬＤＩ方式で波面収差測定を行うことで一つの装置で収差の大きさによらず投影光学系の波面収差測定が可能となり、投影光学系の性能を向上させることができる。
【００８０】
ＬＤＩ方式は波面を直接測定するので、波面の微分値を測定するＬＳＩ方式に比べて測定精度が高い。このため、収差測定装置１００は、調整の最後をＬＤＩ方式で行うことで投影光学系をより低収差に調整していくことが可能である。
【００８１】
以下、図８を参照して、収差測定装置１００を利用した投影光学系の調整方法について説明する。図８は、収差測定装置１００を利用した投影光学系の調整方法１０００を説明するためのフローチャートである。
【００８２】
まず、像側マスク１８０を用いてＬＳＩ方式で投影光学系の波面収差ＷＡの測定を行う（ステップ１００２）。次いで、測定した投影光学系の波面収差ＷＡがＬＤＩ方式で測定可能な波面収差量（閾値）ＷＡＴＨ１以下であるかどうか判断する（ステップ１００４）。測定した投影光学系の波面収差ＷＡが波面収差量（閾値）ＷＡＴＨ１以上と判断した場合、投影光学系を構成する光学部材の偏心、回転、間隔変更、形状再研磨、反射多層膜位相調整等の調整を行い（ステップ１００６）、ステップ１００２以下を繰り返す。測定した投影光学系の波面収差ＷＡが波面収差量（閾値）ＷＡＴＨ１以下と判断した場合、マスク切り替え手段１９０により像側マスク１８０を像側マスク１５０に切り替えてＬＤＩ方式で投影光学系の波面収差ＷＦの測定を行う（ステップ１００８）。次いで、測定した投影光学系の波面収差ＷＦが投影光学系の波面収差の規格値ＷＡＴＨ２以下であるかどうか判断する（ステップ１０１０）。測定した投影光学系の波面収差ＷＦが波面収差量ＷＡＴＨ２以上と判断した場合、投影光学系を構成する光学部材の偏心、回転、間隔変更、形状再研磨、反射多層膜位相調整等の調整を行い（ステップ１０１２）、ステップ１００８以下を繰り返す。測定した投影光学系の波面収差ＷＡが波面収差量ＷＡＴＨ２以下と判断した場合、投影光学系の調整を終了する（ステップ１０１４）。
【００８３】
従って、調整方法１０００によれば、ＬＳＩ方式及びＬＤＩ方式を組み合わせ、調整の最後をＬＤＩ方式で行うことで投影光学系をより低収差に調整していくことが可能である。
【００８４】
以下、図９を参照して、本発明の例示的な露光装置５００について説明する。ここで、図９は、本発明の例示的な露光装置５００の概略構成図である。
【００８５】
本発明の露光装置５００は、露光用の照明光としてＥＵＶ光（例えば、波長１３．４ｎｍ）を用いて、例えば、ステップ・アンド・スキャン方式やステップ・アンド・リピート方式でレチクル５２０に形成された回路パターンを被処理体５４０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ー工程に好適であり、以下、本実施形態ではステップ・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、マスクに対してウェハを連続的にスキャン（走査）してマスクパターンをウェハに露光すると共に、１ショットの露光終了後ウェハ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」は、ウェハの一括露光ごとにウェ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。
【００８６】
図９を参照するに、露光装置５００は、照明装置５１０と、レチクル５２０と、レチクル５２０を載置するレチクルステージ５２５と、投影光学系５３０と、被処理体５４０と、被処理体５４０を載置するウェハステージ５４５と、アライメント検出機構５５０と、フォーカス位置検出機構５６０とを有する。
【００８７】
また、図９に示すように、ＥＵＶ光は、大気に対する透過率が低く、残留ガス（酸素、二酸化炭素、水蒸気など）成分との反応によりコンタミを生成してしまうため、少なくとも、ＥＵＶ光が通る光路中（即ち、光学系全体）は真空雰囲気ＶＣとなっている。
【００８８】
照明装置５１０は、投影光学系５３０の円弧状の視野に対する円弧状のＥＵＶ光（例えば、波長１３．４ｎｍ）によりレチクル５２０を照明する照明装置であって、ＥＵＶ光源５１２と、照明光学系５１４とを有する。
【００８９】
ＥＵＶ光源５１２は、例えば、レーザープラズマ光源が用いられる。これは、真空容器中の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、これから放射される、例えば、波長１３ｎｍ程度のＥＵＶ光を利用するものである。ターゲット材としては、金属膜、ガスジェット、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。
【００９０】
照明光学系５１２は、集光ミラー５１２ａ、オプティカルインテグレーター５１２ｂから構成される。集光ミラー５１２ａは、レーザープラズマからほぼ等方的に放射されるＥＵＶ光集める役割を果たす。オプティカルインテグレーター５１２ｂは、レチクル５２０を均一に所定の開口数で照明する役割を持っている。また、照明光学系５１２は、レチクル５２０と共役な位置に、レチクル５２０の照明領域を円弧状に限定するためのアパーチャ５１２ｃが設けられている。
【００９１】
レチクル５２０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、マスクステージに支持及び駆動されている。レチクル５２０から発せられた回折光は、投影光学系５３０で反射されて被処理体５４０上に投影される。レチクル５２０と被処理体５４０とは、光学的に共役の関係に配置される。露光装置５００は、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置であるため、レチクル５２０と被処理体５４０を走査することによりレチクル５２０のパターンを被処理体５４０上に縮小投影する。
【００９２】
レチクルステージ５２５は、レチクル５２０を支持して図示しない移動機構に接続されている。レチクルステージ５２５は、当業界周知のいかなる構造をも適用することができる。図示しない移動機構は、リニアモーターなどで構成され、少なくともＸ方向にレチクルステージ５２５を駆動することでレチクル５２０を移動することができる。露光装置５００は、レチクル５２０と被処理体５４０を同期した状態で走査する。ここで、レチクル５２０又は被処理体５４０面内で走査方向をＸ、それに垂直な方向をＹ、レチクル５２０又は被処理体５４０面内に垂直な方向をＺとする。
【００９３】
投影光学系５３０は、複数の反射ミラー（即ち、多層膜ミラー）５３０ａを用いて、レチクル５２０面上のパターンを像面である被処理体５４０上に縮小投影する。複数のミラー５３０ａの枚数は、４枚乃至６枚程度である。少ない枚数のミラーで広い露光領域を実現するには、光軸から一定の距離だけ離れた細い円弧状の領域（リングフィールド）だけを用いて、レチクル５２０と被処理体５４０を同時に走査して広い面積を転写する。投影光学系５３０の開口数（ＮＡ）は、０．１乃至０．２程である。かかる投影光学系５３０に、本発明の収差測定装置１００及び収差測定装置１００を利用した調整方法１０００が適用され、投影光学系５３０の規格値以下の収差となっており、優れた結像性能を発揮することができる。
【００９４】
被処理体５４０は、本実施形態ではウェハであるが、液晶基板その他の被処理体を広く含む。被処理体５４０には、フォトレジストが塗布されている。フォトレジスト塗布工程は、前処理と、密着性向上剤塗布処理と、フォトレジスト塗布処理と、プリベーク処理とを含む。前処理は、洗浄、乾燥などを含む。密着性向上剤塗布処理は、フォトレジストと下地との密着性を高めるための表面改質（即ち、界面活性剤塗布による疎水性化）処理であり、ＨＭＤＳ（Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌ−ｄｉｓｉｌａｚａｎｅ）などの有機膜をコート又は蒸気処理する。プリベークは、ベーキング（焼成）工程であるが現像後のそれよりもソフトであり、溶剤を除去する。
【００９５】
ウェハステージ５４５は、ウェハチャック５４５ａによって被処理体５４５を支持する。ウェハステージ５４５は、例えば、リニアモーターを利用してＸＹＺ方向に被処理体５４０を移動する。レチクル５２０と被処理体５４０は、同期して走査される。また、レチクルステージ５２５の位置とウェハステージ５４５との位置は、例えば、レーザー干渉計などにより監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。
【００９６】
アライメント検出機構５５０は、レチクル５２０の位置と投影光学系５３０の光軸との位置関係、及び、被処理体５４０の位置と投影光学系５３０の光軸との位置関係を計測し、レチクル５２０の投影像が被処理体５４０の所定の位置に一致するようにレチクルステージ５２５及びウェハステージ５４５の位置と角度を設定する。
【００９７】
フォーカス位置検出機構５６０は、被処理体５４０面でＺ方向のフォーカス位置を計測し、ウェハステージ５４５の位置及び角度を制御することによって、露光中、常時被処理体５４０面を投影光学系５３０による結像位置に保つ。
【００９８】
露光において、照明装置５１０から射出されたＥＵＶ光はレチクル５２０を照明し、レチクル５２０面上のパターンを被処理体５４０面上に結像する。本実施形態において、像面は円弧状（リング状）の像面となり、レチクル５２０と被処理体５４０を縮小倍率比の速度比で走査することにより、レチクル５２０の全面を露光する。
【００９９】
次に、図１０及び図１１を参照して、上述の露光装置５００を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１０は、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。本実施形態においては、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、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。ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンなど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、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。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成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で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、それが出荷（ステップ７）される。
【０１００】
図１１は、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、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。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、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置５００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。本実施形態のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置５００を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。
【０１０１】
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。
【０１０２】
本出願は、更に以下の事項を開示する。
【０１０３】
〔実施態様１〕  光学系を透過した光を用いて、当該光学系の波面収差を測定する収差測定装置であって、
前記光から前記光学系の波面収差を含む波面及び球面波を生成する第１のマスクと、
前記光から前記光学系の波面収差を含む波面を生成する第２のマスクと、
前記第１のマスク及び前記第２のマスクを切り替える切り替え手段とを有することを特徴とする収差測定装置。
【０１０４】
〔実施態様２〕  前記第１のマスクから生成される前記光学系の波面収差を含む波面及び球面波、及び、前記第２のマスクから生成される前記光学系の波面収差を含む波面の各々から前記光学系の波面収差を算出する計算手段を更に有することを特徴とする実施態様１記載の収差測定装置。
【０１０５】
〔実施態様３〕  前記第１のマスクは、前記光学系の波面収差を含む波面を生成する回折限界以上の大きさの開口部と、前記球面波を生成する回折限界以下の大きさの開口パターンを有することを特徴とする実施態様１記載の収差測定装置。
【０１０６】
〔実施態様４〕  前記第２のマスクは、前記光学系の波面収差を含む波面を生成する回折限界以上の大きさのスリット領域を有することを特徴とする実施態様１記載の収差測定装置。
【０１０７】
〔実施態様５〕  光学部材で構成される光学系の波面収差を低減させるための調整方法であって、
ＬＳＩ方式を用いて前記光学系の波面収差を測定する第１の測定ステップと、
前記第１の測定ステップで測定した前記光学系の波面収差が所定の値以下であるか判断するステップと、
前記判断ステップにおいて、前記第１の測定ステップで測定した前記光学系の波面収差が所定の値以下であると判断した場合に、ＬＤＩ方式の波面収差を測定する第２の測定ステップと、
前記第２の測定ステップで測定した前記光学系の波面収差が当該光学系の規格値以下となるように前記光学部材を調整するステップとを有することを特徴とする調整方法。
【０１０８】
〔実施態様６〕  前記第１の測定ステップで測定した前記光学系の波面収差が前記所定の値以上であると判断した場合に、前記光学系の波面収差が前記所定の値となるように前記光学部材を調整するステップを更に有することを特徴とする実施態様５記載の調整方法。
【０１０９】
〔実施態様７〕  実施態様１乃至４のうちいずれか一項記載の収差測定装置を利用して波面収差が計測された投影光学系を介してマスク又はレチクルに形成されたパターンを被処理体に露光することを特徴とする露光装置。
【０１１０】
〔実施態様８〕  実施態様７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、
前記露光された前記被処理体に所定のプロセスを行う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。
【０１１１】
【発明の効果】
本発明の収差測定装置によれば、光学系の収差の大きさに関わらず、高精度に波面収差を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一側面としての収差測定装置の例示的一形態を示す概略構成図である。
【図２】ＬＤＩ方式を用いた収差測定装置の概略構成図である。
【図３】図２に示す物体側マスクの概略平面図である。
【図４】図２に示す像側マスクの概略平面図である。
【図５】２つの回折光が像側マスクを通過した後の波面の概略断面図である。
【図６】図２に示すディテクタで観察される干渉縞の一例を示す概略平面図である。
【図７】図１に示す像側マスクの概略平面図である。
【図８】図１に示す収差測定装置を利用した投影光学系の調整方法を説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明の例示的な露光装置の概略構成図である。
【図１０】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１１】図１０に示すステップ４の詳細なフローチャートである。
【図１２】投影光学系の収差とスリット透過後の光量の関係を表すグラフである。
【符号の説明】
１００                収差測定装置
１１０                光源
１２０                集光光学系
１３０                物体側マスク
１３２及び１３４      開口パターン
１４０                回折格子
１５０                像側マスク
１５２                第１の領域
１５２ａ              開口パターン
１５２ｂ              開口部
１５４                第２の領域
１５４ａ              開口パターン
１５４ｂ              開口部
１６０                ディテクタ
１７０                計算手段
１８０                像側マスク
１８２                第１のスリット領域
１８２ａ              第１のスリット
１８２ｂ              第２のスリット
１８４                第２のスリット領域
１８４ａ              第３のスリット
１８４ｂ              第４のスリット
１９０                マスク切り替え手段
５００                露光装置
５３０                投影光学系
【図１】
2004273482.tif 000008
【図２】
2004273482.tif 000009
【図３】
2004273482.tif 000010
【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】
2004273482.tif 000015
【図９】
2004273482.tif 000016
【図１０】
2004273482.tif 000017
【図１１】
2004273482.tif 000018
【図１２】
2004273482.tif 000019