(57)【要約】【課題】  微小開口で形成される参照波面と理想波面との誤差を低減し、光学系の光学性能（波面収差など）を高精度に測定することが可能な測定装置、当該測定装置を有する露光装置を提供する。【解決手段】  光を用いて被検光学系の光学性能を測定する測定装置であって、第１の理想波面を生成する第１のパターン部材と、第２の理想波面を生成すると共に、前記被検光学系の前記光学性能を反映する被検波面を生成する第２のパターン部材と、前記第２のパターン部材を経た前記第２の理想波面と前記被検波面との干渉縞を検出する検出部とを有し、前記第１のパターン部材及び／又は前記第２のパターン部材は、前記光を回折する第１の開口を有する第１の膜と、前記第１の開口を経た前記光を回折する第２の開口を有し、前記第２の開口が前記第１の開口と重なるように、且つ、前記第１の膜と一定距離の空間を有して配置される第２の膜とを有することを特徴とする測定装置を提供する。【選択図】          図１
2005311080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を用いて被検光学系の光学性能を測定する測定装置であって、
第１の理想波面を生成する第１のパターン部材と、
第２の理想波面を生成すると共に、前記被検光学系の前記光学性能を反映する被検波面を生成する第２のパターン部材と、
前記第２のパターン部材を経た前記第２の理想波面と前記被検波面との干渉縞を検出する検出部とを有し、
前記第１のパターン部材及び／又は前記第２のパターン部材は、前記光を回折する第１の開口を有する第１の膜と、
前記第１の開口を経た前記光を回折する第２の開口を有し、前記第２の開口が前記第１の開口と重なるように、且つ、前記第１の膜と一定距離の空間を有して配置される第２の膜とを有することを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記第１の膜及び前記第２の膜に接続し、前記空間を保持する保持部材を更に有することを特徴とする請求項１記載の測定装置。
【請求項３】
前記第１の開口及び前記第２の開口は、スリット形状又は円形状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】
光を用いて被検光学系の光学性能を測定する測定装置であって、
第１の理想波面を生成する第１のパターン部材と、
第２の理想波面を生成すると共に、前記被検光学系の前記光学性能を反映する被検波面を生成する第２のパターン部材と、
前記第２のパターン部材を経た前記第２の理想波面と前記被検波面との干渉縞を検出する検出部とを有し、
前記第１のパターン部材及び／又は前記第２のパターン部材は、前記光を回折する第１の開口を有する第１の膜と、
前記第１の開口を経た前記光を回折する第２の開口を有する第２の膜と、
前記第１の開口を経た前記光を前記第２の開口に伝播する第３の開口を有し、前記第１の膜と前記第２の膜との間に配置され、前記第１の開口と前記第２の開口が重なるように前記第１の膜と前記第２の膜とを接続する第３の膜とを有し、
前記第１の膜の消衰係数をｋ１、前記第２の膜の消衰係数をｋ２、前記第３の膜の消衰係数をｋ３としたとき、ｋ１＞ｋ３、且つ、ｋ２＞ｋ３を満足することを特徴とする測定装置。
【請求項５】
前記第１の開口の中心と前記第２の開口の中心は、一致していることを特徴とする請求項１又は４記載の測定装置。
【請求項６】
前記第１の開口、前記第２の開口及び前記第３の開口は、スリット形状又は円形状を有することを特徴とする請求項４記載の測定装置。
【請求項７】
前記スリット形状の幅は、前記光の波長をλ、前記被検光学系の開口数をＮＡとしたときに、λ／ＮＡ以下であることを特徴とする請求項６記載の測定装置。
【請求項８】
前記円形状の直径は、前記光の波長をλ、前記被検光学系の開口数をＮＡとしたときに、１．２２×λ／ＮＡ以下であることを特徴とする請求項６記載の測定装置。
【請求項９】
前記第３の膜の厚さは、前記光の波長をλ、前記第３の開口の最大の幅をａ、前記第３の膜の複素屈折率実部をｎとしたときに、ｎ×ａ２／（４λ）以上であることを特徴とする請求項４記載の測定装置。
【請求項１０】
前記第１の膜の厚さは、前記光の波長をλ、前記第１の膜の消衰係数をｋ１としたときに、λ／（２πｋ１）以上であることを特徴とする請求項４記載の測定装置。
【請求項１１】
前記第２の膜の厚さは、前記光の波長をλ、前記第２の膜の消衰係数をｋ２としたときに、１．７２７λ／（πｋ２）以上であることを特徴とする請求項４記載の測定装置。
【請求項１２】
前記第１の膜の第１の開口及び前記第２の膜の第２の開口は、スリット形状を有し、
前記第１の膜のスリット形状の幅は、前記第３のスリット形状の幅よりも小さいことを特徴とする請求項４記載の測定装置。
【請求項１３】
前記第１の膜の第１の開口及び前記第２の膜の第２の開口は、円形状を有し、
前記第１の円形状の直径は、前記第２の膜の円形状の直径よりも小さいことを特徴とする請求項４記載の測定装置。
【請求項１４】
光を用いて被検光学系の光学性能を測定する測定装置であって、
前記光から理想波面を生成する第１の開口を有する第１の膜と、前記第１の開口を経た前記光から理想波面を生成する第２の開口を有し、前記第１の開口が前記第１の開口と重なるように、且つ、前記第１の膜と一定距離の空間を有して配置される第２の膜とを有するパターン部材と、
前記第２の開口を経た理想波面と前記被検光学系の前記光学性能を反映する被検波面との干渉縞を検出する検出部とを有することを特徴とする測定装置。
【請求項１５】
光を用いて被検光学系の光学性能を測定する測定装置であって、
前記光から理想波面を生成する第１の開口を有する第１の膜と、前記第１の開口を経た前記光から理想波面を生成する第２の開口を有する第２の膜と、前記第１の開口を経た前記光を前記第２の開口に伝播する第３の開口を有し、前記第１の膜と前記第２の膜との間に配置され、前記第１の開口と前記第２の開口が重なるように前記第１の膜と前記第２の膜とを接続する第３の膜とを有するパターン部材と、
前記第２の開口を経た理想波面と前記被検光学系の前記光学性能を反映する被検波面との干渉縞を検出する検出部とを有し、
前記第１の膜の消衰係数をｋ１、前記第２の膜の消衰係数をｋ２、前記第３の膜の消衰係数をｋ３としたとき、ｋ１＞ｋ３、且つ、ｋ２＞ｋ３を満足することを特徴とする測定装置。
【請求項１６】
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、
請求項１乃至１５のうちいずれか一項記載の測定装置で測定された光学特性が所望の値以上であり、前記パターンを前記被処理体に投影する投影光学系を有することを特徴とする露光装置。
【請求項１７】
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、
前記パターンを投影する投影光学系と、
前記光を利用して前記投影光学系の光学性能を干渉縞として検出する測定装置とを有し、
前記測定装置は、第１の理想波面を生成する第１のパターン部材と、
第２の理想波面を生成すると共に、前記投影光学系の前記光学性能を反映する被検波面を生成する第２のパターン部材と、
前記第２のパターン部材を経た前記第２の理想波面と前記被検波面との干渉縞を検出する検出部とを有し、
前記第１のパターン部材及び／又は前記第２のパターン部材は、前記光を回折する第１の開口を有する第１の膜と、
前記第１の開口を経た前記光を回折する第２の開口を有し、前記第２の開口が前記第１の開口と重なるように、且つ、前記第１の膜と一定距離の空間を有して配置される第２の膜とを有することを特徴とする露光装置。
【請求項１８】
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、
前記パターンを投影する投影光学系と、
前記光を利用して前記投影光学系の光学性能を測定する測定装置とを有し、
前記測定装置は、第１の理想波面を生成する第１のパターン部材と、
第２の理想波面を生成すると共に、前記投影光学系の前記光学性能を反映する被検波面を生成する第２のパターン部材と、
前記第２のパターン部材を経た前記第２の理想波面と前記被検波面との干渉縞を検出する検出部とを有し、
前記第１のパターン部材及び／又は前記第２のパターン部材は、前記光を回折する第１の開口を有する第１の膜と、
前記第１の開口を経た前記光を回折する第２の開口を有する第２の膜と、
前記第１の開口を経た前記光を前記第２の開口に伝播する第３の開口を有し、前記第１の膜と前記第２の膜との間に配置され、前記第１の開口と前記第２の開口が重なるように前記第１の膜と前記第２の膜とを接続する第３の膜とを有し、
前記第１の膜の消衰係数をｋ１、前記第２の膜の消衰係数をｋ２、前記第３の膜の消衰係数をｋ３としたとき、ｋ１＞ｋ３、且つ、ｋ２＞ｋ３を満足することを特徴とする露光装置。
【請求項１９】
前記レチクルを照明する照明光学系を更に有し、
前記照明光学系は、前記測定装置の一部を兼ねていることを特徴とする請求項１７又は１８記載の露光装置。
【請求項２０】
請求項１乃至１５のうちいずれか一項記載の測定装置を用いて投影光学系の光学性能を算出するステップと、
算出された前記投影光学系の前記光学性能に基づいて、前記投影光学系を調節するステップと、
調節された前記投影光学系を有する露光装置を用い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２１】
請求項１６乃至１９のうちいずれか一項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、光学部材の性能を測定する測定装置に係り、特に、レチクル上のパターンを被処理体に転写する投影光学系などの波面を測定装置を搭載した露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトリソグラフィー（焼き付け）技術を用いて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製造する際に、レチクル（マスク）に描画された回路パターンを投影光学系によってウェハ等に投影して回路パターンを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ウェハに転写されることが要求されるため、結像性能のよい、収差を抑えた高精度な投影光学系を用いることが重要である。光学系の精度を表す波面収差ＲＭＳ（Ｒｏｏｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）値は、一般的に、Ｍａｒｅｓｈａｌ  Ｃｒｉｔｅｒｉｏｎからλ／１４以下にする必要がある。ここで、λは光源の波長である。
【０００３】
特に近年、半導体デバイスの一層の微細化の要求により、研究開発の進んでいる波長λ＝１３．５ｎｍ近傍のＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光を用いた露光装置（以下、「ＥＵＶ露光装置」と称する。）には、ｎ枚のミラーで構成される反射型の光学系が使用される。この場合、ミラー１枚あたり、λ／（２８√ｎ）の形状精度が要求され、６枚のミラーで構成される光学系を考えると、面加工精度を０．２ｎｍＲＭＳ程度にする必要がある。
【０００４】
このような高精度な面形状は、計測精度が十分でないために従来の面精度測定装置では測定することができない。そのため、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（Ｐｏｉｎｔ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ：ＰＤＩ）や、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（Ｌｉｎｅ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ：ＬＤＩ）を利用し、０．１ｎｍＲＭＳ程度の高い計測精度を達成する測定装置が提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００５】
ピンホールやスリットなどの微小開口から形成される参照波面と被検波面とを干渉させる方式のＰＤＩやＬＤＩを利用した測定装置では、開口で形成される参照波面と理想球面波や理想円筒波との誤差（以下、「参照波面偏差」と称する。）が測定誤差に影響を与える。かかる参照波面偏差は、ピンホール又はスリットの光軸（中心）と入射光の光軸とのずれ（光軸ずれ）によって生じる。光軸ずれが生じると、ピンホール又はスリットのエッジに引っ掛かりながら入射する光とピンホール又はスリットのエッジに引っ掛からずに入射する光との間に光路差が発生し、射出される参照波面が乱れるからである。また、十分に小さく、完全遮光体で厚みを持たないピンホール又はスリットからは理想球面波及び理想円筒波が形成されるが、実際のピンホール又はスリットは有限の厚みを持つため、発生する波面は参照波面偏差を有する。
【０００６】
従って、参照波面偏差を低減するために、開口の大きさを可能な限り小さくすると共に、開口の中心と入射光の光軸とを精度よく位置合わせする必要がある。この影響に対しては、光軸ずれや波面収差を変化させてピンホールから射出する波面を算出し、かかる波面を参照波面として用いた場合における測定誤差増加の問題提起がなされている（例えば、非特許文献２参照。）。
【非特許文献１】村上  勝彦著  「ＯｐｌｕｓＥ」  新技術コミュニケーションズ  ２００４年１月号  Ｖｏｌ．２６  Ｎｏ．１  ４３頁乃至４７頁
【非特許文献２】Ｙ．Ｓｅｋｉｎｅ，Ａ．Ｓｕｚｕｋｉ，Ｍ．Ｈａｓｅｇａｗａ，Ｈ．Ｋｏｎｄｏ，Ｍ．Ｉｓｈｉｉ，Ｊ．Ｋａｗａｋａｍｉ，Ｔ．Ｏｓｈｉｎｏ，Ｋ．ｓｕｇｉｓａｋｉ，Ｙ．Ｚｈｕ，Ｋ．Ｏｔａｋｉ，Ｚ．Ｌｉｕ、「Ｗａｖｅ−ｆｒｏｎｔ  ｅｒｒｏｒｓ  ｏｆ  ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｓｐｈｅｒｉｃａｌ  ｗａｖｅｓ  ｉｎ  ｈｉｇｈ−ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  ａｐｅｒｔｕｒｅ  ｐｏｉｎｔ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒｓ」、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ２２（１）２００４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来は、干渉計の測定に用いる光の波長が可視光の領域にあり、測定精度もそれほど高いものは要求されていなかったため、参照波面偏差が測定精度に与える影響を無視することができた。
【０００８】
しかし、ＥＵＶ露光装置に用いる投影光学系などでは、高精度な波面収差の測定が要求され、参照波面偏差が測定精度に与える影響を無視できなくなってきた。また、ＥＵＶ光などの波長の短い光は、微小開口が形成される部材（例えば、遮光膜など）を透過して微小開口に漏れだしてしまうため、光軸ずれと同様に、微小開口に漏れた光と微小開口に入射した光との間に光路差が生じ、参照波面を乱す原因となる。なお、微小開口を形成する部材を厚くすることでＥＵＶ光の微小開口への漏れの影響を低減することは可能であるが、理想球面波又は理想円筒波に近い参照波面を形成するために必要となる微小開口をより一層小さく、より薄くという要求と矛盾する。
【０００９】
一方、非特許文献２に開示されているように、従来の微小開口から射出される参照波面は、光軸ずれなどにより波面偏差が増加するため、測定精度に与える影響が無視できない。ゆえに、測定精度の向上のためには、理想球面波又は理想円筒波にできる限り近い参照波面を発生させる微小開口を用いることが好ましい。
【００１０】
このように、従来の測定装置では、高精度な光学系を提供するにあたり必須となる高精度な収差測定を行うことができない。換言すれば、従来の測定装置は、光学系の高精度化に伴って要求される測定精度を満足していない。
【００１１】
そこで、本発明は、微小開口で形成される参照波面と理想波面との誤差を低減し、光学系の光学性能（波面収差など）を高精度に測定することが可能な測定装置、当該測定装置を有する露光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】
【００１２】
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、光を用いて被検光学系の光学性能を測定する測定装置であって、第１の理想波面を生成する第１のパターン部材と、第２の理想波面を生成すると共に、前記被検光学系の前記光学性能を反映する被検波面を生成する第２のパターン部材と、前記第２のパターン部材を経た前記第２の理想波面と前記被検波面との干渉縞を検出する検出部とを有し、前記第１のパターン部材及び／又は前記第２のパターン部材は、前記光を回折する第１の開口を有する第１の膜と、前記第１の開口を経た前記光を回折する第２の開口を有し、前記第２の開口が前記第１の開口と重なるように、且つ、前記第１の膜と一定距離の空間を有して配置される第２の膜とを有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の別の側面としての測定装置は、光を用いて被検光学系の光学性能を測定する測定装置であって、第１の理想波面を生成する第１のパターン部材と、第２の理想波面を生成すると共に、前記被検光学系の前記光学性能を反映する被検波面を生成する第２のパターン部材と、前記第２のパターン部材を経た前記第２の理想波面と前記被検波面との干渉縞を検出する検出部とを有し、前記第１のパターン部材及び／又は前記第２のパターン部材は、前記光を回折する第１の開口を有する第１の膜と、前記第１の開口を経た前記光を回折する第２の開口を有する第２の膜と、前記第１の開口を経た前記光を前記第２の開口に伝播する第３の開口を有し、前記第１の膜と前記第２の膜との間に配置され、前記第１の開口と前記第２の開口が重なるように前記第１の膜と前記第２の膜とを接続する第３の膜とを有し、前記第１の膜の消衰係数をｋ１、前記第２の膜の消衰係数をｋ２、前記第３の膜の消衰係数をｋ３としたとき、ｋ１＞ｋ３、且つ、ｋ２＞ｋ３を満足することを特徴とする。
【００１４】
本発明の更に別の側面としての測定装置は、光を用いて被検光学系の光学性能を測定する測定装置であって、前記光から理想波面を生成する第１の開口を有する第１の膜と、前記第１の開口を経た前記光から理想波面を生成する第２の開口を有し、前記第１の開口が前記第１の開口と重なるように、且つ、前記第１の膜と一定距離の空間を有して配置される第２の膜とを有するパターン部材と、前記第２の開口を経た理想波面と前記被検光学系の前記光学性能を反映する被検波面との干渉縞を検出する検出部とを有することを特徴とする。
【００１５】
本発明の更に別の側面としての測定装置は、光を用いて被検光学系の光学性能を測定する測定装置であって、
前記光から理想波面を生成する第１の開口を有する第１の膜と、前記第１の開口を経た前記光から理想波面を生成する第２の開口を有する第２の膜と、前記第１の開口を経た前記光を前記第２の開口に伝播する第３の開口を有し、前記第１の膜と前記第２の膜との間に配置され、前記第１の開口と前記第２の開口が重なるように前記第１の膜と前記第２の膜とを接続する第３の膜とを有するパターン部材と、前記第２の開口を経た理想波面と前記被検光学系の前記光学性能を反映する被検波面との干渉縞を検出する検出部とを有し、前記第１の膜の消衰係数をｋ１、前記第２の膜の消衰係数をｋ２、前記第３の膜の消衰係数をｋ３としたとき、ｋ１＞ｋ３、且つ、ｋ２＞ｋ３を満足することを特徴とする。
【００１６】
本発明の更に別の側面としての露光装置は、レチクルに形成されたパターンを被処理体に露光する露光装置であって、上述の測定装置で測定された光学特性が所望の値以上であり、前記パターンを前記被処理体に投影する投影光学系を有することを特徴とする。
【００１７】
本発明の更に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、前記パターンを投影する投影光学系と、前記光を利用して前記投影光学系の光学性能を干渉縞として検出する測定装置とを有し、前記測定装置は、第１の理想波面を生成する第１のパターン部材と、第２の理想波面を生成すると共に、前記投影光学系の前記光学性能を反映する被検波面を生成する第２のパターン部材と、前記第２のパターン部材を経た前記第２の理想波面と前記被検波面との干渉縞を検出する検出部とを有し、前記第１のパターン部材及び／又は前記第２のパターン部材は、前記光を回折する第１の開口を有する第１の膜と、前記第１の開口を経た前記光を回折する第２の開口を有し、前記第２の開口が前記第１の開口と重なるように、且つ、前記第１の膜と一定距離の空間を有して配置される第２の膜とを有することを特徴とする。
【００１８】
本発明の更に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、前記パターンを投影する投影光学系と、前記光を利用して前記投影光学系の光学性能を測定する測定装置とを有し、前記測定装置は、第１の理想波面を生成する第１のパターン部材と、第２の理想波面を生成すると共に、前記投影光学系の前記光学性能を反映する被検波面を生成する第２のパターン部材と、前記第２のパターン部材を経た前記第２の理想波面と前記被検波面との干渉縞を検出する検出部とを有し、前記第１のパターン部材及び／又は前記第２のパターン部材は、前記光を回折する第１の開口を有する第１の膜と、前記第１の開口を経た前記光を回折する第２の開口を有する第２の膜と、前記第１の開口を経た前記光を前記第２の開口に伝播する第３の開口を有し、前記第１の膜と前記第２の膜との間に配置され、前記第１の開口と前記第２の開口が重なるように前記第１の膜と前記第２の膜とを接続する第３の膜とを有し、前記第１の膜の消衰係数をｋ１、前記第２の膜の消衰係数をｋ２、前記第３の膜の消衰係数をｋ３としたとき、ｋ１＞ｋ３、且つ、ｋ２＞ｋ３を満足することを特徴とする。
【００１９】
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投影光学系の光学性能を算出するステップと、算出された前記投影光学系の前記光学性能に基づいて、前記投影光学系を調節するステップと、調節された前記投影光学系を有する露光装置を用い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。
【００２０】
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。
【００２１】
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】
【００２２】
本発明によれば、微小開口で形成される参照波面と理想波面との誤差を低減し、光学系の光学性能（波面収差など）を高精度に測定することが可能な測定装置、当該測定装置を有する露光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】
【００２３】
以下、添付図面を参照して、本発明の一側面としての測定装置１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。図１は、測定装置１の構成を示す概略ブロック図である。図２は、測定装置１を構成する一部の要素の概略平面図であって、図２（ａ）は第１のマスク２０の平面図、図２（ｂ）はグレーディング３０の平面図、図２（ｃ）は第２のマスク４０の平面図である。
【００２４】
測定装置１は、被検光学系ＭＯＳの光学特性を干渉縞を検出することによって測定する測定装置である。測定装置１は、本実施形態では、ＰＤＩを利用して被検光学系ＭＯＳの波面収差を測定する。
【００２５】
測定装置１は、図１に示すように、照明ユニット１１０と受光ユニット１２０とで構成される。ＭＯＳは被検光学系である。照明ユニット１１０は、照明光ＬＬを射出する照明光学系１０と、第１のパターン部材としての第１のマスク２０と、照明光ＬＬを回折するグレーディング３０を有する。尚、光源は不図示である。受光ユニット１２０は、第２のパターン部材としての第２のマスク４０と、ＣＣＤなどの受光素子で構成される検出部５０とを有する。なお、ＤＬ１は、グレーディング３０による回折光の一であり、被検光学系ＭＯＳを透過した後、第２のマスク４０の透過窓４４を透過する光である。ＤＬ２は、グレーディング３０による回折光の一であって、回折光ＤＬ１とは別の回折次数を有し、第２のマスク４０の第２のピンホール４２に照射され、第２のピンホール４２から発生する光である。
【００２６】
照明光学系１０は、本実施形態では、光学素子で構成され、被検光学系ＭＯＳより大きな波面収差を有している可能性が高い。そこで、図２に示すように、第１のマスク２０に形成されている第１のピンホール２２に照明光ＬＬを照射し、第１のピンホール２２によって収差を低減した球面波（理想球面波）を発生させる。かかる球面波がグレーディング３０を透過することにより、複数の次数の回折光が発生する。
【００２７】
グレーディング３０で発生した回折光は、被検光学系ＭＯＳを透過又は被検光学系ＭＯＳで反射される。そして、回折光のうちの一が第２のマスク４０の透過窓４４を透過し、その他の回折光のうちの一が第２のマスク４０の第２のピンホール４２に照射される。
【００２８】
第２のマスク４０の透過窓４４を透過した光ＤＬ１は、被検光学系ＭＯＳの面精度誤差や調整誤差に起因する波面収差を有している。一方、第２のマスク４０の第２のピンホール４２により発生した光ＤＬ２は、第２のピンホール４２により回折されることで、理想球面波に近い波面を有している。かかる光ＤＬ２を参照光として、被検波面である光ＤＬ１と重ね合わせて（干渉して）形成される干渉縞（強度パターン）を検出部５０で検出する。検出された干渉縞を解析することにより、被検光学系ＭＯＳの面精度誤差を算出する。
【００２９】
ここで、第１のマスク２０及び第２のマスク４０は、照明光学系１０及び被検光学系ＭＯＳの波面収差を低減させ、理想球面波に近い波面を生成させるために用いられる。換言すれば、第１のマスク２０及び第２のマスク４０は、参照波面を発生させる機能を有する。
【００３０】
また、測定装置１がＬＤＩを利用する場合には、第１のマスク２０の代わりに、図３（ａ）に示すような、第１のスリット２２ａ及び２２ｂを有する第１のマスク２０Ａ及び２０Ｂを用い、グレーディング３０の代わりに、図３（ｂ）に示すような、グレーディング３０Ａ及び３０Ｂを用い、第２のマスク４０の代わりに、図３（ｂ）に示すような、第２のスリット４２ａと透過窓４４ａとを有する第２のマスク４０Ａ及び第２のスリット４２ｂと透過窓４４ｂとを有する第２のマスク４０Ｂを用いる。ここで、図３は、ＬＤＩを利用する場合の測定装置１を構成する一部の要素の概略平面図であって、図３（ａ）は第１のマスク２０Ａの平面図、図３（ｂ）はグレーディング３０Ａの平面図、図３（ｃ）は第２のマスク４０Ａ及びＢの平面図である。
【００３１】
第１のピンホール２２及び／又は第２のピンホール４２から発生する参照波面を理想球面波に近づけるには、第１のマスク２０及び第２のマスク４０は、ピンホール以外の領域ＧＰＡで遮光性能を有する必要があるため、第１のピンホール２２及び第２のピンホール４２の厚さ（即ち、第１のマスク２０及び第２のマスク４０の厚さ）を有限な厚みに設定しなければならない。ＬＤＩを利用する場合も同様に、スリット以外の領域ＧＰＡで遮光性能を有する必要があるため、第１のスリット２２ａ及び２２ｂ、及び、第２のスリット４２ａ及び４２ｂの厚さ（即ち、第１のマスク２０Ａ及び２０Ｂ、及び、第２のマスク４０Ａ及び４０Ｂの厚さ）を有限な厚みに設定しなければならない。
【００３２】
図４は、第１のマスク２０の概略断面図であって、ＢＩＰ２２は、第１のマスク２０の第１のピンホール２２に照射されるビーム強度プロファイルである。図５は、第２のマスク４０の概略断面図であって、ＢＩＰ４２及びＢＩＰ４４は、第２のマスク４０の第２のピンホール４２及び透過窓４４に照射されるビーム強度プロファイルである。なお、ＬＤＩを利用する測定装置に用いられる第１のマスク２０Ａ及び２０Ｂ、及び、第２のマスク４０Ａ及び４０Ｂにおけるビーム強度プロファイルは、図４及び図５に示すものと同様である。また、以下では、ピンホール及びスリットを開口と表現し、理想球面波及び理想円筒波の波面を理想波面と表現する。
【００３３】
開口を有する第１のマスク２０及び／又は第２のマスク４０が有限な厚みを有する場合、開口から生成される波面形状は、理想球面波や理想円筒波からの誤差（参照波面偏差）を有する。ここで、開口の中心と照射される光の光軸の位置がずれている場合や、照射される光が波面収差を含んでいた場合には、参照波面偏差が更に増加する。このような場合において、本発明者は、第１のマスク２０及び第２のマスク４０を、例えば、２層の膜から構成し、かかる２層の膜が有する開口の中心を一致させることで、参照波面偏差の増加を抑制することができることを発見した。
【００３４】
参照波面偏差の増加を抑制するために２層の膜で構成した第１のマスク２０を図６に示す。図４と同様に、ＢＩＰ２２は、第１のピンホール２２に照射される照明光学系１０を透過又は反射してきたビーム強度プロファイルである。
【００３５】
図６を参照するに、第１のマスク２０は、照明光ＬＬを回折する第１の開口２７ａを有する第１の膜２７と、第１の開口２７ａを経た光を回折する第２の開口２８ａを有する第２の膜２８とを有する。また、第１の膜２７と第２の膜２８は、第１の開口２７ａの中心と第２の開口２８ａの中心と一致するように、且つ、照明光ＬＬの吸収の少ない空間ＳＰを有して配置される。
【００３６】
第１の膜２７に照射された照明光ＬＬは、第１の膜２７に形成された第１の開口２７ａにより回折され、光軸ずれや照明光学系１０に起因する波面収差が低減された光が発生する。更に、回折された光は、空間ＳＰを伝搬した後、第２の膜２８に照射される。
【００３７】
第２の膜２８に照射された光は、第２の膜２８に形成された第２の開口２８ａにより回折され、光軸ずれや照明光学系１０に起因する波面収差が更に低減された光が発生する。従って、第１のマスク２０によれば、従来のピンホールマスクに比べて、参照波面偏差が低減され、より理想波面に近い参照波面を形成することができる。これにより、測定装置１の測定精度が向上する。なお、本実施形態では、第１のマスク２０を構成する膜を２層としているが、２層以上にしても同様の効果を得ることが可能である。また、本実施形態では、第１の開口２７ａの中心と第２の開口２８ａの中心と一致するように第１の膜２７及び第２の膜２８を配置しているが、第１の開口２７ａと第２の開口２８ａが重なるように第１の膜２７及び第２の膜２８を配置しても同様の効果を得ることができる。
【００３８】
第１のマスク２０と同様に、参照波面偏差の増加を抑制するために２層の膜で構成した第２のマスク４０を図７に示す。図５と同様に、ＢＩＰ４２は、第２のピンホール４２に照射される被検光学系ＭＯＳを透過又は反射してきたビーム強度プロファイルである。
【００３９】
図７を参照するに、第２のマスク４０は、被検光学系ＭＯＳを経た光を回折する第１の開口４７ａを有する第１の膜４７と、第１の開口４７ａを経た光を回折する第２の開口４８ａを有する第２の膜４８とを有する。また、第１の膜４７と第２の膜４８は、第１の開口４７ａの中心と第２の開口４８ａの中心と一致するように、且つ、光の吸収の少ない空間ＳＰを有して配置される。第２のマスク４０によれば、第２のピンホール４２から発生する光の参照波面偏差を低減することが可能となる。従って、理想波面により近い参照波面を形成することができるため、測定装置１の測定精度を向上させることができる。なお、本実施形態では、第２のマスク４０を構成する膜を２層としているが、２層以上にしても同様の効果を得ることが可能である。また、本実施形態では、第１の開口４７ａの中心と第２の開口４８ａの中心と一致するように第１の膜４７及び第２の膜４８を配置しているが、第１の開口４７ａと第２の開口４８ａが重なるように第１の膜４７及び第２の膜４８を配置しても同様の効果を得ることができる。
【００４０】
第２のマスク４０は、図８に示すように、空間ＳＰに保持部材４５を配置してもよい。保持部材４５は、第１の膜４７及び第２の膜４８に接続し、第１の膜４７と第２の膜４８との間に一定距離の空間ＳＰを保持する。保持部材４５は、第１の膜４７及び第２の膜４８の重力や熱による変形を低減すると共に、第１の開口４７ａの中心と第２の開口４８ａの中心とを精度よく一致させることができる。なお、かかる保持部材は、第１のマスク２０に適用することも可能であることは言うまでもない。ここで、図８は、保持部材４５を有する第２のマスク４０の概略断面図である。
【００４１】
図９は、第１の膜４７と第２の膜４８との間の空間ＳＰに第３の膜４９を有する第２のマスク４０の概略断面図である。第３の膜４９は、第１の開口４７ａを経た光を第２の開口４８ａに伝播する第３の開口４９ａを有し、第１の開口４７ａの中心と第２の開口４８ａの中心とを一致させるように、第１の膜４７と第２の膜４８とを接続する。なお、第３の膜４９の光吸収が少ない場合には、第３の開口４９ａを形成しなくてもよい。上述したように、第３の膜４９は、第１の開口４７ａと第２の開口４８ａが重なるように第１の膜４７及び第２の膜４８を接続してもよい。また、図９に示す第２のマスク４０の構成は、第１のマスク２０にも適用することができる。
【００４２】
第２のマスク４０は、第１の膜４７の消衰係数をｋ１、第２の膜４８の消衰係数をｋ２、第３の膜の消衰係数をｋ３とした場合、ｋ１＞ｋ３とすることで、第１の開口４７ａから広がりを持った回折光が発生し、照射された光の波面収差や照射された光の光軸と第１の開口４７ａの中心との位置ずれの影響を低減することができる。更に、ｋ２＞ｋ３とすることで、照射された光の波面収差や照射された光の光軸と第２の開口４８ａの中心との位置ずれの影響を更に低減した光が第２の開口４８ａから発生する。ここで、消衰係数とは、媒質の複素屈折率虚部である。
【００４３】
図９に示すように、第３の膜４９を設けることで、第２のマスク４０の剛性が向上し、変形の影響を低減させることができる。更に、可視光の場合には、第３の膜４９を略透明な石英基板とし、かかる基板の表面及び裏面に消衰係数の大きい、例えば、クロムなどを成膜した後、フォトリソグラフィー及びエッチングや、電子ビーム、イオンビームなどによって開口を形成することで、簡便に第２のマスク４０を作成することが可能となる。
【００４４】
測定装置１がＬＤＩを利用して被検光学系ＭＯＳの光学性能を測定する場合には、第１のマスク２０及び第２のマスク４０が有する第１のピンホール２２及び第２のピンホール４２の円形状をスリット形状にすればよい。スリットの短い方向の幅（以下、「スリット幅」と称する。）は、照射される光のビーム強度プロファイルの幅より短くすることで、照射される光の波面収差を低減させた光を回折により発生させることが可能となる。スリットのような矩形形状の開口から発生する光を集光する場合、スポットの幅は、照明光ＬＬの波長をλ、集光させる光学系（即ち、被検光学系ＭＯＳ）の開口数をＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）とすると、λ／ＮＡとなる。従って、スリット幅がλ／ＮＡ以下であれば、照射される光の波面収差が低減した光を回折により発生させることができる。
【００４５】
ここで、例えば、ＥＵＶ露光装置（波長λが１３．５ｎｍ）に用いられるＮＡが０．２０である投影光学系の光学特性を測定するＬＤＩを利用した測定装置について説明する。本発明の第２のマスク４０及び従来のマスクから発生する波面の参照波面偏差について、厳密電磁場数値計算を用いて計算した。なお、従来のマスクは、材質をＮｉ、厚さを１５０ｎｍとし、本発明の第２のマスク４０は、第１の膜４７の材質をＮｉ、厚さを５０ｎｍ、第２の膜４８の材質をＮｉ、厚さを１５０ｎｍ、第３の膜４９の材質をＳｉＮ、厚さを１５０ｎｍとした。また、本発明の第２のマスク４０及び従来のマスク共に、スリット幅を５０ｎｍとした。
【００４６】
図１０は、本発明の第２のマスク４０（Ｎｉ  ５０ｎｍ／ＳｉＮ  １５０ｎｍ／Ｎｉ  １５０ｎｍ）及び従来のマスク（Ｎｉ  １５０ｎｍ）において、照射する光の光軸とスリットの中心との間に位置ずれ（光軸ずれ）が生じた場合に、スリットから発生する波面の理想円筒波からの誤差、即ち、参照波面偏差を示すグラフである。図１０は、横軸に光軸ずれを、縦軸に参照波面偏差を採用する。
【００４７】
図１０を参照するに、従来のマスクでは、スリットから発生した波面の参照波面偏差は、光軸ずれが５ｎｍで２．５ｍλ以上、光軸ずれが１０ｎｍで５ｍλ以上と、光軸ずれが増加するに従って参照波面偏差も著しく増加する。一方、本発明の第２のマスク４０では、２０ｎｍの光軸ずれが生じても参照波面偏差は２ｍλ以下に抑えられていることがわかる。
【００４８】
ＥＵＶ露光装置に用いられる投影光学系の測定精度としては、０．１ｎｍＲＭＳ程度が求められており、これを波長単位に換算すると、０．１ｎｍ／１３．５ｎｍ＝７．４ｍλＲＭＳとなる。干渉計における測定誤差の要因としては、大別して、システム誤差、第１のマスクから発生する参照波面偏差、第２のマスクから発生する参照波面偏差及び干渉縞解析誤差がある。このうち、第２のマスクにおける参照波面偏差としては、７．４ｍλ／４＝１．８５ｍλが許容範囲となる。
【００４９】
図１０を参照するに、参照波面誤差が１．８５λＲＭＳ以下となる光軸ずれは、従来のマスクの場合には２．５ｎｍ以下であり、かかる精度で光軸、マスクの位置制御を行うことは困難である。一方、本発明の第２のマスク４０の場合には、２０ｎｍ程度の光軸ずれまで許容され、ＬＤＩの測定精度の向上と共に、高精度な位置合わせが不要となるため、装置の簡便化も可能となる。
【００５０】
また、ＰＤＩを利用した測定装置１においては、第１のマスク２０及び第２のマスク４０の第１のピンホール２２及び第２のピンホール４２の形状を略円形状にすることで、理想球面波に近い波面の光を発生させることができる。ピンホールのような円形状の開港から発生する光を集光する場合、スポット直径は、１．２２×λ／ＮＡといなる。従って、ピンホールの直径が１．２２×λ／ＮＡ以下であれば、照射される光の波面収差が低減した光を回折により発生させることができる。
【００５１】
ここで、ＬＤＩを利用した測定装置の場合と同様に、本発明の第２のマスク４０及び従来のマスクから発生する波面の参照波面偏差について、厳密電磁場数値計算を用いて計算した。なお、従来のマスクは、材質をＮｉ、厚さを１５０ｎｍとし、本発明の第２のマスク４０は、第１の膜４７の材質をＮｉ、厚さを５０ｎｍ、第２の膜４８の材質をＮｉ、厚さを１５０ｎｍ、第３の膜４９の材質をＳｉＮ、厚さを１５０ｎｍとした。また、本発明の第２のマスク４０及び従来のマスク共に、ピンホールの直径を５０ｎｍとした。
【００５２】
図１１は、本発明の第２のマスク４０（Ｎｉ  ５０ｎｍ／ＳｉＮ  １５０ｎｍ／Ｎｉ  １５０ｎｍ）及び従来のマスク（Ｎｉ  １５０ｎｍ）において、照射する光の光軸とピンホールの中心との間に位置ずれ（光軸ずれ）が生じた場合に、ピンホールから発生する波面の理想球面波からの誤差、即ち、参照波面偏差を示すグラフである。図１１は、横軸に光軸ずれを、縦軸に参照波面偏差を採用する。
【００５３】
図１１を参照するに、参照波面偏差が１．８５λＲＭＳ以下となる光軸ずれは、従来のマスクの場合には１１ｎｍ以下であるが、本発明の第２のマスク４０の場合には２５ｎｍ以上に拡大していることがわかる。従って、ＰＤＩの測定精度の向上と共に、高精度な位置合わせが不要となるため、装置の簡便化も可能となる。
【００５４】
なお、照明光学系１０や被検光学系ＭＯＳは、無収差ではなく、ある収差を有しているため、入射する光が収差を有している場合においても、参照波面偏差は小さいものでなければならない。
【００５５】
図１２は、本発明の第２のマスク４０（Ｎｉ  ５０ｎｍ／ＳｉＮ  １５０ｎｍ／Ｎｉ  １５０ｎｍ）及び従来のマスク（Ｎｉ  １５０ｎｍ）において、照射する光が非点収差を有する場合に、ピンホールから発生する波面の理想球面波からの誤差、即ち、参照波面偏差を示すグラフである。図１２は、横軸にＦｒｉｎｇｅ  Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式の低次非点収差の係数を、縦軸に参照波面偏差を採用する。
【００５６】
図１２を参照するに、従来のマスクでは、非点収差の係数が−０．０５λから０．１λの範囲で、参照波面偏差が１．８５ｍλＲＭＳとなるが、本発明の第２のマスク４０では、非点収差の係数が−０．５λから０．２５λまでの広い範囲で、参照波面偏差を１．８５ｍλＲＭＳ以下に抑えることが可能となる。従って、ＰＤＩの測定精度の向上と共に、高精度な位置合わせが不要となるため、装置の簡便化も可能となる。なお、第２のマスク４０の開口の形状（円形形状）は、照射される光が直線偏光の場合、偏光方向に応じた楕円形状とすることで、参照波面偏差を更に低減させることができる。
【００５７】
また、光が最初に照射される第１の膜４７の第１の開口４７ａから発生した回折光は、第１の開口４７ａの出口に近い領域ではフレネル回折に似た回折光となり、更に、伝搬することにより、フラウンホーファ回折に似た回折光となる。第１の開口４７ａの出口から垂直方向の伝搬距離をｄ、光の波長をλ、伝搬する媒質の屈折率をｎ、第１の開口４７ａの最大幅をａとすると、フレネル回折に似た回折光が生じる領域は、以下の数式１で表される。
【００５８】
【数１】
2005311080.tif 000003
【００５９】
また、以下の数式２で表される領域では、回折光の広がりが、第１の開口４７ａの最大幅ａ以上となる。
【００６０】
【数２】
2005311080.tif 000004
【００６１】
従って、第２の膜４８の第２の開口４８ａに光が到達するまでに、回折光の広がりが第２の開口４８ａの最大幅以上となっていれば、第２の開口４８ａから発生する参照波面偏差が小さくなる。
【００６２】
例えば、開口幅５０ｎｍの第１の開口４７ａから生じる回折光の光強度分布を、波長を１３．５ｎｍ、第１の膜４７は完全遮蔽体で無限に薄いものとして計算した。図１３は、数式１の条件を満たし、第１の開口４７ａから２ｎｍ伝搬したときの開口面に対して平行方向の光強度分布を示すグラフである。図１３は、横軸に第１の開口４７ａの位置を、縦軸に光強度を採用している。図１３を参照するに、開口幅５０ｎｍ内での光強度分布は、中心軸上の強度がピークとなっておらず、開口幅５０ｎｍ外では急激に光強度が減少していることがわかる。
【００６３】
図１４は、数式２の条件を満たし、第１の開口４７ａから４７ｎｍ伝搬したときの開口面に対して平行方向の光強度分布を示すグラフである。図１４は、横軸に第１の開口４７ａの位置を、縦軸に光強度を採用している。図１４を参照するに、開口幅５０ｎｍ外の領域にも光が広がっていることがわかる。
【００６４】
更に、第１の膜４７が有限の厚みを有し、光吸収がある場合を考える。例えば、第１の膜４７の材質をＮｉ、厚みを５０ｎｍ、第２の膜４８の材質をＮｉ、厚みを１５０ｎｍとした第２のマスク４０の参照波面収差を考える。図１５は、第３の膜４９の厚さを変化させた場合において、第２のマスク４０から発生する参照波面偏差を示すグラフである。図１５は、横軸に第３の膜４９の厚さを、縦軸に参照波面偏差を採用する。
【００６５】
図１５を参照するに、光軸ずれがない場合と、光軸ずれが１０ｎｍある場合の参照波面偏差を比較すると、第３の膜４９の厚さをｄとして、ｄ＞ｎ×ａ２／（４λ）、即ち、ｄ＞４５．６ｎｍで、第３の膜４９として光吸収の多いＮｉを用いた第２のマスク４０よりも、第３の膜４９として光吸収の少ないＳｉＮを用いた第２のマスク４０の方が、参照波面偏差は小さくなる。従って、第２のマスク４０の第３の膜４９の厚さを、ｎ×ａ２／（４λ）以上とすることで、第２のマスク４０からの参照波面偏差を低減することが可能となる。なお、第１の膜４７が有する第１の開口４７ａの形状と、第２の膜４８が有する第２の開口４８ａの形状が異なる場合でも、同様の効果を得ることができる。
【００６６】
更に、光が最初に照射される第１の膜４７では、回折光が発生する程度の遮光性能が必要となる。第１の膜４７において、光軸ずれを生じた場合には、入射する光の光軸、即ち、入射光の最大の光強度となる位置が第１の開口４７ａ以外の領域に移動することがある。この場合、第１の開口４７ａにより回折光を発生させるためには、入射する光の光強度を１とすると、スポット径端の光強度である１／ｅ２以下に減衰する厚みｚ’を有している必要がある。ここで、ｅは自然対数である。
【００６７】
ここで、第１の膜４７に電界強度Ｉ０の平面波を入射した場合、誘電体を距離ｚだけ透過した平面波の電界強度Ｉは、以下の数式３で表される。
【００６８】
【数３】
2005311080.tif 000005
【００６９】
ここで、αは吸収係数であり、消衰定数をｋ、波長をλとすると、以下の数式４で表される。
【００７０】
【数４】
2005311080.tif 000006
【００７１】
また、入射する光のピーク強度が１／ｅ２に減衰する距離ｚ’は、以下の数式５で表される。
【００７２】
【数５】
2005311080.tif 000007
【００７３】
波長λ＝１３．５ｎｍ、材質としてＮｉを用いた場合は消衰係数ｋ＝０．０７２７であるから、ｚ’＝約３０ｎｍとなる。
【００７４】
図１６は、開口形状を直径５０ｎｍのピンホール、第３の膜４９の材質をＳｉＮ、厚みを１５０ｎｍ、第２の膜４８の材質をＮｉ、厚みを１５０ｎｍ、入射する光の波長を１３．５ｎｍとした場合において、第１の膜４７の材質をＮｉとし、厚さを変化させたときの参照波面偏差を示すグラフである。図１６は、横軸に第１の膜４７の厚さを、縦軸に参照波面偏差を採用する。
【００７５】
図１６を参照するに、第１の膜４７の厚さがλ／（２πｋ）以上、即ち、３０ｎｍ以上であれば、１０ｎｍの光軸ずれが生じていても、参照波面偏差の増加を低減することができるのがわかる。従って、第１の膜４７の厚さをλ／２πｋ以上とすることで、参照波面偏差を低減し、測定装置１の測定精度を向上させることができる。
【００７６】
最終的に参照波面を発生させる第２の膜４８は、第１の膜４７よりも高い遮光性能が要求される。この場合、入射する光の光強度を０．１％程度まで減衰させることによって、第２の開口４８ａから発生する光と、第２の開口４８ａ以外を透過する光との干渉を低減することができる。入射する光の光強度を０．１％に低減させるためには、第２の膜４８の厚さｚ２’を、以下の数式６よりも厚くすればよい。
【００７７】
【数６】
2005311080.tif 000008
【００７８】
図１７は、本発明の第２のマスク４０（Ｎｉ  ５０ｎｍ／ＳｉＮ  １５０ｎｍ／Ｎｉ  １５０ｎｍ）において、第２の膜４８の第２の開口４８ａの直径を５０ｎｍとし、第１の膜４７の第１の開口４７ａを変化させた場合に発生する参照波面偏差を示すグラフである。図１７は、横軸に第１の開口４７ａの直径を、縦軸に参照波面偏差を採用する。
【００７９】
図１７を参照するに、第１の開口４７ａの直径を、第２の開口４８ａの直径よりも小さくすることで、参照波面偏差を小さくすることが可能であることがわかる。従来は、開口径を小さくすると、開口以外の部分に照射される光量が増加するため、射出側で遮光しきれずに透過する光量も増加し、開口での回折光と干渉することで参照波面偏差が増加するという問題があった。しかし、本発明の第２のマスク４０では、光軸ずれや入射する光の波面収差の影響を低減するように、開口径を小さくしても、多層の膜（例えば、第１の膜４７、第２の膜４８及び第３の膜４９）により、遮光しきれずに透過する光を減少させることが可能となる。従って、光軸ずれや入射する光の波面収差の影響を低減することが可能となる。また、開口としてスリットが形成されている場合も同様に、第１の膜４７のスリット幅が、第２の膜４８のスリット幅よりも小さくすることで、参照波面偏差を低減させることができる。
【００８０】
以上のように、理想波面との誤差が小さい参照波面を生成することができる第１のマスク２０及び第２のマスク４０を、光学系の波面精度や光学素子の面精度を測定するＰＤＩやＬＤＩなどの干渉計の参照波面として用いることで、高精度な測定が可能となる。従って、測定装置１は、ＥＵＶ露光装置に用いられる光学系のような、高い精度が要求される光学系及び光学部材の光学特性の測定を行うことが可能となる。
【００８１】
更には、本発明の測定装置１を露光装置に搭載することにより、常に高い精度で波面収差を測定することが可能となるため、安定した露光性能を維持することができ、半導体デバイスの歩留まり向上やメンテナンス性の向上を実現することができる。
【００８２】
以下、図１８を参照して、本発明の測定装置１を有する例示的な露光装置５００について説明する。図１８は、本発明の一側面としての露光装置５００の構成を示す概略ブロック図である。
【００８３】
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。
【００８４】
図１８を参照するに、露光装置５００は、測定装置１と、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。
【００８５】
また、図１８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ＣＡとなっている。
【００８６】
測定装置１は、本実施形態では、投影光学系５３０の光学特性を測定する。図１８の１１０が照明ユニットであり、ステージ１１５に設置されている。１２０が受光ユニットであり、ステージ１２５に設置されている。投影光学系５３０の光学特性を測定する際は、照明ユニット１１０と受光ユニット１２０がステージ毎駆動され、各々レチクル５２０及び被処理体５４０と入れ替わる。そして、照明光学系５１４から分離した光を照明ユニット１１０に導き、投影光学系５３０の光学特性を測定する。測定装置１は、上述した形態の他、いかなる形態をも適用可能であり、ここでの詳細な説明は省略する。なお、測定装置１は、必ずしも設置する必要はなく、後述するように、測定装置１で光学特性を測定し、かかる光学特性が所望の値以上を有する投影光学系を露光装置５００に利用してもよい。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
照明光学系５１４は、集光ミラー５１４ａ、オプティカルインテグレーター５１４ｂから構成される。集光ミラー５１４ａ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５１４ｂ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５１４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５１４ｃが設けられている。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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の光学特性（例えば、波面収差）の測定に本発明の測定装置１を適用することができ、測定装置１により光学特性を測定し、かかる測定値が許容範囲内である投影光学系５３０を用いることにより、優れた結像性能を発揮することができる。また、投影光学系５３０は、測定装置１の測定結果に基づいて、光学特性を調整することも可能である。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
なお、本実施形態においける照明装置５１０のＥＵＶ光源５１２及び照明光学系５１４は、測定装置１の照明光学系１０を兼ねることも可能である。
【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。露光装置５００は、測定装置１により測定された光学特性が所定の値以上の投影光学系５３０を用いているため、優れた露光性能を達成し、高いスループットで経済性よくデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。
【００９９】
次に、図１９及び図２０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１９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。ここでは、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行程であり、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、これが出荷（ステップ７）される。
【０１００】
図２０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１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。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。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【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ブロック図である。
【図２】図１に示す測定装置を構成する一部の要素の概略平面図である。
【図３】ＬＤＩを利用する場合の測定装置を構成する一部の要素の概略平面図である。
【図４】図１に示す第１のマスクの概略断面図である。
【図５】図１に示す第２のマスクの概略断面図である。
【図６】図４に示す第１のマスクの更に詳細な断面図である。
【図７】図５に示す第２のマスクの更に詳細な断面図である。
【図８】保持部材を有する第２のマスクの概略断面図である。
【図９】第１の膜と第２の膜との間に第３の膜を有する第２のマスクの概略断面図である。
【図１０】図９に示す第２のマスク及び従来のマスクにおいて、光軸ずれが生じた場合の参照波面偏差を示すグラフである。
【図１１】図９に示す第２のマスク及び従来のマスクにおいて、光軸ずれが生じた場合の参照波面偏差を示すグラフである。
【図１２】図９に示す第２のマスク及び従来のマスクにおいて、照射する光が非点収差を有する場合の参照波面偏差を示すグラフである。
【図１３】数式１の条件を満たし、第１の開口から２ｎｍ伝搬したときの開口面に対して平行方向の光強度分布を示すグラフである。
【図１４】数式２の条件を満たし、第１の開口から４７ｎｍ伝搬したときの開口面に対して平行方向の光強度分布を示すグラフである。
【図１５】第３の膜の厚さを変化させた場合において、第２のマスクから発生する参照波面偏差を示すグラフである。
【図１６】第１の膜の厚さを変化させた場合において、第２のマスクから発生する参照波面偏差を示すグラフである。
【図１７】本発明の第２のマスクにおいて、第１の膜の第１の開口を変化させた場合に発生する参照波面偏差を示すグラフである。
【図１８】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１９】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２０】図１９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。
【符号の説明】
【０１０３】
１                        測定装置
１０                      照明光学系
２０                      第１のマスク
２２                      第１のピンホール
２７                      第１の膜
２７ａ                    第１の開口
２８                      第２の膜
２８ａ                    第２の開口
２０Ａ及び２０Ｂ          第１のマスク
２２ａ及び２２ｂ          第１のスリット
３０、３０Ａ及び３０Ｂ    グレーディング
４０                      第２のマスク
４２                      第２のピンホール
４４                      透過窓
４５                      保持部材
４７                      第１の膜
４７ａ                    第１の開口
４８                      第２の膜
４８ａ                    第２の開口
４９                      第３の膜
４９ａ                    第３の開口
４０Ａ及び４０Ｂ          第２のマスク
４２ａ及び４２ｂ          第２のスリット
４４ａ及び４４ｂ          透過窓
５０                      検出部
ＳＰ                      空間
ＭＯＳ                    被検光学系
５００                    露光装置
５３０                    投影光学系
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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