(57)【要約】【解決課題】回折格子を用いたシアリング干渉計により投影光学系の波面収差を測定する場合、振幅分割する収束光束又は発散光束の収束角・発散角が大きくなると、分割時に波面に収差がのってしまう。その結果、被検投影光学系の波面収差なのか、回折格子に起因する収差なのかの区別が出来なくなり、信頼できる結果が得られなくなってしまう。【解決手段】  回折格子を曲面状にすることにより、振幅分割すべき光束の収束角や発散角が大きくなっても分割時の収差が小さくなる。特に、円筒面形状を有する回折格子や球面形状を有する回折格子が有効である。【選択図】図１
2005134116.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影光学系の結像特性を評価するシアリング干渉計、又は点回折干渉計であって、
測定に用いる光を発する光源と、
該光源より出た光束を被検投影光学系の物点位置へ集光する為の伝達光学系と、
該物点に収束する収束光束、又は前記被検投影光学系に入射する発散光束、又は被検投影光学系から射出する収束又は発散光束を、複数の光束に分割する為の透過型回折格子と、
分割した光束同士の干渉で生じる干渉縞を検出する為の受光素子と、
検出した干渉縞より前記被検投影光学系の波面収差を算出する為の解析手段と、を有し、
前記回折格子の面形状が曲面であることを特徴とするシアリング干渉計、又は点回折干渉計。
【請求項２】
請求項１記載の干渉計であって、
前記回折格子の面形状が円筒面の一部の形状、または球面の一部であることを特徴とするシアリング干渉計。
【請求項３】
請求項１又は２記載の干渉計であって、
前記回折格子は干渉計内の集光点の直前又は直後に配置され、該集光点が該回折格子の凹面側になるようになされていることを特徴とするシアリング干渉計又は点回折干渉計。
【請求項４】
請求項２記載の干渉計であって、
前記回折格子は干渉計内の集光点の直前又は直後に配置され、該回折格子の前記円筒面の曲率中心点又は前記球面の球心が該集光点に一致するようになされていることを特徴とするシアリング干渉計又は点回折干渉計。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれかに記載された干渉計であって、
前記回折格子を、前記円筒面の回転中心軸、又は前記球心を通り光束のずれ方向と直交する直線の周りに回転させる回転機構を有することを特徴とするシアリング干渉計又は点回折干渉計。
【請求項６】
請求項２乃至５のいずれかの干渉計に使用される回折格子の製造方法であって、
ガラス又はセラミックスの表面を円筒状に加工する工程、
表面から裏面に貫通する開口を設ける工程、
開口部に溶媒に溶ける材質からなる補助材を充填する工程、
再度表面を円筒状に加工する工程、
金属面を含む表面領域に前記溶媒に溶けない誘電体又は金属膜を形成する工程、
形成された前記膜状をリソグラフィ法によりスリット群を生成する工程、
前記補助材を溶媒により溶かす工程、
を有することを特徴とする回折格子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はシアリング型または点回折型干渉計を利用した、高精度干渉計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置の代表である縮小投影露光装置に用いられる高精度投影光学系においては、そのパターン精度を保証する為、投影光学系全体や個々の部品の透過波面収差或いは反射波面収差を、実際の露光波長において計測する必要がある。この目的の為、露光波長と同じか、或いは露光波長とほぼ等しい波長を持つ可干渉性の高い光を用いた種々の干渉計が考案されて来た。ところが、半導体の高集積化に対応する為に、露光装置の露光波長が、高圧水銀ランプを用いたg線(436nm)からi線(365nm)へ、更にはKrFエキシマレーザ(248nm)からArFエキシマレーザ(193nm)へと短波長化した結果、露光波長付近の発振波長を持つ可干渉性の高い光源を手に入れることは困難となって来た。この問題は特にEUV光(13nm)において顕著である。その為、可干渉性の比較的低い光源でも高精度な干渉計測が行え、且つ構成が単純なシアリング(shearing)型やPDI（Point Diffraction Interferometer）型干渉計を用いた方法が提案されている。
シアリング干渉計では、振幅分割素子を用いてひとつの波面を分割し、同じ波面形状を有するが、光軸に垂直な方向にずれた２つの光束を作り、この２つの光束を干渉させて出来る縞情報から、もとの光束の波面形状を求めるものである。
【０００３】
図６はシア方向が横方向（光軸に垂直方向）であるシアリング干渉計を説明するものである。このシアリング干渉計では、投影光学系ＰＬの物体面（例えばレチクル面Ｒ）の一点から出る球面波（測定光束Ｌ）を、投影光学系ＰＬに入射させる。この測定光束Ｌは、例えば、レチクル面Ｒにピンホール基板１１３を配置すると共に、光源から射出した光束を、ピンホール基板１１３のピンホール位置に集光させるなどして生成されたものである（図６の符号１１４は、光源から射出した光束をピンホール位置に集光する集光光学系（伝達光学系ともいう）である。）。
【０００４】
投影光学系ＰＬと像面（例えばウエハ面Ｗ）との間に回折格子１１１が配置されており、これによって集光する測定光束Ｌの波面が横方向に分割された２つの光束Ｌ１、Ｌ２が生成する（光束Ｌ１、及び光束Ｌ２は、例えば、回折格子１１１において生起する０次回折光、及び１次回折光である。）。この光束Ｌ１の波面、光束Ｌ２の波面の形状は、何れも、投影光学系ＰＬを通過した後の測定光束Ｌの波面形状と同じであり、シアリング干渉計が測定すべき波面である。
【０００５】
これら光束Ｌ１の波面と光束Ｌ２の波面とが重なって干渉縞を生起する位置に、受光素子カメラ１１２などの二次元検出器の撮像面が配置される。この受光素子カメラ１１２が検出する干渉縞から、投影光学系ＰＬから出た光束の波面が復元される。
【０００６】
一般的に、投影光学系ＰＬを通った光束の波面は、投影光学系ＰＬの射出瞳位置における形状として評価されることが多いので、受光素子カメラ１１２の撮像面は、投影光学系ＰＬの射出瞳位置と共役な位置に配置されるのが一般的である。
【０００７】
また、被検投影光学系の前段に回折格子等の波面の振幅分割素子を配置する方法もある。図７は、回折格子が上記の装置とは異なる位置に配置されたシェアリング干渉計を説明する図である。
【０００８】
この方式の干渉計では、近接した二つの可干渉な点光源を物体面上に形成するために物体面の前段に回折格子を配置している。このように回折格子を配置し、物体面上に点光源と見なせる点像を形成する光束(球面波)を入射させると物体面面上には二つの可干渉な点光源が形成される。球面波ではなく、集光する光束を同様に入射させ、物体面に形成された二つのピンホールを照明してピンホールを点光源としてもよい。  測定のためのセンサ等の配置は先の例と同じである。
【０００９】
さらに、被検投影光学系とその物体面（投影露光装置のマスク面）と被検投影光学系の間に波面分割素子を配置してもよい。図８中回折格子Ｇ１１は物面（レチクルＲ）と投影光学系ＰＬの間に置かれている。
【００１０】
一方、点回折型の干渉計測の原理は以下の通りである。測定すべき波面を有する光束と可干渉な参照球面波を生成し、測定すべき波面を有する光束と参照球面波との干渉縞を観察・解析することにより測定すべき光束の波面を求めるものである。  例えば、ＵＳＰ６，１００，９７８に光学系の構成が記されている。被検投影光学系の物面に置かれたピンホールから出た球面波を回折格子によって振幅分割して被検投影光学系に入射させ、被検投影光学系を通過し、同じ波面形状を有するふたつの波面を形成する。このうちの一方の光束をピンホールに入射させる事によって、他の一方の光束とは可干渉な球面波を生成させる。  この球面波ともとの光束の干渉により生じた干渉縞を観察・解析することにより被検投影光学系の結像評価が出来る。
【非特許文献１】（K.A. Goldberg et.all , J. Vac. Sci. & Technol. B 16(6), Nov/Dec 1998 P.3435-3439)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記の様な干渉計における回折格子の役割は、回折格子に入射する光束を振幅分割し、光軸に垂直方向にずれた光束を生成することである。このために、光軸に垂直な平面内で、ズレの方向に垂直な方向にのびる細長い開口が周期的に並べられている。  
しかしながら、このような回折格子は平行光束を振幅分割する場合には問題ないが、大きな収束角を有する球面波を分割する場合には回折波の波面形状に無視できない収差をきたすことが明らかになってきた。特に極端紫外線(EUV)の投影光学の波面収差を測定する測定では問題は深刻である。
【００１２】
本発明はこの様な従来の問題に鑑みてなされたもので、その課題は、回折格子によって発生する収差を低減し、高精度な計測が可能となる干渉計、干渉測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決する為に、本発明では以下に記す手段を用いている。
本発明の第１の手段は、
投影光学系の結像（波面収差）特性を評価するシアリング干渉計、または点回折干渉計であって、
測定に用いる光を発する光源と、
該光源より出た光束を被検投影光学系の物点位置へ集光する為の伝達光学系と、
該物点に収束する収束光束、又は前記被検投影光学系に入射する発散光束、又は被検投影光学系から射出する収束又は発散光束を、複数の光束に分割する為の透過型回折格子と、
分割した光束同士の干渉で生じる干渉縞を検出する為の受光素子と、
検出した干渉縞より前記被検投影光学系の波面収差を算出する為の解析手段と、を有し、
前記回折格子の面形状が曲面であるシアリング干渉計、又は点回折干渉計である。
本発明の第２の手段は、
第１の手段を実施する際に、
前記回折格子の面形状を円筒面の一部の形状、または球面の一部とすることである。
【００１４】
このような第１、第２の手段を用いることにより、回折格子に入射する収束光束、又は発散光束の波面は入射角度の違いによる格子のピッチズレを受けることなく回折され、定められた点に集光点に収束することになる。これとは逆に回折格子が平面的であれば、入射角が大きい所では格子のピッチが等価的に小さくなる効果を受け、回折角度が入射する角度に依存することになってしまう。
本発明の第３の手段は、
前記第１又は第２の手段を実施する際に、
前記回折格子が干渉計内の集光点の直前又は直後に配置され、該集光点が該回折格子の凹面側になるようになされているである。
本発明の第４の手段は、
第２の手段を実施する際に、
前記回折格子が干渉計内の集光点の直前又は直後に配置され、該回折格子の前記円筒面の曲率中心点又は前記球面の球心が該集光点に一致するようになされていることである。
【００１５】
この場合、回折格子に入射する収束光束又は発散光束の入射角による格子ピッチの効果が無くなり、従って、前記の手段の中でも、特に回折角の変動を無くすることが出来る手段である。
本発明の第５の手段は、
前記題２乃至第４の手段を実施する際に、
前記回折格子を、前記円筒面の回転中心軸、又は前記球心を通り光束のずれ方向と直交する直線の周りに回転させる回転機構を有するシアリング干渉計又は点回折干渉計である。
【００１６】
このような回転機構により縞走査が可能になり、収差の解析の速度と精度の確保が容易になる。
本発明の第６の手段は、
前記題２乃至第５のいずれかの干渉計に使用される回折格子を製造する際に、
ガラス又はセラミックスの表面を円筒状に加工する工程、
表面から裏面に貫通する開口を設ける工程、
開口部に溶媒に溶ける材質からなる補助材を充填する工程、
再度表面を円筒状に加工する工程、
金属面を含む表面領域に前記溶媒に溶けない誘電体又は金属膜を形成する工程、
形成された前記膜状をリソグラフィ法によりスリット群を生成する工程、
前記補助材を溶媒により溶かす工程、
を有することである。
曲面形状を有する吸収膜を製造する場合、補助材を設けて開口部となる格子パターンを形成し、形成後に補助材を取り去ることで薄くても自立性のある回折格子が得られる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に示した様な、曲面形状を有する回折格子を用いることで、収束光や発散光部分に回折格子を用いても回折格子で回折する際に発生する収差を軽減あるいは無くすことができる。また、本発明で示した様な回折格子の配置や構成を用いることで、回折格子で回折する際に発生する収差を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明では、波面収差を測定する際に生じる測定装置が波面の形状に及ぼす影響を無くするために、収束光束又は発散光束を振幅分割する回折格子の面形状を曲面上にし、その配置位置に工夫を凝らしている。  以下に、好ましい実施の形態を実施例として記す。
【実施例１】
【００１９】
以下は、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の第１実施例に関わるシアリング干渉計の全体概略図である。
光源１より射出した光束は伝達光学系２によって被検投影光学系の物点位置を特定する為のピンホール３へ入射する。（物点位置を特定するピンホールは光学系の構成によっては必要ないものである。）  ピンホール３を透過した光束は計測対象である被検投影光学系４を経由した後、回折格子５によって複数の回折次数の光束に分割される。分割された光束は計測に用いられる２種類の次数の光束のみ透過する次数選択窓６によって次数選択された後、受光素子７上に干渉縞を生成する。  本例では＋１次(Ｄ(+1))、−１次(Ｄ(-))の回折光を透過させ、０次回折光波吸収するような次数選択窓を用いている。
【００２０】
干渉縞情報は受光素子７により光電変換され、解析手段８へ転送される。本装置の回折格子５には図２（a)、(b)に記されているような回折格子が使用されている。（請求項１、２の実施例である。）  図１(a)は円筒面を有する回折格子であり、格子はＹＺ面に平行なスリット群からなっている。また、図１(b)は球面を有する回折格子であり、格子はＹＺ面に平行なスリット群からなっている。図１中、９で示された部材は、回折格子をその曲率中心を通ってＹ軸に平行な直線、又は円筒の中心軸を回転軸として回転させる回転機構である。この機構を使用することによって回折波の位相を変化させることが可能になり、縞走査法によって横ずらしされた波面間の位相分布を容易に求めることが出来る。（請求項５の実施例である）
【００２１】
図４は回折格子の曲率中心の位置と、振幅分割される入射発散光束の発散中心又は入射収束光束の収束点との関係を表している。発散中心及び収束点はいずれも回折格子の直前又は直後におかれ、曲面の凹面側になされている。  直前、又は直後という表現は回折格子と集光点又は発散中心の間には他の光学要素がない、という意味である。  さらに、集光点又は発散中心と曲面の関係として、集光・発散点が曲面の曲率中心又は円筒の中心軸上にあってもよい。
【実施例２】
【００２２】
図３は本発明の他の実施例である点回折干渉計を示す概略図である。
図１の次数選択窓６とは違って、図３ではひとつの特定次数の回折波を選択する窓と球面波を発生させるピンホールを有する球面波発生板６’が配置されている。図３中、DFは回折光、ＳＰは球面波を表している。他の部材は、図１中で同じ番号を有するものと同じである。
【実施例３】
【００２３】
図５は本発明の回折格子の製造方法の例である。セラミックスを円筒状に加
工し、厚さを数ミリとして板状の基板５１を作る。次いで、大きさが最大でも１ｍｍφ程度の開口をあける。（図５(a)）。  この時、開口の周囲の端面はテ−パ状に加工されることもある。（光束が入射する側の開口径が出射側の径よりも小さくなるようなテ−パ加工である。）  次いで、アルミを加熱して前記開口に充填して補助材を形成し、再度表面を研磨により所定の曲面にする。図中、開口に充填され、研磨去れた部分が５２で示されている。(図５(b))。  次にこの曲面上に窒化シリコン膜を１００nm厚にスパッタリングにより形成する。（図5（Ｃ））。窒化シリコン膜の上にレジストを塗布し、スリット開口を有するスリット板５４のスリットをレジスト上に露光系５５により露光する。露光後、円筒の軸を中心にして基板を所定の角度だけ回転させ、また露光を行う。（図５(d))これを繰り返した後、レジストを現像する。現像により形成されたレジストパターンのマスクとしてドライエッチングを行って格子パタ−ンが形成された窒化シリコン膜を得る。最後に、希釈塩酸に基板５１を入れて補助材のアルミを溶解除去すると、所定のスリットを有する回折格子が得られる。
【００２４】
同様な方法により、球面を有する基板５１に対しては、前記スリット板に変えて円開口板を用いて露光する。  この場合、球の球心を通ってＸ軸（図１参照）に平行な軸の周りに球を回転させながら露光してスリット形状の露光を行う。一本のスリットの露光が終了すると、球心を通ってＹ軸に平行な直線の周りに球を所定の角度だけ回転させ、先と同様な露光を繰り返す。このような露光により、球面上にＹＺ面に平行なスリット群が形成される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】は本発明の実施例に関わるシアリング干渉計の概略構成図である。
【図２】は本発明の実施例に使用される回折格子の例である。
【図３】は本発明の実施例に関わる点回折干渉計の概略構成図である。
【図４】は本発明の回折格子の配置に関するもので、集光点又は発散中心点と回折格子の配置の関係を示す。
【図５】は本発明の回折格子の製造方法を示す概略図である。
【図６】は従来のシアリング干渉計を示す概略構成図。
【図７】は従来のシアリング干渉計を示す概略図である。
【図８】は従来のシアリング干渉計を示す概略図である。
【符号の説明】
【００２６】
１：光源
２：伝達レンズ
３：ピンホール
４：被検レンズ
５：曲面形状を有する回折格子
６：次数選択窓
６‘：球面波発生板
７：受光素子
８：解析手段
９：回転機構
５１：基板
５２：補助材
５３：回折格子膜
５４：スリット板
５５：露光系
５６：回転軸
【図１】
2005134116.tif 000003
【図２】
2005134116.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005134116.tif 000008
【図７】
2005134116.tif 000009
【図８】
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