(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスクに形成された所定の回路パターンの像を基板上に転写する投影光学系の収差を測定する収差測定装置において、
前記投影光学系に、波面が球面波の光を射出する収差測定光学系と、
前記投影光学系を通過し、かつ前記投影光学系の収差に起因して前記波面が歪んだ光を集光する２次元に配列された複数のレンズ素子と、
前記複数のレンズ素子で集光された光の位置をそれぞれ検出する集光位置検出部と、
前記集光位置検出部で検出された前記光の位置に基づいて、前記投影光学系の収差を測定する測定部とを有することを特徴とする収差測定装置。
【請求項２】
前記収差測定光学系は、前記所定の回路パターンが形成されたマスクと略同じ位置に配置され、前記球面波の光を生成する収差測定用マスクと、前記収差測定用マスクを照明する照明光学系とを備えることを特徴とする請求項１に記載の収差測定装置。
【請求項３】
前記照明光学系は、前記所定の回路パターンを照明する照明光学系であることを特徴とする請求項２に記載の収差測定装置。
【請求項４】
マスクに形成された所定の回路パターンの像を基板上に形成する投影光学系の収差を測定する収差測定方法において、
波面が球面波の光を前記投影光学系に入射させた後、前記投影光学系を通過し、かつ前記投影光学系の収差に起因して前記波面が歪んだ光を、２次元に配列された複数のレンズ素子で集光し、
前記複数のレンズ素子で集光された光の位置をそれぞれ検出し、
検出された前記光の位置に基づいて、前記投影光学系の収差を測定することを特徴とする収差測定方法。
【請求項５】
所定の回路パターンを有するマスクを照明する照明光学系と、
前記マスクを支持するステージと、
照明された該回路パターンの像を基板上に形成する投影光学系と、
該投影光学系の収差を測定するための請求項１に記載の波面収差測定装置とを有し、
前記収差測定光学系が前記ステージに設けられることを特徴とする投影露光装置。
【請求項６】
マスクに形成された回路パターンの像を基板上に転写する投影光学系とを備える投影露光装置において、
前記投影光学系に、波面が球面波の収差測定用の光を射出する収差測定光学系と、
前記投影光学系を通過し、かつ前記投影光学系の収差に起因して前記波面が歪んだ光を集光するためのレンズアレイと、
前記レンズアレイで集光された光の位置をそれぞれ検出するための集光位置検出部とを備えることを特徴とする投影露光装置。
【請求項７】
前記収差測定光学系は、波面が球面波の前記収差測定用の光を生成する収差測定用マスクを有することを特徴とする請求項６に記載の投影露光装置。
【請求項８】
前記集光位置検出部からの検出結果に基づいて前記投影光学系を構成する少なくとも一の光学部材の位置を制御する制御部とを有することを特徴とする請求項６に記載の投影露光装置。
【請求項９】
所定の回路パターンの像を投影光学系を用いて基板に転写する工程を含むデバイス製造方法であって、
請求項４に記載の収差測定方法を用いて前記投影光学系の収差を測定する工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項１０】
所定の回路パターンの像を投影光学系を用いて基板に転写する露光方法において、
前記基板に前記回路パターンを転写する前に、
前記投影光学系に、波面が球面波の収差測定用の光を入射し、
前記投影光学系を通過し、かつ前記投影光学系の収差に起因して前記波面が歪んだ光を、２次元に配列された複数のレンズ素子で集光し、
前記複数のレンズ素子で集光された光の位置をそれぞれ検出し、
検出された前記光の位置に基づいて、前記投影光学系の収差を測定し、
測定された収差に基づいて、前記投影光学系の収差を補正することを特徴とする露光方法。
【請求項１１】
マスクに形成されたパターンの像を基板上に転写する投影光学系を備える露光装置において、請求項１に記載の収差測定装置を着脱可能に保持する保持機構を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項１２】
マスクに形成されたパターンの像を基板上に転写する投影光学系の収差を測定する収差測定装置において、
前記マスクを保持するマスクステージ、前記投影光学系及び前記基板を保持する基板ステージを備える露光装置に設けられる測定ユニットを有し、
前記測定ユニットは、波面が球面波の光を前記投影光学系に射出する収差測定用光学系と、前記投影光学系を通過し、かつ前記投影光学系の収差に起因して前記波面が歪んだ光を集光する複数のレンズ素子と、前記複数のレンズ素子で集光された光の位置をそれぞれ検出する集光位置検出部と、前記集光位置検出部で検出された前記光の位置に基づいて、前記投影光学系の収差を測定する測定部とを備えることを特徴とする収差測定装置。
【請求項１３】
前記収差測定光学系は、前記マスクステージに設けられ、
前記複数のレンズ素子、前記集光位置検出部、及び前記測定部は、前記基板ステージに設けられることを特徴とする請求項１２に記載の収差測定装置。
【請求項１４】
マスクに形成されたパターンの像を基板上に転写する投影光学系の収差を測定する収差測定装置において、
前記マスクを保持するマスクステージ、前記投影光学系及び前記基板を保持する基板ステージを備える露光装置に設けられる測定ユニットを有し、
前記測定ユニットは、波面が球面波の光を前記投影光学系に射出する収差測定用光学系と、前記投影光学系を通過し、かつ前記投影光学系の収差に起因して前記波面が歪んだ光を集光する複数のレンズ素子と、前記複数のレンズ素子で集光された光の位置をそれぞれ検出する集光位置検出部と、前記集光位置検出部で検出された検出結果を、前記投影光学系の収差を補正する補正機構に出力する出力部とを備えることを特徴とする収差測定装置。
【請求項１５】
前記マスクステージは、前記球面波の光を生成する収差測定用マスクを保持することを特徴とする請求項１４に記載の収差測定装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、被検光学系、特に半導体デバイスまたは液晶表示素子を製造する際に使用される投影露光装置等に備えられる投影光学系の波面収差、光学性能を測定する波面収差測定装置並びに測定方法及び該装置を備える投影露光装置並びに該方法を用いるデバイス製造方法に関する。なお、本出願は日本国特許出願平成１０年第１５３９１５を基礎として、それらの内容は引用文としてここに組み込まれる。
背景の技術
従来、被検光学系の波面収差を測定する場合は、干渉光学系を使用する方法がある。干渉光学系による方法は、測定対象である被検光学系を干渉光学系に組み込んで測定するものでトワイマン・グリーン型干渉計、フィゾー干渉計などが知られている。例えば、トワイマン・グリーン型干渉計は、レーザ光源からの光束をハーフミラーで２分割し、一方の光束は被検光学系を透過させ、他方の光束は参照光とする。そして、被検光学系を透過した光と参照光とを干渉させ、その干渉縞から被検光学系の収差を測定するものである。
また、被検光学系からの光の波面を測定する方法としてＳｈａｃｋ−Ｈａｒｔｍａｎｎ（以下、「シャック・ハルトマン」という）方式と呼ばれるレンズアレイを用いる方法が知られている（パリティ Ｖｏｌ．０５，Ｎｏ．１０，１９９０−１０のＰ３７〜３９）。このシャック・ハルトマン方式による波面測定は、天体からの波面の揺らぎを測定するもので、第９図に示すように、まず被検光学系ＴＬ（ここでは望遠鏡を示す）を透過した波面（以下、「被検波面」という）をコリメータレンズＣＬにて平行光にする。そして、微小なレンズＬ’を２次元に配列したレンズ（以下「２次元レンズアレイ」という）に入射させる。ここで、被検波面が理想的な波面から偏差を有していると、該偏差は集光位置検出部ＤＥＴ上で理想的な波面の集光位置と被検波面の集光位置のズレとして現れる。これにより、２次元レンズアレイの個々のレンズの集光点の位置ずれに基づいて、波面の測定をするものである。
しかし、上記従来技術では、以下の問題が生ずる。干渉計方式では、波面収差測定のための専用の干渉光学系装置が必要となる。該装置は波長オーダーの干渉を測定するため振動などの影響を受けやすいので、防振動台なども必要とする。このため、装置が大型化してしまい空間の使用効率が悪く問題である。
シャック・ハルトマン方式による波面測定は、前述したように、もともと天体からの波面の揺らぎを測定することを主目的としているため、半導体デバイス等を製造するための投影露光装置に用いられるレンズの波面収差を測定できるものではなかった。
シャック・ハルトマン方式による波面測定では、高精度に２次元レンズアレイを用いるが、該レンズアレイの各々の精度にばらつきが存在すると、集光位置の検出精度も低下するので、波面を高精度に測定することができない可能性がある。
発明の開示
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、小型かつ製造容易であり、波面収差を高精度に簡便に測定できる収差測定装置並びに測定方法及び該装置を備える投影露光装置並びに該方法を用いるデバイス製造方法、露光方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、マスク（Ｒ）に形成された所定の回路パターンの像を基板（ＷＨ）上に転写する投影光学系（ＰＬ）の収差を測定する収差測定装置において、
前記投影光学系に、波面が球面波の光を射出する収差測定光学系（ＰＨ）と、
前記投影光学系を通過し、かつ前記投影光学系の収差に起因して前記波面が歪んだ光を集光する２次元に配列された複数のレンズ素子（Ｌ’）と、
前記複数のレンズ素子で集光された光の位置をそれぞれ検出する集光位置検出部（ＤＥＴ）と、
前記集光位置検出部で検出された前記光の位置に基づいて、前記投影光学系の収差を測定する測定部（ＰＣ）とを有することを特徴とする収差測定装置を提供する。ここで、収差測定光学系とは、後述するレチクル又はステージのピンホール又は光を拡散させて透過させる透過部材などをいう。
請求項２記載の発明は、前記収差測定光学系は、前記所定の回路パターンが形成されたマスク（Ｒ）と略同じ位置に配置され、前記球面波の光を生成する収差測定用マスクと、前記収差測定用マスクを照明する照明光学系（１乃至１０）とを備えることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、前記照明光学系は、前記所定の回路パターンを照明する照明光学系（１乃至１０）であることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、マスク（Ｒ）に形成された所定の回路パターンの像を基板（ＷＨ）上に形成する投影光学系（ＰＬ）の収差を測定する収差測定方法において、
波面が球面波の光を前記投影光学系に入射させた後、前記投影光学系を通過し、かつ前記投影光学系の収差に起因して前記波面が歪んだ光を、２次元に配列された複数のレンズ素子（Ｌ’）で集光し、
前記複数のレンズ素子で集光された光の位置をそれぞれ検出し、
検出された前記光の位置に基づいて、前記投影光学系の収差を測定することを特徴とする収差測定方法を提供する。
請求項５記載の発明は、所定の回路パターンを有するマスク（Ｒ）を照明する照明光学系（１乃至１０）と、
前記マスクを支持するステージ（１１）と、
照明された該回路パターンの像を基板上に形成する投影光学系（ＰＬ）と、
該投影光学系の収差を測定するための請求の範囲３記載の波面収差測定装置とを有し、
前記収差測定光学系（ＰＨ）が前記ステージに設けられることを特徴とする投影露光装置を提供する。
請求項６記載の発明は、マスク（Ｒ）に形成された回路パターンの像を基板（ＷＨ）上に転写する投影光学系（ＰＬ）を備える投影露光装置において、
前記投影光学系に、波面が球面波の収差測定用の光を射出する収差測定光学系（ＰＨ）と、
前記投影光学系を通過し、かつ前記投影光学系の収差に起因して前記波面が歪んだ光を集光するためのレンズアレイ（Ｌ’）と、
前記レンズアレイで集光された光の位置をそれぞれ検出するための集光位置検出部（ＤＥＴ）とを備えることを特徴とする投影露光装置を提供する。
請求項７記載の発明は、前記収差測定光学系は、波面が球面波の前記収差測定用の光を生成する収差測定用マスクを有することを特徴とする。
請求項８記載の発明は、前記集光位置検出部からの検出結果に基づいて前記投影光学系を構成する少なくとも一の光学部材の位置を制御する制御部（ＬＣ）とを有することを特徴とする。
請求項９記載の発明は、所定の回路パターンの像を投影光学系（ＰＬ）を用いて基板に転写する工程を含むデバイス製造方法であって、
請求項４記載の収差測定方法を用いて前記投影光学系の収差を測定する工程とを含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。
請求項１０記載の発明は、所定の回路パターンの像を投影光学系（ＰＬ）を用いて基板（ＷＨ）に転写する露光方法において、
前記基板に前記回路パターンを転写する前に、
前記投影光学系に、波面が球面波の収差測定用の光を入射し、
前記投影光学系を通過し、かつ前記投影光学系の収差に起因して前記波面が歪んだ光を、２次元に配列された複数のレンズ素子（Ｌ’）で集光し、
前記複数のレンズ素子で集光された光の位置をそれぞれ検出し、
検出された前記光の位置に基づいて、前記投影光学系の収差を測定し、
測定された収差に基づいて、前記投影光学系の収差を補正することを特徴とする露光方法を提供する。
請求項１１記載の発明は、マスク（Ｒ）に形成されたパターンの像を基板（ＷＨ）上に転写する投影光学系（ＰＬ）を備える露光装置において、請求の範囲１に記載の収差測定装置を着脱可能に保持する保持機構を備えることを特徴とする。
請求項１２記載の発明は、マスク（Ｒ）に形成されたパターンの像を基板（ＷＨ）上に転写する投影光学系（ＰＬ）の収差を測定する収差測定装置において、
前記マスクを保持するマスクステージ（１１）、前記投影光学系及び前記基板を保持する基板ステージ（１３）を備える露光装置に設けられる測定ユニット（ＵＴ’）を有し、
前記測定ユニットは、波面が球面波の光を前記投影光学系に射出する収差測定用光学系と、前記投影光学系を通過し、かつ前記投影光学系の収差に起因して前記波面が歪んだ光を集光する複数のレンズ素子（Ｌ’）と、前記複数のレンズ素子で集光された光の位置をそれぞれ検出する集光位置検出部（ＤＥＴ）と、前記集光位置検出部で検出された前記光の位置に基づいて、前記投影光学系の収差を測定する測定部（ＰＣ）とを備えることを特徴とする収差測定装置を提供する。
請求項１３記載の発明は、
前記収差測定光学系は、前記マスクステージに設けられ、前記複数のレンズ素子、前記集光位置検出部、及び前記測定部は、前記基板ステージに設けられることを特徴とする。
請求項１４記載の発明は、マスクに形成されたパターンの像を基板上に転写する投影光学系の収差を測定する収差測定装置において、
前記マスクを保持するマスクステージ、前記投影光学系及び前記基板を保持する基板ステージを備える露光装置に設けられる測定ユニットを有し、
前記測定ユニットは、波面が球面波の光を前記投影光学系に射出する収差測定用光学系と、前記投影光学系を通過し、かつ前記投影光学系の収差に起因して前記波面が歪んだ光を集光する複数のレンズ素子と、前記複数のレンズ素子で集光された光の位置をそれぞれ検出する集光位置検出部と、前記集光位置検出部で検出された検出結果を、前記投影光学系の収差を補正する補正機構に出力する出力部とを備えることを特徴とする収差測定装置を提供する。
請求項１５に記載の発明は、前記マスクステージは、前記球面波の光を生成する収差測定用マスクを保持することを特徴とする。
実施形態
以下添付図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
（第１実施形態）
第１図は、後述する波面収差測定装置ユニットＵＴが着脱可能な投影露光装置の構成を示す図である。この投影露光装置により、回路パターンが形成された半導体デバイスが作成される。該投影露光装置の概略を説明する。レーザ光源１からの光束ＬＢ０は、ビーム整形光学系２によりビーム整形され、略平行なレーザビームとなった光束ＬＢ１は、干渉縞を平均化する干渉縞低減部４を経てフライアイレンズ５に入射する。干渉縞低減部は、レチクル上での照度均一性を高めるものであり、その原理は本出願人による特開昭５９−２２６３１７号公報に開示されている。フライアイレンズ５を射出したレーザビームＩＬ２は、第１リレーレンズ７Ａを介して視野絞り８に入射する。レーザビームＩＬ２の断面形状は視野絞り８により整形される。視野絞り８はレチクルＲのパターン形成面及びウエハＷＨの露光面と共役な位置に配置されている。視野絞り８の開口部から射出されたレーザビームＩＬ２は、第２リレーレンズ７Ｂ、ミラー９、コンデンサレンズ１０を経て回路パターンが形成されたレチクルＲ（マスク）を照明する。レチクルＲはステージ１１上に載置されており、主制御系１６からの指令に基づき、レチクルステージ制御部２１がレチクルステージ１１を駆動する。そして、照明されたレチクルＲのパターンの像が、投影光学系ＰＬにより基板であるウエハＷＨ上に形成される。レチクルＲを種々交換することにより、ウエハＷＨ上に種々のパターンが順次形成されて半導体デバイスが作成される。ウエハＷＨはウエハステージ１３上のウエハホルダ１２に真空チャックされている。また、ウエハステージ制御部２２は該ステージ１３を高精度に位置決めしつつ駆動制御する。また、入出力装置２４は、投影露光装置本体とオペレータとのマンマシンインターフェースである。第２図は本投影露光装置のステージ近傍を拡大した図である。波面収差測定装置のユニットＵＴをステージ１３上にウエハホルダ１２を介して載置する。ユニットＵＴをウエハホルダ１２上に載置する際、投影レンズＰＬとウエハホルダ１２との間隔を広げるためにステージ１３を−Ｚ方向に駆動する。次に、ユニットＵＴ（ここではユニットＵＴのうちコリメータレンズＣＬ）が投影レンズＰＬに対向するように、ステージ制御部２２でステージ１３をＸ，Ｙ方向に駆動する。なお、ここでは波面収差を測定する被検光学系として投影レンズＰＬを用いている。このように、ユニットＵＴを投影レンズＰＬに対向させた状態で、投影レンズＰＬの波面収差測定を行う。
第３図は本発明の第１実施形態にかかる波面収差測定装置ユニットＵＴの構成概略を示す図である。投影レンズＰＬの波面収差を本発明の波面収差測定装置ユニットＵＴを用いて測定する具体的構成を説明する。なお、波面収差測定ユニットＵＴは前述のようにステージ１３上のウエハホルダ１２に載置される。投影レンズＰＬの波面を測定する際、波面収差計測用の光として、波面が球面波の光を投影レンズＰＬに入射させる。この球面波の光は、レチクルＲが配置される位置（投影光字系の物体面）に、ピンホールパターンを備えるマスクを配置し、このマスクをレーザビームＩＬ２で照明することにより、ピンホールパターンから発生することができる。このマスクが収差測定用光学系を構成する。さらに、ピンホールパターンに代えて、点光源を用いてもよい。また、マスクを照明するレーザビームとして本実施形態では露光光源を用いているが、他の光源及び他の照明光学系を別途設けても良い。この球面波の光は、投影レンズＰＬに入射させ、投影レンズＰＬから射出する。投影レンズＰＬから射出した光は、コリメータレンズＣＬで平行光にする。そして、集光レンズＬで該平行光を集光し、レンズＬの背後に配置された開口絞りであるアパーチャＡＰで一部のみを通過させる。アパーチャＡＰを通過した一部の光束は２次元ＣＣＤのような集光位置検出部ＤＥＴの撮像面ＩＰ上に集光点Ｐとして集光される。集光点Ｐの検出は、２次元ＣＣＤに限られず、１次元ＣＣＤを用いて走査すること、または１次元ＣＣＤを回転すること、さらには単独の光センサを用いて２次元走査することにより検出してもよい。ここで、投影レンズＰＬに収差が存在する場合は、投影レンズＰＬに収差がない場合に比較して、集光点Ｐの位置が異なる。即ち、投影レンズＰＬに収差がない理想の集光点に対し、投影レンズＰＬに収差が存在するときの集光点の位置がＣＣＤ面上で横ずれする。そして、移動部Ｍは、コリメータレンズＣＬ、集光レンズＬと集光位置検出部ＤＥＴの相互の位置関係を維持したまま、被検波面全体を走査するようにアパーチャＡＰを移動する。かかる場合に、集光レンズＬ，アパーチャＡＰおよび検出部ＤＥＴは一体のユニットＵＴ内に収納されていることが好ましい。また、投影レンズＰＬを透過した光の集光位置、すなわち撮像面ＩＰはウエハＷＨの面と共役である。さらに、波面収差測定ユニットとは、ピンホールパターンが形成されたマスク又は点光源とレンズＬと集光位置検出部ＤＥＴとを含む構成をいう。
このように、移動部Ｍによって、コリメータレンズＣＬ、集光レンズＬと、集光位置検出部ＤＥＴの相互関係を維持したまま、被検波面全体を走査するようにアパーチャＡＰを移動することにより、被検波面全体において、投影レンズＰＬに収差がない理想の集光点と、投影レンズＰＬに収差が存在するときの集光点とのＣＣＤ面上での横ずれを検出することができる。
なお、第１実施形態では、被検波面の中央部分（光軸ＡＸ近傍の光束）を集光するときは集光レンズＬの中心部分を用い、被検波面の周辺部分（周辺の光束）を集光するときは集光レンズＬの周辺部分を用いている。このように、集光レンズＬを用いる部分が異なるので、該レンズＬが収差を有する場合に、該収差が測定結果に影響するおそれがある。そこで、集光レンズＬの収差のよる影響を低減させるために、集光レンズＬと、アパーチャＡＰとの相互の位置関係を維持したまま、コリメータレンズＣＬ、検出部ＤＥＴに対して移動させることが好ましい。但し、集光レンズＬとして、第４Ａ図に示すように被検波面の一部の光束を集光させる小口径レンズＬを用いることがさらに好ましい。かかる小口径レンズＬを用いた場合は、該レンズＬを被検波面全体を走査するように移動部Ｍにより移動させる。
第４Ｂ図では、第４Ａ図の変形例であり、ユニットＵＴ内に収納されたレンズＬ、アパーチャＡＰ及び検出部ＤＥＴが相互の位置関係を維持したまま、被検波面全体を走査する構成である。レンズＬ、アパーチャＡＰ及び検出部ＤＥＴにより、測定系Ｓが構成され、測定系ＳがユニットＵＴ内で移動部Ｍにより移動する。この構成では、第４Ａ図の検出部ＤＥＴに対して、小型化できる。
次に、集光位置検出部ＤＥＴからの出力信号に基づいて被検光学系の収差を算出する手順について説明する。波面収差測定装置として、第４Ｂ図に示す構成を用いた場合について説明する。第５Ａ，５Ｂ，５Ｃ図は、被検波面の任意の領域内の３点の測定結果、即ち測定系Ｓを３点移動した場合の各々の検出部ＤＥＴ上の集光点Ｐの変化の様子を示している。ここで、撮像面ＩＰの平面をＸ−Ｙ平面としている。被検波面が理想的な波面、即ち無収差の波面（球面波）であれば、測定系Ｓを被検波面内のどこに移動しても集光点Ｐは検出部ＤＥＴの中心Ｏにある。しかし、実際の被検波面は収差、つまり理想的な波面からの偏差（波面の傾きの差）を有している。したがって、第５Ａ，５Ｂ，５Ｃ図に示すように、各集光点によって、その点における該偏差が検出部ＤＥＴ上の集光点Ｐの位置の変化（横ずれ）となって表れる。集光点Ｐの中心からの位置ずれは測定点における被検波面の微分情報に対応しているので、移動毎の各測定点における集光点Ｐの位置ずれから得られる値を被検波面全体について順次積分すれば被検光学系の収差を算出ことができる。かかる算出手順の概念を第６図に示す。第６図は矢印方向に向かって、順次測定系Ｓを移動し、各移動点で次々と測定を行なう様子を示している。上述のように各測定点における波面Ｗ’の傾きによる集光点Ｐのずれ量を順次演算処理装置ＰＣを用いて積分することで被検波面Ｗを算出できるので、被検光学系の収差を求めることができる。
第４Ａ図の構成を用いて、被検光学系の収差を測定する場合は、撮像面ＩＰ上に複数の撮像領域を設定し、各撮像領域に対して、移動部ＭによりレンズＬ及びアパーチャＡＰを位置決めする。被検波面が理想的な波面の時にレンズＬが集光する撮像領域の中心に対して、実際の被検波面では、レンズＬが集光する集光点の位置の変化が検出する。この位置の変化量を検出することにより、収差を測定することができる。なお、被検波面Ｗの算出は、上述した内容と同じである。
このように、投影レンズＰＬによる結像面のうち、一点において、理想的な波面の各集光点に対する被検波面の各集光点の位置ずれを測定することにより、投影レンズＰＬの収差として、球面収差や非点隔差を求めることができる。
また、ユニットＵＴが投影レンズＰＬによる結像面の複数点に移動するようにステージ制御部２２でステージ１３を駆動する。そして、投影レンズＰＬの結像面内における複数点のそれぞれにおいて、ユニットＵＴ内のレンズＬ及びアパーチャＡＰ、又は測定系Ｓが被検波面全体を走査するように移動部Ｍを制御する。これにより、結像面内のおける複数点のそれぞれにおいて、理想的な波面の各集光点に対する被検波面の各集光点の位置ずれを測定することができ、投影レンズＰＬの収差として、コマ収差、像面湾曲、ディストーション、非点収差を求めることができる。
なお、上記第１実施形態では、被検波面を平行光にするためにコリメータレンズＣＬをユニットＵＴに組み込んでいるが、コリメータレンズＣＬをユニットＵＴとは異なるユニットに設けても良い。さらには、コリメータレンズＣＬを用いずに、被検光学系ＰＬを透過した球面波の光をそのまま本装置で測定してもよいことは言うまでもない。
このように、ユニットＵＴをステージ１３のウエハホルダ１２上に載置し、ユニットＵＴ内のレンズＬ及びアパーチャＡＰ、又は測定系Ｓを移動部Ｍにより駆動することにより、簡便に投影レンズＰＬの波面収差を測定できる。投影レンズＰＬの波面収差を測定した後は、収差測定光学系（測定用マスク）をステージから取り外すと共に、ユニットＵＴをステージ１３から取り外す。ステージ１３からユニットＵＴを取り外すことにより、露光時に使用する際のステージ１３が軽量化される。また、投影露光装置上で、露光光源を用いて測定できるので装置が小型なものになる。さらに、別の干渉計を用いて測定する場合に比較して空間的場所を必要とせず、また、レンズとして単一のレンズを用いているので高精度に収差を測定できる。加えて、投影露光装置のステージ１３上に本波面収差測定ユニットを搭載した状態で、この測定結果に基づいて投影レンズＰＬの調整を行なうことができる。このとき、自動レンズ調整手段等と組み合わせれば、波面収差の測定結果を該自動レンズ調整手段等にフィードバックさせ、レンズ間隔を調整することができる。自動レンズ調整手段は、各収差に応じて、投影レンズＰＬを構成する少なくとも一つのレンズ素子を光軸方向に微小移動させて、レンズ素子の間隔を変更する移動機構や、レンズ素子間の空気の圧力を調整する圧力調整機構等が挙げられる。これにより、自動的に投影光学系の波面収差を修正でき、結像特性を向上させることができる。
（第２実施形態）
第７図は、第２実施形態にかかる投影露光装置のステージ近傍の概略構成を説明する図である。本実施形態において、第１実施形態にかかる投影露光装置の構成と同じ部分には同一の符号を付し、また重複する部分の構成図とその説明は省略する。
上記第１実施形態では、投影レンズＰＬの波面収差測定を露光装置上で、露光光源を用いて行うことができる。このとき、レチクルＲの位置に点光源、即ちピンホールを備えた投影レンズ収差測定用のレチクルを用いることが望ましい。したがって、露光光源からのレーザビームＩＬ２は、レチクルＲのピンホールにより球面波からなる光に変換されることになる。ここで、投影レンズＰＬの波面収差の測定精度を向上させるにはピンホール径を小さくし、ピンホールで発生する球面波を理想球面波に近づければ良いが、ピンホール径が小さくなると透過光量が減少し、撮像面でコントラストが減少するため測定時間がかかることになる。また、投影レンズの波面収差の測定を行うときはピンホールを備えた投影レンズ収差測定用レチクルを使用し、通常のパターン露光を行うときは露光用レチクルを使用すると、収差測定又はパターン露光ごとにレチクルステージにレチクルの載せ換え、位置合わせ等をする必要があるのでスループットの低下を招くおそれがある。
本実施形態にかかる投影露光装置は上記問題に鑑みたものであり、第７図に示すように例えばレチクルステージ１１が投影レンズ波面収差測定用のピンホールＰＨを有している。
回路パターンが形成されたレチクルＲを用いて半導体デバイスを製造する手順は上記第１実施形態で述べた手順と同様であるのでその説明は省略する。次に、投影レンズＰＬの波面収差を測定する手順について説明する。投影レンズＰＬの波面収差を測定するときは、レチクルステージ制御部２１が回路パターンが形成されたレチクルＲを載置した状態のレチクルステージ１１を駆動して、ピンホールＰＨを光軸ＡＸ上に移動させ、ピンホールからの光を点光源として収差測定を行う。まず、波面収差測定装置のユニットＵＴ（ユニットの構成は上記実施形態と同じ）がステージ１３上にウエハホルダ１２を介して載置される。次に、ユニットＵＴ内のレンズＬ及びアパーチャＡＰ、又は測定系Ｓが集光レンズＬからの被検波面全体を走査するように、移動部ＭがレンズＬ及びアパーチャＡＰ、又は測定系Ｓを駆動する。上述のように被検波面の各集光点の位置ずれを求め、演算処理装置ＰＣで上述のような積分演算を行なう。ここで、投影レンズＰＬを透過した光の集光位置はウエハＷＨ面と共役である。そして、得られた投影レンズＰＬの波面収差情報（コマ収差、非点収差、球面収差等）をレンズ制御部ＬＣへフィードバックする。レンズ制御部ＬＣは、波面収差情報に基づいて投影レンズＰＬを構成する各レンズ素子の間隔や、その間隔の空気の圧力を調整することで投影レンズＰＬを透過した波面の収差量を所定範囲内に抑える。なお、ユニットＵＴはウエハホルダ１２又はステージ１３上に直接的に着脱自在に設けられていても良く、又はステージ１３に組み込まれている構成、さらにはステージ１３の側面に着脱自在に設けられている構成でも良い。
また、本実施形態では、レチクルステージに設けられたピンホールを通過した光を光源として用いたが、これに限られるものではなく、レチクルステージに光源１からの光を拡散して透過させる領域、いわゆるレモンスキン状態に形成されている領域を設け、このレモンスキン領域を透過した光を波面収差測定用の光源としても良い。レモンスキン領域は、すりガラス状の拡散板と同様に透過光を拡散させる機能を有しており、この領域を透過した光は、複数の点光源から発せられた多数の球面波からなる略平行光とみなすことができる。また、ピンホール又はレモンスキン領域はレチクルステージに設けられている場合に限られず、第１実施形態と同様レチクルに設けられていても良い。
上述したように、ピンホール径を小さくすると、通過光量が減少するため測定時間は長くなるが、測定精度を高くすることができる。逆に、ピンホール径を大きくすると、ピンホールで発生する球面波の形状が理想球面波から遠ざかってしまい測定精度が低くなるが、通過光量が増加するため測定時間は短くできる。このため、レチクルステージ１１又はレチクルＲに複数の大きさのピンホールを形成しておき、目的とする測定精度により択一的に選択して使用する事が望ましい。例えば、投影露光装置のセッティングが既に完了し回路パターン露光が順次行われている場合は、投影レンズの光学特性（倍率や焦点位置などの結像特性や透過率の変動）等の経時変化を測定することが主目的となるので、投影レンズを所定回数だけ光が透過した時に適当な精度で、且つ短時間で波面測定を行うことが望ましい。また、投影レンズ又は投影レンズを構成する少なくとも一つのレンズ素子を他のレンズに交換した場合、光源波長を変化させた場合等は、時間をかけて高精度な波面測定を行うことが望ましい。このように、複数の大きさのピンホールを形成しておくことで、目的別に最適な大きさのピンホールを容易に選択することができる。また、本実施形態ではレチクルステージを照明するレーザビームとして露光光源を用いているが、他の光源及び他の照明光学系を別途設けても良い。
（第３実施形態）
第８図は、第３実施形態にかかる投影露光装置のステージ近傍の概略構成を示す図である。本実施形態において、第１実施形態にかかる投影露光装置の構成と同じ部分には同一の符号を付し、また重複する部分の構成図とその説明は省略する。
回路パターンが形成されたレチクルＲを用いて半導体デバイスを製造する手順は上記第１実施形態で述べた手順と同様であるのでその説明は省略する。次に、投影レンズＰＬの波面収差測定を行う手順を説明する。
ウエハステージ制御部２２は、ステージ１３の側面に着脱機構Ｄを介して着脱自在に設けられた収差測定ユニットＵＴ’に投影レンズＰＬからの透過波面が入射するように、ウエハステージ１３を駆動制御する。収差測定ユニットＵＴ’は、投影光学系ＰＬを通過したピンホールＰＨで発生した球面波からなる光を集光するための複数のレンズ素子Ｌ’を２次元に配列した２次元レンズアレイと、複数のレンズ素子Ｌ’で集光された光の位置をそれぞれ検出するための集光位置検出部ＤＥＴとから構成されている。また、上記第１実施形態と同様に波面収差測定ユニットとは、ピンホールＰＨとパターンが形成されたマスクと２次元レンズアレイＬ’と集光位置検出部ＤＥＴとを含む構成をいう。
なお、上記実施形態で述べたようにピンホールに限られず、レチクルステージ１１又はレチクルＲが、ピンホールとレモンスキン領域とのいずれか一方を有していることが好ましい。さらに好ましくは、大きさの異なる複数のピンホールを備えており、上記第２実施形態と同様に測定目的に応じて適宜ピンホールを選択できることが望ましい。このように、ピンホールとレモンスキン領域とのいずれか一方を有するステージ又はレチクルが収差測定光学系を構成する。
投影光学系ＰＬを透過した光は、コリメータレンズＣＬにて平行光に変換される。そして、微小なレンズＬ’を２次元に配列した２次元レンズアレイに入射される。入射した光の被検波面が理想的な波面、即ち投影レンズに収差が無い場合の波面から偏差を有していると、該偏差は集光位置検出部ＤＥＴ上で理想的な波面の集光位置に対し被検波面の集光位置が位置ずれとして現れる。演算処理部ＰＣは、２次元レンズアレイの個々のレンズＬ’の集光点の位置ずれに基づいて、投影レンズＰＬの波面収差を算出する。
このように、投影レンズＰＬによる結像面のうち、一点において、理想波面の各集光点に対する被検波面の各測定点の位置ずれを測定することにより、投影レンズＰＬの収差として、球面収差や非点隔差を求めることができる。また、ユニットＵＴが投影レンズＰＬによる結像面の複数点に移動するようにステージ制御部２２でステージ１３を駆動する。そして、投影レンズＰＬの結像面内における複数点のそれぞれにおいて、理想波面の各集光点に対する被検波面の各測定点の位置ずれを測定し、それら各測定結果から、投影レンズＰＬの収差として、コマ収差、像面湾曲、ディストーション、非点収差を求めることができる。
そして、得られた投影レンズＰＬのコマ収差、像面湾曲、ディストーション、非点収差等の波面収差情報をレンズ制御部ＬＣへフィードバックする。レンズ制御部ＬＣは、この波面収差情報に基づいて投影レンズＰＬを構成する各レンズ素子の間隔や、その間隔の空気の圧力を調整することで投影レンズＰＬを透過した波面の収差量を所定範囲内に抑える。なお、ユニットＵＴ’はウエハホルダ１２又はステージ１３上に着脱自在に設けられていても良く、又はステージ１３に組み込まれている構成、さらにはステージ１３近傍に設けられている構成でも良い。
また、上記各実施形態において、集光位置検出部ＤＥＴの測定分解能と、移動部Ｍ又はウエハステージ１３の位置制御精度を高くすることで、投影レンズＰＬの収差測定精度を向上させることができる。例えば、集光位置検出部の検出分解能が１０〜２０μｍの場合は、５ｍｍ×５ｍｍの領域を露光する投影露光装置ではウエハステージ１３を１ｍｍピッチで制御すれば十分である。
また、第１実施の形態において、アパーチャＡＰの開口面積を可変としても良い。このとき、開口部を絞った方が、分解能が向上するので測定精度が高くなる。
各実施の形態は必要に応じて組み合せることも可能である。各実施の形態で、波面収差測定装置をステージ１３に着脱可能に構成したが、この着脱機構としては、ステージ１３に切欠き部を設け、その切欠き部に係合する係合部を測定装置に設けて着脱可能としてもよい。さらに、測定装置をステージ１３に着脱可能とする際、測定装置全体の代わりにその一部、例えばコリメータレンズＣＬ，レンズＬを着脱自在とし、検出部ＤＥＴをステージ１３に固定しても良い。また、逆に例えばコリメータレンズＣＬ、レンズＬをステージ１３に固定し、検出部ＤＥＴを着脱自在にしても良い。
各実施の形態では、投影レンズＰＬの波面収差を露光装置に組込んだ状態で測定したが、露光装置に組み込む前に測定しても良い。波面収差を測定するタイミングとしては、ウエハ交換毎、レチクル交換毎、または予め設定した所定時間毎のいずれでもよく、これら以外のタイミングであってもよい。その際の測定精度を選択できることは上述した通りである。また、各実施の形態では、収差を測定する光源として、露光光源を使用したが、別の光源を用いてもよい。露光光源としては、ｇ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、Ｆ２レーザ（１５７ｎｍ）や、金属蒸気レーザやＹＡＧレーザの高調波を用いてもよい。
なお、本実施形態の露光装置として、マスクと基板とを同期移動してマスクのパターンを露光する走査型の露光装置（ＵＳＰ５，４７３，４１０）、またはマスクと基板とを静止した状態でマスクのパターンを露光し、基板を順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート型の露光装置に適用することができる。露光装置の用途としては半導体製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを露光する液晶用の露光装置や、薄膜磁気ヘッドを製造するための露光装置にも広く適当できる。
被検光学系としての投影レンズの倍率は、縮小系のみならず等倍および拡大系のいずれでもよい。投影レンズとしては、エキシマレーザなどの遠紫外線を用いる場合は硝材として石英や蛍石などの遠紫外線を透過する材料を用い、Ｆ２レーザやＸ線を用いる場合は反射屈折系または屈折系の光学系にすればよい（レチクルも反射型タイプのものを用いる）。
エキシマレーザとして、遠紫外線を用いる場合は、光源と基板との間の光路を不活性ガスでパージする。このように、遠紫外線を用いる場合は、本実施の形態の波面収差測定装置のユニットＵＴ内も不活性ガスでパージすればよい。不活性ガスとして、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン等の不活性ガスを用いてもよい。露光光の波長が酸素に吸収されない波長（例えば、ｉ線やＫｒＦ等）の場合は、化学的にクリーンなドライエア（レンズの曇りの原因となる物質、例えば、クリーンルーム内を浮遊するアンモニウムイオン等が除去されたエア、又は湿度が５％以下のエア）を用いてもよい。
以上のように、本実施形態の露光装置や収差測定装置は、本願特許請求の範囲（ｃｌａｉｍｓ）に挙げられた各構成要素（ｅｌｅｍｅｎｔ）を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。また、半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを制作するステップ、シリコン材料からウエハを制作するステップ、前述した実施例の露光装置によりレチクルのパターンをウエハに露光するステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を経て製造される。
産業上の利用の可能性
以上説明したように、本発明では、所定面上における開口絞りを通過した光束の一部のそれぞれの集光位置の位置ずれを検出する集光位置検出部を有し、開口絞りを光束内で移動させている。したがって、干渉計又は２次元レンズアレイを用いなくても、小型で簡便な構成で被検光学系の収差を高精度に測定できる。
本発明では、集光レンズは前記光束の一部を集光し、移動部は集光レンズと開口絞りとを一体として光束の光軸と交差する方向に移動させている。したがって、集光レンズは小型なレンズで良いため製造容易であり、コストも安く済む。さらに、常に小型な集光レンズの全面を使用して集光するので、該集光レンズ自身の収差の影響による測定誤差を低減できる。
請求項１記載の発明では、半導体デバイス等を製造するための投影露光装置に用いられるレンズの波面収差を簡便に測定できる。
請求項２記載の発明では、球面波の光を生成する収差測定用マスクを透過してきた球面波を用いて正確かつ迅速な収差測定を行うことができる。
請求項３記載の発明では、所定の回路パターンを有するレチクルを照明する照明光学系からの光を使用できる。
本発明では、干渉計又は２次元レンズアレイを用いなくても、小型で簡便な構成で被検光学系の収差を高精度に測定できる。
本発明では、集光レンズは小型なレンズで良いため製造容易であり、コストも安く済む。さらに、常に小型な集光レンズの全面を使用して集光するので、該集光レンズ自身の収差の影響による測定誤差を低減できる。
請求項４記載の発明では、半導体デバイス等を製造するための投影露光装置に用いられる投影光学系の波面収差を簡便に測定できる。
実施形態では、ピンホールパターンを透過してきた球面波を用いて正確かつ迅速な収差測定を行うことができる。
実施形態では、所定の回路パターンの像を基板上に形成する投影光学系の収差を、干渉計又は２次元レンズアレイを用いなくても、小型で簡便な構成で被検光学系の収差を高精度に測定できる。
請求項５記載の発明では、収差測定光学系を用いることで、正確かつ迅速に投影光学系の収差測定を行うことができる。
実施形態では、拡散して透過してきた多数の球面波からなる実質的な平行光により、正確かつ迅速に投影光学系の収差測定を行うことができる。
請求項６記載の発明では、半導体デバイス等を製造するための投影露光装置に用いられる投影光学系の波面収差を簡便に測定できる。
請求項７記載の発明では、ピンホールを通過してきた球面波を用いて正確かつ迅速な収差測定を行うことができる。
請求項８記載の発明では、収差測定結果に基づいて、制御部により投影光学系のレンズ間隔などを調整することで、投影光学系の波面収差を修正して、結像特性を向上させることができる。
本発明では、干渉計又は２次元レンズアレイを用いなくても、小型で簡便な構成で投影光学系の収差を高精度に測定できるので、結像性能を向上させることができ、高解像なデバイスを製造できる。
請求項９記載の発明では、半導体デバイス等を製造するための投影露光装置に用いられる投影光学系の波面収差を簡便に測定できるので、結像性能を向上させることができ、高解像なデバイスを製造できる。
請求項１０記載の発明では、投影光学系の収差を簡便に測定し、測定結果に基づいて投影光学系の収差を補正できるので、結像性能の良い露光方法を提供できる。
実施形態では、投影光学系の波面収差を簡便に測定し、測定結果に基づいて投影光学系の波面収差を補正できるので、結像性能の良い露光方法を提供できる。
請求項１１記載の発明では、半導体デバイス等を製造するための露光装置において収差測定装置を着脱自在に保持できるので、収差測定時にのみ取り付けること、又は収差測定装置を交換することが容易である。
請求項１２記載の発明では、投影露光装置の、例えばウエハステージ上に波面収差測定装置を設置するのみで、簡便に投影光学系の収差を測定できる。また、露光装置の光源をそのまま使用できるので収差測定装置を小型化できる。
請求項１３記載の発明では、マスクステージに設けられた収差測定光学系からの光により、正確かつ迅速に投影光学系の収差測定を行うことができる。また、測定ユニットを基板ステージに対して簡便に着脱できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の第１実施形態にかかる波面収差測定装置を用いる投影露光装置の構成を示す図である。
第２図は、第１図に示す投影露光装置のステージ近傍の拡大図である。
第３図は、本発明の実施形態にかかる波面収差測定装置の構成を示す図である。
第４Ａ図、４Ｂ図は、本発明の実施形態にかかる波面収差測定装置の変形例の構成を示す図である。
第５Ａ図、５Ｂ図、５Ｃ図は、測定位置により集光点Ｐの位置が変化する様子を示す図である。
第６図は、被検波面Ｗと波面の傾きＷ’との関係を示す概念図である。
第７図は、本発明の第２実施形態にかかる投影露光装置のステージ近傍の構成を示す図である。
第８図は、本発明の第３実施形態にかかる投影露光装置のステージ近傍の構成を示す図である。
第９図は、従来の波面収差測定装置の構成を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
0004505989.tif 000008
【図５Ｃ】
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【図６】
0004505989.tif 000010
【図７】
0004505989.tif 000011
【図８】
0004505989.tif 000012
【図９】
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