(57)【要約】【課題】照明条件等を種々に切り換えた場合にパターンの像の形成状態の調整を容易に、かつ高精度に行う。【解決手段】露光光ＩＬでレチクルＲを照明し、投影光学系ＰＬによりそのレチクルＲのパターンの像をウエハＷ上に形成する露光方法において、投影光学系ＰＬの瞳面と共役な面上における、基準位置からの距離と露光光ＩＬの光量との積の積分に対応するモーメント情報を計算する計算工程と、その計算工程で計算されたモーメント情報に基づいてそのパターンの像の形成状態の調整を行う調整工程とを有する。【選択図】図２
2007165845.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光ビームでパターンを照明し、投影光学系により前記パターンの像を物体上に形成する露光方法において、
所定面上における、基準位置からの距離と前記露光ビームの光量との積の積分に対応するモーメント情報を計算する計算工程と、
前記計算工程で計算されたモーメント情報に基づいて前記パターンの像の形成状態の調整を行う調整工程と
を含むことを特徴とする露光方法。
【請求項２】
前記所定面は、前記投影光学系の瞳面又は該瞳面と共役な面であることを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
【請求項３】
前記調整工程は、前記投影光学系の結像特性を補正する工程を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の露光方法。
【請求項４】
予め前記モーメント情報と前記投影光学系の結像特性との関係を求めておく予備工程をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の露光方法。
【請求項５】
前記予備工程において、前記露光ビームの照明条件を含む露光条件に対応させて、予め前記モーメント情報と前記投影光学系の結像特性との関係を求めておくことを特徴とする請求項４に記載の露光方法。
【請求項６】
前記予備工程において、前記露光ビームの照明条件を、コヒーレンスファクタが異なる２つの条件及び２極照明に設定して、それぞれ前記モーメント情報と前記投影光学系の結像特性との関係を求めておくことを特徴とする請求項５に記載の露光方法。
【請求項７】
前記調整工程は、前記予備工程で求められた関係及び前記計算工程で計算されるモーメント情報を用いて補間によって前記投影光学系の結像特性を推定する工程と、
前記推定された結像特性を補正するように前記投影光学系を調整する工程とを含むことを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項８】
前記計算工程で計算されるモーメント情報は、各位置における第１の基準線からの距離と前記露光ビームの光量との積の積分に対応する第１のモーメント情報、前記第１の基準線に直交する第２の基準線からの距離と前記露光ビームの光量との積の積分に対応する第２のモーメント情報、及び所定の基準点からの距離と前記露光ビームの光量との積の積分に対応する第３のモーメント情報のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項９】
露光ビームでパターンを照明し、投影光学系により前記パターンの像を物体上に投影する露光装置において、
所定面上における前記露光ビームの光量分布を推定又は計測する光量分布計測装置と、
前記光量分布計測装置で求められる光量分布を用いて、前記所定面上における、基準位置からの距離と前記露光ビームの光量との積の積分に対応するモーメント情報を計算する演算装置と、
前記演算装置で計算されたモーメント情報に基づいて前記パターンの像の形成状態の調整を行う調整装置と
を備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項１０】
前記所定面は、前記投影光学系の瞳面又は該瞳面と共役な面であることを特徴とする請求項９に記載の露光装置。
【請求項１１】
前記演算装置は、予め求められている前記モーメント情報と前記投影光学系の結像特性との関係を記憶していることを特徴とする請求項９又は１０に記載の露光装置。
【請求項１２】
前記演算装置は、前記露光ビームの照明条件を含む複数の露光条件に対応させて、前記モーメント情報と前記投影光学系の結像特性との関係を記憶していることを特徴とする請求項９から１１のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項１３】
前記露光ビームの照明条件をコヒーレンスファクタが異なる２つの条件及び２極照明を含む複数の照明条件に切り換え可能な照明光学系をさらに備えたことを特徴とする請求項１２に記載の露光装置。
【請求項１４】
前記調整装置は、前記投影光学系を構成する所定の光学部材の光軸方向の位置及び傾斜角の少なくとも一つを調整する部材を含むことを特徴とする請求項９から１３のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項１５】
請求項９から１４のいずれか一項に記載の露光装置を用い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、投影光学系により所定のパターンの像を物体上に投影する露光技術及びこの露光技術を用いるデバイス製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば半導体集積回路、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶表示素子、又は薄膜磁気ヘッド等のデバイスを製造するためのリソグラフィ工程中で、レチクル（又はフォトマスク等）のパターンを投影光学系を介してレジスト（感光材料）が塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）の各ショット領域に転写するために、ステッパー等の一括露光型の投影露光装置及びスキャニングステッパー等の走査露光型の投影露光装置が使用されている。投影露光装置においては、露光ビームとしての露光光によって投影光学系が次第に加熱されて、その倍率等の結像特性が変動するのを抑制するために、投影光学系内の所定レンズ等を駆動して結像特性を補正する結像特性補正機構が備えられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
その結像特性の変動量は、投影光学系内の露光光の光路に関係する照明条件毎に異なっている。そこで、従来は、一例として全ての照明条件において、例えば露光光の照射量が所定量に達したときの結像特性の変動量を実測によって予め求めておき、或る照明条件が選択されたときには、その照明条件に対応して記憶してある変動量を相殺するように上記の結像特性補正機構を駆動していた。また、別の例として、代表的な照明条件についてのみ、結像特性の変動量を実測しておき、その他の照明条件を使用する場合には、それに近い照明条件で求めた変動量を補間して結像特性の変動量を求める方法も知られていた。
【特許文献１】特開平４−１３４８１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
最近は、照明条件として、通常照明や照明光学系の瞳面における光量分布が光軸を中心とする４箇所に分布する通常の変形照明の他に、その瞳面上における光量分布が光軸を中心とする２箇所や５箇所等に分布する２極照明や５極照明等の様々な照明方法が使用されるようになって来ている。さらに、例えば転写対象のパターン上の照明領域の形状のような照明条件以外の条件を切り換えた場合についても、投影光学系内の露光光の光量分布が変化して、結像特性が変化するため、そのような条件も考慮することが望ましい。
【０００５】
しかしながら、従来のように全部の照明条件について結像特性の変動量を予め実測して求めておく方法は、照明条件の種類が増加したり、別の条件をも考慮する場合には、計測時間が長くなり過ぎるために適用が困難である。さらに、代表的な照明条件について結像特性の変動量を求めておく方法は、計測対象とされていない条件における結像特性の補正精度が低下する恐れがあった。
【０００６】
本発明は斯かる点に鑑み、照明条件等を種々に切り換えた場合に、投影光学系の結像特性等を含むパターンの像の形成状態の調整を容易に、かつ高精度に行うことができる露光技術及びデバイス製造技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による露光方法は、露光ビームでパターンを照明し、投影光学系（ＰＬ）によりそのパターンの像を物体上に形成する露光方法において、所定面上における、基準位置からの距離とその露光ビームの光量との積の積分に対応するモーメント情報を計算する計算工程と、その計算工程で計算されたモーメント情報に基づいてそのパターンの像の形成状態の調整を行う調整工程とを含むものである。
【０００８】
本発明によれば、そのパターンの像の形成状態の調整を行う際の評価情報としてそのモーメント情報を用いる。そのモーメント情報は、照明条件や照明領域等の種々の条件に対して共通に使用できるとともに、容易に計算できるため、そのモーメント情報を用いることによって、照明条件等を種々に切り換えた場合にそのパターンの像の形成状態の調整を容易に、かつ高精度に行うことができる。
【０００９】
本発明において、予めそのモーメント情報とその投影光学系の結像特性との関係を求めておく予備工程をさらに含むことができる。その予め求めておいた関係を用いることによって、高精度にそのパターンの像の形成状態を調整できる。
次に、本発明による露光装置は、露光ビームでパターンを照明し、投影光学系（ＰＬ）によりそのパターンの像を物体上に形成する露光装置において、所定面上におけるその露光ビームの光量分布を推定又は計測する光量分布計測装置（２９）と、その光量分布計測装置で求められる光量分布を用いて、その所定面上における、基準位置からの距離とその露光ビームの光量との積の積分に対応するモーメント情報を計算する演算装置（１）と、その演算装置で計算されたモーメント情報に基づいてそのパターンの像の形成状態の調整を行う調整装置（３９）とを備えたものである。この露光装置によって、本発明の露光方法を実施できる。
【００１０】
また、本発明によるデバイス製造方法は、本発明の露光方法又は露光装置を用いるものである。
なお、以上の本発明の所定要素に付した括弧付き符号は、本発明の一実施形態を示す図面中の部材に対応しているが、各符号は本発明を分かり易くするために本発明の要素を例示したに過ぎず、本発明をその実施形態の構成に限定するものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
〔第１の実施形態〕
以下、本発明の好ましい第１の実施形態につき図１〜図７を参照して説明する。本例は、スキャニングステッパーよりなる走査露光型の投影露光装置（露光装置）で露光を行う場合に本発明を適用したものである。
図１は、本例の投影露光装置の概略構成を示し、この図１において、露光光源６としてはＡｒＦエキシマレーザ光源（波長１９３ｎｍ）が使用されている。なお、露光光源としては、ＫｒＦエキシマレーザ光源（波長２４７ｎｍ）、Ｆ2 レーザ光源（波長１５７ｎｍ）などの紫外パルスレーザ光源、ＹＡＧレーザの高調波発生光源、固体レーザ（半導体レーザなど）の高調波発生装置、又は水銀ランプ（ｉ線等）なども使用することができる。
【００１２】
露光時に露光光源６からパルス発光された露光光ＩＬ（露光ビーム）は、ミラー７、不図示のビーム整形光学系、第１レンズ８Ａ、ミラー９、及び第２レンズ８Ｂを経て断面形状が所定形状に整形されて、オプティカル・インテグレータ（ユニフォマイザ又はホモジナイザ）としてのフライアイレンズ１０に入射して、照度分布が均一化される。フライアイレンズ１０の射出面（照明光学系の瞳面）には、種々の開口絞り（σ絞り）が周囲に配置された照明系開口絞り部材１１が、駆動モータ１２によって回転自在に配置されており、照明系開口絞り部材１１を回転して、所望の開口絞りを露光光ＩＬの光路上に設置することによって、照明条件が設定される。
【００１３】
照明系開口絞り部材１１には、一例として、露光光の光量分布を可変の円形領域で大きくする通常照明用の開口絞り１３Ａ（σ絞り）、光量分布を光軸上の領域とそれを囲む４個の領域とで大きくする５極照明用の開口絞り１３Ｂ、輪帯照明用の開口絞り１３Ｃ、光量分布を光軸に関して第１方向に対称な２つの領域で大きくする第１の２極照明用の開口絞り１３Ｄ、光量分布を光軸に関してその第１方向に直交する第２方向に対称な２つの領域で大きくする第２の２極照明用の開口絞り（不図示）、及び光量分布を光軸の周りの４つの領域で大きくする４極照明等の変形照明用の開口絞り（不図示）等が配置されている。さらに、通常照明用の開口絞り１３Ａの開口径は可変であり、その開口径の制御によって露光光ＩＬのコヒーレンスファクタ（σ値）を制御できる。
【００１４】
照明系開口絞り部材１１中の一つの開口絞りを通過した露光光ＩＬは、反射率の小さいビームスプリッタ１４及びリレーレンズ１７Ａを経て、固定ブラインド１８Ａ及び可動ブラインド１８Ｂを順次通過する。可動ブラインド１８Ｂは、レチクルＲ（マスク）のパターン面（レチクル面）とほぼ共役な面に配置され、固定ブラインド１８Ａは、そのレチクル面と共役な面から僅かにデフォーカスされた面に配置されている。
【００１５】
また、固定ブラインド１８Ａは、レチクル面の照明領域２１ＲをレチクルＲの走査方向に直交する非走査方向に細長いスリット状の領域に規定するために使用される。可動ブラインド１８Ｂは、露光対象の各ショット領域への走査露光の開始時及び終了時に不要な部分への露光が行われないように、照明領域を走査方向に閉じるために使用される。可動ブラインド１８Ｂは、更に照明領域の非走査方向の中心及び幅を規定するためにも使用される。ブラインド１８Ａ，１８Ｂを通過した露光光ＩＬは、サブコンデンサレンズ１７Ｂ、光路折り曲げ用のミラー１９、及びメインコンデンサレンズ２０を経て、レチクルＲのパターン領域の照明領域２１Ｒを均一な照度分布で照明する。
【００１６】
一方、ビームスプリッタ１４で反射された露光光は、集光レンズ１５を介して光電センサよりなるインテグレータセンサ１６に受光される。インテグレータセンサ１６の検出信号は露光量制御系３に供給され、露光量制御系３は、その検出信号と予め計測されているビームスプリッタ１４から物体（感光基板）としてのウエハＷまでの光学系の透過率とを用いてウエハＷ上での露光エネルギーを間接的に算出する。露光量制御系３は、その算出結果の積算値及び装置全体の動作を統轄制御するコンピュータを含む主制御系１（演算装置）からの制御情報に基づいて、ウエハＷ上で適正露光量が得られるように露光光源６の発光動作を制御する。露光光源６、ミラー７，９、レンズ８Ａ，８Ｂ、フライアイレンズ１０、照明系開口絞り部材１１、ビームスプリッタ１４、リレーレンズ１７Ａ、ブラインド１８Ａ，１８Ｂ、サブコンデンサレンズ１７Ｂ、ミラー１９、及びメインコンデンサレンズ２０を含んで照明光学系５が構成されている。
【００１７】
露光光ＩＬのもとで、レチクルＲの照明領域２１Ｒ内のパターンは、両側テレセントリックの投影光学系ＰＬを介して投影倍率β（βは例えば１／４，１／５等の縮小倍率）で、フォトレジストが塗布されたウエハＷ上の一つのショット領域ＳＡ上の非走査方向に細長いスリット状の露光領域２１Ｗに投影される。投影光学系ＰＬは例えば屈折系であるが、反射屈折系等も使用できる。レチクルＲのパターン面（レチクル面）及びウエハＷの表面（ウエハ面）がそれぞれ投影光学系ＰＬの物体面及び像面に対応している。以下、図１において、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で走査露光時のレチクルＲ及びウエハＷの走査方向に直交する非走査方向に平行にＸ軸を取り、その走査方向に平行にＹ軸を取って説明する。
【００１８】
本例の投影光学系ＰＬには、その所定の結像特性を補正（調整）するための結像特性補正装置（調整装置）が備えられている。
図２は、図１中の投影光学系ＰＬの結像特性補正装置３９を示す一部を切り欠いた図であり、この図２において、説明の便宜上、投影光学系ＰＬを構成するように光軸ＡＸに沿って配置された多数のレンズエレメントのうちの８枚のレンズ４３1、４３2、…、４３8 のみを図示している。この場合、レンズ４３1〜４３8 のうち、その一部、例えばレンズ４３1、４３2は、それぞれ複数の駆動素子（例えばピエゾ素子など）３７によって光軸ＡＸ方向（Ｚ方向）及びＸＹ平面に対する直交する２軸の回りの傾斜方向に微小駆動可能に構成されている。
【００１９】
本例では、各駆動素子３７に与えられる駆動電圧（駆動素子の駆動量）が、主制御系１からの指令に応じて結像特性制御系３６により制御される。更に、投影光学系ＰＬ中の所定のレンズ４３4 に対して、不図示の光源から供給される例えば近赤外域の加熱用の光を導波路３８Ａ及び３８Ｂを介して照射でき、その照射時間も結像特性制御系３６によって制御される。このように、駆動素子３７、導波路３８Ａ，３８Ｂ、及び結像特性制御系３６を含んで結像特性補正装置３９が構成されている。この場合、駆動素子３７によって、投影光学系ＰＬの倍率誤差やコマ収差等の結像特性が補正される。また、導波路３８Ａ，３８Ｂからの光の照射によって、例えば光軸上で残存する非点収差であるいわゆるセンターアスの補正も行うことができる。
【００２０】
なお、その可動のレンズの数は任意で良い。但し、例えば可動のレンズの数が、フォーカスを除く、投影光学系ＰＬの結像特性の補正可能な種類に対応しており、補正対象の結像特性の種類に応じて、可動のレンズの数又は可動のレンズの全体としての駆動の自由度を定めれば良い。
図１に戻り、レチクルＲはレチクルステージ２２上に吸着保持され、レチクルステージ２２はレチクルベース２３上でＹ方向に一定速度で移動すると共に、同期誤差を補正するようにＸ方向、Ｙ方向、Ｚ軸の回りの回転方向に微動して、レチクルＲの走査を行う。レチクルステージ２２の位置は、この上に設けられた移動鏡（不図示）及びレーザ干渉計（不図示）によって計測され、この計測値及び主制御系１からの制御情報に基づいて、ステージ駆動系２は不図示の駆動機構（リニアモータなど）を介してレチクルステージ２２の位置及び速度を制御する。レチクルステージ２２、ステージ駆動系２、駆動機構、及びレーザ干渉計によってレチクルステージ系が構成されている。また、レチクルＲの周辺部の上方には、レチクルアライメント用の顕微鏡（不図示）が配置されている。
【００２１】
一方、ウエハＷは、ウエハホルダ２４を介してウエハステージＷＳＴ上に吸着保持され、ウエハステージＷＳＴはウエハベース２７上でＹ方向に一定速度で移動すると共に、Ｘ方向、Ｙ方向にステップ移動するＸＹステージ２６と、Ｚチルトステージ２５とを備えている。
Ｚチルトステージ２５は、図２に示すように、３つのＺ位置駆動部３４Ａ，３４Ｂ，３４ＣによってＸＹステージ２６上に３点で支持されている。これらのＺ位置駆動部３４Ａ〜３４Ｃは、Ｚチルトステージ２５下面のそれぞれの支持点を投影光学系ＰＬの光軸方向（Ｚ方向）に独立して駆動する３つのアクチュエータ（例えばボイスコイルモータなど）３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃと、Ｚチルトステージ２５のＺ位置駆動部３４Ａ〜３４Ｃによる各支持点のＺ方向の駆動量を検出するエンコーダ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃとを含んで構成されている。
【００２２】
本例では、Ｚ位置駆動部３４Ａ〜３４Ｃによって、Ｚチルトステージ２５（ウエハＷ）の光軸ＡＸ方向の位置、Ｘ軸回りの回転角、及びＹ軸回りの回転角を制御する。図１のステージ駆動系２は、露光中にはウエハＷの表面が投影光学系ＰＬの像面に合焦されるように、Ｚチルトステージ２５のＺ位置駆動部３４Ａ〜３４Ｃを駆動する。更に、図２に示すように、照射系３１ａ及び受光系３１ｂから成る斜入射方式の多点のオートフォーカスセンサ（３１ａ，３１ｂ）が設けられており、このオートフォーカスセンサによって被検面（例えばウエハＷの表面）の投影光学系ＰＬの像面に対するＺ方向へのデフォーカス量と、Ｘ軸及びＹ軸の回りの傾斜角とを求めることができる。このオートフォーカスセンサと同様の多点焦点位置検出系の詳細な構成は、例えば特開平６−２８３４０３号公報等に開示されている。
【００２３】
図１に戻り、Ｚチルトステージ２５は、図２のオートフォーカスセンサ（３１ａ，３１ｂ）の計測値に基づいて、ウエハＷのフォーカシング及びレベリングを行う。ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位置、及びＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の回りの回転角は移動鏡３５Ｗ（図２参照）及びレーザ干渉計（不図示）によって計測され、この計測値及び主制御系１からの制御情報に基づいて、ステージ駆動系２は不図示の駆動機構（リニアモータなど）を介してウエハステージＷＳＴの動作を制御する。前述したウエハホルダ２４、ウエハステージＷＳＴ、ステージ駆動系２、駆動機構、及びレーザ干渉計等によってウエハステージ系が構成されている。
【００２４】
更に、投影光学系ＰＬの側面には、ウエハアライメント用のオフ・アクシス方式のアライメントセンサＡＬＧが配置されており、この検出結果に基づいて主制御系１はウエハＷのアライメントを行う。
また、ウエハステージＷＳＴ上のウエハホルダ２４の近傍には、所定面としての投影光学系ＰＬの瞳面又はこれと共役な面（例えば照明光学系５の瞳面）における露光光ＩＬの光量分布を計測するための波面計測装置２９（光量分布計測装置）が固定されている。なお、この波面計測装置２９は、着脱可能な構成として必要に応じてウエハステージＷＳＴ上に設置するようにしてもよい。
【００２５】
図２に示すように、波面計測装置２９は、ウエハＷの表面と同じ高さに設定されてピンホール３０Ａ、Ｘ軸に平行なスリット３０Ｘ、及びＹ軸に平行なスリット３０Ｙ（図１参照）が形成されたガラス基板と、そのピンホール３０Ａを通過した露光光ＩＬを平行光束にするレンズ３０Ｂと、レンズ３０Ｂを経た照明光ＩＬの光量分布の情報を検出するＣＣＤ型等の２次元の撮像素子３０Ｃと、スリット３０Ｘ及び３０Ｙを通過した露光光ＥＬを集光するレンズ３０Ｄと、レンズ３０Ｄによって集光された光を光電変換するフォトダイオード等の光電センサ３０Ｅとを備えている。例えば、図２のような配置となって、レチクルＲのパターンＲＰからの露光光ＩＬ（結像光束）が投影光学系ＰＬを介して波面計測装置２９に照射される状態において、撮像素子３０Ｃの撮像信号は主制御系１内の画像処理部に供給され、この画像処理部は、その撮像信号から投影光学系ＰＬの瞳面ＰＰＬにおける光量分布を求める（詳細後述）。
【００２６】
なお、その所定面を投影光学系ＰＬの像面又はこれと共役な面（例えばレチクルＲのパターン面）とみなすことも可能である。この場合にその所定面での光量分布を計測するためには、その撮像素子３０Ｃの代わりに受光面が一つの光電センサを配置して、ウエハステージＷＳＴをＸ方向、Ｙ方向に走査しながらその光電センサの検出信号を取り込んでもよい。
【００２７】
また、例えば投影光学系ＰＬのディストーション等の結像特性を計測するために、図２において、レチクルＲの代わりに計測用のマークが形成されたテストレチクルＴＲを配置し、ウエハステージＷＳＴを駆動して、そのマークの投影光学系ＰＬによる像を波面計測装置２９のスリット３０Ｘ（又は３０Ｙ）で走査し、光電センサ３０Ｅからの検出信号を主制御系１中の信号処理部に供給する。この信号処理部には、ウエハステージＷＳＴの座標情報も供給され、この信号処理部では、その検出信号を処理してそのマークの像の座標及びコントラスト等を求め、これらの情報から投影光学系ＰＬの結像特性を求める。例えば、複数のマークの像の座標からディストーション、倍率等を求めることができ、Ｘ方向及びＹ方向に周期的なマークの像の複数のＺ方向の位置でのコントラストからベストフォーカス位置、非点収差（センターアスを含む）等を求めることができる。
【００２８】
図１に戻り、ウエハステージＷＳＴ上のウエハＷの近傍には、露光領域２１Ｗよりも大きい受光面を有する照射量モニタ（不図示）と、ピンホール状の受光面を有する照度センサ（不図示）とが固定され、これらの２つのセンサの検出信号は露光量制御系３に供給される。
露光時には、レチクルステージ２２及びウエハステージＷＳＴを駆動して、露光光ＩＬを照射した状態でレチクルＲとウエハＷ上の一つのショット領域とをＹ方向に同期走査する動作と、ウエハステージＷＳＴを駆動してウエハＷをＸ方向、Ｙ方向にステップ移動する動作とが繰り返される。これによって、ステップ・アンド・スキャン方式でウエハＷ上の各ショット領域にレチクルＲのパターン像が露光される。
【００２９】
次に、本例の投影露光装置において、照明条件等を切り換えながら露光を行う場合に、露光光ＩＬの照射熱による投影光学系ＰＬの結像特性の変動量を補正する動作の一例につき説明する。
本例では、投影光学系ＰＬの結像特性の変動量を予測するために、所定面での露光光ＩＬの光量分布のモーメントＭを計算する。モーメントＭとは、その所定面上における、所定の基準位置（本例では所定の直交する第１及び第２の基準線又は基準点）からの距離と露光光ＩＬの光量との積の積分に対応する情報である。その所定面としては、ここでは投影光学系ＰＬの瞳面との共役面である照明光学系５の瞳面を用いる。照明光学系５の瞳面は、照明系開口絞り部材１１の開口絞り１３Ａ〜１３Ｄ等の配置面であり、近似的に照明系開口絞り部材１１に入射する露光光ＩＬの照度むらが無視できる程度に小さいとみなすと、光量分布とは各開口絞りの開口領域（光透過領域）の分布そのものとみなすこともできる。以下の動作を複数の工程に分けて説明する。
【００３０】
［予備工程］
この工程では、予め露光前に開口絞りの形状を３種類に設定して、主制御系１内の演算部はそれぞれの開口絞りを用いたときのモーメントＭを計算し、そのときの結像特性を実際に計測する。なお、予めモーメントＭを計算して結像特性を計測する開口絞りの種類は２種類でもよく、３種類以上でもよい。主制御系１内の記憶部には、予め照明系開口絞り部材１１の開口絞り１３Ａ〜１３Ｄ等の開口形状の情報が記憶されている。また、主制御系１に接続された磁気ディスク装置等の記憶装置１ａには、照明条件等の露光データが記憶されており、主制御系１内の制御部は、その記憶装置１ａから読み出した露光データに基づいて開口絞り１３Ａの開口径を指定する。
【００３１】
図３は、照明光学系５の瞳面５Ｐに順次設定される開口絞り１３Ａ１，１３Ａ２，１３Ｄの形状を示し、この図３において、開口絞り１３Ａ１及び１３Ａ２はそれぞれコヒーレンスファクタがほぼ最小及び最大の円形照明を示し、開口絞り１３Ｄは２極照明を示している。瞳面５Ｐにおける光軸ＩＡＸを中心として、図１のＸ軸及びＹ軸に平行な直交座標系をｘ軸及びｙ軸として、瞳面５Ｐ上での露光光ＩＬの光量分布をＩ（ｘ，ｙ）とすると、ｙ軸を第１の基準線とみなすｘ方向のモーメントＭｘ、ｘ軸を第２の基準線とみなすｙ方向のモーメントＭｙ、及び光軸ＩＡＸを基準点とみなす半径方向のモーメントＭＲはそれぞれ以下の（１）式、（２）式、及び（３）式から計算することができる。この場合、光量分布Ｉ（ｘ，ｙ）としては、図３の各開口絞り１３Ａ１，１３Ａ２，１３Ｄの開口パターンそのものを用いてもよい。このときには、露光光ＩＬが通過する位置の値を１、露光光ＩＬが通過しない位置の値を０としてモーメントが計算される。
【００３２】
なお、瞳面５Ｐ上において、直交座標系（ｘ，ｙ）の原点を光軸ＩＡＸからシフトさせて、かつ所定角度回転した座標系を（ｘ’，ｙ’）として、ｙ’軸及びｘ’軸をそれぞれ第１及び第２の基準線とみなしてもよい。また、光軸ＩＡＸからシフトした点をその基準点とみなしてもよい。
【００３３】
【数１】
2007165845.tif 000003
【００３４】
【数２】
2007165845.tif 000004
【００３５】
【数３】
2007165845.tif 000005
【００３６】
一例として、図３の各開口絞り１３Ａ１，１３Ａ２，１３Ｄに対応して計算されるｘ方向のモーメントＭｘをそれぞれ図５（Ａ）の横軸のＭｘ１，Ｍｘ３，Ｍｘ２とすると、これらのモーメントに対応して投影光学系ＰＬの結像特性が計測される。具体的に、その結像特性を倍率誤差γであるとすると、例えば図１のレチクルステージ２２上にレチクルＲの代わりに所定の複数の評価用マークが形成された結像特性計測用のテストレチクルを配置して、上記の各開口絞りに設定して露光光ＩＬを所定時間照射する。その後、それらの評価用マークを投影光学系ＰＬを介してレジストが塗布された未露光のウエハ上に転写して、現像後に座標計測装置等を用いてそれらの評価用マークの像の位置を計測することによって、図５（Ａ）の縦軸の倍率誤差γ１，γ２，γ３を求める。そして、モーメントＭｘ１，Ｍｘ２，Ｍｘ３とそれに対応する倍率誤差γ１，γ２，γ３とで定まる３つの点を結ぶ折れ線よりなる特性曲線５０が、主制御系１内の記憶部にモーメントＭｘと倍率誤差γとの関係を示すデータとして記憶される。なお、その特性曲線５０の代わりに、例えば３点を通るように最適化されたモーメントＭｘの高次関数曲線等を用いてもよい。
【００３７】
なお、図４に示すように図１のレチクルＲ（又はテストレチクル）上の照明領域２１Ｒの形状は、Ｙ方向（走査方向）の幅はＬＹであるが、Ｘ方向（非走査方向）の長さＬＸは、図１の可動ブラインド１８Ｂによって制御することができる。そして、その照明領域２１Ｒの形状によって、投影光学系ＰＬの瞳面における光量分布が変化して、照射熱による結像特性の変動量も変化する。ここでは、照明領域２１ＲのＸ方向の長さＬＸは最も多用される幅ＬＸ１に設定してあるものとする。なお、この予備工程は、省略することが可能である。
【００３８】
［計算工程］
この工程では、実際の露光工程において、照明系開口絞り部材１１を駆動して露光対象のレチクルＲに合う開口絞り（例えば輪帯照明用の開口絞り１３Ｃ）を選択する。そして、主制御系１内の演算部では、その開口絞り１３Ｃの形状データから、（１）式よりｘ方向のモーメントＭｘｍを計算して、次の調整工程に進む。なお、（１）式とともに、又は（１）式の代わりに（２）式及び／又は（３）式よりモーメントＭｙｍ及びＭＲｍを計算してもよい。
【００３９】
［調整工程］
ここでは、その計算工程で計算されたモーメントＭｘｍに基づいて投影光学系ＰＬの調整を行う。そのために、その予備工程で求められた関係（図５（Ａ）の特性曲線５０）にその計算工程で計算されたモーメントＭｘｍを当てはめて、対応する倍率誤差γｍを求める。これはその予備工程で求められた結果を補間することによって投影光学系ＰＬの結像特性を推定する工程に対応する。
【００４０】
なお、上記の予備工程を省略した場合には、一例としてその計算されたモーメントＭｘｍに基づいて、倍率誤差を理論的に計算してもよい。
次に、主制御系１は、図２の結像特性制御系３６に対して求められた倍率誤差γｍを補正するように指令を発する。これに応じて、結像特性制御系３６は、結像特性補正装置３９を介して投影光学系ＰＬ内の所定のレンズを駆動することによって、その倍率誤差γｍを相殺するように倍率を調整する。これによって、その照射熱の影響による倍率誤差γｍが除かれるため、投影光学系ＰＬの投影倍率が容易に目標とする値となり、高精度にレチクルＲのパターンをウエハＷ上に転写することができる。
【００４１】
同様に照明条件を切り換えた場合には、照明系開口絞り部材１１内で使用されている開口絞りの開口形状からモーメントＭｘを計算し、図５（Ａ）の特性曲線５０から倍率誤差γを求めることで、容易にかつ高精度に投影光学系ＰＬの倍率を目標値に維持できる。
なお、そのモーメントＭｘの計算を行うに際して、さらに図４の照明領域２１Ｒの形状データ、例えばＸ方向の幅ＬＸとＹ方向の幅ＬＹとの比の値（＝ＬＸ／ＬＹ）を考慮してもよい。このためには、一例として、幅ＬＸを通常の露光工程で使用される範囲で最も狭い幅ＬＸ２と、最も広い幅ＬＸ１とに設定した場合でそれぞれ結像特性を計測すればよい。
【００４２】
図５（Ｂ）は、そのように開口絞りの形状に加えて照明領域２１Ｒの形状を考慮したときの、ｘ方向のモーメントＭｘと倍率誤差γとの関係の一例を示し、この図５（Ｂ）の例においても、図１の照明系開口絞り部材１１の開口絞りを順次図３の各開口絞り１３Ａ１，１３Ａ２，１３Ｄに設定して（１）式からｘ方向のモーメントＭｘ１，Ｍｘ３，Ｍｘ２を計算する。さらに、例えば開口絞り１３Ａ１（モーメントＭｘ１）に設定して、図１のレチクルステージ２２上に上記の結像特性計測用のテストレチクルを載置した状態で、図４の照明領域２１ＲのＸ方向の幅をＬＸ２に設定した状態で倍率誤差γを計測することによって、図５（Ｂ）の点Ａ１のデータを得る。次に、照明領域２１ＲのＸ方向の幅をＬＸ１に設定した状態で倍率誤差γを計測することによって、図５（Ｂ）の点Ａ２のデータを得る。
【００４３】
同様に、モーメントＭｘ３，Ｍｘ２においても、それぞれ照明領域２１ＲのＸ方向の幅を順次ＬＸ２，ＬＸ１に設定して倍率誤差γを計測することで、光量分布のモーメントＭ及び照明領域２１Ｒの形状と倍率誤差γとの関係を表すデータとして、図５（Ｂ）の幅ＬＸ２に対応する特性曲線５１及び幅ＬＸ１に対応する特性曲線５２が得られる。
その後、図１の照明系開口絞り部材１１の或る開口絞りを選択した場合に、それに対応して計算される光量分布のｘ方向のモーメントＭｘがＭｘｍであり、かつ照明領域２１ＲのＸ方向の幅がＬＸ（ＬＸ２≦ＬＸ≦ＬＸ１）であるとすると、主制御系１では、先ず図５（Ｂ）の特性曲線５１及び５２において、モーメントがＭｘｍである点Ｐ１及びＰ２における倍率誤差（それぞれγｍ１及びγｍ２とする）を求める。次に、以下の補間計算によって、照明領域２１ＲのＸ方向の幅がＬＸのときの倍率誤差γｍ３を求める。
【００４４】
γｍ３＝γｍ１＋（γｍ２−γｍ１）（ＬＸ−ＬＸ２）／（ＬＸ１−ＬＸ２）
＝｛γｍ１（ＬＸ１−ＬＸ）＋γｍ２（ＬＸ−ＬＸ２）｝／（ＬＸ１−ＬＸ２）…（４）
そして、図２の結像特性補正装置３９を介してその倍率誤差γｍ３を相殺するように倍率を補正することによって、照明条件及び照明領域２１Ｒの形状を変えた場合でも、照射熱の影響を抑制して、投影光学系ＰＬの投影倍率を目標値に維持することができる。
【００４５】
なお、上記の実施形態では、投影光学系ＰＬの結像特性として倍率誤差を考慮しているが、結像特性としては、図６（Ａ）のセンターアスＣＡ、図６（Ｂ）のデフォーカスＦ、及び図６（Ｃ）の球面収差ＳＡ等もそれぞれ光量分布のモーメントＭから求めることができる。即ち、図６（Ａ）のセンターアスＣＡは、（１）式のｘ方向のモーメントＭｘと（２）式のｙ方向のモーメントＭｙとの差分（Ｍｘ−Ｍｙ）に関して２点での計測データから特性曲線５３を決定した後、任意の開口絞りを選択したときに計算されるモーメントの差分（Ｍｘ−Ｍｙ）を特性曲線５３に当てはめることで求めることができる。
【００４６】
同様に、図６（Ｂ）のデフォーカスＦは、（１）式のモーメントＭｘと（２）式のモーメントＭｙとの平均値（Ｍｘ＋Ｍｙ）／２に関して３点での計測データから特性曲線５４を決定した後、任意の開口絞りを選択したときに計算されるモーメントの平均値（Ｍｘ＋Ｍｙ）／２を特性曲線５４に当てはめることで求めることができる。また、図６（Ｃ）の球面収差ＳＡは、（３）式の半径方向のモーメントＭＲに関して３点での計測データから特性曲線５５を決定した後、任意の開口絞りを選択したときに計算される半径方向のモーメントＭＲを特性曲線５５に当てはめることで求めることができる。
【００４７】
このようにして光量分布のモーメントＭから求められた結像特性のうち、球面収差ＳＡは、図２の結像特性補正装置３９で所定のレンズを駆動することで補正することができる。一方、センターアスＣＡは、例えば図２の導波路３８Ａ，３８Ｂからの所定のレンズエレメントに対する光の照射によって補正することが可能であり、デフォーカスＦは、例えば図１のウエハステージＷＳＴのフォーカシング動作で補正することが可能である。
【００４８】
また、上記の実施形態では、所定面としての照明光学系の瞳面において計算によって光量分布のモーメントＭを計算しているが、その他に実際に図１の投影光学系ＰＬの瞳面における光量分布を計測し、この結果からモーメントＭを計算することも可能である。そのためには、図２に示すように、投影光学系ＰＬの物体面に実露光用のパターンＲＰが形成されたレチクルＲを配置して露光光ＩＬを照射した状態で、露光領域に波面計測装置２９を移動して、図２の撮像素子３０Ｃを用いて投影光学系ＰＬの瞳面ＰＰＬにおける光量分布を実測すればよい。一例として、図１の照明光学系５中では図３の開口絞り１３Ａ１が設定されているものとする。
【００４９】
図７は、そのようにして計測される投影光学系ＰＬの光軸ＡＸを中心とする瞳面ＰＰＬにおける光量分布の一例を示し、この図７において、図３の開口絞り１３Ａ１の０次光１３Ａ１（０）の他に多数のＸ方向にｉ次、Ｙ方向にｊ次（ｉ，ｊは０以外の整数）の回折光１３Ａ１（ｉ，ｊ）が光量分布として計測される。そこで、図１の主制御系１では、図７の光量分布に対して（１）式、（２）式、（３）式と同様に、ｘ方向のモーメントＭｘ、ｙ方向のモーメントＭｙ、半径方向のモーメントＭＲを計算する。これらのモーメントＭｘ，Ｍｙ，ＭＲは上記の実施形態のモーメントの代わりに使用することができる。
【００５０】
この場合には、レチクルＲのパターンの影響を考慮した実際の光量分布に基づいてモーメントＭが計算できるため、より高精度に投影光学系ＰＬの結像特性を求めることができ、その結果として、より高精度に結像特性を制御できる。
なお、上記の実施形態では、光量分布のモーメントは、投影光学系ＰＬの瞳面又はこの共役面上で計算しているが、その他に投影光学系ＰＬの像面又はこれと共役な面上で計算した光量分布のモーメントを用いることも可能である。
【００５１】
なお、上記の実施形態では、ウエハＷ上に形成されるパターンの像の形成状態として投影光学系ＰＬの結像特性を調整しているが、その他に露光光ＥＬのスペクトル幅、露光光ＥＬの露光量、ウエハステージＷＳＴ（若しくはレチクルステージ２２）のフォーカス位置（若しくは傾斜角等）を調整することも可能である。
〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態につき図８〜図１０を参照して説明する。本例も図１及び図２に示した投影露光装置を用いるが、露光光ＥＬの照射による投影光学系ＰＬの結像特性の変動を補正するために、上記の光量分布のモーメントの情報を用いて図２の結像特性補正装置３９において駆動対象のレンズ４３1，４３2等を駆動するための照射係数を調整する点が異なっている。照射係数とは、露光光ＥＬの照度（又はパルスエネルギー、以下同様。）に対するレンズの駆動量を表し、その照射係数に露光光ＥＬの照度を乗じた量だけ対応するレンズを駆動することによって、露光光ＥＬの照射によって変動した結像特性を例えば変動前の状態に戻すことができる。その照射係数は、実際には結像特性補正装置３９によって駆動される複数のレンズの自由度に対応する数を行及び列の数とする行列の複数の要素であり、結像特性制御系３６に設定される装置定数でもあるが、以下では簡単のために１つの要素であるとする。
【００５２】
以下、図８〜図１０のフローチャートを参照して、本例において上記の（１）式、（２）式、（３）式のうちの少なくとも一つに基づいて計算される照明光学系の瞳面又はこの共役面上での光量分布のモーメントＭと、その照射係数とを対応付けて、露光光ＥＬの照射によって変化する図２の投影光学系ＰＬの結像特性を補正する動作の一例につき説明する。以下の動作は図１の主制御系１によって制御される。
【００５３】
先ず、図１の投影露光装置をデバイス製造工場等に設置した後、又はメンテナンス等が終了した後の初期調整時には、図８（Ａ）に示すように、ステップ１００からステップ１１０に移行して、照明条件と照射係数との関係を実測によって求める照射調整工程を実行し、さらにステップ１２０において照明条件とモーメントＭとの関係を求めるモーメント算出工程を実行する。その後、ステップ１４０に移行して、モーメントＭと照射係数との対応付けを行うことによって、ステップ１５０で初期調整が終了する。ステップ１１０の照射調整工程の一例を図８（Ｂ）に示し、ステップ１２０のモーメント算出工程の一例を図９に示す。
【００５４】
図８（Ｂ）の照射調整工程において、先ず図１の投影露光装置のレチクルステージ２２上に結像特性計測用の複数のマークが形成されたテストレチクルＴＲをロードし、照明系開口絞り部材１１を駆動することで照明条件を設定する（ステップ１１２）。次のステップ１１３において、露光光ＥＬの照射を開始し、図２に示すように、ウエハステージＷＳＴを駆動して、テストレチクルＴＲの複数のマークの投影光学系ＰＬによる像を波面計測装置２９のスリット３０Ｘ（又は３０Ｙ）で逐次走査し、光電センサ３０Ｅの検出信号を処理することでそれら複数のマークの像の座標を求め、これらの座標に基づいて投影光学系ＰＬのディストーション等の所定の収差（結像特性）を計測する。
【００５５】
次のステップ１１４において、露光光ＥＬの照度を所定値に設定し、露光光ＥＬの照射を所定時間行って、投影光学系ＰＬを通常の露光時と同様に加熱する（ダミーヒート）。次のステップ１１５において、露光光ＥＬの照射による投影光学系ＰＬの収差変動がほぼ飽和したかどうか、即ち計測終了かどうかを判定する。なお、ステップ１１３とステップ１１４とは実行の順序を逆にすることも可能である。計測終了でない場合には、再びステップ１１３の収差計測を行う。そして、ステップ１１５で計測終了である場合には、ステップ１１６に移行して、ステップ１１３で最後に計測された収差量を相殺するための図２の結像特性補正装置３９の駆動対象のレンズの駆動量を露光光ＥＬの照度で割ることによって、照射係数を算出する。次に、算出された照射係数を照明条件に対応させて図２の記憶装置１ａ内のテーブル１に書き込むことで（ステップ１１７）、照射調整が終了する。なお、ステップ１１２から１１７の動作を複数の露光条件（照明条件、投影光学系ＰＬの開口数、及び露光光ＥＬのスペクトル幅等を含む条件）で実行し、テーブル１には複数の露光条件に対応させて照射係数を書き込んでもよい。
【００５６】
次に、図９のモーメント算出工程において、ステップ１２１で動作を開始した後、光量分布の実測値に基づいてモーメントを計算するときにはステップ１２２に移行し、光量分布の予測に基づいてモーメントを計算するときにはステップ１２６に移行する。前者のステップ１２２においては、図１のレチクルステージ２２上にウエハＷの各ショット領域に形成されるパターンの原版パターンが形成された実露光用のレチクルＲをロードし、照明系開口絞り部材１１を駆動することで照明条件を設定する。次のステップ１２３において、露光光ＥＬの照射を開始し、図２に示すように、ウエハステージＷＳＴを駆動して波面計測装置２９のピンホール３０Ａを投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上に移動して、撮像素子３０Ｃの撮像信号を主制御系１内の画像処理部で処理することで、投影光学系ＰＬの瞳面ＰＰＬにおける光量分布を計測する。次に、その光量分布の計測値を用いて、上記の（１）式等を用いてモーメントＭを算出した後（ステップ１２４）、算出されたモーメントＭを照明条件に対応させて記憶装置１ａ内のテーブル２に書き込むことで（ステップ１２５）、モーメントの算出が終了する（ステップ１３２）。この場合にも、複数の露光条件に対応させてモーメントを算出して、テーブル２に書き込んでもよい。
【００５７】
一方、ステップ１２６においては、主制御系１内で照明条件を設定し、次のステップ１２７において、それが特殊な照明条件かどうかを判定する。その照明条件が、通常照明、輪帯照明、２極照明等の一般的に使用される照明条件である場合には、動作はステップ１２８に移行して、主制御系１内の演算部では、その照明条件に対応する照明光学系の瞳面における露光光ＥＬの光量分布（予測される分布）（又は近似的に開口絞りの開口形状でもよい）を用いて、上記の（１）式等を用いてモーメントＭを算出する。その後、算出されたモーメントＭを照明条件に対応させて記憶装置１ａ内のテーブル２に書き込むことで（ステップ１２９）、モーメントの算出が終了する（ステップ１３２）。この場合にも、複数の露光条件に対応させてモーメントを算出してもよい。
【００５８】
また、ステップ１２７において、その照明条件が一般的には使用されない特殊な照明条件（例えば所定の変形照明等）である場合には、動作はステップ１３０に移行して、主制御系１内の演算部では、その照明条件に対応する照明光学系の瞳面における露光光ＥＬの光量分布の設定値（又は開口絞りの開口形状）を用いて、上記の（１）式等を用いてモーメントＭを算出する。その後、算出されたモーメントＭを照明条件に対応させて記憶装置１ａ内のテーブル２に書き込むことで（ステップ１３１）、モーメントの算出が終了する（ステップ１３２）。この場合にも、複数の露光条件に対応させてモーメントを算出してもよい。また、一般的な照明条件と特殊な照明条件との両方でモーメントを算出し、その結果をテーブル２に書き込んでもよい。
【００５９】
次に、図８（Ａ）のステップ１４０において、図２の主制御系１内の演算部は、図８（Ｂ）の照射調整動作で作成されたテーブル１と、図９のモーメント算出動作で作成されたテーブル２とを対照して、同じ照明条件（又は露光条件）でそれぞれモーメントＭと照射係数とを対応付けることによって、モーメント（対）照射係数のテーブル３を作成し、テーブル３を記憶装置１ａに記憶させる。
【００６０】
次に、実際の露光工程中で図２の結像特性補正装置３９の結像特性制御系３６に照射係数を設定する際には、図１０のステップ１６２において、図２の記憶装置１ａ内の照射調整済みの露光データ（照明条件、レチクルのパターン等に応じて図８（Ｂ）の動作で決定された照射係数が記録された露光動作のシーケンスを示すデータ）を使用するかどうかを判定し、その露光データを使用する場合には、ステップ１６３でその露光データからこれから使用する照明条件等に対応した照射係数を読み出し、ステップ１６４でその照射係数を図２の結像特性補正装置３９の結像特性制御系３６に設定することで、照射係数の算出が終了する（ステップ１６９）。一方、ステップ１６２で照射調整済みの露光データを使用しない場合には、ステップ１６５に移行して、図８（Ｂ）のステップ１１７でテーブル１を作成する際に使用した照明条件（照射調整済みの照明条件）が使用されるかどうかを判定する。照射調整済みの照明条件を使用する場合には、ステップ１６６において、記憶装置１ａ内のテーブル１からその照明条件に対応した照射係数を読み出し、ステップ１６４でその照射係数を図２の結像特性補正装置３９の結像特性制御系３６に設定することで、照射係数の決定が終了する。
【００６１】
また、ステップ１６５で照射調整済みの照明条件を使用しない場合には、ステップ１６７に移行して、露光データから光量分布のモーメントＭを読み込む。これは、予め又は露光時に図９のステップ１２４、１２８、又は１３０と同様の計算によって求めておいてもよい。次のステップ１６８において、ステップ１６７で読み込んだモーメントＭを図８（Ａ）のステップ１４０で作成したモーメント（対）照射係数のテーブル３に当てはめて、例えば補間計算によって照射係数を算出する。その後、ステップ１６４でその照射係数を図２の結像特性補正装置３９の結像特性制御系３６に設定することで、照射係数の決定が終了する。その照射係数に基づいて結像特性補正装置３９を駆動することによって、照明条件又は露光条件を切り替えた場合でも、投影光学系ＰＬの結像特性を所定の状態に維持できる。このように本例によれば、光量分布のモーメントから直接照射係数を決定できるため、迅速にかつ高精度に投影光学系ＰＬの結像特性を所定の状態に維持できる。
【００６２】
〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態につき図１１〜図１３を参照して説明する。本例も基本的に図１及び図２に示した投影露光装置を用いるが、図２の波面計測装置２９の代わりに、図１１に示す着脱方式の波面センサ９０を用いる点が異なっている。即ち、図１の投影露光装置の投影光学系ＰＬの瞳面（照明光学系の瞳面の共役面）における光量分布の計測、又は投影光学系ＰＬの結像特性としての波面収差の計測を行う際には、図１１の波面センサ９０は、図２のウエハステージＷＳＴ上のウエハホルダ２４の近傍に装着され、それ以外のときには波面センサ９０はウエハステージＷＳＴから取り外されている。その投影光学系ＰＬの瞳面における光量分布から、上記の（１）式等に基づいてモーメントを高精度に計算することができる。以下では、本例の波面センサ９０の構成及び動作につき説明する。
【００６３】
図１１は波面センサ９０を示し、波面センサ９０としては、受光光学系内にマイクロレンズアレイを用いたシャック−ハルトマン(Shack-Hartmann)方式の波面センサが用いられている。この波面センサ９０は、図１１に示すように、ＹＺ断面が概略Ｌ字状の内部空間を有する筐体９７と、筐体９７の内部に所定の位置関係で配置された複数の光学素子から成る受光光学系と、筐体９７の内部の＋Ｙ側端部に配置された検出器９５とを備えている。筐体９７は、ＹＺ断面Ｌ字状で内部に空間が形成され、その最上部（＋Ｚ側端面）が開口した部材から成る。この筐体９７の最上部の平面視円形の開口９７ａが、標示板９１によって覆われている。
【００６４】
標示板９１は、例えばガラス基板を基材とし、図２のウエハホルダ２４に固定されたウエハＷの表面と同じ高さ位置（Ｚ方向位置）に、波面センサ９０の光軸ＡＸ１と直交するように配置されている。この標示板９１の表面には、クロム等の金属よりなる反射膜の中央部に、図１２に示すように円形の開口９１ａが形成されている。開口９１ａの周辺には、開口９１ａとの位置関係が設計上既知の３組以上（図１２では４組）の２次元位置検出用のマーク９１ｂが形成されている。このマーク９１ｂとして本例では、Ｘ方向に周期的に形成されたラインアンドスペースマーク９１ｃと、Ｘ方向に周期的に形成されたラインアンドスペースマーク９１ｄとの組合せが採用されている。なお、ラインアンドスペースマーク９１ｃ，９１ｄは、図２のアライメントセンサＡＬＧによって検出可能であり、この検出結果に基づいて開口９１ａの位置合わせを行うことができる。
【００６５】
上記の波面センサ９０の受光光学系は、筐体９７内部の標示板９１の下方に順次配置された、コリメータレンズ９２（対物レンズ）及び折り曲げミラー９６と、折り曲げミラー９６の＋Ｙ側に順次配置されたレンズ９３ａ及び９３ｂから成るリレーレンズ系９３と、波面分割光学素子としてのマイクロレンズアレイ９４とから構成されている。折り曲げミラー９６によって、上方から指標板９１の開口９１ａを介して鉛直下向きにコリメータレンズ９２に入射した光の光路がリレーレンズ系９３に向けてほぼ直角に折り曲げられる。コリメータレンズ９２に入射した光は、平行光に変換された後、折り曲げミラー９６、リレーレンズ系９３を介してマイクロレンズアレイ９４に入射する。
【００６６】
マイクロレンズアレイ９４は、図１３（Ａ）に示すように、正方形枠状の保持部材８２に保持され、マイクロレンズアレイ９４及び保持部材８２によって、波面分割ユニット８４が構成されている（図１１参照）。また、図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図を示し、図１３（Ａ）及び（Ｂ）から分かるように、保持部材８２は、断面Ｌ字状の正方形枠状部材から成り、その内周側の端面によって正方形の開口８２ａが形成されている。この保持部材８２の上端（＋Ｚ側端）にピストンロッド８６の一端が固定されている。このピストンロッド８６の他端には、不図示のピストンが設けられており、該ピストンが図１１に示すエアシリンダ８８の内部に収納されている。
【００６７】
図１１において、エアシリンダ８８には、一端部（上端部）近傍及び他端部（下端部）近傍のそれぞれに、エア配管７２，７４の一端がそれぞれ接続されている。エアシリンダ８８の内部の空間にそれぞれエア配管７２及び７４の内部の通気路が連通している。エア配管７２及び７４の他端は、それぞれ四方弁から成る流路切替え弁７６のポートＡ及びＢに接続され、流路切替え弁７６のポートＣ及びポートＤには、それぞれ一端が真空ポンプ７８に接続された配管６２の他端、及び一端がコンプレッサを内蔵するエア供給機構６６に接続された配管６４の他端が接続されている。流路切替え弁７６は、図２の主制御系１に制御され、ポートＡとポートＣとが接続され、かつポートＢとポートＤとが接続される第１の状態と、ポートＡとポートＤとが接続され、かつポートＢとポートＣとが接続される第２の状態との切り替えを行う。真空ポンプ７８及びエア供給機構６６のオン・オフも主制御系１によって制御される。
【００６８】
例えば、主制御系１が、流路切り替え弁７６を第２の状態に切り替え、真空ポンプ７８及びエア供給機構６６をともにオンにすることにより、エアシリンダ８８内部のピストン（及びピストンロッド８６）が押し下げられ、これにより波面分割ユニット８４が、前述の光路上から退避している第１位置（例えば上側移動限界位置）から図１１に示す第２位置（下側移動限界位置）に移動する。この第２位置は、波面分割ユニット８４を構成するマイクロレンズアレイ９４の中心が、光軸ＡＸ１上にほぼ一致する位置として予め設定されている。
【００６９】
一方、図１１に示す第２位置に波面分割ユニット８４があるとき、主制御系１が、流路切り替え弁７６を第１の状態に切り替え、さらに真空ポンプ７８及びエア供給機構６６をオンにすることにより、エアシリンダ８８内部のピストン（及びピストンロッド８６）が押し上げられ、波面分割ユニット８４が、第２位置から前述の第１位置（上側移動限界位置）へ移動して光路上から退避する。
【００７０】
このように、本実施形態では、エアシリンダ８８、流路切替え弁７６、真空ポンプ７８及びエア供給機構６６によって、波面分割光学素子としてのマイクロレンズアレイ９４を、前記光路上に挿入及び離脱する挿脱機構が構成されている。マイクロレンズアレイ９４は、複数の小さなレンズ（マイクロレンズ）が光路に対して直交する面内にアレイ状に配置されて構成されている。これを更に詳述すると、図１３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、マイクロレンズアレイ９４は、一辺の長さがＤ1である正方形状の多数の正の屈折力を有するマイクロレンズ９８がマトリクス状に稠密に配列されたものである。ここで、各マイクロレンズ９８の光軸は互いにほぼ平行になっている。なお、図１３（Ａ）においては、マイクロレンズ９８が、７行×７列のマトリクス状に配列されたものが、一例として示されている。こうしたマイクロレンズアレイ９４は、平行平面ガラス板にエッチング処理を施すことにより作成される。マイクロレンズアレイ９４では、各マイクロレンズ９８毎に、標示板９１の開口９１ａを介した像の結像光束を射出する。
【００７１】
波面センサ９０の検出器９５は、２次元ＣＣＤ等から成る受光素子（以下、ＣＣＤと呼ぶ。）９５ａと、例えば電荷転送制御回路等の電気回路９５ｂ等から構成されている。ＣＣＤ９５ａは、コリメータレンズ９２に入射し、マイクロレンズアレイ９４から出射される光束のすべてを受光するのに十分な面積を有している。また、ＣＣＤ９５ａは、開口９１ａに形成される後述するピンポールパターンの像がマイクロレンズアレイ９４の各マイクロレンズ９８によって再結像される結像面であって、開口９１ａの形成面の光学的な共役面に受光面を有している。また、この受光面は、マイクロレンズアレイ９４が、上記の光路上から退避している状態では、投影光学系ＰＬの瞳面との共役面から少しだけずれた面に位置する。
【００７２】
検出器９５では、マイクロレンズアレイ９４が前述の第２位置にあるときに、各マイクロレンズ９８によって再結像される上記ピンホールパターンの像の撮像結果を、撮像データＩＭＤ１として主制御系１に送信する。また、検出器９５では、マイクロレンズアレイ９４が前述の第１位置にあるときには、その受光面に結像された像の撮像結果を撮像データＩＭＤ２として主制御系１に送信する。前記筐体９７の外形は、図２のウエハステージＷＳＴのセンサ取付部と嵌合する形状となっており、ウエハステージＷＳＴに対して着脱自在となっている。
【００７３】
本例の波面センサ９０を図２のウエハステージＷＳＴ上に装着した状態で、投影光学系ＰＬの波面収差を計測する際には、図２のレチクルＲの代わりに所定のピンホールパターンが形成されたテストレチクルをロードし、そのピンホールパターンの投影光学系ＰＬによる像が図１２の標示板９１の開口９１ａ内に位置するように、ウエハステージＷＳＴを駆動する。次に、図１１の挿脱機構を介してリレーレンズ系９３と検出器９５との間にマイクロレンズアレイ９４を設置し、検出器９５のＣＣＤ９５ａの撮像信号を処理して、マイクロレンズアレイ９４の各マイクロレンズによって集光される光束の位置を求めることによって、投影光学系ＰＬの波面収差を求めることができる。この波面収差を求める動作は、図８（Ｂ）の収差計測動作の代わりに行うことができる。即ち、波面収差から投影光学系ＰＬのディストーション、球面収差、非点収差等の諸収差を求めることができる。
【００７４】
次に、図２の投影光学系ＰＬの瞳面ＰＰＬにおける露光光ＥＬの光量分布を計測する際には、図２のレチクルＲとして実露光用のレチクルをロードした状態で、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに図１２の標示板９１の開口９１ａがほぼ合致するようにウエハステージＷＳＴを駆動する。そして、図１１の挿脱機構を介してマイクロレンズアレイ９４を光路から待避させた状態で、検出器９５のＣＣＤ９５ａの撮像信号を処理することで、瞳面ＰＰＬにおける光量分布を求めることができる。この工程は、図９のステップ１２３の瞳の光量分布計測の代わりに実行することができ、そのようにして求められた光量分布から上記の（１）式等によってモーメントを計算することができる。
【００７５】
このように本例によれば、着脱方式の波面センサ９０を用いることによって、容易に、かつ高精度に光量分布のモーメントの情報と投影光学系ＰＬの波面収差（結像特性）との対応付けを行うことができる。
なお、上記の実施形態の投影露光装置は、複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を露光装置本体に組み込み光学調整をして、多数の機械部品からなるレチクルステージやウエハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより製造することができる。なお、その露光装置の製造は温度及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。
【００７６】
また、半導体デバイス等のマイクロデバイスは、マイクロデバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ、デバイスの基材である基板を製造するステップ、前述した実施形態の投影露光装置によりレチクルのパターンを基板（ウエハ等）に露光する工程、露光した基板を現像する工程、現像した基板の加熱（キュア）及びエッチング工程などを含む基板処理ステップ、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）、並びに検査ステップ等を経て製造される。
【００７７】
なお、本発明は、走査露光型の投影露光装置（スキャニングステッパー等）のみならず、一括露光型の投影露光装置（ステッパー等）にも同様に適用することができる。また、本発明は、例えば国際公開第９９／４９５０４号パンフレット、国際公開第２００４／０１９１２８号パンフレット等などに開示される液浸型露光装置で投影光学系の結像特性を補正する場合にも適用することができる。
【００７８】
なお、上述の実施形態においては、転写用のパターンが形成されたレチクル（マスク）を用いたが、このレチクルに代えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号明細書に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて透過パターンまたは反射パターンを形成する電子マスクを用いてもよい。
また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、ＭＥＭＳ(Microelectromechanical Systems)、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、露光工程（露光装置）にも適用することができる。このように、本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明を用いることにより、露光装置において、照明条件等を種々に切り換えた場合にパターンの像の形成状態の調整を容易に、かつ高精度に行うことができるため、各種デバイスを最適な条件のもとで高精度に製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の第１の実施形態の投影露光装置を示す斜視図である。
【図２】図１中の結像特性補正装置３９及び波面計測装置２９を示す一部を切り欠いた図である。
【図３】３種類の開口絞りを示す図である。
【図４】レチクル上の照明領域の形状を示す平面図である。
【図５】（Ａ）は光量分布のモーメントと倍率誤差γとの関係の一例を示す図、（Ｂ）はさらに照明領域の形状を考慮したときの光量分布のモーメントと倍率誤差γとの関係の一例を示す図である。
【図６】（Ａ）は光量分布のモーメントとセンターアスとの関係の一例を示す図、（Ｂ）はモーメントとデフォーカス量との関係の一例を示す図、（Ｃ）はモーメントと球面収差との関係の一例を示す図である。
【図７】投影光学系ＰＬの瞳面における光量分布の一例を示す図である。
【図８】（Ａ）は本発明の第２の実施形態におけるモーメントと照射係数との対応付けの動作の一例を示すフローチャート、（Ｂ）は図８（Ａ）のステップ１１０の照射調整動作の一例を示すフローチャートである。
【図９】図８（Ａ）のステップ１２０のモーメント算出動作の一例を示すフローチャートである。
【図１０】図８（Ａ）のステップ１４０で求められたテーブルを用いて照射係数を設定する動作の一例を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態で使用される波面センサ９０を示す断面図である。
【図１２】図１１の標示板９１のパターンを示す拡大平面図である。
【図１３】（Ａ）は図１１のマイクロレンズアレイ９４を示す平面図、（Ｂ）は図１３（Ａ）のＢＢ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
【００８１】
Ｒ…レチクル、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、１…主制御系、５…照明光学系、２２…レチクルステージ、ＷＳＴ…ウエハステージ、２９…波面計測装置、３６…結像特性制御系、３９…結像特性補正装置、９０…波面センサ
【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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