(57)【要約】【課題】  ノイズ光による干渉縞の影響を抑えて被検光学系の波面収差を高精度に計測することのできる波面収差計測装置。【解決手段】  被検光学系の波面収差を計測する波面収差計測装置は、第１回折格子パターンを有し、被検光学系の物体面に配置される第１回折部材と、第２回折格子パターンを有し、被検光学系の像面に配置される第２回折部材と、第１回折格子パターン、被検光学系、および第２回折格子パターンを経た光に基づいて、被検光学系の波面収差を計測する計測部とを備えている。被検光学系の倍率をβとするとき、第１回折格子パターンのパターン周期が第２回折格子パターンのパターン周期の３β倍である。【選択図】  図２
2012253163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検光学系の波面収差を計測する波面収差計測装置において、
第１回折格子パターンを有し、前記被検光学系の物体面に配置される第１回折部材と、
第２回折格子パターンを有し、前記被検光学系の像面に配置される第２回折部材と、
前記第１回折格子パターン、前記被検光学系、および前記第２回折格子パターンを経た光に基づいて、前記被検光学系の波面収差を計測する計測部とを備え、
前記被検光学系の倍率をβとするとき、前記第１回折格子パターンのパターン周期が前記第２回折格子パターンのパターン周期の３β倍であることを特徴とする波面収差計測装置。
【請求項２】
前記第１回折格子パターンは、３次回折光を互いに強め合う２種類のパターンの組み合わせにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載の波面収差計測装置。
【請求項３】
前記２種類のパターンは、線幅又はピッチが互いに異なることを特徴とする請求項２に記載の波面収差計測装置。
【請求項４】
前記第１回折格子パターンは、１次回折光の回折効率よりも３次回折光の回折効率の方が高いパターン構造を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の波面収差計測装置。
【請求項５】
前記第１回折格子パターンおよび前記第２回折格子パターンは、二次元構造を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の波面収差計測装置。
【請求項６】
前記第１回折格子パターンは、互いに直交する二方向に沿って間隔を隔てて配置された帯状の光透過部または遮光部を有することを特徴とする請求項５に記載の波面収差計測装置。
【請求項７】
前記第１回折格子パターンは、二次元的に配置された菱形状または三角形状の光透過部または遮光部を有することを特徴とする請求項５に記載の波面収差計測装置。
【請求項８】
被検光学系の波面収差を計測する波面収差計測方法において、
前記被検光学系の物体面に第１回折格子パターンを配置することと、
前記被検光学系の倍率をβとするとき、前記第１回折格子パターンのパターン周期の１／（３β）倍のパターン周期を有する第２回折格子パターンを、前記被検光学系の像面に配置することと、
前記第１回折格子パターン、前記被検光学系、および前記第２回折格子パターンを経た光に基づいて、前記被検光学系の波面収差を計測することとを含むことを特徴とする波面収差計測方法。
【請求項９】
前記第１回折格子パターンとして、３次回折光を互いに強め合う２種類のパターンの組み合わせにより構成された回折格子パターンを用いることを特徴とする請求項８に記載の波面収差計測方法。
【請求項１０】
前記第１回折格子パターンとして、１次回折光の回折効率よりも３次回折光の回折効率の方が高いパターン構造を有する回折格子パターンを用いることを特徴とする請求項８または９に記載の波面収差計測方法。
【請求項１１】
前記第１回折格子パターンおよび前記第２回折格子パターンとして、二次元構造を有する回折格子パターンを用いることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の波面収差計測方法。
【請求項１２】
前記第１回折格子パターンとして、互いに直交する二方向に沿って間隔を隔てて配置された帯状の光透過部または遮光部を有する回折格子パターンを用いることを特徴とする請求項１１に記載の波面収差計測方法。
【請求項１３】
前記第１回折格子パターンとして、二次元的に配置された菱形状または三角形状の光透過部または遮光部を有する回折格子パターンを用いることを特徴とする請求項１１に記載の波面収差計測方法。
【請求項１４】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の波面収差計測装置を備え、
前記被検光学系の物体面に設置された所定のパターンを、前記被検光学系の像面に設置された感光性基板に露光することを特徴とする露光装置。
【請求項１５】
請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の波面収差計測方法により得られた波面収差情報を用いて前記被検光学系を調整し、
前記被検光学系の物体面に設置された所定のパターンを、前記被検光学系の像面に設置された感光性基板に露光することを特徴とする露光方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載の露光装置または請求項１５に記載の露光方法を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光することと、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成することと、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工することと、を含む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、波面収差計測装置、波面収差計測方法、露光装置、露光方法、およびデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子等を製造するためのフォトリソグラフィ工程において、マスク（またはレチクル）のパターンを、投影光学系を介して感光性基板（フォトレジストが塗布されたウェハ、ガラスプレート等）上に投影露光する露光装置が使用される。露光装置では、半導体素子等の集積度が向上するにつれて、投影光学系に要求される解像力（解像度）が益々高まっている。すなわち、パターンの微細化に伴って、投影光学系の収差を高精度に計測し、残存収差ができるだけ小さくなるように投影光学系を調整することが求められる。
【０００３】
従来、シアリング干渉計方式の波面収差計測装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。このタイプの波面収差計測装置では、被検光学系としての投影光学系の物体面および像面に回折格子を配置し、物体側の回折格子、投影光学系、および像側の回折格子を経て形成される干渉縞に基づいて、投影光学系の波面収差を計測する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００３−５２４１７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のシアリング干渉計方式の波面収差計測装置では、被検光学系の倍率をβとした場合に、物体側回折格子のパターン周期Ｐ１を、像側回折格子のパターン周期Ｐ２の１／（２β）倍にすることにより、像側回折格子を経て干渉する回折光をコントロールしている。その結果、計測光による干渉縞に対してノイズ光による干渉縞の発生が比較的大きくなり、ひいては被検光学系の波面収差を高精度に計測することが困難である。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、ノイズ光による干渉縞の影響を抑えて被検光学系の波面収差を高精度に計測することのできる波面収差計測装置を提供することを目的とする。また、本発明は、被検光学系の波面収差を高精度に計測する波面収差計測装置を用いて波面収差の調整された投影光学系を介して、パターンを感光性基板に正確に転写することのできる露光装置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】
前記課題を解決するために、第１形態では、被検光学系の波面収差を計測する波面収差計測装置において、
第１回折格子パターンを有し、前記被検光学系の物体面に配置される第１回折部材と、
第２回折格子パターンを有し、前記被検光学系の像面に配置される第２回折部材と、
前記第１回折格子パターン、前記被検光学系、および前記第２回折格子パターンを経た光に基づいて、前記被検光学系の波面収差を計測する計測部とを備え、
前記被検光学系の倍率をβとするとき、前記第１回折格子パターンのパターン周期が前記第２回折格子パターンのパターン周期の３β倍であることを特徴とする波面収差計測装置を提供する。
【０００８】
第２形態では、被検光学系の波面収差を計測する波面収差計測方法において、
前記被検光学系の物体面に第１回折格子パターンを配置することと、
前記被検光学系の倍率をβとするとき、前記第１回折格子パターンのパターン周期の１／（３β）倍のパターン周期を有する第２回折格子パターンを、前記被検光学系の像面に配置することと、
前記第１回折格子パターン、前記被検光学系、および前記第２回折格子パターンを経た光に基づいて、前記被検光学系の波面収差を計測することとを含むことを特徴とする波面収差計測方法を提供する。
【０００９】
第３形態では、第１形態の波面収差計測装置を備え、
前記被検光学系の物体面に設置された所定のパターンを、前記被検光学系の像面に設置された感光性基板に露光することを特徴とする露光装置を提供する。
【００１０】
第４形態では、第２形態の波面収差計測方法により得られた波面収差情報を用いて前記被検光学系を調整し、
前記被検光学系の物体面に設置された所定のパターンを、前記被検光学系の像面に設置された感光性基板に露光することを特徴とする露光方法を提供する。
【００１１】
第５形態では、第３形態の露光装置または第４形態の露光方法を用いて、前記所定のパターンを前記感光性基板に露光することと、
前記所定のパターンが転写された前記感光性基板を現像し、前記所定のパターンに対応する形状のマスク層を前記感光性基板の表面に形成することと、
前記マスク層を介して前記感光性基板の表面を加工することと、を含むことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
実施形態にかかる波面収差計測装置では、ノイズ光による干渉縞の影響を抑えて、被検光学系の波面収差を高精度に計測することができる。実施形態にかかる露光装置では、被検光学系の波面収差を高精度に計測する波面収差計測装置を用いて波面収差の調整された投影光学系を介して、パターンを感光性基板に正確に転写することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】実施形態の波面収差計測装置の構成を概略的に示す図である。
【図３】実施形態における物体側回折部材の回折格子パターンを部分的に示す図である。
【図４】実施形態における像側回折部材の回折格子パターンを部分的に示す図である。
【図５】第１変形例における物体側回折部材の回折格子パターンを部分的に示す図である。
【図６】図５の回折格子パターンにおける単位パターンＡ１を示す図である。
【図７】図６の各パターンＡ１、Ｃ１およびＳ１における回折光の振幅を示す図である。
【図８】第２変形例における二次元構造の回折格子パターンを部分的に示す図である。
【図９】第３変形例における物体側回折部材の回折格子パターンを部分的に示す図である。
【図１０】図９の回折格子パターンにおける単位パターンＡ２を示す図である。
【図１１】図９の各パターンＡ２、Ｃ２、Ｓ２およびＦ２における回折光の振幅を示す図である。
【図１２】第４変形例における物体側回折部材の回折格子パターンを構成する単位パターンＡ２’を示す図である。
【図１３】第５変形例における物体側回折部材の回折格子パターンを構成する単位パターンＡ３を示す図である。
【図１４】図１３の各パターンＡ３、Ｃ３、Ｓ３およびＦ３における回折光の振幅を示す図である。
【図１５】第６変形例における物体側回折部材の回折格子パターンを構成する単位パターンＡ４を示す図である。
【図１６】図１５の各パターンＡ４、Ｃ４、Ｓ４およびＦ４における回折光の振幅を示す図である。
【図１７】半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。
【図１８】液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、実施形態にかかる露光装置の構成を概略的に示す図である。図１では、Ｘ軸およびＹ軸が感光性基板としてのウェハＷの転写面（露光面）に対して平行な方向に設定され、Ｚ軸がウェハＷに対して直交する方向に設定されている。さらに具体的には、ＸＹ平面が水平面に平行に設定され、＋Ｚ軸が鉛直方向に沿って上向きに設定されている。
【００１５】
図１を参照すると、本実施形態の露光装置には、光源ＬＳから露光光（照明光）ＥＬが供給される。光源ＬＳとして、例えば１９３ｎｍの波長の光を供給するＡｒＦエキシマレーザ光源を用いることができる。本実施形態の露光装置は、オプティカル・インテグレータ（ホモジナイザー）、視野絞り、コンデンサレンズ等から構成される照明光学系ＩＬを備えている。光源ＬＳから射出された紫外パルス光からなる露光光ＥＬは、照明光学系ＩＬを通過し、マスク（レチクル）Ｍを照明する。
【００１６】
マスクＭには転写すべきパターンが形成されており、Ｘ方向に沿って長辺を有し且つＹ方向に沿って短辺を有する矩形形状のパターン領域が照明される。マスクＭを通過した光は、投影光学系ＰＬを介して、フォトレジストが塗布されたウェハ（感光性基板）Ｗ上の露光領域（ショット領域）に所定の投影倍率でマスクパターンを形成する。すなわち、マスクＭ上での矩形形状の照明領域に光学的に対応するように、ウェハＷ上ではＸ方向に沿って長辺を有し且つＹ方向に沿って短辺を有する矩形形状の露光領域（または静止露光領域）にパターン像が形成される。
【００１７】
マスクＭは、マスクステージＭＳ上においてＸＹ平面に平行に保持されている。マスクステージＭＳには、マスクＭをＸ方向、Ｙ方向および回転方向に移動させる機構が組み込まれている。マスクステージＭＳは、マスクレーザ干渉計（不図示）によってＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置がリアルタイムに計測され、且つ制御される。ウェハＷは、ウェハホルダ（不図示）を介してウェハステージＷＳ上においてＸＹ平面に平行に固定されている。
【００１８】
具体的に、ウェハステージＷＳは、ウェハＷをＺ方向に移動させるＺステージ（不図示）と、Ｚステージを保持してＸＹ平面に沿って移動するＸＹステージ（不図示）とを有する。Ｚステージは、ウェハＷのフォーカス位置（Ｚ方向の位置）および傾斜角を制御する。Ｚステージは、ウェハレーザ干渉計（不図示）によってＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置がリアルタイムに計測され、且つ制御される。ＸＹステージは、ウェハＷのＸ方向、Ｙ方向および回転方向を制御する。
【００１９】
本実施形態の露光装置に設けられた主制御系ＣＲは、マスクレーザ干渉計により計測された計測値に基づいてマスクＭのＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置の調整を行う。即ち、主制御系ＣＲは、マスクステージＭＳに組み込まれている機構に制御信号を送信し、マスクステージＭＳを移動させることによりマスクＭの位置調整を行う。また、主制御系ＣＲは、オートフォーカス方式およびオートレベリング方式によりウェハＷ上の表面を投影光学系ＰＬの像面に合わせ込むため、ウェハＷのフォーカス位置（Ｚ方向の位置）および傾斜角の調整を行う。
【００２０】
即ち、主制御系ＣＲは、駆動系ＤＲに制御信号を送信し、駆動系ＤＲによりＺステージを駆動することによりウェハＷのフォーカス位置および傾斜角の調整を行う。更に、主制御系ＣＲは、ウェハレーザ干渉計により計測された計測値に基づいてウェハＷのＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置の調整を行う。即ち、主制御系ＣＲは、駆動系ＤＲに制御信号を送信し、駆動系ＤＲによりＸＹステージを駆動することによりウェハＷのＸ方向、Ｙ方向および回転方向の位置調整を行う。
【００２１】
露光時には、マスクＭのパターン像が、ウェハＷ上の所定のショット領域内に一括的に投影露光される。その後、主制御系ＣＲは、駆動系ＤＲに制御信号を送信し、駆動系ＤＲによりウェハステージＷＳのＸＹステージをＸＹ平面に沿って駆動することによりウェハＷ上の別のショット領域を露光位置にステップ移動させる。このように、ステップ・アンド・リピート方式により、マスクＭのパターン像をウェハＷ上に一括露光する動作を繰り返す。
【００２２】
あるいは、主制御系ＣＲは、マスクステージＭＳに組み込まれている機構に制御信号を送信すると共に、駆動系ＤＲに制御信号を送信し、投影光学系ＰＬの投影倍率に応じた速度比でマスクステージＭＳおよびウェハステージＷＳのＸＹステージを駆動しつつ、マスクＭのパターン像をウェハＷ上の所定のショット領域内に走査露光する。その後、主制御系ＣＲは、駆動系ＤＲに制御信号を送信し、駆動系ＤＲによりウェハステージＷＳのＸＹステージをＸＹ平面に沿って駆動することによりウェハＷ上の別のショット領域を露光位置にステップ移動させる。
【００２３】
このように、ステップ・アンド・スキャン方式によりマスクＭのパターン像をウェハＷ上に走査露光する動作を繰り返す。すなわち、駆動系ＤＲおよびウェハレーザ干渉計などを用いてマスクＭおよびウェハＷの位置制御を行いながら、矩形状の静止露光領域および照明領域の短辺方向すなわちＹ方向に沿ってマスクステージＭＳとウェハステージＷＳとを、ひいてはマスクＭとウェハＷとを同期的に移動（走査）させることにより、ウェハＷ上には静止露光領域の長辺に等しい幅を有し且つウェハＷの走査量（移動量）に応じた長さを有する領域に対してマスクパターンが走査露光される。
【００２４】
ウェハステージＷＳには、投影光学系ＰＬの波面収差を計測するための波面収差計測装置１が装着されている。波面収差計測装置１は、図２に示すように、被検光学系である投影光学系ＰＬの波面収差の計測に際してマスクステージＭＳ上に配置されるテストマスクＴＭを備えている。テストマスクＴＭには、例えば図３に部分的に示すように、パターン周期（ピッチ）がＰ１の回折格子パターン２１が設けられている。回折格子パターン２１は、ピッチ方向（図３中水平方向：計測方向）に沿って交互に配置された複数の帯状の光透過部２１ａと遮光部２１ｂとを有する。
【００２５】
ピッチ方向に沿った光透過部２１ａの幅と遮光部２１ｂとは互いに等しく、それぞれＰ１／２である。物体側回折部材としてのテストマスクＴＭは、例えば石英または蛍石により形成された光透過性の基板に、クロムのような遮光性材料からなる帯状の遮光部２１ｂを設けることにより形成されている。テストマスクＴＭは、露光用のマスクＭと同様に、投影光学系ＰＬの物体面（またはその近傍）に配置される。以下、パターンを示す図において、黒塗りの部分は遮光部を示し、白抜きの部分は光透過部を示している。
【００２６】
また、波面収差計測装置１は、投影光学系ＰＬの波面収差の計測に際して投影光学系ＰＬの像面（またはその近傍）に配置される回折部材ＭＤを備えている。回折部材ＭＤには、回折格子パターン２１（２１ａ，２１ｂ）と相似なパターン形態を有する回折格子パターン２２（２２ａ，２２ｂ）と、回折格子パターン２２を包囲する遮光領域４０とが設けられている。すなわち、回折部材ＭＤには、例えば図４に部分的に示すように、パターン周期（ピッチ）がＰ２の回折格子パターン２２が設けられている。
【００２７】
回折格子パターン２２は、ピッチ方向（図４中水平方向：計測方向）に沿って交互に配置された複数の帯状の光透過部２２ａと遮光部２２ｂとを有する。ピッチ方向に沿った光透過部２２ａの幅と遮光部２２ｂとは互いに等しく、それぞれＰ２／２である。像側回折部材としての回折部材ＭＤは、テストマスクＴＭと同様に、例えば石英または蛍石により形成された光透過性の基板に、クロムのような遮光性材料からなる帯状の遮光部２２ｂおよび遮光領域４０を設けることにより形成されている。
【００２８】
さらに、波面収差計測装置１は、回折部材ＭＤを経た光を検出する光検出器１１と、光検出器１１の出力信号が供給される計測部１２とを備えている。光検出器１１は、例えばＣＣＤ型またはＣＭＯＳ型の二次元撮像素子を有し、回折部材ＭＤを経て形成された干渉縞を検出する。計測部１２は、光検出部１１が検出した干渉光（干渉縞）に基づいて、投影光学系ＰＬの波面収差を計測する。計測部１２の出力、すなわち波面収差計測装置１の計測結果は、主制御系ＣＲへ供給される。
【００２９】
主制御系ＣＲは、投影光学系ＰＬの波面収差の計測に際して、ウェハステージＷＳを駆動し、波面収差計測装置１を投影光学系ＰＬに対して位置決めする。具体的には、主制御系ＣＲは、投影光学系ＰＬの直下の所要位置に回折部材ＭＤの回折格子パターン２２が位置するように、波面収差計測装置１を位置決めする。また、主制御系ＣＲは、マスクステージＭＳ上の露光用のマスクＭをテストマスクＴＭと交換し、照明光学系ＩＬが投影光学系ＰＬの物体面上に形成する照明領域に対してテストマスクＴＭに設けられた回折格子パターン２１を位置決めする。
【００３０】
図２は、一例として、回折部材ＭＤの回折格子パターン２２が、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上に位置決めされた状態を示している。このとき、テストマスクＴＭおよび回折部材ＭＤは、回折格子パターン２１および２２のピッチ方向とＸ方向（またはＹ方向）とが一致するように位置決めされる。この状態において、照明光学系ＩＬからの照明光ＥＬが、テストマスクＴＭの回折格子パターン２１を経て回折され、投影光学系ＰＬを介して、回折部材ＭＤの回折格子パターン２２に入射する。
【００３１】
回折格子パターン２２を経て発生した回折光は、光検出部１１の受光面１１ａにシアリング干渉の干渉縞（フーリエ像）を形成する。光検出部１１の受光面１１ａに形成された干渉縞の強度分布の情報は、計測部１２に供給される。計測部１２は、その強度分布をフーリエ変換することにより、シアリング波面の位相分布（フーリエ像の縞の歪み）を求め、その位相分布から投影光学系ＰＬの波面収差を求める。あるいは、テストマスクＴＭの回折格子パターン２１または回折部材ＭＤの回折格子パターン２２を光軸に垂直な方向にステップするフリンジスキャンを行い、複数枚得た干渉縞の強度分布の情報から、シアリング波面の位相分布を求め、その位相分布から投影光学系ＰＬの波面収差を求めてもよい。
【００３２】
また、必要に応じて、ウェハステージＷＳの作用により回折部材ＭＤをＸ方向（またはＹ方向）に沿ってステップ移動させつつ、投影光学系ＰＬの有効結像領域内のＸ方向（またはＹ方向）に沿った複数の点に関する波面収差を順次計測する。さらに、必要に応じて、テストマスクＴＭおよび回折部材ＭＤをＺ軸廻りに９０度回転させた後、回折部材ＭＤをＹ方向（またはＸ方向）に沿ってステップ移動させつつ、投影光学系ＰＬの有効結像領域内のＹ方向（またはＸ方向）に沿った複数の点に関する波面収差を順次計測する。
【００３３】
前述したように、従来のシアリング干渉計方式の波面収差計測装置では、被検光学系の倍率をβとした場合に、物体側の回折格子のパターン周期Ｐ１を、像側の回折格子のパターン周期Ｐ２の１／（２β）倍に設定することにより、すなわちＰ１＝Ｐ２／（２β）に設定することにより、像側の回折格子を経て干渉する回折光をコントロールしている。この場合、物体側回折格子により決まる可干渉性γと、像側回折格子によるｎ次回折光の回折効率ａｎおよびｍ次回折光の回折効率ａｍとの組み合わせにより、干渉縞を形成する信号がコントロールされる。
【００３４】
従来技術では、Ｐ１＝Ｐ２／（２β）の関係を満たすように設定しているため、２次離れた回折光成分同士のみが干渉する。具体的には、＋１次光と１次光との干渉縞、＋１次光と＋３次光との干渉縞、−１次光と−３次光との干渉縞、＋３次光と＋５次光との干渉縞、−３次光と−５次光との干渉縞のように、２次離れた回折光同士の干渉縞が形成される。被検光学系の収差を計測するのに必要な信号は、±１次光（計測光）による干渉縞である。
【００３５】
それ以外の干渉縞、すなわち１次光と＋３次光との干渉縞、−１次光と−３次光との干渉縞、＋３次光と＋５次光との干渉縞、−３次光と−５次光との干渉縞のような高次光による干渉縞はノイズである。像側回折格子による回折光においてＮ次離れた光の可干渉性をγNで表すと、２次離れた次数の回折光による可干渉性は全てγ2で同じである。その結果、計測光である±１次光による干渉縞に対して、ノイズ光である高次光による干渉縞の発生が比較的大きくなり、ひいては被検光学系の波面収差を高精度に計測することが困難である。
【００３６】
本実施形態では、投影光学系ＰＬの倍率をβとするとき、テストマスクＴＭの回折格子パターン２１のパターン周期（ピッチ）Ｐ１および回折部材ＭＤの回折格子パターン２２のパターン周期Ｐ２が、次の式（１）に示す関係を満たしている。すなわち、回折格子パターン２１のパターン周期Ｐ１（例えば数μｍ程度）が回折格子パターン２２のパターン周期Ｐ２の３β倍になるように設定されている。
Ｐ１＝Ｐ２×３β      （１）
【００３７】
この場合、回折部材ＭＤを経て形成されるシアリング干渉縞は、０次光と＋１次光との干渉縞、０次光と−１次光との干渉縞、０次光と＋３次光との干渉縞、０次光と−３次光との干渉縞、０次光と＋５次光との干渉縞、０次光と−５次光との干渉縞のように、０次光と奇数次数の回折光との干渉縞である。そのうち、投影光学系ＰＬの収差を計測するのに必要な信号は、０次光と＋１次光との干渉縞および０次光と＋１次光との干渉縞である。それ以外の干渉縞、すなわち０次光と＋３次光との干渉縞、０次光と−３次光との干渉縞、０次光と＋５次光との干渉縞、０次光と−５次光との干渉縞のように、０次光と高次光との干渉縞はノイズである。
【００３８】
本実施形態では、上述の式（１）に示す関係を満たしているので、ノイズ光である０次光と＋３次光との可干渉性γ3、およびノイズ光である０次光と−３次光との可干渉性γ3は、計測光である０次光と＋１次光との可干渉性γ1、および計測光である０次光と−１次光との可干渉性γ1の３分の１である。また、ノイズ光である０次光と＋５次光との可干渉性γ5、および０次光と−５次光との可干渉性γ5は、計測光の可干渉性γ1の５分の１である。
【００３９】
こうして、本実施形態の波面収差計測装置１では、ノイズ光による干渉縞の影響を抑え、コントラストの高い干渉縞に基づいて、投影光学系ＰＬの波面収差を高精度に計測することができる。本実施形態の露光装置では、波面収差計測装置１を用いて投影光学系ＰＬの波面収差を随時高精度に計測し、必要に応じて投影光学系ＰＬを光学調整して波面収差を許容範囲内に抑えることができる。その結果、波面収差の調整された投影光学系ＰＬを介して、マスクＭのパターンをウェハＷに正確に転写することができる。
【００４０】
なお、上述の実施形態では、テストマスクＴＭの回折格子パターン２１が、一方向に沿って交互に配置された複数の帯状の光透過部２１ａと遮光部２１ｂとからなる１種類のパターンにより構成されている。しかしながら、これに限定されることなく、例えば図５に部分的に示すような回折格子パターン２３を有するテストマスクＴＭと、図４に部分的に示す回折格子パターン２２を有する回折部材ＭＤとを用いる変形例も可能である。回折格子パターン２３は、線幅またはピッチが互いに異なる２種類のパターンの組み合わせにより構成されている。
【００４１】
具体的に、回折格子パターン２３は、パターン周期Ｐ１の１個分に対応する単位パターンＡ１を一方向（図５中水平方向）に沿って繰り返すことにより形成されている。単位パターンＡ１は、図６に示すように、中央に単一の幅の広い光透過部を有する中央パターンＣ１と、周辺に一対の幅の狭い光透過部を有する周辺パターンＳ１との組み合わせである。各パターンＡ１、Ｃ１およびＳ１は、図６中鉛直方向に延びる中心線に関して線対称である。回折格子パターン２３において、各パターンＣ１およびＳ１は、パターン周期Ｐ１にしたがって一方向に沿って繰り返されている。
【００４２】
各パターンＡ１、Ｃ１およびＳ１における回折光の振幅を図７に示す。図７において、縦軸は回折光の振幅であり、横軸は回折次数である。図７を参照すると、中央パターンＣ１における３次回折光の振幅と周辺パターンＳ１における３次回折光の振幅とは互いに同じ符号であり、かつ周辺パターンＳ１における３次回折光の振幅は１次回折光の振幅より高くなっている。その結果として単位パターンＡ１における３次回折光の振幅が高くなっていることが分かる。また、中央パターンＣ１における１次回折光の振幅と周辺パターンＳ１における１次回折光の振幅とは互いに異なる符号であり、その結果として単位パターンＡ１における１次回折光の振幅が低くなっていることが分かる。
【００４３】
すなわち、単位パターンＡ１の繰り返しからなる回折格子パターン２３は、１次回折光を互いに弱め合い且つ３次回折光を互いに強め合う２種類のパターンの組み合わせにより構成されている。別の表現をすれば、回折格子パターン２３は、１次回折光の回折効率よりも３次回折光の回折効率の方が高いパターン構造を有する。
【００４４】
上述の実施形態および図５の変形例では、回折格子パターン２１，２３を経て形成される３次回折光による可干渉性が計測光の可干渉性となる。図５の変形例では、回折格子パターン２１よりも３次回折光の回折効率の高い回折格子パターン２３を用いているので、上述の実施形態よりも計測光の可干渉性を大きくすることができる。すなわち、図５の変形例では、ノイズ光による干渉縞の影響を上述の実施形態よりも小さく抑えて、投影光学系ＰＬの波面収差をさらに高精度に計測することができる。
【００４５】
なお、上述の実施形態および図５の変形例では、一方向に沿って単位パターンが繰り返される一次元構造を有する回折格子パターン２１〜２３を用いている。しかしながら、これに限定されることなく、例えば互いに直交する二方向に沿って単位パターンが二次元的に繰り返される二次元構造を有する回折格子パターンを用いることも可能である。二次元構造を有する回折格子パターンを用いる構成では、回折部材ＭＤをＺ軸廻りに回転させることなくＸＹ平面に沿ってステップ移動させるだけで、一次元構造を有する回折格子パターンを用いる構成よりも迅速に波面収差の計測を行うことができる。
【００４６】
具体的に、例えば図８に部分的に示すような二次元構造を有する回折格子パターン３１が設けられたテストマスクＴＭと、同じく図８に部分的に示すような二次元構造を有する回折格子パターン３２が設けられた回折部材ＭＤとを用いる構成が可能である。回折格子パターン３１，３２は、上述の実施形態における回折格子パターン２１，２２を二次元化することにより得られる。すなわち、回折格子パターン３１，３２は、互いに直交する二方向に沿って間隔を隔てて配置された帯状の遮光部を有する。
【００４７】
また、例えば図９に部分的に示すような二次元構造を有する回折格子パターン３３が設けられたテストマスクＴＭと、図８に部分的に示す回折格子パターン３２が設けられた回折部材ＭＤとを用いることも可能である。回折格子パターン３３は、図５の変形例における回折格子パターン２３を二次元化することにより得られる。回折格子パターン３３は、パターン周期Ｐ１の１個分に対応する単位パターンＡ２を互いに直交する二方向に沿って繰り返すことにより形成されている。
【００４８】
単位パターンＡ２は、図１０に示すように、中央に単一の正方形状の光透過部を有する中央パターンＣ２と、周辺に４つの長方形状の光透過部を有する周辺パターンＳ２と、四隅に４つの正方形状の光透過部を有する四隅パターンＦ２との組み合わせである。各パターンＡ２、Ｃ２、Ｓ２およびＦ２は、中心点に関して点対称である。回折格子パターン３３において、各パターンＣ２、Ｓ２およびＦ２は、パターン周期Ｐ１にしたがって互いに直交する二方向に沿って繰り返されている。
【００４９】
各パターンＡ２、Ｃ２、Ｓ２およびＦ２における回折光の振幅を図１１に示す。図１１において、縦軸は回折光の振幅であり、横軸は回折次数である。図１１を参照すると、中央パターンＣ２における３次回折光の振幅と周辺パターンＳ２における３次回折光の振幅と四隅パターンＦ２における３次回折光の振幅とは互いに同じ符号であり、かつ周辺パターンＳ２、四隅パターンＦ２における３次回折光の振幅は１次回折光の振幅より高くなっている。その結果として単位パターンＡ２における３次回折光の振幅が高くなっていることが分かる。
【００５０】
また、中央パターンＣ２における１次回折光の振幅および周辺パターンＳ２における１次回折光の振幅と四隅パターンＦ２における１次回折光の振幅とは互いに異なる符号であり、その結果として単位パターンＡ２における１次回折光の振幅が低くなっていることが分かる。すなわち、単位パターンＡ２の繰り返しからなる回折格子パターン３３は、１次回折光の回折効率よりも３次回折光の回折効率の方が高いパターン構造を有する。その結果、図９の変形例においても、図５の変形例と同様に、投影光学系ＰＬの波面収差をさらに高精度に計測することができる。
【００５１】
なお、図１２に示すような単位パターンＡ２’を互いに直交する二方向に繰り返すことにより形成された回折格子パターンを有するテストマスクＴＭと、図８に部分的に示す回折格子パターン３２が設けられた回折部材ＭＤとを用いて、図９の変形例と同様の効果を得ることができる。単位パターンＡ２’は、図１０の中央パターンＣ２と同じ形態の中央パターンＣ２’と、正方形の辺に沿って細長く延びる形態の光透過部を有する周辺パターンＳ２’との組み合わせである。各パターンＡ２’、Ｃ２’およびＳ２’は、中心点に関して点対称である。
【００５２】
図９の変形例では、単位パターンＡ２が互いに直交する二方向に沿って間隔を隔てて配置された帯状の遮光部からなり、その透過率は２５％である。その結果、図９の変形例では、二次元構造の回折格子パターンを用いて波面収差の高速計測を実現することができるが、回折格子パターンにおける光量損失は計測光の信号強度の向上を図る上で、ひいては波面収差の高精度計測を図る上で不利である。
【００５３】
例えば、二次元的に配置された菱形状または三角形状の光透過部を有する単位パターンからなる回折格子パターンを用いることにより、光量の確保と可干渉性の確保との両立を図ることができる。この場合、二次元構造を有する回折格子パターンを用いても光量の損失を抑えることができ、ひいては光量の確保による波面収差の高速計測と、計測光の可干渉性の向上による高精度計測とを両立させることが可能になる。
【００５４】
具体的には、図１３に示すような単位パターンＡ３を互いに直交する二方向に沿って繰り返すことにより形成された回折格子パターンを有するテストマスクＴＭと、図８に部分的に示す回折格子パターン３２が設けられた回折部材ＭＤとを用いて、光量の確保と可干渉性の確保との両立を図ることができる。単位パターンＡ３は、二次元的に配置された複数の菱形状（正方形を含む）の光透過部を有し、その透過率は５０％である。
【００５５】
単位パターンＡ３は、中央に単一の正方形状の光透過部を有する中央パターンＣ３と、周辺に４つの菱形状の光透過部を有する周辺パターンＳ３と、四隅に４つの正方形状の光透過部を有する四隅パターンＦ３との組み合わせである。各パターンＡ３、Ｃ３、Ｓ３およびＦ３は、中心点に関して点対称である。
【００５６】
各パターンＡ３、Ｃ３、Ｓ３およびＦ３における回折光の振幅を図１４に示す。図１４において、縦軸は回折光の振幅であり、横軸は回折次数である。図１４を参照すると、中央パターンＣ３における３次回折光の振幅と周辺パターンＳ３における３次回折光の振幅と四隅パターンＦ３における３次回折光の振幅とは互いに同じ符号であり、かつ周辺パターンＳ３における３次回折光の振幅は１次回折光の振幅より高くなっている。その結果として単位パターンＡ３における３次回折光の振幅が高くなっていることが分かる。すなわち、単位パターンＡ３の繰り返しからなる回折格子パターンは、１次回折光の回折効率よりも３次回折光の回折効率の方が高いパターン構造を有する。更に図１５に示したパターンは４５度方向に回折光を発生しないため、４５度方向のノイズも消すことができる。
【００５７】
同様に、図１５に示すような単位パターンＡ４を互いに直交する二方向に繰り返すことにより形成された回折格子パターンを有するテストマスクＴＭと、図８に部分的に示す回折格子パターン３２が設けられた回折部材ＭＤとを用いて、光量の確保と可干渉性の確保との両立を図ることができる。単位パターンＡ４は、二次元的に配置された複数の三角形状の光透過部を有し、その透過率は５０％である。
【００５８】
単位パターンＡ４は、中央に単一の正方形状の光透過部を有する中央パターンＣ４と、周辺に４つの三角形状の光透過部を有する周辺パターンＳ４と、四隅に４つの三角形状の光透過部を有する四隅パターンＦ４との組み合わせである。各パターンＡ４、Ｃ４、Ｓ４およびＦ４は、中心点に関して点対称である。
【００５９】
各パターンＡ４、Ｃ４、Ｓ４およびＦ４における回折光の振幅を図１６に示す。図１６において、縦軸は回折光の振幅であり、横軸は回折次数である。図１６を参照すると、中央パターンＣ４における３次回折光の振幅と周辺パターンＳ４における３次回折光の振幅と四隅パターンＦ４における３次回折光の振幅とは互いに同じ符号であり、その結果として単位パターンＡ４における３次回折光の振幅が高くなっていることが分かる。すなわち、単位パターンＡ４の繰り返しからなる回折格子パターンは、１次回折光の回折効率よりも３次回折光の回折効率の方が高いパターン構造を有する。
【００６０】
上述の説明では、パターンを示す各図において、黒塗りの部分が遮光部を示し、白抜きの部分が光透過部を示している。しかしながら、これに限定されることなく、黒塗りの部分を光透過部とし且つ白抜きの部分を遮光部とした回折格子パターン、すなわち各図の遮光部と光透過部とを入れ替えた回折格子パターンを用いても、上述の実施形態および各変形例と同様の効果を得ることができる。
【００６１】
上述の実施形態では、波面収差計測装置１がウェハステージＷＳに装着されている。しかしながら、これに限定されることなく、ウェハステージＷＳの外部に波面収差計測装置１の全体を設けても良い。また、波面収差計測装置１をウェハステージＷＳとは異なる別のステージに設けても良い。
【００６２】
上述の実施形態では、露光装置に搭載された投影光学系の波面収差の計測に対して本発明を適用している。しかしながら、これに限定されることなく、例えば露光装置に搭載される前の単体の投影光学系、露光装置から取り外された単体の投影光学系、さらに露光装置に用途が限定されない一般の被検光学系（屈折光学系、反射屈折光学系、反射光学系）に対しても同様に本発明を適用することができる。
【００６３】
上述の実施形態では、マスクの代わりに、所定の電子データに基づいて所定パターンを形成する可変パターン形成装置を用いることができる。なお、可変パターン形成装置としては、たとえば所定の電子データに基づいて駆動される複数の反射素子を含む空間光変調素子を用いることができる。空間光変調素子を用いた露光装置は、たとえば米国特許公開第２００７／０２９６９３６号公報に開示されている。また、上述のような非発光型の反射型空間光変調器以外に、透過型空間光変調器を用いても良く、自発光型の画像表示素子を用いても良い。
【００６４】
上述の実施形態の露光装置は、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素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っても良い。
【００６５】
次に、上述の実施形態にかかる露光装置を用いたデバイス製造方法について説明する。図１７は、半導体デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図１７に示すように、半導体デバイスの製造工程では、半導体デバイスの基板となるウェハＷに金属膜を蒸着し（ステップＳ４０）、この蒸着した金属膜上に感光性材料であるフォトレジストを塗布する（ステップＳ４２）。つづいて、上述の実施形態の投影露光装置を用い、マスク（レチクル）Ｍに形成されたパターンをウェハＷ上の各ショット領域に転写し（ステップＳ４４：露光工程）、この転写が終了したウェハＷの現像、つまりパターンが転写されたフォトレジストの現像を行う（ステップＳ４６：現像工程）。
【００６６】
その後、ステップＳ４６によってウェハＷの表面に生成されたレジストパターンをマスクとし、ウェハＷの表面に対してエッチング等の加工を行う（ステップＳ４８：加工工程）。ここで、レジストパターンとは、上述の実施形態の投影露光装置によって転写されたパターンに対応する形状の凹凸が生成されたフォトレジスト層であって、その凹部がフォトレジスト層を貫通しているものである。ステップＳ４８では、このレジストパターンを介してウェハＷの表面の加工を行う。ステップＳ４８で行われる加工には、例えばウェハＷの表面のエッチングまたは金属膜等の成膜の少なくとも一方が含まれる。なお、ステップＳ４４では、上述の実施形態の投影露光装置は、フォトレジストが塗布されたウェハＷを感光性基板としてパターンの転写を行う。
【００６７】
図１８は、液晶表示素子等の液晶デバイスの製造工程を示すフローチャートである。図１８に示すように、液晶デバイスの製造工程では、パターン形成工程（ステップＳ５０）、カラーフィルタ形成工程（ステップＳ５２）、セル組立工程（ステップＳ５４）およびモジュール組立工程（ステップＳ５６）を順次行う。ステップＳ５０のパターン形成工程では、プレートＰとしてフォトレジストが塗布されたガラス基板上に、上述の実施形態の投影露光装置を用いて回路パターンおよび電極パターン等の所定のパターンを形成する。このパターン形成工程には、上述の実施形態の投影露光装置を用いてフォトレジスト層にパターンを転写する露光工程と、パターンが転写されたプレートＰの現像、つまりガラス基板上のフォトレジスト層の現像を行い、パターンに対応する形状のフォトレジスト層を生成する現像工程と、この現像されたフォトレジスト層を介してガラス基板の表面を加工する加工工程とが含まれている。
【００６８】
ステップＳ５２のカラーフィルタ形成工程では、Ｒ（Red）、Ｇ（Green）、Ｂ（Blue）に対応する３つのドットの組をマトリックス状に多数配列するか、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルタの組を水平走査方向に複数配列したカラーフィルタを形成する。ステップＳ５４のセル組立工程では、ステップＳ５０によって所定パターンが形成されたガラス基板と、ステップＳ５２によって形成されたカラーフィルタとを用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。具体的には、例えばガラス基板とカラーフィルタとの間に液晶を注入することで液晶パネルを形成する。ステップＳ５６のモジュール組立工程では、ステップＳ５４によって組み立てられた液晶パネルに対し、この液晶パネルの表示動作を行わせる電気回路およびバックライト等の各種部品を取り付ける。
【００６９】
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、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。
【００７０】
なお、上述の実施形態では、露光光としてＡｒＦエキシマレーザ光（波長：１９３ｎｍ）を用いているが、これに限定されることなく、他の適当なレーザ光源、たとえばＫｒＦエキシマレーザ光（波長：２４８ｎｍ）や波長１５７ｎｍのレーザ光を供給するＦ2レーザ光源などに対して本発明を適用することもできる。
【００７１】
また、上述の実施形態において、投影光学系と感光性基板との間の光路中を１．１よりも大きな屈折率を有する媒体（典型的には液体）で満たす手法、所謂液浸法を適用しても良い。この場合、投影光学系と感光性基板との間の光路中に液体を満たす手法としては、国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンプレットに開示されているような局所的に液体を満たす手法や、特開平６−１２４８７３号公報に開示されているような露光対象の基板を保持したステージを液槽の中で移動させる手法や、特開平１０−３０３１１４号公報に開示されているようなステージ上に所定深さの液体槽を形成し、その中に基板を保持する手法などを採用することができる。ここでは、国際公開第ＷＯ９９／４９５０４号パンフレット、特開平６−１２４８７３号公報および特開平１０−３０３１１４号公報の教示を参照として援用する。
【符号の説明】
【００７２】
１  波面収差計測装置
１１  光検出部
１２  計測部
ＬＳ  光源
ＩＬ  照明光学系
ＭＤ  回折部材
Ｍ  マスク
ＴＭ  テストマスク
ＭＳ  マスクステージ
ＰＬ  投影光学系
Ｗ  ウェハ
ＷＳ  ウェハステージ
ＣＲ  主制御系
【図１】
2012253163.tif 000003
【図２】
2012253163.tif 000004
【図３】
2012253163.tif 000005
【図４】
2012253163.tif 000006
【図５】
2012253163.tif 000007
【図６】
2012253163.tif 000008
【図７】
2012253163.tif 000009
【図８】
2012253163.tif 000010
【図９】
2012253163.tif 000011
【図１０】
2012253163.tif 000012
【図１１】
2012253163.tif 000013
【図１２】
2012253163.tif 000014
【図１３】
2012253163.tif 000015
【図１４】
2012253163.tif 000016
【図１５】
2012253163.tif 000017
【図１６】
2012253163.tif 000018
【図１７】
2012253163.tif 000019
【図１８】
2012253163.tif 000020