JP2007180152A - 測定方法及び装置、露光装置、並びに、デバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の大型化及び高コスト化を招くことなく、簡易な干渉計を用いて、高精度に被検光学系の光学特性（波面収差）を測定することができる測定方法及び装置を提供する。
【解決手段】被検光学系の像面側に配置された短手方向の幅が被検光学系の回折限界以下である第１の像面側スリット及び短手方向の幅が被検光学系の回折限界よりも大きい第２の像面側スリットからの光の干渉縞を用いて、被検光学系の波面収差を測定する方法であって、干渉縞から第１の像面側スリット及び第２の像面側スリットに入射する光の偏光方向に対して＋４５度の方向の被検光学系の第１の一次波面と、光の偏光方向に対して−４５度の方向の被検光学系の第２の一次波面とを取得するステップと、取得ステップで取得した被検光学系の第１の一次波面及び第２の一次波面に基づいて、被検光学系の波面収差を算出するステップとを有することを特徴とする方法を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般には、測定方法及び装置に係り、特に、レチクル（マスク）上のパターンを被処理体に投影する投影光学系の波面収差を測定する測定方法及び装置に関する。

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、液晶パネル等の表示デバイスや磁気ヘッド等の微細な半導体デバイスを製造する際、投影露光装置が従来から使用されている。投影露光装置は、レチクル（マスク）に形成されたパターンを、投影光学系を介して、ウェハ等の被処理体に転写する。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被処理体に転写することが要求されるため、結像性能のよい、収差を抑えた投影光学系を用いることが重要である。特に近年では、半導体デバイスの一層の微細化が進んでいるため、転写されるパターンが光学系の収差に対して敏感になってきている。従って、露光装置に投影光学系を組み込んだ状態で、投影光学系の光学性能（例えば、波面収差）を高精度に測定する需要が存在する。なお、生産性や経済性を高めるためには、測定の簡素化、迅速化及びコスト削減なども重要である。

従来は、マスクパターンをウェハに実際に焼き付け、そのレジスト像を走査型顕微鏡（ＳＥＭ）などの手段を用いて観察することによって投影光学系の波面収差を測定していた。このような従来の測定方法は、ＳＥＭの操作の困難性、レジスト塗布及び現像に基づく誤差のために測定の再現性が悪いという問題がある。

投影光学系の波面収差を迅速、且つ、高精度に測定するためには、マスクパターンをレジストに焼き付けて評価する従来の測定方法よりも、干渉方式を用いることが望ましい。但し、フィゾー干渉計やトワイマン−グリーン干渉計等を用いた従来の干渉方式は、システム全体の構成が複雑であり、大型化及び高コスト化の問題を有するために、実際に露光装置に搭載することは困難であり、実用的ではない。

そこで、点回折干渉計（以下、「ＰＤＩ」と称する）や線回折干渉計（以下、「ＬＤＩ」と称する）等の比較的簡易な干渉計を搭載した露光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−２７３７４８号公報

しかしながら、ＰＤＩやＬＤＩによる波面測定では、像面側の測定パターン（像面側スリット）に入射する光の偏光状態を考慮していないため、大きな開口数（ＮＡ）を有する光学系の波面を測定する際には測定誤差を生じることになる。例えば、露光装置の投影光学系のような高ＮＡの光学系をＬＤＩで測定する場合、像面側スリットの短手方向の幅は、入射光（露光光）の波長よりも小さくなる。このような波長以下の開口における回折光の振幅や位相は、入射光が直線偏光であった場合、入射光の偏光方向と開口の向きによって変化することが知られている。また、入射光の波長と同程度又はそれ以下のスリットに直線偏光が入射する場合、スリットの長手方向に平行な軸をｓｙ軸、短手方向に平行な軸をｓｘ軸とすると、直線偏光のｓｘ軸成分及びｓｙ軸成分の比によって、回折光の振幅や位相が変化する。

入射光の直線偏光がｓｙ軸に平行の場合（ＴＥ）及びｓｘ軸に平行の場合（ＴＭ）のスリットでの回折光の位相分布（波面）を図１２に示す。また、入射光の直線偏光がｓｙ軸に平行の場合（ＴＥ）及びｓｘ軸に平行の場合（ＴＭ）のスリットでの回折光の振幅分布を図１３に示す。なお、かかる位相分布及び振幅分布は、電磁場解析（ＦＤＴＤ法）によって求めた。図１２を参照するに、入射光のＴＥ入射時の波面とＴＭ入射時の波面には、最大で４５ｍλの位相差がみられる。また、図１３を参照するに、ＴＭ入射時の振幅は、ＴＥ入射時の振幅の約１／２となっている。

ＬＤＩによる波面測定（以下、「ＬＤＩ測定」と称する）は、直交する２方向のスリットを用いて波面を測定する。例えば、入射光がＸ軸に平行な直線偏光であり、Ｘ軸に平行なスリット（以下、「Ｙスリット」と称する）とＹ軸に平行なスリット（以下、「Ｘスリット」と称する）とを用いてＬＤＩ測定を行う場合を考える。なお、座標系は、装置の上下方向をＺ軸、奥行き方向をＹ軸、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向をＸ軸とする。この場合、ＹスリットからのＹ軸方向の回折波面は、図１２にＴＥで示される波面となり、ＸスリットからのＸ軸方向の回折波面は、図１２にＴＭで示される波面となる。

ＬＤＩの参照波面は、Ｙスリットからの回折波面のＹ軸方向の波面情報と、Ｘスリットからの回折波面のＸ軸方向の波面情報とを用いて求めている。従って、Ｘスリットからの回折波面とＹスリットからの回折波面との間において、図１２に示すように、球面成分が異なると、合成された参照波面にｃｏｓ２θ成分に相当する誤差が生じる。このように、入射光が偏光している場合、２つのスリットからの回折波面の差異が参照波面の誤差となるため、ＬＤＩ測定における誤差要因となる。

そこで、本発明は、装置の大型化及び高コスト化を招くことなく、簡易な干渉計を用いて、高精度に被検光学系の光学特性（波面収差）を測定することができる測定方法及び装置を提供することを例示的目的とする。

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方法は、被検光学系の像面側に配置された短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界以下である第１の像面側スリット及び短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界よりも大きい第２の像面側スリットからの光の干渉縞を用いて、前記被検光学系の波面収差を測定する測定方法であって、前記干渉縞から前記第１の像面側スリット及び前記第２の像面側スリットに入射する光の偏光方向に対して＋４５度の方向の前記被検光学系の第１の一次波面と、前記光の偏光方向に対して−４５度の方向の前記被検光学系の第２の一次波面とを取得するステップと、前記取得ステップで取得した前記被検光学系の第１の一次波面及び第２の一次波面に基づいて、前記被検光学系の波面収差を算出するステップとを有することを特徴とする。

本発明の別の側面としての測定装置は、被検光学系の光学性能を測定する測定装置であって、前記被検光学系の物体面側に配置され、短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界以下である物体面側スリットを有する物体面側測定マークと、前記被検光学系の像面側に配置され、前記物体面側スリットと同一方向に形成され、短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界以下である第１の像面側スリットと、短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界よりも大きい第２の像面側スリとを有する像面側測定マークと、前記第１の像面側スリット及び前記第２の像面側スリットからの透過光又は反射光によって形成される干渉縞を検出する検出手段とを有し、前記物体面側スリット、前記第１の像面側スリット及び前記第２の像面側スリットは、前記物体面側測定マーク及び前記像面側測定マークに入射する光の偏光方向に対して４５度傾けて配置されていることを特徴とする。

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、前記パターンを前記被処理体に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波面収差を測定する測定装置とを有し、前記測定装置は、上述の測定装置であることを特徴とする。

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、前記光源からの光で前記レチクルを照明する照明光学系と、前記パターンを前記被処理体に投影する投影光学系と、前記投影光学系の前記レチクル側に配置され、短手方向の幅が前記投影光学系の回折限界以下である物体面側スリットを有する物体面側測定マークと、前記投影光学系の前記被処理体側に配置され、短手方向の幅が前記投影光学系の回折限界以下である第１の像面側スリットと、短手方向の幅が前記投影光学系の回折限界よりも大きい第２の像面側スリとを有する像面側測定マークと、前記第１の像面側スリット及び前記第２の像面側スリットからの透過光又は反射光によって形成される干渉縞を検出する検出手段とを有し、前記照明光学系は、前記光の偏光状態を、前記物体面側スリット、前記第１の像面側スリット及び前記第２の像面側スリットに対して４５度傾いた直線偏光に変換する偏光規定手段を含むことを特徴とする。

本発明の更に別の側面としての露光方法は、上述の測定方法を利用して投影光学系の波面収差を測定するステップと、前記測定ステップで測定された前記投影光学系の波面収差に基づいて、前記投影光学系を調整するステップと、前記調整ステップで調整された前記投影光学系を有する露光装置を使用し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。

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。

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。

本発明によれば、装置の大型化及び高コスト化を招くことなく、簡易な干渉計を用いて、高精度に被検光学系の光学特性（波面収差）を測定することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。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。

まず、図６乃至図８を用いて、ＬＤＩによる波面測定（ＬＤＩ測定）の原理を説明する。

ＬＤＩ測定では、被検光学系ＰＯの物体面側に、２つの平行なスリット（スリットＯＳ_１及びスリットＯＳ_２）を近接して配置した物体面側測定マークＯＭを配置する。物体面側測定マークＯＭのうち少なくとも１つのスリット、本実施形態では、スリットＯＳ_１の短手方向の幅（スリット幅）は、被検光学系ＰＯの物体面側の解像力以下にする。なお、スリットＯＳ_１の幅ｄは、図７（ａ）に示すように、被検光学系ＰＯの物体面側の開口数をｎａ、波長をλとしたとき、ｄ≦０．５×λ／ｎａを満足することが望ましい。ここで、図７（ａ）は、物体面側測定マークＯＭを示す概略平面図である。

照明光学系ＬＩからの光を用いてスリットＯＳ_１及びＯＳ_２を照明すると、スリットＯＳ_１から射出される光は、スリットＯＳ_１の短手方向に関して、無収差な波面となる。一方、スリットＯＳ_２は、スリットＯＳ_１と同じスリット幅のスリットとしてもよいし、スリットＯＳ_１よりも広いスリット幅のスリットとしてもよい。スリットＯＳ_２がスリットＯＳ_１よりも広いスリット幅である場合には、照明光学系ＩＳの収差の影響を含んだ波面の光が、スリットＯＳ_２から射出される。

なお、スリットＯＳ_１及びＯＳ_２の長手方向の幅は、被検光学系ＰＯの収差が同一とみなせる、所謂、アイソプラナティック領域よりも狭くなるようにする。また、スリットＯＳ_１とスリットＯＳ_２との間隔もアイソプラナティック領域よりも狭くなるように近接して配置する。

スリットＯＳ_１及びＯＳ_２から射出された光は、被検光学系ＰＯを通過することで、被検光学系ＰＯの収差の影響を波面に受け、被検光学系ＰＯの像面にスリットＯＳ_１及びＯＳ_２の像を形成する。

被検光学系ＰＯの像面側には、具体的には、スリットＯＳ_１の像の位置にスリットＩＳ_１を、スリットＯＳ_２の像の位置にスリットＩＳ_２を配置した像面側測定マークＩＭが配置されている。なお、スリットＩＳ_２の短手方向の幅（スリット幅）は、投影光学系２０の像面側の解像力以下にする。スリットＩＳ_２の幅Ｄは、図７（ｂ）に示すように、被検光学系ＰＯの像面側の開口数をＮＡ、波長をλとしたとき、Ｄ≦０．５×λ／ＮＡを満足することが望ましい。図７（ｂ）は、像面側測定マークＩＭを示す概略平面図である。

スリットＩＳ_２上に結像した光は、被検光学系ＰＯの収差の影響（及びスリットＯＳ_２のスリット幅によっては照明光学系ＬＩの収差の影響）を受けた波面の光となっている。但し、スリットＩＳ_２を通過することによって、スリットＩＳ_２の短手方向に関して、無収差な波面が射出される。

一方、スリットＩＳ_１の短手方向の幅（スリット幅）は、被検光学系ＰＯの回折限界よりも充分大きく、望ましくは、波長の１０乃至１００倍程度にする。スリットＩＳ_１上に結像した光の波面は、スリットＩＳ_１の短手方向に関して、被検光学系ＰＯの収差の影響のみを受けた波面となっている。また、スリットＩＳ_１のスリット幅（窓部）は充分広いため、被検光学系ＰＯの収差の影響のみを受けた波面の光がそのまま射出される。

スリットＩＳ_１からの光とスリットＩＳ_２からの光とは干渉し、干渉縞を形成する。かかる干渉縞をＣＣＤなどのエリア撮像素子ＡＤで検出することによって、スリットの長手方向に垂直な方向(測定方向)の相対関係が正しい被検光学系ＰＯの波面（第１の一次波面）を得ることができる。

また、図８に示すように、スリットＯＳ_１、ＯＳ_２、ＩＳ_１及びＩＳ_２に直交する方向にスリットＯＳ_１’、ＯＳ_２’、ＩＳ_１’及びＩＳ_２’を有する物体面側測定マークＯＭ’及びＩＭ’を用いて、同様に、第２の一次波面を得ることができる。図８（ａ）は、物体面側測定マークＯＭのスリットに直交する方向にスリットを有する物体面側測定マークＯＭ’を示す概略平面図である。図８（ｂ）は、像面側測定マークＩＭのスリットに直交する方向にスリットを有する像面側測定マークＩＭ’を示す概略平面図である。

２つの一次波面（第１の一次波面及び第２の一次波面）を用いて、互いの測定方向の位相情報から被検光学系ＰＯの波面を求めることができる。

ここで、図９を用いて、２つの一次波面から被検光学系ＰＯの波面情報を算出する方法を説明する。図９（ａ）、図９（ｂ）及び図９（ｃ）は、それぞれ第１の一次波面、第２の一次波面、被検光学系ＰＯの波面を示している。図９（ａ）は、Ｙ軸に平行な線上の位相の相対関係が図９（ｃ）における同一線上の位相の相対関係と等しく、図９（ｂ）は、Ｘ軸に平行な線上の位相の相対関係が図９（ｃ）における同一線上の位相の相対関係と等しくなっている。かかる相対関係から、図９（ｃ）に示す被検光学系ＰＯの波面上の任意の点Ｇ（ｘ、ｙ）の位相は、図中矢印に沿った位相変化量Ｅ（０、ｙ）−Ｅ（０、０）及びＦ（ｘ、ｙ）−Ｆ（０、ｙ）として求められ、以下の数式１で表される。

このように、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示す２つの一次波面から、図９（ｃ）に示す被検光学系ＰＯの波面を得ることができる。しかしながら、このようにして得られた被検光学系ＰＯの波面は、上述したように、像面側測定マークＩＭ（スリットＩＳ_１及びスリットＩＳ_２）に入射する光の偏光状態が規定されていないため、参照波面の誤差に起因する測定誤差を含んでいる。

そこで、本発明では、被検光学系の波面をＬＤＩで測定する場合に、像面側測定マーク（スリット）に対する直線偏光の方向を規定することによって参照波面の誤差を低減し、被検光学系の波面を高精度に測定する測定方法及び装置を提供する。

以下、本発明の測定方法及び装置と共に、かかる測定装置を搭載した露光装置について説明する。図１は、本発明の一側面としての露光装置１の構成を示す概略断面図である。露光装置１は、照明装置１０と、レチクルＲＴを載置するレチクルステージ２０と、投影光学系３０と、被処理体ＷＦを載置するウェハステージ４０とを有する。更に、露光装置１は、測定装置（干渉計）を構成するための、物体面側測定マーク１１０と、像面側測定マーク１２０と、エリアセンサ１３０とを有する。

露光装置１は、ステップ・アンド・リピート方式又はステップ・アンド・スキャン方式でレチクルＲＴに形成された回路パターンを被処理体ＷＦ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。「ステップ・アンド・スキャン方式」は、レチクルに対してウェハを連続的にスキャン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、次のショット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、ウェハのショット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を露光領域に移動する露光方法である。

照明装置１０は、転写用の回路パターンが形成されたレチクルＲＴを照明し、光源部１２と、照明光学系１４とを有する。また、照明装置１０は、後述する物体面側測定マーク１１０を照明する。

光源部１２は、例えば、光源としては、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーなどを使用することができ、そのレーザーの個数も限定されない。但し、光源の種類はエキシマレーザーに限定されず、例えば、波長約１５７ｎｍのＦ_２レーザーを使用してもよい。また、光源部１２に使用可能な光源はレーザーに限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプなどのランプも使用可能である。

照明光学系１２は、レチクルＲＴ及び物体面側測定マーク１１０を照明する光学系であり、レンズ、ミラー、オプティカルインテグレーター、絞り等を含む。例えば、コンデンサーレンズ、オプティカルインテグレーター、開口絞り、コンデンサーレンズ、スリット、結像光学系の順で整列する等である。また、照明光学系１２は、光源部１２から射出される光が直線偏光となるように、かかる光の偏光状態を規定する偏光規定手段を含む。換言すれば、偏光規定手段は、光源部１２から射出されるランダム偏光の光を直線偏光に変換する。偏光規定手段は、光源部１２から射出される光の偏光状態を、後述する物体面側測定マーク１１０及び像面側測定マーク１２０（のスリット）に対して４５度傾いた直線偏光に変換する機能を有してもよい。

レチクルＲＴは、例えば、石英製で、その上には転写されるべき回路パターンが形成され、レチクルステージ２０に支持及び駆動される。レチクルＲＴから発せられた回折光は、投影光学系３０を通り、被処理体ＷＦ上に投影される。レチクルＲＴと被処理体ＷＦとは、光学的に共役の関係に配置される。露光装置１は、スキャナーであるため、レチクルＲＴと被処理体ＷＦを縮小倍率比の速度比で走査することにより、レチクルＲＴのパターンを被処理体ＷＦ上に転写する。なお、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置（「ステッパー」とも呼ばれる。）の場合は、レチクルＲＴと被処理体ＷＦを静止させた状態で露光が行われる。

レチクルステージ２０は、図示しないレチクルチャックを介してレチクルＲＴ及び物体面側測定マーク１１０を支持し、図示しない移動機構に接続されている。図示しない移動機構は、リニアモーターなどで構成され、Ｘ軸方向にレチクルステージ２０を駆動することでレチクルＲＴ及び物体面側測定マーク１１０を移動することができる。

投影光学系３０は、レチクルＲＴに形成されたパターンを経た回折光を被処理体ＷＦ上に結像する機能を有する。投影光学系３０は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリック光学系）等を使用することができる。色収差の補正が必要な場合には、互いに分散値（アッベ値）の異なるガラス材からなる複数のレンズ素子を使用したり、回折光学素子をレンズ素子と逆方向の分散が生じるように構成したりする。

被処理体ＷＦは、ウェハステージ４０に支持及び駆動される。被処理体ＷＦ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ＷＦにはフォトレジストが塗布されている。

ウェハステージ４０は、被処理体ＷＦ及び像面側測定マーク１２０を支持する。ウェハステージ４０は、当業界で周知のいかなる構成をも適用することができるので、ここでは詳しい構造及び動作の説明は省略する。例えば、ウェハステージ４０は、リニアモーターを利用してＸＹ方向に被処理体ＷＦを移動することができる。レチクルＲＴと被処理体ＷＦは、例えば、同期走査され、ウェハステージ４０とレチクルステージ２０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。ウェハステージ４０は、例えば、ダンパを介して床等の上に支持されるステージ定盤上に設けられる。レチクルステージ２０及び投影光学系３０は、例えば、床等に載置されたベースフレーム上にダンパを介して支持される図示しない鏡筒定盤上に設けられる。

ここで、投影光学系３０の波面（波面収差）を測定する測定装置（干渉計）について説明する。かかる測定装置は、上述したように、物体面側測定マーク１１０と、像面側測定マーク１２０と、エリアセンサ１３０とから構成される。また、物体側測定マーク１１０（即ち、被検光学系である投影光学系３０）を照明する光は、上述したように、照明装置１０から射出される露光光を利用する。

図２は、レチクルステージ２０に配置された物体面側測定マーク１１０の構成を示す概略平面図である。図３は、ウェハステージ４０に配置された像面側測定マーク１２０の構成を示す概略平面図である。

物体面側測定マーク１１０及び像面側測定マーク１２０は、本実施形態では、図２及び図３にＨＤで示すように、照明装置１０から射出されたＹ軸に平行な方向の直線偏光で照明される。なお、座標系は、露光装置１の上下方向をＺ軸、奥行き方向をＹ軸、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向をＸ軸とする投影光学系３０の座標系とする。

物体面側測定マーク１１０は、第１の測定用パターン１１０Ａと、第２の測定用パターン１１０Ｂとを有する。また、像面側測定マーク１２０は、第１の測定用パターン１２０Ａと、第２の測定用パターン１２０Ｂとを有する。

第１の測定用パターン１１０Ａは、２つのスリット１１２Ａ及び１１４Ａを有し、物体面側測定マーク１１０上のＸ軸とのなす角が４５度となるように配置される。換言すれば、スリット１１２Ａとスリット１１４Ａとは、互いが平行に、且つ、Ｘ軸に対して４５度傾けて配置される。スリット１１２Ａの短手方向の幅（スリット幅）ｄは、投影光学系３０の物体面側の開口数をｎａ、照明装置１０からの光（露光光）の波長をλとしたとき、ｄ＝０．５×λ／ｎａ程度である。また、スリット１１４Ａの短手方向の幅は、スリット１１２Ａの短手方向の幅と同じ又はスリット１１２Ａの短手方向の幅よりも広い。

第１の測定用パターン１１０Ａの像は、投影光学系３０を介して、像面側測定マーク１２０の第１の測定用パターン１２０Ａ上に結像される。第１の測定用パターン１２０Ａは、２つのスリット１２２Ａ及び１２４Ａを有し、像面側測定マーク１２０上のＸ軸とのなす角が４５度となるように配置される。スリット１２２Ａは、投影光学系３０の回折限界よりも十分大きな短手方向の幅（スリット幅）を有する。また、スリット１２４Ａの短手方向の幅（スリット幅）Ｄは、投影光学系３０の像面側の開口数をＮＡ、照明装置１０からの光（露光光）の波長をλとしたとき、Ｄ＝０．５×λ／ＮＡ程度である。

第１の測定用パターン１２０Ａを透過した２光束は干渉し、干渉縞を形成する。かかる干渉縞は、ウェハステージ４０に設置したエリアセンサ１３０で撮像される。これにより、投影光学系３０の第１の一次波面を得ることができる。

同様に、物体面側測定マーク１１０の第２の測定用パターン１１０Ｂ及び像面側測定マーク１２０の第２の測定用パターン１２０Ｂを用いて、投影光学系３０の第２の一次波面を得ることができる。具体的には、レチクルステージ２０を移動させる又は照明光学系１４の照明領域を変更し、物体面側測定マーク１１０の第２の測定用パターン１１０Ｂを照明する。これにより、第２の測定用パターン１１０Ｂの像が、投影光学系３０を介して、像面側測定マーク１２０の第２の測定用パターン１２０Ｂ上に結像され、投影光学系３０の第２の一次波面を得ることができる。

なお、第２の測定用パターン１１０Ｂ及び１２０Ｂは、第１の測定用パターン１１０Ａ及び１２０Ａに近接して配置される。第２の測定用パターン１１０Ｂ及び１２０Ｂは、第１の測定用パターン１１０Ａ及び１２０Ａに直交する方向に（即ち、第１の測定用パターン１１０Ａ及び１２０Ａを９０度回転させた）２つのスリットを有する。また、かかる２つのスリットの構成は、第１の測定用パターン１１０Ａ及び１２０Ａと同様である。

このようにして得られた２つの一次波面（即ち、第１の一次波面及び第２の一次波面）から投影光学系３０の波面を算出する。照明光学系１４の照明領域を変更して第１の測定用パターン１１０Ａから第２の測定用パターン１１０Ｂを照明する場合には、第１の測定用パターン１１０Ａ及び第２の測定用パターン１１０Ｂは、アイソプラナティック領域内に配置する。

また、測定用パターンが描画されている透明基板による球面収差の発生を避けるために、物体面側測定マーク１１０及び像面側測定マーク１２０は、透明基板のＰＯ側に描画されている。照明光学系１４の空間コヒーレンスが悪い場合は、物体面側測定マーク１１０の上側にグレーティング７０を配置し、任意次数の回折光で物体面側測定マーク１１０の測定用パターン（開口部）を照明できるようにしてもよい。

従来では、露光装置１の投影光学系３０のような高ＮＡの光学系の波面を測定する場合、上述したように、２つの直交するスリットから得られる参照波面にはｃｏｓ２θ成分の誤差が含まれる。また、透過率差があるため、一方の参照光で被検光との強度比を合わせた場合、もう一方の強度比が合わなくなり、干渉縞のコントラストが低下する。

本実施形態では、測定用パターンを直線偏光に対して４５度傾けることによって、２方向のスリットに対する直線偏光のＸ軸成分とＹ軸成分との比を等しくすることができる。このとき、２つのスリットから射出される光の回折光波面及び強度は等しくなり、上述したような誤差をなくすことができる。なお、本実施形態では、測定用パターン（スリット）を直線偏光に対して４５度傾けているが、例えば、直線偏光を制御して、測定用パターン（スリット）に対して４５度の角度を有する直線偏光を入射させても同様の効果を得ることができる。

直線偏光が、Ｙ軸に平行（ＴＥ）、Ｘ軸に平行（ＴＭ）及びＸ軸に対して±４５度の角度で入射した場合のスリットでの回折光の位相分布（波面）を図４に示す。また、直線偏光が、Ｙ軸に平行（ＴＥ）、Ｘ軸に平行（ＴＭ）及びＸ軸に対して±４５度の角度で入射した場合のスリットでの回折光の振幅分布を図５に示す。なお、かかる位相分布及び振幅分布は、電磁場解析（ＦＤＴＤ法）によって求めた。図４及び図５を参照するに、ＴＥとＴＭでは、スリットでの回折光の波面及び振幅分布が互いに異なっている。しかし、Ｘ軸に対して±４５度傾いて配置された（即ち、入射する直線偏光に対して４５度傾けた）スリットを用いることで、それぞれのスリットでの回折光の波面及び振幅分布が互いに等しいことがわかる。従って、２つの直交するスリットから得られる参照波面にはｃｏｓ２θ成分の誤差が含まれず、被検光学系の波面を高精度に測定することができる。

このように、露光装置１は、簡易な測定装置（即ち、物体側測定マーク１１０、像面側測定マーク１２０及びエリアセンサ１３０）を用いて、被検光学系である投影光学系３０の瞳全域の収差情報（波面収差）を高精度に測定することができる。

また、投影光学系３０は、図示しない補正光学系を有しており、測定された波面収差を投影光学系３０にフィードバックすることにより投影光学系３０の収差補正が可能である。具体的には、図示しない複数の光学素子が光軸方向及び／又は光軸に直交する方向へ移動可能になっており、本実施形態により得られる収差情報に基づいて、一又は複数の光学素子を駆動する。これにより、投影光学系３０の波面収差を補正したり、最適化したりすることができる。投影光学系３０の収差を調整する手段は、可動レンズ以外に、可動ミラー（カタディオプトリック系やミラー系の場合）、傾動できる平行平板、圧力制御可能な空間、アクチュエーターによる面補正など様々な公知の系を適用することができる。

露光において、光源部１２から発せされた光束は、照明光学系１４によってレチクルＲＴを、例えば、ケーラー照明する。レチクルＲＴを通過してレチクルパターンを反映する光は、投影光学系３０により被処理体ＷＦ上に結像される。露光装置１が使用する投影光学系３０は、上述したように波面収差が最適に補正されており、紫外光、遠紫外光及び真空紫外光を高い透過率で透過し、優れた結像性能を達成する。従って、露光装置１は、高いスループットで経済性よく高品位なデバイス（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。また、投影光学系３０の波面収差の測定においても、簡易な構成の測定装置を用いているため、装置の大型化及び高コスト化を防止することができる。

次に、図１０及び図１１を参照して、上述の露光装置１を利用したデバイスの製造方法の実施例を説明する。図１０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（レチクル製作）では、設計した回路パターンを形成したレチクルを製作する。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、レチクルとウェハを用いて本発明の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工程であり、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。

図１１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、上述の露光装置１によってレチクル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。かかる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１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。

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。例えば、本実施形態では、露光装置に搭載された投影光学系を被検光学系としているが、被検光学系は露光装置の投影光学系に限定されるものではなく、それ以外の結像関係を有する光学系であってもよい。また、本発明は、シアリング干渉計にも適用することができる。

本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略断面図である。 図１に示す物体面側測定マークの構成を示す概略平面図である。 図１に示す像面側測定マークの構成を示す概略平面図である。 直線偏光が、Ｙ軸に平行、Ｘ軸に平行及びＸ軸に対して±４５度の角度で入射した場合のスリットでの回折光の位相分布を示すグラフである。 直線偏光が、Ｙ軸に平行、Ｘ軸に平行及びＸ軸に対して±４５度の角度で入射した場合のスリットでの回折光の振幅分布を示すグラフである。 ＬＤＩによる波面測定の原理を説明するための図である。 図７（ａ）及び図７（ｂ）は、図６に示す物体面側測定マーク及び像面側マークを示す概略平面図である。 図８（ａ）及び図８（ｂ）は、図７（ａ）に示す物体面側測定マーク及び図７（ｂ）に示す像面側測定マークのスリットに直交する方向にスリットを有する物体面側測定マーク及び像面側測定マークを示す概略平面図である。 ２つの一次波面から被検光学系での波面情報を算出する方法を説明するための図であって、図９（ａ）、図９（ｂ）及び図９（ｃ）は、それぞれ第１の一次波面、第２の一次波面、被検光学系の波面を示している。 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１０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。 入射光の直線偏光がｓｙ軸に平行の場合及びｓｘ軸に平行の場合におけるスリットでの回折光の位相分布を示すグラフである。 入射光の直線偏光がｓｙ軸に平行の場合及びｓｘ軸に平行の場合におけるスリットでの回折光の振幅分布を示すグラフである。

符号の説明

１ 露光装置
１０ 照明装置
１２ 光源部
１４ 照明光学系
２０ レチクルステージ
３０ 投影光学系
４０ ウェハステージ
７０ グレーティング
１１０ 物体面側測定マーク
１１０Ａ 第１の測定用パターン
１１２Ａ及び１１４Ａ スリット
１１０Ｂ 第２の測定用パターン
１２０ 像面側測定マーク
１２０Ａ 第１の測定用パターン
１２２Ａ及び１２４Ａ スリット
１２０Ｂ 第２の測定用パターン
１３０ エリアセンサ
ＲＴ レチクル
ＷＦ 被処理体

Claims (6)

1. 被検光学系の像面側に配置された短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界以下である第１の像面側スリット及び短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界よりも大きい第２の像面側スリットからの光の干渉縞を用いて、前記被検光学系の波面収差を測定する測定方法であって、
   前記干渉縞から前記第１の像面側スリット及び前記第２の像面側スリットに入射する光の偏光方向に対して＋４５度の方向の前記被検光学系の第１の一次波面と、前記光の偏光方向に対して−４５度の方向の前記被検光学系の第２の一次波面とを取得するステップと、
   前記取得ステップで取得した前記被検光学系の第１の一次波面及び第２の一次波面に基づいて、前記被検光学系の波面収差を算出するステップとを有することを特徴とする測定方法。
2. 被検光学系の光学性能を測定する測定装置であって、
   前記被検光学系の物体面側に配置され、短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界以下である物体面側スリットを有する物体面側測定マークと、
   前記被検光学系の像面側に配置され、前記物体面側スリットと同一方向に形成され、短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界以下である第１の像面側スリットと、短手方向の幅が前記被検光学系の回折限界よりも大きい第２の像面側スリとを有する像面側測定マークと、
   前記第１の像面側スリット及び前記第２の像面側スリットからの透過光又は反射光によって形成される干渉縞を検出する検出手段とを有し、
   前記物体面側スリット、前記第１の像面側スリット及び前記第２の像面側スリットは、前記物体面側測定マーク及び前記像面側測定マークに入射する光の偏光方向に対して４５度傾けて配置されていることを特徴とする測定装置。
3. 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、
   前記パターンを前記被処理体に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波面収差を測定する測定装置とを有し、
   前記測定装置は、請求項２記載の測定装置であることを特徴とする露光装置。
4. 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、
   前記光源からの光で前記レチクルを照明する照明光学系と、
   前記パターンを前記被処理体に投影する投影光学系と、
   前記投影光学系の前記レチクル側に配置され、短手方向の幅が前記投影光学系の回折限界以下である物体面側スリットを有する物体面側測定マークと、
   前記投影光学系の前記被処理体側に配置され、短手方向の幅が前記投影光学系の回折限界以下である第１の像面側スリットと、短手方向の幅が前記投影光学系の回折限界よりも大きい第２の像面側スリとを有する像面側測定マークと、
   前記第１の像面側スリット及び前記第２の像面側スリットからの透過光又は反射光によって形成される干渉縞を検出する検出手段とを有し、
   前記照明光学系は、前記光の偏光状態を、前記物体面側スリット、前記第１の像面側スリット及び前記第２の像面側スリットに対して４５度傾いた直線偏光に変換する偏光規定手段を含むことを特徴とする露光装置。
5. 請求項１記載の測定方法を利用して投影光学系の波面収差を測定するステップと、
   前記測定ステップで測定された前記投影光学系の波面収差に基づいて、前記投影光学系を調整するステップと、
   前記調整ステップで調整された前記投影光学系を有する露光装置を使用し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。
6. 請求項３又は４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。