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KR100752813B1 - 측정장치를 탑재한 노광장치 - Google Patents

측정장치를 탑재한 노광장치 Download PDF

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Publication number
KR100752813B1
KR100752813B1 KR1020050016560A KR20050016560A KR100752813B1 KR 100752813 B1 KR100752813 B1 KR 100752813B1 KR 1020050016560 A KR1020050016560 A KR 1020050016560A KR 20050016560 A KR20050016560 A KR 20050016560A KR 100752813 B1 KR100752813 B1 KR 100752813B1
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KR
South Korea
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optical system
light
mask
projection optical
wavefront
Prior art date
Application number
KR1020050016560A
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English (en)
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Inventor
아키히로 나카우치
Original Assignee
캐논 가부시끼가이샤
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Publication date
Application filed by 캐논 가부시끼가이샤 filed Critical 캐논 가부시끼가이샤
Publication of KR20060043246A publication Critical patent/KR20060043246A/ko
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    • B26B3/02—Table-knives
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
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Abstract

광원으로부터의 광을 이용해서 마스크의 패턴을 피노광체에 노광하는 노광장치는 상기 패턴을 피노광체에 투영하는 투영광학계와, 상기 광을 이용해서 상기 투영광학계의 광학성능을 간섭 줄무늬로서 측정하는 측정장치를 포함하고, 상기 측정장치는 이상적인 구면파를 형성하기 위한 핀홀을 지닌 점회절 간섭계, 이상적인 원주파 또는 이상적인 타원파를 형성하기 위한 슬릿을 지닌 선회절 간섭계, 혹은 시어링 간섭을 이용하는 시어링 간섭계인 것을 특징으로 한다.

Description

측정장치를 탑재한 노광장치{EXPOSURE APPARATUS MOUNTED WITH MEASURING APPARATUS}
도 1은 본 발명의 제 1 내지 제 3실시형태에 공통인 측정장치를 탑재한 노광장치의 개략 블록도
도 2는 도 1에 표시한 노광장치에 적용가능한, 본 발명의 제 1실시형태에 의한 측정장치에 있어서의 제 2조명광학계, 광선분할수단 및 제 1마스크의 광로도
도 3은 도 2에 표시한 제 1마스크의 개략 평면도
도 4는 도 2에 표시한 광선분할수단의 개략 평면도
도 5는 도 1에 표시한 제 2마스크의 개략 평면도
도 6은 도 5에 표시한 제 2마스크에 있어서의 슬릿과 창으로부터 사출된 광의 개략도
도 7은 도 2에 표시한 촬상수단에 의해 검출되는, 도 5에 표시한 슬릿과 창으로부터 사출된 광의 간섭 줄무늬의 일례를 표시한 개략 평면도
도 8은 도 1에 표시한 측정장치의 동작을 설명하기 위한 순서도
도 9는 도 1에 표시한 노광장치에 적용가능한, 본 발명의 제 2실시형태에 의한 측정장치에 있어서의 제 2조명광학계, 광선분할수단 및 제 1마스크의 광로도
도 10은 도 9에 표시한 제 2마스크의 개략 평면도
도 11은 도 1에 표시한 노광장치에 적용가능한, 본 발명의 제 3실시형태에 의한 측정장치에 있어서의 제 2조명광학계, 광선분할수단 및 제 1마스크의 광로도
도 12는 본 발명의 제 4 및 제 5실시형태에 공통인 측정장치를 탑재한 노광장치의 개략 블록도
도 13은 도 12에 표시한 노광장치에 적용가능한, 본 발명의 제 4실시형태에 의한 측정장치에 있어서의 제 2조명광학계, 광선분할수단, 제 1마스크 및 제 2마스크의 광로도
도 14는 도 12에 표시한 측정장치의 동작을 설명하기 위한 순서도
도 15는 도 12에 표시한 노광장치에 적용가능한, 본 발명의 제 5실시형태에 의한 측정장치에 있어서의 제 2조명광학계, 광선분할수단, 제 1마스크 및 제 2마스크의 광로도
도 16은 본 발명의 제 6실시형태에 의한 측정장치를 탑재한 노광장치의 개략 블록도
도 17은 본 발명의 제 7실시형태에 의한 측정장치를 탑재한 노광장치의 개략 블록도
도 18은 본 발명의 제 8실시형태에 의한 측정장치를 탑재한 노광장치의 개략 블록도
도 19는 본 발명의 제 9실시형태에 의한 측정장치를 탑재한 노광장치의 개략 블록도
도 20은 디바이스(IC, LSI 등의 반도체칩, LCD, CCD 등)의 제조방법을 설명 하기 위한 순서도
도 21은 도 20에 표시한 스텝 4의 웨이퍼 프로세스의 상세한 순서도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 ~ 100E: 노광장치 101 ~ 101H: 측정장치
110: 편향광학계 112, 112A: 제 1조명광학계
120 ~ 120C: 얼라인먼트 광학계(또는 제 2조명광학계)
142 ~ 142B: 제 1마스크 152: 마스크
160: 투영광학계 180, 180A: 제 2마스크
190: 제어기
본 발명은 일반적으로 광학소자의 성능을 측정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히, 마스크 패턴을 피노광체에 전사하는 투영광학계 등의 타깃 광학계의 파면수차를 측정하는 측정장치를 탑재한 노광장치와, 이 측정장치를 이용하는 노광방법 및 디바이스의 제조방법에 관한 것이다.
투영노광장치는 IC, LSI 등의 반도체소자, CCD 등의 촬상소자, 액정패널 등의 표시소자, 자기헤드 등의 디바이스를 포토리소그라피 공정으로 제조할 때에 마스크(또는 레티클)의 패턴을 피노광체에 전사하는 데 사용되고 있다. 이 노광장치는 레티클 위의 패턴을 소정의 배율로 정확하게 피노광체에 전사할 것이 요구되고 있다. 이 목적을 위해, 결상성능이 양호하고 수차가 저감된 투영광학계를 이용하는 것이 중요하다. 특히, 반도체소자의 더 한층의 미세화 처리에 대한 최근의 요구로 인해, 전사 패턴은 광학계의 수차에 대해 더욱 민감하다. 따라서, 고정밀도로 투영광학계의 파면 수차 등의 광학성능을 측정하도록 하는 수요가 있다. 또한, 생산성 및 경제성을 개선하기 위해, 간소·신속·저렴한 측정이 중요하다.
마스크패턴을 웨이퍼에 실제로 노광하고, 그 레지스트상을 주사형 전자현미경("SEM") 등의 수단을 이용해서 관찰하고 검사하는 종래의 방법은 노광 및 현상에 의한 검사에 장시간이 걸리고, SEM조작이 어렵고, 또한, 레지스트 도포 및 현상에 의해 초래된 오차에 기인해서 검사재현성이 나쁘다고 하는 문제를 지닌다. 따라서, 이들 문제에 대한 해결책으로서, 종래, 이상적인 구면파를 형성하는 데 이용되는 핀홀을 지닌 점회절 간섭계(Point Diffraction Interferometer: "PDI"), 층밀림 간섭계(Lateral Shearing Interferometer: "LSI") 등의 시어링(shearing) 간섭계, 또는 상기 시어링 간섭을 이용하는 탈보(Talbo) 간섭계, 이상적인 원주파 또는 이상적인 타원파를 형성하는 데 이용되는 슬릿을 지닌 선회절 간섭계(Line Diffraction Interferometer: "LDI") 등의 각종 측정장치가 제안되어 있다. 예를 들면, 일본국 공개특허 소 57-64139호, 제 2000-146705호 및 제 2000-97666호 공보를 참조하면 된다.
그러나, 상기 종래의 측정장치는 여전히 측정장치와 노광장치를 포함하는 시스템 전체의 대형화 및 비용증대와 더불어, 측정시간의 장기화를 초래하고 있다.
따라서, 본 발명은 간단한 구성을 지니고 단시간(또는 실시간)에 투영광학계의 광학성능(파면수차 등)을 측정하는 측정장치를 탑재한 노광장치와, 이 측정장치를 이용하는 노광방법 및 상기 노광장치를 이용하는 디바이스의 제조방법을 제공하고자 한다.
광원으로부터의 광을 이용해서 마스크의 패턴을 피노광체에 노광하는 본 발명의 일측면에 의한 노광장치는 상기 패턴을 피노광체에 투영하는 투영광학계와, 상기 광을 이용해서 상기 투영광학계의 광학성능을 간섭 줄무늬로서 측정하는 측정장치를 포함하고, 상기 측정장치는 이상적인 구면파를 형성하기 위한 핀홀을 지닌 점회절 간섭계, 이상적인 원주파 또는 이상적인 타원파를 형성하기 위한 슬릿을 지닌 선회절 간섭계, 혹은 시어링 간섭을 이용하는 시어링 간섭계인 것을 특징으로 한다.
광원으로부터의 광을 이용해서 마스크의 패턴을 피노광체에 노광하는 본 발명의 다른 측면에 의한 노광장치는 상기 마스크를 조명하기 위한 조명광학계와, 상기 마스크와 상기 피노광체 간의 위치맞춤을 제공하기 위한 얼라인먼트 광학계(즉, 위치맞춤 광학계)와, 상기 패턴을 피노광체에 투영하는 투영광학계와, 상기 광을 이용해서 상기 투영광학계의 광학성능을 간섭 줄무늬로서 측정하는 측정장치를 포함하고, 상기 조명광학계 및 상기 얼라인먼트 광학계의 적어도 하나는 상기 측정장치의 일부로서 기능하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 의한 노광방법은 상기 노광장치를 이용해서 상기 투영광학계의 광학성능을 산출하는 공정과, 상기 산출공정에 의해 산출된 상기 투영광학계의 상기 광학성능에 의거해서 상기 투영광학계를 조절하는 공정과, 상기 조절공정에 의해 조절된 상기 투영광학계를 포함하는 상기 노광장치를 사용해서 피노광체를 노광하는 공정을 지닌 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 측면에 의한 디바이스의 제조방법은 상기 노광장치를 이용해서, 피노광체를 노광하는 공정과, 노광된 상기 피노광체를 현상하는 공정을 구비하고 있다.
본 발명의 기타 목적과, 또 다른 특징은 첨부도면을 참조한 바람직한 실시형태의 이하의 설명으로부터 용이하게 명백해질 것이다.
바람직한 실시형태의 상세한 설명
이하, 본 발명의 일실시형태에 의한 측정장치를 탑재한 노광장치에 대해서, 첨부도면을 참조해서 설명한다. 여기서, 도 1은 노광장치(100)의 개략 구성이다. 본 실시형태의 노광장치(100)는 예를 들면, 스텝-앤드-리피트 방식 또는 스텝-앤드-스캔 방식으로 마스크(152)의 회로패턴을 피노광체(플레이트)(172)에 노광하는 투영노광장치이다. 이러한 노광장치는 서브미크론이나 쿼터미크론의 리소그라피공정에 적합하게 적용가능하며, 이하, 본 실시형태에서는 스텝-앤드-스캔 방식의 노광장치("스캐너"라고도 칭함)를 일례로서 설명한다. 여기서 이용하는 스텝-앤드-스캔 방식이란, 마스크에 대해서 웨이퍼를 연속적으로 주사해서 마스크 패턴을 웨이퍼에 노광하고, 또한, 1샷의 노광후, 웨이퍼를 스텝이동해서, 다음의 샷대상으로 되는 노광영역으로 이동하는 노광방법이다. 또, 스텝-앤드-리피트 방식이란, 웨이퍼에의 일괄 투영의 샷마다 웨이퍼를 다음의 샷의 노광영역으로 스텝이동시키는 노광방법의 또 다른 형태이다.
노광장치(100)는 측정장치(101)와, 조명장치와, 얼라인먼트 광학계(120)와, 마스크(152)와, 투영광학계(160)와, 플레이트(172)를 지닌다. 또, 본 명세서에서는 다른 특정이 없는 한 참조부호 (100)은 참조부호 (100A) 등을 총괄하는 것으로 한다.
조명장치는 전사될 회로패턴을 지닌 마스크(152)를 조명하고, 따라서, 광원부(105)와, 조명광학계(편향 광학계(110), 제 1조명광학계(112))를 지닌다. 광원부(105)는 예를 들면, 광원으로서는 파장 약 193㎚의 ArF엑시머레이저 및 파장 약 248㎚의 KrF엑시머레이저를 사용하는 것이 가능하다. 단, 레이저의 종류는 엑시머레이저에 한정되지 않고, 레이저부의 개수도 한정되지 않는다. 또, 광원부(105)가 레이저를 사용할 경우, 레이저 광원으로부터의 평행광속을 소망의 빔형상으로 정형하는 빔정형광학계와, 간섭성의 레이저 광속을 비간섭성의 것으로 하는 비간섭성화 광학계를 사용하는 것이 바람직하다. 또, 광원부(105)에 사용가능한 광원은 레이저에 한정되는 것이 아니라, 수은램프나 크세논램프 등의 하나 또는 복수의 램프도 사용가능하다.
조명광학계는 마스크(152)를 조명하는 광학계이며, 렌즈, 미러, 광적분기, σ조리개 등을 포함한다. 본 실시형태의 조명광학계는 편향 광학계(110)와, 제 1조명광학계(112)를 포함한다. 편향 광학계(110)는 광원부(105)로부터의 광을 편향시켜 제 1조명광학계(112) 및 얼라인먼트 광학계(120)에 도광한다. 제 1조명광학계(112)는 마스크(152)를 조명하는 광학계이며, 예를 들면, 집광렌즈, 파리의 눈렌즈, 개구조리개, 콘덴서렌즈, 슬릿 및 결상광학계를 이 순서대로 포함한다.
얼라인먼트 광학계(120)는 측정장치(101)에 사용되는 마스크, 예를 들면, 후술하는 제 1마스크(142) 및 제 2마스크(180)를 조명하는 기능도 하므로, 본 명세서에서는 "제 2조명광학계"라 칭할 경우도 있으며, 이것은 본원 명세서 전반에 있어서 모두 적용된다. 얼라인먼트 광학계(120)는 얼라인먼트 스코프를 구성하는 동시에, 후술하는 바와 같이, 측정장치(101)의 일부를 구성한다. 얼라인먼트 광학계(120)는 통상의 노광시에는 광로밖에 배치되어 있고, 도 1은 얼라인먼트 조명광학계(120)를 구동하는 구동기구를 생략하고 있다. 얼라인먼트 스코프는 마스크(152) 위의 위치맞춤용 마크(도시생략)를 조명해서, 그 반사광과 기준마크를 비교한다. 또, 웨이퍼 스테이지(170) 위의 위치맞춤용 마크를 투영광학계(160) 위에 결상함으로써 웨이퍼 스테이지(170)의 위치맞춤도 제공한다.
마스크(152)는 예를 들면, 석영으로 이루어져 있고, 전사되어야할 회로패턴(또는 상)을 지니고 있고, 또, 마스크 스테이지(또는 레티클 스테이지)(150)에 의해 지지 및 구동된다. 마스크(152)로부터의 회절광은 투영광학계(160)를 통과해서, 플레이트(172) 위에 투영된다. 마스크(152)와 플레이트(172)는 광학적으로 공액인 관계에 위치되어 있다. 본 실시형태의 노광장치(100)는 스캐너이므로, 마스크(152)와 플레이트(172)를 축소배율의 속도비로 주사함으로써, 마스크(152)의 패턴을 플레이트(172) 위에 전사한다. 또, 스텝-앤드-리피트 방식의 노광장치("스테퍼"라고도 칭함)인 경우에는 마스크(152)와 플레이트(172)를 정지시킨 상태에서 마스크 패턴의 노광이 행해진다.
투영광학계(160)는 복수의 렌즈소자만을 포함하는 (굴절)광학계, 복수의 렌즈소자와 적어도 1매의 미러를 포함하는 (반사굴절)광학계, 복수의 렌조소자와 적어도 1매의 키노폼 등의 회절광학소자를 포함하는 광학계, 전체 미러형의 (반사)광학계 등을 사용해도 된다. 색수차의 보정이 필요한 경우에는, 분산치(압베수)가 다른 유리재로 이루어진 복수의 렌즈유닛을 이용하거나, 회절광학소자를 렌즈유닛과 역방향으로 분산되도록 구성한다. 이러한 투영광학계(160)의 광학성능(파면수차 등)을 측정장치(101)가 측정한다.
플레이트(172)는 웨이퍼나 LCD 등의 피노광체의 일례이며, 이 플레이트(172)에는 포토레지스트가 도포되어 있다. 플레이트(172)는 척(도시생략)을 통해서 웨이퍼 스테이지(170)에 놓인다. 웨이퍼 스테이지(170)는 플레이트(172), 및 측정장치(101)의 일부를 지지한다. 웨이퍼 스테이지(170)는 당업계에서 공지된 구성이면 어느 것이라도 적용하는 것이 가능하므로, 여기서는 상세한 구조 및 동작의 설명은 생략한다. 예를 들면, 웨이퍼 스테이지(170)는 리니어모터를 이용해서 XY방향으로 플레이트(172)를 이동하는 것이 가능하다. 마스크(152)와 플레이트(172)는 예를 들면, 동기 주사되고, 웨이퍼 스테이지(170)와 마스크 스테이지(150)의 위치는 얼라인먼트 광학계(120)에 의해 감시되어, 양자는 일정 속도비율로 구동된다.
상기 측정장치(101)는 얼라인먼트 광학계(즉, 제 2조명광학계)(120)와, 제 1마스크(142)와, 광선분할수단(146)과, 제 2마스크(180)와, 촬상수단(186)과, 통신용 케이블(188)과, 제어기(190)와, 메모리(192)를 지닌다. 본 실시형태에서는, 측정장치(101)는 타깃 광학계로서의 투영광학계의 광학성능을, 간섭 줄무늬를 검출함으로써 측정하는 간섭계를 포함하고, 간섭계로서 LDI를 사용한다. 하지만, 측정장치(101)는 후술하는 바와 같이 PDI나 LSI를 사용해도 된다.
도 2에 표시한 바와 같이, 제 2조명광학계(120)는 조명용 광학계(121), (123)와, 조명광학계용 시야조리개(122)와, 편향 미러(124)와, 하프미러(125)와, 집광렌즈(126)와, 촬상계용 광학계(127), (129)와, 기준 마크(128)와, 촬상수단(130)을 지닌다. 여기서, 도 2는 측정장치(101)의 제 2조명광학계(120), 제 1마스크(142) 및 광선분할수단(146)을 포함하는 광로도이다.
조명용 광학계(121)는 시야 조리개(122)에 광을 집광하는 집광수단이며, 해당 광학계는 시야 조리개(122)로부터의 광을 평행광으로 변환하는 콜리메이터이다. 편향 미러(124) 및 하프미러(125)는 조명용 광학계(123)로부터의 광을 편향시키고, 집광렌즈(126)는 광을 제 1마스크(142)에 집광한다. 광원부(105)로부터 편향광학계(110)를 통해서 공급된 광은 조명용 광학계(121) 내지 집광렌즈(126)를 거쳐서, 투영광학계(160)에 사출되고, 또, 하프미러(125) 내지 촬상수단(130)은 마스크 스테이지(150)와 웨이퍼 스테이지(170)에 대한 얼라인먼트 스코프로서 기능하므로, 집광렌즈(126)는 마스크 패턴과 플레이트(172)간의 얼라인먼트용의 대물렌즈로서도 기능한다.
제 1마스크(142)는 기판(140)을 통해서 제 2조명광학계(120)에 부착되고, 도 3에 표시한 바와 같이, 1쌍의 슬릿(144a) 및 (144b)을 지닌다. 여기서, 도 3은 제 1마스크(142)의 개략 평면도이다. 제 1마스크(142)는 90°의 각도로 배치된 2종류의 슬릿(144a) 및 (144b)을 포함한다. 슬릿(144a) 및 (144b)은 동일한 폭과 길이를 지니지만, 배향은 다르게 되어 있다.
후술하는 바와 같이, 집광렌즈(126)는 슬릿(144a) 또는 (144b)만을 조명한다. 이 목적을 위해서, 제 1마스크(142)는 제 2조명광학계(120)에 대해서 구동기구(도시생략)를 통해서 이동가능하게 부착되어 있어도 되고, 또는, 구동기구는 제 2조명광학계(120)에 설치되어 있어도 된다.
본 실시형태에서는 슬릿(144a)이 뻗는 방향을 y방향, 슬릿(144b)이 뻗는 방향을 x방향으로 부를 경우가 있다. 또, 본 실시형태에서는 슬릿(144a)을 0° 방위 슬릿, 슬릿(144b)을 90° 방위 슬릿이라 부를 경우가 있다. 슬릿(144a) 및 (144b)의 폭 △r은 투영광학계(160)의 레티클측, 즉 물체면쪽의 NA(개구수)를 NAo, 노광광의 파장을 λ라 하면, 다음과 같이 정의되는 회절한계보다도 작게 되어 있다.
[식 1]
△r < 0.5·λ/NAo
슬릿으로부터 회절된 광의 등위상 영역은 슬릿폭을 식 1로 정의할 경우 NAo의 범위로 유지된다. 길이 Lr은 길수록 광 강도를 향상시키지만, 투영광학계(160)의 수차의 동일성을 유지할 수 있는 아이소플래너틱(isoplanatic) 영역보다도 작게 할 필요가 있다.
광선분할수단(146)은 슬릿(144a) 또는 (144b)으로부터 회절된 광을 진폭분할한다. 광선분할수단(146)은 예를 들면, 도 4에 표시한 구조를 지니는 격자에 의해 구성된다. 광선분할수단(146)은 마스크 스테이지(150)위에 배치된 투과기판(도시생략)위에 배치된다. 혹은, 회절격자가 배치된 기판(도시생략)을 준비해서, 마스크(152) 대신에 마스크 스테이지(150)위에 탑재해도 된다.
도 4에 있어서는 광선분할수단(146)은 진폭형의 회절격자이다. y방향으로 긴 슬릿(144a)을 사용할 경우에는, 도 4에 표시된 (148a)과 같은 x방향으로 라인이 배열되어 있는 회절격자를 사용한다. 회절격자(148a)는 광을 x방향으로 분할한다. 분할된 광선들은 투영광학계(160)에 의해 제 2마스크(180)위에 결상된다. 회절격자(148a), (148b)는 광선분할수단(146)이 놓여 있는 마스크 스테이지(150)의 구동기구에 의해서 구동된다.
제 2마스크(180)는 도 5에 표시한 바와 같이, 0°방위(y방향) 슬릿(181a)과 창(183a)의 쌍과, 90°방위(x방향) 슬릿(181b)과 창(183b)의 쌍을 포함한다. 여기서, 도 5는 제 2마스크(180)의 개략 평면도이다. 슬릿(181a)과 창(183a)의 쌍과, 슬릿(181b)과 창(183b)의 쌍은 동일한 폭과 길이를 지니지만 그 배향은 다르게 되어 있다. 슬릿(181a) 및 (181b)의 폭 △w은 투영광학계(160)의 웨이퍼쪽 또는 상면쪽의 NA를 NAi, 노광광의 파장을 λ라 하면, 다음과 같이 정의되는 회절한계보다도 작다.
[식 2]
△w < 0.5·λ/NAi
슬릿으로부터 회절된 광의 등위상은 슬릿(181a) 및 (181b)의 폭을 식 2로 정의할 경우 NAi의 범위로 유지될 수 있다.
창(183a) 및 (183b)의 폭(△w')은 측정하고자 하는 투영광학계의 공간주파수에 의해 결정되며, 저주파 측정에 대해서는 좁게 하고, 고주파 측정에 대해서는 넓게 한다. 투영광학계(160)의 동공의 공간주파수를 f라 하고, 동공반경에서의 1주기를 지니는 파면수차의 주파수 f를 1로 하면, △w '는 다음 식으로 부여된다.
[식 3]
△w' = 2·f·λ/NAi
길이 Lw는 길수록 광 강도를 향상시키지만, 투영광학계(160)의 수차의 동일성을 유지할 수 있는 아이소플래너틱 영역보다도 작게 할 필요가 있다.
촬상수단(186)은 CCD 등이고, 슬릿(181a) 또는 (181b)과 창(183a) 또는 (183b)으로부터의 2개의 광선의 간섭 줄무늬를 검출한다. 케이블(188)은 촬상수단(186)과 제어기(190)를 서로 통신가능하게 접속한다. 제어기(190)는 촬상수단(186)의 출력으로부터 위상 정보를 취득한다. 메모리(192)는 후술하는 도 8에 표시한 측정방법, 촬상수단(186)의 출력으로부터 위상정보를 취득하기 위한 처리방법, 제어기(190)가 취득한 위상정보, 제어기(190)가 행하는 제어방법 및 그 밖의 데이터를 격납한다.
이하, 도 8을 참조해서, 측정장치(101)의 동작에 대해서 설명한다. 여기서, 도 8은 측정장치(101)의 동작을 설명하기 위한 순서도이다. 먼저, 투영광학계(160)의 x방향의 파면수차를 측정한다(스텝 1002).
도 1에 있어서, 광원부(105)로부터 나온(즉, 방사된) 광은 편향광학계(110)에 의해, 결상성능측정용의 제 2조명광학계(120)로 편향된다. 편향광학계(110)로부터의 광은 조명용 광학계(121)에 집광되어, 시야조리개(122)에 조사된다. 시야조리개(122)는 기판(140) 위의 제 1마스크(142)를 조사하기에 충분한 크기로 되어 있다. 시야 조리개(122)로부터의 광은 조명용 광학계(123)에 의해서 평행광으로 되고, 편향미러(124) 및 하프미러(125)에서 편향되어, 집광렌즈(126)에 도입된다. 집광렌즈(126)는 제 1마스크(142)에 광을 집광한다.
스텝 1002에 있어서, 구동기구(도시생략)는 제 2조명광학계(120)와 제 1마스크(142)를 서로에 대해 상대적으로 이동시켜, 집광렌즈(126)로부터의 광이 0°방위슬릿(144a)만을 조사하도록 한다.
슬릿(144a)은 회절한계보다도 작은 폭을 지니므로, 슬릿(144a)으로부터 나온 광은 x방향에 관해서는 등위상의 파면을 지닌 회절광으로 된다. 한편, 슬릿(144a)의 y방향 또는 길이방향의 광의 회절은 작으므로, 적어도 도 3의 y방향에 관해서는 투영광학계(160)의 물체쪽 또는 레티클쪽의 NA와 동등 혹은 그 이상의 NA를 지니는 광을 집광렌즈(126)가 슬릿(144a)에 집광한다. 이것에 의해, 투영광학계(160)의 광학동공 전체면에 광이 조사될 수 있게 된다. 또한, 슬릿(144a)의 폭방향으로 회절된 광은 등위상의 파면을 지닌다.
슬릿(144a)은 광을 회절시키고, 해당 광은 x방향으로 등위상의 파면을 지녀서, 광선분할수단(146)의 회절격자(148a)에 의해 x방향으로 진폭분할된다. 진폭분할된 복수의 광은 투영광학계(160)에 의해 제 2마스크(180) 위에 결상된다. 즉, 슬릿(144a) 및 회절격자(148a)에 의해 회절된 광중, 0차 광이 제 2마스크(180)의 슬릿(181a)에 결상하고, 1차 회절광이 창(183a)에 결상하도록, 회절격자(148a)의 피치는 결정되는 동시에 광선분할수단(146)은 마스크 스테이지(150)에 의해서 위치결정되고 있다. 그 밖의 회절광은 제 2마스크(180)의 차광부에서 차광된다. 1차 회절광 대신에 -1차 회절광을 사용해도 된다.
창(183a)을 통과한 광은 투영광학계(160)의 파면수차의 영향을 받는다. 한편, 슬릿(181a)은 회절한계보다도 작은 폭을 지니므로, 슬릿(181a)으로부터 나온 광은 x방향으로 퍼져, x방향에 관해서는 투영광학계(160)의 파면수차정보가 제거된, 등위상의 파면을 지닌 회절광으로 된다. 도 6은 슬릿(181a)과 창(183a)의 중심으로부터 나온 광을 표시한다. 슬릿(181a)을 통과한 광은 이상적인 원주파면 또는 이상적인 타원파면(182a)을 지니며, 창(183a)을 통과한 광은 타깃 파면을 지니는 것을 이해할 수 있다.
도 7은 촬상수단(186)이 검출하는, 슬릿(181a)과 창(183a)의 중심으로부터 나온 광의 간섭 줄무늬의 일례를 표시한다. 슬릿(181a)과 창(183a) 사이의 간격만큼 중심이 벗어난 투영광학계(160)의 2개의 동공 상들의 공통영역에 간섭 줄무늬가 발생하고 있다. 광(182a)은 x방향에 있어서 등위상의 파면을 지니므로, 도 7의 간섭 줄무늬로부터 위상정보를 인출하면, 투영광학계(160)의 x방향의 파면수차를 구할 수 있다. 위상정보의 취득에는 소위, 프린지(fringe) 주사법을 이용한다. 프린지 주사법에 있어서는, 마스크 스테이지(150)가 회절격자(148a)를 회절격자의 라인과 수직방향, 또는, x방향으로 1피치정도 주사하고, 촬상수단(186)이 복수매의 간섭 줄무늬를 촬상한다.
촬상된 복수매의 간섭 줄무늬는 촬상수단(186)으로부터 케이블(188)을 통해서 제어기(190)에 보내지고, 제어기(190)는 위상정보를 취득한다. 제어기(190)는 위상정보를 취득할 때에, 예를 들면, 전자모아레법을 사용해도 된다. 본 실시형태에서는, 간섭 줄무늬는 도 7에 표시한 바와 같은 캐리어 줄무늬를 지니므로, 촬상된 간섭 줄무늬에, 제어기(190)가 작성 또는 미리 준비되어서 메모리(192)에 격납된 캐리어 줄무늬를 곱할 필요가 있다. 전자모아레법을 이용하면, 1매의 간섭 줄무늬로부터 위상정보를 인출할 수 있으므로 시간의 관점에서 유리하다.
다음에, 투영광학계(160)의 y방향의 파면수차의 측정을 행한다(스텝 1004). 스텝 1002와 마찬가지로 해서, 집광렌즈(126)는 제 1마스크(142)에 광을 집광한다. 이때, 스텝 1004에 있어서, 구동기구(도시생략)는 제 2조명광학계(120)와 제 1마스크(142)를 서로 상대적으로 이동시켜, 집광렌즈(126)로부터의 광이 90°방위슬릿(144b)만을 조사하도록 한다.
슬릿(144b)은 회절한계보다도 작은 폭을 지니므로, 슬릿(144b)으로부터 나온 광은 등위상의 파면을 지닌 회절광으로 된다. 한편, 슬릿(144b)의 x방향 또는 길이방향의 광의 회절은 작으므로, 투영광학계(160)의 물체쪽, 즉 레티클쪽의 NA와 동등 혹은 그 이상의 NA를 지니는 광을 집광렌즈(126)에서 슬릿(144a)에 집광한다. 이것에 의해, 투영광학계(160)의 동공 전체면에 광이 조사될 수 있게 된다. 또한, 슬릿(144b)의 폭방향으로 회절된 광은 등위상의 파면을 지닌다.
슬릿(144b)은 광을 회절시키고, 해당 광은 y방향으로 등위상의 파면을 지녀서, 광선분할수단(146)의 회절격자(148b)에 의해 y방향으로 진폭분할된다. 진폭분할된 복수의 광은 투영광학계(160)에 의해 제 2마스크(180) 위에 결상된다. 즉, 슬릿(144b) 및 회절격자(148b)에 의해 회절된 광중, 0차 광이 제 2마스크(180)의 슬릿(181b)에 결상하고, 1차 회절광이 창(183b)에 결상하도록, 회절격자(148b)의 피치는 결정되는 동시에 광선분할수단(146)은 마스크 스테이지(150)에 의해서 위치결정되고 있다. 그 밖의 회절광은 제 2마스크(180)의 차광부에서 차광된다. 1차 회절광 대신에 -1차 회절광을 사용해도 된다.
창(183b)을 통과한 광은 투영광학계(160)의 파면수차의 영향을 받는다. 한편, 슬릿(181b)은 회절격자보다도 작은 폭을 지니므로, 슬릿(181b)으로부터 나온 광은 y방향으로 퍼져, y방향에 관해서는 투영광학계(160)의 파면수차정보가 제거된, 등위상의 파면을 지닌 회절광으로 된다. 간섭 줄무늬의 위상의 취득에는 스텝 1002와 마찬가지로 프린지 주사법을 이용한다. 프린지 주사법에 있어서는, 마스크 스테이지(150)가 회절격자(148b)를 회절격자의 라인과 수직방향, 또는, y방향으로 1피치정도 주사하고, 촬상수단(186)이 복수매의 간섭 줄무늬를 촬상한다.
촬상된 복수매의 간섭 줄무늬는 촬상수단(186)으로부터 케이블(188)을 통해서 제어기(190)에 보내지고, 제어기(190)는 위상정보를 취득한다. 제어기(190)는, 위상정보를 취득할 때에, 예를 들면, 전자모아레법을 사용해도 된다. 슬릿(181b)으로부터의 파면은 y방향으로 등위상의 파면을 지니므로, 스텝 1004에서 측정된 위상은 투영광학계(160)의 y방향의 파면수차정보를 포함한다.
다음에, 제어기(190)는 스텝 1002 및 1004에서 얻어진 투영광학계(160)의 x방향의 파면수차정보와 y방향의 파면수차정보를 접속함으로써 투영광학계(160)의 파면수차정보를 얻는다(스텝 1006). 또, 측정하는 화각을 변화시키면서, 스텝 1002 및 1004를 반복함으로써, 투영광학계(160)의 전체 화각에 있어서의 파면수차정보를 제공하는 것이 가능하다(스텝 1008). 제어기(190)는 각 화각에 있어서의 파면수차로부터 회전비대칭성분을 추출함으로써, 투영광학계(160)의 왜곡성분을 계산하는 것이 가능하다(스텝 1010). 또, 제어기(190)는 파면수차의 회전대칭성분으로부터 투영광학계(160)의 상면만곡을 구하는 것도 가능하다(스텝 1012).
이상, 본 실시형태에 의하면, 투영광학계(160)의 복수의 화각에 있어서의 파면수차와, 화각내의 왜곡과, 상면만곡의 측정이 가능해진다. 물론, 1개의 화각에 대해서, 스텝 1002 내지 1006만을 행하여, 1개의 화각의 파면수차만을 측정하는 것도 가능하다.
상기 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 있어서는, 제 2조명광학계(120)는 마스크(152)와 플레이트(172)간의 위치맞춤을 제공하는 얼라인먼트 광학계로서도 기능하고 있다. 집광렌즈(126)를 이용해서, 마스크 스테이지(150)위에 배치된 위치맞춤용 마크(도시생략)에 광을 조사한다. 조명된 위치맞춤용 마크는 집광렌즈(126)와 촬상계용 광학계(127)에 의해 기준마크(128) 위에 중간결상된다. CCD 등의 촬상수단(130) 위의 촬상계용 광학계(129)는 위치맞춤용 마크의 중간상과 기준 마크를 결상한다. 마스크 스테이지(150)의 위치맞춤은 촬상수단(130)위의 위치맞춤용 마크상과 기준마크상간의 어긋남량의 측정결과를 이용한다. 마찬가지로 해서, 웨이퍼 스테이지(170) 위의 위치맞춤용 마크(도시생략)를 투영광학계(160)를 통해서 촬상수단(130)에 결상해도, 웨이퍼 스테이지(170)는 위치맞춤된다.
본 실시형태에 있어서는 얼라인먼트 스코프와 측정장치(101)의 일부(조명부)를 공통으로 사용하므로, 구조의 간소화와 비용저감이 가능해진다.
이하, 도 8 내지 도 10을 참조해서, 본 발명의 제 2실시형태의 측정장치(101A)에 대해서 설명한다. 측정장치(101A)는 제 2조명광학계(120A), 광선분할수단(146)의 배치, 및 제 1마스크(142A)에 대해서 도 2에 표시한 측정장치(101)와 다르다. 또, 제 1실시형태에 있어서 대응하는 소자인 이들 소자에는 동일한 부호를 붙이고, 중복설명은 생략한다. 또, 측정장치(101A)가 사용되는 경우, 도 1에 표시한 참조부호(101)는 (101A)로 교체한다. 여기서, 도 9는 측정장치(101A)의 제 2조명광학계(120A), 광선분할수단(146) 및 제 1마스크(142A)를 포함하는 광로도이다.
본 실시형태는, 측정장치(101A)가 얼라인먼트 스코프로서 기능하는 제 2조명광학계(120A)를 이용해서 기구의 간소화를 도모하고 있는 점은 제 1실시형태와 마찬가지이며, 제 2조명광학계(120A)의 광학계(121) 내지 촬상수단(130)은 마찬가지 기능을 지니지만, 단, 집광렌즈(126)의 집광점은 마스크 스테이지(150)위의 제 1마스크(142A)에 설정되어 있다.
측정장치(101A)는 도 4에 표시한 광선분할수단(146)을 사용하나, 광선분할수단(146)을 도 2에 표시한 제 2조명광학계(120)의 집광렌즈(126)와 하프미러(125)와의 사이에 설치하고 있는 점에서(또는 제 2조명광학계(120A)를 사용하고 있는 점에서), 제 1실시형태와 다르다. 이 결과, 집광렌즈(126)에는 광선분할수단(146)에 의해서 진폭분할된 복수의 광이 입사한다. 회절격자(148a)는 제 1마스크(142A)의 슬릿(144c)과 창(145a)에 대응하고, 회절격자(148b)는 슬릿(144d)과 창(145b)에 대응한다.
또, 본 실시형태는 제 1마스크(142A)를, 제 2조명광학계(120A)쪽 대신에 마스크 스테이지(150)의 기판(도시생략)(기판(140)에 상당)에 일체적으로 설치하고 있는 점에서도 제 1실시형태와 다르다. 이 기판은 예를 들면, 석영이나 형석 등의 투명기판으로 이루어진다. 이 기판의 어느 한 쪽면에, 제 1마스크(142A)를 형성한다. 집광렌즈(126)는 광을 마스크 스테이지(150) 위에 배치된 제 1마스크(142A)에 집광한다. 집광광은 투영광학계(160)의 레티클쪽, 또는, 물체쪽의 NAo와 마찬가지로 σ=1 조명을 제공한다. 집광렌즈(126)에는 광선분할수단(146)에 의해 진폭분할된 복수의 광이 입사하므로, 제 1마스크(142A)에도 복수의 상이 집광된다. 집광된 상의 크기는 시야조리개(122)에 의해서 결정되는 크기로 제한되고 있다.
제 1마스크(142A)의 구조를 도 10에 표시한다. 여기서, 도 10은 제 1마스크(142A)의 개략평면도이다. 제 1마스크(142A)는 0°방위 슬릿(144c)과 창(145a)의 쌍과, 90°방위 슬릿(144d)과 창(145b)의 쌍을 포함한다. 슬릿(181a)과 창(183a)의 쌍과, 슬릿(181b)과 창(183b)의 쌍은 동일한 폭과 길이를 지니지만 그 배향은 다르게 되어 있다. 슬릿(144c) 및 (144d)의 폭 △r은 투영광학계(160)의 레티클쪽 또는 물체쪽의 NA를 NAi, 노광광의 파장을 λ라 하면, 다음과 같이 정의되는 회절한계보다도 작다.
[식 4]
△r< 0.5·λ/NAi
슬릿으로부터 회절된 광의 등위상은 슬릿(144c) 및 (144d)의 폭을 식 4로 정의할 경우 NAi의 범위로 유지될 수 있다. 한편, 창(145a) 및 (145b)의 폭 △r'는 λ/NAi보다도 작다. 식 3은 적용가능하지만, 창(145a) 및 (145b)을 통과한 광은 후술하는 바와 같이, 웨이퍼쪽에서 회절한계보다도 작은 슬릿을 통과하기 때문에 레티클쪽에서 등위상으로 할 필요는 없으므로, 광량의 관점에서 폭 △r'는 넓게 해 둔다.
회절격자(148a)에 의해 회절된 광중, 0차 광이 슬릿(144c)에 결상되고, 1차 회절광이 창(145a)에 결상되도록, 회절격자(148a)의 피치는 결정되는 동시에 마스크 스테이지(150)는 제 1마스크(142A)를 위치결정한다. 그 밖의 회절광은 제 1마스크(142A)의 차광부에서 차광된다. 1차 회절광 대신에 -1차 회절광을 사용해도 되고, 0차 광 대신에 ±1차 회절광을 사용해도 된다. 제 2마스크(180) 및 그 밖의 측정장치(101A)내의 촬상수단(186) 내지 메모리(192)는 도 1과 마찬가지이다.
이하, 도 8을 참조해서, 측정장치(101A)의 동작에 대해서 설명한다. 먼저, 투영광학계(160)의 x방향의 파면수차를 측정한다(스텝 1002). 제 1실시형태에 있어서의 스텝 1002와 마찬가지로, 집광렌즈(126)는 제 1마스크(142A)에 광을 집광한다. 스텝 1002에 있어서, 구동기구(도시생략)는 제 2조명광학계(120A)와 마스크 스테이지(150)를 서로에 대해 상대적으로 이동시켜, 집광렌즈(126)로부터의 광이 0°방위슬릿(144c) 및 창(145a)만을 조사하도록 한다. 슬릿(144c)을 통과한 광은 제 1실시형태에서 설명한 바와 같이 도 10에 있어서의 x방향에 관해서는 등위상의 파면을 지닌다. 또, 창(145a)을 통과한 광은 제 2조명광학계(120A)의 수차를 포함한다. 제 1마스크(142A)의 슬릿(144c)과 창(145a)은 투영광학계(160)에 의해, 웨이퍼 스테이지(170) 위의 제 2마스크(180)에 결상한다. 제 1마스크(142A)의 슬릿(144c)은 제 2마스크(180)의 창(183a)에 결상하고, 창(145a)은 슬릿(181a)에 결상하도록, 웨이퍼 스테이지(170)를 구동해서, 제 2마스크(180)의 위치를 조정한다.
슬릿(181a)에 의해 회절된 광은 x방향으로 등위상의 파면을 지닌다. 한편, 창(183a)을 통과하는 파면은 제 1슬릿(144c)에 의해서 x방향으로 등위상의 파면으로 정형된 후, 투영광학계(160)를 통과하기 때문에, 투영광학계(160)의 x방향의 파면수차정보를 지니고 있다. 이 때문에, 촬상수단(186)에 의해서 관찰된 간섭 줄무늬로부터 유도된 위상정보는 투영광학계(160)의 x방향의 파면수차정보를 제공한다. 간섭 줄무늬로부터의 위상정보의 산출은 제 1실시형태와 마찬가지로, 프린지 주사방법을 이용해서 회절격자(148a)를 구동수단(도시생략)에 의해 구동해도 된다. 또는, 전자모아레법을 이용해도 된다.
스텝 1004에서 투영광학계(160)의 y방향의 파면수차를 계산할 때에는, 광선분할수단(146)의 회절격자(148b), 제 1마스크(142A)의 슬릿(144d)과 창(145b), 그리고, 제 2마스크(180)의 슬릿(181b)과 창(183b)을 이용해서, 스텝 1002와 마찬가지의 측정을 행한다.
다음에, 제어기(190)는 스텝 1002 및 1004에서 얻어진 투영광학계(160)의 x방향의 파면수차정보와 y방향의 파면수차정보를 접속함으로써 투영광학계(160)의 파면수차정보를 얻는다(스텝 1006). 또, 측정하는 화각을 변화시키면서, 스텝 1002 및 1004를 반복함으로써, 투영광학계(160)의 전체 화각에 있어서의 파면수차정보를 제공하는 것이 가능하다(스텝 1008). 제어기(190)는 각 화각에 있어서의 파면수차로부터 회전비대칭성분을 추출함으로써, 투영광학계(160)의 왜곡성분을 계산하는 것이 가능하다(스텝 1010). 또, 제어기(190)는 파면수차의 회전대칭성분으로부터 투영광학계(160)의 상면만곡을 얻는 것도 가능하다(스텝 1012).
이와 같이 해서, 본 실시형태에 의하면, 투영광학계(160)의 복수의 화각에 있어서의 파면수차와, 화각내의 왜곡과, 상면만곡의 측정이 가능해진다. 물론, 1개의 각에 대해서, 스텝 1002 내지 1006만을 행하여, 1개의 화각의 파면수차만을 측정하는 것도 가능하다.
본 실시형태에 있어서도, 제 2조명광학계(120A)는 광선분할수단(146)이 얼라인먼트 계측시 광로로부터 물러나 있더라도, 마스크(152)와 플레이트(172)사이의 얼라인먼트를 제공하는 얼라인먼트 광학계로서 기능하고 있다. 그 결과, 제 2조명광학계(120A)는 실질적으로 제 2조명광학계(120)와 마찬가지의 작용을 발휘한다. 본 실시형태에 있어서도, 얼라인먼트 스코프와 측정장치(101A)의 일부(조명부)를 공통으로 이용하므로, 장치의 간소화와 비용저감이 가능하다. 물론, 이들은 별개의 부재로서 구성해도 된다.
이하, 도 10 및 도 11을 참조해서, 본 발명의 제 3실시형태에 의한 측정장치(101B)에 대해서 설명한다. 측정장치(101B)는 제 1마스크(142A) 및 광선분할수단(146)의 배치에 대해서, 측정장치(101), (101A)와 다르다. 또, 도 2 및 도 9에 있어서의 대응하는 소자인 이들 소자에는 동일한 부호를 붙이고 중복설명은 생략한다. 또, 측정장치(101B)가 사용되는 경우, 도 1에 있어서의 참조부호(101)는 (101B)로 교체한다. 여기서, 도 11은 측정장치(101B)의 제 2조명광학계(120), 광선분할수단(146) 및 제 1마스크(142A)를 포함하는 광로도이다.
본 실시형태는 측정장치(101B)가 얼라인먼트 스코프로서 기능하는 제 2조명광학계(120A)를 이용해서 구조를 간소화하고 있는 점은 제 1실시형태와 공통이다. 제 2조명광학계(120A)의 조명용 광학계(121) 내지 촬상수단(130)은 마찬가지의 기능을 지니지만, 단, 집광렌즈(126)의 집광점은 마스크 스테이지(150)위의 제 1마스크(142A)에 설정되어 있다.
측정장치(101B)는 도 4에 표시한 광선분할수단(146)을 사용하나, 제 2조명광학계(120)쪽상의 마스크 스테이지(150) 위에 탑재된 기판(도시생략)에 광선분할수단(146)을 배치하고 있다. 회절격자(148a)는 후술하는 제 1마스크(142A)의 슬릿(144c)과 창(145a)에 대응하고, 회절격자(148b)는 슬릿(144d)과 창(145b)에 대응한다. 또, 본 실시형태는 제 1마스크(142A)를, 투영광학계(160)쪽의 마스크 스테이지(150) 위에 탑재된 기판(도시생략)에 배치하고 있다. 이 기판은 예를 들면, 석영이나 형석 등의 투명기판으로 이루어진다. 이 기판의 한 쪽면에 광선분할수단(146)을 형성하고, 이 기판의 다른 쪽 면에 제 1마스크(142A)를 형성한다. 집광렌즈(126)는 광을 마스크 스테이지(150) 위에 배치된 제 1마스크(142A)에 집광한다. 집광광은 투영광학계(160)의 레티클쪽, 또는, 물체쪽의 NAo와 마찬가지로 σ=1 조명을 제공한다. 집광렌즈(126)에는 광선분할수단(146)에 의해 진폭분할된 복수의 광이 입사하므로, 제 1마스크(142A)에도 복수의 상이 집광된다. 집광된 상의 크기는 시야조리개(122)에 의해서 결정되는 크기로 제한되고 있다.
회절격자(148a)에 의해 회절된 광중, 0차 광이 창(145a)에 결상되고, 1차 회절광이 슬릿(144c)에 결상되도록, 회절격자(148a)의 피치는 결정된다. 그 밖의 회절광은 제 1마스크(142A) 위의 차광부에서 차광된다. 1차 회절광 대신에 -1차 회절광을 사용해도 되고, 0차 광 대신에 ±1차 회절광을 사용해도 된다. 제 2마스크(180) 및 그 밖의 측정장치(101B)의 촬상수단(186) 내지 메모리(192)는 도 1과 마찬가지이다.
측정장치(101B)의 동작은 측정장치(101A)의 동작과 마찬가지이다. 본 실시형태에서도, 얼라인먼트 스코프와 측정장치(101A)의 일부(조명부)를 공통으로 이용하므로, 구조의 간소화와 비용저감이 가능하다. 특히, 본 실시형태는 제 2조명광학계(120)내에 슬릿과 회절격자를 필요로 하지 않으므로, 종래의 노광장치의 얼라인먼트 스코프를 그대로 사용할 수 있다. 물론, 이들은 별개의 부재로서 구성해도 된다.
이하, 도 12 및 도 13을 참조해서, 본 발명의 제 4실시형태에 의한 측정장치(101C)에 대해서 설명한다. 여기서, 도 12는 노광장치(100A)의 개략 블록도이고, 도 13은 제 2조명광학계(120B), 광선분할수단(146), 제 1마스크(142B) 및 제 2마스크(180A)의 광로도이다. 제 4실시형태의 측정장치(101C)는 제 1 내지 제 3실시형태의 측정장치(101) 내지 (101B)와는 촬상수단(186)을 제 2조명광학계(120)내에 배치하고 있는 점에서 다르다. 또, 제 1 내지 제 3실시형태에 있어서의 대응하는 소자인 이들 소자에는 동일한 부호를 붙이고 중복설명은 생략한다.
제 1마스크(142B)는 도 3에 표시한 제 1마스크(142)와 동일한 구조를 지니고, 시야조리개(122) 대신에 조명용 광학계(121)와 조명용 광학계(123) 사이에 삽입되어 있다. 단, 슬릿(144a) 및 (144b)의 폭 △r은 투영광학계(160)의 레티클쪽 또는 물체쪽의 NA를 NAo, 노광광의 파장을 λ, 조명용 광학계(123)와 집광렌즈(126)에 의한 결상배율을 β라 하면, 다음과 같이 정의되는 회절한계보다도 작다.
[식 5]
△r < 0.5·λ/NAo·β
슬릿으로부터 회절된 광의 등위상은 슬릿폭을 식 5로 정의할 경우 NAo의 범위로 유지될 수 있다. 길이 Lr은 길수록 광 강도를 향상시키지만, 투영광학계(160)의 수차의 동일성을 유지할 수 있는 아이소플래너틱 영역보다도 작게 할 필요가 있다. 제 1마스크(142)는 구동기구(도시생략)에 의해서 구동가능하고, 조명영역은 슬릿(144a)과 (144b) 사이에서 선택할 수 있다.
마스크 스테이지(150)는 도 12에 표시한 바와 같이, 광이 통과하는 관통구멍(151)을 지닌다. 광선분할수단(146)은 하프미러(125)와 촬상계용 광학계(127)와의 사이에 배치되어 있다.
제 2마스크(180A)는 도 5에 표시한 제 2마스크(180)와 마찬가지 구조를 지니고, 기준 마크(128) 대신에, 촬상계용 광학계(127) 및 (129)사이에 설치되어 있다. 슬릿(181a) 및 (181b)의 폭 △w는 촬상계용 광학계(127)와 집광렌즈(126)에 의한 결상배율을 β'라 할 경우, 다음 식에 의해 결정되는 회절한계보다도 작다.
[식 6]
△w < 0.5·λ/NAo·β'
슬릿(181a) 및 (181b)으로부터 회절된 광의 등위상은 슬릿(181a) 및 (181b)의 폭 △w를 식 6으로 정의할 경우 NAo의 범위로 유지될 수 있다. 창(183a)의 폭 △w'은 측정하고자 하는 투영광학계(160)의 공간주파수에 의해 결정되며, 저주파 측정에 대해서는 좁게 하고, 고주파 측정에 대해서는 넓게 한다. 투영광학계(160)의 동공의 공간주파수를 f라 하고, 동공반경에서의 1주기를 지니는 파면수차의 주파수 f를 1로 하면, △w '는 다음식으로 부여된다.
[식 7]
△w' = 2·f·λ/NAi·β'
슬릿(181a) 및 창(183a)의 길이 Lw는 길수록 광 강도를 향상시키지만, 투영광학계(160)의 수차의 동일성을 유지할 수 있는 아이소플래너틱 영역보다도 작게 할 필요가 있다.
촬상계용 광학계(129)와 촬상수단(130)과의 사이에는 동공 공액 광학계(131)가 설치되어 있다.
또, 측정장치(101C)는 웨이퍼 스테이지(170)의 상면 위에 반사수단(174)을 또 포함한다. 도 12에 있어서, 반사수단(174)은 광의 집광점에 곡률중심을 지니는 오목면경이며, 해당 반사수단(174)은 광을 거의 정반사한다. 또, 측정장치(101C)는 마스크 스테이지(150)의 물체면 위에 또 다른 반사수단(156)을 포함한다. 도 13에 있어서, 반사수단(156)은 광의 집광점에 곡률중심을 지니는 오목면경이며, 해당 반사수단(156)은 광을 거의 정반사한다. 반사수단(156)은 다른 수단을 이용해서 형상 또는 파면위상을 알고 있는 오목면 또는 볼록면의 구면경이면 충분하다.
이하, 도 14를 참조해서, 측정장치(101C)의 동작을 설명한다. 여기서, 도 14는 측정장치(101C)의 동작을 설명하는 순서도이다. 먼저, 투영광학계(160)의 x방향의 파면수차를 측정한다(스텝 1102).
도 13에 있어서, 광원부(105)로부터 나온 광은 편향광학계(110)에 의해 결상성능측정용의 제 2조명광학계(120B)에 편향된다. 편향 광학계(110)로부터의 광은 조명용 광학계(121)에 의해 집광되어, 제 1마스크(142B)에 조사된다. 제 1마스크(142B)로부터의 광은 조명용 광학계(123)에서 평행광으로 되고, 편향미러(124) 및 하프 미러(125)에 의해서 편향되어, 집광렌즈(126)에 도입된다. 스텝 1102에 있어서는 구동기구(도시생략)는 제 1마스크(142B)를 이동해서, 광이 0°방위 슬릿(144a)만을 조사하도록 한다.
슬릿(144a)은 회절한계보다도 작은 폭을 지니므로, 슬릿(144a)으로부터 나온 광은 x방향에 관해서는 등위상의 파면을 지닌 회절광으로 된다. 한편, 슬릿(144a)의 y방향 또는 길이방향의 광의 회절은 작으므로, 적어도 도 3의 y방향에 관해서는 투영광학계(160)의 물체쪽 또는 레티클쪽의 NA와 동등 혹은 그 이상의 NA를 지니는 광을 집광렌즈(126)에서 슬릿(144a)에 집광한다. 이것에 의해, 투영광학계(160)의 동공 전체면에 광이 조사될 수 있게 된다. 또한, 슬릿(144a)의 폭방향으로 회절된 광은 등위상의 파면을 지닌다.
슬릿(144a)에 의해 회절된 광은 조명용 광학계(123)와 집광렌즈(126)에 의해 물체면 위에 결상한다. 물체면에 대한 결상광은 투영광학계(160)에 의해, 웨이퍼 스테이지(170)쪽의 상면 위에 집광하고, 반사수단(174)에 의해서 반사된다. 해당 반사수단(오목면경)(174)은 광을 거의 정반사한다. 반사된 광은 투영광학계(160)의 동일한 귀환광로를 통해 마스크 스테이지(150)쪽상의 물체면에 집광되고, 집광렌즈(126) 및 하프미러(125)를 통해서 광선분할수단(146)에 입사한다. 광선분할수단(146)은 광을 x방향으로 진폭분할하고, 진폭분할된 광은 촬상계용 광학계(127)에 의해 제 2마스크(180A)에 집광된다.
회절격자(148a)에 의해 회절된 광중, 0차 광이 슬릿(181a)에 결상되고, 1차 회절광이 창(183a)에 결상되도록, 회절격자(148a)의 피치는 결정된다. 또, 그 밖의 회절광은 제 2마스크(180A)의 차광부에서 차광된다. 1차 회절광 대신에 -1차 회절광을 사용해도 된다. 창(183a)을 통과한 광은 투영광학계(160)의 파면수차의 영향을 받는다. 한편, 슬릿(181a)은 회절한계보다도 작은 폭을 지니므로, 슬릿(181a)으로부터 나온 광은 x방향으로 퍼져, x방향에 관해서는 투영광학계(160)의 파면수차정보가 제거된, 등위상의 파면을 지닌 회절광으로 된다.
제 2마스크(180A)를 통과한 광은 촬상계용 광학계(129)와 동공 공액광학계(131)를 통해서 촬상수단에 의해 촬상된다. 촬상수단(130)은 투영광학계의 파면수차정보를 포함하는 광과 x방향으로 등위상의 파면을 지닌 광의 간섭 줄무늬를 관찰한다. 이 간섭 줄무늬로부터의 위상정보의 산출은 투영광학계(160)의 x방향의 파면수차를 정밀도 좋게 제공한다.
간섭 줄무늬로부터 위상을 구하기 위해서는 프린지 주사법을 이용한다. 프린지 주사법은 광선분할수단(146)의 회절격자(148a)를 회절격자의 라인과 수직방향 또는 도 4의 x방향으로 1피치정도 주사함으로써 필요한 위상 변조를 제공한다. 광선분할수단(146)의 구동기구(도시생략)는 회절격자(148a)를 구동한다. 촬상된 복수의 간섭 줄무늬는 촬상수단(130)으로부터 케이블(188)을 통해서 제어기(190)에 보내고, 해당 제어기(190)는 위상정보를 얻는다. 제 1실시형태와 마찬가지로, 제어기(190)는 전자모아레법을 이용해서 위상정보를 얻을 수 있다. 본 실시형태에서, 촬상된 간섭 줄무늬는 투영광학계를 2회 통과할 수 있고, 투영광학계(160)의 파면수차의 2배의 값을 측정한다. 따라서, 연산을 통해 보정을 행한다(즉, 2로 나눈다).
다음에, 투영광학계(160)의 y방향의 파면수차의 측정을 행한다(스텝 1104). 스텝 1104에서는 구동기구(도시생략)가 제 1마스크(142B)를 구동해서, 90°방위 슬릿(144b)만을 사용하도록 한다. 또, 이것에 응답해서, 회절격자(148b), 슬릿(181b) 및 창(183b)을 사용한다. 조명용 광학계(121)는 제 1마스크(142B)의 90°방위슬릿(144b)에 광을 조사한다. 광은 슬릿(144b)에 의해 회절되어, y방향에 있어서 등방위인 파면을 지니게 되어서, 조명용 광학계(123), 편향미러(124) 및 하프미러(125)를 통해서, 집광렌즈(126)에 입사한다.
집광렌즈(126)는 제 1마스크(142B)의 슬릿(144b)을 투영광학계(160)의 물체면 위에 집광한다. 물체면상의 결상광은 투영광학계(160)에 의해, 웨이퍼 스테이지(170)의 상면에 집광되고, 반사수단(174)에 의해 반사되어, 투영광학계(160)의 동일한 귀환광로를 통해 마스크 스테이지(150)의 물체면에 집광된다. 집광광은 집광렌즈(126) 및 하프미러(125)를 통해서 광선분할수단(146)의 회절격자(148b)에 입사한다. 회절격자(148b)는 광을 y방향으로 진폭분할하고, 진폭분할된 광중, 0차광은 촬상계용 광학계(127)에 의해 제 2마스크(180A)의 슬릿(181b)에 집광되고, 1차 회절광은 창(183b)에 집광된다. 또는 -1차 회절광을 창에 집광해도 된다.
슬릿(181b)을 통해 회절된 광은 y방향에 있어서 등위상인 파면을 지닌다. 한편, 창(183b)을 통과한 광은 투영광학계(160)의 파면수차정보를 지닌다. 따라서, 촬상수단(130)은 투영광학계의 y방향의 간섭 줄무늬로부터 유도된 위상정보를 관찰한다. 간섭 줄무늬로부터의 위상정보의 계산은 스텝 1102와 마찬가지로, 회절격자(148b)를 y방향으로 1피치정도 구동함으로써 프린지 주사법을 사용한다. 또는, 전자모아레법을 이용해도 된다. 스텝 1102와 마찬가지로, 촬상된 간섭 줄무늬는 투영광학계를 2회 통과해서, 투영광학계(160)의 2배의 파면수차를 측정하게 된다. 따라서, 연산을 통해서 보정을 행한다.
다음에, 제어기(190)는 스텝 1102 및 1104에서 얻어진 투영광학계(160)의 x방향의 파면수차정보와 y방향의 파면수차정보를 접속함으로써, 투영광학계(160)의 파면수차정보를 얻는다(스텝 1106).
하지만, 측정된 파면으로부터는 조명용 광학계(123), 편향미러(124), 하프미러(125), 집광렌즈(126), 광선분할수단(146) 및 촬상계용 광학계(127)에 의해서 발생된 파면수차의 영향을 배제할 필요가 있다. 따라서, 반사수단(156)을 이용한 교정을 행한다(스텝 1108). 반사수단(156)은 다른 수단을 이용해서 형상 또는 파면위상을 알고 있는 오목면 또는 볼록면의 구면경이다. 반사수단(156)은 도 13에 있어서는 오목면경이며, 반사수단(156)의 곡률중심이 집광렌즈(126)의 집광점과 일치하도록 배치된다.
이 상태에서, 스텝 1102 및 1104와 마찬가지의 측정을 행하여, 반사수단(156)으로부터의 반사된 파면수차를 측정한다. 이 측정결과로부터, 기지의 반사수단(156)의 반사파면의 위상을 제거함으로써, 조명용 광학계(123), 편향미러(124), 하프미러(125), 집광렌즈(126), 광선분할수단(146) 및 촬상계용 광학계(127)에 의해 발생된 파면수차 또는 시스템 에러를 측정하는 것이 가능하다. 스텝 1108에서 얻어진 측정결과로부터 이 시스템 에러를 제거함으로써, 투영광학계(160)의 파면수차를 정밀하게 측정할 수 있다.
또, 측정하는 화각을 변화시키면서, 스텝 1102 내지 스텝 1108을 반복함으로써, 투영광학계(160)의 전체 화각에 있어서의 파면수차정보를 얻는 것이 가능하다(스텝 1110). 제어기(190)는 각 화각에 있어서의 파면수차로부터 회전비대칭성분을 추출함으로써, 투영광학계(160)의 왜곡성분을 계산하는 것이 가능하다(스텝 1112). 또, 제어기(190)는 파면수차의 회전대칭성분으로부터 투영광학계(160)의 상면만곡을 구하는 것도 가능하다(스텝 1114).
이상, 본 실시형태에 의하면, 투영광학계(160)의 복수의 화각에 있어서의 파면수차와, 화각내의 왜곡과, 상면만곡의 측정이 가능해진다. 물론, 1개의 각에 대해서, 스텝 1102 내지 1106만을 행해서, 1개의 화각의 파면수차만을 측정하는 것도 가능하다. 또, 스텝 1108에서의 시스템 에러교정을 스텝 1102 이전에 1번만 행하고, 그 교정치를 계산수단내에 유지해두어, 각 화각의 측정치를 교정하는 것도 가능하다.
본 실시형태에 있어서도, 제 2조명광학계(120B)는 마스크(152)와 플레이트(172)간의 위치맞춤을 제공하는 얼라인먼트 광학계로서 기능하고 있다. 위치맞춤(얼라인먼트) 계측을 행할 때에는, 광선분할수단(146)과 동공 공액광학계(131)를 광로로부터 물러나게 하고, 제 1마스크(142B) 및 제 2마스크(180A) 대신에 시야조리개(122) 및 기준마크(128)를 배치함으로써, 제 2조명광학계(120B)를 제 2조명광학계(120)로 변환해서, 제 1실시형태에서 설명한 바와 같은 방법으로 위치맞춤 계측을 행하는 것이 가능하다.
본 실시형태에서는 촬상수단이 제 2조명광학계내에 수용되어 있으므로, 얼라인먼트 광학계의 대부분을 공통으로 사용가능하다. 또한, 촬상수단(186)이 웨이퍼 스테이지(170) 위에 없으므로, 웨이퍼 스테이지(170)의 구동정밀도를 유지할 수 있고, 촬상수단(186)으로부터 방출된 열이 노광에 영향을 주지 않는다.
이하, 도 12, 도 14 및 도 15를 참조해서, 본 발명의 제 5실시형태의 측정장치(101D)에 대해서 설명한다. 측정장치(101D)는 제 2조명광학계(120C)를 포함하고, 제 1마스크(142A)를 마스크 스테이지(150) 또는 전용의 마스크 위에 배치하고 있는 점에서 도 13에 표시한 측정장치(101C)와 다르다. 또, 제 1 내지 제 4실시형태에 있어서와 대응하는 소자인 도 15에 있어서의 이들 소자에는 동일한 부호를 붙이고 중복설명은 생략한다. 측정장치(101D)가 사용되는 경우, 도 12에 표시한 참조부호 (101C)는 (101D)로 교체한다. 여기서, 도 15는 측정장치(101D)의 제 2조명광학계(120C), 광선분할수단(146) 및 제 1마스크(142A)를 포함하는 광로도이다.
제 2조명광학계(120C)는 제 1마스크(142B) 대신에 시야조리개(122)를 배치하고 있는 점에서 제 2조명광학계(120B)와 다르다. 제 1마스크(142B)는 도 9와 마찬가지로, 마스크 스테이지(150) 위에 형성된다. 또, 측정장치(101D)는 투영광학계(160) 위에 또 다른 반사수단(162)을 포함한다. 도 15에 있어서, 반사수단(162)은 광의 집광점에 곡률중심을 지닌 오목면경이며, 광을 거의 정반사한다. 반사수단(162)은 다른 수단을 이용해서 형상 또는 파면위상을 알고 있는 오목면 또는 볼록면의 구면경이면 충분하다. 반사수단(162)은 반사수단(156)과 마찬가지의 구조 및 기능을 가진다.
이하, 도 14를 참조해서, 측정장치(101D)의 동작에 대해서 설명한다. 먼저, 투영광학계(160)의 x방향의 파면수차를 측정한다(스텝 1102). 제 4실시형태의 스텝 1102와 마찬가지로 해서, 광원부(105)로부터 나온 광은 편향광학계(110)를 통해, 결상성능 측정용의 제 2조명광학계(120C)로 편향된다. 편향광학계(110)로부터의 광은 조명용 광학계(121)에 의해 집광되어, 시야조리개(122)에 조사된다. 시야조리개(122)는 후술하는 제 1마스크(142A)용 기판 위의 패턴을 조사하기에 충분한 크기로 되어 있다. 시야 조리개(122)로부터의 광은 조명용 광학계(123)에서 평행광으로 되어, 편향미러(124) 및 하프미러(125)에서 편향되어, 집광렌즈(126)에 도입된다. 집광렌즈(126)는 광을 마스크 스테이지(150) 위의 투과기판의 제 1마스크(142A)에 집광한다.
스텝 1102에 있어서는 제 1마스크(142A)의 0°방위슬릿(144c) 및 창(145a)을 조명하도록 마스크 스테이지(150)가 구동된다. 집광렌즈(126)는 슬릿(144c)에 광을 집광한다. 슬릿(144c)을 통과한 광은 x방향으로 등위상의 파면을 지닌다. 슬릿(144c)으로부터 나온 광은 투영광학계(160)에 의해 웨이퍼 스테이지(170) 위에 결상되고, 반사수단(174)에서 반사되어, 투영광학계(160)의 동일한 귀환광로를 통해 제 1마스크(142A)위에 결상된다.
반사수단(174)은 웨이퍼쪽의 결상점으로부터 편심되어 있다. 이 구성에 의하면, 슬릿(144c)으로부터 나온 광이, 2회 투영광학계(160)를 통과해서 재차 제 1마스크(142A)로 되돌아와서, 해당 제 1마스크(142A)의 창(145a)을 통과한다. 창(145a)의 개구부의 폭은 회절한계보다도 충분히 커서, 투영광학계(160)의 파면수차정보를 유지하도록 되어 있다. 창(145a)으로부터의 광은 집광렌즈(126) 및 하프미러(125)를 통과해서 광선분할수단(146)의 회절격자(148a)에 입사한다.
회절격자(148a)는 광을 x방향으로 진폭분할하고, 진폭분할된 광중, 0차광은 촬상계용 광학계(127)에 의해 제 2마스크(180A)의 슬릿(181a)에 집광되고, 1차 회절광은 창(183b)에 집광된다. 또는 -1차 회절광을 창에 집광해도 된다. 슬릿(181a)을 통해 회절된 광은 x방향으로 등위상의 파면을 지니는 한편, 창(183a)을 통과한 광은 투영광학계(160)의 파면수차정보를 지니고 있다. 따라서, 촬상계용 광학계(129)와 동공 공액 광학계(131)를 경유해서 촬상수단(130)에 의해 촬상된 간섭 줄무늬는 투영광학계(160)의 x방향의 파면수차정보를 지니고 있게 된다.
간섭 줄무늬로부터 위상을 구하기 위해서는 제 4실시형태와 마찬가지로, 회절격자(148a)를 x방향으로 1피치정도 구동함으로써 프린지 주사법을 사용해도 된다. 또는, 전자모아레법을 이용해도 된다. 촬상된 간섭 줄무늬는 투영광학계를 2회 통과해서, 투영광학계(160)의 2배의 파면수차를 측정하게 된다. 따라서, 연산을 통해서 보정을 행한다.
다음에, 투영광학계(160)의 y방향의 파면수차의 측정을 행한다(스텝 1104). 스텝 1104에서는 마스크 스테이지(150)가 제 1마스크(142A)를 구동해서, 90°방위 슬릿(144b)과 창(145b)을 사용가능하게 한다. 또, 이것에 응답해서, 회절격자(148b), 슬릿(181b) 및 창(183b)을 사용한다. 투영광학계(160)의 y방향의 파면수차는 스텝 1102와 마찬가지의 측정에 의해 계산된다.
다음에, 제어기(190)는 스텝 1102 및 1104에서 얻어진 투영광학계(160)의 x방향의 파면수차정보와 y방향의 파면수차정보를 접속함으로써, 투영광학계(160)의 파면수차정보를 얻는다(스텝 1106).
하지만, 측정된 파면으로부터는 하프미러(125), 집광렌즈(126), 광선분할수단(146) 및 촬상계용 광학계(127)에 의해서 발생된 파면수차의 영향을 배제할 필요가 있다. 따라서, 반사수단(162)을 이용한 교정을 행한다(스텝 1108). 반사수단(162)은 다른 수단을 이용해서 형상 또는 파면위상을 알고 있는 오목면 또는 볼록면의 구면경이다. 반사수단(162)은 도 15에 있어서는 오목면경으로서 투영광학계(160)에 배치되어 있다. 반사수단(162)은 해당 반사수단(162)의 곡률중심이 집광렌즈(126)의 집광점 또는 제 1마스크(142)와 일치하도록 배치되어 있다.
이 상태에서, 스텝 1102 및 1104와 마찬가지의 측정을 행하여, 반사수단(162)으로부터의 반사된 파면수차를 측정한다. 이때, 집광점은 반사광이 창(183a) 및 (183b)을 통과하도록, 반사수단(162)의 곡률중심으로부터 가로로 약간 어긋난 위치에 집광된다. 이 측정결과로부터, 기지의 반사수단(156)의 반사파면의 위상을 제거함으로써, 하프미러(125), 집광렌즈(126), 광선분할수단(146) 및 촬상계용 광학계(127)에 의해 발생된 파면수차 또는 시스템 에러를 측정하는 것이 가능하다. 스텝 1108에서 얻어진 측정결과로부터 이 시스템 에러를 제거함으로써, 투영광학계(160)의 파면수차를 정밀하게 측정할 수 있다.
또, 측정하는 화각을 변화시키면서, 스텝 1102 및 스텝 1104를 반복함으로써, 투영광학계(160)의 전체 화각에 있어서의 파면수차정보를 제공하는 것이 가능하다(스텝 1110). 제어기(190)는 각 화각에 있어서의 파면수차로부터 회전비대칭성분을 추출함으로써, 투영광학계(160)의 왜곡성분을 계산하는 것이 가능하다(스텝 1112). 또, 제어기(190)는 파면수차의 회전대칭성분으로부터 투영광학계(160)의 상면만곡을 구하는 것도 가능하다(스텝 1114).
이와 같이 해서, 투영광학계(160)의 복수의 화각에 있어서의 파면수차와, 화각내의 왜곡과, 상면만곡의 측정이 가능해진다. 물론, 1개의 각에 대해서, 스텝 1102 내지 1106만을 행해서, 1개의 화각의 파면수차만을 측정하는 것도 가능하다. 또, 스텝 1108에서의 시스템 에러교정을 스텝 1102 이전에 1번만 행하고, 그 교정치를 계산수단내에 유지해두어, 각 화각의 측정치를 교정하는 것도 가능하다.
본 실시형태에 있어서도, 제 2조명광학계(120C)는 마스크(152)와 플레이트(172)간의 위치맞춤을 제공하는 얼라인먼트 광학계로서 기능하고 있다. 위치맞춤 계측을 행할 때에는 광선분할수단(146)과 동공 공액광학계(131)를 광로로부터 물러나게 하고, 제 2마스크(180A) 대신에 기준마크(128)를 배치함으로써, 제 2조명광학계(120C)를 제 2조명광학계(120)로 변환해서, 제 1실시형태에서 설명한 바와 같은 방법으로 위치맞춤을 이용하는 것이 가능하다.
본 실시형태에서는 촬상수단이 제 2조명광학계내에 수용되어 있으므로, 얼라인먼트 광학계의 대부분을 공통으로 사용할 수 있다. 또한, 촬상수단(186)이 웨이퍼 스테이지(170) 위에 없으므로, 웨이퍼 스테이지(170)의 구동정밀도를 유지할 수 있고, 또한, 촬상수단(186)으로부터 방출된 열이 노광에 영향을 주지 않는다. 또, 본 실시형태는 제 4실시형태보다도 제 1마스크(142A)가 투영광학계(160)에 가까이 배치되므로 시스템 에러의 양을 작게 하는 이점이 있다.
이하, 도 16을 참조해서, 본 발명의 제 6실시형태의 측정장치(101E) 및 그것을 지니는 노광장치(100B)에 대해서 설명한다. 측정장치(101E)는 제 3실시형태의 측정장치(101B)에 있어서의 광학계를, 제 2조명광학계로부터 제 1조명광학계로 변경하고 있다. 또, 제 1 내지 제 5실시형태와 대응하는 소자인 도 16에 있어서의 이들 소자에는 동일한 부호를 붙이고 중복설명은 생략한다. 여기서, 도 16은 노광장치(100B)의 개략 블록도이다.
기본적인 구성은 측정장치(101B)와 마찬가지이다. 이하, 측정장치(101E)의 동작에 대해서 설명한다. 도 16에 있어서, 광원부(105)로부터 나온 광은 편향광학계(110)를 경유해서, 노광장치(100B) 본체의 통상의 노광에 사용되는 제 1조명광학계(112)로 편향된다. 제 1조명광학계(112)로부터 방사된 광은 광선분할수단(146)의 회절격자(148a)에 의해 x방향으로 진폭분할된다. 진폭분할된 광은 제 1마스크(142A)에 결상한다. 결상된 광중, 0차 광은 제 1마스크(142A)의 창(145a)을 통과하고, 1차회절광은 슬릿(144c)을 통과한다. 슬릿(144c)과 창(145a)을 통과한 광은 투영광학계(160)에 의해 제 2마스크(180)에 결상한다. 제 2마스크(180)를 통과한 광은 서로 간섭해서, 촬상수단(186)에 의해 간섭 줄무늬가 관찰된다. 본 실시형태의 간섭 줄무늬는 공간 캐리어를 지니므로, 전자모아레법을 이용해서 간섭 줄무늬로부터 위상을 계산한다. 도 8에 표시한 순서도를 이용해서 투영광학계(160)의 결상성능을 측정할 수 있다. 본 실시형태는 측정장치(101B)에 대해서, 노광용의 조명광학계를 사용할 수 있으므로, 장치 구성이 간단해진다.
이하, 도 17을 참조해서, 본 발명의 제 7실시형태에 의한 측정장치(101F) 및 이것을 지닌 노광장치(100C)에 대해서 설명한다. 측정장치(101F)는 제 2실시형태의 측정장치(101A)에 있어서의 광학계를, 제 2조명광학계로부터 제 1조명광학계로 변경하고 있다. 또, 제 1 내지 제 5실시형태와 대응하는 소자인 도 17에 있어서의 이들 소자에는 동일한 부호를 붙이고 중복설명은 생략한다. 여기서, 도 17은 노광장치(100C)의 개략 블록도이다.
측정장치(101F)는 광선분할수단(146)을 마스크 스테이지(150)로부터 제 1조명광학계(112A) 내부로 이동시킨 점에서 측정장치(101E)와 다르고, 또, 광선분할수단(146)을 제 2조명광학계(120A)로부터 제 1조명광학계(112A)로 이동시키고 있는 점에서 측정장치(101A)와 다르다. 광선분할수단(146)은 제 1조명광학계(112A)내의 σ조리개 등과 같이, 투영광학계(160)의 동공과 공액인 위치에 배치되어 있다.
기본적인 구성은 측정장치(101A)와 마찬가지이다. 이하, 측정장치(101F)의 동작에 대해서 설명한다. 도 17에 있어서, 광원부(105)로부터 나온 광은 편향광학계(110)를 경유해서, 노광장치(100C) 본체의 통상의 노광에 사용되는 제 1조명광학계(112A)로 편향된다. 조사 광은 투영광학계(160)의 레티클쪽, 또는, 물체쪽의 개구수 NAo와 마찬가지로 σ=1 조명이다. 광선분할수단(146)에 의해 진폭분할된 σ =1의 광은 제 1마스크(142A)에 조사된다. 제 1마스크(142A)는 마스크 스테이지(150) 위의 투과기판 또는 마스크 스테이지(150)위의 전용의 마스크 위에 배치된다. 도 17은 제 1마스크(142A)가 마스크 스테이지(150)위의 기판을 배치한 예를 표시하고 있다. 투영광학계(160)는 제 1마스크(142A)를 제 2마스크(180)위에 투영한다. 제 2마스크(180)의 슬릿(181a)과 창(183a)을 통과한 광은 서로 간섭해서, 촬상수단(186)에 의해 간섭 줄무늬가 촬상된다.
투영광학계(160)의 결상성능은 측정장치(101A)에 대해서 설명한 도 8에 표시한 순서도를 이용해서, 광선분할수단(146)을 구동해서 간섭 줄무늬를 촬상하는 프린지 주사법, 또는 전자모아레법을 통해서 측정할 수 있다. 본 실시형태에서는 제 2실시형태보다도 장치 구성이 간단해진다. 또, 본 실시형태는 제 6실시형태에 대해서, 전자모아레법에 가해서 프린지 주사법을 이용해서 위상정보를 얻는 데 있어서 이점이 있다.
이하, 도 18을 참조해서, 본 발명의 제 8실시형태에 의한 측정장치(101G) 및 이것을 지닌 노광장치(100D)에 대해서 설명한다. 측정장치(101G)는 제 6 및 제 7실시형태의 측정장치(101E) 및 (101F)로부터 광선분할수단(146)을 제거하고 있다. 또, 제 1 내지 제 7실시형태와 대응하는 소자인 도 18에 있어서의 이들 소자에는 동일한 부호를 붙이고 중복설명은 생략한다. 여기서, 도 18은 노광장치(100D)의 개략 블록도이다.
이하, 측정장치(101G)의 동작에 대해서 설명한다. 광원부(105)로부터 나온 광은 편향광학계(110)를 경유해서, 노광장치(100D) 본체의 통상의 노광에 이용되는 제 1조명광학계(112)로 편향된다.
제 1마스크(142A)는 마스크 스테이지(150)위의 투과기판 또는 마스크 스테이지(150)위의 전용의 마스크 위에 배치된다. 도 18은 제 1마스크(142A)를 레티클 스테이지(150)위의 기판에 배치한 예를 표시하고 있다. 투영광학계(160)는 제 1마스크(142A)를 제 2마스크(180)위에 투영한다. 제 2마스크(180)의 슬릿(181a)과 창(183a)을 통과한 광은 서로 간섭해서, 그 간섭 줄무늬가 촬상수단(186)에 의해 촬상된다.
제 1조명광학계(112)는 광을 비간섭성으로 하고, 제 1마스크(142A)의 슬릿(144c) 및 (144d)과 창(145a) 및 (145b)사이의 간격은 서브밀리미터차수로 작기 때문에, 간섭 줄무늬를 형성하기에 충분한 정도의 공간 간섭성이 존재하고 있다. 또는, 결상성능 측정시, 비간섭성화 유닛을 광로밖에 배치하면, 공간 간섭성이 향상된다. 이 때문에, 제 1마스크(142A)를 통과한 광이 간섭 줄무늬를 형성하므로, 투영광학계(160)에 의해서 제 2마스크(180)의 슬릿(181a) 및 (181b)과 창(183a) 및 (183b)에 제 1마스크(142A)를 결상하고, 촬상수단(186)에 의해 간섭 줄무늬를 촬상한다.
상기 구성에 있어서는 도 8에 표시한 순서도를 이용해서 간섭 줄무늬로부터 위상정보를 구함으로써 투영광학계(160)의 결상성능을 측정하는 것이 가능하다. 본 실시형태는 제 6 및 제 7실시형태에 대해서 간단한 장치구성을 제공하는 점에 있어서 유리하다.
또한, 본 발명은 이들 바람직한 실시형태로 한정되지 않고, 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 각종 변형 및 변경이 가능하다. 예를 들면, 광선분할수단(146)은 회절격자로 한정되지 않고, 광학 쐐기 판 등의 기타 수단을 포함해도 된다.
본 실시형태는 LDI에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 PDI, 시어링(또는 탈보) 간섭계에도 적용가능하다. 도 19는 본 발명의 제 9실시형태에 의한 시어링 간섭을 이용한 측정장치(101H) 및 이것을 지닌 노광장치(100E)의 개략블록도이다. 이 구성에 의하면, 도 8에 표시한 순서도를 이용해서, 간섭 줄무늬로부터 위상정보를 취득함으로써 투영광학계(160)의 결상성능을 측정하는 것이 가능하다. 이 경우, 스텝 1002는 "투영광학계(160)의 x방향의 시어링 파면의 측정"으로 교체하고, 스텝 1004는 "투영광학계(160)의 y방향의 시어링 파면의 측정"으로 교체하면 된다. 시어링 간섭계의 동작은 잘 알려져 있으므로, 그 상세한 설명은 생략한다. 본 실시형태에서는 시어링 간섭계가 얼라인먼트 광학계로서 기능하는 제 2조명광학계(120)를 이용하고 있으므로, 장치구성이 간소하게 된다. 한편, PDI는 구면파를 이용해서 x방향 및 y방향을 동시에 측정할 수 있으므로, 도 8의 순서도에 있어서의 스텝 1002 내지 1006은 "투영광학계(160)의 파면수차의 측정"으로 통합하면 된다.
이하, 본 발명의 일실시형태에 의한 수차보정방법에 대해서 설명한다. 노광장치(100)는 투영광학계(160)내의 복수의 광학소자(도시생략)가 광축방향 및/또는 광축에 직교하는 방향으로 이동가능하게 되어 있다. 수차조절용 구동계(도시생략)를 이용해서 본 실시형태로부터 얻어진 수차정보에 의거해서, 1개 이상의 광학소자를 구동함으로써, 투영광학계(160)의 1개 이상의 수차, 특히 자이델 분류의 수차를 보정하거나 최적화하는 것이 가능하다. 또, 투영광학계(160)의 수차를 조정하는 수단으로서는 가동렌즈, 가동미러(투영광학계가 반사굴절광학계 또는 완전미러광학계인 경우), 경사가능한 평행판, 압력제어가능한 공간 및 작동기를 이용한 면 보정 등의 각종 공지의 시스템을 이용할 수 있다.
통상의 노광에 있어서, 광원부(105)로부터 나온 광은 편향 광학계(110)에 의해서 노광장치(100) 내지 (100D)의 제 1조명광학계(112) 또는 (112A)로 편향된다. 제 2조명광학계(120) 내지 (120C)중의 어느 것도, 통상의 노광시에는 광로밖에 배치되어 있다. 제 1조명광학계(112)에 입사한 광은 광정형, 비간섭성화 처리, σ조정, 시야조정 등이 행해져서, 마스크(152)를, 예를 들면, 쾰러 조명한다. 마스크(152)는 마스크 스테이지(150) 위에 놓이고, 주사형의 노광장치이면 노광동안 구동된다. 마스크(152)를 통과해서 마스크 패턴을 반영하는 광은 투영광학계(160)에 의해 투영배율(1/4, 1/5 등)로 웨이퍼척(도시생략)을 통해서 웨이퍼 스테이지(170)에 고정된 플레이트(172)에 결상된다. 웨이퍼는 웨이퍼 스테이지(170)위에 배치되고, 노광동안 구동된다. 투영광학계(160)의 수차는 보정되어 있으므로, 고품위의 노광처리(즉, 소망의 해상도)를 플레이트(172)에서 입수하는 것이 가능하다.
다음에, 도 20 및 도 21을 참조해서, 상기 투영노광장치(100) 등을 이용한 디바이스의 제조방법에 대해 설명한다. 도 20은 디바이스(예를 들면, IC나 LSI 등의 반도체칩, LCD, CCD 등)의 제조를 설명하기 위한 순서도이다. 여기서는 반도체칩의 제조를 일례로서 설명한다. 스텝 1(회로설계)에서는 반도체 디바이스의 회로를 설계한다. 스텝 2(마스크 제작)에서는 설계한 회로패턴을 지닌 마스크를 형성하고, 스텝 3(웨이퍼제조)에서는 실리콘 등의 재료를 이용해서 웨이퍼를 제조한다. 전(前)공정이라고 불리는 스텝 4(웨이퍼 프로세스)에서는 상기 마스크와 웨이퍼를 이용해서 포토리소그라피에 의해 웨이퍼 위에 실제의 회로를 형성한다. 이어서, 후공정이라고도 불리는 스텝 5(조립)에서는 스텝 4에서 형성된 웨이퍼를 반도체칩으로 형성하고, 어셈블리공정(예를 들면, 다이싱, 본딩)과 패키징공정(칩봉인) 등을 포함한다. 스텝 6(검사)에서는 스텝 5에서 작성된 반도체 디바이스의 동작확인 시험 및 내구성 시험 등의 각종 시험을 행한다. 이들 스텝을 통해, 반도체 디바이스가 완성되어 출하된다(스텝 7).
도 21은 도 20에 표시한 스텝 4의 웨이퍼 프로세스의 상세한 순서도이다. 스텝 11(산화)에서는 웨이퍼의 표면을 산화하고, 스텝 12(CVD)에서는 웨이퍼 표면에 절연막을 형성하고, 스텝 13(전극형성)에서는 증착법 등에 의해 웨이퍼 위에 전극을 형성한다. 스텝 14(이온주입)에서는 웨이퍼에 이온을 주입하고, 스텝 15(레지스트처리)에서는 웨이퍼에 감광재를 도포한다. 스텝 16(노광)에서는 상기 노광장치(100) 등을 이용해서 웨이퍼 위에 마스크 패턴을 노광하고, 스텝 17(현상)에서는 노광한 웨이퍼를 현상하고, 스텝 18(에칭)에서는 현상한 레지스트상 이외의 부분을 에칭하고, 스텝 19(레지스트 박리)에서는 에칭후 미사용된 레지스트를 제거한다. 이들 스텝을 반복함으로써, 웨이퍼 위에 다층의 회로패턴이 형성된다. 본 실시형태의 제조방법에 의하면, 노광의 쓰루풋을 저하시키는 일없이, 투영광학계(160)의 결상성능을 신속하고 용이하게 취득할 수 있고, 또한, 파면수차가 고정밀도로 보정된 투영광학계(160)를 사용하는 것이 가능하다. 파면수차가 고정밀도로 보정된 투영광학계(160)는 웨이퍼 스테이지의 얼라인먼트를 고정밀도로 제공할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에 의하면, 종래는 제조가 곤란하였던 고해상도의 디바이스(반도체 소자, LCD소자, 촬상소자(예를 들면, CCD), 박막자기헤드 등)를 생산성 및 경제성 양호하게 제조하는 것이 가능하다. 이와 같이 해서, 노광장치(100)를 사용하는 디바이스 제조방법, 및 그의 결과(중간 및 최종) 생성물도 본 발명의 일측면을 구성한다.
이상, 본 발명에 의하면, 시어링 간섭계를 이용하고, 또, 종래의 방법보다도 고정밀도 및 용이한 신호처리를 제공하는 측정방법 및 장치, 이들을 이용하는 노광방법 및 장치, 그리고 디바이스의 제조방법을 제공하는 것이 가능하다.
이 출원은 여기에 참고로 편입되어 있는 2004년 2월 27일자로 출원된 일본국 특허출원 제 2004-055358호에 의거한 외국 우선권을 주장하여 청구한 것이다.

Claims (24)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 광원으로부터의 광을 이용해서 마스크의 패턴을 피노광체에 노광하는 노광장치에 있어서,
    상기 마스크를 조명하기 위한 조명광학계와;
    상기 마스크와 상기 피노광체간의 위치맞춤을 제공하기 위한 얼라인먼트 광학계와;
    상기 패턴을 피노광체에 투영하는 투영광학계와;
    상기 광을 이용해서 상기 투영광학계의 광학성능을 간섭 줄무늬로서 측정하는 측정장치를 구비하고,
    상기 조명광학계 및 상기 얼라인먼트 광학계의 적어도 하나는 상기 측정장치의 일부로서 기능하고,
    상기 측정장치는 공지의 반사파면형상을 지니는 반사부를 포함하고, 상기 투영광학계 대신에 상기 조명광학계 또는 얼라인먼트 광학계로부터의 광을 상기 반사부로 도입함으로써 시스템 에러를 측정하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 측정장치는 시어링(shearing) 간섭을 이용하는 시어링 간섭계인 것을 특징으로 하는 노광장치.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 피노광체를 지지 및 구동하는 스테이지를 또 구비하고,
    상기 측정장치는
    이상적인 파면을 생성하는 제 1개구부와, 상기 투영광학계의 상기 광학성능을 반영하는 타깃 파면을 생성하는 제 2개구부를 지니는 패턴화 부재; 및
    상기 패턴화 부재를 통과한 상기 이상적인 파면과 타깃 파면간의 간섭 줄무늬를 검출하는 검출기를 구비하고,
    상기 패턴화 부재와 상기 검출기는 상기 스테이지에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  7. 제 4항에 있어서, 상기 측정장치는
    이상적인 파면을 생성하는 제 1개구부와, 상기 투영광학계의 상기 광학성능을 반영하는 타깃 파면을 생성하는 제 2개구부를 지니는 패턴화 부재; 및
    상기 패턴화 부재를 통과한 상기 이상적인 파면과 타킷 파면간의 간섭 줄무늬를 검출하는 검출기를 구비하고,
    상기 패턴화 부재와 상기 검출기는 상기 얼라인먼트 광학계에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 검출기는 상기 위치맞춤에 사용되는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 4항에 있어서, 상기 마스크를 지지 및 구동하는 스테이지를 또 구비하고,
    상기 반사부는 상기 스테이지 위에 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  12. 제 4항에 있어서, 상기 마스크를 지지 및 구동하는 스테이지를 또 구비하고,
    상기 반사부는 상기 투영광학계 위에 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  13. 제 4항에 있어서, 상기 마스크를 지지 및 구동하는 스테이지를 또 구비하고,
    상기 측정장치는
    이상적인 파면을 생성하는 제 1개구부와, 상기 투영광학계의 상기 광학성능을 반영하는 타깃 파면을 생성하는 제 2개구부를 지니는 패턴화 부재;
    상기 패턴화 부재를 통과한 상기 이상적인 파면과 타킷 파면간의 간섭 줄무늬를 검출하는 검출기; 및
    상기 제 1 및 제 2개구부에 다른 차수의 상기 광을 공급하는 기구를 구비하고,
    상기 기구의 적어도 일부는 상기 조명광학계, 상기 얼라인먼트 광학계, 상기 스테이지 및 상기 투영광학계의 적어도 하나에 설치되는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 제 4항 내지 제 8항 및 제 11항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 의한 노광장치를 이용해서 피노광체를 노광하는 공정과;
    노광된 상기 피노광체를 현상하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 디바이스의 제조방법.
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