JP3336622B2 - 結像特性計測方法及び装置、並びに露光装置 - Google Patents
結像特性計測方法及び装置、並びに露光装置Info
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば投影光学系の焦
点位置、球面収差、又は非点収差等を測定する場合に適
用して好適な結像特性計測方法及び装置に関する。
点位置、球面収差、又は非点収差等を測定する場合に適
用して好適な結像特性計測方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】レンズが設計通りの収差特性を有するか
否かを評価するために収差測定機が使用される。図６は
従来の収差測定機を示し、この図６において、２は収差
測定の対象となる被検レンズである。レンズ２が、半導
体製造用の投影露光装置の投影レンズの場合には、レチ
クルに描画されたＬＳＩのパターン等が投影レンズ２を
介してフォトレジストを塗布したウェハ上に転写され
る。投影レンズ２は両側テレセントリックレンズであ
り、レチクルから垂直に出た光はウェハに垂直に入射す
る。例えば球面収差を測定するためには半径の異なる輪
帯板を別々にレンズの所謂瞳面に置くことが望ましい
が、投影レンズ２の瞳面はレンズ内部にあるため、実際
には投影レンズ２の瞳面に輪帯板を置くことはできな
い。
否かを評価するために収差測定機が使用される。図６は
従来の収差測定機を示し、この図６において、２は収差
測定の対象となる被検レンズである。レンズ２が、半導
体製造用の投影露光装置の投影レンズの場合には、レチ
クルに描画されたＬＳＩのパターン等が投影レンズ２を
介してフォトレジストを塗布したウェハ上に転写され
る。投影レンズ２は両側テレセントリックレンズであ
り、レチクルから垂直に出た光はウェハに垂直に入射す
る。例えば球面収差を測定するためには半径の異なる輪
帯板を別々にレンズの所謂瞳面に置くことが望ましい
が、投影レンズ２の瞳面はレンズ内部にあるため、実際
には投影レンズ２の瞳面に輪帯板を置くことはできな
い。
【０００３】そこで、図６では輪帯板を照明系内に入れ
ている。即ち、図６において、５０は輪帯板であり、輪
帯板５０は図示省略した光源からの光で照明され、輪帯
板５０の輪帯部を透過した照明光は集光レンズ５１でレ
チクルが配置されるべきレチクル仮想面５２で点像を形
成する。そのレチクル仮想面５２の点像から射出された
照明光は、測定対象の投影レンズ２の輪帯板５０の輪帯
部と共役な瞳面上の輪帯部を経て再び投影レンズ２の外
部で点像を形成する。この点像の近傍にピンホール５３
が配置され、ピンホール５３を通過した光が集光レンズ
５４を介して受光素子５５に入射する。ピンホール５３
を投影レンズ２の光軸（Ｚ軸）に沿って走査（スキャ
ン）すると、ピンホール５３が投影レンズ２による点像
の位置に合致したときにピンホール５３に入射する光量
が最大になる。
ている。即ち、図６において、５０は輪帯板であり、輪
帯板５０は図示省略した光源からの光で照明され、輪帯
板５０の輪帯部を透過した照明光は集光レンズ５１でレ
チクルが配置されるべきレチクル仮想面５２で点像を形
成する。そのレチクル仮想面５２の点像から射出された
照明光は、測定対象の投影レンズ２の輪帯板５０の輪帯
部と共役な瞳面上の輪帯部を経て再び投影レンズ２の外
部で点像を形成する。この点像の近傍にピンホール５３
が配置され、ピンホール５３を通過した光が集光レンズ
５４を介して受光素子５５に入射する。ピンホール５３
を投影レンズ２の光軸（Ｚ軸）に沿って走査（スキャ
ン）すると、ピンホール５３が投影レンズ２による点像
の位置に合致したときにピンホール５３に入射する光量
が最大になる。
【０００４】従って、その受光素子５５の出力信号が最
大になるときのピンホール５３のＺ軸上の位置が、輪帯
板５０に対応する投影レンズ２の焦点位置である。その
輪帯板５０の輪帯部の半径を種々に変えることにより、
投影レンズ２の球面収差等を測定することができる。
大になるときのピンホール５３のＺ軸上の位置が、輪帯
板５０に対応する投影レンズ２の焦点位置である。その
輪帯板５０の輪帯部の半径を種々に変えることにより、
投影レンズ２の球面収差等を測定することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の収差測定機では、レチクル仮想面５２に正しく点
像を形成することが困難であり、且つピンホール５３に
よる投影レンズ２による点像の位置の測定誤差が大きい
不都合がある。言い替えると、従来の収差測定機では、
投影レンズ２のレチクル仮想面５２に送光用の点像の位
置を一致させること及び投影レンズ２のウェハ面に受光
位置を一致させることが困難である。更に、従来の収差
測定機では送光系中の例えば集光レンズ５１の収差の影
響が混入し易いため、投影レンズ２だけの正確な収差を
測定することが困難である。本発明は斯かる点に鑑み、
投影露光装置用の投影レンズのような高精度なレンズの
焦点位置や、収差を正確に測定できる結像特性計測方法
を提供することを目的とする。更に本発明は、そのよう
な結像特性計測方法を実施できる結像特性計測装置を提
供することを目的とする。また、本発明はそのような結
像特性計測方法又は装置を使用する露光装置を提供する
ことをも目的とする。
従来の収差測定機では、レチクル仮想面５２に正しく点
像を形成することが困難であり、且つピンホール５３に
よる投影レンズ２による点像の位置の測定誤差が大きい
不都合がある。言い替えると、従来の収差測定機では、
投影レンズ２のレチクル仮想面５２に送光用の点像の位
置を一致させること及び投影レンズ２のウェハ面に受光
位置を一致させることが困難である。更に、従来の収差
測定機では送光系中の例えば集光レンズ５１の収差の影
響が混入し易いため、投影レンズ２だけの正確な収差を
測定することが困難である。本発明は斯かる点に鑑み、
投影露光装置用の投影レンズのような高精度なレンズの
焦点位置や、収差を正確に測定できる結像特性計測方法
を提供することを目的とする。更に本発明は、そのよう
な結像特性計測方法を実施できる結像特性計測装置を提
供することを目的とする。また、本発明はそのような結
像特性計測方法又は装置を使用する露光装置を提供する
ことをも目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明による結像特性計
測装置は、レチクルのパターンをウェハ上に投影する投
影光学系の結像特性計測装置において、その投影光学系
の瞳面内で、かつこの投影光学系の光軸から離れた２つ
の第１の点を通過するように、その投影光学系に第１の
照明光を導く第１の位相格子と、その第１の位相格子か
ら切り替えられて用いられ、その投影光学系の瞳面内
で、かつその第１の点とは異なる２つの第２の点を通過
するように、その投影光学系に第２の照明光を導く第２
の位相格子と、その第１の位相格子に対してその投影光
学系を挟んで設けられた反射面で、その第１の点を通過
したその第１の照明光が反射することにより、その投影
光学系を介してその第１の位相格子に戻されるその第１
の照明光と、その第２の位相格子に対してその投影光学
系を挟んで設けられた反射面で、その第２の点を通過し
たその第２の照明光が反射することにより、その投影光
学系を介してその第２の位相格子に戻されるその第２の
照明光とに基づいて、その投影光学系の結像特性を測定
する測定手段と、を有するものである。次に、本発明に
よる結像特性計測方法は、レチクルのパターンをウェハ
上に投影する投影光学系の結像特性を計測する結像特性
計測方法において、その投影光学系の瞳面内で、かつこ
の投影光学系の光軸から離れた２つの第１の点を通過す
るように、第１の位相格子を介してその投影光学系に第
１の照明光を導き、その投影光学系の瞳面内で、かつそ
の第１の点とは異なる２つの第２の点を通過するよう
に、その第１の位相格子から切り替えられた第２の位相
格子を介してその投影光学系に第２の照明光を導き、そ
の第１の点を通過したその第１の照明光が、その第１の
位相格子に対してその投影光学系の反対側で反射するこ
とによって、その投影光学系を介してその第１の位相格
子に戻されるその第１の照明光と、その第２の点を通過
したその第２の照明光が、その第２の位相格子に対して
その投影光学系の反対側で反射することによって、その
投影光学系を介してその第２の位相格子に戻されるその
第２の照明光とに基づいて、その投影光学系の結像特性
を測定するものである。また、本発明による露光装置
は、マスクに形成されたパターンの像を感光基板に転写
する投影光学系を備える露光装置において、その投影光
学系の結像特性を計測する装置として、その本発明の結
像特性計測装置を備えるものである。
測装置は、レチクルのパターンをウェハ上に投影する投
影光学系の結像特性計測装置において、その投影光学系
の瞳面内で、かつこの投影光学系の光軸から離れた２つ
の第１の点を通過するように、その投影光学系に第１の
照明光を導く第１の位相格子と、その第１の位相格子か
ら切り替えられて用いられ、その投影光学系の瞳面内
で、かつその第１の点とは異なる２つの第２の点を通過
するように、その投影光学系に第２の照明光を導く第２
の位相格子と、その第１の位相格子に対してその投影光
学系を挟んで設けられた反射面で、その第１の点を通過
したその第１の照明光が反射することにより、その投影
光学系を介してその第１の位相格子に戻されるその第１
の照明光と、その第２の位相格子に対してその投影光学
系を挟んで設けられた反射面で、その第２の点を通過し
たその第２の照明光が反射することにより、その投影光
学系を介してその第２の位相格子に戻されるその第２の
照明光とに基づいて、その投影光学系の結像特性を測定
する測定手段と、を有するものである。次に、本発明に
よる結像特性計測方法は、レチクルのパターンをウェハ
上に投影する投影光学系の結像特性を計測する結像特性
計測方法において、その投影光学系の瞳面内で、かつこ
の投影光学系の光軸から離れた２つの第１の点を通過す
るように、第１の位相格子を介してその投影光学系に第
１の照明光を導き、その投影光学系の瞳面内で、かつそ
の第１の点とは異なる２つの第２の点を通過するよう
に、その第１の位相格子から切り替えられた第２の位相
格子を介してその投影光学系に第２の照明光を導き、そ
の第１の点を通過したその第１の照明光が、その第１の
位相格子に対してその投影光学系の反対側で反射するこ
とによって、その投影光学系を介してその第１の位相格
子に戻されるその第１の照明光と、その第２の点を通過
したその第２の照明光が、その第２の位相格子に対して
その投影光学系の反対側で反射することによって、その
投影光学系を介してその第２の位相格子に戻されるその
第２の照明光とに基づいて、その投影光学系の結像特性
を測定するものである。また、本発明による露光装置
は、マスクに形成されたパターンの像を感光基板に転写
する投影光学系を備える露光装置において、その投影光
学系の結像特性を計測する装置として、その本発明の結
像特性計測装置を備えるものである。
【０００７】
【作用】斯かる本発明によれば、その被検レンズ（２）
が投影露光装置用の投影レンズの場合には、反射鏡
（１）を例えばレチクルが配置される位置に配置し、透
過型位相格子（３）を例えばウェハが配置される位置の
近傍に配置する。この状態で透過型位相格子（３）を照
明すると、透過型位相格子（３）から被検レンズ（２）
側に＋１次回折光と−１次回折光とが照射される。この
場合、位相格子の原理によって光を分割するので効率よ
く光を２方向に導くことができ、また、収差測定に収差
測定に不必要な０次光は極めて少ない。
が投影露光装置用の投影レンズの場合には、反射鏡
（１）を例えばレチクルが配置される位置に配置し、透
過型位相格子（３）を例えばウェハが配置される位置の
近傍に配置する。この状態で透過型位相格子（３）を照
明すると、透過型位相格子（３）から被検レンズ（２）
側に＋１次回折光と−１次回折光とが照射される。この
場合、位相格子の原理によって光を分割するので効率よ
く光を２方向に導くことができ、また、収差測定に収差
測定に不必要な０次光は極めて少ない。
【０００８】それら＋１次回折光及び−１次回折光は、
その被検レンズ（２）の瞳面のそれら回折光の回折角に
対応する半径の輪帯部を通過して反射鏡（１）に向い、
その反射鏡（１）からの反射光が再び被検レンズ（２）
及び透過型回折格子（３）を介して受光素子（１０）に
入射する。そして、透過型回折格子（３）がその被検レ
ンズ（２）の焦点位置に合致しているときに、その受光
素子（１０）の出力信号が最小になる。その透過型位相
格子（３）の格子ピッチを変えて行くと、その被検レン
ズ（２）の瞳面でそれら２個の回折光が通過する輪帯部
の半径が変わるので、その格子ピッチを変えてその被検
レンズ（２）の焦点位置を測定することにより、その被
検レンズ（２）の球面収差を測定することができる。
その被検レンズ（２）の瞳面のそれら回折光の回折角に
対応する半径の輪帯部を通過して反射鏡（１）に向い、
その反射鏡（１）からの反射光が再び被検レンズ（２）
及び透過型回折格子（３）を介して受光素子（１０）に
入射する。そして、透過型回折格子（３）がその被検レ
ンズ（２）の焦点位置に合致しているときに、その受光
素子（１０）の出力信号が最小になる。その透過型位相
格子（３）の格子ピッチを変えて行くと、その被検レン
ズ（２）の瞳面でそれら２個の回折光が通過する輪帯部
の半径が変わるので、その格子ピッチを変えてその被検
レンズ（２）の焦点位置を測定することにより、その被
検レンズ（２）の球面収差を測定することができる。
【０００９】また、その透過型位相格子（３）の格子の
方向をその被検レンズ（２）の半径方向、この半径方向
に垂直な方向及びこれらの方向に所定角度で交差する方
向等に変えて、それぞれその透過型位相格子（３）をそ
の被検レンズ（２）の軸外で光軸に平行に走査して焦点
位置を求めることにより、その被検レンズ（２）の非点
収差を測定することができる。
方向をその被検レンズ（２）の半径方向、この半径方向
に垂直な方向及びこれらの方向に所定角度で交差する方
向等に変えて、それぞれその透過型位相格子（３）をそ
の被検レンズ（２）の軸外で光軸に平行に走査して焦点
位置を求めることにより、その被検レンズ（２）の非点
収差を測定することができる。
【００１０】また、その被検レンズ（２）が投影露光装
置用の投影レンズの場合には、逆に反射鏡（１）を例え
ばウェハが配置される位置の近傍に配置し、透過型位相
格子（３）を例えばレチクルが配置される位置に配置し
て、その反射鏡（１）を被検レンズ（２）の光軸に平行
に走査しても、同様に収差測定を行うことができる。
置用の投影レンズの場合には、逆に反射鏡（１）を例え
ばウェハが配置される位置の近傍に配置し、透過型位相
格子（３）を例えばレチクルが配置される位置に配置し
て、その反射鏡（１）を被検レンズ（２）の光軸に平行
に走査しても、同様に収差測定を行うことができる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明による収差測定機の一実施例に
つき図１〜図５を参照して説明する。本実施例では、レ
チクルのパターンをウェハ上に投影する投影レンズを収
差測定の対象とする。図１は本例の収差測定機を示し、
この図１において、１はミラー、２は被検レンズとして
の投影レンズであり、投影レンズ２に対してレチクルが
設置される設計上の正確な位置にミラー１を固定する。
即ち、ミラー１の反射面の位置はレチクルのパターン形
成面の位置に等しい。ミラー１及び投影レンズ２は、図
示省略した支持機構により後述のベース２０に対し動か
ないように固定する。
つき図１〜図５を参照して説明する。本実施例では、レ
チクルのパターンをウェハ上に投影する投影レンズを収
差測定の対象とする。図１は本例の収差測定機を示し、
この図１において、１はミラー、２は被検レンズとして
の投影レンズであり、投影レンズ２に対してレチクルが
設置される設計上の正確な位置にミラー１を固定する。
即ち、ミラー１の反射面の位置はレチクルのパターン形
成面の位置に等しい。ミラー１及び投影レンズ２は、図
示省略した支持機構により後述のベース２０に対し動か
ないように固定する。
【００１２】３は透過型位相格子であり、この透過型位
相格子３を投影レンズ２の下方に配置されたＺステージ
を兼ねた測定部４上に載置する。透過型位相格子３は、
投影レンズ２に対してウェハが設置される位置の近傍に
配置される。５は投影レンズ２の設計上の使用波長の照
明光を発生する照明系を示し、この照明系５において、
光源５ａから射出されて反射鏡５ｂにより集められた照
明光はコンデンサレンズ５ｃにより略々平行光束にな
り、この略々平行な光束をフィルタ６に通すことによ
り、投影レンズ２の設計上の使用波長の光が選択され
る。このフィルタ６を透過した光を集光レンズ５ｄでフ
ァイバー束等の光ガイド７の一端に入射させ、光ガイド
７の他端から射出される照明光をハーフミラー９でコン
デンサレンズ８側に導き、コンデンサレンズ８から射出
される平行な照明光で透過型位相格子３を底面から垂直
に照明する。
相格子３を投影レンズ２の下方に配置されたＺステージ
を兼ねた測定部４上に載置する。透過型位相格子３は、
投影レンズ２に対してウェハが設置される位置の近傍に
配置される。５は投影レンズ２の設計上の使用波長の照
明光を発生する照明系を示し、この照明系５において、
光源５ａから射出されて反射鏡５ｂにより集められた照
明光はコンデンサレンズ５ｃにより略々平行光束にな
り、この略々平行な光束をフィルタ６に通すことによ
り、投影レンズ２の設計上の使用波長の光が選択され
る。このフィルタ６を透過した光を集光レンズ５ｄでフ
ァイバー束等の光ガイド７の一端に入射させ、光ガイド
７の他端から射出される照明光をハーフミラー９でコン
デンサレンズ８側に導き、コンデンサレンズ８から射出
される平行な照明光で透過型位相格子３を底面から垂直
に照明する。
【００１３】図２に示すように、透過型位相格子３のピ
ッチをＰ、平行な照明光３０の波長をλとすると、以下
の式で定まる回折角−θ及び＋θでそれぞれ−１次回折
光３１及び＋１次回折光３２が位相格子３より投影レン
ズ２側に射出される。 ｓｉｎ（±θ）＝±λ／Ｐ（複号同順）
ッチをＰ、平行な照明光３０の波長をλとすると、以下
の式で定まる回折角−θ及び＋θでそれぞれ−１次回折
光３１及び＋１次回折光３２が位相格子３より投影レン
ズ２側に射出される。 ｓｉｎ（±θ）＝±λ／Ｐ（複号同順）
【００１４】更に、本例ではその位相格子３の溝の深さ
をｄ、位相格子３の屈折率をｎとすると、次の関係が成
立するようにする。 （ｎ−１）ｄ＝λ／２＋ｍλ（ｍは整数） 例えば屈折率ｎ＝１．５、λ＝３６５ｎｍ、ｍ＝０とす
ると、深さｄ＝３６５ｎｍである。更に、位相格子３の
山の部分と谷の部分とのデューティ比を１：１に設定す
る。このような位相格子３に光を垂直に入射すると、０
次光は消失し、±１次回折光の強度が強くなる。
をｄ、位相格子３の屈折率をｎとすると、次の関係が成
立するようにする。 （ｎ−１）ｄ＝λ／２＋ｍλ（ｍは整数） 例えば屈折率ｎ＝１．５、λ＝３６５ｎｍ、ｍ＝０とす
ると、深さｄ＝３６５ｎｍである。更に、位相格子３の
山の部分と谷の部分とのデューティ比を１：１に設定す
る。このような位相格子３に光を垂直に入射すると、０
次光は消失し、±１次回折光の強度が強くなる。
【００１５】図１に戻り、透過型位相格子３から投影レ
ンズ２に向かう光の内で、例えば回折角が−θの−１次
回折光３１は、投影レンズ２の瞳面２ａの点Ｘ１で一度
集束した後、再度広がってミラー１に入射する。ミラー
１で反射された回折光は、今度は投影レンズ２の瞳面２
ａ上で光軸に対して点Ｘ１と対称な点Ｘ２を通り、戻り
光３３として位相格子３に入射角θで入射する。逆に、
位相格子３からの回折角が＋θの＋１次回折光は、−１
次回折光３１と逆の光路を辿って位相格子３に入射角−
θで入射する。
ンズ２に向かう光の内で、例えば回折角が−θの−１次
回折光３１は、投影レンズ２の瞳面２ａの点Ｘ１で一度
集束した後、再度広がってミラー１に入射する。ミラー
１で反射された回折光は、今度は投影レンズ２の瞳面２
ａ上で光軸に対して点Ｘ１と対称な点Ｘ２を通り、戻り
光３３として位相格子３に入射角θで入射する。逆に、
位相格子３からの回折角が＋θの＋１次回折光は、−１
次回折光３１と逆の光路を辿って位相格子３に入射角−
θで入射する。
【００１６】位相格子３に戻された回折光はそれぞれ再
び回折されて、照明光３０に平行な逆方向にコンデンサ
レンズ８に向かい、コンデンサレンズ８により集束され
た戻り光がハーフミラー９を透過してピンホール板４０
に入射する。このとき、後述のように、位相格子３が現
在の回折光に関する投影レンズ２の焦点位置に合致して
いるときに、そのピンホール板４０のピンホールを透過
する光量が最小となる。このピンホールを透過した光を
受光素子１０で光電変換して増幅器１１で増幅し、この
増幅後の光電変換信号をアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）
変換器１２を介してコンピュータ１３に取り込む。
び回折されて、照明光３０に平行な逆方向にコンデンサ
レンズ８に向かい、コンデンサレンズ８により集束され
た戻り光がハーフミラー９を透過してピンホール板４０
に入射する。このとき、後述のように、位相格子３が現
在の回折光に関する投影レンズ２の焦点位置に合致して
いるときに、そのピンホール板４０のピンホールを透過
する光量が最小となる。このピンホールを透過した光を
受光素子１０で光電変換して増幅器１１で増幅し、この
増幅後の光電変換信号をアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）
変換器１２を介してコンピュータ１３に取り込む。
【００１７】コンピュータ１３はＺステージ駆動用の信
号及びＸＹステージ駆動用の信号を生成し、前者のＺス
テージ駆動用の信号を増幅器１４を介してモータ１５に
供給する。このモータ１５でＺステージのくさび機構１
６を移動することにより、測定部４が投影レンズ２の光
軸（Ｚ軸）に平行な方向に移動する。一方、後者のＸＹ
ステージ駆動用の信号は増幅器１７を介してモータ１８
に供給され、このモータ１８によりＸＹステージ１９を
投影レンズ２の光軸に垂直なＸＹ平面内で平行移動させ
ることができる。２０は測定機全体のベースを示し、ベ
ース２０の上に順次ＸＹステージ１９、くさび機構１
６、測定部４及び位相格子３が載置されている。
号及びＸＹステージ駆動用の信号を生成し、前者のＺス
テージ駆動用の信号を増幅器１４を介してモータ１５に
供給する。このモータ１５でＺステージのくさび機構１
６を移動することにより、測定部４が投影レンズ２の光
軸（Ｚ軸）に平行な方向に移動する。一方、後者のＸＹ
ステージ駆動用の信号は増幅器１７を介してモータ１８
に供給され、このモータ１８によりＸＹステージ１９を
投影レンズ２の光軸に垂直なＸＹ平面内で平行移動させ
ることができる。２０は測定機全体のベースを示し、ベ
ース２０の上に順次ＸＹステージ１９、くさび機構１
６、測定部４及び位相格子３が載置されている。
【００１８】本例の収差測定時の動作につき説明する。
この場合、先ず投影レンズ２の瞳面２ａ上で測定対象光
束が通過する点の光軸からの所定の半径に対応する格子
定数（格子ピッチ）Ｐを有する透過型位相格子３を、Ｚ
ステージを兼ねた測定部４上の投影レンズ２の光軸上に
載置する。図１では位相格子３は誇張して大きく描かれ
ているが、実際には投影レンズ２のイメージフィールド
内で位相格子３はほぼ点とみなせる程度の大きさであ
る。その後、測定部４をＺ軸の方向に走査する。そし
て、図３（ａ）に示すように、位相格子３の位置が投影
レンズ２の焦点位置Ｚ１に合致すると、−１次回折光３
１のミラー１からの戻り光３３は＋１次回折光３２と逆
方向に位相格子３に入射し、＋１次回折光３２のミラー
１からの戻り光３４は−１次回折光３１と逆方向に位相
格子３に入射する。そして、戻り光３３の−１次回折光
と戻り光３４の＋１次回折光とは、位相格子３から垂直
に戻り光３５として照明光３０と逆方向に射出される。
この場合、先ず投影レンズ２の瞳面２ａ上で測定対象光
束が通過する点の光軸からの所定の半径に対応する格子
定数（格子ピッチ）Ｐを有する透過型位相格子３を、Ｚ
ステージを兼ねた測定部４上の投影レンズ２の光軸上に
載置する。図１では位相格子３は誇張して大きく描かれ
ているが、実際には投影レンズ２のイメージフィールド
内で位相格子３はほぼ点とみなせる程度の大きさであ
る。その後、測定部４をＺ軸の方向に走査する。そし
て、図３（ａ）に示すように、位相格子３の位置が投影
レンズ２の焦点位置Ｚ１に合致すると、−１次回折光３
１のミラー１からの戻り光３３は＋１次回折光３２と逆
方向に位相格子３に入射し、＋１次回折光３２のミラー
１からの戻り光３４は−１次回折光３１と逆方向に位相
格子３に入射する。そして、戻り光３３の−１次回折光
と戻り光３４の＋１次回折光とは、位相格子３から垂直
に戻り光３５として照明光３０と逆方向に射出される。
【００１９】この場合、−１次回折光３１及び＋１次回
折光３２の位相は０次光に対してそれぞれ−４５°及び
＋４５°異なり、戻り光３３の−１次回折光及び戻り光
３４の＋１次回折光の位相はそれぞれ０次光に対して−
４５°及び＋４５°異なる。従って、戻り光３３の−１
次回折光の位相と戻り光３４の＋１次回折光の位相とは
最終的に１８０°異なるため、図３（ｂ）に示すよう
に、戻り光３５の強度Ｉは最小になる。これに対して、
位相格子３のＺ軸方向の位置が投影レンズ２の焦点位置
Ｚ１からずれていると、戻り光３３の−１次回折光と戻
り光３４の＋１次回折光とがずれるので、戻り光３５の
強度Ｉは大きくなる。従って、戻り光の強度Ｉが最小に
なり、図１の受光素子１０の光電変換信号が最小になる
ときの位相格子３のＺ軸の座標が、その投影レンズ２の
焦点位置として求められる。
折光３２の位相は０次光に対してそれぞれ−４５°及び
＋４５°異なり、戻り光３３の−１次回折光及び戻り光
３４の＋１次回折光の位相はそれぞれ０次光に対して−
４５°及び＋４５°異なる。従って、戻り光３３の−１
次回折光の位相と戻り光３４の＋１次回折光の位相とは
最終的に１８０°異なるため、図３（ｂ）に示すよう
に、戻り光３５の強度Ｉは最小になる。これに対して、
位相格子３のＺ軸方向の位置が投影レンズ２の焦点位置
Ｚ１からずれていると、戻り光３３の−１次回折光と戻
り光３４の＋１次回折光とがずれるので、戻り光３５の
強度Ｉは大きくなる。従って、戻り光の強度Ｉが最小に
なり、図１の受光素子１０の光電変換信号が最小になる
ときの位相格子３のＺ軸の座標が、その投影レンズ２の
焦点位置として求められる。
【００２０】次に、位相格子３を格子定数Ｐの異なる位
相格子と取り替えて、測定部４をＺ軸方向に走査する。
この場合は、位相格子からの２本の回折光は投影レンズ
２の瞳面２ａ上で点Ｘ１及びＸ２とは異なる点を通過す
るため、球面収差があると、受光素子１０の光電変換信
号が最小になるＺ軸上の焦点位置は前回とは異なる。格
子定数の異なる複数の透過型位相格子を順次測定部４上
に載置して、焦点位置の測定を複数回繰り返して、投影
レンズ２の瞳面２ａ上で回折光が通過する半径に対して
焦点位置をプロットすることにより、所謂球面収差カー
ブが描かれる。尚、格子定数の異なる複数の位相格子を
所定の位置関係で測定部４に形成しておき、位相格子を
交換する代わりに投影レンズ２の光軸と垂直な面内で測
定部４を所定量ずつ移動するようにしても良い。
相格子と取り替えて、測定部４をＺ軸方向に走査する。
この場合は、位相格子からの２本の回折光は投影レンズ
２の瞳面２ａ上で点Ｘ１及びＸ２とは異なる点を通過す
るため、球面収差があると、受光素子１０の光電変換信
号が最小になるＺ軸上の焦点位置は前回とは異なる。格
子定数の異なる複数の透過型位相格子を順次測定部４上
に載置して、焦点位置の測定を複数回繰り返して、投影
レンズ２の瞳面２ａ上で回折光が通過する半径に対して
焦点位置をプロットすることにより、所謂球面収差カー
ブが描かれる。尚、格子定数の異なる複数の位相格子を
所定の位置関係で測定部４に形成しておき、位相格子を
交換する代わりに投影レンズ２の光軸と垂直な面内で測
定部４を所定量ずつ移動するようにしても良い。
【００２１】次に、コンピュータ１３の指令によりＸＹ
ステージ１９を投影レンズ２の光軸に垂直なＸＹ面内で
平行移動して、投影レンズ２の光軸外に位相格子３を配
置した状態でそれぞれ複数の格子定数について焦点位置
を検出することにより、軸外の球面収差をも測定するこ
とができる。また、位相格子３を投影レンズ２の光軸に
垂直な面内で２次元的に移動して各点で焦点位置を測定
することにより、投影レンズ２の像面湾曲をも測定する
ことができる。また、受光素子１０の光電変換信号が最
小値から所定範囲に収まるＺ軸方向の領域は、投影レン
ズ２の有効焦点域であるとも考えることができるので、
本例によればその投影レンズ２の有効焦点域をも測定す
ることができる。
ステージ１９を投影レンズ２の光軸に垂直なＸＹ面内で
平行移動して、投影レンズ２の光軸外に位相格子３を配
置した状態でそれぞれ複数の格子定数について焦点位置
を検出することにより、軸外の球面収差をも測定するこ
とができる。また、位相格子３を投影レンズ２の光軸に
垂直な面内で２次元的に移動して各点で焦点位置を測定
することにより、投影レンズ２の像面湾曲をも測定する
ことができる。また、受光素子１０の光電変換信号が最
小値から所定範囲に収まるＺ軸方向の領域は、投影レン
ズ２の有効焦点域であるとも考えることができるので、
本例によればその投影レンズ２の有効焦点域をも測定す
ることができる。
【００２２】更に、図１のように位相格子３の格子がＸ
軸方向に周期性を有する場合に、位相格子３を投影レン
ズ２の光軸に対してＸ方向にずらして測定した焦点位置
は、その投影レンズ２のメリジオナル面での焦点位置で
ある。これに対して、位相格子３の格子がＹ軸方向に周
期性を有する場合に、位相格子３を投影レンズ２の光軸
に対してＸ方向にずらして測定した焦点位置は、その投
影レンズ２のサジッタル面での焦点位置とみなすことが
できる。同様に、位相格子３の格子がＸ軸に対して時計
回りに所定角度のＴ方向に周期性を有する場合及び位相
格子３の格子がＸ軸に対して反時計回りに所定角度のＲ
方向に周期性を有する場合についても、それぞれ焦点位
置を検出することにより、それらの焦点位置の違いによ
り、投影レンズ２の非点収差を測定することができる。
軸方向に周期性を有する場合に、位相格子３を投影レン
ズ２の光軸に対してＸ方向にずらして測定した焦点位置
は、その投影レンズ２のメリジオナル面での焦点位置で
ある。これに対して、位相格子３の格子がＹ軸方向に周
期性を有する場合に、位相格子３を投影レンズ２の光軸
に対してＸ方向にずらして測定した焦点位置は、その投
影レンズ２のサジッタル面での焦点位置とみなすことが
できる。同様に、位相格子３の格子がＸ軸に対して時計
回りに所定角度のＴ方向に周期性を有する場合及び位相
格子３の格子がＸ軸に対して反時計回りに所定角度のＲ
方向に周期性を有する場合についても、それぞれ焦点位
置を検出することにより、それらの焦点位置の違いによ
り、投影レンズ２の非点収差を測定することができる。
【００２３】また、例えば半導体製造用の投影露光装置
用の投影レンズでは、使用波長のばらつきは１ｎｍ程度
以内である。これに関して、図１の照明系５中のフィル
タ６として干渉フィルタを使用し、そのフィルタ６を傾
斜させることにより、フィルタ６を通過する光の波長を
１ｎｍ〜２ｎｍ程度変化させることができる。従って、
そのフィルタ６の傾斜角を変えて照明光３０の波長を変
えた状態で、それぞれ位相格子３をＺ軸方向に走査して
投影レンズ２の焦点位置を測定することにより、投影レ
ンズ２の軸上色収差をも測定することができる。
用の投影レンズでは、使用波長のばらつきは１ｎｍ程度
以内である。これに関して、図１の照明系５中のフィル
タ６として干渉フィルタを使用し、そのフィルタ６を傾
斜させることにより、フィルタ６を通過する光の波長を
１ｎｍ〜２ｎｍ程度変化させることができる。従って、
そのフィルタ６の傾斜角を変えて照明光３０の波長を変
えた状態で、それぞれ位相格子３をＺ軸方向に走査して
投影レンズ２の焦点位置を測定することにより、投影レ
ンズ２の軸上色収差をも測定することができる。
【００２４】次に、諸収差を測定するために使用できる
透過型位相格子３の格子パターンの例を示す。図４
（ａ）は球面収差測定用の同芯円状のパターンを示し、
この図４（ａ）において、ハッチング部３６がクロム蒸
着膜等の不透過部であり、白抜きの透過部と黒く塗って
示す透過部３７との位相差が使用波長λに対してπにな
るように基板としてのガラスの厚みを変えている。これ
はドライエッチング等で行うことができる。また、図４
（ｂ）は図４（ａ）に対して格子ピッチを大きくした低
周波用の位相格子を示し、図４（ａ）の位相格子に比べ
て図４（ｂ）の位相格子からの回折光は、投影レンズ２
の瞳面２ａ上でより光軸に近い所を通る。ただし、これ
ら図４（ａ）及び（ｂ）の位相格子のパターンは全周に
亘って形成する必要はなく、円周を分割した一部の領域
にパターンを形成するだけでもよい。
透過型位相格子３の格子パターンの例を示す。図４
（ａ）は球面収差測定用の同芯円状のパターンを示し、
この図４（ａ）において、ハッチング部３６がクロム蒸
着膜等の不透過部であり、白抜きの透過部と黒く塗って
示す透過部３７との位相差が使用波長λに対してπにな
るように基板としてのガラスの厚みを変えている。これ
はドライエッチング等で行うことができる。また、図４
（ｂ）は図４（ａ）に対して格子ピッチを大きくした低
周波用の位相格子を示し、図４（ａ）の位相格子に比べ
て図４（ｂ）の位相格子からの回折光は、投影レンズ２
の瞳面２ａ上でより光軸に近い所を通る。ただし、これ
ら図４（ａ）及び（ｂ）の位相格子のパターンは全周に
亘って形成する必要はなく、円周を分割した一部の領域
にパターンを形成するだけでもよい。
【００２５】図５は非点収差用のＸ方向、Ｙ方向、Ｔ方
向及びＲ方向用の４種類の位相格子を示す。図５の例
は、正方形の画面の対角用であり、他の場所では勿論Ｔ
方向及びＲ方向はＸ軸及びＹ軸に対して４５゜とはなら
ない。このようなパターンを透過型位相格子３上に複数
個設け、収差測定中には、その内の１個のパターンを除
く他のパターンをマスク等で覆い、その１個のパターン
からの回折光のみを被検レンズに送る必要がある。ま
た、図４及び図５に示す位相格子は、位相が０の透過部
と位相がπの透過部との面積が等しくなるように作って
おく。そうしないと０次光が発生し、球面収差等が正し
く測定できない。
向及びＲ方向用の４種類の位相格子を示す。図５の例
は、正方形の画面の対角用であり、他の場所では勿論Ｔ
方向及びＲ方向はＸ軸及びＹ軸に対して４５゜とはなら
ない。このようなパターンを透過型位相格子３上に複数
個設け、収差測定中には、その内の１個のパターンを除
く他のパターンをマスク等で覆い、その１個のパターン
からの回折光のみを被検レンズに送る必要がある。ま
た、図４及び図５に示す位相格子は、位相が０の透過部
と位相がπの透過部との面積が等しくなるように作って
おく。そうしないと０次光が発生し、球面収差等が正し
く測定できない。
【００２６】なお、上述実施例では投影レンズ２のレチ
クル側にミラー１を配置し、ウェハ側に位相格子３を配
置しているが、逆にレチクル側に位相格子３を配置し
て、ウェハ側にミラー１を配置してもよい。この場合に
は、例えばレチクル側の位相格子を固定して、ウェハ側
のミラーを投影レンズ２の光軸方向に走査することによ
り、Ｚステージを兼ねた測定部４等の機構部の構成を簡
略化することができる。また、図１の収差測定機を焦点
位置の検出機構として例えばステップアンドリピート方
式の縮小投影型露光装置（ステッパー）に搭載するよう
にしてもよい。これにより、投影レンズ２の焦点位置の
変動等を随時モニターすることができる。このように、
本発明は上述実施例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。
クル側にミラー１を配置し、ウェハ側に位相格子３を配
置しているが、逆にレチクル側に位相格子３を配置し
て、ウェハ側にミラー１を配置してもよい。この場合に
は、例えばレチクル側の位相格子を固定して、ウェハ側
のミラーを投影レンズ２の光軸方向に走査することによ
り、Ｚステージを兼ねた測定部４等の機構部の構成を簡
略化することができる。また、図１の収差測定機を焦点
位置の検出機構として例えばステップアンドリピート方
式の縮小投影型露光装置（ステッパー）に搭載するよう
にしてもよい。これにより、投影レンズ２の焦点位置の
変動等を随時モニターすることができる。このように、
本発明は上述実施例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。
【００２７】
【発明の効果】本発明によれば、投影光学系の瞳面内
で、かつこの投影光学系の光軸から離れた２つの第１の
点を通過するようにその投影光学系に第１の位相格子を
介して第１の照明光を導き、また、投影光学系の瞳面内
で、かつその第１の点とは異なる２つの第２の点を通過
するように、その第１の位相格子から切り替えられた第
２の位相格子を介してその投影光学系に第２の照明光を
導き、それぞれその第１及び第２の位相格子に対してそ
の投影光学系を挟んで設けられた反射面で反射されてそ
の第１及び第２の位相格子に戻されるその第１及び第２
の照明光に基づいて、その投影光学系の結像特性を測定
するようにしたので、投影光学系の焦点位置や球面収差
等の結像特性を正確に測定できる利点がある。
で、かつこの投影光学系の光軸から離れた２つの第１の
点を通過するようにその投影光学系に第１の位相格子を
介して第１の照明光を導き、また、投影光学系の瞳面内
で、かつその第１の点とは異なる２つの第２の点を通過
するように、その第１の位相格子から切り替えられた第
２の位相格子を介してその投影光学系に第２の照明光を
導き、それぞれその第１及び第２の位相格子に対してそ
の投影光学系を挟んで設けられた反射面で反射されてそ
の第１及び第２の位相格子に戻されるその第１及び第２
の照明光に基づいて、その投影光学系の結像特性を測定
するようにしたので、投影光学系の焦点位置や球面収差
等の結像特性を正確に測定できる利点がある。
【図１】本発明による収差測定機の一実施例を示す構成
図である。
図である。
【図２】実施例の透過型位相格子を示す断面図である。
【図３】実施例の焦点位置の検出方法の説明に供する線
図である。
図である。
【図４】透過型位相格子のパターンの例を示す平面図で
ある。
ある。
【図５】透過型位相格子のパターンの他の例を示す平面
図である。
図である。
【図６】従来の収差測定機を示す構成図である。
１ ミラー ２ 被検レンズとしての投影レンズ ３ 透過型位相格子 ４ 測定部 ５ 照明系 ７ 光ガイド ８ コンデンサレンズ ９ ハーフミラー １０ 受光素子 １９ ＸＹステージ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01M 11/00 G01M 11/02 H01L 21/027
Claims (12)
- 【請求項１】 レチクルのパターンをウェハ上に投影す
る投影光学系の結像特性計測装置において、 前記投影光学系の瞳面内で、かつ該投影光学系の光軸か
ら離れた２つの第１の点を通過するように、前記投影光
学系に第１の照明光を導く第１の位相格子と、 前記第１の位相格子から切り替えられて用いられ、前記
投影光学系の瞳面内で、かつ前記第１の点とは異なる２
つの第２の点を通過するように、前記投影光学系に第２
の照明光を導く第２の位相格子と、前記第１の位相格子に対して前記投影光学系を挟んで設
けられた反射面で、 前記第１の点を通過した前記第１の
照明光が反射することにより、前記投影光学系を介して
前記第１の位相格子に戻される前記第１の照明光と、前
記第２の位相格子に対して前記投影光学系を挟んで設け
られた反射面で、前記第２の点を通過した前記第２の照
明光が反射することにより、前記投影光学系を介して前
記第２の位相格子に戻される前記第２の照明光とに基づ
いて、前記投影光学系の結像特性を測定する測定手段
と、を有することを特徴とする投影光学系の結像特性計
測装置。 - 【請求項２】 前記第１の位相格子と、前記第２の位相
格子とは、格子ピッチが異なることを特徴とする請求項
１に記載の投影光学系の結像特性計測装置。 - 【請求項３】 前記測定手段は、前記第１の点を通過し
た前記第１の照明光による前記投影光学系の焦点位置及
び前記第２の点を通過した前記第２の照明光による前記
投影光学系の焦点位置に基づいて、前記投影光学系の球
面収差を測定することを特徴とする請求項１又は２に記
載の投影光学系の結像特性計測装置。 - 【請求項４】 前記第１の位相格子と、前記第２の位相
格子とは、格子の方向が異なることを特徴とする請求項
１に記載の投影光学系の結像特性計測装置。 - 【請求項５】 前記測定手段は、前記第１の点を通過し
た前記第１の照明光による前記投影光学系の焦点位置及
び前記第２の点を通過した前記第２の照明光による前記
投影光学系の焦点位置に基づいて、前記投影光学系の非
点収差を測定することを特徴とする請求項１又は４に記
載の投影光学系の結像特性計測装置。 - 【請求項６】 前記第１の位相格子と、前記第２の位相
格子とは、同一基板に形成されることを特徴とする請求
項１〜５の何れか一項に記載の投影光学系の結像特性計
測装置。 - 【請求項７】 前記第１の点を通過する前記第１の照明
光は、前記第１の位相格子から射出された±１次回折光
によって形成され、 前記第２の点を通過する前記第２の照明光は、前記第２
の位相格子から射出された±１次回折光によって形成さ
れることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載
の投影光学系の結像特性計測装置。 - 【請求項８】 レチクルのパターンをウェハ上に投影す
る投影光学系の結像特性を計測する結像特性計測方法に
おいて、 前記投影光学系の瞳面内で、かつ該投影光学系の光軸か
ら離れた２つの第１の点を通過するように、第１の位相
格子を介して前記投影光学系に第１の照明光を導き、 前記投影光学系の瞳面内で、かつ前記第１の点とは異な
る２つの第２の点を通過するように、前記第１の位相格
子から切り替えられた第２の位相格子を介して前記投影
光学系に第２の照明光を導き、 前記第１の点を通過した前記第１の照明光が、前記第１
の位相格子に対して前記投影光学系の反対側で反射する
ことによって、前記投影光学系を介して前記第１の位相
格子に戻される前記第１の照明光と、前記第２の点を通
過した前記第２の照明光が、前記第２の位相格子に対し
て前記投影光学系の反対側で反射することによって、前
記投影光学系を介して前記第２の位相格子に戻される前
記第２の照明光とに基づいて、前記投影光学系の結像特
性を測定することを特徴とする投影光学系の結像特性計
測方法。 - 【請求項９】 前記第１の位相格子と、前記第２の位相
格子とは、格子ピッチ又は格子の方向が異なることを特
徴とする請求項８に記載の投影光学系の結像特性計測方
法。 - 【請求項１０】 前記第１の点を通過した前記第１の照
明光による前記投影光学系の焦点位置及び前記第２の点
を通過した前記第２の照明光による前記投影光学系の焦
点位置に基づいて、前記投影光学系の球面収差又は非点
収差を測定することを特徴とする請求項８又は９に記載
の投影光学系の結像特性計測方法。 - 【請求項１１】 マスクに形成されたパターンの像を感
光基板に転写する投影光学系を備える露光装置におい
て、 前記投影光学系の結像特性を計測する請求項１〜７の何
れか一項に記載の結像特性計測装置を備えることを特徴
とする露光装置。 - 【請求項１２】 前記第１の位相格子及び前記第２の位
相格子は、前記マスクが配置される位置に取り外し可能
に設けられ、 前記測定手段は、前記感光基板が配置されるステージに
設けられることを特徴とする請求項１１に記載の露光装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35375591A JP3336622B2 (ja) | 1991-12-18 | 1991-12-18 | 結像特性計測方法及び装置、並びに露光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35375591A JP3336622B2 (ja) | 1991-12-18 | 1991-12-18 | 結像特性計測方法及び装置、並びに露光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05164655A JPH05164655A (ja) | 1993-06-29 |
| JP3336622B2 true JP3336622B2 (ja) | 2002-10-21 |
Family
ID=18433000
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35375591A Expired - Fee Related JP3336622B2 (ja) | 1991-12-18 | 1991-12-18 | 結像特性計測方法及び装置、並びに露光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3336622B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1079223A4 (en) * | 1998-05-19 | 2002-11-27 | Nikon Corp | INSTRUMENT AND METHOD FOR MEASURING ABERATIONS, PROJECTION DEVICE INCLUDING THIS INSTRUMENT AND ITS MANUFACTURING METHOD |
| JP5473743B2 (ja) * | 2010-04-20 | 2014-04-16 | 富士フイルム株式会社 | 軸外透過波面測定装置 |
| JP6532332B2 (ja) * | 2015-07-21 | 2019-06-19 | キヤノン株式会社 | 露光装置および露光方法、ならびに物品の製造方法 |
-
1991
- 1991-12-18 JP JP35375591A patent/JP3336622B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05164655A (ja) | 1993-06-29 |
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