JP2002013908A - 干渉装置及びそれを搭載した半導体露光装置 - Google Patents

干渉装置及びそれを搭載した半導体露光装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 可干渉距離が干渉計の光路長差より短い光源
からの光を用いても透過罷免を測定することが出きる干
渉装置及びそれを搭載した半導体露光装置を得ること。 【解決手段】 光源から放射された光束を、フィゾー干
渉計に入射する前に２光束に分離・再結合するためのビ
ームスプリッタと、２光束が分離している間の光路長差
が該光源からの光束の可干渉距離以上で且つ該光路長差
とフィゾー干渉計の光路長との差が光源の可干渉距離以
内になるように配置されたミラーとを含む光路長差付与
部に導光し、該光路長差付与部からの光束を空間フィル
ターを介して該フィゾー干渉計に導光したことを特徴と
するフィゾー干渉装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、干渉装置及びそれ
を搭載した露光装置に関し，特に半導体素子製造用の露
光装置で用いている投影レンズの波面収差測定機のよう
に被測定物として、その光路長が長く、その上、測定に
使用できる光線の波長が限定されながら高精度の波面測
定が要求され、しかも投影レンズの波面収差を装置に搭
載した状態で測定することが要求される装置に好適なも
のである。
【０００２】
【従来の技術】従来より半導体素子製造用の露光装置に
用いている投影レンズの透過波面を測定する場合は、高
精度測定を期すために参照光と被検光の光路の大部分が
一致するフィゾー型の干渉計が多く用いられている。フ
ィゾー型干渉計による波面測定ではフィゾー面と反射参
照ミラー面の間に被測定物としてのレンズ(投影レン
ズ）を設置し、これら２面で反射した２光束の干渉を利
用して被測定物の透過波面を測定している。したがって
フィゾー型干渉計で用いる光源はフィゾー面と反射参照
ミラー面間の光路長の２倍以上の可干渉距離を持った光
束を発するものでなければならない。その上、波面測定
に使う光束の波長と実際に半導体露光装置に使用する露
光光の波長は同一または非常に近いものでなければなら
ない。例えば露光光としてＧ線（４３５ｎｍ）を用いる
投影レンズの波面収差の測定には波長４４２ｎｍの光を
放射するＨｅＣｄレーザ、露光光としてｉ線（３６５ｎ
ｍ）を用いる投影レンズの波面収差の測定には波長３６
４ｎｍの光を放射するＡｒイオンレーザ、露光光として
ＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）を用いる投影レン
ズの波面収差の測定には波長２４８ｎｍの光を放射する
Ａｒイオンレーザの第２高調波が利用できた。ところが
露光波長が１９３ｎｍであるＡｒＦエキシマレーザを用
いる投影レンズの波面収差の測定には、同波長でかつ可
干渉距離の長い干渉計用の光源が現在利用できないた
め、フィゾー型の干渉計を構成することができなかっ
た。そのため波面収差の測定として参照光と被検光の光
路長を等しくすることによって光源の可干渉距離が短く
ても測定できるトワイマングリーン型の干渉計を使わざ
るを得なかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】近年半導体素子(半導
体デバイス)のパターンがより微細化するにしたがって
投影レンズの光学性能の要求もますます高度になってい
る。そして、それに伴ってレンズ測定用の干渉計にも高
い精度の測定が要求されると同時に、投影レンズには非
常に高度な光学性能を維持することが要求されている。
このため半導体露光装置に搭載した状態で投影レンズの
透過波面測定に対する要求も生じている。しかしながら
トワイマングリーン型の干渉計では参照光と被検光が各
々異なった光路を通るため、外乱による影響を受けやす
いという欠点がある。この上に、参照光路が必要なため
干渉計のサイズが大きくなり半導体露光装置に搭載する
ことは容易ではない。
【０００４】本発明は可干渉距離の短い光を放射する光
源を用いても投影レンズの波面収差を高精度で測定がで
きるフィゾー型の干渉装置及びそれを搭載した露光装置
の提供を目的とする。この他本発明はフィゾー型の干渉
計を装備し、投影レンズを搭載した状態で該投影レンズ
の透過波面の測定を可能にした露光装置の提供を目的と
する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明の干渉装
置は光源から放射された光束を、フィゾー干渉計に入射
する前に２光束に分離・再結合するためのビームスプリ
ッタと、２光束が分離している間の光路長差が該光源か
らの光束の可干渉距離以上で且つ該光路長差とフィゾー
干渉計の光路長との差が光源の可干渉距離以内になるよ
うに配置されたミラーとを含む光路長差付与部に導光
し、該光路長差付与部からの光束を空間フィルターを介
して該フィゾー干渉計に導光したことを特徴としてい
る。
【０００６】請求項２の発明の干渉装置は光源からの光
束を２光束に分離して該２光束に光路長差を付与した後
に重ね合わせて射出させる光路長付与部と、該光路長付
与部からの該２光束の波面を同一とする空間フィルター
と、を通過させた後に被検面を挟んで対向配置したフィ
ゾー面と参照面とを有するフィゾー干渉計、に導光し
て、該被検面を透過した波面を測定する干渉装置であっ
て、該光路長付与部による２光束間の光路長差をΔＤ、
該光源の可干渉距離をΔＬ、該フィゾー干渉計の光路長
差をΔＦとするとき ΔＬ＜ΔＤ ｜ΔＤ−ΔＦ｜＜ΔＬ を満足するように各要素を設定したことを特徴としてい
る。
【０００７】請求項３の発明は請求項２の発明において
前記光路長差ΔＦは前記フィゾー面と参照面間の光路長
の２倍であることを特徴としている。
【０００８】請求項４の発明の干渉装置は光源からの光
束を２光束に分離して該２光束に光路長差を付与した後
に重ね合わせて射出させる光路長付与部と、該光路長付
与部からの該二光束の波面を同一とする空間フィルター
と、を通過させた後に被検面を挟んで対抗配置したフィ
ゾー面と参照面とを有するフィゾー干渉計、に導光し
て，該被検面を透過した波面を測定する干渉装置であっ
て、該フィゾー面で反射した２光束のうち該光路長付与
部で長い光路を伝搬した光束Ｌ１ｒと，該参照面で反射
した２光束のうち該光路長付与部で短い光路を伝搬した
光束Ｌ２ｔとの光路長差が該光源の可干渉距離ΔＬ以内
であり、かつ該光路長付与部における２光束間の光路長
差が該光源の可干渉距離以上となるように各要素を設定
したことを特徴としている。
【０００９】請求項５の発明の半導体露光装置は請求項
１から４のいずれか１項の干渉装置を搭載していること
を特徴としている。請求項６の発明の露光装置は原版パ
ターンを感光体上へ投影露光するための投影光学系を有
し，該投影光学系への光束入射光路の途中に半透過参照
面を配置したフィゾー干渉計を形成し，光源から放射さ
れた光束を該フィゾー干渉系に入射する前に２光束に分
離・再結合し且つ該２光束の分離・再結合間の光路長差
と前記フィゾー干渉計の光路長との差が光源の可干渉距
離以内になるように光路配置したことを特徴としてい
る。請求項７の発明は請求項６の発明において前記光源
は原版パターンを感光体上へ投影露光するための光源と
共通であることを特徴としている。請求項８の発明は請
求項６の発明において前記半透過参照面が退避可能な構
成とされていることを特徴としている。請求項９の発明
は請求項６の発明において前記フィゾー干渉系は前記投
影光学系を経由した光束を該投影光学系方向に反射する
ように配置された参照ミラーをさらに有し、前記半透過
参照面の曲率中心位置と該参照ミラーの曲率中心とが前
記投影光学系に関して共役であることを特徴としてい
る。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は本発明の干渉装置の要部概
略図である。図１において光源であるレーザ１から発し
た光束Lは光路長差付与部１０１に入射する。光路長差
付与部１０１で光束Ｌはビームスプリッタ２によりミラ
ー３に向かう光束Ｌ１とミラー４に向かう光束Ｌ２に分
離される。光束Ｌ１，(Ｌ２)はミラー３、（４）で反射
後、ビームスプリッタ２に戻る。ビームスプリッタ２と
ミラー３との距離はビームスプリッタ２とミラー４との
距離より後述のフィゾー面１０と反射参照ミラー１２間
の光路長Ｄだけ長くなるよう設置してある。したがって
ビームスプリッタ２を透過した光束Ｌ１と反射した光束
Ｌ２は共に凸レンズ５に向かうが光束L２は光束Ｌ１に
対し光路長２Ｄだけ進んでいる。凸レンズ５とピンホー
ル６そして凸レンズ７は単一の球面波を形成する空間フ
ィルター１０２の一要素を構成しており、凸レンズ５の
焦点位置にピンホール６が設置されている。ピンホール
６の直径をエアリーディスク直径の１／２程度にすれば
ピンホール６からの射出光は略球面波とみなすことがで
き、光路長差付与部１０１で生じた光束Ｌ１と光束Ｌ２
の波面の差異を除去することができる。ここでピンホー
ル６の代わりにシングルモード光ファイバーを用いても
同様の効果が得られる。ピンホール6を射出した光束Ｌ
１、Ｌ２は凸レンズ７で平行光束にされた後、ビームス
プリッタ８に入射し、そこで反射され最終面がフィゾー
面１０となっているフィゾーレンズ９に入射する。光束
Ｌ１，Ｌ２ともにフィゾー面１０で一部は反射し光束Ｌ
１ｒ，Ｌ２ｒとなってビームスプリッタ８に向かい、残
りはフィゾー面１０を透過して光束Ｌ１ｔ，Ｌ２ｔとな
って被測定レンズ１１を透過し、反射参照ミラー１２で
反射し、再度、被測定レンズ１１とフィゾーレンズ９を
透過してビームスプリッタ８に向かう。これら光束Ｌ１
ｒ，Ｌ２ｒ，Ｌ１ｔ，Ｌ２ｔのビームスプリッタ８にお
ける透過光が結像レンズ１３を経てカメラ１４に達す
る。結像レンズ１３は被測定レンズ１１の射出瞳とカメ
ラ１４が共役になるように設計および配置されており、
これによって被測定レンズ１１の瞳がカメラ１４上に結
像される。
【００１１】尚、各要素８〜１６はフィゾー干渉計１０
３の一要素を構成している。
【００１２】本実施形態では、フィゾー面１０で反射し
た２光束Ｌ１ｒ，Ｌ２Ｒのうち光路長差付与部１０１で
長い光路を伝搬した光束Ｌ１ｒと、反射参照ミラー１２
で反射した２光束Ｌ１ｔ，Ｌ２ｔのうち路長差付与部で
短い光路を伝搬した光束L2tの光路長差(Ｌ１ｒ−Ｌ２
ｔ)が光源１の可干渉距離ΔＬ以内となるようにしてい
る。したがって、これらの２光束Ｌ１ｒ，Ｌ２ｔは互い
に干渉するので、フィゾー面１０と反射参照ミラー１２
の間に設置された被測定レンズ１１の波面測定が可能に
なる。また光路長差付与部１０１における光路長差ΔＤ
＝２（Ｌ1−Ｌ２）は光源の可干渉距離ΔＬ以上となる
ようにしているので、即ちΔＬ＜ΔＤなので上記以外の
光束が干渉することによって波面測定に悪影響を及ぼす
ことはない。さらに、たとえ光路長差付与部で分離して
いる間に２光束が互いに異なる波面を持つようになった
としても、両光がフィゾー面に入射するまえに空間フィ
ルターを通過することによって同一波面を持つことな
り、干渉測定の精度が悪化することはない。
【００１３】尚、以上の各部材の光学配置は光路長差付
与部１０１による２光束Ｌ１，Ｌ２間の光路長差をΔＤ
（２Ｄ）、光源1の可干渉距離をΔＬ，フィゾー干渉計
の光路長差(フィゾー面10と参照面12との間の光路長の
２倍)をΔＦとしたとき ΔＬ＜ΔＤ ｜ΔＤ−ΔＦ｜＜ΔＬ を満足するようになっている。
【００１４】本実施形態ではカメラ１４に達した光束Ｌ
１ｒ，Ｌ２ｒ，Ｌ１ｔ，Ｌ２ｔのうち、光束Ｌ２ｔと光
束Ｌ１ｒはレーザ１からカメラ１４までの光路長差が可
干渉距離以内なのでカメラ１４上で干渉し、しかも光束
Ｌ２ｔは被測定レンズ１１を通っているのに対し光束Ｌ
１ｒは通っていないので、この結果、生じた干渉パター
ンは被測定レンズ１１の射出瞳上での波面形状を表して
いる。
【００１５】一方、光束Ｌ１ｒと光束Ｌ２ｔは他の光束
Ｌ２ｒ、Ｌ１ｔと可干渉距離以上の光路長差があるの
で、どの光束とも干渉することなく、したがって光束Ｌ
２ｔと光束Ｌ１ｒによる干渉パターンを乱すことはな
い。反射参照ミラー１２はコンピュータ１６で制御され
たピエゾ駆動ユニット１５により光軸方向に変位を与え
ることができる。コンピュータ１６では、反射参照ミラ
ー１２を変位させながらカメラ１４で撮影した画像出力
を位相スキャン法としてよく知られた方法を使って処理
することにより、被測定レンズ１１の透過波面を計算し
ている。もちろん、ピエゾ駆動ユニット１５で変位を与
えるのはフィゾーレンズ９あるいはミラー３またはミラ
ー４であってもよい。
【００１６】以上のように本実施形態の干渉装置は光源
であるレーザ1から放射された光束を2光束に分離・再結
合するためのビームスプリッタと２光束が分離している
間の光路長差が光源の可干渉距離以上でかつフィゾー干
渉計の光路長(干渉計を構成しているフィゾー面と反射
参照ミラー間の光路長の２倍)との差が光源の可干渉距
離以内になるように配置されたミラーからなる光路長差
付与部と，該光路長差付与部を透過した２光束がフィゾ
ー面に入射する前に，2光束の波面が同一になるよう設
置された空間フィルターそしてフィゾー干渉計を有して
いる。
【００１７】図２は本発明の干渉装置を搭載した半導体
露光装置の要部概略図である。光源であるレーザ１はレ
チクルのパターンをウエハに露光するための露光用と兼
用になっている。
【００１８】図２において投影レンズ１７が図１の被検
レンズ１１に相当している。ここで投影レンズ１７はレ
チクル(不図示）面上のパターンをウエハ(不図示)面上
に投影している。そしてパターンが投影露光されたウエ
ハを公知の現像処理工程を経て半導体デバイスを製造し
ている。
【００１９】図２においてレーザ１から発した光束Ｌは
切り替えミラー１８で反射され順次、光路長差付与部１
０１、空間フィルター１０２、ビームスプリッタ１９を
通過後、ミラー２０で反射され最終面がフィゾー面１０
となっているフィゾーレンズ９に入射する。この後は図
１の実施形態と同様にして測定対象となる投影レンズ１
７(図１では被測定レンズ１１に相当))))))の透過波面
を計算することができる。フィゾー面１０と反射参照ミ
ラー１２の曲率中心はそれぞれ投影レンズ１７に対する
レチクル位置とウエハ位置に一致するよう配置されてい
る。参照ミラー１２はウエハーステージ２３上でウエハ
を載置するウエハーチャック２４の近傍に設置されてお
り、ウエハーステージ２３を移動させることで投影レン
ズ１７の最大像高内の任意の像高に参照ミラー１２の曲
率中心を一致させることができる。一方、ミラー２０と
フィゾーレンズ９はともに移動ステージ２２上に設置さ
れていて移動ステージ２２によりフィゾー面１０の曲率
中心を参照ミラー１２の曲率中心の投影レンズ１７に関
しての共役位置に移動させることができる。このように
して投影レンズ１７の任意の像高での透過波面の測定を
行っている。ここで、切り替えミラー２０は可動であ
り、ウエハ露光時にはレーザ光路から退避して、光束が
レチクルを照明するための照明光学系２１に入射できる
ようになっている。同様にウエハ露光時には移動ステー
ジ２２の移動によりミラー２０とフィゾーレンズ１０は
照明光学系２１からの照明光を遮らないよう退避でき
る。なお、図２では図１にある結像レンズ１３およびコ
ンピュータ１６の記載を省略してある。またこの実施形
態では干渉計用光源は半導体露光用光源との兼用である
が、別途干渉計用の光源を用意してもよい
【００２０】
【発明の効果】本発明によれば可干渉距離の短い光を放
射する光源を用いても投影レンズの波面収差を高精度で
測定ができるフィゾー型の干渉装置及びそれを搭載した
露光装置を達成することができる。
【００２１】この他本発明によれば従来より透過波面測
定において可干渉距離の長い光源が利用できないため
に、高精度測定に有利なフィゾー干渉計が構成できなか
った場合でも、光路長差付与部と空間フィルターを設け
ることでフィゾー干渉計による測定を可能としている。
また、この干渉装置を装備した露光装置は、投影光学系
の搭載状態での透過波面測定を可能としている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の干渉装置の要部概略図
【図２】本発明の干渉装置を搭載した半導体露光装置の
要部概略図
【符号の説明】
１ 光源であるレーザ ２ ビームスプリッタ ３ ミラー ４ ミラー ５ 凸レンズ ６ ピンホール ７ 凸レンズ ８ ビームスプリッタ ９ フィゾーレンズ １０ フィゾー面 １１ 被測定レンズ １２ 反射参照ミラー １３ 結像レンズ １４ カメラ １５ ピエゾ駆動ユニット １６ コンピュータ １７ 投影レンズ １８ 可動ミラー １９ ビームスプリッタ ２０ ミラー ２１ 照明光学系 ２２ 移動ステージ ２３ ウエハーステージ ２４ ウエハーチャック １０１ 光路長差付与部 １０２ 空間フィルター Ｌ レーザ１が発した光束 Ｌ１ 光束Lがビームスプリッタ２で分離された光束 Ｌ２ 光束Lがビームスプリッタ２で分離された光束 Ｌ１ｒ 光束L1がフィゾー面１０で反射した光束 Ｌ１ｔ 光束L1がフィゾー面１０を透過した光束 Ｌ２ｒ 光束L2がフィゾー面１０で反射した光束 Ｌ２ｔ 光束L2がフィゾー面１０を透過した光束
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｇ０１Ｂ 11/24 Ｇ０１Ｂ 11/24 Ｄ Ｆターム(参考） 2F064 BB04 EE05 FF01 GG12 GG22 GG41 GG44 GG47 GG52 HH03 HH08 2F065 AA00 AA53 BB22 CC22 EE08 FF52 GG04 JJ03 JJ26 LL04 LL10 LL12 LL30 LL46 PP23 SS13 2G086 HH06 2H097 AA03 LA10 5F046 CA04 DA13 DB05 FB14

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光源から放射された光束を、フィゾー干
    渉計に入射する前に２光束に分離・再結合するためのビ
    ームスプリッタと、２光束が分離している間の光路長差
    が該光源からの光束の可干渉距離以上で且つ該光路長差
    とフィゾー干渉計の光路長との差が光源の可干渉距離以
    内になるように配置されたミラーとを含む光路長差付与
    部に導光し、該光路長差付与部からの光束を空間フィル
    ターを介して該フィゾー干渉計に導光したことを特徴と
    するフィゾー干渉装置。
  2. 【請求項２】 光源からの光束を２光束に分離して該２
    光束に光路長差を付与した後に重ね合わせて射出させる
    光路長付与部と、該光路長付与部からの該２光束間に発
    生した波面の差異を低減するための空間フィルターと、
    を通過させた後に被検光学系を挟んで対向配置したフィ
    ゾー面と参照面とを有するフィゾー干渉計、に導光し
    て、該被検面を透過した波面を測定すると共に、該光路
    長付与部による２光束間の光路長差をΔＤ、該光源の可
    干渉距離をΔＬ、該フィゾー干渉計による干渉２光束間
    の光路長差をΔＦとするとき ΔＬ＜ΔＤ ｜ΔＤ−ΔＦ｜＜ΔＬ を満足するように各要素を設定したことを特徴とする干
    渉装置。
  3. 【請求項３】 前記光路長差ΔＦは前記フィゾー面と参
    照面間の光路長の２倍であることを特徴とする請求項２
    の干渉装置。
  4. 【請求項４】 光源からの光束を２光束に分離して該２
    光束に光路長差を付与した後に重ね合わせて射出させる
    光路長付与部と、該光路長付与部からの該二光束に発生
    した波面の差異を低減するための空間フィルターと、を
    通過させた後に被検光学系を挟んで対向配置したフィゾ
    ー面と参照面とを有するフィゾー干渉計、に導光して，
    該被検面を透過した波面を測定すると共に、 該フィゾー面で反射した２光束のうち該光路長付与部で
    長い光路を伝搬した光束Ｌ１ｒと，該参照面で反射した
    ２光束のうち該光路長付与部で短い光路を伝搬した光束
    Ｌ２ｔとの光路長差が該光源の可干渉距離ΔＬ以内であ
    り、かつ該光路長付与部における２光束間の光路長差が
    該光源の可干渉距離以上となるように各要素を設定した
    ことを特徴とする干渉装置。
  5. 【請求項５】請求項１から４のいずれか１項の干渉装置
    を搭載したことを特徴とする露光装置。
  6. 【請求項６】 原版パターンを感光体上へ投影露光する
    ための投影光学系を有し，該投影光学系への光束入射光
    路の途中に半透過参照面を配置したフィゾー干渉計を形
    成し，光源から放射された光束を該フィゾー干渉系に入
    射する前に２光束に分離・再結合し且つ該２光束の分離
    ・再結合間の光路長差と前記フィゾー干渉計の光路長と
    の差が光源の可干渉距離以内になるように光路配置した
    ことを特徴とする露光装置。
  7. 【請求項７】 前記光源は原版パターンを感光体上へ投
    影露光するための光源と共通であることを特徴とする請
    求項６記載の露光装置。
  8. 【請求項８】 前記半透過参照面が退避可能な構成とさ
    れていることを特徴とする請求項６記載の露光装置。
  9. 【請求項９】 前記フィゾー干渉系は前記投影光学系を
    経由した光束を該投影光学系方向に反射するように配置
    された参照ミラーをさらに有し、前記半透過参照面の曲
    率中心位置と該参照ミラーの曲率中心とが前記投影光学
    系に関して共役であることを特徴とする請求項６記載の
    露光装置。
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