JP2002022608A - 結像光学系性能測定方法及び装置 - Google Patents

結像光学系性能測定方法及び装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】結像光学系のディストーション及び像面湾曲を
容易、且つ高精度に測定することのできる結像光学系性
能測定方法及び装置を提供すること。 【解決手段】結像光学系の性能を干渉計で測定する結像
光学系性能測定において、結像光学系の複数の測定点に
おいて透過波面を測定する干渉計と、複数の測定点の物
体側及び像側の結像点の位置座標を計測する手段と、測
定した透過波面の傾き成分とデフォーカス成分を算出す
る手段、及び測定した透過波面の傾き成分、デフォーカ
ス成分と前記位置座標により結像光学系のディストーシ
ョンと像面湾曲を算出する手段を有し、前記複数の測定
点の内から定めた基準点におけるディストーションと焦
点面の経時変化量を基準として、結像光学系の他の測定
点のディストーション、焦点面の補正を行う事を特徴と
する結像光学系性能測定方法及び装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、結像光学系性能測
定方法及び装置、特に結像光学系のディストーション及
び像面湾曲の高精度測定に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、投影露光装置に用いられる結像レ
ンズの様な結像光学系における高精度なディストーショ
ン及び像面湾曲の測定には、次の2つの測定方法が用い
られている。
【0003】従来用いられている測定方法1を示したの
が図6である。同方法では先ず、基準サンプル2上で被
検レンズの画角内に対応する位置に配置された複数個の
同一形状のパターン1を、基準パターンとして被検レン
ズ5により感光体上に投影する。転写の行われた感光体
3を現像処理し、前記複数個の基準パターンの像を感光
体上に浮かび上がらせる。
【0004】転写して現像された感光体上の基準パター
ンの像は続いて絶対位置座標(Xi,Yi)(iはパターン番
号)の計測工程に入る。絶対位置座標の計測には顕微鏡
による観察などが用いられる。得られた各パターンの計
測位置座標(Xi,Yi)と各パターンの理想結像位置座標(X0
i,Y0i)から次式の計算を行えば結像位置誤差(Dxi,Dy
i)、すなわちディストーションを求めることができる。
【0005】Dxi=Xi-X0i,Dyi=Yi-Y0i 像面湾曲の測定では、上述の複数個の基準パターンを一
回転写した後、図6における3軸ステージ4の移動によ
り感光体3をXY方向(被検レンズの光軸と直交方向)
に移動させる。XY方向の移動量は個々の基準パターン
像のサイズより大きく、かつ隣り合う基準パターン像の
間隔よりも小さくする。次にステージの(X,Y)座標を保
った状態で、今度はZ軸方向(光軸方向)に移動させる
ことにより感光体3を被検レンズの像面からデフォーカ
スさせて、複数個の基準パターンを感光体上に転写す
る。上記一連のXYZのステージ移動及び転写処理を必要
なデフォーカス量だけ繰り返し、最後のデフォーカス条
件における焼き付けが終了したら、ディストーション計
測時と同様に、感光体3を現像し、複数個の基準パター
ンの転写像を作成する。従って、像面湾曲の測定では1
枚の感光体上に各画角位置に対し異なるデフォーカス条
件の基準パターンの像が転写されている。各画角位置ご
とにデフォーカスされた転写像を比較して最もシャープ
な像を決定し、その時のデフォーカス位置を像面位置と
する。基準パターン像の比較は、顕微鏡などによる観察
で行われる。各画角位置で決定した像面位置を比較すれ
ば、被検レンズ5の画角内における像面湾曲を得ること
ができる。図7は従来用いられている測定法2で、転写
像を利用する代りに干渉計を用いる方法である。図7で
は所謂フィゾー型干渉計で、干渉計本体16、最終面が
参照面として利用されるTSレンズ10(Transmission S
phere Lens)、RSミラー9(Reflectance Sphere Mirro
r)等により構成されている。干渉計本体から射出した平
行光束は、基盤上に配置された固定ミラーにより図7の
紙面奥方向へ反射される。反射された光束は、TSレンズ
駆動Yステージ14上に配置されたミラーにより反射さ
れ、さらにTSレンズ駆動Xステージ13上に配置された
ミラー11により反射されてTSレンズ駆動Zステージ1
2上に配置されたTSレンズ10に入射する。TSレンズ1
0を透過した光来は、TSレンズ10の後側焦点面に集光
されるが、該集光点は被検レンズ5の像面とほほ一致す
るように配置される。続いて被検レンズ5を通過した光
束は物体面上に再度集光される。ここで、RSミラー9
は被検レンズ5の物体面上の光束集光点に曲率中心がほ
ほ一致するように配置されている。RSミラー9に入射
して反射された光束は、来た経路とほほ同一の光路を通
って元へ戻り、被検波として干渉計本体16へ入射す
る。一方、TSレンズ10へと入射した光束の1部はTS
レンズ10の参照面により反射されてほほ同一の光路を
戻り、参照波として干渉計本体16へ入射する。入射す
る被検波と参照波により干渉計本体16では干渉縞が得
られる。該干渉縞をフリンジスキャン法などの手法を用
いて精密測定し、被検レンズ5の測定像点における透過
波面の算出を行う。測距装置18−23は透過波面計測
時のTSレンズ10の後側焦点近傍の位置座標(TSXi,TSY
i,TSZi)及びRSミラー9の曲率中心近傍の位置座標(RSX
i,RSYi,RSZi)を計測する。測距には干渉測長器、エンコ
ーダー等が用いられる。
【0006】ディストーションは測定波面のティルト成
分、TSレンズ焦点、RSミラー曲率中心の座標によって算
出することができる。理想結像位置と実際の結像位置の
x方向及びy方向の誤差量(DXi,DYi)、即ちディストー
ションは次式で与えられる。
【0007】DXi=TSXi−βRSXi+△TSXi DYi=TSYi−βRSYi+△TSYi 但し、TSXi,TSYiはi番目の測定位置におけるTSレンズ
後側焦点のXY座標の測定値、RSXi,RSYiはi番目の測定
位置におけるRSミラー曲率中心のXY座標の測定値、△TS
Xi,△TSYiは測定波面のX,Y方向のティルト成分から得ら
れるTSレンズ10の位置座標の補正量で次式により与え
られる。
【0008】△TSXi=−TiltXiλ/NA/2 △TSYi=−TiltYiλ/NA/2 TiliXi, TiltYiは、測定波面から得られたX,Y方向のテ
ィルト成分、λは波長、NAは被検レンズ5の像面側の開
口数、βは理想倍率である。また、iは測定点の位置を
表す番号である。
【0009】同様に座標(x,y)を持つ測定点iの像面位
置DZ(x,y)は測定波面のデフォーカス成分及びTSレンズ
焦点、RSミラー曲率中心のZ座標により次式で表され
る。 DZ(x,y)=TSZ(x,y)−TSZ(0,0)+β((RSZ(x,z)−RSZ(0,
0))+DZ0(x,y)−DZ0(0,0) 但し、DZ0(0,0)は光軸上像点である原点(0,0)における
透過彼面から得られたデフォーカス成分、TSZ(x,y), RS
Z(x,y)は、点(x,y)におけるTSレンズ焦点及びRSミラー
曲率中心のZ座標の計測値、TSZ(0,0), RSZ(0,0)は原点
(0,0)におけるTSレンズ焦点、RSミラー曲率中心のZ座
標の計測値である。以上で、第一の測定点における測定
は終了し、次に測定点がある場合はさらに次の測定位置
へTSレンズ10、RSミラー9を移動させて同様の測定を行
い、これを全測定点に対して繰り返す。図7は像側テレ
セントリックな構成を示したが、被検レンズ5は物体
側、像側双方ともテレセントリックな結像レンズであっ
ても構わない。テレセントリックではない結像レンズに
対しても、TSレンズ主光線と被検レンズ主光線が一致す
るようにTSレンズを配置すれば測定が可能である。これ
は、例えばTSレンズを傾ける事によって可能である。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の測
定法1では、焼き付け過程、現像過程を経る必要がある
ため、ウェハー平坦度等のプロセス起因の要因により測
定精度が悪化するという問題がある。現像後も顕微鏡に
よる計測過程等の複数の過程を経る必要があり、しかも
個々の過程における処理が複雑で、1回のディストーシ
ョン測定値を得るために多大な労力と時間を要し、且つ
過程を経るごとに測定値の誤差が積み重なるという欠点
があった。また、像面湾曲の測定に関しても、複数のデ
フォーカス条件における焼き付けの結果から像面湾曲を
求める必要があり、同様に多大な時間と判定精度の悪化
を伴うという欠点があった。
【0011】一方、干渉計を用いる測定法2では測定像
点におけるディストーションや焦点面の測定を複数の点
で繰り返しその結果からディストーション分布、像面湾
曲を算出する。このため被検レンズ画角の全測定に時間
を要し、TSレンズ、RSミラー搭載ステージが環境変化等
により影響を受け、各測定像点におけるディストーショ
ン、焦点面の値にドリフトが発生する。また、被検レン
ズの高精度化に伴ない、環境補正に必要な精度での温
度、気圧等の測定が困難であるという欠点があった。
【0012】本発明は、被検レンズ等の結像光学系のデ
ィストーション及び像面湾曲を容易かつ高精度に測定す
ることを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明の結像光
学系性能測定装置は結像光学系の性能を干渉計で測定す
る結像光学系性能測定装置において、前記結像光学系の
光軸に垂直な面内の複数の測定点に関して少なくとも一
部または順次に透過波面を測定するための干渉計と、前
記複数の測定点の物体側及び像側の結像点の位置座標を
計測する手段と、測定した波面の前記位置座標により前
記結像光学系の波面収差と結像面の少なくとも一方を算
出する手段を有すると共に、前記光軸に垂直な面内に基
準点を定め、前記基準点における波面収差と結像面の少
なくとも一方の経時変化を基準として、前記結像光学系
の他の測定点の波面収差、結像面の少なくとも一方の補
正を行うことを特徴としている。
【0014】請求項2の発明の結像光学系性能測定装置
は結像光学系の性能を干渉計で測定する結像光学系性能
測定装置において、前記結像光学系の光軸に垂直な面内
の複数の測定点に関して少なくとも一部は順次に透過波
面を測定するための干渉計と、前記複数の測定点の物体
側及び像側の結像点の位置座標を計測する手段と、測定
した波面と前記位置座標により前記結像光学系のディス
トーションと像面湾曲の少なくとも一方を算出する手段
を有するとともに、前記光軸に垂直な面内に基準点を定
め、前記基準点におけるディストーションと焦点面の少
なくとも一方の経時変化量を基準として、前記結像光学
系の他の測定点のディストーション、焦点面の少なくと
も一方の補正を行う事を特徴としている。
【0015】請求項3の発明は請求項1又は2の発明に
おいて前記基準点に対する透過波面と位置座標の測定を
他の測定点における透過波面と位置座標の測定より多い
回数行うことを特徴としている。
【0016】請求項4の発明は請求項3の発明において
前記基準点に対する透過波面と位置座標の測定を他の測
定点における透過波面と位置座標の測定毎に同時に行う
ことを特徴としている。
【0017】請求項5の発明は請求項1から4のいずれ
か1項の発明において前記基準点に対するディストーシ
ョンと焦点面の測定を複数回行った結果から、他の測定
点におけるディストーションと焦点面の測定結果を補間
して補正することを特徴としている。
【0018】請求項6の発明は請求項第1〜5のいずれ
か1項の発明において前記基準点は、前記結像レンズの
光軸上の物点及び像点であることを特徴としている。
【0019】請求項7の発明は請求項第1〜6のいずれ
か1項の発明において前記測定像点の位置座標は前記基
準像点の位置座標に対する相対座標である事を特徴とし
ている。
【0020】請求項8の発明は請求項第1〜7のいずれ
か1項の発明において前記ディストーション、像面湾曲
の経時変化量の補正は、前記経時変化量を各測定値から
減算する事によって行う事を特徴としている。
【0021】請求項9の発明は請求項第1〜8のいずれ
か1項の発明において前記基準点の透過波面を測定する
測定光学系と、他の測定点の波面を測定する測定光学系
が別個に設けられていることを特徴としている。
【0022】請求項10の発明は請求項9の発明におい
て前記他の測定点の測定光学系が物体面側、像側ともに
移動可能で、かつ移動した位置座標をレーザ干渉計によ
ってモニタされていることを特徴としている。
【0023】請求項11の発明は請求項第9の発明にお
いて前記測定点の透過波面を測定する測定光学系が測定
点の位置に対応して測定点の数だけ設けられていること
を特徴としている。
【0024】請求項12の発明は請求項第1〜8のいず
れか1項又は10の発明において前記基準点の透過波面
の測定と他の測定点の透過波面の測定を同一の光学系で
行うことを特徴としている。
【0025】請求項13の発明は請求項12の発明にお
いて前記基準点及び他の測定点の測定光学系が物体面
側、像側ともに移動可能で、かつ移動した位置座標をレ
ーザ干渉計によってモニタされていることを特徴として
いる。
【0026】請求項14の発明は請求項10又は13の
発明において前記移動可能な測定光学系が前記複数の測
定点へ入射する光束の主光線と前記結像光学系の主光線
の方向を一致させる手段を有することを特徴としてい
る。
【0027】請求項15の発明の投影装置は結像光学系
として投影光学系を有する投影露光装置において、請求
項第1〜14のいずれか1項の結像光学系性能測定装置
が搭載され、前記投影露光装置本体上で前記結像光学系
の性能測定を行うことが可能であることを特徴としてい
る。
【0028】請求項16の発明の結像光学系性能測定方
法は結像光学系の性能を干渉計で測定する結像光学系性
能測定方法において、前記結像光学系の光軸に垂直な面
内の複数の測定点において少なくとも一部は順次に透過
波面、及び前記複数の測定店の物体側及び像側の結像点
の位置座標を測定して前記結像光学系の波面収差と結像
面の少なくとも一方を算出すると共に、前記光軸に垂直
な面内に基準点を定め、前記基準点における波面収差と
結像面の少なくとも一方の経時変化を基準として、前記
結像光学系の前記複数の測定点の測定結果の補正を行う
ことを特徴としている。
【0029】請求項17の発明の結像光学系性能測定方
法は結像光学系の性能を干渉計で測定する結像光学系性
能測定方法において、前記結像光学系の光軸に垂直な面
内の複数の測定点において少なくとも一部は順次に透過
波面、及び、前記複数の測定点の物体側及び像側の結像
点の位置座標を測定して前記結像光学系のディストーシ
ョンと像面湾曲の少なくとも一方を算出するとともに、
前記光軸に垂直な面内に基準点を定め、前記基準点にお
けるディストーションと焦点面の少なくとも一方の経時
変化量を基準として、前記結像光学系の前記複数の測定
点の測定結果の補正を行う事を特徴している。
【0030】請求項18の発明は請求項16又は17の
発明において前記測定した透過光の透過波面から傾き成
分とデフォーカス成分を計算して、前記結像光学系のデ
ィストーションと像面湾曲を算出し、前記測定結果の補
正は該算出データの補正を行う事を特徴している。
【0031】請求項19の発明は請求項18の発明にお
いて前記基準点に対する透過波面と位置座標の測定を各
測定点における透過波面と位置座標の測定毎に同時に行
うことを特徴としている。
【0032】請求項20の発明は請求項18の発明にお
いて前記基準点に対するディストーションと焦点面の測
定を複数回行った結果から、各測定点におけるディスト
ーションと焦点面の測定結果を補間して補正することを
特徴としている。
【0033】請求項21の発明は請求項第17〜20の
いずれか1項の発明において前記基準点は、前記結像レ
ンズの光軸上の物点及び像点であることを特徴としてい
る。
【0034】請求項22の発明は請求項第16〜21の
いずれか1項の発明において前記測定点の位置座標は前
記基準像点の位置座標に対する相対座標である事を特徴
としている。
【0035】請求項23の発明は請求項第17〜21の
いずれか1項の発明において前記ディストーション、像
面湾曲の経時変化量の補正は、前記経時変化量を各測定
値から減算する事によって行う事を特徴としている。
【0036】
【発明の実施の形態】図1は本発明の実施形態1を示す
図である。
【0037】図1において、干渉計はドリフト補正の参
照値を与える基準像点である光軸上像点用と、その他の
測定点用の2組のRSミラー9,25、TSレンズ10,2
4と干渉計本体部16により構成されている。図1の構
成は所謂フイゾー型干渉計でTSレンズ(Transmission Sp
here Lens)の最終面は参照面として利用される。なお、
基準像点は予め定めてさえおけば任意の位置に設定でき
るが、全測定点に対するバランス上から、通常は光軸上
の像点を選ぶと好適である。
【0038】以後、光軸上像点用のTSレンズ24とRSミ
ラー25をドリフト値参照用TSレンズ24、ドリフト
値参照用RSミラー25と呼び、その他の測定点用のTSレ
ンズ10、RSミラー9を単にTSレンズ10、RSミラー9
と称することにする。干渉計本体16から射出した平行光
束は、基盤15上に配置された固定ミラーにより図5の
紙面奥方向へ反射される。反射された光束はTSレンズ駆
動Yステージ14上に配置されたミラーとTSレンズ駆動
Xステージ13上に配置されたミラーにより反射され、
TSレンズ駆動Zステージ12上に配置されたTSレンズ1
0に入射する。TSレンズ10を透過した光束は、TSレン
ズ10の後側焦点面で被検レンズ5の物体面とほほ一致
する位置に集光される。集光された光束は被検レンズ5
を通過後、再度、被検レンズ5の像面上に集光される。
像面側では、被検レンズ5の像面上の光束集光点にRSミ
ラー9(Reflectance Sphere Mirror)がその曲率中心を
ほほ一致させるように配置されている。従って、RSミラ
ー9により反射された光束はもと来た光路とほほ同一の
光路を通り、被検波として干渉計本体16へと入射す
る。一方、TSレンズ10へと入射した光束の1部はTSレ
ンズ10の参照面により反射されてほほ同一の光路を戻
り、参照波として干渉計本体16へ入射する。ドリフト
値参照用干渉計の構成も同様で、基盤15上に固定され
たドリフト値参照用TSレンズ24を透過した光束が、ド
リフト値参照用TSレンズ24の後側焦点面に集光され
る。集光点の位置は被検レンズ5の物体面とほほ一致す
るように配置される。集光された光束は被検レンズ5を
通過後、像面側で再度集光される。像面側では、被検レ
ンズの像面上の光束集光点にドリフト値参照用RSミラー
25がその曲率中心をほぼ一致するように配置されてい
る。RSミラーにより反射された光束は来た時とほほ同一
の光路を戻り、ドリフト値参照用被検波として干渉計本
体16に入射する。一方、基盤15上に固定されたドリ
フト値参照用TSレンズ24へと入射した光束の一部はド
リフト値参照用TSレンズ24の参照面により反射され
て、来た時とほほ同一の光路を戻りドリフト値参照用参
照波として干渉計本体へと入射する。なお、本実施形態
ではドリフト値参照用RSミラー25とその他の測定点用
RSミラー9の曲率半径、及びドリフト値参照用TSレンズ
25の最終面と後側焦点間の距離とその他の測定点用TS
レンズ10の最終面と後側焦点間の距離が異なる構成を
図示したが、等しくすることも可能である。また、ドリ
フト値参照用TSレンズ24、RSミラー25は固定ではな
く、可動ステージ上に設置しても構わない。また本実施
形態では、基準像点に関し、ドリフト値参照用光学系で
のみ測定を行うものとする。
【0039】TSレンズ駆動ステージ12,68,69及
びRSミラー駆動ステージ8,70,71はドリフト値参
照用光学系を透過する光束への干渉がないように構成さ
れなくてはならない。本実施形態では,第2図に示すよ
うにTSレンズをドリフト値参照光学系の光軸を中心とす
るrθZステージとし,θステージ69中心部と,開口を
設けることにより、前記干渉を防ぐための機械設計が容
易としている。
【0040】RSミラー9、ドリフト値参照用RSミラー2
5はピエゾ素子等により光軸方向にスキャンされる。各
スキャン位置においてはドリフト値参照用参照波とドリ
フト値参照用被検波による干渉縞(以後干渉縞1と称
す)、及び参照波、被検波による干渉縞(以後干渉縞2
と称す)が干渉計本体内部のカメラにより強度データと
して測定される。測定された結果はホストコンピュータ
ーに転送され、干渉縞1、2の位相データとして透過波
面(以後それぞれを透過波面1、透過波面2と称す)が
演算により求められる。干渉縞の測定では所謂フリンジ
スキヤン法が用いられ、高精度な位相測定を可能として
いる。干渉計本体16における干渉縞強度の検出カメラは
前記干渉縞1、2に対して独立に2チャンネルを設けて
も、両干渉縞を1個のカメラで検出する1チャンネル構
成でもよい。
【0041】測距装置18−23及び26−31は、透
過波面計測時のTSレンズ10の後側焦点近傍の位置座標
(TSXi,TSYi,TSZi)、RSミラー9の曲率中心近傍の位置
座標(RSXi,RSYi,RSZi)、ドリフト値参照用TSレンズ24
の後側焦点近傍の位置座標(TSX0i,TSY0i,TSZ0i)、ド
リフト値参照用RSミラー25の曲率中心近傍の位置座標
(RSX0i,RSY0i,RSZ0i)を計測する。
【0042】位置座標の計測では両点に近い位置にミラ
ーを配置して、干渉測長器等により該ミラー位置を計測
する。両点から離れた位置に配置されたミラーで測長を
行う場合にはTSレンズ、RSミラーの姿勢(ピッチング、
ヨーイング、ローリング)を測定して測長点と理想測長
点の距離の補正を行うことが可能である。
【0043】本実施形態では測距装置18−23として
干渉測長器を用い、ドリフト値参照光学系とその他の測
定点用の光学系を各々独立に測長する配置を取ってい
る。該配置の測長値の差分により測定点用の光学系は常
にドリフト値参照用光学系との相対値として表わすこと
ができ、測定点用光学系の可動ステージのドリフトの影
響を低減する事が可能になる。従って、基準像点を測定
するドリフト値参照様光学系による測定は頻繁に、即ち
他の測定点より多数回測定が行われることになる。
【0044】次に本発明によるディストーション及び像
面湾曲の測定の詳細について説明する。ドリフト値参照
用のTSレンズ24、RSミラー25は基準点である光軸上
像点及び光軸上物点に固定されている。この状態で第i
番目の測定点にRSミラー9及びTSレンズ10を移動す
る。移動はTSレンズの後側焦点とRSミラーの曲率中心が
ほほ共役関係を満たす座標を目標として行われる。目標
とする座標は原点に配置されたドリフト値参照用RSミラ
ー25、TSレンズ24に対する相対座標として設定す
る。
【0045】続いてこの第i番目の測定点において透過
波面の測定を行うと同時に、TSレンズ後側焦点、RSミラ
ー曲率中心、ドリフト値参照用TSレンズ後側焦点、ドリ
フト値参照用RSミラー曲率中心の位置座標を計測する。
ドリフト値参照用の基準点から得られる透過波面を透過
波面1、第i番目の測定点から得られる透過波面を透過波
面2とする。
【0046】次に、測定した透過波面のティルト成分、
デフォーカス成分を計算する。両成分は、透過波面デー
タをZernike多項式で最小自乗法等によりフィッティン
グして求めることができる。計算は透過波面1、2の両方
について行われる。
【0047】測定された透過波面1、2のティルト成分
とTSレンズ10の座標測定値(TSXi,TSYi)、RSミラー9
の座標測定値(RSXi,RSYi)、ドリフト値参照用TSレンズ
24の座標測定値(TSX0i,TSY0i)、ドリフト値参照用RS
ミラー25の座標測定値(RSX0i,RSY0i)から、次式によ
り理想結像位置と実際の結像位置とのx方向とy方向の
誤差量(DXi,DYi)、即ちディストーションが計算され
る。 DXi=(TSXi−(TSX0i−TSX01)) −β(RSXi−(RSX0i−RSX
01))+ΔTSXi DYi=(TSYi−(TSY0i−TSY01)) −β(RSYi−(RSY0i−RSY
01))+ΔTSYi ここでTSX01,TSY01及びRSX01,RSY01は第1番目の測定時
のドリフト値参照用TSレンズ、RSミラーの測定座標、Δ
TSXi,ΔTSYiは測定波面のX,Y方向のティルト成分か
ら得られるTSレンズの位置座標の補正量で次式により与
えられる。 ΔTSXi=−(TiltXi−(TiltX0i−TiltX01))λ/NA/2 ΔTSYi=−(TiltYi−(TiltY0i−TiltY01))λ/NA/2 ここで、TilitX0i,TiltY0i,TiltXi,TiltYiは第i番目の
測定波面1,2から得られた基準像点及び測定像点にお
けるX,Y方向のティルト成分、TilitX01,TiltY01は第1
番目の測定における基準像点(ドリフト値参照用TSレン
ズ24、RSミラー25位置)におけるX,Y方向のティル
ト成分で、λは波長、NAは被検レンズ5の像面側の開口
数、βは理想倍率、iは測定点の位置を表す番号であ
る。
【0048】第i番目の測定点の像面位置DZ(Xi,Yi)は
透過波面1、2のデフォーカス成分及びTSレンズ焦点、R
Sミラー曲率中心のZ座標により次式で表される。 DZ(Xi,Yi)=TSZ(Xi,Yi)−TSZ(X0i,Y0i)+β(RSZ(Xi,Yi)
−RSZ(X0i,Y0i))+DZ0(Xi,Yi)−DZ0(X0i,Y0i) ここでDZ0(X0i,Y0i),DZ0(Xi,Yi)は、透過波面1、2か
ら得られたデフォーカス成分、TSZ(Xi,Yi),RSZ(Xi,Yi)
は、点(Xi,Yi)におけるTSレンズ焦点、RSミラー曲率
中心、TSZ(X0i,Y0i),RSZ(X0i,Y0i)はドリフト値参照用T
Sレンズ後側焦点、ドリフト値参照用RSミラー曲率中心
の位置座標の計測値である。測定波面からのデフォーカ
ス成分は、測定波面にデフォーカス成分に相当する球面
成分を付与した状態で物理光学的にコントラスト値を演
算して計算し、最もコントラストの良いデフォーカス位
置を点(Xi,Yi)における像点とする等の方法で求める
ことができる。
【0049】第i番目の測定点に対する測定は以上で完
了する。次に測定点がある場合は次の測定位置へTSレン
ズ10、RSミラー9を移動し、再度、透過波面測定から
の過程を実行する。
【0050】最後の測定位置における測定が終了する
と、各測定点における理想結像点と実際の結像位置との
誤差量(DXi,DYi)、及び焦点面DZ(Xi,Yi)を総合して、被
検レンズの画角内におけるディストーション分布及び像
面湾曲を透過波面まで考慮した状態で得ることができ
る。
【0051】本実施形態では、干渉測長計を配置して可
動ステージのドリフトを抑え、その他の要因によるドリ
フトの効果は軸上波面を常時モニターして補正し、高精
度なディストーション、像面湾曲の測定を可能とした。
【0052】本発明の実施形態2は実施形態1ストーシ
ョン、像面湾曲の経時変化を補正するもので、構成は従
来の測定法2と同一である。
【0053】被検レンズ画角内の像面湾曲及びディスト
ーション分布を決定するには画角内の複数の像点でディ
ストーション、焦点面を測定する必要がある。本実施形
態では該複数像点の測定中に基準像点となる軸上像点の
測定を多数回行い、基準像点におけるディストーショ
ン、焦点面の変化量から、その他の測定点における経時
変化成分を算出して補正を行うことを特徴としている。
第i番目の測定点(Xi,Yi)に対し、その直前の基準点の
測定を第i−a番目、直後の基準像点の測定をi+b番目の
測定点の時に行ったとすると、第i番目の経時変化量補
正後のディストーションは次式で得られる。 DXdc(Xi,Yi)=DX(Xi,Yi)−(DX0(i+b)−DX0(i−a))a/(a+
b)−(DX0(i−b)−X0(1)) DYdc(Xi,Yi)=DY(Xi,Yi)−(DY0(i+b)−DY0(i−a))a/(a
+b)−(DY0(i−b)−(1)) 上記補正式は各測定像点における経時変化量を基準像点
の経時変化量の直線補間として求めたものである。ここ
でDXdc(Xi,Yi)、DYdc(Xi,Yi)は経時変化補正後の第i番
目の測定点におけるディストーション、DX(Xi,Yi)、DY
(Xi,Yi)は第i番目の測定点のディストーション測定
値、DX0、DY0は基準像点におけるディストーションで、
引数が基準像点における測定が第何番目の測定点と対応
しているかを示す。また、引数1は第1番目の測定が基
準像点である事を示す。焦点面の検出に対しても同様の
補正が可能である。即ち DZ(Xi,Yi)=TSZ(Xi,Yi)−(TSZ0(i+b)−(TSZ0(i−a))a/
(a+b)−TSZ0(i−a)+β(RSZ(Xi,Yi)−(RSZ0(i+b)−(R
SZ0(i−a))a/(a+b)−RSZ0(i−a) ) +DZ0(Xi,Yi)−(DZ
0(i+b))−DZ0(i−a))a/(a+b)−DZ0(i−a) ここでDZ(Xi,Yi)は経時変化補正後の第i番目の測定点
におけるデフォーカス成分、TSZ(Xi,Yi)、RSZ(Xi,Yi)は
第i番目の測定点におけるTSレンズ焦点、RSミラー曲率
中心位置座標の計測値、TSZ0、RSZ0は基準像点における
TSレンズ焦点、RSミラー曲率中心位置座標の計測値で、
引数が基準像点における測定が第何番目の測定点と対応
しているかを示す。DZ0(Xi,Yi)は透過波面から得られた
デフォーカス成分である。また、引数1は第1番目の測
定が基準像点である事を示し、βは被検レンズの理想結
像倍率を表わす。
【0054】本実施形態では、各測定像点の経時変化量
の補間方法として前後2点の基準像点における経時変化
量からの直線補間を用いたが、補間に用いる基準像点数
は2点でなくても構わないし、曲線補間を用いることも
できる。
【0055】以上の補正を全測定点に対して実行すれ
ば、1組のTSレンズ、RSミラーでもディストーション、
像面湾曲の経時変化を補正して低減できるため、高精度
な測定を行うレンズ性能測定装置を実現することが可能
である。
【0056】図3は本発明の実施形態3の構成を示した
図である。本実施形態では実施形態1において、2組で
あったTSレンズ、RSミラーを複数組配置し、基準像点に
加え複数の測定点を同時に測定することを特徴としてい
る。TSレンズ、RSミラーの数が増加したことに伴い、本
構成では各TSレンズ、RSミラーの独立駆動は行わない。
【0057】RSミラー群33の各球面ミラーの曲率中心
は、対応するTSレンズ群32の各レンズの後側焦点と共
役関係を満たすように配置される。つまり、第i番目のT
Sレンズの後側焦点位置座標を光軸上を原点として((TS
Xi,TSYi)で表す時、第i番目のRSミラーの曲率中心位置
(RSXi,RSYi)は次式で表される。
【0058】RSXi=−TSXi/β RSYi=−TSYi/β ここでβは被検レンズ5の理想結像倍率である。
【0059】本実施形態では製造後の各TSレンズの後側
焦点位置、RSミラーの曲率中心位置を予め測定してお
く。各TSレンズ後側焦点位置の測定は、例えば可動ステ
ージ上に設置されたRSミラーを用い、被検レンズを介さ
ずに、直接各TSレンズに対しフィゾー型干渉計を構成
し、RSミラーの位置座標及び測定波面のティルト成分か
ら測定することができる。RSミラー群に関しても同様に
可動ステージ上にTSレンズを設置して曲率中心位置が測
定可能である。
【0060】測定時、及び測定完了後の各測定点のディ
ストーション、焦点面の算出法は実施形態1と全く同様
であるが、本実施形態では複数の測定点を同時に測定で
きるため、ステージのドリフト、環境の変化等の影響が
低下し、測定時間を飛躍的に短縮することができる。
【0061】図4は本発明の実施形態4の構成を示した
もので、実施形態2のRSミラー群を、平面ミラー34へ
変更したものである。
【0062】平面ミラー34は被検レンズ5の像面上に
配置される。測定のため、被検レンズ5は片側テレセン
トリッタ或いは両側テレセントリックである必要があ
る。片側テレセントリッタの場合にはTSレンズの主光線
と被検レンズの主光線を一致させる必要があるため、例
えばTSレンズを傾けて対処する。
【0063】RSミラーを平面ミラーへ変更すると構成は
簡単になるが、被検レンズの透過波面のうちの回転対称
成分のみしか算出可能できない。従って、本実施形態で
はディストーションの測定は行うことはできない。しか
しながらRSミラー群の製作に伴う困難さ無しで、複数測
定点に村し同時に焦点面測定を行えることが、本実施形
態の利点である。なお、焦点面の算出法は従来の測定法
2と同様である。図5は本発明の実施形態5を示すもの
である。本実施形態は被検レンズとなる投影光学系を有
する投影露光装置に本レンズ性能測定装置を配置したも
ので、投影露光装置本体上において投影光学系のディス
トーション、像面湾曲の高精度な測定を可能としたもの
である。
【0064】図5において、エキシマレーザー等の露光
光源43から射出した光束はビーム整形光学系44によ
り光軸に対して対称なビーム形状に変換され、光路切替
ミラー45に導光される。光路切替ミラー45は通常露光
時には光路外に退避し、照明光学系47に光を導く。即
ち、ビーム整形光学系44を射出した光束はインコヒー
レント化ユニット46に入射し、可干渉性を低下させた
後、照明光学系47を透過しレチクル面56を照明す
る。レチクルを照明した光は被検レンズである投影光学
系5を介し、レチクル面56上のパターンをウェハー面
57に投影する。
【0065】この時ウェハーチャック58は投影光学系
5の画角内に配置されている。
【0066】光路切替ミラー45によって導かれる干渉
計の構成について次に説明する。
【0067】レンズ性能を測定する時、ビーム整形光学
系44を射出した光束は光路中に挿入された光路切替ミ
ラー45により反射され、引き回し光学系48を透過し
て集光レンズ49に入射する。集光レンズ49の焦点近
傍にはピンホール50が配置され、ピンホール50を通
過した光来はコリメータレンズ51で再び平行光に変換
される。ピンホール50の径は集光レンズ49の開口数
から決定する回折限界程度に設定し、光束の横モードを
整える。コリメータレンズ51から射出した平行光はハ
ーフミラー52により2つに分岐される。本実施形態で
は、ハーフミラーにより反射された光束をドリフト値参
照用光学系、透過した光束をその他の測定点用の光学系
に導いている。
【0068】ウェハーチャック58は測定時、投影光学
系の画角外へ移動し、代わりにRSミラー9及びドリフト
値参照用RSミラー25が画角内に挿入される。ドリフト
値参照用光学系ではハーフミラー52により反射した光
束がコリメータレンズ54へ導光される。コリメータレ
ンズ54の後側焦点はレチクル面56とほほ一致するよ
うに配置される。従って、コリメータレンズ54により
集光された光束は、投影光学系5によりウェハー面57
近傍に再び集光する。ウェハーステージ59上に固定さ
れたドリフト値参照用RSミラー25の曲率中心の位置は
コリメータレンズ54の焦点位置の投影光学系5に関す
る共役点とほほ一致するように配置される。ドリフト値
参照用RSミラー25で反射された光束は来たときとほほ同
一の光路を戻り再びハーフミラー52へ入射する。
【0069】ハーフミラー52に入射するドリフト値参
照用光学系(コリメーターレンズ54、ドリフト値参照
用RSミラー25等)を通過した光束は、ハーフミラー5
2を透過し干渉計本体66中のハーフミラー60へ入射
する。
【0070】一方、測定点用光学系では、ハーフミラー
52を透過した光束がハーフミラー53で反射され、コ
リメータレンズ55へ導光される。コリメータレンズ5
5はXYZ可動ステージ上に設置され、集光点が投影光学
系5の画角内にあり、レチクル面56近傍の任意の物点
への移動を可能としている。コリメータレンズ55への
導光方法は実施形態1と同一の方法が採用可能である。
コリメータレンズ55の後側焦点は投影光学系5のレチ
クル面56とほほ一致しており、RSミラー9の曲率中心
はコリメータレンズ55の焦点位置の投影光学系5に関
する共役点にほほ一致するように配置される。従って、
コリメータレンズ55により集光された光束は投影光学
系5により再びウェハー面57上に集光され、ウェハー
ステージ59上に固定されたXYZ可動ステージ66上に
設置されたRSミラー9により反射され、来たときとほほ
同一な光路を戻ってハーフミラー53へ入射する。
【0071】次に、干渉計本体66内の構成について説
明する。
【0072】ハーフミラー60へ入射した光束は2本の
光束へと分岐される。ハーフミラー60で反射された光
束(以後光束Aと称す)は平面ミラー61で反射されビ
ームエキスパンダー67によりビーム径を拡大された
後、ハーフミラー64を透過する。ハーフミラー60を
透過した光束(以後光束Bと称す)はピェゾ素子等によ
る可動ステージ63上に設置された平面ミラー62によ
り反射されハーフミラー64へと入射する。光束Bはハ
ーフミラー64で反射されて、光束Aとほほ同一な光路
を占める。なお、ハーフミラー60で分岐し、再びハー
フミラー64でほほ同一な光路となるまでの光束A、光
束Bの光路長差は露光光源43の可干渉距離の範囲内で
一致させておく。CCDカメラ65上で観測されるのは光
束Aと、光束Aに対し横ずれした光束Bによる干渉縞で
ある。
【0073】観察された干渉縞は、投影光学系5とその
他の途中光学系の和を持つ波面収差の光束Aと光束Bの
光軸を中心とした動径方向に対する微分値である。これ
を積分した後、途中光学系による波面収差及び形状誤差
を減算すれば投影光学系5の波面収差を求めることがで
きる。波面の算出方には可動ステージ63を波長程度可
動させるフリンジスキャン法を用いることもできる。途
中光学系による波面収差及び形状誤差については予め別
の干渉計で測定しておくか、あるいはシステムエラー測
定法を適用することができる。システムエラー測定法は
コリメーターレンズ54の下にRSミラー25を配置し、
0度、180度及び頂点反射の3つの状態で波面収差を
測定した結果を演算して、途中光学系による波面収差を
求める方法である。
【0074】その他測定点用光学系(コリメーターレン
ズ55、RSミラー9等)を通過した波面についても、同
様な干渉計で波面測定が可能である。
【0075】ドリフト値を参照する基準像点、及びその
他測定点における波面測定と同時に、上記コリメーター
レンズ34,55の後側焦点、RSミラー9,25の曲率
中心の位置座標が実施形態1と同様な方法で測定され
る。
【0076】上記波面データ、位置座標からのディスト
ーション、像面湾曲の測定方法は実施形態1と同様であ
る。
【0077】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の結像光学
系性能測定方法及び装置は、測定時に問題となるドリフ
ト等の経時変化の影響を補正することを可能とした。本
発明は従来のレンズ評価における露光・現像処理の様な
手間がかかって複雑な複数回の処理を必要とせず、且つ
従来の干渉計法で問題であったような可動ステージのド
リフトや環境変化等の影響を受けずに、自動的で容易且
つ高精度に、被検レンズの性能を測定することを可能と
した。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態1の構成図、
【図2】 本発明の実施形態2の干渉測長計の構成図、
【図3】 本発明の実施形態3の構成図、
【図4】 本発明の実施形態4の構成図、
【図5】 本発明の実施形態5の構成図、
【図6】 従来の測定法1を示す図、
【図7】 従来の測定法2を示す図
【符号の説明】
1 基準パターン 2 基準サンプル 3 感光体 4 固定ステージ 5 被検レンズ 6 RSミラー駆動Yステージ 7 RSミラー駆動Xステージ 8 RSミラー駆動zステージ 9 RSミラー 10 TSレンズ 11 ミラー 12 TSレンズ駆動Zステージ 13TSレンズ駆動Xステージ 14 TSレンズ駆動Yステージ 15 基盤 16 干渉計本体 17 ホストコンピュータ 18 RS駆動Yステージ位置計測用測長器 19 RS 駆動Xステージ位置計測用測長器 20 RS駆動Zステージ位置計測用測長器 21 TS駆動Zステージ位置計測用測長器 22 TS駆動Xステージ位置計測用測長器 23 TS駆動Yステージ位置計測用測長器 24 ドリフト値参照用TSレンズ 25 ドリフト値参府用RSミラー 26 ドリフト値参照用TSZ位置計測用測長器 27 ドリフト値参府用TSY位置計潤用測長器 28 ドリフト値参照用TSX位置計測用測長器 29 ドリフト値参照用RSZ位置計測用測長器 30 ドリフト値参照用RSX位置計測用測長器 31 ドリフト値参照用RSY位置計測用測長器 32 TSレンズ群 33 RSミラー群 34 平面ミラー 43 露光光源 44 ビーム整形光学系 45 光路切替ミラー 46 インコヒーレント化ユニット 47 照明光学系 48 引き回し光学系 49 集光レンズ 50 ピンホール 51 コリメーターレンズ 52 ハーフミラー 53 ハーフミラー 54 コリメーターレンズ 55 コリメーターレンズ 56 レチクル面 57 ウェハー面 58 ウェハーチャック 59 ウェハーステージ 60 ハーフミラー 61 平面ミラー 62 平面ミラー 63 可動ステージ 64 ハーフミラー 65 CCDカメラ 66 RSミラー駆動XYZステージ 67 ビームエキスパンダー 68 TS駆動γステージ 69 TS駆動θステージ 70 RS駆動γステージ 71 RS駆動θステージ

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 結像光学系の性能を干渉計で測定する結
    像光学系性能測定装置において、前記結像光学系の光軸
    に垂直な面内の複数の測定点に関して少なくとも一部ま
    たは順次に透過波面を測定するための干渉計と、前記複
    数の測定点の物体側及び像側の結像点の位置座標を計測
    する手段と、測定した波面の前記位置座標により前記結
    像光学系の波面収差と結像面の少なくとも一方を算出す
    る手段を有すると共に、前記光軸に垂直な面内に基準点
    を定め、前記基準点における波面収差と結像面の少なく
    とも一方の経時変化を基準として、前記結像光学系の他
    の測定点の波面収差、結像面の少なくとも一方の補正を
    行うことを特徴とする結像光学系性能測定装置
  2. 【請求項2】 結像光学系の性能を干渉計で測定する結
    像光学系性能測定装置において、前記結像光学系の光軸
    に垂直な面内の複数の測定点に関して少なくとも一部は
    順次に透過波面を測定するための干渉計と、前記複数の
    測定点の物体側及び像側の結像点の位置座標を計測する
    手段と、測定した波面と前記位置座標により前記結像光
    学系のディストーションと像面湾曲の少なくとも一方を
    算出する手段を有するとともに、前記光軸に垂直な面内
    に基準点を定め、前記基準点におけるディストーション
    と焦点面の少なくとも一方の経時変化量を基準として、
    前記結像光学系の他の測定点のディストーション、焦点
    面の少なくとも一方の補正を行う事を特徴とする結像光
    学系性能測定装置。
  3. 【請求項3】 前記基準点に対する透過波面と位置座標
    の測定を他の測定点における透過波面と位置座標の測定
    より多い回数行うことを特徴とする請求項1又は2記載
    の結像性能測定装置。
  4. 【請求項4】 前記基準点に対する透過波面と位置座標
    の測定を他の測定点における透過波面と位置座標の測定
    毎に同時に行うことを特徴とする請求項3記載の結像性
    能測定装置。
  5. 【請求項5】 前記基準点に対するディストーションと
    焦点面の測定を複数回行った結果から、他の測定点にお
    けるディストーションと焦点面の測定結果を補間して補
    正することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項
    の結像性能測定装置。
  6. 【請求項6】 前記基準点は、前記結像レンズの光軸上
    の物点及び像点であることを特徴とする請求項第1〜5
    のいずれか1項の結像光学系性能測定装置。
  7. 【請求項7】 前記測定像点の位置座標は前記基準像点
    の位置座標に対する相対座標である事を特徴とする請求
    項第1〜6のいずれか1項の結像光学系性能測定装置。
  8. 【請求項8】 前記ディストーション、像面湾曲の経時
    変化量の補正は、前記経時変化量を各測定値から減算す
    る事によって行う事を特徴とする請求項第1〜7のいず
    れか1項の結像光学系性能測定装置。
  9. 【請求項9】 前記基準点の透過波面を測定する測定光
    学系と、他の測定点の波面を測定する測定光学系が別個
    に設けられていることを特徴とする請求項第1〜8のい
    ずれか1項の結像光学系性能測定装置。
  10. 【請求項10】 前記他の測定点の測定光学系が物体面
    側、像側ともに移動可能で、かつ移動した位置座標をレ
    ーザ干渉計によってモニタされていることを特徴とする
    請求項9記載の結像性能性能測定装置。
  11. 【請求項11】 前記測定点の透過波面を測定する測定
    光学系が測定点の位置に対応して測定点の数だけ設けら
    れていることを特徴とする請求項第9項記載の結像光学
    系性能測定装置。
  12. 【請求項12】 前記基準点の透過波面の測定と他の測
    定点の透過波面の測定を同一の光学系で行うことを特徴
    とする請求項第1〜8のいずれか1項又は10の結像光
    学系性能測定装置。
  13. 【請求項13】 前記基準点及び他の測定点の測定光学
    系が物体面側、像側ともに移動可能で、かつ移動した位
    置座標をレーザ干渉計によってモニタされていることを
    特徴とする請求項12記載の結像性能性能測定装置。
  14. 【請求項14】 前記移動可能な測定光学系が前記複数
    の測定点へ入射する光束の主光線と前記結像光学系の主
    光線の方向を一致させる手段を有することを特徴とする
    請求項10又は13の結像性能性能測定装置。
  15. 【請求項15】 結像光学系として投影光学系を有する
    投影露光装置において、請求項第1〜14のいずれか1
    項の結像光学系性能測定装置が搭載され、前記投影露光
    装置本体上で前記結像光学系の性能測定を行うことが可
    能であることを特徴とする投影露光装置。
  16. 【請求項16】 結像光学系の性能を干渉計で測定する
    結像光学系性能測定方法において、前記結像光学系の光
    軸に垂直な面内の複数の測定点において少なくとも一部
    は順次に透過波面、及び前記複数の測定店の物体側及び
    像側の結像点の位置座標を測定して前記結像光学系の波
    面収差と結像面の少なくとも一方を算出すると共に、前
    記光軸に垂直な面内に基準点を定め、前記基準点におけ
    る波面収差と結像面の少なくとも一方の経時変化を基準
    として、前記結像光学系の前記複数の測定点の測定結果
    の補正を行うことを特徴とする結像光学系性能測定方
    法。
  17. 【請求項17】 結像光学系の性能を干渉計で測定する
    結像光学系性能測定方法において、前記結像光学系の光
    軸に垂直な面内の複数の測定点において少なくとも一部
    は順次に透過波面、及び、前記複数の測定点の物体側及
    び像側の結像点の位置座標を測定して前記結像光学系の
    ディストーションと像面湾曲の少なくとも一方を算出す
    るとともに、前記光軸に垂直な面内に基準点を定め、前
    記基準点におけるディストーションと焦点面の少なくと
    も一方の経時変化量を基準として、前記結像光学系の前
    記複数の測定点の測定結果の補正を行う事を特徴とする
    結像光学系性能測定方法。
  18. 【請求項18】 前記測定した透過光の透過波面から傾
    き成分とデフォーカス成分を計算して、前記結像光学系
    のディストーションと像面湾曲を算出し、前記測定結果
    の補正は該算出データの補正を行う事を特徴とする請求
    項16又は17記載の結像光学系性能測定方法。
  19. 【請求項19】前記基準点に対する透過波面と位置座標
    の測定を各測定点における透過波面と位置座標の測定毎
    に同時に行うことを特徴とする請求項18記載の結像性
    能測定方法。
  20. 【請求項20】 前記基準点に対するディストーション
    と焦点面の測定を複数回行った結果から、各測定点にお
    けるディストーションと焦点面の測定結果を補間して補
    正することを特徴とする請求項18記載の結像性能測定
    方法。
  21. 【請求項21】 前記基準点は、前記結像レンズの光軸
    上の物点及び像点であることを特徴とする請求項第17
    〜20のいずれか1項の結像光学系性能測定方法。
  22. 【請求項22】 前記測定点の位置座標は前記基準像点
    の位置座標に対する相対座標である事を特徴とする請求
    項第16〜21のいずれか1項の結像光学系性能測定方
    法。
  23. 【請求項23】 前記ディストーション、像面湾曲の経
    時変化量の補正は、前記経時変化量を各測定値から減算
    する事によって行う事を特徴とする特許請求項第17〜
    21のいずれか1項の結像光学系性能測定方法。
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