JP2007192675A - 干渉計測方法、装置及びそれを搭載した露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 フリンジスキャン法による干渉計測法において、外乱による測定誤差を低減させる。
【解決手段】 波面測定前に外乱による測定誤差の最小化条件（波面のピストン、ティルト、パワーのいずれかを最適化）を求める。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レンズの透過波面、面形状、ホモジニティの測定に使用されるフリンジスキャン法による干渉計測方法及び装置方法及び測定装置、さらには、これらの方法、装置を用いて製造した投影レンズ、これらの方法、装置を搭載した投影露光装置に関するものであり、特に、外乱に対する波面測定の誤差を低減するのに好適なものである。

近年、投影露光装置に搭載される投影レンズの透過波面収差については10mλRMS以下(λ=248nm、193nm等)の性能が要求されている。これに伴い波面収差の測定精度は１ｍλ程度の高精度が要求されてきている。従来から、この波面収差の測定は干渉計を用いて行われ、画面領域内の複数点の波面計測が行われている。投影レンズの調整工程においては、これらの測定波面から多項式展開（Zernike関数等）で得られた収差係数を最小化するように調整は行われる。

従来、干渉計を用いて、波面の測定は以下のように行われていた。ここでは、干渉方式はフィゾー型を例にとり、以下に、図１０を用いて、詳細説明するが、フィゾー干渉計以外でもかまわない。

被検レンズ8の使用波長に近い発振波長を有する可干渉性のよい光源１（例えば、レーザ光源等）からの光を干渉計ユニット２へ導光する。干渉計ユニット２の内部においては、集光レンズ３により空間フィルター４上へ、光束は集められる。ここで、空間フィルター４の径はコリメータレンズ６のNAにより決まるエアリーディスク径の１／２程度に設定されている。これにより、空間フィルター４からの出射光は理想球面波となり、ハーフミラー５を反射後、コリメータレンズ６により平行光に変換されて、干渉計ユニット２から出射する。その後、TSレンズ７により被検レンズ８の物体面（Reticle面）上へと集光され、被検レンズ８を透過後に、像面（Wafer面）上に再結像される。

さらに、RSミラー９により反射後、被検レンズ８、TSレンズ７とほぼ同一光路で逆行し、再び、干渉計ユニット２へと入射する。

干渉計ユニット２へ入射後は、コリメータレンズ６、ハーフミラー５を透過し、空間フィルター１０上に集光される。ここで、空間フィルター１０は、迷光及び急傾斜波面を遮断するためのものである。空間フィルター１０を通過後は、結像レンズ１１によりCCDカメラ１２上にほぼ平行光束として入射する。以上が、被検光の説明である。

一方、参照光は、TSレンズ７へ往路で入射した光の１部を反射させる。つまり、TSレンズの最終面であるフィゾー面からの表面反射光を得て、これを同一光路で逆行させ、参照光として、CCDカメラ１２上へと入射させている。これら、参照光と被検光の重ね合わせにより干渉縞を得ている。

ここで、TSレンズ７或いはRSミラー８はPZT等の走査素子１３により光軸方向の走査が可能となっている。つまり、所謂フリンジスキャンによる高精度な波面計測が可能な構成となっている。

CCDカメラ１２により測定された干渉縞は制御装置１８の一部である画像処理部を介して、ホストPC１９へ転送され、披検レンズの波面がフリンジスキャン途中の複数の干渉縞から計算される。

従来例としては、例えば特許文献１をあげることが出来る。
特開２０００−２７７４１１号公報

しかしながら、上述の波面収差測定精度（１ｍλ相当）を実現するためには、干渉計測においては、外乱（振動、光源強度揺らぎ、光源波長変動）を抑制する必要がある。特に、フリンジスキャン法の場合、例えば、外乱として振動を考えた場合、スキャン基本周波数（１λ走査相当の周波数）の２倍周波数の外乱に対して測定波面が最も誤差を受け易いことが解っている。この誤差波面を目標とする測定精度１ｍλ以下とするためには、例えば、TSレンズ７、披検レンズ8、RSミラー９全体を除振台の上に載せることで振動を低減し、さらに、TSレンズ７及びRSミラー８は任意像高へ移動可能な高精度XYZサーボステージ上に配置し、披検レンズ７に対して高精度でステージを追従させることで振動を低減する必要がある。この除振台の除振率とステージのサーボにより床振動振幅に対して、10-3程度の振動振幅の低減が必須となる。この結果、高性能な除振台及び高帯域サーボステージが必要となり、システムの複雑化及び高価なシステムの製作が必要となっている。本発明の目的は、このような高性能除振台、ステージがなくても、高精度な波面計測が可能となる干渉計測システムを提供することにある。しかしながら、上述の波面収差測定精度（１ｍλ相当）を実現するためには、干渉計測においては、外乱（振動、光源強度揺らぎ、光源波長変動）を抑制する必要がある。特に、フリンジスキャン法の場合、例えば、外乱として振動を考えた場合、スキャン基本周波数（１λ走査相当の周波数）の２倍周波数の外乱に対して測定波面が最も誤差を受け易いことが解っている。この誤差波面を目標とする測定精度１ｍλ以下とするためには、例えば、TSレンズ７、披検レンズ8、RSミラー９全体を除振台の上に載せることで振動を低減し、さらに、TSレンズ７及びRSミラー８は任意像高へ移動可能な高精度XYZサーボステージ上に配置し、披検レンズ７に対して高精度でステージを追従させることで振動を低減する必要がある。この除振台の除振率とステージのサーボにより床振動振幅に対して、10-3程度の振動振幅の低減が必須となる。この結果、高性能な除振台及び高帯域サーボステージが必要となり、システムの複雑化及び高価なシステムの製作が必要となっている。本発明の目的は、このような高性能除振台、ステージがなくても、高精度な波面計測が可能となる干渉計測システムを提供することにある。

本発明の干渉計測方法及び計測装置においては、フリンジスキャン法の誤差波面は、被測定波面の位相と外乱の位相に依存していることに着目し、誤差波面が最小となる測定波面の位相或いは外乱の位相条件において波面測定を行うようにしたものである。

下記の２種の方法に大別される。

・波面測定前に外乱による測定誤差の最小化条件を求める過程を有する。

・波面測定の際にフリンジスキャンに必要なBucket（走査された各波面）数よりも多くの干渉縞の計測を行い、同時に外乱の計測を行う。
以上を特徴としている。

以上、述べたように、外乱に対する波面測定の誤差を低減することが可能となり、システムの複雑化を回避でき、簡易で高精度な披検レンズの透過波面、面形状、ホモジニティ測定装置の提供が可能となる。

図１に本発明の第１の実施例を示す。図１においては、従来例（図１０）に対して、TSレンズ７、披検レンズ８、RSミラー８の振動状態を計測するために位置計測センサー１６、１５、１４及びそれら位置計測の基準となる計測基準構造体１７が追加されている。

つまり、フリンジスキャン中の複数の干渉縞計測中のTSレンズ７、披検レンズ８、RSミラー９の振動が計測可能となっている。図中は振動計測用センサーは各振動体（８、７、９）に対して１ヶづつであるが、実際はXYZの３方向を計測するためにそれずれ３方向用の計測センサが設置されている。

図２を用いて本発明の第１の実施例の波面測定過程の詳細を説明する。

まず、Step21において、仮の波面計測を行う。これは、例えば１３Bucket法の場合、フリンジスキャン中の１３枚の干渉縞を計測し、得られた１３枚の画像から各画素毎に位相計算を行うことで披検レンズ８の波面を計算する。

次にStep22において、Step21で得られた波面計測値から最適外乱位相（振動）を計算する。これは次のように行われる。まず、フリンジスキャン法による波面計測における誤差波面ΔWは次式により表される。

ΔW＝Re｛P1(N(f))*exp(I*α)｝*cos2θ+ Re｛P2(N(f))*exp(I*α)｝*sin2θ・・・（１）
ここで、P1、P2はフリンジスキャンのアルゴリズムで決まる外乱の測定波面への誤差伝達関数、fは外乱周波数、N(f)は外乱の大きさ、αは外乱の位相、θは被測定位相を示す。上式から、誤差波面ΔWは外乱の位相αと被測定波面の位相θに依存していることがわかる。

上式を変形すると、
ΔW＝√(Re｛(P1(N(f))*exp(I*α))｝^2 + (Re｛P2(N(f))*exp(I*α)｝)^2)*sin(2θ+φ)
ここで、φ=Tan^-1(Re｛P2(N(f))*exp(I*α)｝/ Re｛P1(N(f))*exp(I*α)｝)である。

sin(2θ+φ)にかかる項(√(Re｛(P1(N(f))*exp(I*α))｝^2 + (Re｛P2(N(f))*exp(I*α)｝)^2))は図７に示すように外乱の位相αに対して変化が少ないため、誤差波面ΔWはsin(2θ+φ)でほぼ変化する。従って、
2θ+φ=mπ
の関係を満足する場合に誤差波面ΔW=0となり最小となる。

Step21で得られた波面計測値から上式中のθ(披測定波面の位相)を求め、φ＝ｍπ-2θを求めることで誤差波面を最小にするφ及びそれから最適な外乱位相α0を求めることが可能である。ここで、誤差波面は誤差伝達関数P1、P2が外乱周波数に依存するため、外乱の周波数によって異なる。誤差伝達関数P1、P2は、図 い示すようにフリンジスキャンの基本周波数の２倍の周波数f2で最大となることからその周波数f2において最適外乱位相α0を求めればよい。

次にStep23により、外乱位相の計測を行う。これは次のように行われる。図１において、計測定盤１７基準で位置計測センサー１６、１５、１４により、TSレンズ、披検レンズ、RSミラーの位置を計測することにより披検レンズ８とTSレンズ７及びRSミラー９の相対変位を計測する。この計測値からTSレンズ７及びRSミラー９の披検レンズ８に対する振動の位相αtsとαrsを知ることが可能である。これも、α0と同じく、周波数f2における振動位相を求めればよい。

次にStep24により、波面測定を再度行う。Step23で得られた振動の位相αts、αrsから、波面測定の開始するタイミングに振動の位相が最適な外乱位相α0となるように、波面測定を開始すればよい。ここで、一般にαtsとαrsは異なるため、披検レンズ８のNAが大きい側で上記の流れを適用すればよい。例えば、半導体製造装置用の投影レンズの場合は、縮小側（Wafer側）のNAが大きいためRSミラー９をWafer側配置で計測する場合は、αrsから波面測定開始時の振動位相が最適外乱位相α0となるように測定を開始すればよい。

実際はStep23における外乱（振動）計測は、XYZ３方向の振動が計測され、それらの位相は異なる。従って、波面測定の開始における位相αts、αrsは、測定誤差に最も効くZ（光軸）方向に着目して決定するのが有効である。或いは、３方向の測定誤差への影響が均等になるように決定してもよい。

以上のStep21〜24の過程により、誤差波面を最小化することが可能である。

図３に本発明の第２の実施例の波面測定の過程を示す。

まず、Step31において、第１の実施例と同様にて、振動計測を行う。この結果から振動の位相を求める。次にStep32において振動の位相がある条件を満たすように波面計測を行う。この条件に関して以下説明する。図７に示すように、前頁に示された誤差波面ΔWの式のsinにかかる項(√(Re｛(P1(N(f))*exp(I*α))｝^2 + (Re｛P2(N(f))*exp(I*α)｝)^2))は、αに対して若干変化する。図７から、項(√(Re｛(P1(N(f))*exp(I*α))｝^2 + (Re｛P2(N(f))*exp(I*α)｝)^2))は、α＝m・πにおいて最小となることがわかる。従って、この条件を満足するように波面測定を開始すれば、誤差波面の低減が可能である。本実施例は、第１の示実施例ほど大きな効果は期待できないが、Step21のような仮の波面計測を行う必要がないため従来例とほぼ同じ時間での波面計測が可能である。

図４に本発明の第３の実施例を示す。

Step41において、第１の実施例と同様に仮の波面計測を行う。次にStep42において、測定された波面を２次元フーリエ変換することで被測定波面の空間周波数特性を求める。例えば、図８のような周波数特性が計算される。ここで、式(1)によると、誤差波面ΔWは披検波面θの２倍の空間周波数で発生することがわかる。従って、図８に示すように被測定波面が含む最大周波数をｆmax（８１）とした場合、空間周波数がfmax/2（８２）となるTilt波面又はPower波面の状態で波面計測を行えば、誤差波面は、被測定波面がもつ周波数成分以上となるために、例えば、Zernike関数等の多項式展開した場合に得られる係数に影響を全く与えない。そこで、Step43において、Step42で得た披検波面の最大周波数の1/2の空間周波数となるTilt又はPower波面を最適Tilt(Power)として求める。さらにStep44において、Tilt(Power)波面を発生させるように、図１におけるTSレンズ７又はRSミラー８を光軸直交方向（光軸方向）にアライメントする。その後Step45において披検波面の計測を行う。以上の過程により、誤差波面が発生することなく披検波面の計測が可能となる。

図５に本発明の第４の実施例を示す。

第３の実施例では、Step41で得た波面計測値をもとに誤差波面影響を受けないようにTilt(Power)波面を決定していたが、本実施例においては、あらかじめ被測定波面の最大周波数が既知であると場合に有効な手法である。既知の測定対象波面を周波数解析することにより、予想される最大周波数fmax'を求め、これに基づいてTilt波面周波数（fmax）を求める。例えば、被測定対象のZernike次数が既知である場合は次のようにすればよい。Step51において測定対象とするZernike次数を決定する。これにより、Step52において、測定対象波面の最大周波数の決定が可能となる。この結果から、Step53で所望のTilt波面(Power)にTSレンズ７又はRSミラー９をアライメントする。その後、Step54において、波面計測を行う。以上の過程により、測定対象とする波面よりも誤差波面の周波数を高くすることができ、その結果、誤差波面をなくすことが可能である。

図６に本発明の第５の実施例を示す。

第５の実施例では位相計測（干渉縞計測）時に波面計算に必要なBucket数に加えて、予備のBucket（干渉縞）を計測する。図６のStep61において、通常のフリンジスキャンに必要な走査量（13Bucket法では1.5λ。）に加えてλ/2多く走査し、干渉縞画像を取得する。この時、干渉縞画像取得と同時に振動の計測を行っておく。次にStep62として得られた干渉縞画像の基本部分（例えば、最初の13Bucket分）から被測定波面の位相θを計算する。ここで位相θは干渉縞の各点で得られ、各点で異なるため、最小自乗ピストン波面を求める。Zernike関数でフィッティングし定数項を求めればよい。このピストン波面から最小自乗位相θ0が得られる。Step63においては、この最小自乗位相α'と振動計測から得られる振動の位相αから式(1)の誤差波面ΔWが最小となるBucketを選択する。具体的には、Step61で得たBucketをI1〜I13(1.5λ)＋I14〜17(λ/2)とすれば、I1〜13、I2〜14、・・・、I5〜17の5通りのBucket選択を考え、この中で式(1)が最小となる場合、つまり、sin(2θ+α)が最小となるBucket選択を行う。選択されたBucket（13枚の干渉縞画像）を使って、Step64で波面計算を行う。この過程により誤差波面の影響を低減することが可能である。

図９に本発明の第６の実施例を示す。

第6の実施例は、本発明を露光装置上の収差測定に適用したものである。

本実施例は、本発明を、波面収差測定ユニットを搭載した露光装置に対して、適用したものである。図９は、"特開2000-277411"において、本発明の第１実施例の構成を適用したものである。"特開2000-277411"における第１実施例はフィゾー型干渉計を露光装置に搭載したものである。これにXYZ方向の位置計測センサー（922：ウェハーステージ用、924：レクチルステージ用、926：PO用）とそのXYZ方向用ターゲット(例えば測長器の場合は基準ミラー)（921：ウェハーステージ用、923：レクチルステージ用、925：PO用）及び制御装置927、ホストコンピュータ928が追加されている。これらを使って、実施例１〜5と同様の方法で誤差波面の影響を低減することが可能である。

また、実施例１の方法を露光装置に適用した場合、光源として干渉性の低い露光光源を使用する場合は干渉方式がフィゾー型と異なるが参照光と披検光の光路長差を変化させる位置（部品）の振動計測を行うことで同様の効果を得ることが可能である。

本発明の第１の実施例である波面収差測定装置及び方法を示す図。 第１実施例の測定過程の詳細図。 第２実施例の測定過程の詳細図。 第３実施例の測定過程の詳細図。 第４実施例の測定過程の詳細図。 第５実施例の測定過程の詳細図。 第２実施例の外乱位相αと誤差波面ΔWの関係を示す図。 第３実施例の被測定波面とTilt(Power)の空間周波数を示す図。 本発明の第６実施例である露光装置を示す図。 従来の波面収差測定装置及び方法を示す図。

符号の説明

１ 光源
２ 干渉計ユニット
３ 集光レンズ
４ 空間フィルター
５ ハーフミラー
６ コリメーターレンズ
７ TSレンズ
８ 披検レンズ
９ RSミラー
１０ 空間フィルター
１１ 結像レンズ
１２ CCDカメラ
１３ 走査機構
１４〜１６ 位置計測センサー
１７ 計測基準定盤
１８ 制御装置
１９ ホストコンピュータ
８１ 披検波面の空間周波数分布
８２ Tilt（Power）波面の周波数分布
９０１ 露光光源
９０２ 引き回し光学系
９０３ 光路切り替えミラー
９０４ インコヒーレント化ユニット
９０５ 照明光学系
９０６ 干渉計測用光源
９０７ 集光レンズ
９０８ 空間フィルター
９０９ コリメータレンズ
９１０ ハーフミラー
９１１ ミラー
９１２ コリメータレンズ
９１３ XYZステージ
９１４ コリメータレンズユニット
９１５ レチクル面
９１６ ウェハー面
９１７ ウェハーチャック
９１８ ウェハーステージ
９１９ ウェハー面
９２０ 反射球面
９２１ ウェハーステージ位置計測用ミラー
９２２ ウェハーステージ位置計測センサ（測長器）
９２３ レチクルステージ位置計測用ミラー
９２４ レチクルステージ位置計測センサ（測長器）
９２５ PO位置計測用ミラー
９２６ PO位置計測センサ（測長器）
９２７ 制御装置
９２８ ホストコンピュータ

Claims (31)

1. フリンジスキャン法による干渉計測方法において、波面測定前に外乱による測定誤差の最小化条件を求める過程を有することを特徴とした干渉計測方法。
2. 前記最小化条件を求める過程は波面計測過程を有し、前記最小化条件を求める過程の後に前記外乱を計測し、前記波面測定結果と前記外乱計測結果に基づき、測定誤差が最小となる外乱位相で波面測定を行うことを特徴とした請求項１記載の干渉計測方法。
3. 前記最小化条件を求める過程において、下式を満足する外乱位相（α）を求めることを特徴とした請求項２記載の干渉計測方法。
   Tan ( mπ-2θ ) = Re｛P2(N(f))*exp(I*α)｝/ Re｛P1(N(f))*exp(I*α)｝
   (ここで、θは被測定位相。P1、P2：フリンジスキャン誤差伝達関数。
   N(f)：外乱周波数ｆにおける外乱量。mは整数。)
4. 前記被測定位相（θ）は、前記最小化条件を求める過程中の波面測定結果を使うことを特徴とした請求項２、３記載の干渉計測方法。
5. 前記最小化条件を求める過程は外乱計測過程を有し、前記外乱測定結果に基づき、波面測定時の外乱位相（α）が、α＝０となるタイミングで波面測定を行うことを特徴とした請求項１記載の干渉計測方法。
6. 前記外乱計測過程において、披検レンズと干渉光学系の相対振動を計測することを特徴とした請求項２、５記載の干渉計測方法。
7. 前記外乱計測過程において、干渉計光源の波長変動を計測することを特徴とした請求項２、５記載の干渉計測方法。
8. 前記外乱計測過程において、干渉計光源の強度変動を計測することを特徴とした請求項２、５記載の干渉計測方法。
9. 前記最小化条件を求める過程は波面計測過程を有し、前記波面測定過程で得られた結果に基づき、測定誤差を最小化する干渉計のアライメント条件を求め、前記条件にアライメント後に波面測定を行うことを特徴とした請求項１記載の干渉計測方法。
10. 前記アライメント条件計算過程において、前記波面計測過程で得た波面の空間周波数分析を行うことを特徴とした請求項９記載の干渉計測方法。
11. 前記アライメントは、Tilt波面を生成することを特徴とした請求項９記載の干渉計測方法。
12. 前記アライメントは、Power波面を生成することを特徴とした請求項９記載の干渉計測方法。
13. 前記最小化条件を求める過程は、被測定波面の次数から、測定誤差を最小化する干渉計のアライメント条件を求め、前記条件にアライメント後に波面測定を行うことを特徴とした請求項１記載の干渉計測方法。
14. 前記アライメントは、Tilt波面を生成することを特徴とした請求項１３記載の干渉計測方法。
15. 前記アライメントは、Power波面を生成することを特徴とした請求項１３記載の干渉計測方法。
16. フリンジスキャン法による干渉計測方法において、強度変調時の強度データ取得時に、波面計測に必要な強度データ数（バケット数）よりも多くの強度データを取得し、同時に外乱を計測することを特徴とした干渉計測方法。
17. 前記外乱の計測結果に基づき、誤差波面が最小となる前記干渉縞の強度データを選択し、波面計算を行うことを特徴とした請求項１６記載の干渉計測方法。
18. 前記外乱計測過程において、披検レンズと干渉光学系の相対振動を計測することを特徴とした請求項１６記載の干渉計測方法。
19. 前記外乱位相計測過程において、干渉計光源の波長変動を計測することを特徴とした請求項１６記載の干渉計測方法。
20. 前記外乱位相計測過程において、干渉計光源の強度変動を計測することを特徴とした請求項１６記載の干渉計測方法。
21. 前記強度データの取得数（バケット数）は、スキャン長でλ／２だけ長く取得することを特徴とした請求項１６記載の干渉計測方法。
22. フリンジスキャン法による干渉計測装置において、外乱を計測する手段を有することを特徴とした干渉計測装置。
23. 前記外乱計測手段は、披検レンズの振動を計測する手段或いは披検レンズへの干渉計の入射光学系の少なくとも一方の振動を計測する手段を有することを特徴とした請求項２２記載の干渉計測方法。
24. 前記外乱計測手段は、干渉計光源の波長を計測する手段であることを特徴とした請求項２２記載の干渉計測方法。
25. 前記外乱計測手段は、干渉計光源の強度分布（披検レンズ瞳内分布）を計測する手段であることを特徴とした請求項２２記載の干渉計測方法。
26. 第１物体上に形成されたパターンを照明光学系で照明し、該パターンを投影光学系によって第２物体に投影露光する投影露光装置において、該投影露光装置本体上に投影光学系の光学特性測定用の干渉計と該干渉計の測定値を変化させる外乱を計測する手段を有することを特徴とする投影露光装置。
27. 前記外乱計測手段は、前記干渉計の光学系と前記投影レンズの相対振動を計測する手段であることを特徴とする特許請求項２６記載の投影露光装置。
28. 前記外乱計測手段は、前記干渉計の光源の波長を計測する手段であることを特徴とする特許請求項２６記載の投影露光装置。
29. 前記外乱計測手段は、前記干渉計の光源の披検レンズ瞳面内の強度分布を計測する手段であることを特徴とする特許請求項２６記載の投影露光装置。
30. 前記干渉計の光源は、前記露光装置の露光光源であることを特徴とする特許請求項２６記載の投影露光装置。
31. 前記干渉計の光源は、前記露光光源以外の干渉計測用の専用光源であることを特徴とする特許請求項２６記載の投影露光装置。

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