JP2010249787A - 干渉計測装置、露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents
干渉計測装置、露光装置およびデバイス製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】
高精度に干渉計測装置固有の誤差を計測することができる干渉計測装置を提供する。
【解決手段】
被検査レンズの波面を計測する干渉計測装置において、前記集光レンズの焦点位置に曲率中心が一致するように配置された前記凹球面ミラーを、光軸に関して0°回転した位置で前記被検査レンズの第1の波面を計測し、前記集光レンズの焦点位置に曲率中心が一致するように配置された前記凹球面ミラーを、前記光軸に関して180°回転した位置で前記被検査レンズの第2の波面を計測し、前記集光レンズの焦点位置からデフォーカスさせた位置に配置された反射基板により前記被検査レンズの第3の波面を計測し、前記入射光学系、前記干渉計測装置のシステムエラーを検出するように制御する制御手段を有することを特徴とする。
【選択図】図2
高精度に干渉計測装置固有の誤差を計測することができる干渉計測装置を提供する。
【解決手段】
被検査レンズの波面を計測する干渉計測装置において、前記集光レンズの焦点位置に曲率中心が一致するように配置された前記凹球面ミラーを、光軸に関して0°回転した位置で前記被検査レンズの第1の波面を計測し、前記集光レンズの焦点位置に曲率中心が一致するように配置された前記凹球面ミラーを、前記光軸に関して180°回転した位置で前記被検査レンズの第2の波面を計測し、前記集光レンズの焦点位置からデフォーカスさせた位置に配置された反射基板により前記被検査レンズの第3の波面を計測し、前記入射光学系、前記干渉計測装置のシステムエラーを検出するように制御する制御手段を有することを特徴とする。
【選択図】図2
Description
本発明は、露光装置の投影光学系などの波面を計測する干渉計測装置に関する。
フォトリソグラフィー技術を用いるデバイスの製造工程において、マスクに形成された回路パターンをウエハである基板上に縮小投影して転写する縮小型投影光学装置が従来から使用されている。デバイスパターンの微細化にともない、投影光学系の収差を極めて小さく抑えることが必須である。したがって、投影光学系の収差を高精度に計測する装置ならびに方法が要望されている。
投影光学系において、投影レンズの透過波面を高精度に計測する装置として従来から干渉計測装置が利用されている。干渉計測装置により波面計測を行なう場合、参照面を基準として被検波面の位相を算出するため、干渉計測装置の計測精度は参照面の面精度で決定され、参照面の面精度以上の計測精度を得ることはできない。このため、参照面の面誤差など干渉計測装置の光学系固有の誤差であるシステムエラーを別手段により計測して、計測波面データから減算して被検波面成分のみを抽出する方法が従来から採用されている。
このシステムエラーの計測方法としては、図6(a)、(b)、(c)に示されるように、3つの計測波面から固有の誤差であるシステムエラー成分を算出する方法(例えば、非特許文献1)が知られている。すなわち、集光レンズ4の焦点位置に曲率中心が一致するように配置された凹球面ミラー7を光軸に関して0°、180°回転した位置での2つの計測波面と、さらに、集光レンズ4の焦点位置に反射基板12を配置したキャッツアイ反射(頂点反射)から得られる計測波面からシステムエラー成分を算出する。
高NAのレンズ透過波面計測に使用する光源は直線偏光である場合が多く、キャッツアイ反射による計測を行なう場合、反射基板12への入射角度θ、すなわちNAが大きくなるにつれて反射率が低下し、反射角度θがブリュースター角度と一致すると、反射率が0となる。この結果、この領域での干渉縞のコントラストが低下、もしくは消滅のため、高NAな干渉計測装置の固有の誤差であるシステムエラーを高精度に計測することが困難である。そのため反射基板として、高入射角度に対しても反射率を有する金属や半導体のような材質が用いられ、高NAな干渉計測装置におけるキャッツアイ反射による計測が行なわれている。被検対象に対して要求される計測精度が厳しくなるにつれて、システムエラーをより高精度に計測することが必要になってきた。
オプティカル・ショップ・テスティング、第2版、ワイレー、pp.577−580、ダニエル・マラカラ、米国、1992年
近年、投影レンズのNAは0.8以上と高くなる傾向にあるため、透過波面を計測する被検査レンズの所望のNAを入射させる干渉側のTSレンズのNAもそれ以上に高くする必要がある。高NAのTSレンズにおけるキャッツアイ点近傍においては、エネルギーが集中する。上述のようにキャッツアイ反射基板は高NAでも反射率の有する金属や半導体のような材質を用いるため、光の吸収などにより基板の変形や変質などが起こり、干渉縞の変調、コントラストの低下を発生させる。この結果、キャッツアイ反射による計測精度が著しく低下し、システムエラーを高精度に計測することが困難となる。
そこで、本発明は、高精度に干渉計測装置固有の誤差を計測することができる干渉計測装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するための本発明の干渉計測装置は、光源からの光を被検光と参照光とに分離し、集光レンズを被検査レンズの上流に有し、前記被検査レンズに前記被検光を入射させる入射光学系と、前記被検査レンズから出射される前記被検光を、再び、同一光路で前記被検査レンズに向けて反射する凹球面ミラーと、前記凹球面ミラーにより反射され前記被検査レンズから出射される前記被検光と前記被検査レンズを通過しない前記参照光との干渉により生成された干渉縞を検出する検出器と、を有し、前記被検査レンズの波面を計測する干渉計測装置において、前記集光レンズの焦点位置に曲率中心が一致するように配置された前記凹球面ミラーを、光軸に関して0°回転した位置で前記被検査レンズの第1の波面を計測し、前記集光レンズの焦点位置に曲率中心が一致するように配置された前記凹球面ミラーを、前記光軸に関して180°回転した位置で前記被検査レンズの第2の波面を計測し、前記集光レンズの焦点位置からデフォーカスさせた位置に配置された反射基板により前記被検査レンズの第3の波面を計測し、前記干渉計測装置のシステムエラーを検出するように制御する制御手段を有することを特徴とする。
本発明によれば、高精度に干渉計測装置固有の誤差を計測することができる。
次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態1を説明する。本実施形態1は、干渉方式としてフィゾー型干渉計測装置で、被検査レンズ6の波面を計測する干渉計測装置あるが、フィゾー型干渉計測装置以外でもよい。
図1に、被検査レンズ6の透過波面を計測するためのフィゾー型干渉計測装置を示す。
入射光学系40は、光源1からの光を被検光と参照光とに分離する参照面(フィゾー面)5を有する集光レンズ4を被検査レンズ6の上流に有し、被検査レンズ6に被検光を入射させる光学系である。凹球面ミラー7(RSミラー)は、被検査レンズ6から出射される被検光を、再び、ほぼ同一光路で被検査レンズ6に向けて反射するミラーである。結像レンズ8およびCCDカメラ9(検出器)は、凹球面ミラー7により反射され被検査レンズ6から出射される被検光と被検査レンズ6を通過しない参照光との干渉により生成された干渉縞を検出する手段である。
図1に、被検査レンズ6の透過波面を計測するためのフィゾー型干渉計測装置を示す。
入射光学系40は、光源1からの光を被検光と参照光とに分離する参照面(フィゾー面)5を有する集光レンズ4を被検査レンズ6の上流に有し、被検査レンズ6に被検光を入射させる光学系である。凹球面ミラー7(RSミラー)は、被検査レンズ6から出射される被検光を、再び、ほぼ同一光路で被検査レンズ6に向けて反射するミラーである。結像レンズ8およびCCDカメラ9(検出器)は、凹球面ミラー7により反射され被検査レンズ6から出射される被検光と被検査レンズ6を通過しない参照光との干渉により生成された干渉縞を検出する手段である。
被検査レンズ6の使用波長に近い発振周波数を有する可干渉性の良い光源1(例えばレーザー光源など)からの光をコリメータレンズ2に入射する。コリメータレンズ2より射出された光束は、ハーフミラー3を反射後、集光レンズ4により被検査レンズ6の物体面へと集光される。その後、被検査レンズ6を透過後に像面上に再結像される。さらに、凹球面ミラー7(RSミラー)により反射後、被検査レンズ6、集光レンズ4とほぼ同一光路を逆行し、ハーフミラー3を透過し、結像レンズ8によりCCDカメラ9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、集光レンズ4へ往路で入射した光束の一部が反射される。つまり集光レンズ4の最終面であるフィゾー面5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9に入射させている。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。
一方、参照光は、集光レンズ4へ往路で入射した光束の一部が反射される。つまり集光レンズ4の最終面であるフィゾー面5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9に入射させている。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。
次に、図2、図4、図6を用いて、固有の誤差であるシステムエラーの計測の流れを説明する。
ここで、制御手段41は、集光レンズ4の焦点位置に曲率中心が一致するように配置された凹球面ミラー7を、光軸に関して0°回転した位置で被検査レンズ6の第1の波面を計測するように制御する。
次に、制御手段41は、集光レンズ4の焦点位置に曲率中心が一致するように配置された凹球面ミラー7を、光軸に関して180°回転した位置で被検査レンズ6の第2の波面を計測するように制御する。
さらに、制御手段41は、集光レンズ4の焦点位置からデフォーカスさせた位置に配置された反射基板12により被検査レンズ6の第3の波面を計測するように制御する。この結果、入射光学系40、凹球面ミラー7および結像レンズ8(検出器)およびCCDカメラ9(検出器)の固有の誤差を検出する。
ここで、制御手段41は、集光レンズ4の焦点位置に曲率中心が一致するように配置された凹球面ミラー7を、光軸に関して0°回転した位置で被検査レンズ6の第1の波面を計測するように制御する。
次に、制御手段41は、集光レンズ4の焦点位置に曲率中心が一致するように配置された凹球面ミラー7を、光軸に関して180°回転した位置で被検査レンズ6の第2の波面を計測するように制御する。
さらに、制御手段41は、集光レンズ4の焦点位置からデフォーカスさせた位置に配置された反射基板12により被検査レンズ6の第3の波面を計測するように制御する。この結果、入射光学系40、凹球面ミラー7および結像レンズ8(検出器)およびCCDカメラ9(検出器)の固有の誤差を検出する。
より具体的には、まず、図6に示されるように集光レンズ4に対向させて凹球面ミラー7を配置させる(ステップ1)。
図6に示されるように凹球面ミラー7を光軸に関して0°方向で波面を計測する(ステップ2)。
図6に示されるように凹球面ミラー7を光軸に関して180°方向で波面を計測する(ステップ3)。
凹球面ミラー7を反射基板12に交換し、反射基板12を焦点位置に配置する(ステップ4)。
図2に示されるように反射基板12を焦点位置からデフォーカスさせる(ステップ5)。
キャッツアイで波面を計測する(ステップ6)。
ステップ2、3、6で得られた波面から固有の誤差であるシステムエラーを算出する。 算出式は従来例と同様の数式1〜5を用いる(ステップ7)。
ただし、ステップ4、5において、反射基板12を焦点位置に配置することなく、ステップ5のデフォーカス位置に直接、配置してもよい。
図6に示されるように凹球面ミラー7を光軸に関して0°方向で波面を計測する(ステップ2)。
図6に示されるように凹球面ミラー7を光軸に関して180°方向で波面を計測する(ステップ3)。
凹球面ミラー7を反射基板12に交換し、反射基板12を焦点位置に配置する(ステップ4)。
図2に示されるように反射基板12を焦点位置からデフォーカスさせる(ステップ5)。
キャッツアイで波面を計測する(ステップ6)。
ステップ2、3、6で得られた波面から固有の誤差であるシステムエラーを算出する。 算出式は従来例と同様の数式1〜5を用いる(ステップ7)。
ただし、ステップ4、5において、反射基板12を焦点位置に配置することなく、ステップ5のデフォーカス位置に直接、配置してもよい。
ステップ5におけるデフォーカス量について、例えば、0.9以上の高NAの干渉計測装置において、システムエラーの計測におけるキャッツアイ反射による計測を行なう場合、反射基板12として、上記のように材質としてシリコンを用いた場合を説明する。シリコンの複素屈折率は波長193nmで0.65−2.3iであり、図5にシリコンの反射率を示す。P偏光の反射率は擬似ブリュースター角度で最小となるが、0にはならない。
キャッツアイ点では、局所的に大きなエネルギーが集中することによりシリコン基板の表面において変形や変質が起こりやすく、表面の面精度を劣化させ、結果として干渉縞自体のコントラストを劣化させることとなる。
この課題を解消するために、反射基板の位置を集光レンズの集点位置からデフォーカスさせ、反射基板上での照射面積を拡大することにより、局所的にエネルギーが集中することを避けることができる。
この課題を解消するために、反射基板の位置を集光レンズの集点位置からデフォーカスさせ、反射基板上での照射面積を拡大することにより、局所的にエネルギーが集中することを避けることができる。
図2に示されるように反射基板12を集光位置からZdefだけデフォーカスする場合、ビーム径をwとすると、集光点でのエネルギー密度と比較して、wo2/w2倍のエネルギー低下効果が得られ、安定した干渉縞が得られる。ここでwoは集光点でのビームウェストである。
干渉計測装置の開口数がNA、入射光は波長λ、エネルギーはIである場合、集光点である焦点位置でのビームスポット径woはk×λ/NA (ここでkは波長に対する係数)となる。エネルギー密度Eは約I/πwo2となる。この場合、例えば、ビーム径がw=√2×woとなるようなデフォーカス量Zdefとすると、エネルギー密度は1/2となり、エネルギーが集中することを避けられる。
干渉計測装置の開口数がNA、入射光は波長λ、エネルギーはIである場合、集光点である焦点位置でのビームスポット径woはk×λ/NA (ここでkは波長に対する係数)となる。エネルギー密度Eは約I/πwo2となる。この場合、例えば、ビーム径がw=√2×woとなるようなデフォーカス量Zdefとすると、エネルギー密度は1/2となり、エネルギーが集中することを避けられる。
なお、本現象は光源の波長λが193nm、入射エネルギーが0.1mW、投影光学系のNAが0.9であるとき、数secで発生することが確認されている。この際、λ〜2λ程度デフォーカスさせることで、コントラストは回復し、高精度にキャッツアイ計測が可能であることも確認されている。
前記計測方法より、十分に計測可能な干渉縞コントラストが得られ、キャッツアイ反射による計測を高精度に行なうことが可能となる。結果として、干渉計測装置の固有の誤差であるシステムエラーの計測精度が向上し、被検査レンズにおける透過波面の絶対精度が向上する。本実施形態2では、キャッツアイ点からのデフォーカス量を1〜2λとしたが、干渉計測装置の光学系が決定する絶対リニアリティーを保証できる範囲内であれば、デフォーカス量を増やすほど効果は顕著となる。
前記計測方法より、十分に計測可能な干渉縞コントラストが得られ、キャッツアイ反射による計測を高精度に行なうことが可能となる。結果として、干渉計測装置の固有の誤差であるシステムエラーの計測精度が向上し、被検査レンズにおける透過波面の絶対精度が向上する。本実施形態2では、キャッツアイ点からのデフォーカス量を1〜2λとしたが、干渉計測装置の光学系が決定する絶対リニアリティーを保証できる範囲内であれば、デフォーカス量を増やすほど効果は顕著となる。
被検査レンズ6の例として、半導体露光装置の投影レンズなどが挙げられる。投影レンズの使用波長としてはKrFエキシマレーザー(波長248nm)やArFエキシマレーザー(波長193nm)などが挙げられ、これら波長を使用した干渉計測装置のシステムエラー計測に上述の方法が利用可能である。一般的にこれら波長など紫外領域光において、エネルギーの集光度が高くなり、さらに反射基板への影響も大きくなる傾向にあり、本発明の効果はより顕著となる。
以上説明したように、本実施形態1によれば、従来よりも干渉計測装置の固有の誤差であるシステムエラーを高精度に計測でき、被検査レンズの透過波面の計測絶対精度を向上させる。
また、反射基板12の位置を集光レンズ4の集光点からデフォーカスすることにより、局所的なエネルギー集中を避けることで計測精度を向上させ、高精度に固有の誤差であるシステムエラーの計測が可能となる。
また、反射基板12の位置を集光レンズ4の集光点からデフォーカスすることにより、局所的なエネルギー集中を避けることで計測精度を向上させ、高精度に固有の誤差であるシステムエラーの計測が可能となる。
次に、図5の構成図を参照して、干渉計測装置を搭載した実施形態2の露光装置を説明する。
露光用の光源13から射出した光は引回し光学系14を介して、インコヒーレント化ユニット15へと入射され、可干渉距離を低下させた光は照明光学系16を経て、レチクル面26を照射する。投影光学系27にてウエハ面28に結像される。
露光用の光源13から射出した光は引回し光学系14を介して、インコヒーレント化ユニット15へと入射され、可干渉距離を低下させた光は照明光学系16を経て、レチクル面26を照射する。投影光学系27にてウエハ面28に結像される。
次に、投影光学系27における波面計測を行う干渉計測装置の構成について説明する。
図5はレチクル側にフィゾー型の干渉計測装置を構成した実施形態2の露光装置を示す。干渉計測装置用の光源17から射出した光は、集光レンズ18、空間フィルタ19を介して、コリメータレンズ20により平行光束を形成する。形成された平行光束はハーフミラー21、ミラー22を介して集光レンズ4に入射する。ミラー22ならびに集光レンズ4を含む集光レンズユニット24はXYZステージ25により保持されている。集光レンズユニット24は露光時には投影光学系27の露光光束の外に退避し、波面計測の場合には投影光学系27の光路内に移動する。集光レンズ4の最終面からの反射光が参照光として、ハーフミラー21、結像光学系32を通ってCCDカメラ33に導かれる。
図5はレチクル側にフィゾー型の干渉計測装置を構成した実施形態2の露光装置を示す。干渉計測装置用の光源17から射出した光は、集光レンズ18、空間フィルタ19を介して、コリメータレンズ20により平行光束を形成する。形成された平行光束はハーフミラー21、ミラー22を介して集光レンズ4に入射する。ミラー22ならびに集光レンズ4を含む集光レンズユニット24はXYZステージ25により保持されている。集光レンズユニット24は露光時には投影光学系27の露光光束の外に退避し、波面計測の場合には投影光学系27の光路内に移動する。集光レンズ4の最終面からの反射光が参照光として、ハーフミラー21、結像光学系32を通ってCCDカメラ33に導かれる。
一方、被検光として、集光レンズ4を透過した光束は、レチクル面26の位置で結像後、投影光学系27により再びウエハ面28で結像する。ウエハステージ30には、凹球面ミラー7ならびに反射基板12が配置されている。凹球面ミラー7の曲率半径は投影光学系27の結像位置28に一致させる。従って、凹球面ミラー7で反射した光は再び同光路をたどり、投影光学系27と通過後、集光レンズ4、ミラー22、ハーフミラー21を介し、結像レンズ32によりCCDカメラ33へと導かれる。
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。
集光レンズ4の参照面、凹球面ミラー7など干渉計測装置自体が有する固有の誤差であるシステムエラーを計測する。キャッツアイ反射による計測における図2に示される反射基板12の計測位置をデフォーカスさせる手段として、ウエハステージ30のZ軸方向の移動、およびXYZステージ25のZ軸方向への移動により実行する。このシステムエラーを投影光学系27の計測結果から差し引いて補正することで、投影光学系27の波面を高精度に求めることが可能となる。
[デバイス製造方法の実施形態]
次に、前述の露光装置を利用したデバイス(半導体IC素子、液晶表示素子等)の製造方法を説明する。デバイスは、前述の露光装置を使用して、感光剤が塗布された基板(ウェハ、ガラス基板等)を露光する工程と、その基板(感光剤)を現像する工程と、他の周知の工程と、を経ることにより製造される。他の周知の工程には、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等が含まれる。
本実施形態のデバイス製造方法は、デバイスの生産性、品質および生産コスト、ならびに安全性の少なくとも一つにおいて従来よりも有利である。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
次に、前述の露光装置を利用したデバイス(半導体IC素子、液晶表示素子等)の製造方法を説明する。デバイスは、前述の露光装置を使用して、感光剤が塗布された基板(ウェハ、ガラス基板等)を露光する工程と、その基板(感光剤)を現像する工程と、他の周知の工程と、を経ることにより製造される。他の周知の工程には、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等が含まれる。
本実施形態のデバイス製造方法は、デバイスの生産性、品質および生産コスト、ならびに安全性の少なくとも一つにおいて従来よりも有利である。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
1 光源 4 集光レンズ 6 被検査レンズ
7 凹球面ミラー 9 CCDカメラ 12 反射基板
13 光源 27 投影光学系 33 CCDカメラ
40 入射光学系 41 制御手段
7 凹球面ミラー 9 CCDカメラ 12 反射基板
13 光源 27 投影光学系 33 CCDカメラ
40 入射光学系 41 制御手段
Claims (5)
- 光源からの光を被検光と参照光とに分離し、集光レンズを被検査レンズの上流に有し、前記被検査レンズに前記被検光を入射させる入射光学系と、
前記被検査レンズから出射される前記被検光を、再び、同一光路で前記被検査レンズに向けて反射する凹球面ミラーと、
前記凹球面ミラーにより反射され前記被検査レンズから出射される前記被検光と前記被検査レンズを通過しない前記参照光との干渉により生成された干渉縞を検出する検出器と、を有し、前記被検査レンズの波面を計測する干渉計測装置において、
前記集光レンズの焦点位置に曲率中心が一致するように配置された前記凹球面ミラーを、光軸に関して0°回転した位置で前記被検査レンズの第1の波面を計測し、
前記集光レンズの焦点位置に曲率中心が一致するように配置された前記凹球面ミラーを、前記光軸に関して180°回転した位置で前記被検査レンズの第2の波面を計測し、
前記集光レンズの焦点位置からデフォーカスさせた位置に配置された反射基板により前記被検査レンズの第3の波面を計測し、前記干渉計測装置のシステムエラーを検出するように制御する制御手段を有することを特徴とする干渉計測装置。 - 前記光源からの前記光の波長は248nmまたは193nmであることを特徴とする請求項1記載の干渉計測装置。
- 前記反射基板は、前記デフォーカスの量は、前記光源の波長をλとすると、λ〜2λであることを特徴とする請求項1または2記載の干渉計測装置。
- 請求項1から3のいずれかに記載の干渉計測装置を搭載し、前記被検査レンズは投影光学系であることを特徴とする露光装置。
- 請求項4に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
前記工程で露光された基板を現像する工程と、
を有することを特徴とするデバイス製造方法。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107796595A (zh) * | 2017-09-22 | 2018-03-13 | 上海卫星工程研究所 | 低温光学系统能量集中度测试系统及方法 |
CN108426699A (zh) * | 2018-01-29 | 2018-08-21 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种光学系统像面离焦量的检测方法 |
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2009
- 2009-04-20 JP JP2009102503A patent/JP2010249787A/ja active Pending
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CN108426699B (zh) * | 2018-01-29 | 2019-09-10 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种光学系统像面离焦量的检测方法 |
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