JP2543200B2 - レンズ評価装置 - Google Patents

レンズ評価装置

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淑人 中西
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、半導体の露光等に用いられる高解像力レン
ズの光学特性評価に用いられるレンズ評価装置に関する
ものである。
従来の技術 最近、レンズ評価装置は超高分解能が要求されてい
る。特に、半導体の微細パターンを投影するステッパ装
置に使用されるレンズは、解像力が1ミクロン以下、空
間周波数で500本/mm以下の超高解像性が要求されている
ことから、前記レンズ評価装置の性能は非常に重要であ
る。従来、レンズの評価手法としてMTF法が用いられて
いる。その一例として、写真レンズとレスポンス関数、
久保田広監修、光学技術組合編、P28〜P41、昭和36年10
月、に記載されている構成が一般的に知られている。
以下、第8図、及び第9図を参照して、従来のMTF法
について説明する。
第8図は走査スリットを用いたMTF法の測定原理を示
す測定装置の構成図である。101は検査する被検レンズ
であり、103は光源、102は格子チャート、104は幅の狭
い走査スリット、105は光電管からなるホトディテクタ
である。
以上のような構成において、まず、被検レンズ101の
レンズ倍率をβとした場合、評価する空間周波数の1/β
倍の格子チャート102が、物体面上に置かれ、背後の光
源103に依り照明され、被検レンズ101を通し結像する。
像面上には、評価する空間周波数より十分に幅の狭い走
査スリット104が置かれており走査スリット104を通過し
た光の強度がホトディテクタ105により検出される。
次に、ホトディテクタで検出される光強度は第9図に
示すように、スリットの走査によりモデュレーションさ
れる。横軸をスリット移動量(X)縦軸を光強度(I)
とすると、MTFは、(Imax−Imin)/(Imax+Imin)で
与えられるが、この時、レンズの解像力が十分であれ
ば、検出されるMTFは、破線に示すように1に近つく
が、解像力の劣化にともない0に近づく。以上の方法に
より、レンズの解像度を測定することができる。
発明が解決しようとする課題 しかし、以上の構成では空間周波数が高くなるととも
にスリット幅が狭くなり、特に1μm以下の解像性能を
測ろうとするとスリット幅は、サブμmとなる。そのた
めスリットの製作ができず、MTFの直接測定は不可能と
なる。このため格子像をレンズで拡大してその拡大像を
スリットで走査して測定する方法などが取られている
が、介在させるレンズの収差を含んだ測定となり、正確
な値を得ることが困難という課題を有していた。
本発明は上記課題に鑑み、高い空間周波数領域におい
ても高精度に投影レンズ解像性能測定を可能とするレン
ズ評価装置を提供するものである。
課題を解決するための手段 本発明は、評価するレンズの物像位置に置かれる等ピ
ッチの第1の回折格子と、回折格子を照明するコヒーレ
ント光源と、第1の回折格子からの回折光を再回折する
評価レンズと、第1の回折格子からの0次回折光を遮断
する空間フィルタと、評価レンズの結像位置に置かれる
等ピッチの第2の回折格子と、第2の回折格子上に構成
される再回折像と第2の格子とで生ずるモアレ縞を観察
する手段を設けたものである。
作 用 本発明は上記構成により、第1の格子からの回折光の
内±1次回折光を投影レンズにより結像面上で干渉させ
ることにより干渉縞を形成させ、この干渉縞と結像面上
に置いた第2の格子パターンとのモアレ縞の歪みを観察
することにより、空間周波数の高い領域において投影レ
ンズの収差測定をすることができる。
実施例 以下、第1図から第7図を参照しながら本発明の一実
施例について説明する。第1図は、本発明によるレンズ
評価装置の全体構成図である。第1図において1は、投
影レンズ9の使用波長と同波長のコヒーレント光源であ
り、2、3、4は全体で照明光学系を構成するもので、
それぞれ2は集光光学系、3は光路変換ミラー、4はコ
ンデンサーレンズである。
5は第一の回折格子が形成されたレチクルであり、投
影レンズ9の物体面上に配置されている。6は前記レチ
クル5を水平面内で移動可能に保持するマスクステージ
である。7はレチクル5上の第1の回折格子からの回折
光の内、±1次光のみを選択的に透過する空気フィルタ
ーであり、移動手段8により水平面内において移動可能
に保持されている。9は解像性能を評価しようとする投
影レンズであり、本実施例では投影倍率1/5、使用波長2
48nm、NA=0.355の投影レンズを用いている。ここで、
レチクル5上の第1回折格子のピッチP1は、投影レンズ
の開口数をNAとし、使用波長λとすると、P1≧λ/NAに
なる条件が良い。10は第2の回折格子が形成された基準
レチクルであり、投影レンズ9の結像面上に置かれてい
る。11は上記基準レチクル10を載置し、水平面内及び光
軸方向に移動可能にしたステージである。ステージ11
は、投影レンズ9の露光エリアに開口12を有しており、
開口12の下には、基準レチクル10上に形成されるモアレ
縞を拡大観察する対物レンズ13、及び光路変換ミラー14
を介し、結像レンズ15、さらに、コヒーレント光源の波
長に関して感度を有する撮像デバイス16が設けられてい
る。
次に、第2図から第4図を参照して、レチクル5と基
準レチクル10について説明する。第2図はレチクル5の
平面図である。第2図において、投影レンズ9の評価
は、投影エリア20の全体にわたり評価する必要があるた
め、レチクル5はA×Aで示す微小領域毎に分離した例
えば3.5μmピッチの直線回折格子21が形成されてい
る。第3図は第2図に示したA×A部の回折格子21の拡
大を示す回折格子21の平面図である。第4図は基準レチ
クル10の平面図である。第4図において、投影エリア30
内に設けられる基準レチクル10には、投影レンズ9の倍
率、すなわち×1/5と、回折格子21の3.5μmピッチから
生じる0.7μmピッチの直線回折格子31が1個形成され
ている。
以上のような構成において、第5図を参照して測定の
原理について説明する。
第5図において、コヒーレント光源から出た光は、レ
チクル5上に設けられた第1の回折格子21は通過後回折
され+1次回折光5A、0次回折光5C、−1次回折光5Bと
なり、空間フィルタ7を通過する。空間フィルタ7は、
0次回折光5Cをカットし、投影レンズ9には、±1次回
折光のみが入射する。
投影レンズ9に入射した±1次回折光は、再回折され
基準レチクル10上に設けられた2次の回折格子31上に干
渉縞を形成する。この時の干渉縞の強度I(x)は、早
水良走による光機器の光学、光学技術コンタクト、Vol2
3、No.3、P174〜P183、1985年に記載されているよう
に、 I(x)=b2/2(1+cos(4πx/P)) b:第1の回折格子の透過振幅分布 p:第1の回折格子ピッチPに投影レンズの倍率βを掛け
た値 式で与えられ、形成される干渉縞のピッチは、本来の幾
何光学的な像の1/2となり、コントラストは1となる。
すなわち、第2の回折格子31のピッチを本来の幾何光学
的に形成されるβ×Pで与えられるピッチの1/2倍のピ
ッチに形成することにより、基準レチクル10上の干渉縞
と第2の回折格子31の重ね合わせによるモアレ縞を観察
することが可能となる。
また、投影レンズ9に収差がない場合には、形成され
る干渉縞が±1次回折光の理想的な平面波の干渉となる
ため、第6図に示すように干渉縞は直線となるが、投影
レンズに収差がある場合には、±1次回折光が平面波と
ならないため、干渉縞に曲がりが生じ、第7図に示すよ
うにモアレ縞にも曲がりが生じることとなる。このモア
レ縞の曲がりを定量的に測定することにより、レンズの
収差測定が可能となる。
モアレ縞の曲がりを測定するためには、実用上は第2
の回折格子31のピッチは、n×β×P、または1/n×β
×P(nは整数)であれば良い。というのは、1/n×β
×Pが1/2×β×Pのときには、第2の回折格子31上に
形成される第1の回折格子21の干渉縞の縞の数及びピッ
チと第2の回折格子31の格子の数及びピッチとが等しく
なってモアレ縞を発生する場合に対応するが、第1の回
折格子21の干渉縞の縞の数及びピッチと第2の回折格子
31の格子の数及びピッチが、必ずしも一致していなくと
もモアレ縞を発生し得るからである。つまり、第1の回
折格子21と干渉縞と第2の回折格子31の格子とが、全部
は一致していないが部分的に複数一致している場合で
も、その複数一致した縞と格子によって、それらが互い
に重なった状態から相対位置がわずかに偏位すれば、原
理上モアレ縞が発生することになる。例えば、本実施例
では0.7μmとしている。
次に実際の評価手順について第1図及び第2図をもと
に説明する。
照明光学系(1.2.3.4からなる)により、レチクル5
の第1の回折格子21が形成されている投影エリア20全体
が照明され、すべての第1の回折格子21からの回折光が
生じる。投影レンズ9の特定の領域の収差を評価する方
法について、領域(1,1)を例に、説明する。
空間フィルタ7の遮光部分は、領域(1,1)の真下に
移動し、領域(1,1)からの回折光の内0次回折光を遮
断し、±1次回折光のみを投影レンズ9に入射させる。
そのため、投影レンズの像面上には、領域(1,1)に対
応する位置にのみ干渉縞が生じる。基準レチクル10は、
領域(1,1)が投影レンズ9により、正規に結像する位
置にステージ11により移動され、基準レチクル10上の第
2の回折格子31と、領域(1,1)からの±1次回折光に
よる干渉縞とのモアレ縞が観察可能となる。観察光学系
は、基準レチクル10上のモアレ縞を観察視野の中央に位
置するように移動しモアレ縞の形状観察を行う。
上記方法により、1μm以下の空間周波数領域におい
ても投影レンズの収差測定が可能となる。
発明の効果 以上のように本発明は、レチクルからの回折光の内、
空間フィルタにより選択的に±1次回折光のみを投影レ
ンズに入射させ再回折により、基準レチクル上に干渉縞
を形成し、この干渉縞と基準レチクル上の回折格子との
モアレ縞を観察することにより、評価すべき再回折像の
高い空間周波数をモアレ縞の低周波数領域に変換するこ
とにより、1μm以下の空間周波数領域においても高精
度に投影レンズの収差測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例におけるレンズ評価装置の全
体構成図、第2図は第1の回折格子が形成されたレチク
ルの平面図、第3図はレチクルの部分拡大図、第4図は
基準レチクルの平面図、第5図は測定原理を説明するた
めのレンズ評価装置の一部構成図、第6図はレンズに収
差のない場合のモアレ縞形状を示すモアレの形状図、第
7図はレンズに収差のある場合のモアレ縞形状を示すモ
アレの形状図、第8図、及び第9図は従来のMTFによる
レンズ解像度の測定法を示す構成図、及び測定データ図
である。 1……コヒーレント光源、5……レチクル、7……空間
フィルタ、9……投影レンズ、10……基準レチクル、16
……撮像デバイス。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉山 吉幸 神奈川県川崎市多摩区東三田3丁目10番 1号 松下技研株式会社内 (72)発明者 中西 淑人 神奈川県川崎市多摩区東三田3丁目10番 1号 松下技研株式会社内 (72)発明者 竹内 宏之 神奈川県川崎市多摩区東三田3丁目10番 1号 松下技研株式会社内 (56)参考文献 光機器の光学、光学技術コンタクト、 Vol.23,No.3,P.174〜183 (1985)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数の第1の回折格子が形成されたレチク
    ルと、前記レチクルを載置するマスクステージと、前記
    レチクルの回折格子が形成された全領域を照明するコヒ
    ーレント光源と、前記レチクルからの回折光を再回折す
    る評価用投影レンズと、前記レチクルと前記投影レンズ
    との間に配され、前記第1の回折格子からの回折光の
    内、0次光を選択的に遮断する空間フィルタと、前記空
    間フィルタを水平面内で移動させる手段と、前記投影レ
    ンズの像位置に置かれる第2の回折格子が形成された基
    準レチクルと、前記基準レチクルを前記投影レンズの投
    影範囲内で移動させるステージと、再回折により前記基
    準レチクル上に形成される干渉縞と前記第2の格子とで
    生ずるモアレ縞を観察する手段からなるレンズ評価装
    置。
  2. 【請求項2】第1の回折格子が直線回折格子であり、そ
    のピッチPが投影レンズの開口数をNAとし、使用波長λ
    とした場合、P≧λ/NAである請求項1記載のレンズ評
    価装置。
  3. 【請求項3】第2の回折格子が直線回折格子であり、そ
    のピッチp、投影レンズの倍率をβとした場合、p=n
    ・β・P、もしくはp=1/n・β・P(ただしnは整
    数)である請求項1記載のレンズ評価装置。
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