JP3117095B2 - 投影光学系の検査方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【目次】以下の順序で本発明を説明する。 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段（図１〜図１２） 作用（図１〜図１２） 実施例 （１）投影光学系の検査原理（図１〜図３） （２）第１実施例（図４〜図６） （３）第２実施例（図７） （４）第３実施例（図８） （５）第４実施例（図９） （６）第５実施例（図１０） （７）第６実施例（図１１） （８）第７実施例（図１２） （９）他の実施例（図１３〜図１５） 発明の効果

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は投影光学系の検査方法に
関し、特に半導体素子や液晶表示素子等の半導体装置を
製造するリソグラフイ工程で用いる投影露光装置の投影
光学系を検査する際に適用して好適なものである。

【０００３】

【従来の技術】従来、半導体素子や液晶表示素子等を製
造するリソグラフイ工程では、投影露光装置でレチクル
やマスク上に描かれたパターンを、例えば１／５の縮小
投影レンズを介して投影し、この結果得られる投影像を
予めパターンが形成されたウエハに位置合わせして重ね
焼きすることにより、所望の半導体装置のリソグラフイ
を行うようになされている。

【０００４】この際、投影レンズに収差が存在すると、
レチクルやマスク上のパターンの投影像がウエハ上に正
確に結像できなくなり、ウエハ上に歪みのあるパターン
が形成され、結局製造された半導体装置の特性が不十分
なものとなつたり、極端な場合には半導体装置そのもの
の動作が不能になる問題が生じる。

【０００５】このような問題を解決するために、従来投
影レンズの非対称収差（投影レンズのコマ収差と投影レ
ンズの機械的な中心と光軸との偏心によるコマ収差とを
含む）に関する検査は、投影レンズを投影露光装置に配
置した状態で、レチクル上の光透過部に複数の遮光パタ
ーン（例えばラインアンドスペースパターン）を設け、
実際にウエハにこの遮光パターンを焼付け、そのレジス
ト像の非対称量を電子顕微鏡等を用いて検査するように
なされていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところがこのように投
影レンズの非対称収差を検査する方法として、ウエハ上
に焼き付けられたレジスト像を電子顕微鏡を用いて検査
するような場合には、予め露光処理及び現像処理を行い
ウエハ上にレジスト像を作成する必要があり、結局投影
レンズの検査の準備に煩雑な工程が存在し、検査全体と
して長時間を必要とする問題があつた。

【０００７】またレジスト像の検査には0.01〔μｍ〕程
度の分解能を有する計測装置が必要であり、それに見合
う能力を持つものは走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）のみで
ある。しかしながら、ＳＥＭの分解能は電子光学系の光
軸合わせや内部のガス圧力すなわち真空度等によつて変
化し、作業者の個人差や装置の状態等により分解能に差
が生じるという問題があつた。

【０００８】さらにこのような検査方法では、ウエハ上
に形成したレジスト像の検査を行うため、レジスト（塗
布や現像）工程によつて誤差が生じた場合には、検査精
度が悪く特に検査再現性が低いという問題があつた。

【０００９】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、検査時間を短縮し得ると共に検査再現性を向上し得
る投影光学系の検査方法を提案しようとするものであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め第１の発明においては、所定のパターンを基板上に結
像投影するための投影光学系を検査する投影投影光学系
の検査方法において、光透過部に設けた単数又は複数の
遮光パターン１６（ＰＴＮ１、ＰＴＮ１０）の空間像１
６Ａ、若しくは遮光部に設けた単数又は複数の光透過パ
ターン１６（ＰＴＮ２、ＰＴＮ１１）の空間像１６Ａを
検査対象の投影光学系１７により形成し、遮光パターン
１６の空間像１６Ａ又は光透過パターン１６の空間像１
６Ａを受光し、その遮光パターン１６の空間像１６Ａ又
はその光透過パターン１６の空間像１６Ａの両端の第１
及び第２の擬似ピークＺＰ１、ＺＰ２の強度をそれぞれ
計測し、その第１及び第２の擬似ピークＺＰ１、ＺＰ２
の強度差ΔＩに基づいて投影光学系１７の収差量を求め
るようにした。

【００１１】また第２発明においては、投影光学系１７
はマスクのパターンの像を被露光基板上に投影露光する
投影露光装置１０に設けられ、遮光パターン１６、６０
又は光透過パターンをマスク１４又は被露光基板６１を
載置するステージ１８上に設け、透過照明を行うことに
より空間像１６Ａの計測を行うようにした。

【００１２】さらに第３の発明においては、投影露光装
置１０は、光源ＬＰからの照明光をほぼ均一な強度分布
に成形すると共に、その均一な照明光をマスク１４に照
射する照明光学系１１を有し、空間像１６Ａの計測時に
照明光学系１１の開口数をマスク１４のパターンの通常
の投影露光時の開口数より小さくした。

【００１３】さらにまた第４の発明においては、遮光パ
ターン１６又は光透過パターンと投影光学系１７に関し
てほぼ共役な面上にスリツト１９又はエツジ４０を配置
し、スリツト１９又はエツジ４０の位置を計測しなが
ら、遮光パターン１６又は光透過パターンとスリツト１
９又はエツジ４０とを相対的に移動させ、そのスリツト
１９を通過した又はエツジ４０で散乱した遮光パターン
１６の空間像１６Ａ又は光透過パターンの空間像の光量
を計測し、各相対位置での光量に基づいて、遮光パター
ン１６の空間像１６Ａ又は光透過パターンの空間像の両
端の第１及び第２の擬似ピークＺＰ１、ＺＰ２の強度を
求めるようにした。

【００１４】また第５の発明においては、遮光パターン
１６又は光透過パターンと投影光学系１７に関してほぼ
共役な面に設けたスリツト１９又はエツジ４０の幅を、
遮光パターン１６又は光透過パターンの共役面上での空
間像１６Ａのピツチより狭くした。

【００１５】さらに第６の発明においては、遮光パター
ン１６又は光透過パターンと投影光学系に関してほぼ共
役な面に撮像部材３５を設け、その撮像部材３５の位置
出力に基づいて、撮像部材３５の各セルが遮光パターン
１６の空間像１６Ａ又は光透過パターン１６の空間像１
６Ａのどの位置に相当するかを求め、遮光パターン１６
の空間像１６Ａ又は光透過パターンの空間像の両側の第
１及び第２の疑似ピークＺＰ１、ＺＰ２の強度を求める
ようにした。

【００１６】さらにまた第７の発明においては、投影光
学系１７による遮光パターン１６の空間像１６Ａ又は光
透過パターンの空間像を拡大光学系３０により拡大し
て、第１及び第２の擬似ピークＺＰ１、ＺＰ２の強度を
計測するようにした。

【００１７】

【作用】遮光パターン１６の空間像１６Ａ又は光透過パ
ターンの空間像を、投影レンズ１７に関してその遮光パ
ターン１６又は光透過パターンとほぼ共役な面上に設け
たスリツト１９又はエツジ４０でスキヤン（相対走査）
する。若しくは撮像部材３５によつて取り込み、遮光パ
ターン１６の空間像１６Ａ又は光透過パターンの空間像
の両端の第１及び第２の擬似ピークＺＰ１、ＺＰ２の強
度差ΔＩを計測するのみの簡易な手順で投影レンズ１７
の非対称収差を検査することができ、かくして格段的に
短時間かつ高精度で投影レンズ１７の非対称収差を検査
し得る。

【００１８】

【実施例】以下図面について、本発明の一実施例を詳述
する。

【００１９】（１）投影光学系の検査原理 本発明においては、ウエハ上に焼き付けられたレジスト
像を観察する方法に代え、投影レンズを介して得られる
所望のレチクルパターンの空間像の強度分布を直接計測
するようになされている。 このレチクルパターンとし
ては、図１（Ａ）又は図２（Ａ）に示すように、投影レ
ンズの収差による影響を受け易く、かつ計測が容易な光
透過部中の暗線パターンＰＴＮ１又は遮光部中の明線パ
ターンＰＴＮ２を用いる。

【００２０】実際上、投影レンズの非対称収差として例
えばコマ収差による像の非対称量はコマ収差が大きいほ
ど、さらに照明光学系のコヒーレンシ、いわゆるσ値
（照明光学系の開口数と投影光学系の開口数との比）が
高いほど大きいことが知られている。

【００２１】例えば検査対象の投影レンズが、露光波長
365〔nm〕、ＮＡ（開口数）＝0.45で照明光学系のコヒ
ーレンシσ＝0.3 のとき、この投影レンズのコマ収差量
が図１の紙面内で右方向への横ズレ量として０〔μm 〕
及び 0.5〔μm 〕である場合、図１（Ａ）に示すレチク
ルパターンを透過した 0.5〔μm 〕幅の５本暗線パター
ンの空間像を例えばフオトセンサ等で受光したとき左右
の擬似ピークＺＰ１及びＺＰ２の強度分布には、それぞ
れ図１（Ｃ）及び図１（Ｄ）に示すような差ΔＩ₁ があ
る。なお図１（Ｃ）及び図１（Ｄ）は横ズレ量０〔μ
m〕及び 0.5〔μm 〕のときのレチクルパターンの空間
像の光強度分布を示している。

【００２２】ここで図１（Ａ）はレチクルパターンとし
てガラス基板（石英）等のレチクル上の光透過部（基板
裸面部）に例えば 2.5〔μm 〕幅のクロム線でなる遮光
部（斜線部）を５本描いた暗線パターンＰＴＮ１の平面
図を示し、これが投影レンズを通じて１／５倍に縮小投
影され、投影レンズの結像面内で 0.5〔μm 〕幅の５本
暗線パターンの空間像となる。また図１（Ｂ）はこの暗
線パターンＰＴＮ１のレチクル上での理想的な光強度分
布を表す。

【００２３】また図１（Ａ）の５本暗線パターンＰＴＮ
１に対して、図２（Ａ）に示すように同じ 0.5〔μm 〕
幅の５本明線パターンの空間像を例えばフオトセンサ等
で受光したとき左右の擬似ピークＺＰ１、ＺＰ２の強度
分布には、コマ収差量が０〔μm 〕及び 0.5〔μm 〕
で、それぞれ図２（Ｃ）及び図２（Ｄ）に示すような差
ΔＩ₂ となる。

【００２４】なお図１と同様に図２（Ａ）はレチクルパ
ターンとしてガラス基板上にクロム等で遮光部を形成
し、例えば 2.5〔μm 〕幅でクロムを剥離したガラス線
でなる光透過部を５本描いた明線パターンＰＴＮ２の平
面図を示し、これが投影レンズを通じて１／５倍に縮小
投影され 0.5〔μm 〕幅の５本明線パターンの空間像と
なる。また図２（Ｂ）はこの明線パターンＰＴＮ２のレ
チクル上での理想的な光強度分布を表す。

【００２５】すなわち、図１（Ｄ）、図２（Ｄ）に示す
ように、同一コマ収差量でもパターンＰＴＮ１、ＰＴＮ
２の空間像にうける影響は、暗線パターンＰＴＮ１の方
が左右の擬似ピークＺＰ１、ＺＰ２の高さの差ΔＩ₁ と
して明らかなのに対し、明線パターンＰＴＮ２ではパタ
ーンの片側に小さな擬似ピークＺＰ２が出現するだけ
で、暗線のほうが比較的明瞭なことがわかる。

【００２６】ここで図３には、５本暗線パターンＰＴＮ
１の両側にできる擬似ピークＺＰ１、ＺＰ２の強度差Δ
Ｉがコマ収差量に比例して大きくなることを示し、条件
は露光波長 365〔nm〕、ＮＡ＝0.50である。まず図３
（Ａ）は照明光学系のコヒーレンシσとコマ収差量Δｙ
〔μm 〕に対する左右の擬似ピークＺＰ１、ＺＰ２の高
さの差ΔＩを示し、コヒーレンシσの値によつて比例係
数は異なるが、コマ収差量Δｙ〔μm 〕と左右の擬似ピ
ークＺＰ１、ＺＰ２の高さの差ΔＩは比例し、Δｙ＝ｃ
×ΔＩと表せ、比例係数ｃはコヒーレンシσの値が小さ
いほど大きいことがわかる。

【００２７】従つて本発明においては、コヒーレンシσ
が小さい状態で、５本暗線パターンＰＴＮ１の左右の擬
似ピーク強度を計測し、各コマ収差量Δｙ〔μm 〕での
擬似ピークの高さの差を計算値と比較することにより、
短時間かつ高い再現性でコマ収差量を求めることができ
る。

【００２８】また上述の条件で、 0.4〔μm 〕幅の５本
暗線パターンを用い、コヒーレンシσ＝ 0.3のときに、
スリツト幅Ｗを０〜１〔μm 〕まで 0.2〔μm 〕ずつ変
化させると、５本暗線パターンＰＴＮ１の両側にできる
擬似ピークＺＰ１、ＺＰ２の強度差ΔＩは、図３（Ｂ）
に示すように変化する。従つてスリツト幅Ｗが狭いほど
感度が高く、もとの５本暗線パターンＰＴＮ１のピツチ
と等しいとき、幅が０の感度の約１／３倍になることが
わかる。

【００２９】（２）第１実施例 図４において、１０は全体として本発明の第１実施例に
よる投影光学系の検査装置を示し、ここでは投影露光装
置を用いて投影レンズの検査を行うようになされてい
る。実際上、図４に示すように照明系１１は、水銀ラン
プＬＰ、だ円鏡ＥＭ、集光レンズＧＬ、ミラーＭ₁ 、フ
ライアイレンズＦＬ、可変開口絞り１２、ミラーＭ₂ 及
びコンデンサーレンズＣＬから構成されており、ランプ
ＬＰからの照明光（ｉ線等）をほぼ均一な強度分布に形
成すると共に、この均一な照明光を微細パターンを有す
るマスク（レチクル）１４に照射するようになされてい
る。

【００３０】可変開口絞り１２は照明系１１中のマスク
パターンに対するフーリエ変換面（以下照明系の瞳面と
称す）、すなわちフライアイレンズＦＬの射出面（マス
ク側焦点面）近傍に配置されており、照明系１１の開口
数を変化させることが可能となつている。

【００３１】さてこのマスク１４を通過した照明光は投
影レンズ１７に入射し、投影レンズ１７はマスクパター
ンの像をモータ２１Ａ、２１Ｂによつて２次元移動可能
なステージ１８上に載置されたウエハ（図示せず）に結
像投影する。ステージ１８の２次元的な位置は２組の干
渉計（測長ビームのみ図示）２０Ａ、２０Ｂによつて常
時検出されており、ステージ１８の端部には干渉計から
のレーザービームを反射する移動鏡ＭＲ_A 、ＭＲ_B が設
けられている。

【００３２】また図４中にはウエハ又は基準部材ＰＴの
表面を投影レンズ１７の結像面とほぼ一致させるための
オートフオーカス系２２Ａ、２２Ｂも設けられており、
このオートフオーカス系２２Ａ、２２Ｂによつてマスク
パターンと基準部材ＰＴ（スリツト１９）とを投影レン
ズ１７に関してほば共役に配置し得るようになされてい
る。

【００３３】そしてかかる構成の投影レンズ検査装置１
０では、照明系１１中の開口絞り１２が開口絞り駆動機
構１３によつて可変に制御され、照明系１１の開口数す
なわちコヒーレンシσの値を任意に設定し得るようにな
されている。このようにすることにより、一般的に用い
られている大きなコヒーレンシσの値（σ≒ 0.6程度）
のもとでの検査（又はマスクパターンの投影露光）と、
本発明による小さなコヒーレンシσのもとでの方が計測
感度が高くなる検査とを同じ光学系の構成で検査し得る
ようになされている。

【００３４】図４に示すように、ステージ１８上にはス
リツト１９が形成された基準部材ＰＴと、基準部材ＰＴ
の下部に設けられスリツト１９を介して、マスク１４に
形成された検査用パターン１６の投影像を光電検出する
受光器２３とが設けられている。

【００３５】なおステージ１８上にウエハを保持するホ
ルダを設け、このホルダの近傍に基準部材ＰＴと受光器
２３とを配置しても良く、投影露光装置に後述の検査機
能を持たせることができ、実際に製造ラインで稼働中の
露光装置の投影レンズを検査したら、その場で直ちに所
定の補正機能によつて非対称収差（コマ収差）をより小
さい値に追い込むことが可能となる。

【００３６】補正機構としては、例えば投影レンズを構
成する少なくとも１つのレンズエレメントを移動する方
式、または２つのレンズエレメントに挟まれた空間を密
封し、この密封空間の圧力を制御する方式等がある。

【００３７】この投影レンズ検査装置１０では、マスク
アライメント顕微鏡１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃによつて、
マスク１４の位置決めが行われ、このマスク１４に設け
た５本暗線パターン１６（図１（Ａ）に示したラインア
ンドスペースパターンＰＴＮ１）の空間像１６Ａは検査
対象の投影レンズ１７により、ステージ１８上にあるパ
ターン１６の投影面上に設けられたスリツト１９上に結
ぶ。

【００３８】ここでこの実施例においてスリツト１９は
１本のスリツトパターンで構成され、スリツト１９（基
準部材ＰＴ）を投影レンズ１７の結像面内に配置した
後、パターン１６の投影像（空間像１６Ａ）とスリツト
１９とを空間像１６Ａのピツチ方向に相対走査すること
によつて、空間像１６Ａの光強度分布が求められること
になる。なお受光器２３が例えば１次元ラインセンサ等
であれば、上記測定においてスリツト１９を用いる必要
はない。

【００３９】このスリツト１９は空間像１６Ａの暗線方
向（ピツチ方向）と平行に設けられ、スリツト１９の
Ｘ、Ｙ方向の位置が干渉計２０Ａ、２０Ｂ及びステージ
駆動系２１Ａ、２１Ｂによつて制御され、さらスリツト
１９のＺ方向（光軸方向）の位置がオートフオーカス系
２２Ａ、２２Ｂによつて制御される。

【００４０】ここで図５に示すようにステージコントロ
ーラ１０１は主制御装置１００からの所定の指令値に従
い、干渉計２０Ａ、２０Ｂからの位置信号及びオートフ
オーカス系２２Ａ、２２Ｂからの高さ情報に基づいて、
駆動系２１Ａ、２１Ｂに駆動指令を与え、パターン１６
の投影像（空間像１６Ａ）とスリツト１９とを所定の位
置関係に設定する。

【００４１】スリツト１９の背後にはフオトセンサ等の
受光器２３が設けられ、その出力信号は増幅回路（図示
せず）により増幅されて主制御装置１００に入力され
る。主制御装置１００には干渉計２０Ａ、２０Ｂからの
位置信号も入力され、ここで干渉計２０Ａ、２０Ｂによ
つて計測されたスリツト１９の位置に対する光の強度が
検出されてメモリに記録される。実際上この投影レンズ
検査装置１０においてマスク１４、投影レンズ１７、ス
リツト１９及び受光器２３は、図６に示すような光学的
配置で構成されている。

【００４２】主制御装置１００は受光器２３からの出力
信号等に基づいて、空間像の両端での疑似ピークの強度
値を求める信号処理回路を含み、この強度値に基づいて
非対称収差量を算出する演算器及びメモリ等で構成され
ており、駆動機構１３によつて可変開口絞り１２を駆動
して照明系１１のコヒーレンシーσを設定するほか装置
全体を統括制御する。

【００４３】従つて、上記構成によりスリツト１９と空
間像１６Ａとを相対移動させながらその光強度を計測す
ることにより、空間像強度分布を計測することができ、
これにより、パターン１６（図１（Ａ））中の光透過部
（ガラス部）での光強度と左右（両端）の擬似ピーク強
度を求め、この結果ガラス部での光強度を１としたとき
の左右擬似ピークでの相対強度差ΔＩを求め、さらに予
め求めてある各コマ収差量における左右擬似ピーク強度
差の関係式（又はテーブルの形で記憶しておいても良
い）と照合することにより、投影レンズ１７のイメージ
フイールド内での位置及びパターン（ピツチ）方向のコ
マ収差量を求めることができる。

【００４４】なお上記のような検査は投影レンズ１７の
イメージフイールド（投影視野）内の複数箇所で行い、
コマ収差量のマツプを作成しておくことが望ましい。こ
れはマスク１４に複数のパターン１６を形成しておくだ
けで良く、このとき複数のパターン１６の各々に対応し
て基準部材ＰＴ上に複数のスリツトパターンを形成する
と共に、各スリツトパターンを透過した光を独立に受光
可能に構成しておけば、１回の相対走査で計測を行うこ
とができる。

【００４５】因に、実験においては、上述の投影レンズ
検査装置１０で使用波長 365〔nm〕、ＮＡ＝0.50、縮小
倍率１／５の投影レンズ１７のコマ収差を検査する際
に、マスク１４上に形成した５本暗線パターン１６とし
て長さ 200〔μm 〕、ピツチ４〔μm 〕、幅２〔μm 〕
の５本のクロム線を使用し、スリツト１９として長さ40
〔μm 〕、幅 0.4〔μm 〕のものを使用し、照明系１１
としてコヒーレンシーσが 0.3となるように調整した。

【００４６】このような条件下では、Δｙに対するΔＩ
の比例係数ｃが計算によつて、ｃ＝0.568と近似するこ
とができ、従つてΔＩを求めることによりコマ収差量Δ
ｙを検出し得るようになされている。

【００４７】以上の構成によれば、ステージ１８上に設
けられたスリツト１９をスキヤンして、検査対象の投影
レンズ１７を通じて得られるマスク１４上の５本暗線パ
ターン１６の空間像１６Ａを取り込むのみの簡易な手順
で、投影レンズ１７のコマ収差を検査し得ることによ
り、電子顕微鏡を用いてレジスト像を観察する従来の検
査方法に比べて露光処理や現像処理の必要がなく、その
分格段的に短時間で投影レンズ１７の非対称収差等を検
査し得る投影レンズの検査方法を実現できる。

【００４８】さらに上述の構成によれば、レジスト像を
観察する従来の検査方法と比較して、レジスト像を用い
ないことにより、露光処理や現像処理等のレジストプロ
セスでの誤差の混入を未然に防止し得、かくして格段的
に高い精度で投影レンズ１７を検査し得る投影レンズの
検査方法を実現できる。

【００４９】なお上述の構成ではマスク１４のパターン
１６の空間像１６Ａをスリツト１９を介して受光器２３
で検出するように構成したが、例えば図１（Ａ）、図２
（Ｂ）に示したパターンＰＴＮ１、ＰＴＮ２を基準部材
ＰＴに形成すると共に、当該パターンを下部から露光波
長の照明光で照射（透過照明）するように構成し、かつ
その空間像（投影像）をマスク１４に形成されたスリツ
トを介して受光するように構成しても、同様に高精度な
投影レンズ１７の検査が可能である。

【００５０】またＸ、Ｙ方向に各々配列された２組のパ
ターン１６を極接近させてマスク１４又は基準部材ＰＴ
上に形成し、Ｘ、Ｙ方向の非対称収差量（コマ収差量）
を計測するようにしても良い。さらに検査用パターン１
６（又はスリツト１９）を形成すべきマスク１４はテス
ト用であつてもデバイス用であつても構わない。また図
４中では投影光学系として屈折光学系を示したが、その
他に、例えば反射光学系あるいは屈折光学系と反射光学
系を組み合わせた光学系等を備えた投影露光装置に対し
ても本発明を適用して同様の効果を得ることができる。

【００５１】（３）第２実施例 図６との対応部分に同一符号を付して示す図７は、本発
明の第２実施例による投影レンズ検査装置の光学系の構
成を示し、まず図７（Ａ）においては検査対象の投影レ
ンズ１７を通じて得られるマスク１４上の５本暗線パタ
ーン１６の空間像１６Ａを拡大レンズ３０によつて拡大
し、その拡大像１６Ｂ上をスリツト１９が移動するよう
になされている。なおスリツト１９は投影レンズ１７及
び拡大レンズ３０に関してマスク１４とほぼ共役に設定
されている。

【００５２】この拡大レンズ３０の拡大倍率を10倍とす
れば、空間像１６Ｂ上でスリツト１９の幅が１〔μm 〕
のときに、空間像１６Ａ上の 0.1〔μｍ〕幅のスリツト
と等価となる。従つて第１実施例について上述した投影
レンズ１７の計測条件では、このときにｃ＝ 0.768と近
似でき、ΔＩを求めることによりコマ収差量Δｙを求め
ることができる。実際上、第２実施例の比例係数ｃ（＝
0.768）の方が第１実施例の比例係数ｃ（＝0.568）よ
りも大きく、その分実効的なスリツトの幅を小さくで
き、これにより計測精度を一段と向上し得る。

【００５３】ここでこの第２実施例の場合、拡大レンズ
３０にはその光軸を軸として１／２回転するように制御
し得る回転機構３１が設けられており、これにより拡大
レンズ３０が本来の向きと反対側の向きとで２回計測
し、その平均を求めれば拡大レンズ３０による収差の投
影レンズ１７の非対称収差（コマ収差）に対する影響を
未然に防止し得る。

【００５４】なお光学系は図７（Ａ）との対応部分に同
一符号を付した図７（Ｂ）に示すように、光路の途中に
反射鏡３２を介挿して光軸を折り曲げるようにしても良
く、このようにすれば、光学系の全長を短縮し得る。

【００５５】以上の構成によれば、検査対象の投影レン
ズ１７を通じて得られるマスク１４上の５本暗線パター
ン１６の空間像１６Ａを拡大レンズ３０で拡大し、この
結果得られる拡大空間像１６Ｂをステージ１８上に設け
たスリツト１９をスキヤンして取り込むようにしたこと
により、さらに一段と短時間かつ高い精度で投影レンズ
１７を検査し得る投影レンズの検査方法を実現できる。

【００５６】（４）第３実施例 図７との対応部分に同一符号を付して示す図８は、本発
明の第３実施例による投影レンズ検査装置の光学系の構
成を示し、スリツト１９及び受光器２３に代えて、イメ
ージセンサ３５を用いて画像処理をするようになされて
いる。

【００５７】なお図示していないが、イメージセンサ３
５を用いる場合にも、第２実施例に上述したように拡大
レンズ回転機構３１や、ミラー３２を用いて光軸を折り
曲げても良く、さらにイメージセンサ３５の解像度によ
つては、第１実施例と同様に像拡大を行わなくても良
い。

【００５８】以上の構成によれば、検査対象の投影レン
ズ１７を通じて得られるマスク１４上の５本暗線パター
ン１６の空間像１６Ａ又は当該空間像１６Ａを拡大レン
ズ３０で拡大して得られる拡大空間像１６Ｂを、ステー
ジ１８上に設けたイメージセンサ３５を用いて取り込む
ようにしたことにより、拡大空間像１６Ｂとイメージセ
ンサ３５との相対走査が不要となり、さらに一段と短時
間かつ高い精度で投影レンズ１７を検査し得る投影レン
ズの検査方法を実現できる。

【００５９】（５）第４実施例 図６との対応部分に同一符号を付して示す図９は、本発
明の第４実施例による投影レンズ検査装置の光学系の構
成を示し、ここではスリツト１９による透過光の計測に
代え、基準部材ＰＴ上に凸部又は凹部あるいはクロム等
の遮光部により所定方向に伸びたエツジを有するパター
ンを形成しておき、空間像１６Ａと当該エツジ４０を相
対走査（スキヤン）し、当該エツジ４０で散乱して得ら
れる散乱光ＬＳを受光器４１Ａ、４１Ｂで受光し、それ
からの散乱光量を計測することにより、投影レンズ１７
のコマ収差を検査するようになされている。

【００６０】以上の構成によれば、検査対象の投影レン
ズ１７を通じて得られるマスク１４上の５本暗線パター
ン１６の空間像１６Ａを、ステージ１８上に設けたエツ
ジ４０でスキヤンして取り込むようにしたことにより、
短時間かつ高い精度で投影レンズ１７を検査し得る投影
レンズの検査方法を実現できる。

【００６１】（６）第５実施例 図６との対応部分に同一符号を付して示す図１０は、本
発明の第５実施例による投影レンズ検査装置の光学系の
構成を示し、ステージ１８上には光の反射率が低い低反
射部５０（例えば基準部材ＰＴに反射防止コートを施し
たもの）と、その一部にマスク１４の５本暗線パターン
１６の空間像１６Ａに平行に配置され光の反射率が高い
高反射部５１が形成されている。

【００６２】本実施例ではマスク１４のパターン１６の
像をステージ１８（高反射部５１）上に形成し、この高
反射部５１によつて反射された反射光ＬＨの一部が、投
影レンズ１７を通じてビームスプリツタ５２で折り曲げ
られ、集光レンズ５３を通じて受光器５４に導かれ、こ
の反射光量を計測するようになされている。なおこの場
合光は投影レンズを２回通るので、収差の光学像に対す
る影響の及ぼし方が上述の第１〜第４実施例とは異な
る。

【００６３】以上の構成によれば、検査対象の投影レン
ズ１７を通じて得られるマスク１４上の５本暗線パター
ン１６の空間像１６Ａを、ステージ１８上に形成した低
反射部５０中の高反射部５１でスキヤンして反射し、当
該反射光の光量を再度投影レンズ１７を通じて取り込む
ようにしたことにより、短時間かつ高い精度で投影レン
ズ１７を検査し得る投影レンズの検査方法を実現でき
る。

【００６４】（７）第６実施例 図６との対応部分に同一符号を付して示す図１１は、本
発明の第６実施例による投影レンズ検査装置の光学系の
構成を示し、５本暗線パターン６０を被露光基板側のス
テージ（又は基準部材）６１上に設け、その下方により
パターン６０を透過照明し、その空間像６０Ａをマスク
１４上に設けたスリツト６２上に投影するようにして５
本暗線パターン６０を移動させることにより、その投影
レンズ１７による空間像６０Ａをマスク１４に設けたス
リツト６２上をスキヤンさせて、そのスリツト６２を通
過した光量を受光器６３により計測するようになされて
いる。

【００６５】以上の構成によれば、被露光基板側のステ
ージ６１上に設けた５本暗線パターン６０の空間像６０
Ａを、マスク１４上に設けたスリツト６２上に投影し、
当該投影レンズ１７による空間像６０Ａをマスク１４に
設けたスリツト６２上をスキヤンさせて取り込むように
したことにより、短時間かつ高い精度で投影レンズ１７
を検査し得る投影レンズの検査方法を実現できる。

【００６６】（８）第７実施例 図１１との対応部分に同一符号を付して示す図１２は、
本発明の第７実施例による投影レンズ検査装置の光学系
の構成を示し、図１１のマスク１４、スリツト６２及び
受光器６３に代えて、イメージセンサ７０を用いるよう
になされ、その投影レンズ１７による空間像６０Ａをイ
メージセンサ７０で計測するようになされている。

【００６７】以上の構成によれば、被露光基板側のステ
ージ６１上に設けた５本暗線パターン６０の空間像６０
Ａを、投影レンズ１７を通じてイメージセンサ７０に投
影し、当該投影レンズ１７による空間像６０Ａをイメー
ジセンサ７０で取り込むようにしたことにより、短時間
かつ高い精度で投影レンズ１７を検査し得る投影レンズ
の検査方法を実現できる。

【００６８】（９）他の実施例 （９−１）上述の実施例においては、マスク上又はステ
ージ上に形成した計測用のパターンとして５本暗線パタ
ーンを用いたが、これに代え、図２について上述したよ
うに５本明線パターンを用いるようにしても良く、さら
に例えば４×４〔μm 〕の光透過部中に遮光部があるパ
ターンＰＴＮ１０（図１３（Ａ））やそれを明暗反転し
たパターンＰＴＮ１１（図１４（Ａ））を用いるように
しても良い。

【００６９】因に、このようなパターンＰＴＮ１０（又
はＰＴＮ１１）を使用波長 365〔nm〕、ＮＡ＝0.45、コ
ヒーレンシσ＝ 0.3の投影レンズで露光したときの空間
像のマーク中心での断面図は、図１３（Ｂ）及び（Ｃ）
（又は図１４（Ｂ）及び（Ｃ））に示すようになる。

【００７０】このうち図１３（Ｂ）（又は図１４
（Ｂ））はコマ収差がない場合であり、図１３（Ｃ）
（又は図１４（Ｃ））はコマ収差量が 0.3〔μm 〕の場
合であり、いずれのパターンでもコマ収差により空間像
の左右疑似ピーク強度ＺＰ１０、ＺＰ２０に非対称収差
が生じることがわかる。このようにパターンの幅や本数
は問わず種々のパターンを利用できる。ただし上述した
ようにパターン幅が微細なほど計測感度は高くなる。

【００７１】（９−２）上述の実施例においては、ステ
ージ上にスリツト１９やエツジ４０等を１本設けた場合
について述べたが、スリツトの本数は１本に限らず例え
ば図１５に示すように、短手方向に複数本並べ、その本
数分だけその位置に応じて５本暗線パターン１６Ｃ、１
６Ｄを設けるようにしても良い。

【００７２】（９−３）上述の実施例においてはマスク
やステージ上に例えば５本暗線パターンを１つ設けた場
合について述べたが、これに限らず、マスクやステージ
上の異なる位置にそれぞれ様々な方向の５本暗線パター
ンを配置し、スリツトやエツジ等をそれぞれと平行なも
のを設けるようにしても良く、このようにすればマスク
やステージ上の各位置における各方向のコマ収差量を求
めることができる。

【００７３】（９−４）上述の実施例においては、主に
投影レンズのコマ収差を検査する場合について述べた
が、これに加えて投影レンズの偏芯等も検査することも
でき、かくしてコマ収差に偏芯を加えた投影レンズの非
対称収差を検査するようにしても良い。

【００７４】（９−５）上述の第６及び第７実施例にお
いては、投影レンズを通過して得られる空間像をスリツ
トやイメージセンサを通じて取り込んだ場合について述
べたが、拡大レンズを介挿して空間像を拡大するように
しても良く、さらに第２実施例と同様にその拡大レンズ
を光軸を中心に回転できるようにしても良い。

【００７５】（９−６）上述の実施例においては、計測
できる投影光学系を上述のように限定した場合について
述べたが、これに限らず、比例係数ｃは使用波長、Ｎ
Ａ、コヒーレンシσの値、計測パターン等によつて異な
るがそれぞれ求めることができ、これにより種々の投影
光学系（反射光学系、反射屈折光学系等）を用いても上
述の実施例と同様の効果を実現できる。

【００７６】（９−７）上述の実施例においては、当然
ながら露光装置以外の装置に適用される投影光学系につ
いても、上述と同様にその非対称収差（コマ収差）を求
めることができる。さらに上述の各実施例では露光装置
内の構成をそのまま使つて検査装置として共用させてい
たが、検査専用の装置を用いても構わない。また検査用
パターン１６を形成する基板はマスクやレチクルである
必要はなく、単なるガラス板であつても構わない。さら
に空間像とスリツト又はエツジとの相対走査において空
間像を移動するようにしても良い。

【００７７】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、露光処理
及び現像処理したレジスト像を電子顕微鏡等を用いて検
査する従来の方法に比べて、ステージ上に設けたスリツ
トのスキヤン又はイメージセンサによる空間像の取り込
みを行うだけの簡易な手順で投影光学系の非対称収差を
検査することができ、かくして格段的に短時間かつ高精
度で投影光学系の非対称収差を検査し得る投影光学系の
検査方法を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理として投影レンズにより形成され
る空間像の強度分布の説明に供する略線図である。

【図２】図１と同様に本発明の原理として投影レンズに
より形成される空間像の強度分布の説明に供する略線図
である。

【図３】本発明の原理としてコマ収差量と形成される空
間像の左右の擬似ピーク高さの差との関係を示す特性図
である。

【図４】本発明の第１実施例による投影レンズ検査装置
の全体構成を示す略線的斜視図である。

【図５】その投影レンズ検査装置の制御系の説明に供す
るブロツク図である。

【図６】その投影レンズ検査装置の光学系の配置の説明
に供する略線図である。

【図７】本発明の第２実施例による投影レンズ検査装置
の光学系の配置の説明に供する略線図である。

【図８】本発明の第３実施例による投影レンズ検査装置
の光学系の配置の説明に供する略線図である。

【図９】本発明の第４実施例による投影レンズ検査装置
の光学系の配置の説明に供する略線図である。

【図１０】本発明の第５実施例による投影レンズ検査装
置の光学系の配置の説明に供する略線図である。

【図１１】本発明の第６実施例による投影レンズ検査装
置の光学系の配置の説明に供する略線図である。

【図１２】本発明の第７実施例による投影レンズ検査装
置の光学系の配置の説明に供する略線図である。

【図１３】他の実施例による計測用パターンの説明に供
する略線図である。

【図１４】他の実施例による計測用パターンの説明に供
する略線図である。

【図１５】他の実施例としてスリツトを２本用いた構成
の説明に供する略線図である。

【符号の説明】

１０……投影レンズ検査装置、１１……照明系、１２…
…照明系開口絞り、１３……開口絞り駆動機構、１４…
…マスク、１５Ａ〜１５Ｃ……マスクアライメント顕微
鏡、１６……５本暗線パターン、１６Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ…
…５本暗線パターン空間像、１７……投影レンズ、１８
……ステージ、１９、１９Ａ、１９Ｂ……スリツト、２
０Ａ、２０Ｂ……干渉計ビーム、２１Ａ、２１Ｂ……ス
テージ駆動系、２２Ａ、２２Ｂ……オートフオーカス
系、２３、４１Ａ、４１Ｂ、５４……受光器、３０……
拡大レンズ、３１……拡大レンズ回転機構、３５、７０
……イメージセンサ、４０……エツジパターン、５１…
…高反射部、５２……ビームスプリツタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−1838（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−134527（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−224537（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01M 11/00 - 11/02 G03F 7/20 - 7/24 G03F 9/00 - 9/02 実用ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ) 特許ファイル（ＰＡＴＯＬＩＳ)

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定のパターンを基板上に結像投影するた
   めの投影光学系を検査する投影投影光学系の検査方法に
   おいて、 光透過部に設けた単数又は複数の遮光パターンの空間
   像、若しくは遮光部に設けた単数又は複数の光透過パタ
   ーンの空間像を検査対象の上記投影光学系により形成
   し、 上記遮光パターンの空間像又は上記光透過パターンの空
   間像を受光し、当該遮光パターンの空間像又は当該光透
   過パターンの空間像の両端の第１及び第２の擬似ピーク
   の強度をそれぞれ計測し、 当該第１及び第２の擬似ピークの強度差に基づいて上記
   投影光学系の収差量を求めるようにしたことを特徴とす
   る投影光学系の検査方法。
2. 【請求項２】上記投影光学系はマスクのパターンの像を
   被露光基板上に投影露光する投影露光装置に設けられ、
   上記遮光パターン又は上記光透過パターンを上記マスク
   又は上記被露光基板を載置するステージ上に設け、透過
   照明を行うことにより上記空間像の計測を行うようにし
   たことを特徴とする請求項１に記載の投影光学系の検査
   方法。
3. 【請求項３】上記投影露光装置は、光源からの照明光を
   ほぼ均一な強度分布に成形すると共に、該均一な照明光
   を上記マスクに照射する照明光学系を有し、上記空間像
   の計測時に上記照明光学系の開口数を上記マスクのパタ
   ーンの通常の投影露光時の開口数より小さくしたことを
   特徴とする請求項２に記載の投影光学系の検査方法。
4. 【請求項４】上記遮光パターン又は上記光透過パターン
   と上記投影光学系に関してほぼ共役な面上にスリツト又
   はエツジを配置し、上記スリツト又は上記エツジの位置
   を計測しながら、上記遮光パターン又は上記光透過パタ
   ーンと上記スリツト又は上記エツジとを相対的に移動さ
   せ、 当該スリツトを通過した又は上記エツジで散乱した上記
   遮光パターンの空間像又は上記光透過パターンの空間像
   の光量を計測し、 各相対位置での上記光量に基づいて、上記遮光パターン
   の空間像又は上記光透過パターンの空間像の両端の上記
   第１及び第２の擬似ピークの強度を求めるようにしたこ
   とを特徴とする請求項１に記載の投影光学系の検査方
   法。
5. 【請求項５】上記遮光パターン又は上記光透過パターン
   と上記投影光学系に関してほぼ共役な面に設けた上記ス
   リツト又は上記エツジの幅を、上記遮光パターン又は上
   記光透過パターンの上記共役面上での空間像のピツチよ
   り狭くしたことを特徴とする請求項４に記載の投影光学
   系の検査方法。
6. 【請求項６】上記遮光パターン又は上記光透過パターン
   と上記投影光学系に関してほぼ共役な面に撮像部材を設
   け、 当該撮像部材の位置出力に基づいて、上記撮像部材の各
   セルが上記遮光パターンの空間像又は上記光透過パター
   ンの空間像のどの位置に相当するかを求め、 上記遮光パターンの空間像又は上記光透過パターンの空
   間像の両側の上記第１及び第２の疑似ピークの強度を求
   めるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の投影
   光学系の検査方法。
7. 【請求項７】上記投影光学系による上記遮光パターンの
   空間像又は上記光透過パターンの空間像を拡大光学系に
   より拡大して、上記第１及び第２の擬似ピークの強度を
   計測するようにしたことを特徴とする請求項３及び請求
   項６に記載の投影光学系の検査方法。