JPH03100432A - レンズ評価装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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／ｍ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−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、１０
４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ニドディテクタ１０５に
より検出される。

次に、線虫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ーレーションさ
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、（■ｍａｘ−Ｉｍｉｎ）／（Ｉｍ
ａｘ　４１ｍ１ｎ）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に近づくが、解像力の劣化にともないＯに近
づ（。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。

課題を解決するだめの手段 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Ｏ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
れる再回折像と籍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間フィルター
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１１５、使用波長
２４８　ｎｍ、ＮＡ＝０３５５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Ｐ、
は、投影レンズの開口数な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ＡＸＡ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ＡＸＡ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×１１５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を通過後回折
され＋１次回折光５Ａ、０次回指光５Ｃ１−１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、Ｏ次回新党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上に設けられた第２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　（ｘｌは
、早水良走による光機器の光学、光学技術］ンタクト、
Ｖｏｌ　２３、煮３、Ｐ１７４〜Ｐ１８３．１９８５年
に記載されているように、 ■（ｘ）＝ｂン２　（１＋ｃｏ！＋（４＋ｒｘ／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だ
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ｒ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のピンチは、ｎ×βｘｐ、または１／ｎ×
βＸｐ　（ｎは整数）であれば良（、本実施例では０１
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。

空間フィルタフの遮光部分は、領域（１，１＞の真下に
移動し、領域（１，１）からの回折光の内０次回新党を
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１
０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だ
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、訃・・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。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （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. （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. （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。