JPH03134537A - 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る高解像力レンズの光
学特性を評価す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であることが要求さ
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／ｎ以下の超高解像性が要求
されているため、その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、光学技術組合綿、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１０図を参照しながら従来のＭＴＦ法について
説明する。第１０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０ 第１０図において、１０１は評価する評価レンズ、１０
２は評価レンズ１０１の物像面上に配置された格子チャ
ート、１０３は光源、１０４は評価レンズ１０１の結像
位置に配置された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、評価レンズ１０１のレンズ
の倍率を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が物像面上に置かれる。そして、
この格子チャート１０２を背後の光源１０３により照明
し、評価レンズ１０１を通して結像する。結像面上には
評価する空間周波数より十分に幅の狭い走査スリット１
０４が置かれており、この走査スリット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。

ホトディテクタ１０５で検出される光強度は、第１１図
に示すように、スリン）１０４の走査によりモデーレー
ションされる。第１１図における横軸をスリット移動量
■、縦軸を光強度（Ｉ）とすると、ＭＴＦは、（Ｉｍａ
ｘ−Ｉｍｉｎ）／　（Ｉｍａｘ＋ｌｍ１ｎ）で与えられ
るが、この時、評価レンズ１０１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に近いが、
解像力の劣化に伴い０に近づく。この方法により評価レ
ンズ１０１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、上記のような従来例の構成では、空間周波数が
高くなるに伴い、スリット幅が狭くなり、特に、１１１
ｍ以下の解像性能を測定しようとすると、スリット幅は
サブμｍとなる。そのだめ、スリット１０４を製作する
ことができず、ＭＴＦの直接測定は不可能となる。した
がって、従来において、１μｍ以下の解像性能を測定す
る場合には、格子像をレンズで拡大し、その拡大像をス
リット１０４で走査して測定する方法などが採られてい
たが、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であるなどの課題を有していた
。

本発明は、上記のような従来技術の課題を解決するもの
であり、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行うことができるようにしたレンズ
評価装置を提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するだめの本発明の技術的手段は、評価
するレンズの物像位置に配置され、互いに格子が直交す
る升目状の複数の第２の回折格子が形成されたレチクル
と、このレチクルを載置するステージと、上記レチクル
の第１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、上記レチクルとこのレチクルからの回折
光を再回折する上記評価レンズとの間に配置され、上記
第１の回折格子からの回折光の内、０次光を遮断し、直
交する回折格子のいずれか一方向の格子で回折された±
１次光を選択的に透過する空間フィルタと、この空間フ
ィルタを水平面内で移動させる手段と、上記評価レンズ
の結像位置に配置され、第２の回折格子が形成された基
準レチクルと、この基準レチクルを上記評価レンズの投
影範囲内で移動させるステージと、上記評価レンズによ
る再回折により上記基準レチクル上に形成される干渉縞
と上記第２の回折格子とで生ずるモアレ縞を観察する手
段を備えたものである。

そして、上記第１の回折格子を格子が互いに直交する升
目状の直線回折格子に形成し、そのピッチＰが評価レン
ズの開口数をＮＡとし、使用波長をλとした場合、Ｐ≧
λ／ＮＡとなるようにし、また、上記第２の回折格子を
直線回折格子に形成し、そのピッチをｐ１評価レンズの
倍率をβとした場合、ｐ＝ｎ・β・Ｐ（ただしｎは整数
）となるようにし、また、上記第２の回折格子を直線回
折格子に形成し、そのピッチをｐ１評価レンズの倍率を
βとした場合、ｐ　＝　１　／　ｎ・β・Ｐ（ただしｎ
は整数）となるようにすることができる。

作用 本発明は、上記構成により、レチクルの第１の回折格子
からの回折光の内、０次回折光を空間フィルタにより遮
断し、いずれか一方向の格子で回折された±１次回折光
を選択的に透過させ、評価レンズにより再回折して結像
面上で干渉させることにより干渉縞を形成させ、この干
渉縞と結像面上に配置した基準レチクルの第２の回折格
子パターン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
域に変換することができる。

実施例 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。第１図は本発明の一実施例におけるレンズ評価装
置を示す全体の構成図である。

第１図において、１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
λ＝　２４８　ｎｍｓ開口数ＮＡ＝０．３５５である。

２は後述するように格子が互いに直交する複数の升目状
の第１の回折格子が形成されたレチクルであり、投影レ
ンズ１の物像面上に配置されている。３はマスクステー
ジであり、レチクル２を載置して水平面内で移動可能に
保持する。４はレチクル２を照明するだめのコヒーレン
ト光源であり、投影レンズ１の使用波長と同波長である
。

５．６．７はそれぞれ集光光学系、光路変換ミラ、コン
デンサーレンズであり、これら全体で照明光学系を構成
している。８はレチクル２と投影レンズ１の間に設けら
れ空間フィルタであり、レチクル２上の第１の回折格子
からの回折光の内、直交方向のいずれか一方向の格子で
回折された±１次光のみを選択的に透過させる開口９を
有している。１０は移動手段であり、空間フィルタ８を
水平方向において移動可能に保持されている。１１は後
述するように第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１の結像面上に配置されている。１
２はステージであり、基準レチクルＩＩを載置して水平
面内および光軸方向に移動可能に保持し、投影レンズ１
の露光エリアに開口１３を有している。１４．１５．１
６．１７はステージ１２の開口１３の下方に配置され、
基準レチクル１１上に形成されるモアレ縞を拡大観察す
るだめの対物レンズ、光路変換ミラー、結像レンズ、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
スである。

次に、レチクル２と基準レチクル１１の詳細について説
明する。

第２図はレチクル２の平面図である。第２図に示すよう
に、投影レンズ１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だめ、レチクル２はＡＸＡで示
す微小領域毎に分離し、例えは格子が３５μｍの等ピッ
チ（Ｐ≧λ／ＮＡ）で互いに直交する複数の第１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
だ第１の回折格子２１のＡＸＡ部を拡大して示す平面図
である。

第４図は基準レチクル１１の平面図である。第４図に示
すように、露光エリア３０内に設けられている基準レチ
クル１１には、投影レンズ１の倍率、すなわち、１１５
と、第１の直線回折格子２１の３．５μｍピンチから生
じる０、７μｍピッチの第２の直線回折格子３１が１個
形成されている。

以上の構成において、以下、その測定原理について第５
図ないし第７図を参照しながら説明する。

回折光入射位置におけるレンズの曲率は、メリジョナル
方向とサジタル方向では異なるため、レンズの特定の領
域のみを透過して投影される像の歪み方は、像の水平方
向と垂直方向では異なる。

そのためレンズの収差を評価するには、この両方向のレ
ンズの曲率による収差を評価しなければならない。

第５図は本発明によるレンズ評価光学系の座標軸の説明
図であり、第５図において、ＸＸＹＸｚの各軸は矢印の
方向となっている。まず、投影レンズ１のメリジオナル
方向の測定について説明する。第６図は投影レンズ１の
メリジオナル方向に相当するＹ−２断面の回折光の光路
を示す図であり、コヒーレント光源から出た光（図示せ
ず）は、格子が互いに直交する升目状の第１の回折格子
２１を通過して回折される。図中には、直交する格子の
内、Ｙ軸に垂直な方向の格子で回折された一１次回折光
４１Ａ、Ｏ次回折光４１Ｃ，＋１次回折光４１Ｂを示し
ている。第１の回折格子２１で回折された一１次回折光
、０次回折光、−１次回折光は、空間フィルタ８に到達
する。空間フィルタ８は第７図に示すように、Ｙ軸に垂
直な方向の格子用の一対の開口９と、Ｙ軸に垂直な方向
の格子用の一対の開口９を有しており、ここでは、０次
光とＹ軸に垂直な方向の格子で回折された±１次回折光
（図示せず）を遮断し、開口９により投影レンズ９には
Ｙ軸に垂直な方向の格子で回折された±１次回折光４１
Ａ、　４１Ｂのみが入射する。

投影レンズ１に入射した±１次回折光４１Ａ、　４１Ｂ
は、再回折され、Ｙ軸に垂直な方向に回折格子をもつ基
準レチクル１１上の第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　（ｘ）は、「光機器
の光学」　（早水良定著、光学技術］ンタクトＶｏ　１
２３、Ｎｏ　３　　（１９８５）Ｐ　１７４〜Ｐ　１８
３）に記載されているように次式で与えられる。

Ｉ（ｘ）＝ｂ２／２　（１＋ｃｏｓ　（４πｘ／ｐ）　
）ｂ：第１の回折格子２１の透過損幅分 ｐ：第１の回折格子２１のピッチＰに投影レンズ１の倍
率βを掛けた値 そして、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となシ、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
ッチに形成し、かつその格子方向を、第７図に示す空間
フィルタ８の透過開口９を連ねた方向に垂直に配置する
ことにより、基準レチクル１１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。

次にサジタル方向の測定について説明する。空間フィル
タ８を移動させ、０次光とＹ軸に垂直な方向の格子で回
折された±１次光４１Ａ、　４１Ｂを遮断し、開口９に
よりＹ軸に垂直な方向の格子で回折された±１次光（図
示せず）のみを透過させ、基準レチクル１１をステージ
１２により回転させ、第２の回折格子３１をＹ軸に垂直
な方向に向きを変えることによって同様の測定が可能で
ある。

投影レンズ１に収差がない場合には、形成される干渉縞
が±１次回折光４１Ａ、　４１Ｂの理想的な平面波の干
渉となるため、干渉縞は直線となり、第８図に示すよう
に、モアレ縞も直線となるが、投影レンズ１に収差があ
る場合には、±１次回折光４１Ａ、４１Ｂが平面波とな
らないため、干渉縞に曲がりが生じ、第９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、投影レン
ズｌの収差測定が可能となる。

モアレ縞の曲がりを測定するだめには、実用上、第２の
回折格子３１のピッチは、ｎ×β×Ｐ１または１／ｎ×
βｘｐ（ｎは整数）であれば良く、本実施例では上記の
ように０．７μｍとしている。

次に、上記実施例の評価手順について第１図を参照しな
がら説明する。

コヒーレント光源４から出た光は、集光光学系５、光路
変換ミラー６、コンデンサーレンズ７からなる照明光学
系を介してレチクル２の第１の回折格子２１が形成され
ている投影エリア２０の全体を照明する。これによシ、
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１の特定の領域の収差を評価する方法につい
て、第３図に示す領域２１ａを例にとって説明すると、
空間フィルタ８の遮光部分は、領域２１ａの真下に移動
し、領域２１ａからの回折光の内、０次回折光とＹ軸に
垂直な方向の格子で回折された±１次光（図示せず）、
Ｏ次回折光を遮断し、Ｙ軸に垂直な方向の格子で回折さ
れた±１次光４１Ａ、４１Ｂの回折光のみを透過させて
投影レンズ１に入射させる。そのため、投影レンズ１の
結像面上には、領域２１ａに対応する位置にのみ干渉縞
が生じる。基準レチクル１１は領域２１ａが投影レンズ
１により正規に結像する位置にステージ１２により移動
され、基準レチクルｌｌ上の第２の回折格子と、領域２
１ａからの±１次回折光４１Ａ、　４１Ｂによる干渉縞
とのモアレ縞が観察可能となる。対物レンズ１４、光路
変換ミラー１５、結像レンズ１６、撮像デバイス１７か
らなる観察光学系は、基準レチクル１１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。

次に、空間フィルタ８を移動させ、先程とは逆に領域２
１ａからの回折光の内、０次回折光とＹ軸に垂直な方向
の格子で回折された±１次回折光４１Ａ、　４１Ｂを遮
断し、Ｘ軸に垂直な方向の格子で回折された±１次回折
光（図示せず）のみを透過させ、基準レチクル１１上に
投影される干渉縞の向きを９０度変える。基準レチクル
１１の第２の回折格子３１の方向も９０度変え、干渉縞
とのモアレ縞を作り、同様に測定する。その結果、投影
レンズ１のメリジョナル方向とサジタル方向の曲率の違
いに上る収差を評価することができ、投影レンズ１の特
定の領域の収差を評価することができる。

発明の効果 以上述べたように本発明によれば、レチクルの第１の回
折格子からの回折光の内、０次回折光を空間フィルタに
より遮断し、いずれか一方向の格子で回折された±１次
回折光を選択的に透過させ、評価レンズにより再回折し
て結像面上で干渉縞を形成し、この干渉縞と結像面上に
配置した基準レチクル上の第２の回折格子とのモアレ縞
を観察するようにしているので、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
とができ、したがって、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等の評価レンズの収差測定
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第７図は本発明の一実施例におけるレンズ
評価装置を示し、第１図は全体の構成図、第２図はレチ
クルの平面図、第３図はレチクルの一部拡大図、第４図
は基準レチクルの平面図、第５図は評価光学系の座標軸
の説明図、第６図は測定原理の説明図、第７図は空間フ
ィルタの一例を示す平面図、第８図はレンズに収差のな
い場合のモアレ縞形状を示す図、第９図はレンズに収差
のある場合のモアレ縞形状を示す図、第１０図および第
１１図はそれぞれ従来のＭＴＦ法によるレンズ解像度の
測定法を示す構成図および測定データ図である。 １・・・投影レンズ（評価レンズ）、２・・・レチクル
、３・・・ステージ、４・・・コヒーレント光源、８・
・・空間フィルタ、１０・・・移動手段、１１・・・基
準レチクル、１７・・・撮像デバイス、２１・・・第１
の回折格子、３１・・・第２の回折格子。 第１図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）評価するレンズの物像位置に配置され、互いに格
   子が直交する升目状の複数の第２の回折格子が形成され
   たレチクルと、このレチクルを載置するステージと、上
   記レチクルの第１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、上記レチクルとこのレチクル
   からの回折光を再回折する上記評価レンズとの間に配置
   され、上記第１の回折格子からの回折光の内、０次光を
   遮断し、直交する回折格子のいずれか一方向の格子で回
   折された±１次光を選択的に透過する空間フィルタと、
   この空間フィルタを水平面内で移動させる手段と、上記
   評価レンズの結像位置に配置され、第２の回折格子が形
   成された基準レチクルと、この基準レチクルを上記評価
   レンズの投影範囲内で移動させるステージと、上記評価
   レンズによる再回折により上記基準レチクル上に形成さ
   れる干渉縞と上記第２の回折格子とで生ずるモアレ縞を
   観察する手段を備えたレンズ評価装置。
2. （２）第１の回折格子は格子が互いに直交する升目状の
   直線回折格子であり、そのピッチＰが評価レンズの開口
   数をＮＡとし、使用波長を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
   チをｐ、評価レンズの倍率をβとした場合、ｐ＝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。
4. （４）第２の回折格子が直線回折格子であり、そのピッ
   チをｐ、評価レンズの倍率をβとした場合、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。