JPH05198476A - 投影レンズの評価装置及び評価方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 容易に且つ高精度で投影レンズの評価を行う
ことを目的とする。 【構成】 マスク３の複数の焦点合わせ用パターン８の
うち選択されたパターンを通過した後に投影レンズ４を
介してウエハ５に至った照明光は、ウエハ５で反射して
再びその焦点合わせ用パターン８を通過する。この照明
光はハーフミラー６で反射されてセンサ７に入射し、こ
こで光量が検出されてベストフォーカス位置が求められ
る。移動装置６ａによりハーフミラー６を移動させて全
ての焦点合わせ用パターン８に対応するベストフォーカ
ス位置を求め、ベストフォーカスの分布を計測する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、投影レンズの評価装
置及び評価方法に係り、特に投影レンズの像面湾曲を評
価する装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１１にＬＳＩの製造工程で用いられる
従来の投影露光装置の光学系を示す。水銀ランプ等の光
源１１から発した光は集光レンズ１２を介してチップの
回路パターンが形成されているマスク１３を照明する。
マスク１３を通過した光は投影レンズ１４を介してウエ
ハ１５上にマスク１３の回路パターンの像を投影する。
これにより、回路パターンの露光及び焼き付けが行われ
る。このような投影露光装置のように微小な回路パター
ンを高精度で投影する場合には、投影レンズ１４の結像
面が優れた平面性を有する必要がある。投影レンズ１４
に像面傾斜及び像面湾曲等のレンズ製造誤差があると、
ベストフォーカス位置が部分的にずれてしまい、像面全
体にわたってベストフォーカスで露光することができな
くなる。

【０００３】従来、投影レンズ１４の像面湾曲は、次の
ようにして評価されていた。まず、ウエハ１５の位置を
光軸に沿って所定間隔で移動させつつウエハ１５上に図
１２に示されるようなテストパターン１６ａ〜１６ｇを
順次露光する。その後、ウエハ１５を現像し、図１３に
示されるようにそれぞれテストパターン１６ａ〜１６ｇ
に対応してウエハ１５上に形成されたパターン１７ａ〜
１７ｇを顕微鏡で観察する。そして、パターン１７ａ〜
１７ｇのうち最も形状の優れたパターンを見い出し、そ
のパターンを露光したときのウエハ１５の位置をベスト
フォーカス位置とする。例えば、図１３においては、パ
ターン１７ｃがベストフォーカスで形成されたパターン
と判定される。同様にして、マスク１３の回路パターン
により露光されるウエハ１５の一つのチップ内の多数の
点でベストフォーカス位置を求める。このようにしてチ
ップ内のベストフォーカス位置の分布を調べることによ
り、投影レンズ１４の像面湾曲が検査される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、投影レ
ンズ１４の像面湾曲の評価を行うためには、上述したよ
うにテストパターン１６ａ〜１６ｇの露光、ウエハ１５
の現像、光学顕微鏡及び電子顕微鏡等によるパターン１
７ａ〜１７ｇの観察を行うことにより、チップ内の多数
の点でのベストフォーカス位置を求めなければならず、
多大の手間と時間を要するという問題があった。この発
明はこのような問題点を解消するためになされたもの
で、容易に且つ高精度で投影レンズの評価を行うことが
できる投影レンズの評価装置及び評価方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明に係る投影レン
ズの評価装置は、照明光を発する光源と、それぞれ遮光
部分と透過部分とが交互に繰り返し配列された複数の焦
点合わせ用パターンが全面にわたって形成されたマスク
と、光源から発した照明光をマスク上に照射させること
によりマスクを通過した照明光を評価しようとする投影
レンズに入射させる集光レンズと、投影レンズにより集
光された照明光を反射して再び投影レンズに入射に照射
させる反射手段と、マスクの複数の焦点合わせ用パター
ンのうち選択された焦点合わせ用パターンを通過した後
に反射手段で反射して再びその焦点合わせ用パターンを
通過した照明光を反射するハーフミラーと、選択された
焦点合わせ用パターンに対応してハーフミラーをマスク
の表面に沿って移動させる移動装置と、ハーフミラーで
反射された照明光の光量を検出するセンサとを備えたも
のである。

【０００６】この発明に係る投影レンズの評価方法は、
それぞれ遮光部分と透過部分とが交互に繰り返し配列さ
れた複数の焦点合わせ用パターンが形成されたマスクの
全面に照明光を照射し、各焦点合わせ用パターンを通過
した照明光を投影レンズを介して投影面上に投影すると
共に投影面で反射した照明光を投影レンズを介して再び
その焦点合わせ用パターンに通過させ、複数の焦点合わ
せ用パターンを再び通過した照明光の光量を順次検出す
ることによりベストフォーカス位置の分布を計測する方
法である。

【０００７】

【作用】この発明に係る投影レンズの評価装置において
は、移動装置で移動されたハーフミラーが、マスクの選
択された焦点合わせ用パターン及び投影レンズを通過し
た後に反射手段の表面で反射して再び投影レンズを介し
てその焦点合わせ用パターンを通過した照明光をとら
え、センサがハーフミラーで反射された照明光の光量を
検出する。また、この発明に係る投影レンズの評価方法
においては、投影面で反射した後に再び投影レンズを介
してマスクの複数の焦点合わせ用パターンを通過した照
明光の光量が順次検出され、これによりベストフォーカ
ス位置の分布が計測される。

【０００８】

【実施例】以下、この発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。図１はこの発明の一実施例に係る投影レン
ズの評価装置の光学系を示す図である。水銀ランプ等の
光源１の下方に集光レンズ２を介してマスク３が配置さ
れている。さらに、マスク３の下方にはこれから評価し
ようとする投影レンズ４が配置され、投影レンズ４の下
方に反射手段となるウエハ５が配置されている。マスク
３と集光レンズ２との間には斜めにハーフミラー６が配
置され、ハーフミラー６の側方にセンサ７が配置されて
いる。ハーフミラー６は移動装置６ａによりマスク３の
表面に沿って移動できるようになっている。

【０００９】図２に示されるように、マスク３は透明基
板９を有しており、透明基板９の全面上に多数の焦点合
わせ用パターン８が形成されている。各焦点合わせ用パ
ターン８は、所定のピッチで互いに平行に配置された複
数の遮光部材１０を有しており、これら複数の遮光部材
１０によって、図３に示されるように、遮光部分Ａと透
過部分Ｂとが交互に繰り返し配列されたパターンを形成
している。

【００１０】次に、この実施例の動作について説明す
る。まず、光源１から発した照明光は集光レンズ２を介
してマスク３の全面を照明する。マスク３の各焦点合わ
せ用パターン８を通過した照明光は、投影レンズ４を介
してウエハ５に入射し、ウエハ５表面で反射した照明光
が再び投影レンズ４を介してその焦点合わせ用パターン
８を今度は下から上に向けて通過する。ここで、マスク
３の複数の焦点合わせ用パターン８のうち一つを選択
し、移動装置６ａによりハーフミラー６をその焦点合わ
せ用パターン８の直上に移動させる。すると、選択され
た焦点合わせ用パターン８を下から上に向けて通過した
照明光はハーフミラー６で反射されてセンサ７に入射
し、その光量が検出される。

【００１１】このときの照明光の様子を図３〜図８を用
いて詳細に説明する。まず、図３に示されるように、マ
スク３の焦点合わせ用パターン８を通過した直後の照明
光は交互に繰り返し配列された遮光部分Ａと透過部分Ｂ
とにより矩形波状の光振幅分布を有している。照明光が
投影レンズ４を介してウエハ５に至ると、図４に示され
るように、照明光の振幅分布は回折のために形状が崩れ
て正弦波状となる。ただし、ベストフォーカスであれ
ば、図４のように正弦波の振幅は大きなものとなる。こ
の照明光がウエハ５表面で反射し、投影レンズ４を介し
て再びマスク３の焦点合わせ用パターン８に至ると、図
５に示されるように、正弦波状の反射光が下から上に向
けて焦点合わせ用パターン８を照明することとなる。ベ
ストフォーカス時には、反射光の振幅分布形状の劣化が
少ないので、焦点合わせ用パターン８の透過部分Ｂを通
過する光の透過量は大きくなる。すなわち、ハーフミラ
ー６を介してセンサ７に入射される光量が大きくなる。

【００１２】一方、デフォーカス時には、図６に示され
るようにマスク３の焦点合わせ用パターン８を通過した
直後の照明光は矩形波状の光振幅分布を有しているが、
照明光が投影レンズ４を介してウエハ５に至ると、図７
に示されるように照明光の振幅分布はデフォーカスのた
めにベストフォーカス時よりも形状が崩れたものとな
る。このため、ウエハ５での反射光が再びマスク３の焦
点合わせ用パターン８を通過する際には、図８に斜線部
Ｃで示すように遮光部分Ａによって大きな光量が遮断さ
れる。その結果、ハーフミラー６を介してセンサ７に入
射される光量は小さくなる。

【００１３】すなわち、センサ７で検出される光量は、
ベストフォーカス時に最大となり、デフォーカスになる
程減少する。従って、ウエハ５の位置を光軸に沿って移
動させつつセンサ７での検出量をモニタすることによ
り、容易にベストフォーカス位置を求めることが可能と
なる。

【００１４】次に、移動装置６ａによりハーフミラー６
を移動させて他の焦点合わせ用パターン８の直上に位置
させ、同様にしてその焦点合わせ用パターン８に対応す
るベストフォーカス位置を求める。このようにして全て
の焦点合わせ用パターン８に対応するベストフォーカス
位置を順次求め、ベストフォーカス位置の分布を計測す
ることにより投影レンズ４の像面湾曲の評価が行われ
る。

【００１５】なお、投影露光装置において、露光しよう
とする回路パターンと複数の焦点合わせ用パターン８と
を一枚の露光用マスクに共に形成することもできる。こ
の場合には、回路パターンの露光と並行して投影レンズ
４の像面湾曲の評価を行うことができる。従って、気
圧、温度、露光頻度等に起因して生じる像面湾曲の変動
を連続的にモニタすることが可能となる。また、上記の
実施例ではハーフミラー６がマスク３と集光レンズ２と
の間に配置されていたが、これに限るものではなく、マ
スク３より光源１に近い位置にあればよい。例えば、光
源１と集光レンズ２との間に配置することもできる。反
射手段としてウエハ５を用いたが、ミラー等を用いても
よい。

【００１６】マスク３の代わりに図９に示されるような
マスク２３を用いることもできる。このマスク２３は透
明基板２９を有しており、透明基板２９の全面上に多数
の焦点合わせ用パターン２８が形成されている。各焦点
合わせ用パターン２８は、共通の中心Ｐの回りに所定の
角度間隔で配置された複数の扇形の遮光部材３０を有し
ており、これら複数の遮光部材３０によって遮光部分Ｄ
と透過部分Ｅとが交互に繰り返し配列されたパターンを
形成している。上記の実施例と同様に、ウエハ５の表面
で反射してこれらの焦点合わせ用パターン２８を通過し
た照明光の光量をセンサ７で順次検出することにより、
ベストフォーカス位置の分布が求められる。

【００１７】なお、光の回折の影響は、光の波長と個々
のパターンの大きさに依存するので、投影レンズ４で投
影しようとする原板のパターンの最小ピッチと同程度の
ピッチで遮光部分と透過部分とが交互に配列された焦点
合わせ用パターンを用いると、より高精度にベストフォ
ーカス位置を求めることができる。図９に示された焦点
合わせ用パターン２８は、遮光部分Ｄと透過部分Ｅとが
それぞれ扇形を有しているので、点Ｐを中心とする円を
考えると、この円の半径に応じて円周に沿った遮光部分
Ｄと透過部分Ｅとの配列ピッチが変化する。すなわち、
半径を大きくとると配列ピッチは大きくなり、半径を小
さくとると配列ピッチも小さくなる。そこで、図９の焦
点合わせ用パターン２８の像をセンサ７の受光面上に結
像させ、点Ｐを中心とした任意の半径の環状部分Ｑのみ
を取り出してこの部分の照明光の光量を検出すれば、所
望の配列ピッチによるベストフォーカス位置を求めるこ
とができ、高精度で像面湾曲の評価を行うことが可能と
なる。

【００１８】図１０に示されるように、透明基板３９上
に形成された複数の焦点合わせ用パターン３８が、それ
ぞれ互いに配列ピッチの異なる複数のパターン３８ａ、
３８ｂ及び３８ｃからなるマスク３３を用いることもで
きる。各パターン３８ａ、３８ｂ及び３８ｃは、それぞ
れ固有のピッチで互いに平行に配置された複数の遮光部
材を有している。各焦点合わせ用パターン３８におい
て、パターン３８ａ、３８ｂ及び３８ｃの中から、投影
しようとする原板のパターンピッチに最も近い配列ピッ
チを有するパターンを選択し、そのパターンを通過した
照明光の光量を検出することにより、高精度でベストフ
ォーカス位置の分布が計測される。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係る投
影レンズの評価装置は、照明光を発する光源と、それぞ
れ遮光部分と透過部分とが交互に繰り返し配列された複
数の焦点合わせ用パターンが全面にわたって形成された
マスクと、光源から発した照明光をマスク上に照射させ
ることによりマスクを通過した照明光を評価しようとす
る投影レンズに入射させる集光レンズと、投影レンズに
より集光された照明光を反射して再び投影レンズに入射
に照射させる反射手段と、マスクの複数の焦点合わせ用
パターンのうち選択された焦点合わせ用パターンを通過
した後に反射手段で反射して再びその焦点合わせ用パタ
ーンを通過した照明光を反射するハーフミラーと、選択
された焦点合わせ用パターンに対応してハーフミラーを
マスクの表面に沿って移動させる移動装置と、ハーフミ
ラーで反射された照明光の光量を検出するセンサとを備
えているので、容易に且つ高精度で投影レンズの評価を
行うことができる。

【００２０】また、この発明に係る投影レンズの評価方
法は、それぞれ遮光部分と透過部分とが交互に繰り返し
配列された複数の焦点合わせ用パターンが形成されたマ
スクの全面に照明光を照射し、各焦点合わせ用パターン
を通過した照明光を投影レンズを介して投影面上に投影
すると共に投影面で反射した照明光を投影レンズを介し
て再びその焦点合わせ用パターンに通過させ、複数の焦
点合わせ用パターンを再び通過した照明光の光量を順次
検出することによりベストフォーカス位置の分布を計測
するので、ウエハの現像及び顕微鏡による観察等が不要
となり、容易に且つ高精度で投影レンズの評価を行うこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る投影レンズの評価装
置の光学系を示す図である。

【図２】実施例で用いられたマスクを示す平面図であ
る。

【図３】ベストフォーカス時の実施例の動作を示す図で
ある。

【図４】ベストフォーカス時の実施例の動作を示す図で
ある。

【図５】ベストフォーカス時の実施例の動作を示す図で
ある。

【図６】デフォーカス時の実施例の動作を示す図であ
る。

【図７】デフォーカス時の実施例の動作を示す図であ
る。

【図８】デフォーカス時の実施例の動作を示す図であ
る。

【図９】他の実施例で用いられるマスクを示す平面図で
ある。

【図１０】さらに他の実施例で用いられるマスクを示す
平面図である。

【図１１】一般的な投影露光装置の光学系を示す図であ
る。

【図１２】従来の投影レンズの評価方法においてウエハ
にテストパターンを露光した状態を示す平面図である。

【図１３】ウエハに形成されたテストパターンを示す断
面図である。

【符号の説明】

１ 光源 ２ 集光レンズ ３、２３、３３ マスク ４ 投影レンズ ５ ウエハ ６ ハーフミラー ６ａ 移動装置 ７ センサ ８、２８、３８ 焦点合わせ用パターン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 照明光を発する光源と、 それぞれ遮光部分と透過部分とが交互に繰り返し配列さ
   れた複数の焦点合わせ用パターンが全面にわたって形成
   されたマスクと、 前記光源から発した照明光を前記マスク上に照射させる
   ことにより前記マスクを通過した照明光を評価しようと
   する投影レンズに入射させる集光レンズと、 投影レンズにより集光された照明光を反射して再び投影
   レンズに入射に照射させる反射手段と、 前記マスクの複数の焦点合わせ用パターンのうち選択さ
   れた焦点合わせ用パターンを通過した後に前記反射手段
   で反射して再びその焦点合わせ用パターンを通過した照
   明光を反射するハーフミラーと、 選択された焦点合わせ用パターンに対応して前記ハーフ
   ミラーを前記マスクの表面に沿って移動させる移動装置
   と、 前記ハーフミラーで反射された照明光の光量を検出する
   センサとを備えたことを特徴とする投影レンズの評価装
   置。
2. 【請求項２】 それぞれ遮光部分と透過部分とが交互に
   繰り返し配列された複数の焦点合わせ用パターンが形成
   されたマスクの全面に照明光を照射し、 各焦点合わせ用パターンを通過した照明光を投影レンズ
   を介して投影面上に投影すると共に投影面で反射した照
   明光を投影レンズを介して再びその焦点合わせ用パター
   ンに通過させ、 複数の焦点合わせ用パターンを再び通過した照明光の光
   量を順次検出することによりベストフォーカス位置の分
   布を計測することを特徴とする投影レンズの評価方法。