JPH1038758A - ｉ線用レンズの波面収差測定装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】被検レンズの収差量を正確に把握することがで
き、被検レンズの生産期間の短縮を図れるｉ線用レンズ
の波面収差測定装置及び方法を提供する。 【解決手段】ｉ線（３６５ｎｍ）用露光投影レンズを被
検レンズとし、このレンズの波面収差を測定するｉ線用
レンズの波面収差測定装置であって、Ａｒイオンレーザ
光のシングルモード（３６３．８ｎｍ）を出射するＡｒ
イオンレーザ発振器１と、そのレーザ光をフィゾー面３
及び被検レンズ６に入射させ、フィゾー面で反射された
参照光１３と、被検レンズを透過して反射球面５で反射
され、再び被検レンズを透過した被検光１４とを合成し
て干渉縞を発生させる波面干渉計部４と、干渉縞を微小
変化させるピエゾ素子１０と、波面干渉計部により発生
する干渉縞を撮像し、干渉縞の画像情報を出力する撮像
素子１１と、干渉縞の画像情報に基づき被検レンズの波
面収差を計算する処理装置７とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ｉ線用レンズの波
面収差測定装置に係わり、特にｉ線を光源として用いる
半導体露光装置における露光投影レンズの性能を評価す
るのに好適なｉ線用レンズの波面収差測定装置及び方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体露光装置においては、半導
体素子の微小化に伴い高精度な露光投影レンズが望まれ
ている。このような露光投影レンズを生産するために
は、そのレンズの性能即ち収差状態を高精度に把握する
必要がある。従来、ｉ線を光源として用いる半導体露光
装置の露光投影レンズ（ｉ線用レンズ）を被検レンズと
し、この被検レンズの性能を評価する方法として、例え
ば、特定の空間パターンを被検レンズにより結像し、そ
の結像状態から被検レンズの性能を評価するものが知ら
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の評価方法では、下記の問題点があった。 （１）前記結像状態から即ち空間像計測により被検レン
ズの性能を評価しており、その収差量を直接求めている
わけではないので、被検レンズの性能即ち収差量を正確
に把握することができない。 （２）照明条件、空間像条件、像高条件などに制限があ
るため、これらの条件を自由に変えた計算機によるシミ
ュレーション結果を得ることができない。また、被検レ
ンズの収差量を正確に把握できないので、間隔修正指示
値を計算することができない。即ち、レンズ修正の為の
情報が得られないため、必要とされる性能を満たす被検
レンズの生産期間が長くなってしまう。本発明は、この
ような従来の問題点に鑑みてなされたもので、その課題
は、被検レンズの収差量を正確に把握することができ、
被検レンズの生産期間の短縮を図れるｉ線用レンズの波
面収差測定装置及び方法を提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１記載の発明は、ｉ線用露光投影レンズを被検レ
ンズとし、被検レンズの波面収差を測定するｉ線用レン
ズの波面収差測定装置であって、レーザ光を出射する光
源と、レーザ光を参照面及び被検レンズに入射させ、参
照面で反射された参照光と、被検レンズを透過して反射
球面で反射され、再び被検レンズを透過した被検光とを
合成して干渉縞を発生させる干渉光学系と、干渉縞を微
小変化させる干渉縞走査手段と、干渉光学系により発生
する干渉縞を撮像し、該干渉縞の画像情報を出力する撮
像手段と、干渉縞の画像情報に基づき被検レンズの波面
収差を計算する処理手段とを備えることを特徴とするｉ
線用レンズの波面収差測定装置である。この構成によ
り、干渉光学系により発生する干渉縞を干渉縞走査手段
により微小変化させながら、撮像手段から出力される干
渉縞の画像情報に基づき、処理手段により被検レンズの
波面収差が計算されて求まる。また、得られた波面収差
を計算処理することにより、照明条件、空間像条件、像
高条件などを自由に変えた計算機によるシミュレーショ
ン結果を得ることができ、かつ得られた波面収差に基づ
き間隔修正指示値を計算することができる。つまり、従
来の空間像計測により被検レンズの性能を評価するのに
代えて、干渉計を用いた計測により被検レンズの性能を
評価しているため、被検レンズの波面収差データが精度
良く求まり、レンズ修正のための情報が得られる。

【０００５】請求項２記載の発明は、請求項１記載のｉ
線用レンズの波面収差測定装置において、光源として、
Ａｒイオンレーザ光のシングルモードを出射するＡｒイ
オンレーザ発振器を用いることを特徴とするものであ
る。この構成により、Ａｒイオンレーザ光のシングルモ
ードのコヒーレンス長が長いので、干渉光学系として空
気の揺らぎや振動などの外乱による誤差要因が少ない干
渉計例えばフィゾー型干渉計を用いることができる。

【０００６】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載のｉ線用レンズの波面収差測定装置において、干渉光
学系は、被検光が参照面を透過するフィゾー型干渉計で
構成されていることを特徴とするものである。この構成
により、被検光の光路の一部が参照光の光路と一致する
ので、空気の揺らぎや振動などの外乱による誤差要因が
少ない。そのため、被検レンズの波面収差データがより
精度良く求まる。

【０００７】請求項４記載の発明は、請求項１〜３のい
ずれか１項に記載のｉ線用レンズの波面収差測定装置に
おいて、干渉縞走査手段は、参照面と反射球面のいずれ
か一方を光軸方向に微小変位させるように構成されてい
ることを特徴とするものである。

【０００８】請求項５記載の発明は、請求項１〜４のい
ずれか１項に記載のｉ線用レンズの波面収差測定装置に
おいて、参照面及び反射球面をｘ，ｙ，ｚ方向へ移動さ
せるステージと、参照面及び反射球面の位置を測定する
測長干渉計とを更に含んでいることを特徴とするもので
ある。この構成により、測長干渉計により参照面及び反
射球面の位置を測定しながらステージにより参照面及び
反射球面をｘ，ｙ，ｚ方向へ移動させることにより、各
移動位置での被検レンズの波面収差データが精度良く求
まる。そのため、軸上の収差だけでなく、軸外の収差、
像面湾曲、歪曲収差、倍率などの波面収差データが精度
良く求まる。

【０００９】請求項６記載の発明は、請求項２〜５のい
ずれか１項に記載のｉ線用レンズの波面収差測定装置に
おいて、処理手段は、ｉ線の波長とＡｒイオンレーザ光
のシングルモードの発振波長との差を補正するように構
成されていることを特徴とするものである。この構成に
よりｉ線の波長とＡｒイオンレーザ光のシングルモード
の発振波長との差による色補正を行うことができる。

【００１０】上記課題を解決するため請求項７記載の発
明は、ｉ線用露光投影レンズを被検レンズとし、被検レ
ンズの波面収差を測定するｉ線用レンズの波面収差測定
方法であって、Ａｒイオンレーザ光のシングルモードを
フィゾーレンズ及び被検レンズに入射させ、フィゾーレ
ンズのフィゾー面で反射された参照光と、フィゾー面及
び被検レンズを透過して反射球面で反射され、再び被検
レンズを透過した被検光とを合成して干渉縞を発生さ
せ、干渉縞を微小変化させながら干渉縞を撮像し、かつ
撮像された干渉縞の画像情報に基づき被検レンズの波面
収差を計算することを特徴とするｉ線用レンズの波面収
差測定方法である。この構成により、干渉縞を微小変化
させながら撮像することにより、撮像された干渉縞の画
像情報に基づき被検レンズの波面収差が計算されて求ま
る。また、得られた波面収差を計算処理することによ
り、照明条件、空間像条件、像高条件などを自由に変え
た計算機によるシミュレーション結果を得ることがで
き、かつ得られた波面収差に基づき間隔修正指示値を計
算することができる。即ち、被検レンズの波面収差デー
タが精度良く求まり、レンズ修正の為の情報が得られ
る。しかも、被検光の光路の一部が参照光の光路と一致
するので、空気の揺らぎや振動などの外乱による誤差要
因が少なく、高精度な測定が可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１はこの発明の第１実施例に係
るｉ線用レンズの波面収差測定装置を示している。この
測定装置は、ｉ線（波長が３６５ｎｍ）を光源として用
いる半導体露光装置における露光投影レンズ（ｉ線用レ
ンズ）６を被検レンズとし、この被検レンズ６の性能を
評価するためのものである。図１に示すｉ線用レンズの
波面収差測定装置は、Ａｒイオンレーザ光を出射するＡ
ｒイオンレーザ発振器１と、フィゾーレンズ２を有する
波面干渉計部（干渉光学系）４と、Ａｒイオンレーザ光
を波面干渉計部４へ導くミラーＭ１〜Ｍ４と、干渉縞を
微小変化させるピエゾ素子１０と、カメラなどの撮像素
子１１と、被検レンズ６の波面収差などの演算処理を行
う処理装置７とを備えている。この実施例では、波面干
渉計部４はフィゾー型干渉計で構成されている。

【００１２】Ａｒイオンレーザ発振器１として、Ａｒイ
オンレーザ光のシングルモード（波長が３６３．８ｎ
ｍ）を出射するものが使用される。Ａｒイオンレーザ発
振器１から出射されたＡｒイオンレーザ光のシングルモ
ード（以下単にレーザ光という）は、図１及び図２に示
すように、ミラーＭ１、ミラーＭ２、ミラーＭ３及びミ
ラーＭ４でそれぞれ反射されて波面干渉計部４のハーフ
ミラーＭ５に入射するようになっている。即ち、Ａｒイ
オンレーザ発振器１から水平面内ｘ方向へ出射されたレ
ーザ光はミラーＭ１により垂直上方へ反射され、この反
射光はミラーＭ２により水平面内ｘ方向へ反射され、こ
の反射光はミラーＭ３により水平面内ｙ方向へ反射さ
れ、この反射光はミラーＭ４により水平面内ｘ方向へ反
射された後ハーフミラーＭ５に入射するようになってい
る。

【００１３】波面干渉計部４は、ハーフミラーＭ５を透
過したレーザ光をビームエキスパンダ８により拡げて反
射ミラー９で垂直下方へ反射させ、この反射光をフィゾ
ーレンズ２の最終球面であるフィゾー面（参照面）３及
び被検レンズ６に入射させ、フィゾー面３で反射された
参照光１３と、フィゾー面３及び被検レンズ６を透過し
て反射球面５で反射され、再び被検レンズ６を透過した
被検光１４とを合成して干渉縞を発生させるように構成
されている。露光を行うときには、フィゾーレンズ２の
焦点位置に不図示のレティクルが、反射球面５の焦点位
置（曲率中心）に不図示のウエハーがそれぞれ配置され
る。

【００１４】ピエゾ素子１０は、入力信号例えば電圧信
号に応じて変形し、この変形によってフィゾーレンズ２
を光軸方向（Ｚ方向）に微小変位させるようにフィゾー
レンズ２に設けられている。フィゾーレンズ２の微小変
位によって、波面干渉計部４により発生する干渉縞が微
小変化する。フィゾーレンズ２を含む波面干渉計部４
は、ｘ，ｙ，ｚ方向に移動可能な３軸ステージ上に載置
されている。一方、反射球面５は、フィゾーレンズ２と
は別の３軸ステージ上に載置されている。また、フィゾ
ーレンズ２の焦点位置及び反射球面５の焦点位置（曲率
中心）をそれぞれ測定する測長干渉計（図示略）が設け
られている。なお、ミラーＭ４はｘ方向には移動不能
で、ｙ方向にのみ波面干渉計部４と一緒に移動するよう
に構成されている（図２参照）。これによって、波面干
渉計部４及び反射球面５がｘ及びｙ方向に移動しても、
Ａｒイオンレーザ発振器１から出射したレーザ光を常に
波面干渉計部４のハーフミラーＭ５に入射させることが
できる。

【００１５】次に、上記第１実施例の動作を説明する。
Ａｒイオンレーザ発振器１から出射したレーザ光は、ミ
ラーＭ１、ミラーＭ２、ミラーＭ３及びミラーＭ４でそ
れぞれ反射された後、波面干渉計部４のハーフミラーＭ
５に入射する。ハーフミラーＭ５を透過したレーザ光は
ビームエキスパンダ８により拡げられて反射ミラー９で
反射される。この反射光はフィゾーレンズ２及び被検レ
ンズ６に入射し、フィゾー面３で反射された参照光１３
と、被検レンズ６を透過して反射球面５で反射され、再
び被検レンズ６を透過した被検光１４とが反射ミラー９
で反射されて合成され、干渉縞が発生する。この干渉縞
がビームエキスパンダ８及びハーフミラーＭ５を経て撮
像素子１１に入射し、撮像素子１１により撮像される。
撮像素子１１は入射した干渉縞の画像情報の信号を処理
装置７へ出力する。ピエゾ素子１０によりフィゾーレン
ズ２を光軸方向（Ｚ方向）に微小変位させて干渉縞を微
小変化させながら、撮像素子１１で干渉縞を撮像するこ
とにより、処理装置７が、撮像素子１１から出力される
干渉縞の画像情報の信号に基づき、被検レンズ６の波面
収差を演算処理して求める。この演算結果を不図示の表
示装置で表示したり、不図示のプリンタにより出力する
ことができる。

【００１６】このように、上記第１実施例によれば、ピ
エゾ素子１０により干渉縞を微小変化させながら、波面
干渉計部４により発生する干渉縞の画像情報に基づき被
検レンズ６の波面収差を直接求めることができる。ま
た、得られた波面収差を計算処理することにより、照明
条件、空間像条件、像高条件などを自由に変えた計算機
によるシミュレーション結果を得ることができ、かつ得
られた波面収差に基づき間隔修正指示値を計算すること
ができる。したがって、被検レンズ６の収差量を正確に
把握してその性能を高精度に評価することができ、かつ
必要とされる性能を満たす被検レンズ６の生産期間を短
縮することができる。

【００１７】また、上記第１実施例によれば、図示しな
い３軸ステージにより、波面干渉計部４及び反射球面５
の位置を変えることにより、任意の像点での収差を測定
することができるので、軸上の収差のみならず軸外の収
差、像面湾曲、歪曲収差及び倍率も測定することができ
る。

【００１８】また、上記第１実施例によれば、Ａｒイオ
ンレーザ発振器１から出射されるＡｒイオンレーザ光の
シングルモードの発振波長（３６３．８ｎｍ）とｉ線の
波長（３６５ｎｍ）にずれがあるが、両波長の差による
色補正を処理装置７で行うことができる。

【００１９】また、上記第１実施例によれば、レーザ光
として、Ａｒイオンレーザ光のシングルモードを用いる
構成により、レーザ光のコヒーレンス長が長くなり、波
面干渉計部（干渉光学系）４としてフィゾー型干渉計を
用いることができる。これによって、被検光１４がフィ
ゾー面３を透過し、被検光１４の光路の一部が参照光１
３の光路と一致するので、空気の揺らぎや振動などの外
乱による誤差要因が少なくなる。そのため、被検レンズ
６の波面収差をより正確に求めることができる。

【００２０】また、上記第１実施例によれば、ミラーＭ
４は波面干渉計部４と一緒にｙ方向に移動可能であるの
で、波面干渉計部４及び反射球面５をｘ及びｙ方向に移
動させる際に、Ａｒイオンレーザ発振器１から出射した
レーザ光を常に波面干渉計部４のハーフミラーＭ５に入
射させることができる。なお、上記第１実施例におい
て、フィゾー型干渉計４に代えてトワイマングリーン型
干渉計を用いても良い。

【００２１】図３は、この発明の第２実施例に係るｉ線
用レンズの波面収差測定装置を示している。この第２実
施例では、Ａｒイオンレーザ発振器１から出射したレー
ザ光を波面干渉計部４のハーフミラーＭ５へ入射させる
ためのレーザ光の引き回しを、光ファイバー１２で行う
ように構成されている。光フィイバー１２の出射側端部
は、上記第１実施例のビームエキスパンダ８に代えて設
けられたコリメータレンズ８Ａの焦点位置にある。これ
によって、その出射側端部から出射されてハーフミラー
Ｍ５を透過したレーザ光はコリメータレンズ８Ａによっ
て平行光になる。その他の構成は上記第１実施例と同じ
である。

【００２２】この第２実施例によれば、レーザ光を波面
干渉計部４のハーフミラーＭ５へ光ファイバー１２によ
って簡単に入射させることができるので、上記第１実施
例で用いたミラーＭ１〜Ｍ４を省略することができる。
これによって、構造を簡単にすることができると共に、
ミラーなどの光学部材の調整作業を簡単にすることがで
きる。

【００２３】次に、この発明の一実施例に係るｉ線用レ
ンズの波面収差測定方法を説明する。なお、この測定方
法は、例えば図１に示す波面収差測定を用いて実施する
ことができる。ｉ線用レンズの波面収差測定方法は、
（１）Ａｒイオンレーザ光のシングルモードを同一の光
軸上に配置されたフィゾーレンズ２及び被検レンズ６に
入射させ、フィゾーレンズ２のフィゾー面３で反射され
た参照光１３と、被検レンズ６を透過して反射球面５で
反射され、再び被検レンズ６を透過した被検光１４とを
合成して干渉縞を発生させ、（２）干渉縞を微小変化さ
せながら干渉縞を撮像し、かつ（３）撮像された干渉縞
の画像情報に基づき被検レンズ６の波面収差を計算する
ことからなる。このようなｉ線用レンズの波面収差測定
方法によれば、干渉縞を微小変化させながら干渉縞を撮
像し、撮像された干渉縞の画像情報に基づき被検レンズ
６の波面収差を直接求めることができる。しかも、被検
光１４の光路の一部が参照光１３の光路と一致するの
で、空気の揺らぎや振動などの外乱による誤差要因が少
なく、被検レンズの波面収差を精度良く求めることがで
きる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
によれば、被検レンズの波面収差データが精度良く求ま
り、レンズ修正の為の情報が得られるので、被検レンズ
の収差量を正確に把握することができると共に、被検レ
ンズの生産期間の短縮を図ることができる。また、測定
時に露光及び現像を行わないので、露光条件、現像条件
など、レンズの性能以外の要因によって測定値が影響さ
れることがなく、精度良く被検レンズの評価を行うこと
ができる。

【００２５】請求項２記載の発明によれば、干渉光学系
として空気の揺らぎや振動などの外乱による誤差要因が
少ないフィゾー型干渉計を用いることができる。

【００２６】請求項３記載の発明によれば、空気の揺ら
ぎや振動などの外乱による誤差要因が少ないので、被検
レンズの波面収差データをより精度良く求めることがで
きる。

【００２７】請求項５記載の発明によれば、軸上の収差
だけでなく、軸外の収差、像面湾曲、歪曲収差、倍率な
どの波面収差データを精度良く求めることができる。

【００２８】請求項６記載の発明によれば、ｉ線の波長
とＡｒイオンレーザ光のシングルモードの発振波長との
差による色補正を行うことができる。

【００２９】請求項７記載の発明によれば、被検レンズ
の波面収差データが精度良く求まり、レンズ修正の為の
情報が得られるので、被検レンズの収差量を正確に把握
することができると共に、被検レンズの生産期間の短縮
を図ることができる。しかも、被検光の光路の一部が参
照光の光路と一致するので、空気の揺らぎや振動などの
外乱による誤差要因が少なく、高精度な測定が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るｉ線用レンズの波面
収差測定装置を示す概略構成図である。

【図２】第１実施例のレーザ光の引き回し部を示す平面
図である。

【図３】本発明の第２実施例に係るｉ線用レンズの波面
収差測定装置を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１ Ａｒイオンレーザ発振器（光源） ２ フィゾ
ーレンズ ３ フィゾー面（参照面） ４ａ 波面
干渉計部（干渉光学系） ５ 反射球面 ６ 露光投
影レンズ（被検レンズ） ７ 処理装置（処理手段） ８ ビーム
エキスパンダ ８Ａ コリメータレンズ ９ 反射ミ
ラー １０ ピエゾ素子（干渉縞走査手段） １１ 撮像
素子（撮像手段） １２ 光ファイバー １３ 参照
光 １４ 被検光

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ｉ線用露光投影レンズを被検レンズとし、
   該被検レンズの波面収差を測定するｉ線用レンズの波面
   収差測定装置であって、 レーザ光を出射する光源と、 前記レーザ光を参照面及び前記被検レンズに入射させ、
   前記参照面で反射された参照光と、前記被検レンズを透
   過して反射球面で反射され、再び前記被検レンズを透過
   した被検光とを合成して干渉縞を発生させる干渉光学系
   と、 前記干渉縞を微小変化させる干渉縞走査手段と、 前記干渉光学系により発生する干渉縞を撮像し、該干渉
   縞の画像情報を出力する撮像手段と、 前記干渉縞の画像情報に基づき前記被検レンズの波面収
   差を計算する処理手段とを備えることを特徴とするｉ線
   用レンズの波面収差測定装置。
2. 【請求項２】前記光源として、Ａｒイオンレーザ光のシ
   ングルモードを出射するＡｒイオンレーザ発振器を用い
   ることを特徴とする請求項１記載のｉ線用レンズの波面
   収差測定装置。
3. 【請求項３】前記干渉光学系は、前記被検光が前記参照
   面を透過するフィゾー型干渉計で構成されていることを
   特徴とする請求項１又は２記載のｉ線用レンズの波面収
   差測定装置。
4. 【請求項４】前記干渉縞走査手段は、前記参照面と前記
   反射球面のいずれか一方を光軸方向に微小変位させるよ
   うに構成されていることを特徴とする請求項１〜３のい
   ずれか１項に記載のｉ線用レンズの波面収差測定装置。
5. 【請求項５】前記参照面及び前記反射球面をｘ，ｙ，ｚ
   方向へ移動させるステージと、前記参照面及び前記反射
   球面の位置を測定する測長干渉計とを更に含んでいるこ
   とを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のｉ
   線用レンズの波面収差測定装置。
6. 【請求項６】前記処理手段は、ｉ線の波長と前記Ａｒイ
   オンレーザ光のシングルモードの発振波長との差を補正
   するように構成されていることを特徴とする請求項２〜
   ５のいずれか１項に記載のｉ線用レンズの波面収差測定
   装置。
7. 【請求項７】ｉ線用露光投影レンズを被検レンズとし、
   該被検レンズの波面収差を測定するｉ線用レンズの波面
   収差測定方法であって、 Ａｒイオンレーザ光のシングルモードをフィゾーレンズ
   及び前記被検レンズに入射させ、前記フィゾーレンズの
   フィゾー面で反射された参照光と、前記フィゾー面及び
   前記被検レンズを透過して反射球面で反射され、再び前
   記被検レンズを透過した被検光とを合成して干渉縞を発
   生させ、 干渉縞を微小変化させながら干渉縞を撮像し、かつ撮像
   された干渉縞の画像情報に基づき前記被検レンズの波面
   収差を計算することを特徴とするｉ線用レンズの波面収
   差測定方法。