(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
結像光学系の性能を干渉計で測定する結像光学系性能測定装置において、前記結像光学系の光軸に垂直な面内の複数の測定点に関して少なくとも一部または順次に透過波面を測定するための干渉計と、前記複数の測定点の物体側及び像側の結像点の位置座標を計測する手段と、測定した波面の前記位置座標により前記結像光学系の波面収差と結像面の少なくとも一方を算出する手段を有すると共に、前記光軸に垂直な面内に基準点を定め、前記基準点における波面収差と結像面の少なくとも一方の経時変化を基準として、前記結像光学系の他の測定点の波面収差、結像面の少なくとも一方の補正を行うことを特徴とする結像光学系性能測定装置。
【請求項２】
結像光学系の性能を干渉計で測定する結像光学系性能測定装置において、前記結像光学系の光軸に垂直な面内の複数の測定点に関して少なくとも一部は順次に透過波面を測定するための干渉計と、前記複数の測定点の物体側及び像側の結像点の位置座標を計測する手段と、測定した波面と前記位置座標により前記結像光学系のディストーションと像面湾曲の少なくとも一方を算出する手段を有するとともに、前記光軸に垂直な面内に基準点を定め、前記基準点におけるディストーションと焦点面の少なくとも一方の経時変化量を基準として、前記結像光学系の他の測定点のディストーション、焦点面の少なくとも一方の補正を行う事を特徴とする結像光学系性能測定装置。
【請求項３】
前記基準点に対する透過波面と位置座標の測定を他の測定点における透過波面と位置座標の測定より多い回数行うことを特徴とする請求項１又は２記載の結像性能測定装置。
【請求項４】
前記基準点に対する透過波面と位置座標の測定を他の測定点における透過波面と位置座標の測定毎に同時に行うことを特徴とする請求項１又は２記載の結像性能測定装置。
【請求項５】
前記基準点に対するディストーションと焦点面の測定を複数回行った結果から、他の測定点におけるディストーションと焦点面の測定結果を補間して補正することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項の結像性能測定装置。
【請求項６】
前記基準点は、前記結像レンズの光軸上の物点及び像点であることを特徴とする請求項第１〜５のいずれか１項の結像光学系性能測定装置。
【請求項７】
前記測定像点の位置座標は前記基準像点の位置座標に対する相対座標である事を特徴とする請求項第１〜６のいずれか１項の結像光学系性能測定装置。
【請求項８】
前記ディストーション、像面湾曲の経時変化量の補正は、前記経時変化量を各測定値から減算する事によって行う事を特徴とする請求項第１〜７のいずれか１項の結像光学系性能測定装置。
【請求項９】
前記基準点の透過波面を測定する測定光学系と、他の測定点の波面を測定する測定光学系が別個に設けられていることを特徴とする請求項第１〜８のいずれか１項の結像光学系性能測定装置。
【請求項１０】
前記他の測定点の測定光学系が物体面側、像側ともに移動可能で、かつ移動した位置座標をレーザ干渉計によってモニタされていることを特徴とする請求項９記載の結像性能性能測定装置。
【請求項１１】
前記測定点の透過波面を測定する測定光学系が測定点の位置に対応して測定点の数だけ設けられていることを特徴とする請求項第９項記載の結像光学系性能測定装置。
【請求項１２】
前記基準点の透過波面の測定と他の測定点の透過波面の測定を同一の光学系で行うことを特徴とする請求項第１〜８のいずれか１項又は１０の結像光学系性能測定装置。
【請求項１３】
前記基準点及び他の測定点の測定光学系が物体面側、像側ともに移動可能で、かつ移動した位置座標をレーザ干渉計によってモニタされていることを特徴とする請求項１２記載の結像性能性能測定装置。
【請求項１４】
前記移動可能な測定光学系が前記複数の測定点へ入射する光束の主光線と前記結像光学系の主光線の方向を一致させる手段を有することを特徴とする請求項１０又は１３の結像性能性能測定装置。
【請求項１５】
結像光学系として投影光学系を有する投影露光装置において、請求項第１〜１４のいずれか１項の結像光学系性能測定装置が搭載され、前記投影露光装置本体上で前記結像光学系の性能測定を行うことが可能であることを特徴とする投影露光装置。
【請求項１６】
結像光学系の性能を干渉計で測定する結像光学系性能測定方法において、前記結像光学系の光軸に垂直な面内の複数の測定点において少なくとも一部は順次に透過波面、及び前記複数の測定点の物体側及び像側の結像点の位置座標を測定して前記結像光学系の波面収差と結像面の少なくとも一方を算出すると共に、前記光軸に垂直な面内に基準点を定め、前記基準点における波面収差と結像面の少なくとも一方の経時変化を基準として、前記結像光学系の前記複数の測定点の測定結果の補正を行うことを特徴とする結像光学系性能測定方法。
【請求項１７】
結像光学系の性能を干渉計で測定する結像光学系性能測定方法において、前記結像光学系の光軸に垂直な面内の複数の測定点において少なくとも一部は順次に透過波面、及び、前記複数の測定点の物体側及び像側の結像点の位置座標を測定して前記結像光学系のディストーションと像面湾曲の少なくとも一方を算出するとともに、前記光軸に垂直な面内に基準点を定め、前記基準点におけるディストーションと焦点面の少なくとも一方の経時変化量を基準として、前記結像光学系の前記複数の測定点の測定結果の補正を行う事を特徴とする結像光学系性能測定方法。
【請求項１８】
前記測定した透過光の透過波面から傾き成分とデフォーカス成分を計算して、前記結像光学系のディストーションと像面湾曲を算出し、前記測定結果の補正は該算出データの補正を行う事を特徴とする請求項１６又は１７記載の結像光学系性能測定方法。
【請求項１９】
前記基準点に対する透過波面と位置座標の測定を各測定点における透過波面と位置座標の測定毎に同時に行うことを特徴とする請求項１８記載の結像性能測定方法。
【請求項２０】
前記基準点に対するディストーションと焦点面の測定を複数回行った結果から、各測定点におけるディストーションと焦点面の測定結果を補間して補正することを特徴とする請求項１８記載の結像性能測定方法。
【請求項２１】
前記基準点は、前記結像レンズの光軸上の物点及び像点であることを特徴とする請求項第１７〜２０のいずれか１項の結像光学系性能測定方法。
【請求項２２】
前記測定点の位置座標は前記基準像点の位置座標に対する相対座標である事を特徴とする請求項第１６〜２１のいずれか１項の結像光学系性能測定方法。
【請求項２３】
前記ディストーション、像面湾曲の経時変化量の補正は、前記経時変化量を各測定値から減算する事によって行う事を特徴とする特許請求項第１７〜２１のいずれか１項の結像光学系性能測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結像光学系性能測定方法及び装置、特に結像光学系のディストーション及び像面湾曲の高精度測定に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、投影露光装置に用いられる結像レンズの様な結像光学系における高精度なディストーション及び像面湾曲の測定には、次の２つの測定方法が用いられている。
【０００３】
従来用いられている測定方法１を示したのが図６である。同方法では先ず、基準サンプル２上で被検レンズの画角内に対応する位置に配置された複数個の同一形状のパターン１を、基準パターンとして被検レンズ５により感光体上に投影する。転写の行われた感光体３を現像処理し、前記複数個の基準パターンの像を感光体上に浮かび上がらせる。
【０００４】
転写して現像された感光体上の基準パターンの像は続いて絶対位置座標(Xi,Yi)（iはパターン番号）の計測工程に入る。絶対位置座標の計測には顕微鏡による観察などが用いられる。得られた各パターンの計測位置座標(Xi,Yi)と各パターンの理想結像位置座標(X0i,Y0i)から次式の計算を行えば結像位置誤差(Dxi,Dyi)、すなわちディストーションを求めることができる。
【０００５】
Dxi＝Xi-X0i，Dyi＝Yi-Y0i
像面湾曲の測定では、上述の複数個の基準パターンを一回転写した後、図６における３軸ステージ４の移動により感光体３をＸＹ方向（被検レンズの光軸と直交方向）に移動させる。ＸＹ方向の移動量は個々の基準パターン像のサイズより大きく、かつ隣り合う基準パターン像の間隔よりも小さくする。次にステージの(X,Y)座標を保った状態で、今度はＺ軸方向（光軸方向）に移動させることにより感光体３を被検レンズの像面からデフォーカスさせて、複数個の基準パターンを感光体上に転写する。
上記一連のXYZのステージ移動及び転写処理を必要なデフォーカス量だけ繰り返し、最後のデフォーカス条件における焼き付けが終了したら、ディストーション計測時と同様に、感光体3を現像し、複数個の基準パターンの転写像を作成する。
従って、像面湾曲の測定では１枚の感光体上に各画角位置に対し異なるデフォーカス条件の基準パターンの像が転写されている。各画角位置ごとにデフォーカスされた転写像を比較して最もシャープな像を決定し、その時のデフォーカス位置を像面位置とする。基準パターン像の比較は、顕微鏡などによる観察で行われる。各画角位置で決定した像面位置を比較すれば、被検レンズ５の画角内における像面湾曲を得ることができる。
図７は従来用いられている測定法２で、転写像を利用する代りに干渉計を用いる方法である。
図７では所謂フィゾー型干渉計で、干渉計本体１６、最終面が参照面として利用されるTSレンズ１０（Transmission Sphere Lens）、RSミラー９(Reflectance Sphere Mirror)等により構成されている。
干渉計本体から射出した平行光束は、基盤上に配置された固定ミラーにより図７の紙面奥方向へ反射される。反射された光束は、TSレンズ駆動Ｙステージ１４上に配置されたミラーにより反射され、さらにTSレンズ駆動Ｘステージ１３上に配置されたミラー１１により反射されてTSレンズ駆動Zステージ１２上に配置されたTSレンズ１０に入射する。TSレンズ１０を透過した光来は、TSレンズ１０の後側焦点面に集光されるが、該集光点は被検レンズ５の像面とほぼ一致するように配置される。続いて被検レンズ５を通過した光束は物体面上に再度集光される。
ここで、ＲＳミラー９は被検レンズ５の物体面上の光束集光点に曲率中心がほぼ一致するように配置されている。ＲＳミラー９に入射して反射された光束は、来た経路とほぼ同一の光路を通って元へ戻り、被検波として干渉計本体１６へ入射する。一方、ＴＳレンズ１０へと入射した光束の１部はTSレンズ１０の参照面により反射されてほぼ同一の光路を戻り、参照波として干渉計本体１６へ入射する。
入射する被検波と参照波により干渉計本体１６では干渉縞が得られる。該干渉縞をフリンジスキャン法などの手法を用いて精密測定し、被検レンズ５の測定像点における透過波面の算出を行う。
測距装置１８−２３は透過波面計測時のTSレンズ１０の後側焦点近傍の位置座標(TSXi,TSYi,TSZi)及びRSミラー９の曲率中心近傍の位置座標(RSXi,RSYi,RSZi)を計測する。測距には干渉測長器、エンコーダー等が用いられる。
【０００６】
ディストーションは測定波面のティルト成分、TSレンズ焦点、RSミラー曲率中心の座標によって算出することができる。理想結像位置と実際の結像位置のｘ方向及びｙ方向の誤差量(DXi,DYi)、即ちディストーションは次式で与えられる。
【０００７】
DXi＝TSXi−βRSXi＋△TSXi
DYi＝TSYi−βRSYi＋△TSYi
但し、TSXi,TSYiはｉ番目の測定位置におけるTSレンズ後側焦点のXY座標の測定値、RSXi,RSYiはｉ番目の測定位置におけるRSミラー曲率中心のXY座標の測定値、△TSXi,△TSYiは測定波面のX,Y方向のティルト成分から得られるTSレンズ１０の位置座標の補正量で次式により与えられる。
【０００８】
△TSXi＝−TiltXiλ/NA/2
△TSYi＝−TiltYiλ/NA/2
TiliXi, TiltYiは、測定波面から得られたX,Y方向のティルト成分、λは波長、NAは被検レンズ５の像面側の開口数、βは理想倍率である。また、ｉは測定点の位置を表す番号である。
【０００９】
同様に座標(x,y)を持つ測定点ｉの像面位置DZ(x,y)は測定波面のデフォーカス成分及びTSレンズ焦点、RSミラー曲率中心のＺ座標により次式で表される。
DZ(x,y)＝TSZ(x,y)−TSZ(0,0)＋β((RSZ(x,z)−RSZ(0,0))＋DZ0(x,y)−DZ0(0,0)但し、DZ0(0,0)は光軸上像点である原点(0,0)における透過波面から得られたデフォーカス成分、TSZ(x,y), RSZ(x,y)は、点(x,y)におけるTSレンズ焦点及びRSミラー曲率中心のZ座標の計測値、TSZ(0,0), RSZ(0,0)は原点(0,0)におけるTSレンズ焦点、RSミラー曲率中心のＺ座標の計測値である。
以上で、第一の測定点における測定は終了し、次に測定点がある場合はさらに次の測定位置へTSレンズ10、RSミラー9を移動させて同様の測定を行い、これを全測定点に対して繰り返す。
図７は像側テレセントリックな構成を示したが、被検レンズ５は物体側、像側双方ともテレセントリックな結像レンズであっても構わない。テレセントリックではない結像レンズに対しても、TSレンズ主光線と被検レンズ主光線が一致するようにTSレンズを配置すれば測定が可能である。これは、例えばTSレンズを傾ける事によって可能である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の測定法１では、焼き付け過程、現像過程を経る必要があるため、ウェハー平坦度等のプロセス起因の要因により測定精度が悪化するという問題がある。現像後も顕微鏡による計測過程等の複数の過程を経る必要があり、しかも個々の過程における処理が複雑で、１回のディストーション測定値を得るために多大な労力と時間を要し、且つ過程を経るごとに測定値の誤差が積み重なるという欠点があった。また、像面湾曲の測定に関しても、複数のデフォーカス条件における焼き付けの結果から像面湾曲を求める必要があり、同様に多大な時間と判定精度の悪化を伴うという欠点があった。
【００１１】
一方、干渉計を用いる測定法２では測定像点におけるディストーションや焦点面の測定を複数の点で繰り返しその結果からディストーション分布、像面湾曲を算出する。このため被検レンズ画角の全測定に時間を要し、TSレンズ、RSミラー搭載ステージが環境変化等により影響を受け、各測定像点におけるディストーション、焦点面の値にドリフトが発生する。また、被検レンズの高精度化に伴ない、環境補正に必要な精度での温度、気圧等の測定が困難であるという欠点があった。
【００１２】
本発明は、被検レンズ等の結像光学系のディストーション及び像面湾曲を容易かつ高精度に測定することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の結像光学系性能測定装置は結像光学系の性能を干渉計で測定する結像光学系性能測定装置において、前記結像光学系の光軸に垂直な面内の複数の測定点に関して少なくとも一部または順次に透過波面を測定するための干渉計と、前記複数の測定点の物体側及び像側の結像点の位置座標を計測する手段と、測定した波面の前記位置座標により前記結像光学系の波面収差と結像面の少なくとも一方を算出する手段を有すると共に、前記光軸に垂直な面内に基準点を定め、前記基準点における波面収差と結像面の少なくとも一方の経時変化を基準として、前記結像光学系の他の測定点の波面収差、結像面の少なくとも一方の補正を行うことを特徴としている。
【００１４】
請求項２の発明の結像光学系性能測定装置は結像光学系の性能を干渉計で測定する結像光学系性能測定装置において、前記結像光学系の光軸に垂直な面内の複数の測定点に関して少なくとも一部は順次に透過波面を測定するための干渉計と、前記複数の測定点の物体側及び像側の結像点の位置座標を計測する手段と、測定した波面と前記位置座標により前記結像光学系のディストーションと像面湾曲の少なくとも一方を算出する手段を有するとともに、前記光軸に垂直な面内に基準点を定め、前記基準点におけるディストーションと焦点面の少なくとも一方の経時変化量を基準として、前記結像光学系の他の測定点のディストーション、焦点面の少なくとも一方の補正を行う事を特徴としている。
【００１５】
請求項３の発明は請求項１又は２の発明において前記基準点に対する透過波面と位置座標の測定を他の測定点における透過波面と位置座標の測定より多い回数行うことを特徴としている。
【００１６】
請求項４の発明は請求項１又は２の発明において前記基準点に対する透過波面と位置座標の測定を他の測定点における透過波面と位置座標の測定毎に同時に行うことを特徴としている。
【００１７】
請求項５の発明は請求項１から４のいずれか１項の発明において前記基準点に対するディストーションと焦点面の測定を複数回行った結果から、他の測定点におけるディストーションと焦点面の測定結果を補間して補正することを特徴としている。
【００１８】
請求項６の発明は請求項第１〜５のいずれか１項の発明において前記基準点は、前記結像レンズの光軸上の物点及び像点であることを特徴としている。
【００１９】
請求項７の発明は請求項第１〜６のいずれか１項の発明において前記測定像点の位置座標は前記基準像点の位置座標に対する相対座標である事を特徴としている。
【００２０】
請求項８の発明は請求項第１〜７のいずれか１項の発明において前記ディストーション、像面湾曲の経時変化量の補正は、前記経時変化量を各測定値から減算する事によって行う事を特徴としている。
【００２１】
請求項９の発明は請求項第１〜８のいずれか１項の発明において前記基準点の透過波面を測定する測定光学系と、他の測定点の波面を測定する測定光学系が別個に設けられていることを特徴としている。
【００２２】
請求項１０の発明は請求項９の発明において前記他の測定点の測定光学系が物体面側、像側ともに移動可能で、かつ移動した位置座標をレーザ干渉計によってモニタされていることを特徴としている。
【００２３】
請求項１１の発明は請求項第９の発明において前記測定点の透過波面を測定する測定光学系が測定点の位置に対応して測定点の数だけ設けられていることを特徴としている。
【００２４】
請求項１２の発明は請求項第１〜８のいずれか１項又は１０の発明において前記基準点の透過波面の測定と他の測定点の透過波面の測定を同一の光学系で行うことを特徴としている。
【００２５】
請求項１３の発明は請求項１２の発明において前記基準点及び他の測定点の測定光学系が物体面側、像側ともに移動可能で、かつ移動した位置座標をレーザ干渉計によってモニタされていることを特徴としている。
【００２６】
請求項１４の発明は請求項１０又は１３の発明において前記移動可能な測定光学系が前記複数の測定点へ入射する光束の主光線と前記結像光学系の主光線の方向を一致させる手段を有することを特徴としている。
【００２７】
請求項１５の発明の投影装置は結像光学系として投影光学系を有する投影露光装置において、請求項第１〜１４のいずれか１項の結像光学系性能測定装置が搭載され、前記投影露光装置本体上で前記結像光学系の性能測定を行うことが可能であることを特徴としている。
【００２８】
請求項１６の発明の結像光学系性能測定方法は結像光学系の性能を干渉計で測定する結像光学系性能測定方法において、前記結像光学系の光軸に垂直な面内の複数の測定点において少なくとも一部は順次に透過波面、及び前記複数の測定点の物体側及び像側の結像点の位置座標を測定して前記結像光学系の波面収差と結像面の少なくとも一方を算出すると共に、前記光軸に垂直な面内に基準点を定め、前記基準点における波面収差と結像面の少なくとも一方の経時変化を基準として、前記結像光学系の前記複数の測定点の測定結果の補正を行うことを特徴としている。
【００２９】
請求項１７の発明の結像光学系性能測定方法は結像光学系の性能を干渉計で測定する結像光学系性能測定方法において、前記結像光学系の光軸に垂直な面内の複数の測定点において少なくとも一部は順次に透過波面、及び、前記複数の測定点の物体側及び像側の結像点の位置座標を測定して前記結像光学系のディストーションと像面湾曲の少なくとも一方を算出するとともに、前記光軸に垂直な面内に基準点を定め、前記基準点におけるディストーションと焦点面の少なくとも一方の経時変化量を基準として、前記結像光学系の前記複数の測定点の測定結果の補正を行う事を特徴している。
【００３０】
請求項１８の発明は請求項１６又は１７の発明において前記測定した透過光の透過波面から傾き成分とデフォーカス成分を計算して、前記結像光学系のディストーションと像面湾曲を算出し、前記測定結果の補正は該算出データの補正を行う事を特徴している。
【００３１】
請求項１９の発明は請求項１８の発明において前記基準点に対する透過波面と位置座標の測定を各測定点における透過波面と位置座標の測定毎に同時に行うことを特徴としている。
【００３２】
請求項２０の発明は請求項１８の発明において前記基準点に対するディストーションと焦点面の測定を複数回行った結果から、各測定点におけるディストーションと焦点面の測定結果を補間して補正することを特徴としている。
【００３３】
請求項２１の発明は請求項第１７〜２０のいずれか１項の発明において前記基準点は、前記結像レンズの光軸上の物点及び像点であることを特徴としている。
【００３４】
請求項２２の発明は請求項第１６〜２１のいずれか１項の発明において前記測定点の位置座標は前記基準像点の位置座標に対する相対座標である事を特徴としている。
【００３５】
請求項２３の発明は請求項第１７〜２１のいずれか１項の発明において前記ディストーション、像面湾曲の経時変化量の補正は、前記経時変化量を各測定値から減算する事によって行う事を特徴としている。
【００３６】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の実施形態１を示す図である。
【００３７】
図1において、干渉計はドリフト補正の参照値を与える基準像点である光軸上像点用と、その他の測定点用の２組のRSミラー９，２５、TSレンズ１０，２４と干渉計本体部１６により構成されている。図１の構成は所謂フイゾー型干渉計でTSレンズ(Transmission Sphere Lens)の最終面は参照面として利用される。なお、基準像点は予め定めてさえおけば任意の位置に設定できるが、全測定点に対するバランス上から、通常は光軸上の像点を選ぶと好適である。
【００３８】
以後、光軸上像点用のTSレンズ２４とRSミラー２５をドリフト値参照用ＴＳレンズ２４、ドリフト値参照用RSミラー２５と呼び、その他の測定点用のTSレンズ１０、RSミラー9を単にTSレンズ１０、RSミラー９と称することにする。
干渉計本体16から射出した平行光束は、基盤１５上に配置された固定ミラーにより図１の紙面奥方向へ反射される。反射された光束はTSレンズ駆動Ｙステージ上に配置されたミラーとTSレンズ駆動Ｘステージ上に配置されたミラーにより反射され、TSレンズ駆動Zステージ１２上に配置されたTSレンズ１０に入射する。TSレンズ１０を透過した光束は、TSレンズ１０の後側焦点面で被検レンズ５の物体面とほぼ一致する位置に集光される。集光された光束は被検レンズ5を通過後、再度、被検レンズ５の像面上に集光される。像面側では、被検レンズ５の像面上の光束集光点にRSミラー９(Reflectance Sphere Mirror)がその曲率中心をほぼ一致させるように配置されている。従って、RSミラー９により反射された光束はもと来た光路とほぼ同一の光路を通り、被検波として干渉計本体１６へと入射する。
一方、TSレンズ１０へと入射した光束の１部はTSレンズ１０の参照面により反射されてほぼ同一の光路を戻り、参照波として干渉計本体１６へ入射する。
ドリフト値参照用干渉計の構成も同様で、基盤１５上に固定されたドリフト値参照用TSレンズ２４を透過した光束が、ドリフト値参照用TSレンズ２４の後側焦点面に集光される。集光点の位置は被検レンズ５の物体面とほぼ一致するように配置される。集光された光束は被検レンズ５を通過後、像面側で再度集光される。
像面側では、被検レンズの像面上の光束集光点にドリフト値参照用RSミラー２５がその曲率中心をほぼ一致するように配置されている。RSミラーにより反射された光束は来た時とほぼ同一の光路を戻り、ドリフト値参照用被検波として干渉計本体１６に入射する。
一方、基盤１５上に固定されたドリフト値参照用TSレンズ２４へと入射した光束の一部はドリフト値参照用TSレンズ２４の参照面により反射されて、来た時とほぼ同一の光路を戻りドリフト値参照用参照波として干渉計本体へと入射する。
なお、本実施形態ではドリフト値参照用RSミラー２５とその他の測定点用RSミラー9の曲率半径、及びドリフト値参照用TSレンズ２４の最終面と後側焦点間の距離とその他の測定点用TSレンズ１０の最終面と後側焦点間の距離が異なる構成を図示したが、等しくすることも可能である。また、ドリフト値参照用TSレンズ２４、RSミラー２５は固定ではなく、可動ステージ上に設置しても構わない。
また本実施形態では、基準像点に関し、ドリフト値参照用光学系でのみ測定を行うものとする。
【００３９】
TSレンズ駆動ステージ１２，６８，６９及びRSミラー駆動ステージ８，７０，７１はドリフト値参照用光学系を透過する光束への干渉がないように構成されなくてはならない。本実施形態では，第２図に示すようにTSレンズをドリフト値参照光学系の光軸を中心とするrθZステージとし，θステージ６９中心部と，開口を設けることにより、前記干渉を防ぐための機械設計が容易としている。
【００４０】
RSミラー９、ドリフト値参照用RSミラー２５はピエゾ素子等により光軸方向にスキャンされる。各スキャン位置においてはドリフト値参照用参照波とドリフト値参照用被検波による干渉縞（以後干渉縞１と称す）、及び参照波、被検波による干渉縞（以後干渉縞２と称す）が干渉計本体内部のカメラにより強度データとして測定される。測定された結果はホストコンピューターに転送され、干渉縞１、２の位相データとして透過波面（以後それぞれを透過波面１、透過波面２と称す）が演算により求められる。干渉縞の測定では所謂フリンジスキヤン法が用いられ、高精度な位相測定を可能としている。干渉計本体16における干渉縞強度の検出カメラは前記干渉縞１、２に対して独立に２チャンネルを設けても、両干渉縞を１個のカメラで検出する１チャンネル構成でもよい。
【００４１】
測距装置１８−２３及び２６−３１は、透過波面計測時のTSレンズ１０の後側焦点近傍の位置座標（TSXi,TSYi,TSZi）、RSミラー９の曲率中心近傍の位置座標(RSXi,RSYi,RSZi)、ドリフト値参照用TSレンズ２４の後側焦点近傍の位置座標（TSX0i,TSY0i,TSZ0i）、ドリフト値参照用RSミラー２５の曲率中心近傍の位置座標(RSX0i,RSY0i,RSZ0i)を計測する。
【００４２】
位置座標の計測では両点に近い位置にミラーを配置して、干渉測長器等により該ミラー位置を計測する。両点から離れた位置に配置されたミラーで測長を行う場合にはTSレンズ、RSミラーの姿勢（ピッチング、ヨーイング、ローリング）を測定して測長点と理想測長点の距離の補正を行うことが可能である。
【００４３】
本実施形態では測距装置１８−２３として干渉測長器を用い、ドリフト値参照光学系とその他の測定点用の光学系を各々独立に測長する配置を取っている。該配置の測長値の差分により測定点用の光学系は常にドリフト値参照用光学系との相対値として表わすことができ、測定点用光学系の可動ステージのドリフトの影響を低減する事が可能になる。従って、基準像点を測定するドリフト値参照様光学系による測定は頻繁に、即ち他の測定点より多数回測定が行われることになる。
【００４４】
次に本発明によるディストーション及び像面湾曲の測定の詳細について説明する。
ドリフト値参照用のTSレンズ２４、RSミラー２５は基準点である光軸上像点及び光軸上物点に固定されている。この状態で第ｉ番目の測定点にRSミラー９及びTSレンズ１０を移動する。移動はTSレンズの後側焦点とRSミラーの曲率中心がほぼ共役関係を満たす座標を目標として行われる。目標とする座標は原点に配置されたドリフト値参照用RSミラー２５、TSレンズ２４に対する相対座標として設定する。
【００４５】
続いてこの第ｉ番目の測定点において透過波面の測定を行うと同時に、TSレンズ後側焦点、RSミラー曲率中心、ドリフト値参照用TSレンズ後側焦点、ドリフト値参照用RSミラー曲率中心の位置座標を計測する。ドリフト値参照用の基準点から得られる透過波面を透過波面1、第i番目の測定点から得られる透過波面を透過波面２とする。
【００４６】
次に、測定した透過波面のティルト成分、デフォーカス成分を計算する。両成分は、透過波面データをZernike多項式で最小自乗法等によりフィッティングして求めることができる。計算は透過波面1、2の両方について行われる。
【００４７】
測定された透過波面１、２のティルト成分とTSレンズ１０の座標測定値(TSXi,TSYi)、RSミラー９の座標測定値(RSXi,RSYi)、ドリフト値参照用TSレンズ２４の座標測定値(TSX0i,TSY0i)、ドリフト値参照用RSミラー２５の座標測定値(RSX0i,RSY0i)から、次式により理想結像位置と実際の結像位置とのｘ方向とｙ方向の誤差量（DXi,DYi）、即ちディストーションが計算される。
DXi＝(TSXi−(TSX0i−TSX01)) −β(RSXi−(RSX0i−RSX01))+ΔTSXi
DYi＝(TSYi−(TSY0i−TSY01)) −β(RSYi−(RSY0i−RSY01))+ΔTSYi
ここでTSX01,TSY01及びRSX01,RSY01は第１番目の測定時のドリフト値参照用TSレンズ、RSミラーの測定座標、ΔTSXi,ΔTSYiは測定波面のＸ，Ｙ方向のティルト成分から得られるTSレンズの位置座標の補正量で次式により与えられる。
ΔTSXi＝−(TiltXi−(TiltX0i−TiltX01))λ/NA/2
ΔTSYi＝−(TiltYi−(TiltY0i−TiltY01))λ/NA/2
ここで、TilitX0i,TiltY0i,TiltXi,TiltYiは第ｉ番目の測定波面１，２から得られた基準像点及び測定像点におけるX,Y方向のティルト成分、TilitX01,TiltY01は第１番目の測定における基準像点（ドリフト値参照用TSレンズ２４、RSミラー２５位置）におけるX,Y方向のティルト成分で、λは波長、NAは被検レンズ５の像面側の開口数、βは理想倍率、ｉは測定点の位置を表す番号である。
【００４８】
第ｉ番目の測定点の像面位置DZ(Xi,Yi)は透過波面１、2のデフォーカス成分及びTSレンズ焦点、RSミラー曲率中心のＺ座標により次式で表される。
DZ(Xi,Yi)＝TSZ(Xi,Yi)−TSZ(X0i,Y0i)＋β(RSZ(Xi,Yi)−RSZ(X0i,Y0i))＋DZ0(Xi,Yi)−DZ0(X0i,Y0i)
ここでDZ0(X0i,Y0i),DZ0(Xi,Yi)は、透過波面１、２から得られたデフォーカス成分、TSZ(Xi,Yi),RSZ(Xi,Yi)は、点（Xi,Yi）におけるTSレンズ焦点、RSミラー曲率中心、TSZ(X0i,Y0i),RSZ(X0i,Y0i)はドリフト値参照用TSレンズ後側焦点、ドリフト値参照用RSミラー曲率中心の位置座標の計測値である。測定波面からのデフォーカス成分は、測定波面にデフォーカス成分に相当する球面成分を付与した状態で物理光学的にコントラスト値を演算して計算し、最もコントラストの良いデフォーカス位置を点（Xi,Yi）における像点とする等の方法で求めることができる。
【００４９】
第ｉ番目の測定点に対する測定は以上で完了する。次に測定点がある場合は次の測定位置へTSレンズ１０、RSミラー９を移動し、再度、透過波面測定からの過程を実行する。
【００５０】
最後の測定位置における測定が終了すると、各測定点における理想結像点と実際の結像位置との誤差量(DXi,DYi)、及び焦点面DZ(Xi,Yi)を総合して、被検レンズの画角内におけるディストーション分布及び像面湾曲を透過波面まで考慮した状態で得ることができる。
【００５１】
本実施形態では、干渉測長計を配置して可動ステージのドリフトを抑え、その他の要因によるドリフトの効果は軸上波面を常時モニターして補正し、高精度なディストーション、像面湾曲の測定を可能とした。
【００５２】
本発明の実施形態２は実施形態１ディストーション、像面湾曲の経時変化を補正するもので、構成は従来の測定法２と同一である。
【００５３】
被検レンズ画角内の像面湾曲及びディストーション分布を決定するには画角内の複数の像点でディストーション、焦点面を測定する必要がある。本実施形態では該複数像点の測定中に基準像点となる軸上像点の測定を多数回行い、基準像点におけるディストーション、焦点面の変化量から、その他の測定点における経時変化成分を算出して補正を行うことを特徴としている。
第ｉ番目の測定点(Xi,Yi)に対し、その直前の基準点の測定を第i−a番目、直後の基準像点の測定をi＋b番目の測定点の時に行ったとすると、第ｉ番目の経時変化量補正後のディストーションは次式で得られる。
DXdc(Xi,Yi)＝DX(Xi,Yi)−(DX0(i+b)−DX0(i −a))a/(a+b)−(DX0(i −a)−DX0(1))
DYdc(Xi,Yi)＝DY(Xi,Yi)−(DY0(i ＋b)−DY0(i −a))a/(a ＋b)−(DY0(i −a)−DY0(1))
上記補正式は各測定像点における経時変化量を基準像点の経時変化量の直線補間として求めたものである。ここでDXdc(Xi,Yi)、DYdc(Xi,Yi)は経時変化補正後の第ｉ番目の測定点におけるディストーション、DX(Xi,Yi)、DY(Xi,Yi)は第ｉ番目の測定点のディストーション測定値、DX0、DY0は基準像点におけるディストーションで、引数が基準像点における測定が第何番目の測定点と対応しているかを示す。また、引数１は第１番目の測定が基準像点である事を示す。
焦点面の検出に対しても同様の補正が可能である。即ち
DZ(Xi,Yi)＝TSZ(Xi,Yi)−(TSZ0(i ＋b)−(TSZ0(i −a))a/(a ＋b)−(TSZ0(i −a)-TSZ0(1))＋β
(RSZ(Xi,Yi)−(RSZ0(i ＋b)−(RSZ0(i −a))a/(a ＋b)−(RSZ0(i −a)-RSZ0(1)))＋DZ0(Xi,Yi)−(DZ0(i ＋b))−DZ0(i −a))a/(a ＋b)−(DZ0(i −a)-DZ0(1))
ここでDZ(Xi,Yi)は経時変化補正後の第ｉ番目の測定点におけるデフォーカス成分、TSZ(Xi,Yi)、RSZ(Xi,Yi)は第i番目の測定点におけるTSレンズ焦点、RSミラー曲率中心位置座標の計測値、TSZ0、RSZ0は基準像点におけるTSレンズ焦点、RSミラー曲率中心位置座標の計測値で、引数が基準像点における測定が第何番目の測定点と対応しているかを示す。DZ0(Xi,Yi)は透過波面から得られたデフォーカス成分である。また、引数１は第1番目の測定が基準像点である事を示し、βは被検レンズの理想結像倍率を表わす。
【００５４】
本実施形態では、各測定像点の経時変化量の補間方法として前後２点の基準像点における経時変化量からの直線補間を用いたが、補間に用いる基準像点数は２点でなくても構わないし、曲線補間を用いることもできる。
【００５５】
以上の補正を全測定点に対して実行すれば、１組のTSレンズ、RSミラーでもディストーション、像面湾曲の経時変化を補正して低減できるため、高精度な測定を行うレンズ性能測定装置を実現することが可能である。
【００５６】
図３は本発明の実施形態３の構成を示した図である。本実施形態では実施形態1において、２組であったTSレンズ、RSミラーを複数組配置し、基準像点に加え複数の測定点を同時に測定することを特徴としている。TSレンズ、RSミラーの数が増加したことに伴い、本構成では各TSレンズ、RSミラーの独立駆動は行わない。
【００５７】
RSミラー群３３の各球面ミラーの曲率中心は、対応するTSレンズ群３２の各レンズの後側焦点と共役関係を満たすように配置される。つまり、第i番目のTSレンズの後側焦点位置座標を光軸上を原点として（(TSXi,TSYi)で表す時、第i番目のRSミラーの曲率中心位置(RSXi,RSYi)は次式で表される。
【００５８】
RSXi＝−TSXi/β
RSYi＝−TSYi/β
ここでβは被検レンズ５の理想結像倍率である。
【００５９】
本実施形態では製造後の各TSレンズの後側焦点位置、RSミラーの曲率中心位置を予め測定しておく。各TSレンズ後側焦点位置の測定は、例えば可動ステージ上に設置されたRSミラーを用い、被検レンズを介さずに、直接各TSレンズに対しフィゾー型干渉計を構成し、RSミラーの位置座標及び測定波面のティルト成分から測定することができる。RSミラー群に関しても同様に可動ステージ上にTSレンズを設置して曲率中心位置が測定可能である。
【００６０】
測定時、及び測定完了後の各測定点のディストーション、焦点面の算出法は実施形態１と全く同様であるが、本実施形態では複数の測定点を同時に測定できるため、ステージのドリフト、環境の変化等の影響が低下し、測定時間を飛躍的に短縮することができる。
【００６１】
図４は本発明の実施形態４の構成を示したもので、実施形態２のRSミラー群を、平面ミラー３４へ変更したものである。
【００６２】
平面ミラー３４は被検レンズ５の像面上に配置される。測定のため、被検レンズ５は片側テレセントリッタ或いは両側テレセントリックである必要がある。片側テレセントリッタの場合にはTSレンズの主光線と被検レンズの主光線を一致させる必要があるため、例えばTSレンズを傾けて対処する。
【００６３】
RSミラーを平面ミラーへ変更すると構成は簡単になるが、被検レンズの透過波面のうちの回転対称成分のみしか算出可能できない。従って、本実施形態ではディストーションの測定は行うことはできない。しかしながらRSミラー群の製作に伴う困難さ無しで、複数測定点に村し同時に焦点面測定を行えることが、本実施形態の利点である。なお、焦点面の算出法は従来の測定法２と同様である。
図５は本発明の実施形態５を示すものである。本実施形態は被検レンズとなる投影光学系を有する投影露光装置に本レンズ性能測定装置を配置したもので、投影露光装置本体上において投影光学系のディストーション、像面湾曲の高精度な測定を可能としたものである。
【００６４】
図５において、エキシマレーザー等の露光光源４３から射出した光束はビーム整形光学系４４により光軸に対して対称なビーム形状に変換され、光路切替ミラー45に導光される。光路切替ミラー４５は通常露光時には光路外に退避し、照明光学系４７に光を導く。即ち、ビーム整形光学系４４を射出した光束はインコヒーレント化ユニット４６に入射し、可干渉性を低下させた後、照明光学系４７を透過しレチクル面５６を照明する。レチクルを照明した光は被検レンズである投影光学系5を介し、レチクル面５６上のパターンをウェハー面５７に投影する。
【００６５】
この時ウェハーチャック５８は投影光学系５の画角内に配置されている。
【００６６】
光路切替ミラー４５によって導かれる干渉計の構成について次に説明する。
【００６７】
レンズ性能を測定する時、ビーム整形光学系４４を射出した光束は光路中に挿入された光路切替ミラー４５により反射され、引き回し光学系４８を透過して集光レンズ４９に入射する。集光レンズ４９の焦点近傍にはピンホール５０が配置され、ピンホール５０を通過した光来はコリメータレンズ５１で再び平行光に変換される。ピンホール５０の径は集光レンズ４９の開口数から決定する回折限界程度に設定し、光束の横モードを整える。コリメータレンズ５１から射出した平行光はハーフミラー５２により２つに分岐される。本実施形態では、ハーフミラーにより反射された光束をドリフト値参照用光学系、透過した光束をその他の測定点用の光学系に導いている。
【００６８】
ウェハーチャック５８は測定時、投影光学系の画角外へ移動し、代わりにRSミラー９及びドリフト値参照用RSミラー２５が画角内に挿入される。
ドリフト値参照用光学系ではハーフミラー５２により反射した光束がコリメータレンズ５４へ導光される。コリメータレンズ５４の後側焦点はレチクル面５６とほぼ一致するように配置される。従って、コリメータレンズ５４により集光された光束は、投影光学系５によりウェハー面５７近傍に再び集光する。ウェハーステージ５９上に固定されたドリフト値参照用RSミラー２５の曲率中心の位置はコリメータレンズ５４の焦点位置の投影光学系５に関する共役点とほぼ一致するように配置される。ドリフト値参照用RSミラー25で反射された光束は来たときとほぼ同一の光路を戻り再びハーフミラー５２へ入射する。
【００６９】
ハーフミラー５２に入射するドリフト値参照用光学系（コリメーターレンズ５４、ドリフト値参照用RSミラー２５等）を通過した光束は、ハーフミラー５２を透過し干渉計本体６６中のハーフミラー６０へ入射する。
【００７０】
一方、測定点用光学系では、ハーフミラー５２を透過した光束がハーフミラー５３で反射され、コリメータレンズ５５へ導光される。コリメータレンズ５５はXYZ可動ステージ上に設置され、集光点が投影光学系５の画角内にあり、レチクル面５６近傍の任意の物点への移動を可能としている。コリメータレンズ５５への導光方法は実施形態１と同一の方法が採用可能である。コリメータレンズ５５の後側焦点は投影光学系５のレチクル面５６とほぼ一致しており、RSミラー９の曲率中心はコリメータレンズ５５の焦点位置の投影光学系５に関する共役点にほぼ一致するように配置される。従って、コリメータレンズ５５により集光された光束は投影光学系５により再びウェハー面５７上に集光され、ウェハーステージ５９上に固定されたXYZ可動ステージ６６上に設置されたRSミラー９により反射され、来たときとほぼ同一な光路を戻ってハーフミラー５３へ入射する。
【００７１】
次に、干渉計本体６６内の構成について説明する。
【００７２】
ハーフミラー６０へ入射した光束は２本の光束へと分岐される。ハーフミラー６０で反射された光束（以後光束Ａと称す）は平面ミラー６１で反射されビームエキスパンダー６７によりビーム径を拡大された後、ハーフミラー６４を透過する。ハーフミラー６０を透過した光束（以後光束Ｂと称す）はピェゾ素子等による可動ステージ６３上に設置された平面ミラー６２により反射されハーフミラー６４へと入射する。光束Ｂはハーフミラー６４で反射されて、光束Ａとほぼ同一な光路を占める。なお、ハーフミラー６０で分岐し、再びハーフミラー６４でほぼ同一な光路となるまでの光束Ａ、光束Ｂの光路長差は露光光源４３の可干渉距離の範囲内で一致させておく。CCDカメラ６５上で観測されるのは光束Ａと、光束Ａに対し横ずれした光束Ｂによる干渉縞である。
【００７３】
観察された干渉縞は、投影光学系５とその他の途中光学系の和を持つ波面収差の光束Ａと光束Ｂの光軸を中心とした動径方向に対する微分値である。これを積分した後、途中光学系による波面収差及び形状誤差を減算すれば投影光学系５の波面収差を求めることができる。波面の算出方には可動ステージ６３を波長程度可動させるフリンジスキャン法を用いることもできる。途中光学系による波面収差及び形状誤差については予め別の干渉計で測定しておくか、あるいはシステムエラー測定法を適用することができる。システムエラー測定法はコリメーターレンズ５４の下にRSミラー２５を配置し、０度、１８０度及び頂点反射の３つの状態で波面収差を測定した結果を演算して、途中光学系による波面収差を求める方法である。
【００７４】
その他測定点用光学系（コリメーターレンズ５５、RSミラー９等）を通過した波面についても、同様な干渉計で波面測定が可能である。
【００７５】
ドリフト値を参照する基準像点、及びその他測定点における波面測定と同時に、上記コリメーターレンズ３４，５５の後側焦点、RSミラー９，２５の曲率中心の位置座標が実施形態１と同様な方法で測定される。
【００７６】
上記波面データ、位置座標からのディストーション、像面湾曲の測定方法は実施形態１と同様である。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の結像光学系性能測定方法及び装置は、測定時に問題となるドリフト等の経時変化の影響を補正することを可能とした。本発明は従来のレンズ評価における露光・現像処理の様な手間がかかって複雑な複数回の処理を必要とせず、且つ従来の干渉計法で問題であったような可動ステージのドリフトや環境変化等の影響を受けずに、自動的で容易且つ高精度に、被検レンズの性能を測定することを可能とした。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態１の構成図、
【図２】  本発明の実施形態２の干渉測長計の構成図、
【図３】  本発明の実施形態３の構成図、
【図４】  本発明の実施形態４の構成図、
【図５】  本発明の実施形態５の構成図、
【図６】  従来の測定法１を示す図、
【図７】  従来の測定法２を示す図
【符号の説明】
１  基準パターン
２  基準サンプル
３  感光体
４  固定ステージ
５  被検レンズ
６  RSミラー駆動Ｙステージ
７  RSミラー駆動Ｘステージ
８  RSミラー駆動ｚステージ
９  RSミラー
１０  TSレンズ
１１  ミラー
１２  TSレンズ駆動Zステージ
１３TSレンズ駆動Ｘステージ
１４  TSレンズ駆動Ｙステージ
１５  基盤
１６  干渉計本体
１７  ホストコンピュータ
１８  RS駆動Ｙステージ位置計測用測長器
１９  RS  駆動Ｘステージ位置計測用測長器
２０  RS駆動Zステージ位置計測用測長器
２１  TS駆動Zステージ位置計測用測長器
２２  TS駆動Ｘステージ位置計測用測長器
２３  TS駆動Ｙステージ位置計測用測長器
２４  ドリフト値参照用TSレンズ
２５  ドリフト値参府用RSミラー
２６  ドリフト値参照用TSZ位置計測用測長器
２７  ドリフト値参府用TSY位置計潤用測長器
２８  ドリフト値参照用TSX位置計測用測長器
２９  ドリフト値参照用RSZ位置計測用測長器
３０  ドリフト値参照用RSX位置計測用測長器
３１  ドリフト値参照用RSY位置計測用測長器
３２  TSレンズ群
３３  RSミラー群
３４  平面ミラー
４３  露光光源
４４  ビーム整形光学系
４５  光路切替ミラー
４６  インコヒーレント化ユニット
４７  照明光学系
４８  引き回し光学系
４９  集光レンズ
５０  ピンホール
５１  コリメーターレンズ
５２  ハーフミラー
５３  ハーフミラー
５４  コリメーターレンズ
５５  コリメーターレンズ
５６  レチクル面
５７  ウェハー面
５８  ウェハーチャック
５９  ウェハーステージ
６０  ハーフミラー
６１  平面ミラー
６２  平面ミラー
６３  可動ステージ
６４  ハーフミラー
６５  CCDカメラ
６６  RSミラー駆動XYZステージ
６７  ビームエキスパンダー
６８  TS駆動γステージ
６９  TS駆動θステージ
７０  RS駆動γステージ
７１  RS駆動θステージ
【図１】
0003728187.tif 000002
【図２】
0003728187.tif 000003
【図３】
0003728187.tif 000004
【図４】
0003728187.tif 000005
【図５】
0003728187.tif 000006
【図６】
0003728187.tif 000007
【図７】
0003728187.tif 000008