(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定光学系を通過した光束の波面を測定する干渉装置において、
光源からの光束を２光束に分離して、該２光束に前記光源からの光束の可干渉距離以上の光路長差を付与した後に結合する光路長差付与手段と、
前記光路長差付与手段からの光束のうち、フィゾーレンズのフィゾー面を透過して前記被測定光学系を通過した光束と前記フィゾー面で反射した光束と、を干渉させて干渉パターンを生じさせるフィゾー干渉計と、
前記光路長差付与部と前記フィゾー干渉計の間に配置され、前記光路長差付与部において前記２光束間に発生した波面の差異を低減するための空間フィルターと、を備え、
前記光路長付与手段で付与される光路長差と、前記フィゾー面を透過した光束と前記フィゾー面を反射した光束との光路長差との差が、前記可干渉距離以下になるように構成されており、
前記空間フィルターは、ピンホールと、前記光路長差付与手段からの光束を該ピンホール上に集光する凸レンズと、該ピンホールからの光束を前記フィゾー干渉計へ導く凸レンズと、を有する
ことを特徴とする干渉装置。
【請求項２】
前記光路長差付与部で付与される光路長差をΔＤ、前記可干渉距離をΔＬ、前記フィゾー面を透過した光束と前記フィゾー面を反射した光束との光路長差をΔＦとするとき、
ΔＬ＜ΔＤ
｜ΔＤ−ΔＦ｜＜ΔＬ
を満足するように構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の干渉装置。
【請求項３】
前記ピンホールの直径は、エアリーディスクの直径の１／２程度である
ことを特徴とする請求項１記載の干渉装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項記載の干渉装置を備える
ことを特徴とする露光装置。
【請求項５】
光源からの光束で原版を照明する照明光学系と、前記原版のパターン像を感光基板上へ投影する投影光学系と、を備える露光装置において、
前記投影光学系を通過した光束の波面を測定する干渉装置を備え、
前記干渉装置は、
前記光源からの光束を２光束に分離して、該２光束に前記光源からの光束の可干渉距離以上の光路長差を付与した後に結合する光路長差付与手段と、
前記光路長差付与手段からの光束のうち、フィゾーレンズのフィゾー面を透過して前記投影光学系を通過した光束と前記フィゾー面で反射した光束と、を干渉させて干渉パターンを生じさせるフィゾー干渉計と、
前記光路長差付与部と前記フィゾー干渉計の間に配置され、前記光路長差付与部において前記２光束間に発生した波面の差異を低減するための空間フィルターと、を有し、
前記光路長付与手段で付与される光路長差と、前記フィゾー面を透過した光束と前記フィゾー面を反射した光束との光路長差との差が、前記可干渉距離以下になるように構成されており、
前記空間フィルターは、ピンホールと、前記光路長差付与手段からの光束を該ピンホール上に集光する凸レンズと、該ピンホールからの光束を前記フィゾー干渉計へ導く凸レンズと、を含む
ことを特徴とする露光装置。
【請求項６】
前記フィゾーレンズは、移動ステージ上に設置され、前記照明光学系からの光束を遮らないように退避可能である
ことを特徴とする請求項５記載の露光装置。
【請求項７】
前記干渉装置は、前記フィゾー面を透過して前記投影光学系を通過した光束を反射するミラーを有し、
前記ミラーは、前記感光基板を移動させる基板ステージ上の前記感光基板を載置する基板チャックの近傍に設置されている
ことを特徴とする請求項５または６記載の露光装置。
【請求項８】
前記基板ステージは、前記フィゾー面の曲率中心の位置と前記ミラーの曲率中心の位置とが前記投影光学系に関して共役になるように前記ミラーを移動させ、前記干渉装置は、前記投影光学系の任意の像高で前記投影光学系を通過した光束の波面を計測可能である
ことを特徴とする請求項７記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、干渉装置及びそれを搭載した露光装置に関し，特に半導体素子製造用の露光装置で用いている投影レンズの波面収差測定機のように被測定物として、その光路長が長く、その上、測定に使用できる光線の波長が限定されながら高精度の波面測定が要求され、しかも投影レンズの波面収差を装置に搭載した状態で測定することが要求される装置に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より半導体素子製造用の露光装置に用いている投影レンズの透過波面を測定する場合は、高精度測定を期すために参照光と被検光の光路の大部分が一致するフィゾー型の干渉計が多く用いられている。フィゾー型干渉計による波面測定ではフィゾー面と反射参照ミラー面の間に被測定物としてのレンズ(投影レンズ）を設置し、これら２面で反射した２光束の干渉を利用して被測定物の透過波面を測定している。したがってフィゾー型干渉計で用いる光源はフィゾー面と反射参照ミラー面間の光路長の２倍以上の可干渉距離を持った光束を発するものでなければならない。その上、波面測定に使う光束の波長と実際に半導体露光装置に使用する露光光の波長は同一または非常に近いものでなければならない。例えば露光光としてＧ線（４３５ｎｍ）を用いる投影レンズの波面収差の測定には波長４４２ｎｍの光を放射するＨｅＣｄレーザ、露光光としてｉ線（３６５ｎｍ）を用いる投影レンズの波面収差の測定には波長３６４ｎｍの光を放射するＡｒイオンレーザ、露光光としてＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）を用いる投影レンズの波面収差の測定には波長２４８ｎｍの光を放射するＡｒイオンレーザの第２高調波が利用できた。ところが露光波長が１９３ｎｍであるＡｒＦエキシマレーザを用いる投影レンズの波面収差の測定には、同波長でかつ可干渉距離の長い干渉計用の光源が現在利用できないため、フィゾー型の干渉計を構成することができなかった。そのため波面収差の測定として参照光と被検光の光路長を等しくすることによって光源の可干渉距離が短くても測定できるトワイマングリーン型の干渉計を使わざるを得なかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年半導体素子(半導体デバイス)のパターンがより微細化するにしたがって投影レンズの光学性能の要求もますます高度になっている。そして、それに伴ってレンズ測定用の干渉計にも高い精度の測定が要求されると同時に、投影レンズには非常に高度な光学性能を維持することが要求されている。このため半導体露光装置に搭載した状態で投影レンズの透過波面測定に対する要求も生じている。しかしながらトワイマングリーン型の干渉計では参照光と被検光が各々異なった光路を通るため、外乱による影響を受けやすいという欠点がある。この上に、参照光路が必要なため干渉計のサイズが大きくなり半導体露光装置に搭載することは容易ではない。
【０００４】
本発明は可干渉距離の短い光を放射する光源を用いても投影レンズの波面収差を高精度で測定ができるフィゾー型の干渉装置及びそれを搭載した露光装置の提供を目的とする。この他本発明はフィゾー型の干渉計を装備し、投影レンズを搭載した状態で該投影レンズの透過波面の測定を可能にした露光装置の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の干渉装置は、被測定光学系を通過した光束の波面を測定する干渉装置において、
光源からの光束を２光束に分離して、該２光束に前記光源からの光束の可干渉距離以上の光路長差を付与した後に結合する光路長差付与手段と、
前記光路長差付与手段からの光束のうち、フィゾーレンズのフィゾー面を透過して前記被測定光学系を通過した光束と前記フィゾー面で反射した光束と、を干渉させて干渉パターンを生じさせるフィゾー干渉計と、
前記光路長差付与部と前記フィゾー干渉計の間に配置され、前記光路長差付与部において前記２光束間に発生した波面の差異を低減するための空間フィルターと、を備え、
前記光路長付与手段で付与される光路長差と、前記フィゾー面を透過した光束と前記フィゾー面を反射した光束との光路長差との差が、前記可干渉距離以下になるように構成されており、
前記空間フィルターは、ピンホールと、前記光路長差付与手段からの光束を該ピンホール上に集光する凸レンズと、該ピンホールからの光束を前記フィゾー干渉計へ導く凸レンズと、を有する
ことを特徴としている。
【０００６】
請求項２の発明は請求項１の発明において、前記光路長差付与部で付与される光路長差をΔＤ、前記可干渉距離をΔＬ、前記フィゾー面を透過した光束と前記フィゾー面を反射した光束との光路長差をΔＦとするとき、
ΔＬ＜ΔＤ
｜ΔＤ−ΔＦ｜＜ΔＬ
を満足するように構成されている
ことを特徴としている。
【０００７】
請求項３の発明は請求項１の発明において、前記ピンホールの直径は、エアリーディスクの直径の１／２程度である
ことを特徴としている。
【０００８】
請求項４の発明の露光装置は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の干渉装置を備える
ことを特徴としている。
【０００９】
請求項５の発明の露光装置は、光源からの光束で原版を照明する照明光学系と、前記原版のパターン像を感光基板上へ投影する投影光学系と、を備える露光装置において、
前記投影光学系を通過した光束の波面を測定する干渉装置を備え、
前記干渉装置は、
前記光源からの光束を２光束に分離して、該２光束に前記光源からの光束の可干渉距離以上の光路長差を付与した後に結合する光路長差付与手段と、
前記光路長差付与手段からの光束のうち、フィゾーレンズのフィゾー面を透過して前記投影光学系を通過した光束と前記フィゾー面で反射した光束と、を干渉させて干渉パターンを生じさせるフィゾー干渉計と、
前記光路長差付与部と前記フィゾー干渉計の間に配置され、前記光路長差付与部において前記２光束間に発生した波面の差異を低減するための空間フィルターと、を有し、
前記光路長付与手段で付与される光路長差と、前記フィゾー面を透過した光束と前記フィゾー面を反射した光束との光路長差との差が、前記可干渉距離以下になるように構成されており、
前記空間フィルターは、ピンホールと、前記光路長差付与手段からの光束を該ピンホール上に集光する凸レンズと、該ピンホールからの光束を前記フィゾー干渉計へ導く凸レンズと、を含む
ことを特徴としている。
請求項６の発明は請求項５の発明において、前記フィゾーレンズは、移動ステージ上に設置され、前記照明光学系からの光束を遮らないように退避可能である
ことを特徴としている。
請求項７の発明は請求項５または６の発明において、前記干渉装置は、前記フィゾー面を透過して前記投影光学系を通過した光束を反射するミラーを有し、
前記ミラーは、前記感光基板を移動させる基板ステージ上の前記感光基板を載置する基板チャックの近傍に設置されている
ことを特徴としている。
請求項８の発明は請求項７の発明において、前記基板ステージは、前記フィゾー面の曲率中心の位置と前記ミラーの曲率中心の位置とが前記投影光学系に関して共役になるように前記ミラーを移動させ、前記干渉装置は、前記投影光学系の任意の像高で前記投影光学系を通過した光束の波面を計測可能である
ことを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の干渉装置の要部概略図である。図１において光源であるレーザ１から発した光束Lは光路長差付与部１０１に入射する。光路長差付与部１０１で光束Ｌはビームスプリッタ２によりミラー３に向かう光束Ｌ１とミラー４に向かう光束Ｌ２に分離される。光束Ｌ１，(Ｌ２)はミラー３、（４）で反射後、ビームスプリッタ２に戻る。ビームスプリッタ２とミラー３との距離はビームスプリッタ２とミラー４との距離より後述のフィゾー面１０と反射参照ミラー１２間の光路長Ｄだけ長くなるよう設置してある。したがってビームスプリッタ２を透過した光束Ｌ１と反射した光束Ｌ２は共に凸レンズ５に向かうが光束L２は光束Ｌ１に対し光路長２Ｄだけ進んでいる。凸レンズ５とピンホール６そして凸レンズ７は単一の球面波を形成する空間フィルター１０２の一要素を構成しており、凸レンズ５の焦点位置にピンホール６が設置されている。ピンホール６の直径をエアリーディスク直径のより小さく、例えば１／２程度にすればピンホール６からの射出光は略球面波とみなすことができ、光路長差付与部１０１で生じた光束Ｌ１と光束Ｌ２の波面の差異を除去することができる。ここでピンホール６の代わりにシングルモード光ファイバーを用いても同様の効果が得られる。ピンホール6を射出した光束Ｌ１、Ｌ２は凸レンズ７で平行光束にされた後、ビームスプリッタ８に入射し、そこで反射され最終面がフィゾー面１０となっているフィゾーレンズ９に入射する。光束Ｌ１，Ｌ２ともにフィゾー面１０で一部は反射し光束Ｌ１ｒ，Ｌ２ｒとなってビームスプリッタ８に向かい、残りはフィゾー面１０を透過して光束Ｌ１ｔ，Ｌ２ｔとなって被測定レンズ（被測定光学系）１１を透過し、反射参照ミラー１２で反射し、再度、被測定レンズ１１とフィゾーレンズ９を透過してビームスプリッタ８に向かう。これら光束Ｌ１ｒ，Ｌ２ｒ，Ｌ１ｔ，Ｌ２ｔのビームスプリッタ８における透過光が結像レンズ１３を経てカメラ１４に達する。結像レンズ１３は被測定レンズ１１の射出瞳とカメラ１４が共役になるように設計および配置されており、これによって被測定レンズ１１の瞳がカメラ１４上に結像される。
【００１１】
尚、各要素８〜１６はフィゾー干渉計１０３の一要素を構成している。
【００１２】
本実施形態では、フィゾー面１０で反射した２光束Ｌ１ｒ，Ｌ２ｒのうち光路長差付与部１０１で長い光路を伝搬した光束Ｌ１ｒと、反射参照ミラー１２で反射した２光束Ｌ１ｔ，Ｌ２ｔのうち光路長差付与部で短い光路を伝搬した光束Ｌ２ｔの光路長差(Ｌ１ｒ−Ｌ２ｔ)が光源１の可干渉距離ΔＬ以内となるようにしている。したがって、これらの２光束Ｌ１ｒ，Ｌ２ｔは互いに干渉するので、フィゾー面１０と反射参照ミラー１２の間に設置された被測定レンズ１１の波面測定が可能になる。また光路長差付与部１０１における光路長差ΔＤ＝２（Ｌ1−Ｌ２）は光源の可干渉距離ΔＬ以上となるようにしているので、即ちΔＬ＜ΔＤなので上記以外の光束が干渉することによって波面測定に悪影響を及ぼすことはない。さらに、たとえ光路長差付与部で分離している間に２光束が互いに異なる波面を持つようになったとしても、両光がフィゾー面に入射するまえに空間フィルターを通過することによって同一波面を持つことなり、干渉測定の精度が悪化することはない。
【００１３】
尚、以上の各部材の光学配置は光路長差付与部１０１による２光束Ｌ１，Ｌ２間の光路長差をΔＤ（２Ｄ）、光源1の可干渉距離をΔＬ，フィゾー干渉計の光路長差(フィゾー面10と参照面12との間の光路長の２倍)をΔＦとしたとき
ΔＬ＜ΔＤ
｜ΔＤ−ΔＦ｜＜ΔＬ
を満足するようになっている。
【００１４】
本実施形態ではカメラ１４に達した光束Ｌ１ｒ，Ｌ２ｒ，Ｌ１ｔ，Ｌ２ｔのうち、光束Ｌ２ｔと光束Ｌ１ｒはレーザ１からカメラ１４までの光路長差が可干渉距離以内なのでカメラ１４上で干渉し、しかも光束Ｌ２ｔは被測定レンズ１１を通っているのに対し光束Ｌ１ｒは通っていないので、この結果、生じた干渉パターンは被測定レンズ１１の射出瞳上での波面形状を表している。
【００１５】
一方、光束Ｌ１ｒと光束Ｌ２ｔは他の光束Ｌ２ｒ、Ｌ１ｔと可干渉距離以上の光路長差があるので、どの光束とも干渉することなく、したがって光束Ｌ２ｔと光束Ｌ１ｒによる干渉パターンを乱すことはない。反射参照ミラー１２はコンピュータ１６で制御されたピエゾ駆動ユニット１５により光軸方向に変位を与えることができる。コンピュータ１６では、反射参照ミラー１２を変位させながらカメラ１４で撮影した画像出力を位相スキャン法としてよく知られた方法を使って処理することにより、被測定レンズ１１の透過波面を計算している。もちろん、ピエゾ駆動ユニット１５で変位を与えるのはフィゾーレンズ９あるいはミラー３またはミラー４であってもよい。
【００１６】
以上のように本実施形態の干渉装置は光源であるレーザ1から放射された光束を2光束に分離・再結合するためのビームスプリッタと２光束が分離している間の光路長差が光源の可干渉距離以上でかつフィゾー干渉計の光路長(干渉計を構成しているフィゾー面と反射参照ミラー間の光路長の２倍)との差が光源の可干渉距離以内になるように配置されたミラーからなる光路長差付与部と，該光路長差付与部を透過した２光束がフィゾー面に入射する前に，2光束の波面が同一になるよう設置された空間フィルターそしてフィゾー干渉計を有している。
【００１７】
図２は本発明の干渉装置を搭載した半導体露光装置の要部概略図である。光源であるレーザ１はレチクルのパターンをウエハに露光するための露光用と兼用になっている。
【００１８】
図２において投影レンズ（投影光学系）１７が図１の被検レンズ１１に相当している。ここで投影レンズ１７はレチクル(不図示）面上のパターンをウエハ(不図示)（感光基板）面上に投影している。そしてパターンが投影露光されたウエハを公知の現像処理工程を経て半導体デバイスを製造している。
【００１９】
図２においてレーザ１から発した光束Ｌは切り替えミラー１８で反射され順次、光路長差付与部１０１、空間フィルター１０２、ビームスプリッタ１９を通過後、ミラー２０で反射され最終面がフィゾー面１０となっているフィゾーレンズ９に入射する。この後は図１の実施形態と同様にして測定対象となる投影レンズ１７(図１では被測定レンズ１１に相当)の透過波面を計算することができる。フィゾー面１０と反射参照ミラー１２の曲率中心はそれぞれ投影レンズ１７に対するレチクル位置とウエハ位置に一致するよう配置されている。参照ミラー１２はウエハーステージ（基板ステージ）２３上でウエハを載置するウエハーチャック（基板チャック）２４の近傍に設置されており、ウエハーステージ２３を移動させることで投影レンズ１７の最大像高内の任意の像高に参照ミラー１２の曲率中心を一致させることができる。一方、ミラー２０とフィゾーレンズ９はともに移動ステージ２２上に設置されていて移動ステージ２２によりフィゾー面１０の曲率中心を参照ミラー１２の曲率中心の投影レンズ１７に関しての共役位置に移動させることができる。このようにして投影レンズ１７の任意の像高での透過波面の測定を行っている。ここで、切り替えミラー２０は可動であり、ウエハ露光時にはレーザ光路から退避して、光束がレチクルを照明するための照明光学系２１に入射できるようになっている。同様にウエハ露光時には移動ステージ２２の移動によりミラー２０とフィゾーレンズ１０は照明光学系２１からの照明光を遮らないよう退避できる。なお、図２では図１にある結像レンズ１３およびコンピュータ１６の記載を省略してある。またこの実施形態では干渉計用光源は半導体露光用光源との兼用であるが、別途干渉計用の光源を用意してもよい。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば可干渉距離の短い光を放射する光源を用いても投影レンズの波面収差を高精度で測定ができるフィゾー型の干渉装置及びそれを搭載した露光装置を達成することができる。
【００２１】
この他本発明によれば従来より透過波面測定において可干渉距離の長い光源が利用できないために、高精度測定に有利なフィゾー干渉計が構成できなかった場合でも、光路長差付与部と空間フィルターを設けることでフィゾー干渉計による測定を可能としている。また、この干渉装置を装備した露光装置は、投影光学系の搭載状態での透過波面測定を可能としている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の干渉装置の要部概略図
【図２】本発明の干渉装置を搭載した半導体露光装置の要部概略図
【符号の説明】
１  光源であるレーザ
２  ビームスプリッタ
３  ミラー
４  ミラー
５  凸レンズ
６  ピンホール
７  凸レンズ
８  ビームスプリッタ
９  フィゾーレンズ
１０  フィゾー面
１１  被測定レンズ
１２  反射参照ミラー
１３  結像レンズ
１４  カメラ
１５  ピエゾ駆動ユニット
１６  コンピュータ
１７  投影レンズ
１８  可動ミラー
１９  ビームスプリッタ
２０  ミラー
２１  照明光学系
２２  移動ステージ
２３  ウエハーステージ
２４  ウエハーチャック
１０１  光路長差付与部
１０２  空間フィルター
Ｌ レーザ１が発した光束
Ｌ１  光束Lがビームスプリッタ２で分離された光束
Ｌ２  光束Lがビームスプリッタ２で分離された光束
Ｌ１ｒ 光束L1がフィゾー面１０で反射した光束
Ｌ１ｔ 光束L1がフィゾー面１０を透過した光束
Ｌ２ｒ 光束L2がフィゾー面１０で反射した光束
Ｌ２ｔ 光束L2がフィゾー面１０を透過した光束
【図１】
0004478302.tif 000002
【図２】
0004478302.tif 000003