JPH10335207A - 結像特性の測定装置、露光装置及びそれらの方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、投影光学系の結像特性を簡易かつ
高精度に測定することができる。 【解決手段】 光源１からの照明光を照明光学系３を介
してマスク４に照射するとともに、マスクのパターンの
像を投影光学系６により結像する光学系の結像特性の測
定装置において、マスク４には、微小の開口１１が複数
設けられており、微小の開口に対応し、かつ投影光学系
により結像される像の光強度を測定する光強度測定手段
３２を備えた結像特性の測定装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は結像特性の測定装
置、露光装置及び方法、特に半導体素子等の製造に用い
られる露光装置の結像特性測定に適した結像特性の測定
装置、露光装置及び方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子や液晶表示板の製造において
は、リソグラフィー工程等に用いられるステッパ等の露
光装置が不可欠である。露光装置では、照明系からレチ
クル等のマスクに対してケーラ照明が行われ、このレチ
クルを透過した光がさらに投影光学系を通過して、ウェ
ハ面にレチクル像が露光されるようになっている。

【０００３】かかる露光装置では、レチクル像等をウェ
ハ上の微小領域に高精度に投影露光する必要があるた
め、その投影光学系が如何なる結像特性を有するかを調
べることはきわめて重要である。

【０００４】従来、このような測定は、ステージ上に感
光性材料を塗布した測定板を載置し、そのステージ高さ
位置を変更して得られる円形状の感光部分の直径を調べ
ることで行っている。

【０００５】結像特性としては、投影光学系の開口数
（ＮＡ）と、コヒーレンスファクタ（σ）の測定が行わ
れる。この種の投影系では、瞳の有効径内に２次光源面
の像が包含されるような大きさで結像されている。ここ
で、投影光学系の開口数（ＮＡ）は、ステージに載置さ
れるウェハ上の物体面から投影光学系の瞳に対する開口
数を意味しており、ＮＡ＝ｎ・ｓｉｎθ（ここで、ｎは
媒質の屈折率、θは瞳の半径に対して張る角度（最大錐
角θ）である）で与えられる。

【０００６】一方、コヒーレンスファクタσは、レクチ
ルＲがない状態で投影光学系の瞳上に形成される２次光
源面の像の直径（Ｓｉ）と、当該瞳の有効直径（Ｓｐ）
との比（Ｓｉ／Ｓｐ）、すなわちレチクルに対する照明
系の開口数と上記投影光学系の開口数の比である。

【０００７】コヒーレンスファクタσは、照明条件の１
つのファクターとして扱われている。σ値が限りなく零
に近いときのことをコヒーレンス照明と呼び、σ値が１
のときをインコヒーレント照明と呼び、そしてその間の
値のときはパーシャルコヒーレントと呼ぶ。このσ値を
設定するためには、図中の照明系絞りの開口寸法を変更
する方法が最も簡便な方法である。

【０００８】さて、感光性材料を塗布した測定板を用い
て、開口数ＮＡ及びコヒーレンスファクタσを測定する
には、まず、レチクルの位置に拡散板をおいてやれば、
投影光学系の瞳の有効系全体に上記拡散板に拡散された
光が到達し、当該瞳に対応する照射光が上記測定板に到
達する。したがって、ウェハの高さ位置を変えて感光部
分半径を調べれば、上記錐角θが求まり、ＮＡが算出で
きる。

【０００９】一方、レチクル位置に拡散板をおかなけれ
ば、照明系の瞳に対応する像が投影光学系の瞳上に得ら
れることとなり、この像により上記測定板上に到達する
光は、照明系の瞳に対応するものである。したがって、
投影光学系の開口数ＮＡの場合と同様にして照明系の開
口数ＮＡを測定することができ、コヒーレンスファクタ
σが求まる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の結像特性測定方法では、以下のような問題点が
ある。まず、投影光学系の開口数ＮＡの測定を行うため
には測定板に対する感光作業を行う必要があるが、これ
は煩雑な作業である。さらに、コヒーレンスファクタσ
の測定には照明系の開口数を求める必要があるためさら
に同様な感光作業が必要となる。このように、従来の方
法では、一連の結像特性の測定をするのにあたり少なく
とも２回の感光が必要なり、しかも各作業において測定
板の入替、拡散板の挿脱等が必要であり、さらに測定後
の感光部分の測定作業も必要である。また、感光性材料
を用いた場合には、材料の光感度に対する入射光強さの
調整等も必要であり、これを行うには、何度も感光させ
て試行錯誤を繰り返さなければならない。

【００１１】このように、従来の方法では、レチクル上
の１点に対応する投影光学系の結像特性の測定を行うだ
けでも煩雑な作業を繰り返す必要があった。また、近年
デバイスの更なる微細化に伴い、露光領域に対応する露
光可能領域内における結像特性の分布をも考慮する必要
が生じてきている。具体的には、露光光学系の開口数Ｎ
Ａ及びコヒーレンスファクタσが光学系の収差の影響に
より露光領域内の任意の点で異なる場合がある。このと
き、露光されるデバイスパターン寸法が露光領域内の位
置によって異なるという問題が無視できなくなってき
た。したがって、投影光学系による露光可能領域の１点
に対応する結像特性のみならず、露光可能領域の各位置
に対応する結像特性を調べなければならない。

【００１２】しかし、従来の方法では、上述するように
１点の結像特性の測定を行うだけでもきわめて煩雑な作
業を行わなければならず、複数点の結像特性の分布を高
精度かつ効率的に調べること事実上不可能に近い。

【００１３】本発明は、このような実情を考慮してなさ
れたもので、その第１の目的は、投影光学系の結像特性
を簡易かつ高精度に測定することを可能とした結像特性
の測定装置及び方法を提供することにある。

【００１４】第２の目的は、露光可能領域の複数点の投
影光学系の結像特性の分布を簡易かつ高精度に、さらに
効率的に測定することを可能とした結像特性の測定装置
及び方法を提供することにある。

【００１５】第３の目的は、結像特性を自動的にかつ最
適あるいは所望の値となるように調整することを可能と
した露光装置及びその結像特性調整方法を提供すること
になる。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、マスク
面上にピンホールを作成し照明し、結像関係にあるマス
ク・ウェハ面の位置からマスク位置もしくはウェハ面位
置を光軸方向にずらしてピンホール像を観察すると、ピ
ンホールにおける照明光の回折により、ピンホール像の
光強度分布が２段階に分割されたような分布となるの
で、各々の分布の直径方向の大きさを測定することで、
露光装置の投影光学系の開口数（ＮＡ）やコヒーレンス
ファクタ（σ）等を高精度にかつ定量的にできることに
ある。

【００１７】また、上記課題の解決は、より具体的に
は、以下のような解決手段により実現される。まず、請
求項１に対応する発明は、光源からの照明光を照明光学
系を介してマスクに照射するとともに、マスクのパター
ンの像を投影光学系により結像する光学系の結像特性の
測定装置において、マスクには、微小の開口が複数設け
られており、微小の開口に対応し、かつ投影光学系によ
り結像される像の光強度を測定する光強度測定手段を備
えた結像特性の測定装置である。

【００１８】本発明ではこのような手段を設けたので、
露光可能領域の複数点の光学系の結像特性の分布を簡易
かつ高精度に測定することができ、また、一度の測定で
複数開口に対応する各結像特性が一度に測定できること
から効率的な測定とするができる。

【００１９】さらに、請求項２に対応する発明は、請求
項１に対応する発明において、結像される像において、
微小の開口を通過する直接的な照明光と、微小の開口に
て発生しかつ投影光学系を通過する回折光と，に対応し
たそれぞれの光強度分布に基づき、結像特性として投影
光学系の開口数及びコヒーレンスファクタを各微小の開
口に対応して算出する結像特性の測定装置である。

【００２０】本発明ではこのような手段を設けたので、
結像特性として投影光学系の開口数及びコヒーレンスフ
ァクタを得ることができる。また、一度の測定でＮＡ、
σの両方の測定を行うことができ、効率的な測定とする
ことができる。

【００２１】さらにまた、請求項３に対応する発明は、
請求項１又は２に対応する発明において、光強度測定手
段は、光を電気信号に変換する測定手段である結像特性
の測定装置である。

【００２２】本発明ではこのような手段を設けたので、
光強度分布の検出において、そのゲインやレベル調整に
よる調整作業が簡単であり、また、光強度測定時やその
測定後に調整を行うこともできるので、感光性材料を用
いた場合に比べ測定における調整労力を著しく低減させ
ることができる。

【００２３】また、請求項４に対応する発明は、請求項
１〜３に対応する発明において、投影光学系による結像
面の任意の位置を、光強度測定手段により測定可能とな
るように結像対象を移動可能とした移動機構を備えた結
像特性の測定装置である。

【００２４】本発明ではこのように、結像特性の測定を
行う手段が露光領域内の任意の位置で測定できる移動機
構を有することを特徴とする。かかる機構により、露光
領域内の任意の位置での開口数及びコヒーレントファク
タの測定が可能となる。

【００２５】次に、請求項５に対応する発明は、請求項
１〜４のうちいずれか１つに対応する結像特性の測定装
置と、等方形状あるいは非等方形状に絞りを変形し、及
び又は絞りを拡大縮小することにより、投影光学系の結
像特性を変更する絞り機構と、結像特性の測定装置によ
り得られる結像特性が所定範囲になるように、あるいは
有限回の結像特性変更のうち最適な結像特性となるよう
に、絞り機構を制御して投影光学系の結像特性を調整す
る絞調整手段とを備えた露光装置である。

【００２６】本発明ではこのような手段を設けたので、
結像特性を自動的にかつ最適あるいは所望の値となるよ
うに調整することができる。また、絞り形状を等方形状
あるいは非等方形状に絞りを変形できるので、測定され
た結像特性がその結像面内で非等方的に分布する場合で
あっても絞り形状の変形により、結像面内で非等方的に
分布を矯正して面内で均一な結像特性となるように調整
することができる。

【００２７】また、請求項６に対応する発明は、光源か
らの照明光を照明光学系を介してマスクに照射するとと
もに、マスクのパターンの像を投影光学系により結像す
る光学系の結像特性の測定方法において、マスクには、
微小の開口が複数設けられており、この微小の開口に対
応し、かつ投影光学系により結像される像の光強度を測
定することで光学系の結像特性を測定する結像特性の測
定方法である。

【００２８】本発明ではこのような手段を設けたので、
請求項１に対応する発明と同様な作用効果を得ることが
できる。さらに、請求項７に対応する発明は、請求項５
に対応する発明において、結像される像において、微小
の開口を通過する直接的な照明光と、微小の開口にて発
生しかつ投影光学系を通過する回折光と，に対応したそ
れぞれの光強度分布に基づき、結像特性として投影光学
系の開口数及びコヒーレンスファクタを各微小の開口に
対応して算出する結像特性の測定方法である。

【００２９】本発明ではこのような手段を設けたので、
請求項２に対応する発明と同様な作用効果を得ることが
できる。さらにまた、請求項８に対応する発明は、請求
項６又は７に対応する発明において、光強度を、光を電
気信号に変換する手段により測定する結像特性の測定方
法である。

【００３０】本発明ではこのような手段を設けたので、
請求項３に対応する発明と同様な作用効果を得ることが
できる。次に、請求項９に対応する発明は、請求項６〜
８に対応する発明において、像の光強度は、投影光学系
による結像面の任意の位置について測定可能とする結像
特性の測定方法である。

【００３１】本発明ではこのような手段を設けたので、
結像面の任意の位置について結像特性を測定することが
可能となる。一方、請求項１０に対応する発明は、請求
項６〜９のうちいずれかに記載の結像特性の測定方法に
よって得られた結像特性が所定範囲にない場合には、投
影光学系の結像特性を変更する特性変更ステップと、こ
の変更後の投影光学系の新たな結像特性を、請求項６〜
９のうちいずれかに記載の結像特性の測定方法によって
測定する特性測定ステップと、特性変更ステップ及び特
性測定ステップを繰り返し、最終的には、結像特性が所
定範囲となる状態に、あるいはこの繰り返しを有限回行
う中の最適な結像特性となる状態に、投影光学系の結像
特性を調整する特性調整ステップとからなる露光装置の
結像特性調整方法である。本発明ではこのような手段を
設けたので、露光装置の結像特性を自動的にかつ最適あ
るいは所望の値となるように調整することができる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。 （発明の第１の実施の形態）図１は本発明の第１の実施
の形態に係る結像特性の測定装置を適用する投影型露光
装置の一例を示す概略構成図である。

【００３３】この投影型露光装置（ステッパ）において
は、水銀ランプやエキシマレーザ光を光源１とする露光
光が、照明系絞り２等の光量調整部や照度均一化手段等
からなる照明光学系３を通り、レチクル４を均一な照度
でケーラ照明するようになっている。

【００３４】レチクル４には、その一方の面にクロム層
や位相シフト層でパターン５が形成されており、このパ
ターン５を通過した光は両テレセントリックな投影光学
系６に入射し、投影光学系６内で投影光学系絞り７を通
過し、ウェハ８上にレチクル４のパターン像を形成する
ようになっている。

【００３５】ウェハ８上には、図示しない感光性材料が
設けられており、照射された光に対応してその部分が感
光する測定板となっている。また、ウェハ８を載置する
ステージ９はステージ駆動装置１０によって上下方向及
び水平方向に移動可能となっており、例えば距離Ｌ移動
させる等し、複数の高さ位置において照射光の強度分布
が測定できる。

【００３６】本実施形態で使用するレチクル４には、投
影光学系６の結像特性を調べるために、ピンホール１１
が設けられており、また、パターン５は、ピンホール１
１の部分以外の部分において、照明光学系３を通過した
光が遮光されるようなパターンとなっている。

【００３７】また、投影光学系６は、複数のレンズから
なる投影レンズ（対物レンズ）を有している。また、図
１には図示しないが、物体面であるウェハ８に対応して
瞳（投影レンズの瞳）が存在する。

【００３８】ここで、照明系の瞳と投影レンズの瞳との
関係について説明する。本実施形態では、上記したよう
に投影レンズの瞳に２次光源面の像が空中像として結像
するケーラ照明法を採用している。投影レンズの瞳は有
限の直径をもつので、この瞳を通った光だけがウェハ８
へ結像光束となって達する。そのため、投影レンズの瞳
の有効径がその投影レンズのＮＡ（開口数）を決めるこ
とになる。

【００３９】一方、投影レンズの瞳に空中像として結像
される２次光源面の像は、照明系の瞳に対応するもので
ある。したがって、投影レンズの瞳における上記像の大
きさに対応してウェハ８上で照明系のＮＡ（開口数）を
測定することが可能となる。この関係について図２を用
いてさらに詳しく説明する。

【００４０】図２は本実施形態の結像特性の測定装置の
測定原理を説明する図である。同図にしめすように、照
明系の瞳面２１からの照明光は、ピンホール１１により
最大錐角θ１´の広がりをもってレチクル４を通過す
る。このピンホール１１を直接通過した光は明度の高い
光であって、便宜上、直接照明光２２と呼ぶこととす
る。

【００４１】また、照明光はピンホール１１を通過する
際、回折を起こすため明度の低い回折光が投影光学系６
に入射される。この回折光のうち、投影光学系６から射
出する最外位置になる光は、投影光学系の瞳面２４の最
外周を通過する光である。以下、上記回折光のうち、投
影光学系の瞳面２４の最外周より内側を通過する光を回
折光２３という。

【００４２】したがって、ウェハ８に照射される光は、
明度の高い上記直接照明光２２と、明度の低い上記回折
光２３とからなる。ここで、図２に示すように、直接照
明光２２は、ウェハ面に対し最大錐角θ１で入射し、回
折光２３は、同ウェハ面に対し最大錐角θ２に入射す
る。これらに対応するウェハ８上のスポット径が同図に
示す直径ｒ１、ｒ２である。

【００４３】図３は本実施形態における照射光のウェハ
面上の像強度分布を示す図である。同図の照射による像
強度分布は、レクチル４とウェハ８とが互いに結像関係
にあるときに、ウェハ位置８ａを距離Ｌだけずらしてウ
ェハ位置８ｂとしたときのものである。この分布曲線に
おいては、上記回折光２３と、上記直接照明光２２とか
ら形成される光強度が示されている。

【００４４】同図内に示される直径ｒ１及びｒ２を測定
すれば、ｓｉｎθ１＝ｒ１／（２Ｌ）、ｓｉｎθ２＝ｒ
２／（２Ｌ）より、最大錐角θ１及θ２が求まる。ここ
で、回折光２３による強度分布曲線の外側が投影光学系
のＮＡを表しているので、ＮＡ＝ｎ・ｓｉｎθ２より、
投影光学系のＮＡが求まる。一方、強度分布曲線の内側
の明部が照明系のＮＡを示している。実際には、照明系
のＮＡは、ｎ・ｓｉｎθ１´で表わされるが、投影光学
系の特性よりθ１とθ１´の関係がわかるので、投影光
学系の場合と同様にして、照明系のＮＡが求まることに
なる。コヒーレントファクタσは照明系ＮＡと投影光学
系ＮＡの比であるから、これらより求めることができ
る。

【００４５】実際には、両者に対応する適当な閾値レベ
ルを設けることにより、測定板上に感光した各部，内側
の明部及び外部の暗部の大きさを得ることができる。な
お、図２、図３に示した場合は、例示説明のため、レチ
クル４からの光がその中心軸に沿って対象に投射される
場合で説明しているが、本実施形態においては投影光学
系６が両テレセントリックに構成されているので、投影
光学系６内で光軸が上記中心軸からずれるような場合で
も、投影光学系６の結像特性ＮＡ，σの算出について、
上記と同様に考えることができる。

【００４６】上述したように、本発明の実施の形態に係
る結像特性の測定装置及び方法は、レチクル４にピンホ
ール１１を設け、ピンホール１１を通過する直接的な照
明光と、ピンホール１１にて発生しかつ投影光学系６を
通過する回折光と，に対応したそれぞれの光強度分布に
基づき、結像特性を算出するようにしたので、投影光学
系の結像特性を簡易かつ高精度に測定することができ
る。具体的には、従来測定困難であった投影光学系の開
口数及びコヒーレンスファクタを容易に計測することが
できる。

【００４７】また、一度の測定でＮＡ、σの両方の測定
を行うことができ、効率的な測定とすることができる。 （発明の第２の実施の形態）本実施形態は、ウェハを水
平方向に移動させることで露光可能領域内の複数点にお
ける結像特性を効率よく調べるとともに、感光材料によ
る測定でなく、光を電気信号に変換する手段により、結
像特性測定を行う場合について説明する。

【００４８】図４は本発明の第２の実施の形態に係る結
像特性の測定装置を適用する投影型露光装置の一例を示
す概略構成図であり、図１、図２と同一部分には同一符
号を付して説明を省略し、ここでは異なる部分について
のみ述べる。

【００４９】本実施形態の結像特性の測定装置では、レ
チクル４上に設けるピンホール１１を複数とし、図２の
ウェハ位置８ｂにおける光強度分布を感光性材料でな
く、光を電気信号に変換する測定手段を用いた点を除
き、第１の実施形態の場合と同様に構成されている。

【００５０】この結像特性の測定装置においては、ウェ
ハ８条に折り返しミラー３１が設けられ、投影光学系６
からの照射光を該ミラー３１で折り返して強度分布測定
素子３２により測定するようになっている。

【００５１】この強度分布測定素子３２としては、例え
ばＣＣＤカメラやラインセンサカメラが使用可能である
が、本実施形態の場合には、露光可能領域内の２次元的
な結像特性分布を求めようとしているので、ＣＣＤカメ
ラが用いられている。

【００５２】強度分布測定素子３２からの出力は、結像
特性演算部３３に入力され、強度分布測定素子３２によ
って、レチクル４の各ピンホール１１に対応して投影光
学系６の結像特性ＮＡ，σが算出される。

【００５３】また、本実施形態では、ウェハ８上の折り
返しミラー３１及び測定素子３２はウェハ８と平行な方
向に任意に移動できる水平移動機構を備えている。この
移動機構は、具体的には図１に示されるステージ９及び
そのステージ駆動装置１０からなっている。このステー
ジのＸＹ移動により、露光領域内すべての位置で露光光
学系のＮＡ，σが求まることとなる。

【００５４】この結像特性ＮＡ，σに算出するにあた
り、レクチル４と強度分布測定素子３２の受光面とが互
いに結像関係なる位置からウェハ８をずらした場合の各
ピンホール１１に対応する光強度分布は、図３に示す場
合と同様になる。したがって、この光強度分布の出力に
閾値＃１及び閾値＃２を設けてぞれぞれ直径ｒ１及びｒ
２を測定すれば、以下、第１実施形態の場合と同様にし
て投影光学系のＮＡ、σが算出できる。

【００５５】図５は本実施形態における直接照明光によ
る明部及び回折光２３による暗部が強度分布測定素子３
２の受光面上に生じる様子を模式的に示す図である。同
図に示すように、レチクル４上のピンホール１１を２次
元平面上に分布させることで、これに対応する明部３４
及び暗部３５も２次元的に分布し、各々から投影光学系
のＮＡ、σが算出され、露光可能領域内における投影光
学系の２次元的な結像特性分布が一度の測定で容易に求
まることとなる。

【００５６】上述したように、本発明の実施の形態に係
る結像特性の測定装置及び方法は、第１の実施形態と同
様な構成を設けた他、レチクル４上のピンホール１１を
複数としたので、第１の実施形態と同様な効果が得られ
る他、露光可能領域の複数点の光学系の結像特性の分布
を簡易かつ高精度に測定することができる。

【００５７】また、水平移動機構により測定素子を任意
の位置に移動できるため、複数ピンホール１１に対応す
る各結像特性が一度に測定できる。また、光強度分布の
計測にＣＣＤ素子のような電気的に光強度を表せる強度
分布測定素子３２を使用するようにしたので、ゲインや
レベル調整による調整作業が簡単であり、また、光強度
測定時やその測定後に調整を行うこともでき、感光性材
料を用いた場合に比べ測定における調整労力を著しく低
減させることができる。したがって、高精度、定量的か
つ再現性よく結像特性を計測することができる。 （発明の第３の実施の形態）上記各実施形態では、ウェ
ハ８を載置するステージ９を上下に動作させることで、
レクチル４とウェハ８とが互いに結像関係なる位置から
距離Ｌずらすようにしたが、このような光学的な位置ず
らしは、レチクル４を上下動作させることによっても可
能である。本実施形態では、レチクル４を上下動作させ
ることで、投影光学系のＮＡ、σを算出する場合につい
て説明する。

【００５８】図６は本発明の第３の実施の形態に係る結
像特性の測定装置におけるレチクル位置を上下動させる
様子を例示する図であり、図１、図２、図４と同一部分
には同一符号を付して説明を省略し、ここでは異なる部
分についてのみ述べる。

【００５９】同図は、駆動装置４１を設けて、レチクル
４を載せる台４２を上下に駆動できるようにしたもので
ある。投影光学系のＮＡ、σを算出は、第１または第２
実施形態と同様な考え方で行われる。

【００６０】図７は駆動手段によらずレチクル上下位置
を変更する方法について例示する図である。図７（ａ）
は、通常のレチクル４は位置状態を示している。このと
き、レチクル４のパターン５は下側、すなわち投影光学
系６側となっている。

【００６１】図７（ｂ）は、レチクル４をひっくり返
し、パターン５を上側、すなわち照明光学系３側とした
場合である。図７（ａ）のときに、レクチル４とウェハ
８とが互いに結像関係なる位置に調整されていれば、こ
のようにレチクル４をひっくり返すことで、その厚み分
だけ光学的位置をずらすことができる。

【００６２】図７（ｃ）は、レチクル４と台４２との間
にスペーサ４３を入れた場合である。このようなスペー
サ４３を用いることで、その厚み分だけ光学的位置をず
らすことができる。

【００６３】なお、本実施形態の場合も投影光学系６が
両テレセントリックであるので、複数ピンホール１１を
有するレチクル４を上下させても結像特性の測定に特に
問題は生じない。

【００６４】上述したように、本発明の実施の形態に係
る結像特性の測定装置及び方法は、第１又は第２の実施
形態と同様な構成を設けた他、レチクル４と測定位置と
の光学的位置をレチクルの位置を変更することでずらす
ようにしたので、第１又は第２の実施形態と同様な効果
が得られる他、図１のステージ９動作と異なる手段によ
り、結像特性の測定のための光学的位置を変更すること
ができる。 （発明の第４の実施の形態）本実施形態においては、第
１〜第３の実施形態で説明した結像特性の測定装置を利
用した露光装置について説明する。

【００６５】すなわち本実施形態の露光装置は、図４に
示す光を電気信号に変換する手段により測定される結像
特性ＮＡ，σの結果をフィードバックさせつつ、露光装
置の光学特性調整を同時に実行するものであり、また、
この測定されたＮＡ，σ値から最適なＮＡ，σを求める
ものである。

【００６６】本実施形態の露光装置は、図１に示す照明
光学系３及び投影光学系６を含む露光装置本体に、第２
又は第３の実施形態の結像特性の測定装置が設けられた
システムとして構成される。

【００６７】露光装置本体には、照明光学系３及び又は
投影光学系６、あるいはこれらの光学系３，６とは別途
に、結像特性ＮＡ，σを調整するための絞り機構が設け
られている。

【００６８】また、この絞り機構は図４の結像特性演算
部３３の結像特性ＮＡ，σに基づいて絞りの度合いが絞
調整装置によって制御されるようになっている。また、
絞り機構は、その絞りを拡大縮小するのみならず、非等
方的な変形（例えば円形〜楕円形間での変形）をも行え
るようになっている。

【００６９】図８は本発明の第４の実施の形態における
露光装置の絞り機構により絞りが拡大縮小、変形される
様子を示す図である。同図では、絞りの変形パターンと
して円形と楕円形を示しているが、絞り機構は、その他
の形状にも変形可能である。このように非等方的な変形
を行うことでＮＡ，σの面内分布におけるＸＹ差も補正
できるようになっている。

【００７０】また、絞調整装置は、結像特性演算部３３
によるＮＡ，σの面内測定結果に基づき、所定のルール
で絞りを拡大縮小あるいは変形するようになっている。
すなわち各ＮＡ，σについて統計的な処理を行ってＮ
Ａ，σの面内測定結果全体の評価を行い、上記絞りの拡
大縮小あるいは変形を施して、新たなＮＡ，σの評価を
行う。

【００７１】これを繰り返し、新たなＮＡ，σの評価が
高くなる方向へ向けて順次調整を行う。そして、設定範
囲のＮＡ，σ値になるか、所定のパターンの絞り調整を
すべて実行評価したところで、あるいは所定回数の絞り
拡大縮小あるいは変形及び評価を繰り返したところで、
評価作業を終了する。

【００７２】絞調整装置は、最終的に結像特性を評価し
た中で、最もよいＮＡ，σ値となる絞り状態に絞り機構
を調整する。上述したように、本発明の実施の形態に係
る露光装置及びその結像特性調整方法は、第２又は第３
の実施形態と同様な構成を設けた他、露光装置本体に絞
り機構及びこの絞り機構を制御する絞り調整部を設け、
結像特性演算部３３によるＮＡ，σの面内測定結果に基
づき絞り調整を行うようにしたので、露光装置の結像特
性を自動的にかつ最適あるいは所望の値となるように調
整することができる。

【００７３】また、絞り形状を等方形状あるいは非等方
形状に絞りを変形できるので、測定された結像特性がそ
の結像面内で非等方的に分布する場合であっても絞り形
状の変形によって、結像面内で非等方的に分布を矯正し
て面内で均一な結像特性となるように調整することがで
きる。なお、本発明は、上記各実施の形態に限定される
ものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変形す
ることが可能である。

【００７４】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、投
影光学系の結像特性を簡易かつ高精度に測定することを
可能とした結像特性の測定装置及び方法を提供すること
ができる。

【００７５】また、本発明によれば、露光可能領域の複
数点の投影光学系の結像特性の分布を簡易かつ高精度
に、さらに効率的に測定することを可能とした結像特性
の測定装置及び方法を提供することができる。

【００７６】さらに、本発明によれば、結像特性を自動
的にかつ最適あるいは所望の値となるように調整するこ
とができる露光装置及びその結像特性調整方法を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る結像特性の測
定装置を適用する投影型露光装置の一例を示す概略構成
図。

【図２】同実施形態の結像特性の測定装置の測定原理を
説明する図。

【図３】同実施形態における照射光のウェハ面上の像強
度分布を示す図。

【図４】本発明の第２の実施の形態に係る結像特性の測
定装置を適用する投影型露光装置の一例を示す概略構成
図。

【図５】同実施形態における直接照明光による明部及び
回折光による暗部が強度分布測定素子の受光面上に生じ
る様子を模式的に示す図。

【図６】本発明の第３の実施の形態に係る結像特性の測
定装置におけるレチクル位置を上下動させる様子を例示
する図。

【図７】駆動手段によらずレチクル上下位置を変更する
方法について例示する図。

【図８】本発明の第４の実施の形態の露光装置における
絞り機構により絞りが拡大縮小、変形される様子を示す
図。

【符号の説明】

１…光源 ２…照明系絞り ３…照明光学系 ４…レチクル ５…パターン ６…投影光学系 ７…投影光学系絞り ８…ウェハ ９…ステージ １０…ステージ駆動装置 １１…ピンホール ３１…折り返しミラー ３２…強度分布測定素子 ３３…結像特性演算部 ４１…駆動装置 ４２…台 ４３…スペーサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅沼 慶太 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源からの照明光を照明光学系を介して
   マスクに照射するとともに、前記マスクのパターンの像
   を投影光学系により結像する光学系の結像特性の測定装
   置において、 前記マスクには、微小の開口が複数設けられており、 前記微小の開口に対応し、かつ前記投影光学系により結
   像される像の光強度を測定する光強度測定手段を備えた
   ことを特徴とする結像特性の測定装置。
2. 【請求項２】 前記結像される像において、前記微小の
   開口を通過する直接的な照明光と、前記微小の開口にて
   発生しかつ前記投影光学系を通過する回折光と，に対応
   したそれぞれの光強度分布に基づき、前記結像特性とし
   て前記投影光学系の開口数及びコヒーレンスファクタを
   各微小の開口に対応して算出することを特徴とする請求
   項１記載の結像特性の測定装置。
3. 【請求項３】 前記光強度測定手段は、光を電気信号に
   変換する測定手段であることを特徴とする請求項１又は
   ２記載の結像特性の測定装置。
4. 【請求項４】 前記投影光学系による結像面の任意の位
   置を、前記光強度測定手段により測定可能となるように
   結像対象を移動可能とした移動機構を備えたことを特徴
   とする請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の結像特
   性の測定装置。
5. 【請求項５】 前記請求項１乃至４のうちいずれか１項
   記載の結像特性の測定装置と、 等方形状あるいは非等方形状に絞りを変形し、及び又は
   絞りを拡大縮小することにより、前記投影光学系の結像
   特性を変更する絞り機構と、 前記結像特性の測定装置により得られる結像特性が所定
   範囲になるように、あるいは有限回の結像特性変更のう
   ち最適な結像特性となるように、前記絞り機構を制御し
   て前記投影光学系の結像特性を調整する絞調整手段とを
   備えたことを特徴とする露光装置。
6. 【請求項６】 光源からの照明光を照明光学系を介して
   マスクに照射するとともに、前記マスクのパターンの像
   を投影光学系により結像する光学系の結像特性の測定方
   法において、 前記マスクには、微小の開口が複数設けられており、こ
   の微小の開口に対応し、かつ前記投影光学系により結像
   される像の光強度を測定することで前記光学系の結像特
   性を測定することを特徴とする結像特性の測定方法。
7. 【請求項７】 前記結像される像において、前記微小の
   開口を通過する直接的な照明光と、前記微小の開口にて
   発生しかつ前記投影光学系を通過する回折光と，に対応
   したそれぞれの光強度分布に基づき、前記結像特性とし
   て前記投影光学系の開口数及びコヒーレンスファクタを
   各微小の開口に対応して算出することを特徴とする請求
   項６記載の結像特性の測定方法。
8. 【請求項８】 前記光強度を、光を電気信号に変換する
   手段により測定することを特徴とする請求項６又は７記
   載の結像特性の測定方法。
9. 【請求項９】 前記像の光強度は、前記投影光学系によ
   る結像面の任意の位置について測定可能とすることを特
   徴とする請求項６乃至８のうちいずれか１項記載の結像
   特性の測定方法。
10. 【請求項１０】 前記請求項６乃至９のうちいずれか１
    項記載の結像特性の測定方法によって得られた前記結像
    特性が所定範囲にない場合には、前記投影光学系の結像
    特性を変更する特性変更ステップと、 この変更後の投影光学系の新たな結像特性を、前記請求
    項６乃至９のうちいずれか１項記載の結像特性の測定方
    法によって測定する特性測定ステップと、 前記特性変更ステップ及び前記特性測定ステップを繰り
    返し、最終的には、前記結像特性が所定範囲となる状態
    に、あるいはこの繰り返しを有限回行う中の最適な結像
    特性となる状態に、前記投影光学系の結像特性を調整す
    る特性調整ステップとからなる露光装置の結像特性調整
    方法。