JP2009047523A - Interference measuring device, exposure device, and device-manufacturing method - Google Patents

Interference measuring device, exposure device, and device-manufacturing method Download PDF

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JP2009047523A JP2007213312A JP2007213312A JP2009047523A JP 2009047523 A JP2009047523 A JP 2009047523A JP 2007213312 A JP2007213312 A JP 2007213312A JP 2007213312 A JP2007213312 A JP 2007213312A JP 2009047523 A JP2009047523 A JP 2009047523A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an interference measuring device capable of measuring with high accuracy the refractive index homogeneity or the transmission wavefront aberrations of a measuring object, an exposure device and a device-manufacturing method. <P>SOLUTION: This interference measuring device, having a reflecting plate 6 which is a reflector having a reflecting surface 6a, for forming an interference fringe by reflecting light via the measuring object 12 by the reflecting surface 6a, corrects the phase difference distribution acquired from the interference fringe, based on MTF, which is the modulation transfer function for the interference measuring device, when the reflecting surface 6a is used as a focal position. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体ウェハ等の基板を露光する露光装置に用いられる光学素子及び投影光学系の屈折率均質性（ホモジニティ）又は透過波面の収差の測定を行う干渉測定装置、露光装置およびデバイス製造方法に関するものである。   The present invention relates to an interference measuring apparatus, an exposure apparatus, and a device manufacturing method for measuring refractive index homogeneity (homogenity) or transmitted wavefront aberration of an optical element and a projection optical system used in an exposure apparatus that exposes a substrate such as a semiconductor wafer. It is about.

フォトリソグラフィー技術を用いて半導体メモリや論理回路などの微細な半導体素子を製造する際、投影露光装置が従来から使用されている。
投影露光装置は、レチクル（マスク）に描画された回路パターンを投影光学系によって投影してウェハ等の基板に転写する。
近年、特に半導体素子の微細化に伴って、露光装置にはより高い解像性能が求められるようになってきた。
そのため、解像性能を左右する投影露光系の収差が低く抑えられ、露光系に使用される光学素子にも、より高い性能が要求され、それらを評価・検査するための、高精度な測定装置が必要になってきている。
以上のような背景から、従来、より高精度な測定を実現するために、被測定物を介した光を用いて干渉縞を形成する干渉測定装置が、特開２００４−１９８３８１号公報（特許文献１）、特開２００４−１９８３８２号公報（特許文献２）にて提案されている。
この干渉測定装置は、補正用サンプルの形状と補正用サンプルの形状を干渉測定装置で測定した測定値とを用いて求めた補正値、又は光学系の変調伝達関数であるＭＴＦに基づいて、干渉縞から得られる位相差分布を補正する補正手段を有する。 2. Description of the Related Art When manufacturing fine semiconductor elements such as a semiconductor memory and a logic circuit using a photolithography technique, a projection exposure apparatus has been conventionally used.
The projection exposure apparatus projects a circuit pattern drawn on a reticle (mask) by a projection optical system and transfers it onto a substrate such as a wafer.
In recent years, particularly with the miniaturization of semiconductor elements, exposure apparatuses have been required to have higher resolution performance.
Therefore, the aberration of the projection exposure system that affects the resolution performance is kept low, and higher performance is required for optical elements used in the exposure system, and a high-precision measurement device for evaluating and inspecting them. Is becoming necessary.
From the background described above, an interference measuring apparatus that forms interference fringes by using light through the object to be measured has been conventionally disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-198381 (patent document). 1) and Japanese Patent Laid-Open No. 2004-198382 (Patent Document 2).
This interference measurement apparatus uses the correction value obtained by using the shape of the correction sample and the measurement value obtained by measuring the shape of the correction sample with the interference measurement apparatus, or the MTF that is the modulation transfer function of the optical system. Correction means for correcting the phase difference distribution obtained from the fringes is provided.

以下、図８を参照して、従来例の干渉測定装置による位相差分布を補正する干渉測定方法について説明する。
簡単にするために、まず被測定サンプルが平面である場合の透過波面を、干渉測定装置で測定する場合について、図８を参照して説明する。
まず、干渉測定装置の構成、及び位相差分布の取得方法について説明する。
光源１を射出した光束はハーフミラー２を通過し、２軸ティルトステージ３上の参照プレート５に至る。
また２軸ティルトステージ３上には縞走査法用の圧電素子４を介し、参照プレート５が設置されている。
参照プレート５は、面５ａと面５ｂが平行であると両面５ａ，５ｂからの反射光同士で干渉してしまう。
このため、参照面となる面５ａからの反射光のみが撮像素子８に導かれ、面５ｂからの反射光はピンホール１３を通過しないか、通過してもＣＣＤ解像度を超える密な縞となるよう、面５ａと面５ｂの間には、断面が楔状となるような微少角度が設けられる。
透過した残りの光束は、両面１２ａ、１２ｂが研磨面であり、且つ、面面１２ａ、１２ｂの間に微少角度を設けた被測定物１２を透過し、反射プレート６の面６ａで反射する。 Hereinafter, an interference measurement method for correcting a phase difference distribution by a conventional interference measurement apparatus will be described with reference to FIG.
For the sake of simplicity, a case where the transmitted wavefront when the sample to be measured is a flat surface is first measured with an interference measuring device will be described with reference to FIG.
First, the configuration of the interference measuring apparatus and the method for acquiring the phase difference distribution will be described.
The light beam emitted from the light source 1 passes through the half mirror 2 and reaches the reference plate 5 on the biaxial tilt stage 3.
A reference plate 5 is installed on the biaxial tilt stage 3 via a piezoelectric element 4 for fringe scanning.
When the surface 5a and the surface 5b are parallel to each other, the reference plate 5 interferes with reflected light from both surfaces 5a and 5b.
For this reason, only the reflected light from the surface 5a serving as the reference surface is guided to the imaging device 8, and the reflected light from the surface 5b does not pass through the pinhole 13 or becomes a dense stripe exceeding the CCD resolution even if it passes through. Thus, a slight angle is provided between the surface 5a and the surface 5b so that the cross section is wedge-shaped.
The remaining light flux that has been transmitted passes through the object 12 to be measured with both surfaces 12a and 12b being polished surfaces and a slight angle between the surface surfaces 12a and 12b, and is reflected by the surface 6a of the reflection plate 6.

以下、参照プレート５の面５ａで反射される光束を参照光束、透過する光束を被検光束と称す。
被測定物１２は、両面１２ａ、１２ｂからの反射光はピンホール１３を通過しないか、通過してもＣＣＤ解像度を超える密な縞となるような光束との角度に調整し、光路中に配置される。
反射プレート６の面６ａで反射した被検光束は、再び被測定物１２を透過し、参照光束と再び同一光束になりハーフミラー２で反射され、結像光学系７によって拡散板１０上で干渉縞を形成する。
拡散板１０は、回転する事でスペックル等の光学ノイズを平均化されるために用いられている。
拡散板１０上の干渉縞は結像光学系１１により撮像素子８上に伝達され、撮像された干渉縞画像データは制御コンピュータ９に転送される。
制御コンピュータ９は、圧電素子４を走査した際の複数の干渉縞画像データを取り込み、所謂、縞走査法により干渉縞の位相を算出する。
さらに、制御コンピュータ９は、被測定物１２の表面形状と屈折率分布による波面変化、及び反射プレート６の表面６ａによる波面形状変化を含んだ位相差分布を求めるように構成されている。
以上により、干渉測定装置による被測定物１２の干渉縞位相差分布の測定の手続きを終了する。
このとき得られる干渉縞位相差分布（測定値）は、干渉測定装置の変調伝達関数であるＭＴＦによって振幅が低下している。
そこで、従来例では、このときの測定値を制御コンピュータ９内の補正手段によって、光源１からの光束が被測定物１２を介し、撮像素子８に入射し、撮像素子８で干渉縞を得る。
これにより、該干渉縞を該処理系で信号処理する一連の測定過程における変調伝達関数であるＭＴＦによって補正している。 Hereinafter, the light beam reflected by the surface 5a of the reference plate 5 is referred to as a reference light beam, and the transmitted light beam is referred to as a test light beam.
The object to be measured 12 is arranged in the optical path so that the reflected light from both surfaces 12a and 12b does not pass through the pinhole 13 or is adjusted to an angle with a light beam that forms a dense stripe exceeding the CCD resolution even if it passes. Is done.
The test light beam reflected by the surface 6a of the reflection plate 6 passes through the object to be measured 12 again, becomes the same light beam again as the reference light beam, is reflected by the half mirror 2, and interferes on the diffusion plate 10 by the imaging optical system 7. Form stripes.
The diffusion plate 10 is used to average optical noise such as speckles by rotating.
The interference fringes on the diffusion plate 10 are transmitted to the image sensor 8 by the imaging optical system 11, and the captured interference fringe image data is transferred to the control computer 9.
The control computer 9 takes in a plurality of interference fringe image data when the piezoelectric element 4 is scanned, and calculates the phase of the interference fringes by a so-called fringe scanning method.
Further, the control computer 9 is configured to obtain a phase difference distribution including a wavefront change due to the surface shape and refractive index distribution of the object 12 to be measured and a wavefront shape change due to the surface 6 a of the reflection plate 6.
Thus, the procedure for measuring the interference fringe phase difference distribution of the DUT 12 by the interference measuring apparatus is completed.
The amplitude of the interference fringe phase difference distribution (measured value) obtained at this time is reduced by the MTF that is the modulation transfer function of the interference measuring apparatus.
Therefore, in the conventional example, the light flux from the light source 1 is incident on the image sensor 8 via the object to be measured 12 by the correcting means in the control computer 9 and the interference fringes are obtained by the image sensor 8.
Thus, the interference fringes are corrected by MTF which is a modulation transfer function in a series of measurement processes in which signal processing is performed by the processing system.

次に、従来例の干渉測定装置による位相差分布を補正する手順及び方法を説明する。
まず補正値を求めるため、図９に示されるようにガラス基板等の基板の表面に、断面が正弦波１４ｂで、空間周波数が必要な範囲で低いものから高いものまで含む凹凸状のパターン１４ａを形成した校正用基板１４を用意する。
さらに、従来例の干渉測定装置にてパターン１４ａの表面の面形状を測定する。
この従来例の干渉測定装置による測定は、校正用基板１４を９０度回転し、水平方向と垂直方向について行う。
また、校正用基板１４の面形状をＡＦＭ、触針式等の非光学式形状測定機にて測定する。 Next, the procedure and method for correcting the phase difference distribution by the conventional interference measuring apparatus will be described.
First, in order to obtain a correction value, as shown in FIG. 9, an uneven pattern 14 a including a sine wave 14 b and a cross-sectional pattern 14 a including a low to high spatial frequency within a necessary range is provided on the surface of a glass substrate or the like. The formed calibration substrate 14 is prepared.
Furthermore, the surface shape of the surface of the pattern 14a is measured by a conventional interference measurement apparatus.
The measurement by the conventional interference measuring apparatus is performed in the horizontal direction and the vertical direction by rotating the calibration substrate 14 by 90 degrees.
Further, the surface shape of the calibration substrate 14 is measured by a non-optical shape measuring machine such as an AFM or a stylus type.

次に、この結果より、撮像素子８の水平方向の補正係数ＲｄｃＨと垂直方向の補正係数ＲｄｃＶを求める方法について説明する。
校正用基板１４のパターン１４ａの切断面が正弦波１４ｂとなる方向が撮像素子８の水平方向の場合、測定した結果から標本化間隔に対する空間周波数ｋｘを計算し、被検面上の空間周波数ｋｘにおける振幅Ｖ（ｋｘ）を得る。
以下、ｋｘが標本化間隔のナイキスト周波数(標本化周期の２倍の逆数)まで計算する。
非光学式形状測定機の場合も同様に空間周波数ｋｘの振幅Ｖｒｅｆ（ｋｘ）を求める。
以上の計算結果を図１０に示した。パターン面上の空間周波数の振幅を測定することにより離散データＶ（ｋｘ）が得られた。
図１０に示される実線２０は非光学式形状測定装置のＶｒｅｆ（ｋｘ）、点線２１は干渉測定装置のＶ（ｋｘ）を表し、点線２１は実線２０と比べて振幅劣化している。
このとき補正係数Ｒｄｃ０は、Ｒｄｃ０＝Ｖ（ｋｘ）／Ｖｒｅｆ（ｋｘ）
となり、干渉測定装置の測定結果をＲｄｃ０で割ることによって補正が完了する。
上記方法を、撮像素子８の水平方向と垂直方向について行い、水平方向に対する補正係数ＲｄｃＨと垂直方向に対する補正係数ＲｄｃＶを計算すれば、干渉測定装置の水平方向と垂直方向の補正係数がそれぞれ求められる。 Next, a method for obtaining the horizontal correction coefficient RdcH and the vertical correction coefficient RdcV of the image sensor 8 from the results will be described.
When the direction in which the cut surface of the pattern 14a of the calibration substrate 14 becomes the sine wave 14b is the horizontal direction of the image sensor 8, the spatial frequency kx with respect to the sampling interval is calculated from the measurement result, and the spatial frequency kx on the surface to be tested is calculated. To obtain the amplitude V (kx).
Hereinafter, kx is calculated up to the Nyquist frequency of the sampling interval (the reciprocal of twice the sampling period).
Similarly, in the case of a non-optical shape measuring machine, the amplitude Vref (kx) of the spatial frequency kx is obtained.
The above calculation results are shown in FIG. Discrete data V (kx) was obtained by measuring the amplitude of the spatial frequency on the pattern surface.
A solid line 20 shown in FIG. 10 represents Vref (kx) of the non-optical shape measuring device, a dotted line 21 represents V (kx) of the interference measuring device, and the dotted line 21 has an amplitude deterioration compared to the solid line 20.
At this time, the correction coefficient Rdc0 is Rdc0 = V (kx) / Vref (kx)
Thus, the correction is completed by dividing the measurement result of the interference measuring apparatus by Rdc0.
If the above method is performed in the horizontal direction and the vertical direction of the image pickup device 8 and the correction coefficient RdcH for the horizontal direction and the correction coefficient RdcV for the vertical direction are calculated, the correction coefficients in the horizontal direction and the vertical direction of the interference measuring device can be obtained, respectively. .

次に、補正係数分布Ｒｄｃを求める。
干渉測定装置の水平方向、垂直方向それぞれの補正係数ＲｄｃＨ，ＲｄｃＶにフィッティングを行い関数化し、補正係数分布Ｒｄｃの作成を容易にしている。
フィッティングした水平方向、垂直方向の補正係数をＲｄｃＨ(ｋｘ)，ＲｄｃＶ(ｋｙ)とすると、空間周波数(ｋｘ，ｋｙ)上の補正係数分布Ｒｄｃ(ｋｘ，ｋｙ)は、
Ｒｄｃ(ｋｘ，ｋｙ)= ＲｄｃＨ(ｋｘ)×ＲｄｃＶ(ｋｙ) と表される。
図８に示される制御コンピュータ９内の振幅補正手段はこの補正係数分布Ｒｄｃを用いて振幅補正計算を行う。
これにより、結像光学系７及び結像光学系１１、或いは撮像素子８に起因する干渉縞の空間周波数に依存したコントラスト特性によって算出される干渉縞の、特に、高周波域で顕著な位相分布の振幅低下を補正する。 Next, a correction coefficient distribution Rdc is obtained.
A correction coefficient distribution Rdc is easily created by fitting the correction coefficients RdcH and RdcV in the horizontal direction and the vertical direction of the interference measuring apparatus to form functions.
When the correction coefficients in the horizontal direction and the vertical direction that are fitted are RdcH (kx) and RdcV (ky), the correction coefficient distribution Rdc (kx, ky) on the spatial frequency (kx, ky) is
Rdc (kx, ky) = RdcH (kx) × RdcV (ky).
The amplitude correction means in the control computer 9 shown in FIG. 8 performs amplitude correction calculation using this correction coefficient distribution Rdc.
Thereby, the interference fringes calculated by the contrast characteristics depending on the spatial frequency of the interference fringes caused by the imaging optical system 7 and the imaging optical system 11 or the image pickup element 8, especially in the high frequency region, have a remarkable phase distribution. Correct the amplitude drop.

以上、被測定物１２が平面である場合の透過波面の収差の測定について説明してきたが、屈折率均質性であるホモジニティの測定への適用も可能である。
ホモジニティ測定法としては、被測定物１２が非研磨面のまま測定するオイルオンプレート法、或いは研磨面状態で測定する研磨法等が適用できる。
ここでは、研磨法について説明すると、ホモジニティ測定の場合は、上記透過波面測定に加え、被測定物１２の表面１２ａ、裏面１２ｂと、被測定物１２を光路中から取り去った時の反射面６ａの、計４回の波面測定を行う。
そして各波面から位相分布を求め、計算式により各面の影響を相殺することにより、被測定物１２の屈折率分布のみが残り、ホモジニティが測定される。
この場合は、各４面の位相差分布取得毎に、前述の補正方法による補正を行い、ホモジニティを算出する。 As described above, the measurement of the transmitted wavefront aberration in the case where the DUT 12 is a plane has been described. However, it can be applied to the measurement of homogeneity that is refractive index homogeneity.
As the homogeneity measurement method, an oil-on-plate method in which the object to be measured 12 is measured as a non-polished surface, a polishing method in which measurement is performed in a polished surface state, or the like is applicable.
Here, the polishing method will be described. In the case of homogeneity measurement, in addition to the above transmission wavefront measurement, the front surface 12a and the back surface 12b of the measurement object 12 and the reflection surface 6a when the measurement object 12 is removed from the optical path. A total of four wavefront measurements are performed.
Then, the phase distribution is obtained from each wavefront, and the influence of each surface is canceled by the calculation formula, so that only the refractive index distribution of the DUT 12 remains and the homogeneity is measured.
In this case, every time the phase difference distribution of each of the four surfaces is acquired, the correction by the correction method described above is performed, and the homogeneity is calculated.

また、被測定物１２が、平面基板ではないレンズ、又はレンズの集合体である、例えば投影露光装置の投影レンズユニットの透過波面の収差を測定する場合には、参照プレート５の代わりに所定のＮＡの光束を発生させるＴＳレンズを設置する。
被測定物であるレンズを透過した光束は、被測定物であるレンズの像面上で集光した後、球面のＲＳミラー（参照ミラー）により反射されるように構成する。
撮像素子８で撮像された干渉縞画像データは制御コンピュータ９に転送される。
制御コンピュータ９ではＰＺＴアクチュエータを走査した際の複数の干渉縞画像データを取り込み、縞走査法により干渉縞の位相を算出して被検レンズの透過波面を求める。そして制御コンピュータ９に組み込まれた振幅補正手段により測定値を補正値で補正する。
従来、このように測定値を干渉測定装置による変調伝達関数であるＭＴＦによって、位相分布測定値を補正している。
特開２００４−１９８３８１号公報 特開２００４−１９８３８２号公報 Further, when measuring the aberration of the transmission wavefront of the projection lens unit of the projection exposure apparatus, for example, when the object to be measured 12 is a lens that is not a flat substrate or an assembly of lenses, a predetermined plate is used instead of the reference plate 5. Install a TS lens that generates NA luminous flux.
The light beam that has passed through the lens that is the object to be measured is condensed on the image plane of the lens that is the object to be measured, and then reflected by the spherical RS mirror (reference mirror).
Interference fringe image data captured by the image sensor 8 is transferred to the control computer 9.
The control computer 9 takes in a plurality of interference fringe image data when the PZT actuator is scanned, calculates the interference fringe phase by the fringe scanning method, and obtains the transmitted wavefront of the test lens. Then, the measured value is corrected with the correction value by the amplitude correcting means incorporated in the control computer 9.
Conventionally, the phase distribution measurement value is corrected by the MTF, which is a modulation transfer function of the interference measurement apparatus, as described above.
JP 2004-198381 A JP 2004-198382 A

従来の位相差分布測定方法においては、干渉測定時に測定域外周に近接して絞りや被測定物の端部、保持具端等がある場合に、測定域周辺部の回折光の影響を防止するという理由から、測定時の焦点位置を被測定物付近に合わせていた。
ところが、実際の測定系では、被測定物自身の厚さと、被測定物及び反射体を保持し、位置や角度を調整するための機構等による物理的制約による、被測定物と反射面間に小さくない距離が存在する。
この被測定物自身の厚さと、被測定物と反射面間の距離により、特に高解像度の測定時に、被測定物の表面と裏面、反射面の焦点位置からの距離によって変調伝達関数であるＭＴＦが変化した。
従来、求められていた解像度のレベルでは、参照プレートから反射プレートまでが焦点深度内にあり、焦点位置によるＭＴＦの変化は無視できる程度であった。
しかし、より高解像度（高周波数域）の測定においては、焦点位置を被測定物に合わせた場合と、反射面に合わせた場合とでは、ＭＴＦ特性が異なる。
つまり、被測定物を介した光を反射面で反射させて干渉縞を形成する（測定光が被測定物を往復する干渉方式、所謂、ダブルパス）干渉方式ではＭＴＦ特性が異なり、尚且つ、被測定物に焦点を合わせた場合の方がＭＴＦが低下した。特に、高周波域での低下が大きかった。
特にホモジニティ測定では、被測定物の表裏面及び反射面、被測定物を透過し反射面で反射した透過波面を足し引きして測定値を算出するため、各波面のＭＴＦの影響が異なると、測定誤差の原因となり、正しい測定値が得られなかった。
また、被検レンズの透過波面の収差測定に於いても、焦点位置がＭＴＦの観点からは最適でないために、高周波域でのＭＴＦの低下により、測定周波数域が制限されていた。 The conventional phase difference distribution measurement method prevents the influence of diffracted light in the periphery of the measurement area when there is a diaphragm, the edge of the object to be measured, the edge of the holder, etc. close to the outer periphery of the measurement area during interference measurement. For this reason, the focus position at the time of measurement was adjusted to be near the object to be measured.
However, in an actual measurement system, the thickness of the object to be measured itself, and the physical constraint by the mechanism for holding the object to be measured and the reflector and adjusting the position and angle, etc., between the object to be measured and the reflecting surface. There is not a small distance.
Due to the thickness of the object to be measured and the distance between the object to be measured and the reflecting surface, the MTF, which is a modulation transfer function, depends on the distance from the focal position of the surface and the back surface of the object to be measured and the reflecting surface, particularly when measuring at high resolution. Changed.
Conventionally, at the level of resolution required, the distance from the reference plate to the reflection plate is within the focal depth, and the change in MTF due to the focal position is negligible.
However, in higher resolution (high frequency range) measurements, the MTF characteristics differ between when the focus position is adjusted to the object to be measured and when it is adjusted to the reflecting surface.
That is, the interference light is reflected by the reflecting surface to form interference fringes (interference method in which measurement light reciprocates the object to be measured, so-called double path). The MTF was lower when the object was focused. In particular, the decrease in the high frequency range was large.
In particular, in the homogeneity measurement, since the measurement value is calculated by adding and subtracting the transmitted wavefront that is transmitted through the measured object and reflected by the reflected surface, if the influence of the MTF of each wavefront is different, A measurement error was caused and correct measurement values could not be obtained.
Further, in the measurement of the aberration of the transmitted wavefront of the lens to be measured, since the focal position is not optimal from the viewpoint of MTF, the measurement frequency range is limited due to the decrease in MTF in the high frequency range.

ここで、焦点位置の違いによるＭＴＦへの影響について説明する。
実測データを図１１のグラフに示す。曲線２２が反射面の位置に焦点を合わせた場合のＭＴＦ、曲線２３が被測定物の位置に焦点を合わせた場合のＭＴＦを表す。
被測定物に焦点を合わせた場合の方がＭＴＦの低下が大きく、特に高周波域での低下が大きいことが分かる。
以下数式を用いて干渉縞の位相波面の振幅劣化の原因について説明する。
簡単にするため、被測定物の被検光束の波面として単一空間周波数の分布を有する波面を考え、参照光束の波面は平面であるとする。
このとき、被検光束の複素振幅Ｅtest、參照光束の複素振幅Ｅｒｅｆは、
Ｅｔｅｓｔ（ｘ,ｙ）＝Ｅ０ｅｘｐ(ｉａｃｏｓ(２πｉｆｘ))
Ｅｒｅｆ（ｘ,ｙ）＝Ｅ０ｅｘｐ(ｉωｔ) と表される。
ここで、Ｅ０は電磁振幅、ｘは空間座標、ｔは時間、ｆは波面の空間周波数、ωは縞走査の周波数を表す。
これら前記被検光束と前記参照光束による干渉縞強度は、Ｉ０を入射光束の強度とすると、
Ｉ（ｘ,ｙ）＝｜Ｅｔｅｓｔ(ｘ,ｙ)＋Ｅｒｅｆ(ｘ,ｙ)｜２
＝Ｉ０(１＋ｃｏｓ(ａｃｏｓ(２πｉｆｘ)−ωｔ)
＝Ｉ０(１＋ｓｉｎ(ωｔ)＋ａｃｏｓ(２πｆｘ)ｃｏｓ(ωｔ)) となる。 Here, the influence on the MTF due to the difference in the focal position will be described.
The measured data is shown in the graph of FIG. Curve 22 represents the MTF when the focus is on the position of the reflecting surface, and curve 23 represents the MTF when the focus is on the position of the object to be measured.
It can be seen that when the object to be measured is focused, the decrease in MTF is larger, particularly in the high frequency range.
Hereinafter, the cause of the amplitude degradation of the phase wavefront of the interference fringes will be described using mathematical expressions.
For simplicity, a wavefront having a single spatial frequency distribution is considered as the wavefront of the test light beam of the object to be measured, and the wavefront of the reference light beam is assumed to be a plane.
At this time, the complex amplitude Etest of the test light beam and the complex amplitude Eref of the illumination light beam are
Etest (x, y) = E0exp (iacos (2πifx))
Eref (x, y) = E0exp (iωt)
Here, E0 is the electromagnetic amplitude, x is the spatial coordinate, t is the time, f is the spatial frequency of the wavefront, and ω is the fringe scanning frequency.
The interference fringe intensity due to the test light beam and the reference light beam is I0 being the intensity of the incident light beam.
I (x, y) = | Etest (x, y) + Eref (x, y) | 2
= I0 (1 + cos (acos (2πifx) −ωt)
= I0 (1 + sin (ωt) + acos (2πfx) cos (ωt)).

ここで波面振幅ａは十分小さいとしてａの一次の項までの近似で表している。ＭＴＦによる強度振幅変化をＭ（ｆ）とすると、制御コンピュータ１３で取得される干渉縞強度は、
Ｉｍｅａｓ(ｘ,ｔ)＝Ｉ０(１＋ｓｉｎ(ωｔ)＋Ｍ(ｆ)ａｃｏｓ(２πｆｘ)ｃｏｓ(ωｔ))
となる。
干渉縞走査は干渉縞変化のｃｏｓ変調成分、ｓｉｎ変調成分を摘出して位相を算出するため、制御コンピュータ１３において計算される位相は、
φ(ｘ)＝ｔａｎ-１(Ｍ(ｆ)ａ ｃｏｓ(２πｆｘ)/１)＝Ｍ(ｆ)ａ ｃｏｓ(２πｆｘ)
となる。
つまり、被検光束の波面の振幅ａがＭＴＦによる強度振幅劣化Ｍ（ｆ）だけ減少して算出される。
また、一般に知られる通り、焦点からはずれた位置では、ＭＴＦが小さくなるため、焦点位置によってもＭＴＦによる強度振幅劣化Ｍ(ｆ)が変化し、干渉縞の位相波面を高精度に測定することができない。
そこで、本発明は、被測定物の屈折率均質性または透過波面の収差を高精度に測定する干渉測定装置、露光装置およびデバイス製造方法を提供することを目的とする。 Here, the wavefront amplitude a is assumed to be sufficiently small, and is expressed by approximation up to the first order term of a. If the intensity amplitude change due to MTF is M (f), the interference fringe intensity acquired by the control computer 13 is
Imeas (x, t) = I0 (1 + sin (ωt) + M (f) acos (2πfx) cos (ωt))
It becomes.
Since the interference fringe scanning extracts the cos modulation component and the sin modulation component of the interference fringe change and calculates the phase, the phase calculated in the control computer 13 is:
φ (x) = tan−1 (M (f) a cos (2πfx) / 1) = M (f) a cos (2πfx)
It becomes.
That is, the amplitude a of the wavefront of the test light beam is calculated by being reduced by the intensity amplitude deterioration M (f) due to MTF.
Further, as is generally known, since the MTF is small at a position deviated from the focus, the intensity amplitude degradation M (f) due to the MTF varies depending on the focal position, and the phase wavefront of the interference fringes can be measured with high accuracy. Can not.
Therefore, an object of the present invention is to provide an interference measuring apparatus, an exposure apparatus, and a device manufacturing method for measuring the refractive index homogeneity of a measurement object or the aberration of a transmitted wavefront with high accuracy.

本発明の干渉測定装置は、反射面を有する反射物を有し、被測定物を介した光を前記反射面で反射させて干渉縞を形成する干渉測定装置であって、前記反射面を焦点位置とした時の前記干渉測定装置の変調伝達関数に基づいて、前記干渉縞から得られる位相差分布を補正することを特徴とする。   An interference measuring apparatus according to the present invention is an interference measuring apparatus that includes a reflecting object having a reflecting surface, and forms interference fringes by reflecting light passing through the object to be measured by the reflecting surface, and focuses the reflecting surface. The phase difference distribution obtained from the interference fringes is corrected based on the modulation transfer function of the interference measuring apparatus when the position is set.

本発明によれば、被測定物の屈折率均質性または透過波面の収差を高精度に測定する。   According to the present invention, the refractive index homogeneity of the object to be measured or the aberration of the transmitted wavefront is measured with high accuracy.

以下、添付図面を参照して、本発明の実施例を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図１の概略断面図を参照して、本発明の実施例の干渉測定装置を説明する。
各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
本実施例の干渉測定装置は、光学素子である被測定物１２の屈折率均質性（ホモジニティ）を測定し、反射面６ａを有する反射物である反射プレート６を有し、被測定物１２を介した光を反射面６ａで反射させて干渉縞を形成する。
さらに、反射面６ａを焦点位置とした時の本実施例の干渉測定装置の変調伝達関数であるＭＴＦに基づいて、干渉縞から得られる位相差分布を補正する。
光源１を射出した光束はハーフミラー２を通過し、２軸ティルトステージ３上の参照プレート５に至る。
また２軸ティルトステージ３上には縞走査法用の圧電素子４を介し、参照プレート５が設置されている。
参照プレート５は、面５ａと面５ｂが平行であると、両面５ａ，５ｂからの反射光同士で干渉する。
このため、参照面となる面５ａからの反射光のみが撮像素子８に導かれ、面５ｂからの反射光はピンホール１３を通過しないか、通過してもＣＣＤ解像度を超える密な縞となるように面５ａと面５ｂの間には、断面が楔状となるような微少角度が設けられる。
ここで、被測定物１２及び反射面６ａを有する反射物である反射プレート６も、同様の理由から、両表面が研磨面であり、且つ、断面が楔状となるような微少角度が設けられている。
透過した残りの光束は、ホモジニティ測定の各段階に応じて、順次、被測定物１２の表又は裏面である面１２ａ，１２ｂ、或いは、反射プレート６の反射面６ａで反射させるように設置角度を調整する。
ここで、被測定物１２と反射面６ａとの距離を、λ/２*ＮＡ＾２以下とする。 An interference measuring apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the schematic cross-sectional view of FIG.
In each figure, the same members are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
The interference measurement apparatus of this embodiment measures the refractive index homogeneity (homogenity) of the object 12 to be measured, which is an optical element, and has a reflection plate 6 that is a reflection object having a reflecting surface 6a. The intervening light is reflected by the reflecting surface 6a to form interference fringes.
Further, the phase difference distribution obtained from the interference fringes is corrected based on the MTF that is the modulation transfer function of the interference measuring apparatus of the present embodiment when the reflecting surface 6a is the focal position.
The light beam emitted from the light source 1 passes through the half mirror 2 and reaches the reference plate 5 on the biaxial tilt stage 3.
A reference plate 5 is installed on the biaxial tilt stage 3 via a piezoelectric element 4 for fringe scanning.
When the surface 5a and the surface 5b are parallel, the reference plate 5 interferes with the reflected light from both surfaces 5a and 5b.
For this reason, only the reflected light from the surface 5a serving as the reference surface is guided to the imaging device 8, and the reflected light from the surface 5b does not pass through the pinhole 13 or becomes a dense stripe exceeding the CCD resolution even if it passes through. In this way, a slight angle is provided between the surface 5a and the surface 5b so that the cross section is wedge-shaped.
Here, for the same reason, the reflection plate 6 that is a reflection object having the DUT 12 and the reflection surface 6a is also provided with a slight angle such that both surfaces are polished surfaces and the cross section is wedge-shaped. Yes.
The remaining light flux that has been transmitted is sequentially reflected by the surfaces 12a and 12b that are the front and back surfaces of the DUT 12 or the reflecting surface 6a of the reflecting plate 6 according to each stage of the homogeneity measurement. adjust.
Here, the distance between the DUT 12 and the reflecting surface 6a is set to λ / 2 * NA ^ 2 or less.

以下、参照プレート５の表面５ａで反射される光束を参照光束、透過する光束を被検光束と称す。
被測定物１２の面で反射した被検光束は、参照光束と再び同一光束になりハーフミラー２で反射され、結像光学系７によって拡散板１０上で干渉縞を形成する。
拡散板１０は、回転することによりスペックル等の光学ノイズを平均化するために用いられる。
拡散板１０上の干渉縞は結像光学系１１により撮像素子８上に伝達され、撮像された干渉縞画像データは制御コンピュータ９に転送される。
ここで、拡散板１０の面と共役な、即ち撮像素子８、又は拡散板１０上を像点とした時の物点である焦点位置は、反射プレート６の反射面６ａとなるようにしている。
制御コンピュータ９では圧電素子４を走査した際の複数の干渉縞画像データを取り込み、所謂、縞走査法により干渉縞の位相を算出する。
さらに、被測定物１２の表面形状と屈折率分布による波面変化、及び反射プレート６の表面６ａによる波面形状変化を含んだ位相差分布を求めるように構成されている。
このとき得られる干渉縞位相分布（測定値）は、干渉測定装置のＭＴＦによって振幅が低下している。
本実施例では、このときの測定値を制御コンピュータ９内の補正手段によって、光源手段からの光束が被測定物１２を介し、撮像素子８に入射し、撮像素子８で干渉縞を得て、干渉縞を処理系で信号処理する一連の測定過程におけるＭＴＦによって補正する。 Hereinafter, the light beam reflected by the surface 5a of the reference plate 5 is referred to as a reference light beam, and the transmitted light beam is referred to as a test light beam.
The test light beam reflected by the surface of the object to be measured 12 becomes the same light beam as the reference light beam again, is reflected by the half mirror 2, and forms interference fringes on the diffusion plate 10 by the imaging optical system 7.
The diffusion plate 10 is used to average optical noise such as speckles by rotating.
The interference fringes on the diffusion plate 10 are transmitted to the image sensor 8 by the imaging optical system 11, and the captured interference fringe image data is transferred to the control computer 9.
Here, the focal position that is conjugate with the surface of the diffusion plate 10, that is, the object point when the image sensor 8 or the diffusion plate 10 is used as the image point, is the reflection surface 6 a of the reflection plate 6. .
The control computer 9 takes in a plurality of interference fringe image data when the piezoelectric element 4 is scanned, and calculates the phase of the interference fringes by a so-called fringe scanning method.
Furthermore, a phase difference distribution including a wavefront change due to the surface shape and refractive index distribution of the object to be measured 12 and a wavefront shape change due to the surface 6a of the reflection plate 6 is obtained.
The amplitude of the interference fringe phase distribution (measured value) obtained at this time is lowered by the MTF of the interference measuring apparatus.
In the present embodiment, the measured value at this time is corrected by the correcting means in the control computer 9 so that the light flux from the light source means enters the image sensor 8 via the object to be measured 12, and interference fringes are obtained by the image sensor 8. The interference fringes are corrected by MTF in a series of measurement processes in which signal processing is performed by the processing system.

次に、図２のフロー図を参照して、本実施例の干渉測定装置を用いて位相差分布を補正する干渉測定方法の手順を説明する。
まず補正値を求めるため、図３に示されるようなガラス基板等のプレート表面に、断面が正弦波１２ｂで、空間周波数が必要な範囲で低いものから高いものまで含む凹凸パターン１４ａを形成した校正用基板１４を用意する。
さらに、本実施例の干渉測定装置にてパターン１４ａの表面の面形状を測定する。（ステップ１０１）
この時、パターン１４ａの表面が、図１に示される反射プレート６の反射面６ａと同一となる位置に設置し、拡散板１０の面と共役な、即ち撮像素子８、又は拡散板１０上を像点とした時の物点である焦点位置がパターン１４ａの表面となるようにして測定する。
この本実施例の干渉測定装置による測定は、校正用基板１４を９０°回転し、水平方向と垂直方向について行う。
また、校正用基板１４の面形状をＡＦＭ、触針式等の非光学式形状測定機にて測定する。（ステップ１０２） Next, the procedure of the interference measurement method for correcting the phase difference distribution using the interference measurement apparatus of this embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, in order to obtain a correction value, a calibration in which a concave / convex pattern 14a including a sine wave 12b and a low to high spatial frequency in a necessary range is formed on a plate surface such as a glass substrate as shown in FIG. A working substrate 14 is prepared.
Furthermore, the surface shape of the surface of the pattern 14a is measured by the interference measuring apparatus of the present embodiment. (Step 101)
At this time, the surface of the pattern 14a is placed at the same position as the reflecting surface 6a of the reflecting plate 6 shown in FIG. 1, and is conjugate with the surface of the diffusing plate 10, that is, on the imaging device 8 or the diffusing plate 10. Measurement is performed so that the focal position, which is an object point when the image point is set, is the surface of the pattern 14a.
The measurement by the interference measuring apparatus of this embodiment is performed in the horizontal direction and the vertical direction by rotating the calibration substrate 14 by 90 °.
Further, the surface shape of the calibration substrate 14 is measured by a non-optical shape measuring machine such as an AFM or a stylus type. (Step 102)

次に、この結果より、撮像素子８の水平方向の補正係数ＲｄｃＨと垂直方向の補正係数ＲｄｃＶを求める方法について説明する。
校正用基板１４のパターン１４ａの切断面が正弦波となる方向が撮像素子８の水平方向の場合、測定した結果から標本化間隔に対する空間周波数ｋｘを計算し、被測定物１２の面上の空間周波数ｋｘにおける振幅Ｖ(ｋｘ)を得る。
以下、ｋｘが標本化間隔のナイキスト周波数(標本化周期の２倍の逆数)まで計算する。
非光学式形状測定機の場合も同様に空間周波数ｋｘの振幅Ｖｒｅｆ (ｋｘ)を求める。
以上の計算結果を図４に示した。パターン１４面上の空間周波数の振幅を測定することにより離散データＶ(ｋｘ)が得られた。
図４の実線２０は非光学式形状測定装置のＶｒｅｆ (ｋｘ)、点線２１は干渉測定装置のＶ(ｋｘ)を表していて、点線２１は実線２０と比べて振幅劣化している。
このとき補正係数Ｒｄｃ０は、Ｒｄｃ０＝Ｖ(ｋｘ)／Ｖｒｅｆ(ｋｘ) となり、本実施例の干渉測定装置の測定結果をＲｄｃ０で割ることによって補正することができる。
非光学式形状測定装置と干渉測定装置の標本間隔が異なる場合はＶｒｅｆ(ｋｘ)とＶ(ｋｘ)に対して最小二乗法等により多項式関数等でフィッティングして補正係数を求めればよい。
上記方法を、撮像素子８の水平方向と垂直方向について行い、水平方向に対する補正係数ＲｄｃＨと垂直方向に対する補正係数ＲｄｃＶを計算すれば、干渉測定装置の水平方向と垂直方向の補正係数がそれぞれ求められる。（ステップ１０３） Next, a method for obtaining the horizontal correction coefficient RdcH and the vertical correction coefficient RdcV of the image sensor 8 from the results will be described.
When the direction in which the cut surface of the pattern 14 a of the calibration substrate 14 is a sine wave is the horizontal direction of the image sensor 8, the spatial frequency kx with respect to the sampling interval is calculated from the measurement result, and the space on the surface of the DUT 12 is measured. An amplitude V (kx) at the frequency kx is obtained.
Hereinafter, kx is calculated up to the Nyquist frequency of the sampling interval (the reciprocal of twice the sampling period).
Similarly, in the case of a non-optical shape measuring machine, the amplitude Vref (kx) of the spatial frequency kx is obtained.
The above calculation results are shown in FIG. Discrete data V (kx) was obtained by measuring the amplitude of the spatial frequency on the surface of the pattern 14.
The solid line 20 in FIG. 4 represents Vref (kx) of the non-optical shape measuring apparatus, the dotted line 21 represents V (kx) of the interference measuring apparatus, and the dotted line 21 is deteriorated in amplitude compared to the solid line 20.
At this time, the correction coefficient Rdc0 becomes Rdc0 = V (kx) / Vref (kx), and can be corrected by dividing the measurement result of the interference measuring apparatus of the present embodiment by Rdc0.
When the sample interval between the non-optical shape measurement apparatus and the interference measurement apparatus is different, the correction coefficient may be obtained by fitting Vref (kx) and V (kx) with a polynomial function or the like by the least square method or the like.
If the above method is performed in the horizontal direction and the vertical direction of the image pickup device 8 and the correction coefficient RdcH for the horizontal direction and the correction coefficient RdcV for the vertical direction are calculated, the correction coefficients in the horizontal direction and the vertical direction of the interference measuring device can be obtained, respectively. . (Step 103)

次に、補正係数分布Ｒｄｃを求める。
本実施例の干渉測定装置の水平方向、垂直方向それぞれの補正係数ＲｄｃＨ,ＲｄｃＶにフィッティングを行い関数化し、補正係数分布Ｒｄｃの作成を容易にしている。
フィッティングした水平方向、垂直方向の補正係数をＲｄｃＨ(ｋｘ),ＲｄｃＶ(ｋｙ)とすると、空間周波数(ｋｘ,ｋｙ)上の補正係数分布Ｒｄｃ(ｋｘ,ｋｙ)は
Ｒｄｃ(ｋｘ,ｋｙ)＝ ＲｄｃＨ(ｋｘ)×ＲｄｃＶ(ｋｙ) と表される。
図１に示される制御コンピュータ９内の補正手段はこの補正係数分布Ｒｄｃを用いて振幅補正計算を行う。
次に、位相分布の測定を行う。（ステップ１０４）
ここでは、研磨法によるホモジニティ測定を例にして説明する。
光源１を射出した光束はハーフミラー２を通過し、２軸ティルトステージ３上の参照プレート５に至る。
また、２軸ティルトステージ３上には縞走査法用の圧電素子４を介し、参照プレート５が設置されている。
参照プレート５は、面５ａと面５ｂが平行であると、両面５ａ，５ｂからの反射光同士で干渉する。
このため、参照面となる面５ａからの反射光のみが撮像素子に導かれ、面５ｂからの反射光はピンホール１３を通過しないか、通過してもＣＣＤ解像度を超える密な縞となるように面５ａと面５ｂの間には、断面が楔状となるような微少角度が設けられる。
透過した残りの光束は反射プレート６の反射面６ａで反射する。
以下参照プレート５の面５ａで反射される光束を参照光束、透過する光束を被検光束と称す。
反射プレート６の反射面６ａで反射した被検光束は参照光束と再び同一光束になりハーフミラー２で反射され、結像光学系７によって拡散板１０上で干渉縞を形成する。
拡散板１０は、回転することによりスペックル等の光学ノイズを平均化されるために用いられている。
拡散板１０上の干渉縞は、結像光学系１１により撮像素子８上に伝達され、撮像された干渉縞画像データは制御コンピュータ９に転送される。
制御コンピュータ９では圧電素子４を走査した際の複数の干渉縞画像データを取り込み、所謂、縞走査法により干渉縞の位相を算出して反射プレート６の反射面６ａによる波面形状変化を含んだ位相差分布Ｗ１（ｘ,ｙ）を求める。 Next, a correction coefficient distribution Rdc is obtained.
The correction coefficient distribution Rdc is easily created by fitting the correction coefficients RdcH and RdcV in the horizontal direction and the vertical direction of the interference measuring apparatus of this embodiment.
When the fitted horizontal and vertical correction coefficients are RdcH (kx) and RdcV (ky), the correction coefficient distribution Rdc (kx, ky) on the spatial frequency (kx, ky) is Rdc (kx, ky) = RdcH. It is expressed as (kx) × RdcV (ky).
The correction means in the control computer 9 shown in FIG. 1 performs amplitude correction calculation using the correction coefficient distribution Rdc.
Next, the phase distribution is measured. (Step 104)
Here, the homogeneity measurement by the polishing method will be described as an example.
The light beam emitted from the light source 1 passes through the half mirror 2 and reaches the reference plate 5 on the biaxial tilt stage 3.
A reference plate 5 is installed on the biaxial tilt stage 3 via a piezoelectric element 4 for the fringe scanning method.
When the surface 5a and the surface 5b are parallel, the reference plate 5 interferes with the reflected light from both surfaces 5a and 5b.
For this reason, only the reflected light from the surface 5a serving as the reference surface is guided to the imaging device, and the reflected light from the surface 5b does not pass through the pinhole 13 or even if it passes, it becomes a dense stripe exceeding the CCD resolution. Further, a slight angle is provided between the surface 5a and the surface 5b so that the cross section is wedge-shaped.
The remaining transmitted light beam is reflected by the reflecting surface 6 a of the reflecting plate 6.
Hereinafter, the light beam reflected by the surface 5a of the reference plate 5 is referred to as a reference light beam, and the transmitted light beam is referred to as a test light beam.
The test light beam reflected by the reflection surface 6 a of the reflection plate 6 becomes the same light beam as the reference light beam again and is reflected by the half mirror 2, and forms an interference fringe on the diffusion plate 10 by the imaging optical system 7.
The diffusion plate 10 is used to average optical noise such as speckles by rotating.
The interference fringes on the diffusion plate 10 are transmitted to the image sensor 8 by the imaging optical system 11, and the captured interference fringe image data is transferred to the control computer 9.
The control computer 9 captures a plurality of interference fringe image data when the piezoelectric element 4 is scanned, calculates the phase of the interference fringes by a so-called fringe scanning method, and includes a wavefront shape change due to the reflection surface 6 a of the reflection plate 6. A phase difference distribution W1 (x, y) is obtained.

次に、両面１２ａ、１２ｂが研磨面であり、且つ、両面１２ａ、１２ｂ間に微少角度を設けた被測定物１２を、両面１２ａ、１２ｂからの反射光はピンホール１３を通過しないか、通過してもＣＣＤ解像度を超える密な縞となるような光束との角度に調整する。
さらに、光路中に配置された状態で反射プレート６の反射面６ａで反射した被検光束と参照光束とにより形成される干渉縞により、被測定物１２の表面形状と屈折率分布による波面変化を含んだ位相差分布Ｗ２（ｘ,ｙ）を求める。
次に、被測定物１２の一方の面１２ａを参照プレート５と平行になるよう角度調整し、一方の面１２ａからの反射光のみが撮像素子８に導かれる。
他方の面１２ｂからの反射光はピンホール１３を通過しないか、通過しても撮像素子解像度を超える密な縞となるような光束との角度とする。
これにより、面１２ａで反射した被検光束と面５ａで反射した参照光束とにより形成される干渉縞により、被測定物１２の一方の表面１２ａによる波面形状変化を含んだ位相差分布Ｗ３（ｘ,ｙ）を求める。
最後に、被測定物１２の一方の面１２ｂを光束と垂直になるよう角度調整し、面１２ｂからの反射光のみが撮像素子８に導かれ、面１２ｂからの反射光はピンホール１３を通過しないか、通過してもＣＣＤ解像度を超える密な縞となるような光束との角度とする。
これにより、面１２ｂで反射した被検光束と面５ａで反射した参照光束とにより形成される干渉縞により、被測定物１２の表面形状と屈折率分布による波面変化を含んだ位相差分布Ｗ４（ｘ,ｙ）を求める。
そして制御コンピュータ９に組み込まれた振幅補正手段で測定値を補正する。（ステップ１０５）
ここで振幅補正手段は制御コンピュータ９と分離していてもよい。 Next, the reflected light from both surfaces 12a and 12b does not pass through the pinhole 13 or passes through the DUT 12 in which both surfaces 12a and 12b are polished surfaces and a slight angle is provided between both surfaces 12a and 12b. Even so, it is adjusted to an angle with the luminous flux that forms a dense stripe exceeding the CCD resolution.
Furthermore, the wavefront change due to the surface shape of the object 12 to be measured and the refractive index distribution is caused by the interference fringes formed by the test light beam and the reference light beam reflected by the reflection surface 6a of the reflection plate 6 in the state of being arranged in the optical path. The included phase difference distribution W2 (x, y) is obtained.
Next, the angle of one surface 12 a of the DUT 12 is adjusted so as to be parallel to the reference plate 5, and only the reflected light from the one surface 12 a is guided to the image sensor 8.
The reflected light from the other surface 12b does not pass through the pinhole 13 or has an angle with the light flux that forms a dense stripe exceeding the imaging element resolution even if it passes through.
Thereby, the phase difference distribution W3 (x) including the wavefront shape change by the one surface 12a of the object 12 to be measured by the interference fringes formed by the test light beam reflected by the surface 12a and the reference light beam reflected by the surface 5a. , y).
Finally, the angle of one surface 12b of the DUT 12 is adjusted so as to be perpendicular to the light beam, and only the reflected light from the surface 12b is guided to the image sensor 8, and the reflected light from the surface 12b passes through the pinhole 13. Or an angle with the luminous flux that will form a dense stripe exceeding the CCD resolution even if it passes.
Thereby, the phase difference distribution W4 (including the wavefront change due to the surface shape and refractive index distribution of the object 12 to be measured is caused by the interference fringes formed by the test light beam reflected by the surface 12b and the reference light beam reflected by the surface 5a. x, y) is obtained.
Then, the measured value is corrected by the amplitude correcting means incorporated in the control computer 9. (Step 105)
Here, the amplitude correcting means may be separated from the control computer 9.

図５を参照して、この振幅補正手段で計算される補正原理について説明する。
ここで、図５に示されるＭ１はある位相差分布の測定結果を表す。
この測定結果Ｍ１に対し、最小二乗法等を用いて多項式フィッティングを行うことにより、多項式成分Ｚ１と多項式残差成分Ｒ１に分離する。ここで多項式としてはＺＥＲＮＩＫＥ多項式等を用いればよい。
残差成分Ｒ１に対し２次元フーリエ変換を行いＲＦ１を得る。ここで残差成分を用いるのは、波面瞳端部の極端な変化による不要な周波数生成物を抑えるためである。
図５に示されるように振幅劣化は、前記ＲＦ１と同一スケールの空間周波数上に、前記干渉測定装置の振幅分布を作成したものである。
図５に示されるＲＦ２は、振幅劣化の補正後の残差波面周波数分布を表し、ＲＦ１と補正係数分布Ｒｄｃにより ＲＦ２＝ＲＦ１／Ｒｄｃ と表される。
この補正は振幅劣化で補正しようとする領域の透過波面の収差の周波数成分振幅が１ｒａｄより十分小さい場合に適用される。
補正後のＲＦ２に対し逆フーリエ変換を行い、実空間上の残差波面Ｒ２を得る。
これに前記分離した多項式成分Ｚ１を加えることで、測定結果Ｍ１に対する振幅劣化の補正が完了する。
これにより、結像光学系７及び結像光学系１１、或いは撮像素子に起因する干渉縞の空間周波数に依存したコントラスト特性によって算出される干渉縞の、特に高周波域で顕著な位相分布の振幅低下を補正している。 With reference to FIG. 5, the correction principle calculated by the amplitude correction means will be described.
Here, M1 shown in FIG. 5 represents a measurement result of a certain phase difference distribution.
The measurement result M1 is separated into a polynomial component Z1 and a polynomial residual component R1 by performing polynomial fitting using a least square method or the like. Here, a ZERNIKE polynomial or the like may be used as the polynomial.
A two-dimensional Fourier transform is performed on the residual component R1 to obtain RF1. The residual component is used here in order to suppress unnecessary frequency products due to an extreme change in the wavefront pupil end.
As shown in FIG. 5, the amplitude deterioration is a result of creating an amplitude distribution of the interference measuring apparatus on the same spatial frequency as the RF1.
RF2 shown in FIG. 5 represents the residual wavefront frequency distribution after correction of amplitude degradation, and is expressed as RF2 = RF1 / Rdc by RF1 and correction coefficient distribution Rdc.
This correction is applied when the frequency component amplitude of the transmitted wavefront aberration in the region to be corrected by amplitude deterioration is sufficiently smaller than 1 rad.
An inverse Fourier transform is performed on the corrected RF2 to obtain a residual wavefront R2 in real space.
By adding the separated polynomial component Z1 to this, the correction of the amplitude deterioration for the measurement result M1 is completed.
As a result, the amplitude drop of the phase distribution, particularly in the high frequency range, is significantly reduced in the interference fringes calculated by the contrast characteristics depending on the spatial frequency of the interference fringes caused by the imaging optical system 7 and the imaging optical system 11 or the image sensor. Is corrected.

そして、先に求めたＷ１（ｘ,ｙ）, Ｗ２（ｘ,ｙ）, Ｗ３（ｘ,ｙ）, Ｗ４（ｘ,ｙ）をそれぞれ上記方法により補正したＷ１‘（ｘ,ｙ）, Ｗ２’（ｘ,ｙ）, Ｗ３‘（ｘ,ｙ）, Ｗ４’（ｘ,ｙ）を求め、以下の式（１）に代入する。
この結果、各々の面５ａ、６ａ、１２ａ、１２ｂの形状による位相変化分は相殺され、被測定物１２の屈折率分布による位相変化のみが残り、ホモジニティΔｎ（ｘ,ｙ）を導出することができる。
Δｎ（ｘ,ｙ）＝{ｎ（Ｗ２‘−Ｗ１’）−（ｎ−１）（Ｗ４‘−Ｗ３’）}／２・・・（１）（ｎは被測定物１２の屈折率）
マスクのパターンを基板に露光する本実施例の露光装置は、本実施例の干渉測定装置により、屈折率均質性（ホモジニティ）が測定され所定の屈折率均質性を有する光学素子で構成される光学系を有する。
本実施例では、このように測定値Ｍ１を、変調伝達関数であるＭＴＦによって補正することによって、被測定物１２の透過波面の収差を高精度に測定することを可能とする。
この場合、マスクのパターンを基板に露光する本実施例の露光装置は、本実施例の干渉測定装置により、透過波面の収差が測定され所定の前記透過波面の収差を有する光学素子で構成される光学系を有する。
この光学系は、露光系を構成する光学系で、透過波面の収差が測定され、さらに、測定された透過波面の収差に基づき露光系を構成する光学系の収差が補正される場合もある。 Then, W1 ′ (x, y), W2 ′ obtained by correcting the previously obtained W1 (x, y), W2 (x, y), W3 (x, y), and W4 (x, y) by the above method, respectively. (X, y), W3 ′ (x, y), W4 ′ (x, y) are obtained and substituted into the following equation (1).
As a result, the phase change due to the shape of each of the surfaces 5a, 6a, 12a, and 12b is canceled out, and only the phase change due to the refractive index distribution of the DUT 12 remains, so that homogeneity Δn (x, y) can be derived. it can.
Δn (x, y) = {n (W2′−W1 ′) − (n−1) (W4′−W3 ′)} / 2 (1) (n is the refractive index of the DUT 12)
The exposure apparatus of the present embodiment that exposes the mask pattern onto the substrate is an optical device that is composed of optical elements having a predetermined refractive index homogeneity that is measured for refractive index homogeneity by the interference measuring apparatus of the present embodiment. Has a system.
In the present embodiment, the measurement value M1 is corrected by the MTF that is the modulation transfer function in this way, whereby the aberration of the transmitted wavefront of the DUT 12 can be measured with high accuracy.
In this case, the exposure apparatus of this embodiment that exposes the mask pattern onto the substrate is composed of an optical element that has a predetermined wavefront aberration measured by the interference measurement apparatus of this embodiment. Has an optical system.
This optical system is an optical system that constitutes an exposure system. The aberration of the transmitted wavefront is measured, and the aberration of the optical system that constitutes the exposure system may be corrected based on the measured aberration of the transmitted wavefront.

次に、図６及び図７を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。
図６は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造方法を例に説明する。
露光装置を用いてウェハを露光する工程と、前記ウェハを現像する工程とを備え、具体的には、以下の工程から成る。
ステップ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。
ステップ２（マスク製作）では設計した回路パターンに基づいてマスクを製作する。
ステップ３（ウェハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウェハを製造する。
ステップ４（ウェハプロセス）は前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウェハ上に実際の回路を形成する。
ステップ５（組立）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の組み立て工程を含む。
ステップ６（検査）では、ステップ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。
こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、それが出荷（ステップ７）される。 Next, an embodiment of a device manufacturing method using the above-described exposure apparatus will be described with reference to FIGS.
FIG. 6 is a flowchart for explaining how to fabricate devices (ie, semiconductor chips such as IC and LSI, LCDs, CCDs, and the like). Here, a semiconductor chip manufacturing method will be described as an example.
The method comprises the steps of exposing a wafer using an exposure apparatus and developing the wafer, and specifically comprises the following steps.
In step 1 (circuit design), a semiconductor device circuit is designed.
In step 2 (mask production), a mask is produced based on the designed circuit pattern.
In step 3 (wafer manufacture), a wafer is manufactured using a material such as silicon.
Step 4 (wafer process) is called a pre-process, and an actual circuit is formed on the wafer using the mask and the wafer by the above exposure apparatus using the lithography technique.
Step 5 (assembly) is referred to as a post-process, and is a process for forming a semiconductor chip using the wafer produced in step 4, and an assembly process such as an assembly process (dicing, bonding), a packaging process (chip encapsulation), or the like. including.
In step 6 (inspection), the semiconductor device manufactured in step 5 undergoes inspections such as an operation confirmation test and a durability test.
Through these steps, a semiconductor device is completed and shipped (step 7).

図７は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。
ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。
ステップ１３（電極形成）では、ウェハに電極を形成する。
ステップ１４（イオン打込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。
ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布する。
ステップ１６（露光）では、露光装置によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。
ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。
ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。
ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。
これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。 FIG. 7 is a detailed flowchart of the wafer process in Step 4.
In step 11 (oxidation), the surface of the wafer is oxidized.
In step 12 (CVD), an insulating film is formed on the surface of the wafer.
In step 13 (electrode formation), an electrode is formed on the wafer.
In step 14 (ion implantation), ions are implanted into the wafer.
In step 15 (resist process), a photosensitive agent is applied to the wafer.
Step 16 (exposure) uses the exposure apparatus to expose a circuit pattern on the mask onto the wafer.
In step 17 (development), the exposed wafer is developed.
In step 18 (etching), portions other than the developed resist image are removed.
In step 19 (resist stripping), the resist that has become unnecessary after the etching is removed.
By repeatedly performing these steps, multiple circuit patterns are formed on the wafer.

本発明の実施例の干渉測定装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the interference measuring apparatus of the Example of this invention. 本発明の実施例における補正手順を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the correction | amendment procedure in the Example of this invention. 本発明の実施例における校正用基板の平面図及びパターンの断面図である。It is the top view of the board | substrate for a calibration in the Example of this invention, and sectional drawing of a pattern. 本発明の実施例を用いる補正方法を示すグラフである。It is a graph which shows the correction method using the Example of this invention. 本発明の補正原理の説明図である。It is explanatory drawing of the correction principle of this invention. 露光装置を使用したデバイスの製造を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating manufacture of the device using an exposure apparatus. 図６に示すフローチャートのステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。It is a detailed flowchart of the wafer process of step 4 of the flowchart shown in FIG. 従来例の干渉測定装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the interference measuring apparatus of a prior art example. 従来例の干渉測定装置における校正用基板の平面図及びパターンの断面図である。It is the top view of the board | substrate for a calibration in the interference measuring apparatus of a prior art example, and sectional drawing of a pattern. 従来例の干渉測定装置を用いる補正方法を示すグラフである。It is a graph which shows the correction method using the interference measuring apparatus of a prior art example. 従来例の課題を説明するグラフである。It is a graph explaining the subject of a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

１：光源 ２：ハーフミラー
３：２軸ティルトステージ ４：圧電素子
５：参照プレート
５ａ：参照プレートの反射プレート側の面
５ｂ：参照プレートの光源側の面
６：反射プレート
６ａ：反射プレートの参照プレート側の面
６ｂ：反射プレートの面６ａと反対側の面
７：結像光学系 ８：撮像素子
９：制御コンピュータ １０：拡散板
１１：結像光学系 １２：被測定物
１２ａ：被測定物の参照プレート側の面
１２ｂ：被測定物の反射プレート側の面
１３：ピンホール
1: Light source 2: Half mirror 3: Biaxial tilt stage 4: Piezoelectric element 5: Reference plate 5a: Reflection plate side surface 5b: Reference plate light source side surface 6: Reflection plate 6a: Reflection plate reference Surface 6b on the plate side: Surface 7a opposite to the surface 6a of the reflecting plate 7: Imaging optical system 8: Imaging device 9: Control computer 10: Diffuser plate 11: Imaging optical system 12: Object 12a to be measured: Object to be measured Reference plate side surface 12b: Reflective plate side surface 13 of the object to be measured: Pinhole

Claims (9)

反射面を有する反射物を有し、被測定物を介した光を前記反射面で反射させて干渉縞を形成する干渉測定装置であって、
前記反射面を焦点位置とした時の前記干渉測定装置の変調伝達関数に基づいて、前記干渉縞から得られる位相差分布を補正することを特徴とする干渉測定装置。 An interference measuring apparatus that has a reflecting object having a reflecting surface and forms interference fringes by reflecting light through the object to be measured by the reflecting surface,
An interference measurement apparatus that corrects a phase difference distribution obtained from the interference fringes based on a modulation transfer function of the interference measurement apparatus when the reflection surface is a focal position. 前記被測定物と前記反射面との距離を、λ/２*ＮＡ＾２以下とすることを特徴とする請求項１記載の干渉測定装置。   The interference measurement apparatus according to claim 1, wherein a distance between the object to be measured and the reflection surface is λ / 2 * NA ^ 2 or less. 前記被測定物の屈折率均質性を測定することを特徴とする請求項１または２記載の干渉測定装置。   3. The interference measuring apparatus according to claim 1, wherein the refractive index homogeneity of the object to be measured is measured. マスクのパターンを基板に露光する露光装置であって、
請求項３記載の干渉測定装置により、前記屈折率均質性が測定され所定の前記屈折率均質性を有する光学素子で構成される光学系を有することを特徴とする露光装置。 An exposure apparatus that exposes a mask pattern onto a substrate,
An exposure apparatus comprising: an optical system configured by an optical element having the refractive index homogeneity measured by the interference measuring apparatus according to claim 3. 前記被測定物の透過波面の収差を測定することを特徴とする請求項１または２記載の干渉測定装置。   The interference measuring apparatus according to claim 1, wherein an aberration of a transmitted wavefront of the object to be measured is measured. マスクのパターンを基板に露光する露光装置であって、
請求項５記載の干渉測定装置により、前記透過波面の収差が測定され所定の前記透過波面の収差を有する光学素子で構成される光学系を有することを特徴とする露光装置。 An exposure apparatus that exposes a mask pattern onto a substrate,
6. An exposure apparatus comprising: an optical system configured by an optical element having an aberration of the transmitted wavefront measured by the interference measuring apparatus according to claim 5 and having a predetermined aberration of the transmitted wavefront. マスクのパターンを基板に露光する露光装置であって、
請求項５記載の干渉測定装置により、露光系を構成する光学系の前記透過波面の収差が測定されることを特徴とする露光装置。 An exposure apparatus that exposes a mask pattern onto a substrate,
6. The exposure apparatus according to claim 5, wherein the aberration of the transmitted wavefront of the optical system constituting the exposure system is measured by the interference measuring apparatus. マスクのパターンを基板に露光する露光装置であって、
請求項５記載の干渉測定装置により、露光系を構成する光学系の前記透過波面の収差が測定され、
測定された前記透過波面の収差に基づき前記露光系を構成する光学系の収差が補正されることを特徴とする露光装置。 An exposure apparatus that exposes a mask pattern onto a substrate,
The interference measurement apparatus according to claim 5, wherein the aberration of the transmitted wavefront of the optical system constituting the exposure system is measured,
An exposure apparatus, wherein an aberration of an optical system constituting the exposure system is corrected based on the measured aberration of the transmitted wavefront. 請求項４，６から８のいずれかに記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
前記基板を現像する工程と、を備えることを特徴とするデバイス製造方法。 A step of exposing the substrate using the exposure apparatus according to claim 4;
And a step of developing the substrate.
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