JP2000097616A - Interferometer - Google Patents

Interferometer

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JP2000097616A
JP2000097616A JP10268794A JP26879498A JP2000097616A JP 2000097616 A JP2000097616 A JP 2000097616A JP 10268794 A JP10268794 A JP 10268794A JP 26879498 A JP26879498 A JP 26879498A JP 2000097616 A JP2000097616 A JP 2000097616A
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light
optical
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Jacobsen Bruce
Takashi Genma
Tadashi Nagayama
Jun Suzuki
ジェイコブセン ブルース
隆志 玄間
順 鈴木
匡 長山
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Nikon Corp
株式会社ニコン
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To permit the highly accurate measurement of wavefront aberration even of an optical system using a light source with extremely short coherence length by bringing the first beam of light diffracted by the second pinhole into interference with the second beam of light. SOLUTION: Quasi-monochromatic light emitted from the same light source 1 as an exposure light source is transmitted through a mirror 2, a beam expander, etc., and is converged on a pinhole 4 by a converging lens 3. The light diffracted by the pinhole 4 becomes ideal spherical waves and becomes incident onto a test optical system 6 as measuring light. The measuring light is transmitted through the test optical system 6, converged on the location of the image surface of the test optical system 6, magnified, and brought into forming an image on a mask 11 via the first objective lens 7, a half mirror 8, and the second objective lens 9. A diffraction grating 10 is arranged between the mask 11 and the second objective lens 9 to divide the measuring light into a plurality of beams of diffracted light. A reference wavefront and a surface to be inspected are superimposed to an image pickup device 13 by a lens 12 to form interference fringes. The image of the interference fringes is analyzed by a computer 19 to obtain the wavefront aberration of the test optical system 6.

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光学系の波面収差を測定するための干渉計に関するものである。 BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an interferometer for measuring the wavefront aberration of the optical system.

【0002】 [0002]

【従来の技術】光学系の波面収差を測定するための装置としては、干渉計を応用したものが従来から知られている。 2. Description of the Related Art As optical device for measuring a wavefront aberration of an application of the interferometer has been known. 例えば、これらの干渉計は、フィゾー干渉計やトワイマングリーン干渉計であった。 For example, the interferometer, was a Fizeau interferometer or Twyman-Green interferometer. また、ピンホールからの回折光を用いるポイントディフラクション干渉計が、 Also, point-diffraction interferometer using a diffracted light from pinholes,
特開昭57−64139号公報に公開されている。 JP-A-57-64139 has been published in Japanese.

【0003】 [0003]

【発明が解決しようとする課題】現在、最も高い波面精度が要求されている光学系の一つとして、半導体露光装置の縮小投影レンズが挙げられる。 [0007] Currently, as a single optical system which the highest wavefront accuracy is required, it includes a reduction projection lens of a semiconductor exposure device. この縮小投影レンズは、半導体露光装置の露光光源波長に対して波面収差を最適化されているため、波面収差の測定には露光光源を用いることが必要になる。 The reduction projection lens, because it is optimized wavefront aberration against exposure light source wavelength of the semiconductor exposure apparatus, will require the use of exposure light source in the measurement of the wavefront aberration.

【0004】しかし、半導体露光装置の露光光源である水銀ランプのi線や、KrF,ArF,F2エキシマレーザはコヒーレンス長が非常に短く、フィゾー干渉計を用いて波面収差を計測することが出来ない。 However, i-ray or a mercury lamp as an exposure light source of a semiconductor exposure device, KrF, ArF, F2 excimer laser is very short coherence length, it is impossible to measure the wavefront aberration with a Fizeau interferometer . 一方、トワイマングリーン干渉計では、縮小投影レンズ(被検光学系)を含む測定光路の光路長と参照光路の光路長とを一致させれば、干渉縞を得ることが出来る。 On the other hand, bets in Wyman Green interferometer, if coincident with the optical path length of the reference optical path of the measuring optical path including a reduction projection lens (the optical system to be measured), it is possible to obtain interference fringes. しかし、参照光路長は1m以上になるため、空気揺らぎなどの外乱の影響を受けてしまい、必要とされているλ/100という高い測定精度を実現することは出来ない。 However, the reference optical path length to become more 1 m, will under the influence of disturbances such as air fluctuation, can not achieve high measurement accuracy of lambda / 100 is needed.

【0005】また、ポイントディフラクション干渉計は、コヒーレンスの高い光源を必要としないため、干渉性の問題はない。 Further, point-diffraction interferometer, does not require a high-coherence light source, interference issues do not. しかし、従来例では、被検光学系に入射する波面の精度が悪いことと、波面分割素子(例えば、回折格子)で発生する波面収差のために、高い測定精度を実現できなかった。 However, in the conventional example, and that the accuracy of the wavefront incident on the test optical system is poor, the wavefront splitting element (e.g., a diffraction grating) for the wavefront aberration occurring in, could not achieve high measurement accuracy. 本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、コヒーレンス長が非常に短い光源を使用する光学系であっても、高い測定精度で波面収差を測定することのできる干渉計を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, even in the optical system in which the coherence length is to use a very short light source, with a high measurement accuracy to provide an interferometer capable of measuring the wavefront aberration for the purpose.

【0006】 [0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明では、光源から放射された光束を用いて、被検光学系の波面収差を測定するための干渉計において、 To achieve the above object, according to the solution to ## in the present invention, by using a light beam emitted from the light source, the interferometer for measuring the wavefront aberration of the optical system,
前記光源からの光束を球面波に変換する第1のピンホールを有し、前記球面波を前記被検光学系に入射させる第一光学手段と、前記被検光学系からの出射光束を、少なくとも第1及び第2の光束に分割する第二光学手段と、 Having a first pinhole for converting the light beam from the light source into a spherical wave, a first optical means for incident the spherical wave to the target optical system, a light beam emitted from the target optical system, at least a second optical means for splitting the first and second light fluxes,
前記ピンホールとは異なる第2のピンホールを有し、前記第1の光束を、前記第2のピンホールで回折させる第三光学手段と、を有し、前記第2のピンホールで回折させられた前記第1の光束と、前記第2の光束と、を干渉させることによって、干渉縞を得ることを特徴とする干渉計を提供する。 Has a different second pin hole and the pin hole, the first light flux, anda third optical means for diffracting at the second pinhole, it is diffracted by the second pinhole said first light beam which is, by interfering, and the second light flux, providing an interferometer, characterized in that to obtain the interference fringes.

【0007】また、光源から放射された光束を用いて、 Further, by using a light beam emitted from the light source,
被検光学系の波面収差を測定するための干渉計において、前記光源からの光束を球面波に変換するピンホールを有し、前記球面波を前記被検光学系に入射させる第一光学手段と、前記被検光学系からの出射光束を、反射し、再び前記被検光学系へ戻す反射手段と、前記反射手段からの出射光束を、少なくとも第1及び第2の光束に分割する第二光学手段と、前記第1の光束を、回折させ、球面波を発生させる第三光学手段と、を有し、前記第3光学手段で回折させられた前記第1の光束と、前記第2の光束と、を干渉させることによって、干渉縞を得ることを特徴とする干渉計も提供する。 In an interferometer for measuring the wavefront aberration of the optical system, has a pin hole for converting the light beam from the light source into a spherical wave, a first optical means for incident the spherical wave to the target optical system the outgoing light beam from the optical system to be measured, reflected and a second optical to split again said a reflecting means for returning to the target optical system, a light beam emitted from said reflecting means, the at least first and second beam means and, said first light beam, diffracts, has a third optical means for generating a spherical wave, and a first light beam which is then diffracted by the third optical means, said second beam When, by interfering also provides interferometer and obtaining interference fringes.

【0008】 [0008]

【発明の実施の形態】上述の様に、本発明では、ピンホールによって回折した理想的な球面波を被検光学系に入射させることにより、波面測定精度を向上させている。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION As described above, in the present invention, by entering an ideal spherical wave diffracted by the pinhole optical system to be measured, thereby improving the accuracy of the wavefront measurement.
また、測定光路中に新たに較正用ピンホールを挿入して被検光学系以外の光学系で発生している波面収差を測定し、それを減算することにより、測定精度を向上させることを可能にしている。 Moreover, the newly inserted calibration pinhole in the measurement optical path to measure the wavefront aberration occurring in the optical system other than the optical system to be measured, by subtracting it possible to improve the measurement accuracy I have to.

【0009】また、較正用ピンホールを用いずに高精度球面鏡を用いて、被検光学系以外の光学系で発生している波面収差を較正するための干渉計の構成も考案した。 Further, using a high-precision spherical mirror without using the calibration pinhole was also devised arrangement of the interferometer for calibrating the wavefront aberration occurring in the optical system other than the target optical system.

【0010】 [0010]

【実施例】〔第一実施例〕第一実施例を、図1を用いて説明する。 EXAMPLES [First embodiment] First embodiment will be described with reference to FIG. 本実施例は、半導体露光装置の縮小投影レンズの波面収差を測定するための干渉計である。 This embodiment is an interferometer for measuring the wavefront aberration of the reduction projection lens of a semiconductor exposure device. つまり、 That is,
被検光学系を縮小投影レンズとしたときの実施例である。 It is an example of when a reduction projection lens target optical system.

【0011】半導体露光装置の露光光源と同一の光源1 [0011] the same light source and an exposure light source of a semiconductor exposure apparatus 1
から出射した準単色光は、ミラー2及び不図示のビームエキスパンダなどを透過した後、集光レンズ3によってピンホール4上に集光される。 Quasi-monochromatic light emitted from the region is transmitted through the like beam expander mirror 2 and not shown, it is focused on the pinhole 4 by the condenser lens 3. ピンホール4は、測定光の波長程度の直径の円形開口である。 Pinhole 4 is a circular aperture with a diameter of about the wavelength of the measuring light. 本実施例においては、ピンホール4は、クロムなどの金属膜或いは誘電体多層膜からなる薄膜4aを石英ガラス板4bの表面に蒸着し、ピンホール4cをエッチングなどにより薄膜のほぼ中心部に形成することによって製作されている。 In this embodiment, the pinhole 4, a metal film or thin film 4a made of a dielectric multilayer film such as chromium is deposited on the surface of the quartz glass plate 4b, forming a pinhole 4c substantially central portion of the thin film by etching or the like It has been produced by. 図2 Figure 2
は、その拡大図である。 Is an enlarged view thereof.

【0012】光源がKrF,ArF,F2などのエキシマレーザである場合、これらは、パルスレーザであるため、10〜20nsecという短時間に強いエネルギーを照射する。 [0012] If the light source is an excimer laser such as KrF, ArF, F2, it is the pulsed laser is irradiated with strong energy in a short time that 10~20Nsec. そのため、ピンホールの材質は、パルスレーザのピークパワーに対して十分に耐久性のあるものでなければならない。 Therefore, the material of the pin holes must be sufficiently durable against the peak power of the pulsed laser. ピンホール4cで回折させた光は、 The light is diffracted by the pinhole. 4c,
理想的な球面波となり、測定光として被検光学系6に入射する。 An ideal spherical wave, incident on the optical system to be measured 6 as a measurement light. 本実施例においては、測定光は、縮小光学系5 In the present embodiment, the measuring light, reducing optical system 5
により、被検光学系6の物体面位置(通常レチクルが配置される位置)に集光されている。 By being focused on the object plane position of the target optical system 6 (the position where usually the reticle is placed).

【0013】測定光は、被検光学系6の瞳面をカバーするだけの発散角を持って、被検光学系6に入射しなければならない。 [0013] measuring light with a divergence angle of only covers the pupil plane of the optical system 6 must enter the tested optical system 6. この条件は、ピンホール4cの直径をφ、 This condition, the diameter of the pinhole 4c φ,
測定波長をλ、被検レンズ6の入射側開口数をNA、縮小光学系5の倍率をmとしたときに、 φ<λ/(m・NA) (A) と表わすことが出来る。 The measurement wavelength lambda, when the incident side numerical aperture of the lens 6 and NA, the magnification of the reduction optical system 5 and m, φ <λ / (m · NA) (A) and represented it is possible. ピンホールの透過率を考慮すると、現実には、 λ/2<φ<λ/(m・NA) (B) が条件になる。 Considering the transmittance of the pinhole, in reality, λ / 2 <φ <λ / (m · NA) (B) is a condition.

【0014】被検光学系6を透過後、被検光学系6の像面位置(通常ウェハが配置される位置)に集光した測定光は、第一対物レンズ7、ハーフミラー8、第2対物レンズ9を介してマスク11上に拡大結像される。 [0014] After transmitted through the optical system 6, the measurement light focused on the image plane position of the target optical system 6 (the position where usually the wafer is placed), the first objective lens 7, a half mirror 8, second It is magnified image on the mask 11 via the objective lens 9. 拡大結像が必要になるのは、被検レンズ6が半導体露光装置用縮小光学系の場合、像面位置に出来る像の大きさが波長オーダーの極めて小さなものになり、拡大結像しないと、後述するマスク・ピンホール11aの製作が困難になるのを防ぐためである。 The magnified image is required, when the test lens 6 is the reduction optical system for a semiconductor exposure device, the size of the image that can be in the image plane position becomes extremely small in the wavelength order, unless magnified image, fabrication later masking pin hole 11a is to prevent the difficulty.

【0015】マスク11と第2対物レンズ9との間には、回折格子10が設置されており、測定光は複数の回折光に分割される。 The mask 11 and between the second objective lens 9, the diffraction grating 10 is installed, the measurement light is split into a plurality of diffracted light. マスク11は、測定光の波長オーダの小さなピンホール11aと波長の数十から数百のオーダの比較的大きいウィンドウ11bとからなる。 Mask 11 is comprised of a relatively large window 11b of the hundreds of the order of several tens of small pinholes 11a and the wavelength of the wavelength order of the measuring light. ピンホール11aとウィンドウ11bとは、測定光の波長の数百倍離れている。 The pinhole 11a and window 11b, separated from each other by several hundred times the wavelength of the measuring light. 図4は、マスク11の拡大図である。 Figure 4 is an enlarged view of the mask 11.
本実施例においては、0次回折光がピンホール11aに集光し、1次回折光がウインドウ11bの中央に集光し、他の回折光はマスク11でカットされるように、回折格子10が形成されている。 In the present embodiment, 0-order diffracted light is focused on the pinhole 11a, 1 and focused at the center of the diffracted light window 11b, so that other diffracted light is cut by the mask 11, the diffraction grating 10 is formed It is. ピンホール11aで回折された光は、理想的な球面波となり、測定の参照波面として用いられる。 Light diffracted by the pinhole 11a becomes an ideal spherical wave is used as a reference wavefront measurement. 一方、ウインドウ11bを透過した光は、不変であり、被検波面として使われる。 Meanwhile, the light transmitted through the window 11b is unchanged, is used as measured wavefront.

【0016】参照波面と被検波面とは、レンズ12によって撮像素子13に重畳され、干渉縞を形成する。 [0016] The reference wavefront and the measured wavefront, is superimposed on the image sensor 13 by the lens 12 to form an interference pattern. レンズ12は、被検光学系6の瞳面を撮像素子13の検出面上に結像する役目も果している。 Lens 12 is also plays role of imaging the pupil plane of the optical system 6 onto the detection surface of the image sensor 13. 干渉縞画像はコンピュータ19により解析され、被検光学系6の持つ波面収差が求められる。 Interference fringe image is analyzed by a computer 19, the wavefront aberration with a target optical system 6 is obtained. 干渉縞を高精度で解析するために、回折格子10を圧電素子などを用いて光軸に垂直かつ回折格子の直線の向きと垂直な方向に、回折格子の周期の1/ The interference fringes for analysis at high precision, such as the linear direction perpendicular to the direction of the vertical and the diffraction grating to the optical axis with a diffraction grating 10 piezoelectric elements, the period of the diffraction grating 1 /
4程度ずつ平行にシフトした時の干渉縞画像を複数枚用いる。 Each degree 4 using plural interference fringe image when shifted parallel. 干渉縞の解析は、縞走査法として公知の処理手順に行われる。 Analysis of the interference fringes is performed to a known procedure as fringe scanning method.

【0017】ここで、被検光学系6の瞳面を照射するためには、通常、広い回折角を持つ小さなピンホールの作成が必要になる。 [0017] Here, in order to irradiate the pupil plane of the optical system 6 is usually required creation of small pinholes with a wide angle of diffraction. 波長オーダーのピンホールの製作は非常に難しい。 Production of the pin hole of the wavelength order is very difficult. また、小さなピンホールを用いる場合、撮像素子13で十分な明るさの干渉縞画像を得るためには、非常に強い照射強度でピンホール4aを照明する必要が生じる。 Also, a small case of using a pinhole, in order to obtain an interference fringe image of sufficient brightness in the image pickup device 13 is required to illuminate the pinhole 4a occurs very strong radiation intensity. 前述したクロム膜で形成されたピンホールは、強い光を照射すると膜が破損される恐れがある。 Pin holes formed in the chromium film described above, there is a risk that when exposed to intense light film is damaged.

【0018】縮小光学系5は、ピンホールの破損を防ぐためのものである。 [0018] The reduction optical system 5 is intended to prevent damage to the pin hole. 例えば、縮小倍率を1/10とすると、ピンホールの大きさが10倍になり、製作が容易になるとともに、照射強度は1/100倍になり、ピンホール膜の耐久性の問題も解決される。 For example, if the reduction ratio is 1/10, the size of the pinhole is 10 times, with manufacture is facilitated, irradiation intensity becomes 1/100, durability problems of pinholes film is also resolved that. 本実施例のように光源1がパルス光源の場合には、上述のピンホール破損防止方法以外にも、パルスの分割により光源側ピンホール4aの照射強度のピーク値を下げる方法がある。 If the light source 1 as in this embodiment of the pulsed light source, in addition to the pinhole damage prevention method described above, there is a method of reducing the peak value of the irradiation intensity of the light source side pinhole 4a through divided pulse.

【0019】図7を用いて、この実施例を説明する。 [0019] with reference to FIG. 7, illustrating this embodiment. 光源1から出射した光をハーフミラー84で分割する。 Splitting the light emitted from the light source 1 by the half mirror 84. ハーフミラーの反射率は38%、透過率は62%程度が望ましい。 The reflectance of the half mirror 38%, transmittance of about 62% is desirable. ハーフミラー84で反射した光に比べて、ハーフミラー84を透過してプリズムミラー85a、85b Compared to the light reflected by the half mirror 84, a prism mirror 85a passes through the half mirror 84, 85b
及び85cで反射した後ハーフミラーを透過してきた光束は、時間的に遅延している。 The light beam transmitted through the half mirror after reflection and in 85c is delayed in time. 遅延時間t1は、このループの光路長L1を光速度cで割った値になる。 Delay time t1 becomes the optical path length L1 of the loop divided by the speed of light c. 遅延時間t1は、光源1のパルス持続時間よりも長くなるように選ばなくてはならない。 Delay time t1 is should be chosen to be longer than the pulse duration of the light source 1. レンズ90は、ビームの断面内での強度分布や波長分布が一致しない場合に、それらを平均化するための光学系である。 Lens 90, when the intensity distribution and wavelength distribution in the beam cross-section do not match, an optical system for averaging them. これにより、ループを通過したビームは、上下左右が反転されている。 Thereby, the beam passing through the loop, up, down, left, and right are inverted.

【0020】第2ループは更に大きな光路長L2を持ち、ループを一回転する毎にビームがシフトするようにハーフミラー86とプリズムミラー87a、87b及び87cとが配置されている。 The second loop further has a large optical path length L2, the half mirror 86 and the prism mirror 87a, and the 87b and 87c are arranged to beams shifted every one rotation of the loop. 第2ループによる遅延時間t2はL2/cであり、ループを1回回転する毎にt2 The delay time t2 of the second loop is L2 / c, t2 in each rotation once loop
だけ遅れたパルスが得られる。 Only delayed pulse is obtained. t2はt1よりも大きな値になるように選ぶ。 t2 is chosen as to be greater than t1.

【0021】これらの光学系を用いた場合のパルス変化の様子を、図8に示す。 [0021] The state of the pulse change in the case of using these optical systems, shown in FIG. パルスの持続時間を伸ばすことと同等の効果が選られ、ピークパワーが減少していることがわかる。 Effect of equivalent to extend the duration of the pulse is twisted, it can be seen that the peak power is reduced. ピンホール膜の破壊に寄与するのはパルスのピークパワーであるので、このループ光学系はピンホールの耐久性向上に大きな効果をもたらした。 Since it contributes to the destruction of the pinhole film is the peak power of the pulse, the loop optical system has brought significant effect on durability of the pinhole. 尚、このループ光学系は光源1とミラー2の間に挿入されている。 Incidentally, the loop optical system is inserted between the light source 1 and the mirror 2.

【0022】前述までの測定方法では、被検波面は光源側ピンホール4aと検出側ピンホール11aの間のすべての光学系の収差の影響を受けている。 [0022] In the measurement method to above, the wavefront is affected by aberrations of all optical system between the light source side pinhole 4a and the detection-side pinhole 11a. 具体的には、測定結果W0は、縮小光学系5の波面収差Wrと被検光学系6の波面収差Wtと第一対物レンズ7から回折格子1 Specifically, measurement W0, the diffraction grating 1 from the wavefront aberration Wt and first objective lens 7 of the wavefront aberration Wr and the optical system to be measured 6 of the reduction optical system 5
0までからなる検出光学系の波面収差Wpとの和で表される。 Represented as the sum of the wavefront aberration Wp optical imaging system consisting of up to 0.

【0023】W0=Wr+Wt+Wp (1) 縮小光学系の波面収差Wr及び検出光学系の波面収差W [0023] W0 = Wr + Wt + Wp (1) of the reduction optical system wavefront aberration Wr and wavefront aberration W of the detection optical system
pは、極力小さくすることが望ましい。 p is preferably as small as possible. そのため、これらの光学系は、均質性のよい材料を用いて高精度に製作されている。 Therefore, these optical systems are manufactured with high precision by using a good homogeneity material. 被検光学系6が半導体露光装置用縮小光学系である場合には、波面収差測定の要求精度はきわめて高く、WrとWpとの影響を無視することが出来ない。 When the test optical system 6 is a semiconductor exposure apparatus for reducing optical system, required accuracy of the wavefront aberration measurement is very high, it is impossible to ignore the influence of Wr and Wp.
そこで、これらの影響を取り除く方法を、図5及び図6 Therefore, how to eliminate these effects, 5 and 6
を用いて説明する。 It will be described with reference to.

【0024】まず、検出光学系の波面収差Wpを測定する方法について説明する。 Firstly, a method for measuring a wavefront aberration Wp optical imaging system. 使用光の波長オーダの直径を持つ開口からなる第一キャリブレーションピンホール2 The first consists of an opening with a diameter of a wavelength order of light used calibration pinhole 2
5を、被検光学系6の像面位置に配置する。 5, is disposed at the image plane position of the target optical system 6. この時、第一キャリブレーションピンホール25で回折した波面は、理想的な球面波である。 At this time, the wavefront diffracted by the first calibration pinhole 25 is an ideal spherical wave. 従って、ここで、撮像素子13上に形成される干渉縞は、検出光学系で発生した波面収差Wpを表すことになる。 Thus, where the interference fringes formed on the image sensor 13 will represent the wavefront aberration Wp generated by the detection optical system.

【0025】 W1=Wp (2) 次に、第一キャリブレーションピンホール25を取り除き、使用光の波長オーダの直径をもつ開口からなる第二キャリブレーションピンホール27を、被検光学系6の物体面位置に設置する。 [0025] W1 = Wp (2) Next, the object of the first calibration pinhole 25 is removed, a second calibration pinhole 27 comprising an opening with a diameter of a wavelength order of light used, the optical system to be measured 6 It is installed in surface position. 第二キャリブレーションピンホール27からは理想的な球面波が発生するので、この時、得られる干渉縞は、被検光学系6の波面収差Wtと検出光学系の波面収差Wpとの和を表す。 Since an ideal spherical wave is generated from the second calibration pinhole 27, this time, the interference fringes obtained represents the sum of the wavefront aberration Wp detection optical system and wavefront aberration Wt of the optical system to be measured 6 .

【0026】 W2=Wt+Wp (3) 以上2回の測定を行うことにより、被検光学系6の波面収差Wtのみを求めることが出来る。 [0026] W2 = By performing Wt + Wp (3) more than two measurements can be obtained only wavefront aberration Wt of the optical system to be measured 6. 具体的には、式(2)及び(3)を用いて、 Wt=W2−Wp=W2−W1 (4) を求めればよい。 Specifically, using equation (2) and (3) may be obtained with Wt = W2-Wp = W2-W1 (4). 式(4)の計算は、コンピュータで波面収差の測定結果を減算することにより容易に行われる。 Calculation of equation (4) is readily accomplished by subtracting the measurement result of the wavefront aberration in the computer.

【0027】縮小光学系や検出光学系の持つ波面収差が時間的に変動しないのであれば、上記の較正方法は、一度だけ行っておけばよい。 If [0027] than the wavefront aberration with a reduction optical system and the detection optical system does not vary with time, the method of calibration, it is sufficient to go only once. 縮小光学系の波面収差Wrは Wr=W0−W2 で求められる。 Wavefront aberration Wr of the reduction optical system is obtained by Wr = W0-W2. 検出光学系の波面収差はW1であるので、これらの情報をコンピュータ内に貯えておき、通常の測定結果W0からWrとWpを減算すれば、被検レンズの波面収差Wtを1回の測定だけで求めることが出来る。 Since the wavefront aberration of the detecting optical system is W1, keep stored the information in the computer, if the normal measurement W0 subtracting Wr and Wp from only one measurement of the wavefront aberration Wt of the lens it can be obtained at. キャリブレーションピンホールを用いた較正のための測定は、定期的に行うだけで十分である。 Measurements for calibration using the calibration pinhole, it is sufficient performed periodically.

【0028】続いて、測定時に行う光学系のアライメント装置について、図9を用いて説明する。 [0028] Subsequently, an optical system of the alignment device which performs the time measurement will be described with reference to FIG. 本実施例の干渉計では、光源ピンホール4aから出射した光を検出ピンホール11aに集光しないと、測定が出来ない。 The interferometer of the present embodiment, when the light emitted from the light source pinholes 4a is not focused on the detection pinhole 11a, can not be measured. そのため、光学系のアライメントが非常に重要である。 Therefore, alignment of the optical system is very important. 被検光学系6の波面収差は、光軸上のみならず、軸外においても測定する必要があるため、光源部は、ステージ23 Wavefront aberration of the optical system 6, not on the optical axis only, it is necessary to measure even in the off-axis, the light source unit, the stage 23
上に設置され、水平面内(被検光学系6の光軸と垂直方向)及び垂直方向に移動可能になっている。 Is installed in the upper, horizontal plane is movable in the (direction perpendicular to the optical axis of the optical system to be measured 6) and vertical directions. 検出側光学系も、同様にステージ24上に設置されており、水平面内及び垂直方向に移動可能である。 Detection-side optical system is similarly being placed on the stage 24 is movable within and vertically a horizontal plane.

【0029】被検光学系6が基準位置に設置された後、 [0029] After the target optical system 6 is installed in the reference position,
ステージ23は、水平方向及び光軸方向の所定の位置に移動する。 Stage 23 is moved to a predetermined position in the horizontal direction and the optical axis direction. 移動量はコンピュータで指示され、ステージ23の位置は不図示のレーザ測長装置で精密に計測される。 The amount of movement is indicated by the computer, the position of the stage 23 is precisely measured by the laser length measuring device (not shown). この時、光源ピンホール4aから出射した光の一部は、ハーフミラー8を透過し、ミラー16で反射され、 At this time, a part of the light emitted from the light source pinholes 4a, transmitted through the half mirror 8 is reflected by the mirror 16,
測定光路A2中に挿入されたミラー22を介して、集光レンズ12によって撮像素子13上にスポットを結像する。 Via a mirror 22 which is inserted into the measuring optical path A2, imaging spots on the image sensor 13 by the condenser lens 12. このスポットの基準位置からのずれ量はステージ2 Amount of deviation from the reference position of the spot Stage 2
4の位置ずれ量を表すので、この情報を用いてステージ24を移動することにより、水平方向のアライメントを行うことが出来る。 Since representing the positional deviation amount of 4, by moving the stage 24 by using this information, it is possible to perform the horizontal alignment.

【0030】しかし、この装置では、アライメントの分解能は撮像素子13の画素サイズによって決まるため、 [0030] However, in this apparatus, since the resolution of the alignment determined by the pixel size of the imaging device 13,
測定光を検出ピンホール11aに照射するには、感度が不十分である。 To the measurement light to the detection pinhole 11a is sensitive enough. そこで、本実施例では、ピンホール4a Therefore, in this embodiment, the pinhole 4a
から出射した光は、集光レンズ17により4分割ディテクタ18上にも集光するようにしている。 Light emitted from, so that condenses also on 4-split detector 18 by the condenser lens 17. 4分割ディテクタを用いると、撮像素子のみを用いた従来の装置に比べて高い分解能で位置ずれを測定できる。 Using 4-division detector can measure the positional deviation with high resolution as compared with the conventional apparatus using only the image sensor. そのため、この情報を基にステージ24の位置を修正すれば、測定光を検出ピンホール11a上に集光することが可能になる。 Therefore, if correct the position of the stage 24 on the basis of this information, it is possible to focus the measuring beam onto the detection pinhole 11a. 本実施例では検出器として4分割ディテクタを用いたが、PSDなど他の手段を用いてもよい。 Although using four-division detector as the detector in this embodiment, other means may be used such as PSD. ステージ2 Stage 2
4の位置もまた不図示のレーザ測長機によって計測されている。 4 positions have also been measured by the laser length measuring machine (not shown).

【0031】光軸方向の位置ずれは、結像レンズ12を用いて、形成されたスポット像の大きさを判断することにより、測定することが出来る。 The positional deviation in the optical axis direction, by using the imaging lens 12, the size of the formed spot image by determining, can be measured. しかし、最終的には、 However, in the end,
一回測定を行い、干渉縞を解析して、フォーカス成分を計算し、その情報を基に光軸方向にステージを移動するという方法で、精密に行っている。 Performed once measured, by analyzing the interference fringe, in a way that a focus component is calculated to move the stage in the optical axis direction based on the information is performed to a precision. 本実施例中では、4 In the present embodiment, 4
分割ディテクタ18は、アライメント装置としてだけではなく、能動光学系のディテクタとしても用いられている。 Divided detector 18 not only as an alignment device, and as an detector active optical system. 前述の様に、4分割ディテクタ18を用いると、光学系の横ずれを検出することが出来る。 As described above, the use of 4-split detector 18, it is possible to detect the lateral displacement of the optical system. 横ずれの原因にはアライメント誤差だけではなく、振動などの外乱も含まれる。 Not only the alignment error is the cause of the strike-slip, also it includes disturbances such as vibration. 本装置は、不図示の除振装置の上に設置されているが、外部からの振動を完全に取り除くことは難しい。 This device has been placed on a vibration isolator (not shown), it is difficult to completely remove the vibration from the outside. 特に、水平方向の振動は、干渉縞のコントラストを低減させ、測定自体を不可能にすることもある大きな問題である。 In particular, vibration in the horizontal direction, the contrast of the interference fringes is reduced, it is also a major problem that to disable the measurement itself.

【0032】本実施例では、4分割ディテクタ18から得た信号を用いて、光学系の横ずれ量をコンピュータ2 [0032] In the present embodiment, 4 by using the signal obtained from the division detector 18, the computer 2 a lateral deviation amount of the optical system
0でリアルタイムで計算し、それを打ち消すように光源ピンホール4aの位置を移動させている。 Calculated in real time 0, and moves the position of the light source pinhole 4a to cancel it. これにより、 As a result,
振動の影響を打ち消すことができる。 It is possible to counteract the effects of vibration. ここで、ピンホールの移動量はコンピュータ20から指示され、ピンホールの移動は圧電素子21を用いて行われている。 Here, the amount of movement of the pinhole is instructed by the computer 20, movement of the pin holes are made using a piezoelectric element 21. 本実施例では、光源ピンホール4aを移動することにより振動の影響を打ち消しているが、このことは、光源ピンホールのみが振動していたということを意味する訳ではない。 In this embodiment, counteracts the effects of vibrations by moving the light source pinhole 4a, this is not to mean that only the light source pinholes were vibrating. 光源部23、被検光学系6及び検出系24の相対関係の変化を、光源ピンホール4aの移動のみで補償しているのであり、被検光学系6や検出系24を移動することでも同様の効果が得られる。 Light source unit 23, a change in the relative relationship of the optical system to be measured 6 and detection system 24, and than compensates only by moving the light source pinhole 4a, also by moving the target optical system 6 and the detection system 24 effect can be obtained. 本実施例では、高速応答を可能にするため、重量の軽い光源ピンホール4aを移動させている。 In this embodiment, in order to enable high-speed response, and to move the light source pinhole 4a heavy.

【0033】本実施例では、4分割ディテクタ18は、 [0033] In this example, 4-division detector 18,
更に、被検光学系6のディストーション計測にも用いられている。 Furthermore, as used in distortion measurement of the optical system to be measured 6. 光源部ピンホール4aが被検光学系6の光軸上から水平にxの位置に置かれるように、ステージ23 As the light source unit pinholes 4a is placed in the position of the horizontal x from an optical axis of the optical system to be measured 6, the stage 23
を移動したとき、縮小倍率1/m倍の被検光学系6によって像面位置内に出来る像は、理想的には、光軸からx When you move the, image by the reduction factor 1 / m times the target optical system 6 can be in the image plane position, ideally, x from the optical axis
/mの距離にあるはずである。 / M there should be a distance of. しかし、被検光学系6が歪曲収差を持つ場合には、結像位置は光軸と直交する方向にシフトする。 However, when the test optical system 6 has the distortion aberration, the imaging position is shifted in a direction perpendicular to the optical axis. このシフトした量を計測するのが、ディストーション計測である。 To measure the shift amounts is the distortion measurement. 本実施例では、ステージ2 In this embodiment, the stage 2
3及び24の位置を高精度にレーザ干渉計で計測しながら、像面位置に形成された像の位置ずれを4分割ディテクタを用いて計測することにより、ディストーション計測を実現している。 3 and the position of 24 while measuring with a laser interferometer with high accuracy, by measuring using a 4-split detector positional deviation of an image formed on the image plane position, is realized distortion measurement. ディストーション計測時には、前述の能動光学シークエンスは停止するか、圧電素子による光源ピンホールの移動量まで考慮してディストーション計算を行う必要がある。 During distortion measurement, above the active optical sequence to stop, it is necessary to perform distortion calculated by consideration of the moving amount of light source pinholes piezoelectric element. 4分割ディテクタ18を用いることにより、ナノメータ・オーダでの測定が実現可能である。 By using the 4-division detector 18, measurement at nanometer order can be realized. 〔第二実施例〕本発明の第2実施例を、図10を用いて説明する。 A second embodiment of the [Second embodiment] The present invention will be described with reference to FIG. 本実施例は、第一実施例とは異なり、被検光学系内で測定光を往復させる干渉計である。 This embodiment, unlike the first embodiment, a interferometer reciprocating measuring light in the target optical system.

【0034】光源28から出射された単色光は、ミラー29及び不図示のビームエキスパンダなどを透過した後、集光レンズ30によってハーフミラー31で反射後、マスク32上に集光される。 The monochromatic light emitted from the light source 28 is transmitted through and the beam expander of the mirror 29 and not shown, after reflected by the half mirror 31 by a condenser lens 30, is focused on the mask 32. マスク32は、第一実施例の光源ピンホール4と検出ピンホール11とを一体化したものである。 Mask 32 is obtained by integrating the light source pinhole 4 and the detection pinhole 11 of the first embodiment. マスク32は、測定光の波長オーダの小さなピンホールと、波長の数十から数百のオーダの比較的大きいウィンドウとからなり、前述の集光光束は、小さなピンホール上に集光される。 Mask 32 has a small pinhole in the wavelength order of measurement light, it consists of a relatively large window of hundreds of the order of several tens of wavelengths, condensed light beam described above is condensed on a small pinhole.

【0035】ピンホールで回折させた光は、理想的な球面波となり、回折格子33の0次透過光のみが測定光として被検光学系37に入射する。 [0035] Light is diffracted by the pinhole, an ideal spherical wave, only the zero-order transmitted light of the diffraction grating 33 is incident on the test optical system 37 as a measurement light. この測定光は、被検光学系37の瞳面を十分にカバーしていなければならない。 The measurement light, must be sufficient to cover the pupil plane of the optical system 37. 他の次数の回折光は絞り51によりカットされる。 Diffracted light other orders is cut by the stop 51.
図10に示す実施例では、絞り51は、被検光学系37 In the embodiment shown in FIG. 10, the diaphragm 51, the optical system to be measured 37
の入射側(下側)に置かれているが、出射側(上側)の集光点に設置してもよい。 Have been placed on the incident side (lower side), it may be placed at the focal point of the exit side (upper side). また、回折格子33を、被検光学系37と射出側(上側)の集光点との間に設置することも可能である。 Further, the diffraction grating 33, it is also possible to set between the focal point of the exit side of the optical system to be measured 37 (upper side).

【0036】被検光学系37を透過した測定光は、極めて高精度に製作された球面ミラー38で反射され、再び被検光学系37を透過し、検出光学系に入射する。 The measurement light transmitted through the optical system 37 is reflected by the spherical mirror 38 fabricated in extremely high accuracy, transmitted through the optical system 37 again, and enters the detection optical system. 第一対物レンズ36、ハーフミラー35、第2対物レンズ3 The first objective lens 36, half mirror 35, second objective lens 3
4によりポイント像をマスク32上に再結像すること、 4 to re-imaging point image on the mask 32 by,
回折格子33のある次数の光をマスク32上に集光し回折波面を参照波面にすること、マスク32のウインドウを透過した別の次数の波面を被検波面にすること、それ以外の次数はマスク32でカットされることは、第一実施例と同じである。 To the orders of light with a diffraction grating 33 to the reference wavefront converging diffracted wavefront on the mask 32, to another wavefront orders transmitted through the window of the mask 32 to the measured wavefront, other orders of be cut in the mask 32 is the same as the first embodiment.

【0037】本実施例においては、マスク32や回折格子33などによる反射光が撮像素子45に入射する可能性がある。 [0037] In this embodiment, light reflected by such a mask 32 and a diffraction grating 33 is likely to be incident on the image sensor 45. そのための解決手段として、これらの素子を、光軸に対して若干傾斜させて設置する場合がある。 As a solution therefor, these elements, which may be installed by slightly inclined relative to the optical axis.
また、被検光学系6の瞳面を撮像素子45の検出面に結像することが望ましいのは、第一実施例と同じであるが、実現が不可能な場合には、球面ミラー38の反射面を撮像素子45の検出面に結像することにしてもよい。 Further, the it is desirable to image the pupil plane of the optical system 6 to the detection surface of the image sensor 45 is the same as the first embodiment, when the realization is not possible, the spherical mirror 38 the reflective surface may be be imaged on the detection surface of the image sensor 45.
本装置による測定結果は、被検光学系6を往復することによって生じた波面収差を表しているので、被検光学系6の片道だけを通過した波面収差を求めるには、測定結果を2で割る必要があることは言うまでもない。 Measurements according to the apparatus, since it represents the wavefront aberration caused by reciprocating the optical system to be measured 6, the seek wavefront aberration that has passed through only one way of the optical system to be measured 6, the measurement results 2 it goes without saying that there is a need to divide.

【0038】アライメント光学系の構成も第一実施例と同じである。 The alignment optical system configuration is the same as the first embodiment. また、本実施例の場合には振動の影響を補償するために、球面ミラー38の位置を能動的に動かしている。 Further, in the case of the embodiment in order to compensate for the effects of vibration, and actively moving the position of the spherical mirror 38. 干渉縞画像を高精度で解析するためには、第一実施例と同様に、回折格子33を圧電素子33aなどを用いてシフトした時の複数の干渉縞画像を用いることも可能である。 An interference fringe image to analyze with high accuracy, similarly to the first embodiment, it is also possible to use a plurality of interference fringe images when shifted by using a diffraction grating 33 piezoelectric element 33a. しかし、本実施例では、以下に示すような異なる手法を用いている。 However, in the present embodiment uses a different approach as described below.

【0039】回折格子33を用いる場合、回折格子33 [0039] In the case of using the diffraction grating 33, the diffraction grating 33
のピッチをG、回折格子33とマスク32との距離をz Pitch G, the distance between the diffraction grating 33 and the mask 32 z of
とし、測定波長をλとすると、マスク32上での基準光と測定光の間隔dは、 d=z tan{arcsin(λ/G)}≒λz/G となる。 And then, when the measurement wavelength is lambda, the distance d between the reference light and the measurement light on the mask 32, d = z tan {arcsin (λ / G)} becomes ≒ [lambda] z / G. 測定光を、焦点距離fのレンズ44で平行光にして撮像素子45に入射させる場合、レンズ44の焦点距離をfとすると、レンズ透過後の参照波面と被検波面とのなす角θは、 θ=arctan(d/f) と表わされる。 The measurement light, if to be incident on the imaging device 45 into parallel light by a lens 44 of focal length f, and the focal length of the lens 44 is f, the angle θ between the reference wavefront and the measured wavefront after the lens transmittance, is expressed as θ = arctan (d / f). 従って、撮像素子45上での干渉縞の周期Tは、 T=λ/ sinθ=λ/ sin{arctan(d/f)}≒λf Therefore, the period T of the interference fringes on the image pickup device 45, T = λ / sinθ = λ / sin {arctan (d / f)} ≒ λf
/d≒fG/dz と表わすことが出来る。 / D ≒ fG / dz to represent it can be. この式は、干渉縞の周期Tが回折格子のピッチなどから事前に知ることが出来る量であること、測定時の被測定物の位置決めなどによって変化する量ではないことを示しており、このことから、干渉縞周期Tを撮像素子の画素間隔pの整数倍になる様に干渉計を構成することが容易であることが分かる。 This equation, that the period T of the interference fringes is the amount that can be known, such as from pre-pitch of the diffraction grating indicates that it is not in an amount that varies depending on the positioning of the measurement time of the measurement object, this from it can be seen the fringe period T it is easy to configure the interferometer so as to become an integral multiple of the pixel spacing p of the image sensor. すなわち、 T=fG/dz=Np となるように干渉計を構成することが出来る。 That is, it is possible to configure the interferometer such that T = fG / dz = Np. Nは整数である。 N is an integer.

【0040】干渉縞の情報を正しく計測するには、干渉縞の周波数が撮像素子45のナイキスト周波数よりも低くなければならない。 [0040] To properly measure information of the interference fringes, the frequency of the interference fringes must be lower than the Nyquist frequency of the image sensor 45. この条件は、 T≧2p と表わされるので、Nは2以上の整数でなくてはならない。 This condition, since represented as T ≧ 2p, N must be an integer of 2 or more. 撮像素子45上での干渉縞の周期Tがpの整数倍である場合には、一般的な位相シフト干渉法の解析式を空間座標に適用することにより、位相分布を求めることが出来る。 When the period T of the interference fringes on the image pickup element 45 is an integer multiple of p is a general phase-shifting interferometry analysis equation by applying the spatial coordinates, it is possible to obtain the phase distribution. 例えば、干渉縞の同位相線と垂直方向に撮像素子の画素が並んでおり、T=4pの場合には、図16に示すように、n番目の画素からの出力I(n)は、 I(n) =A+B sinφ I(n+1) =A+B sin(φ+π/2)=A+B cosφ I(n+2) =A+B sin(φ+π)=A−B sinφ I(n+3) =A+B sin(φ+3π/2)=A−B cosφ と表される。 For example, in pixels of the same phase line and perpendicular to the imaging element is arranged in the interference fringe, in the case of T = 4p, as shown in FIG. 16, the output I from the n-th pixel (n) is I (n) = A + B sinφ I (n + 1) = A + B sin (φ + π / 2) = A + B cosφ I (n + 2) = A + B sin (φ + π) = A-B sinφ I (n + 3) = A + B sin ( φ + 3π / 2) = represented as a-B cos [phi. 従って、n〜n+3番目の画素における平均位相φは、 φ=arctan{(I(n) −I(n+2) )}/{(I(n+1) − Thus, the average phase phi of n to n + 3 th pixel, φ = arctan {(I (n) -I (n + 2))} / {(I (n + 1) -
I(n+3) )} によって求めることが出来る。 I (n + 3)) can be obtained by}.

【0041】干渉縞の解析は、フーリエ変換法を用いることによっても行うことが出来る。 The analysis of the interference fringes can also be performed by using a Fourier transform method. 本実施例では、コンピュータ46が複数の解析プログラムを有しており、最適な解析方法を用いて計測を行うことが可能になっている。 In this embodiment, computer 46 includes a plurality of analysis programs, it becomes possible to perform measurement using an optimal analysis method. 次に、図11を用いて、光学系の較正方法について説明する。 Next, with reference to FIG. 11, described calibration method of the optical system. 上記までの方法で得られた計測結果には、被検光学系37の波面収差だけではなく、検出光学系(3 Obtained measurement result by the method to above, not only the wavefront aberration of the optical system 37, the detection optical system (3
3から36)の波面収差が重畳している。 Wavefront aberration of 3 from 36) is superimposed. これらの波面収差の影響を取り除くため、高精度に製作された球面ミラー52を用いる。 To remove the effects of these wavefront aberrations, using a spherical mirror 52 which is fabricated with high accuracy. 球面ミラー52を被検光学系37の代わりに設置して、計測を行うと、その結果は、検出光学系(33から36)の波面収差を表す。 The spherical mirror 52 is placed instead of the optical system to be measured 37, when the measurement, the results represent the wavefront aberrations of the detecting optical system (33 to 36). この結果をコンピュータ内に保存しておき、図10に示した干渉計の構成で計測した結果から減算することにより、被検光学系37の波面収差のみを計測することが出来る。 Consequently to keep in the computer and by subtracting from the result of measuring the configuration of the interferometer shown in FIG. 10, it is possible to measure only the wave front aberration of the optical system to be measured 37. 較正用球面ミラー52の曲率半径R52と測定用球面ミラー3 Measurements radius of curvature R52 of the calibration spherical mirror 52 the spherical mirror 3
8の曲率半径R38との間には、 R52=M・M・R38 の関係があることが望ましい。 Between the eighth radius of curvature R38, it is desirable to have the relationship R52 = M · M · R38. ここで、Mは被検光学系37に図で上側から光を入射させた場合の倍率である。 Here, M is the magnification in the case where light is incident from the upper side in FIG optical system to be measured 37.
半導体露光装置の場合、Mは1/4〜1/6のものが多い。 For semiconductor exposure apparatus, M is in many cases of 1 / 4-1 / 6. 〔第三実施例〕本実施例は、第二実施例と同じく、測定光が被検光学系内を往復する装置であり、光源部ピンホールと検出ピンホールとをハーフミラーを介して分離したことを特徴とするものである。 [Third Embodiment] This embodiment, like the second embodiment, the measurement light is a device that reciprocates the target optical system, a light source unit pinhole and detector pinholes were separated through a half mirror it is characterized in. 以下において、図12 In the following, FIG. 12
を参照しながら説明を行う。 While referring to a description of the.

【0042】光源54から出射した単色光は、ミラー5 The monochromatic light emitted from the light source 54, a mirror 5
5及び不図示のビームエキスパンダなどを透過した後、 After passing through the like 5 and a beam expander (not shown)
集光レンズ56によって測定光の波長オーダの小さな光源ピンホール57上に集光される。 Is focused on a small light source pinhole 57 of wavelength order of the measuring light by the condenser lens 56. ピンホールで回折した光は、理想的な球面波としてコリメータレンズ59に入射し、第一対物レンズ63で被検光学系64の物体面位置に集光される。 Light diffracted by the pinhole is incident on the collimator lens 59 as an ideal spherical wave, it is focused on the object plane position of the target optical system 64 in the first objective lens 63. 被検光学系64を透過した光は、極めて高精度な球面ミラー65により反射され、再び被検光学系64を透過する。 The light transmitted through the target optical system 64 is reflected by the extremely high-precision spherical mirror 65, transmitted through the target optical system 64 again. この測定光が、ハーフミラー6 This measurement light, a half mirror 6
1で反射された後、回折格子73、マスク74で参照波面と被検波面とに分離され、撮像素子76上に干渉縞を形成する。 After being reflected in one diffraction grating 73 is separated into a reference wavefront and measured wavefront by the mask 74, to form interference fringes on the imaging device 76. プロセスは第一、第二実施例と全く同じであるので省略する。 The process will be omitted because the first, is exactly the same as the second embodiment.

【0043】被検光学系64の瞳面を撮像素子76の検出面に結像することが望ましいが、実現が不可能な場合には、球面ミラー65の反射面を撮像素子76の検出面に結像するのでもよい点も、第二実施例と同じである。 [0043] It is desirable to image the pupil plane of the optical system 64 on the detection surface of the image pickup device 76, when implemented is not possible, the reflecting surface of the spherical mirror 65 on the detection surface of the image sensor 76 point or the in be imaged is also the same as the second embodiment.
回折格子73のシフトを用いた干渉縞の解析方法や、4 The shift of the diffraction grating 73 analysis method and the interference fringes used, 4
分割ディテクタ70を用いたアライメント方法も全く同じである。 Alignment method using a split detector 70 is also exactly the same. また、本実施例においては、光源ピンホール57を能動的に動かして振動などの外乱の影響を排除しているが、これは第一実施例と同じである。 Further, in the present embodiment, the light source pinhole 57 actively move excludes the influence of disturbance such as vibration, which is the same as the first embodiment.

【0044】本実施例が第二実施例と異なる点は、像面位置に絞りを置いて、不要な回折光を除去する必要がない点である。 [0044] This embodiment differs from the second embodiment, at the aperture to the image plane position that there is no need to remove the unnecessary diffracted light. 図13に示す計測装置は、図12に示す干渉計の較正方法を示したものである。 Measuring apparatus shown in FIG. 13 is a diagram illustrating a calibration method of the interferometer shown in FIG. 12. 第二実施例と同様に、高精度な球面ミラー82を用いて較正を行う。 Like the second embodiment, to calibrate with precision the spherical mirror 82. 較正方法は第二実施例と同じであるが、本実施例においては、更に計測精度を上げるために、工夫が設けられている。 Although calibration method is the same as the second embodiment, in this embodiment, in order to further increase the measurement accuracy, ingenuity is provided. 球面ミラーを用いて装置の較正を行う場合に、精度を決定するのは、球面ミラーの面精度である。 When performing a calibration of the device using a spherical mirror, to determine the accuracy of a surface accuracy of the spherical mirror. 面精度が悪ければ、それ以上の精度で較正を行うことは出来ない。 At worst is surface accuracy can not be performed calibrated more accuracy. とは言え、高精度な面を製作するのは極めて難しいため、本実施例では、測定した面精度データを用いて装置の較正を行う方式を採っている。 However, because very difficult to manufacture a high-precision surface, in this embodiment, adopts a method of performing a calibration of the apparatus using the measured surface accuracy data.

【0045】球面ミラー82は、回転テーブル83上に設置されており、0度位置で計測を行った後、180度回転した位置で第二の測定を行う。 The spherical mirror 82 is installed on the rotating table 83, after the measurement at 0 degree position, performing a second measurement at a position rotated by 180 degrees. その後、像面位置にミラー84を挿入し、第三の測定(所謂、キャッツアイ測定)を行う。 Then, insert the mirror 84 to the image plane position, performing a third measurement (so-called cat's eye measurement). これら3回の測定結果を解析することにより、球面ミラー82の絶対形状を知ることが出来る。 By analyzing the measurement results of these three, it is possible to know the absolute configuration of the spherical mirror 82.
本測定装置では、装置上でこの測定を可能にすることにより、較正精度を格段に向上させている。 In this measuring device, by allowing the measurement on the device, and significantly improve the calibration accuracy.

【0046】具体的には、本装置により測定された球面ミラー82の面精度の影響をコンピュータ78で減算することにより、光学系で生じている収差のみを正しく求めている。 [0046] More specifically, by subtracting the effect of the surface accuracy of the spherical mirror 82 which is measured by the device in the computer 78, only a determined correctly aberration occurring in the optical system. 本実施例では、ミラー84を挿入することによりキャッツアイ測定を実現しているが、球面ミラー8 In the present embodiment, it is realized cat's eye measurement by inserting a mirror 84, a spherical mirror 8
2が光軸方法に移動可能であれば、球面ミラー82自身を用いてキャッツアイ測定を行うことも可能である。 2 is moved if the optical axis method, it is also possible to perform the cat's eye measured using a spherical mirror 82 itself.

【0047】本方式による測定精度の向上手法は、測定用球面ミラー65の面精度較正にも用いることが可能であることは言うまでもない。 [0047] Improvement of a measurement accuracy of this method, can of course be also be used in surface accuracy calibration of measuring spherical mirror 65. 測定用球面ミラー65はステージ66上に搭載されているので、ステージを光軸方向に測定用球面ミラー65の曲率半径分だけ移動し、キャッツアイ測定の配置を取ることは比較的容易である。 Since the measurement for the spherical mirror 65 is mounted on the stage 66, the stage moves in the optical axis direction by the curvature radius of the measuring spherical mirror 65, it is relatively easy to take an arrangement of cat's eye measurement.

【0048】図14は、本実施例の干渉計の組立調整方法について示したものである。 [0048] Figure 14 is a graph showing the assembling method of adjusting the interferometer of the present embodiment. 第一対物レンズ63の位置に置かれた極めて高精度な平面ミラー81からの反射光を計測することにより、コリメータレンズ59、第2 By measuring the reflected light from the first objective lens extremely accurate flat mirror 81 placed at the position of 63, a collimator lens 59, the second
対物レンズ72、その他ミラー等で生じている波面収差を知ることが出来る。 Objective lens 72, it is possible to know the wavefront aberration occurring in other mirror or the like. この情報を基に、例えば、コリメータレンズの調整を行ったり、ミラーのホールドによる歪みを取り除いたりすることが可能になる。 Based on this information, for example, or perform adjustment of the collimator lens, it becomes possible to or remove distortions caused by the hold of the mirror.

【0049】図15に示す本実施例の干渉計の組立調整方法では、コーナーキューブミラー80を設置している。 [0049] In assembling adjustment method of the interferometer of the present embodiment shown in FIG. 15, it has established the corner cube mirror 80. コーナーキューブミラー80で反射した光は入射方向に戻るという性質を利用して、光源ピンホール57と共役な位置に検出ピンホール74や4分割ディテクタ7 The light reflected by the corner cube mirror 80 by utilizing the property of returning to the incident direction, detecting the light source pinhole 57 at a position conjugate pinholes 74 and 4-split detector 7
0を配置することが出来る。 It is possible to place a 0. 尚、上記各実施例の光源側のピンホールは、ファイバーの端面であってもよい。 The above pinhole light source side of each embodiment may be an end of the fiber. つまり、光源側のピンホールは、点光源とみなせる程度のものであれば、何でもよい。 In other words, the pinhole of the light source side, as long as enough to be regarded as a point light source, be anything.

【0050】 [0050]

【発明の効果】以上のように、本発明によって、コヒーレンス長が非常に短い光源を使用する光学系であっても、高い測定精度で波面収差を測定することのできる干渉計を提供することができるようになった。 As it is evident from the foregoing description, the present invention also coherence length is an optical system that uses a very short light sources, to provide an interferometer capable of measuring a wavefront aberration with high measurement accuracy It became so possible.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】図1は、本発明による第一実施例の波面収差測定用干渉計を示す図である。 FIG. 1 is a diagram illustrating a wavefront aberration measuring interferometer of a first embodiment according to the present invention.

【図2】図2は、ピンホールの構成を示す図である。 Figure 2 is a diagram illustrating a pinhole configuration.

【図3】図3は、マスクの構成を示す図である。 Figure 3 is a diagram showing the structure of a mask.

【図4】図4は、第一実施例での参照波面及び被検波面形成方法を示す図である。 Figure 4 is a diagram showing a reference wavefront and the wavefront forming method in the first embodiment.

【図5】図5は、第一実施例の干渉計の較正を示す図である。 Figure 5 is a diagram showing the calibration of the interferometer of the first embodiment.

【図6】図6は、第一実施例の干渉計の較正を示す図である。 Figure 6 is a diagram showing the calibration of the interferometer of the first embodiment.

【図7】図7は、第一実施例でのパルス遅延光学系の構成を示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a pulse delay optical system in the first embodiment.

【図8】図8は、第一実施例でのパルス遅延光学系の効果を示す図である。 Figure 8 is a diagram showing the effect of pulse delay optical system in the first embodiment.

【図9】図9は、本発明による第一実施例の波面収差測定用干渉計を示す図である。 Figure 9 is a diagram illustrating a wavefront aberration measuring interferometer of a first embodiment according to the present invention.

【図10】図10は、本発明による第二実施例の波面収差測定用干渉計を示す図である。 Figure 10 is a diagram illustrating a wavefront aberration measuring interferometer of the second embodiment according to the present invention.

【図11】図11は、第二実施例の干渉計の較正を示す図である。 Figure 11 is a diagram showing the calibration of the interferometer of the second embodiment.

【図12】図12は、本発明による第三実施例の波面収差測定用干渉計を示す図である。 Figure 12 is a diagram illustrating a wavefront aberration measuring interferometer of the third embodiment according to the present invention.

【図13】図13は、第三実施例の干渉計の較正を示す図である。 Figure 13 is a diagram showing the calibration of the interferometer of the third embodiment.

【図14】図14は、第三実施例の干渉計の較正を示す図である。 Figure 14 is a diagram showing the calibration of the interferometer of the third embodiment.

【図15】図15は、第三実施例の干渉計の較正を示す図である。 Figure 15 is a diagram showing the calibration of the interferometer of the third embodiment.

【図16】図16は、干渉縞と撮像素子との関係を示す図である。 Figure 16 is a diagram showing the relationship between the interference fringes and the image pickup device.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1、28、54:光源 3、30、56:集光レンズ 4、57:光源ピンホール 5:縮小光学系 6、37、64:被検光学系 7、36、63:第一対物レンズ 8、35、62:ハーフミラー 9、34、72:第二対物レンズ 10、33、73:回折格子 11、32、74:マスク 12、44、75:結像レンズ 13、45、76:撮像素子 18、43、70:4分割ディテクタ 38、65:球面ミラー 25、27:較正用ピンホール 52、82:較正用球面ミラー 19、48、78:干渉縞解析用コンピュータ 20、46、79:能動システム制御用コンピュータ 90:干渉縞 91:撮像素子1ライン拡大図 1,28,54: a light source 3,30,56: condenser lens 4,57: light source Pin-hole 5: reduction optical system 6,37,64: the optical system to be measured 7,36,63: first objective lens 8, 35,62: half mirror 9,34,72: second objective lens 10,33,73: grating 11,32,74: mask 12,44,75: imaging lens 13,45,76: image pickup device 18, 43,70: 4-split detector 38,65: spherical mirror 25 and 27: the calibration pinhole 52, 82: calibration spherical mirror 19,48,78: interference fringe analyzing computer 20,46,79: for an active system control computer 90: interference fringes 91: imaging device 1 line enlarged view

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長山 匡 東京都千代田区丸の内3丁目2番3号 株 式会社ニコン内 Fターム(参考) 2F064 AA09 BB03 CC04 EE05 FF01 FF03 FF05 GG13 GG20 GG22 GG49 HH03 HH06 HH08 JJ01 JJ06 JJ15 ────────────────────────────────────────────────── ─── front page of the continuation (72) inventor Tadashi Nagayama Marunouchi, Chiyoda-ku, tokyo 3-chome No. 2 No. 3 Co., Ltd. Nikon in the F-term (reference) 2F064 AA09 BB03 CC04 EE05 FF01 FF03 FF05 GG13 GG20 GG22 GG49 HH03 HH06 HH08 JJ01 JJ06 JJ15

Claims (21)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】光源から放射された光束を用いて、被検光学系の波面収差を測定するための干渉計において、 前記光源からの光束を球面波に変換する第1のピンホールを有し、前記球面波を前記被検光学系に入射させる第一光学手段と、 前記被検光学系からの出射光束を、少なくとも第1及び第2の光束に分割する第二光学手段と、 前記ピンホールとは異なる第2のピンホールを有し、前記第1の光束を、前記第2のピンホールで回折させる第三光学手段と、を有し、 前記第2のピンホールで回折させられた前記第1の光束と、前記第2の光束と、を干渉させることによって、干渉縞を得ることを特徴とする干渉計。 [Claim 1] with a light beam emitted from the light source, the interferometer for measuring the wavefront aberration of the optical system has a first pinhole for converting the light beam from the light source into a spherical wave a first optical means for incident the spherical wave to the target optical system, a light beam emitted from the target optical system, a second optical means for dividing into at least first and second beam, the pinhole has a different second pin hole and the first light flux, anda third optical means for diffracting at the second pin hole and allowed diffracted by the second pinhole said a first light beam, by interfering, and said second light beam, an interferometer, characterized in that to obtain the interference fringes.
  2. 【請求項2】前記第一光学手段は、前記被検光学系の物体面位置側に配置され、 前記第三光学手段は、前記被検光学系の像面位置側に配置されることを特徴とする請求項1記載の干渉計。 Wherein said first optical means, the disposed object plane position side of the target optical system, said third optical means being disposed on the image plane position side of the target optical system interferometer according to claim 1,.
  3. 【請求項3】前記第二光学手段は、回折格子を含むことを特徴とする請求項1又は2記載の干渉計。 Wherein said second optical means, according to claim 1 or 2 interferometer according characterized in that it comprises a diffraction grating.
  4. 【請求項4】前記回折格子は、光軸に垂直な方向に移動可能であることを特徴とする請求項3記載の干渉計。 Wherein said diffraction grating, interferometer of claim 3, wherein the optical axis is movable in a vertical direction.
  5. 【請求項5】前記第二光学手段は、拡大結像光学系を含むことを特徴とする請求項1乃至4記載の干渉計。 Wherein said second optical means is an interferometer of claims 1 to 4, wherein the containing magnified imaging optical system.
  6. 【請求項6】前記第三光学手段は、前記第2のピンホールの他に、前記第2の光束のみを透過させるウインドウを設けられた板を有することを特徴とする請求項1乃至5記載の干渉計。 Wherein said third optical means, the addition to the second pinhole claims 1 to 5, wherein further comprising a second plate which is provided a window which only transmits light beam interferometer.
  7. 【請求項7】前記第一光学手段の前記第1のピンホールの直径φが、測定波長をλ、被検レンズの入射側開口数をNA、第一光学手段の倍率をmとしたときに、 λ/2<φ<λ/(m・NA) の条件を満足することを特徴とする請求項1乃至6記載の干渉計。 7. The diameter of the first pin hole of the first optical means φ is the measurement wavelength lambda, the entrance side numerical aperture of the lens NA, the magnification of the first optical means is taken as m , λ / 2 <φ <λ / (m · NA) interferometer of claims 1 to 6, wherein satisfying the condition of.
  8. 【請求項8】前記第一光学手段の光路中に集光点があり、該集光点に第3のピンホールを挿入することを特徴とする請求項1乃至7記載の干渉計。 8. There is focal point in the optical path of the first optical means, the interferometer of claims 1 to 7, wherein inserting the third pin hole in said population spot.
  9. 【請求項9】前記集光点に前記第3のピンホールを挿入したときの波面計測結果を保存する計算機を有していることを特徴とする請求項8記載の干渉計。 9. Interferometer according to claim 8, characterized in that it has a computer that stores the wavefront measurement results when inserting the into the focal point third pinhole.
  10. 【請求項10】前記第三光学手段の光路中に集光点があり、該集光点に第4のピンホールを挿入することを特徴とする請求項1乃至9記載の干渉計。 10. There is focal point in the optical path of the third optical means, the interferometer of claims 1 to 9, wherein the inserting the fourth pin hole in said population spot.
  11. 【請求項11】前記集光点に前記第4のピンホールを挿入したときの波面計測結果を保存する計算機を有していることを特徴とする請求項10記載の干渉計。 11. An interferometer as claimed in claim 10, wherein a has a computer that stores the wavefront measurement results when inserting the into the focal point fourth pinhole.
  12. 【請求項12】前記第一光学手段は、第一ステージ上に設置され、 前記第二光学手段及び第三光学手段は、第二ステージ上に設置されており、 前記第一ステージと前記第二ステージとは、前記被検光学系に対して移動可能であることを特徴とする請求項1 12. The method of claim 11, wherein the first optical means is disposed on the first stage, the second optical means and the third optical means is installed on the second stage, the said first stage second the stage, according to claim 1, wherein said movable relative to the optical system to be measured
    乃至11記載の干渉計 To 11 interferometer according
  13. 【請求項13】前記第一ステージと前記第二ステージとは、連動して移動することを特徴とする請求項12記載の干渉計。 13. wherein the first stage and the second stage, the interferometer of claim 12, wherein the moving conjunction with.
  14. 【請求項14】前記第一ステージと第二ステージとの位置を測定するレーザ干渉計を有していることを特徴とする請求項12又は13記載の干渉計。 14. An interferometer as claimed in claim 12 or 13, wherein the has a laser interferometer for measuring the position of said first stage and a second stage.
  15. 【請求項15】前記光源のコヒーレンス長は、前記被検光学系の物像間距離の1/10以下であることを特徴とする請求項1乃至14記載の干渉計。 15. coherence length of the light source, interferometer of claims 1 to 14, wherein the said is 1/10 or less of the object-image distance of the optical system to be measured.
  16. 【請求項16】光源から放射された光束を用いて、被検光学系の波面収差を測定するための干渉計において、 前記光源からの光束を球面波に変換するピンホールを有し、前記球面波を前記被検光学系に入射させる第一光学手段と、 前記被検光学系からの出射光束を、反射し、再び前記被検光学系へ戻す反射手段と、 前記反射手段からの出射光束を、少なくとも第1及び第2の光束に分割する第二光学手段と、 前記第1の光束を、回折させ、球面波を発生させる第三光学手段と、を有し、前記第3光学手段で回折させられた前記第1の光束と、前記第2の光束と、を干渉させることによって、干渉縞を得ることを特徴とする干渉計。 16. Using the light beam emitted from the light source, the interferometer for measuring the wavefront aberration of the optical system, has a pin hole for converting the light beam from the light source into a spherical wave, the spherical a first optical means to be incident on the wave target optical system, a light beam emitted from the target optical system, the reflected and reflecting means again returning the the target optical system, a light beam emitted from said reflecting means has a second optical means for dividing into at least first and second beam, the first beam, diffracts, a third optical means for generating a spherical wave, and diffracted by the third optical means said first light beam that has been allowed, by interfering, and said second light beam, an interferometer, characterized in that to obtain the interference fringes.
  17. 【請求項17】前記反射手段は、高精度に製作された球面鏡であることを特徴とする請求項16記載の干渉計。 17. The reflecting means interferometer of claim 16, wherein it is a spherical mirror that is manufactured with high precision.
  18. 【請求項18】前記ピンホールは、前記第三光学手段の球面波を発生させることも兼ねていることを特徴とする請求項16又は17記載の干渉計。 18. The pinhole interferometer of claim 16 or 17 further characterized in that also serves to generate a spherical wave of the third optical means.
  19. 【請求項19】前記第三光学手段の球面波を発生させる手段は、前記ピンホールと異なるピンホールであることを特徴とする請求項16又は17記載の干渉計。 19. means for generating a spherical wave of the third optical means, the interferometer according to claim 16 or 17, wherein the said pinhole is different pinhole.
  20. 【請求項20】前記第一光学手段のピンホール及び前記第三光学手段のピンホールは、共に被検光学系の像面位置側に配置されていることを特徴とする請求項18又は19記載の干渉計。 20. pinhole of the pinhole and the third optical means in the first optical means are both claim 18 or 19 further characterized in that disposed on the image plane position side of the optical system to be measured interferometer.
  21. 【請求項21】前記第一光学手段のピンホール及び前記第三光学手段のピンホールは、共に被検光学系の物体面位置側に配置されていることを特徴とする請求項18又は19記載の干渉計。 21. pinhole of the pinhole and the third optical means in the first optical means are both claim 18 or 19, wherein the arranged on the object plane position side of the optical system to be measured interferometer.
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