JP2000346613A - フィゾー干渉計及びフィゾーレンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被検球面の曲率半径が外径に対して小さいレ
ンズであっても、その面精度測定を精度良く行うことが
可能なフィゾー干渉計及びフィゾーレンズを提供する。 【解決手段】 フィゾー干渉計１におけるフィゾーレン
ズ１０を、レーザー光源２から入射された光を発散させ
る第１レンズ（負レンズ）Ｌ１と、この負レンズにより
発散された光を集光して焦点Ｐに収束させるとともに負
レンズＬ１において生じた球面収差の補正を行う第２〜
第７レンズ（正レンズ）Ｌ２〜Ｌ７とから構成し、第１
レンズＬ１及び第２〜第６レンズＬ２〜Ｌ６の屈折率を
１．６９以上とし、フィゾー面Ｆを有する第７レンズＬ
７の屈折率を１．７９以上とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レンズの面精度を
高精度に測定することが可能なフィゾー干渉計及びこの
フィゾー干渉計に用いられるフィゾーレンズに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体用縮小投影露光装置の開口数及び
使用波長は、半導体素子の高密度化、対象線幅の細線化
に伴って年々大口径化、短波長化する傾向にある。使用
する光線の波長は水銀灯のｉ線（波長３６５．０１５ｎ
ｍ）から、ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４８ｎｍ）
へ移りつつあり、ＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３
ｎｍ）を光源とした縮小投影露光装置も実用化の段階に
入っている。

【０００３】このような縮小投影露光装置に用いられる
投影レンズ（通常、組み合わせレンズからなる）の硝材
は、短波長のレーザー光を対象とすることから現在のと
ころ蛍石や石英に限られているが、これらの硝材は宝石
の一種であるため極めて高価であり、装置の価格を大幅
に上げる原因となっている。このためエキシマレーザを
光源とする装置においては、投影レンズの一部を非球面
レンズにして複数枚のレンズの役割を一枚で担わせた
り、或いはレンズの屈折力を大きくし、透過光の高さを
低くして光の進行側にあるレンズの径を小さくすること
等により、使用する硝材量を少なくしてコストアップを
防いでいる。図８はレンズＮの屈折力を大きくすること
により、レンズＮから所定距離ｍ離れた位置における透
過光の高さをＨ１からＨ２にまで低くした様子を示した
ものであり、レンズＮを透過する光のうち実線はレンズ
Ｎの屈折力が小さい場合（すなわち曲率がゆるい場
合）、点線はレンズＮの屈折力が大きい場合（すなわち
曲率がきつい場合）である。

【０００４】また、このような投影レンズには高い面精
度が要求されるが、このレンズの面精度を高精度で測定
することができる装置としてフィゾー干渉計がある。こ
のフィゾー干渉計は、レーザー光源から射出された光を
フィゾーレンズ（反射防止膜が施されたレンズ群）を介
して被検球面（レンズ表面）に照射し、この被検球面に
おいて反射された被検光とフィゾー面（フィゾーレンズ
の最終球面であり、参照面を有している）において反射
された参照光との干渉パターンを観察することにより、
レンズの面精度を評価できるように構成されている。

【０００５】このフィゾー干渉計では、被検球面はその
曲率中心がフィゾーレンズの焦点位置に一致するように
設けられるが、このとき被検球面の面精度測定を精度良
く行われるようにするためには、被検球面のできるだけ
広い領域がフィゾーレンズにより収束される光束（収束
光）内に入るようにする必要がある。図９（Ａ）は、被
検球面の曲率半径Ｒが外径Ｄに対して大きい（Ｒ／Ｄが
大きい）レンズを被検対象とし、被検球面のほとんどが
収束光内に収まっている例を示したものである。この場
合には、被検球面のほぼ全域についての被検光が得られ
るので、被検球面の面精度測定を精度良く行うことが可
能である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ようにエキシマレーザーを光源とする装置に用いられる
投影レンズのように高い屈折力を有するレンズにあって
は、同一外径であっても被検球面の曲率半径Ｒの外径Ｄ
に対する割合は小さく（Ｒ／Ｄが小さく）なり、図９
（Ｂ）に示すように被検球面の周辺部が収束光からはみ
出してしまい、面精度測定を精度良く行うことは困難と
なる。

【０００７】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであり、被検球面の曲率半径が外径に対して小さい
レンズであっても、その面精度測定を精度良く行うこと
が可能なフィゾー干渉計及びフィゾーレンズを提供する
ことを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るため、本発明に係るフィゾー干渉計は、レーザー光源
と、レーザー光源から射出された光を集光して焦点に収
束させ、この焦点の位置に中心が一致するように配置さ
れた被検球面上に光を照射させるフィゾーレンズと、被
検球面において反射された被検光とフィゾーレンズのフ
ィゾー面において反射された参照光とを干渉させて干渉
パターンを形成させる干渉パターン形成装置（例えば、
実施形態におけるハーフミラー４、結像レンズ５及び観
察面６）とを有して構成され、フィゾーレンズにおける
被検球面側の開口数が０．８０６以上になっている。こ
のようなフィゾー干渉計では、従来よりも大きな開口数
を持つフィゾーレンズを有しているため、被検球面の曲
率半径（Ｒ）が外径（Ｄ）に対して小さい（Ｒ／Ｄが小
さい）レンズであってもその被検球面の広い領域を収束
光内に納めることができ、従来は困難であったこのよう
な形状のレンズの面精度測定を精度良く行うことが可能
になる。

【０００９】ここで、上記フィゾーレンズは、レーザー
光源から入射された光を発散させる少なくとも一つの負
レンズ（例えば、実施形態における第１レンズＬ１）
と、この負レンズにより発散された光を集光して上記焦
点に収束させるとともに負レンズにおいて生じた球面収
差の補正を行う複数の正レンズ（例えば、実施形態にお
ける第２〜第７レンズＬ２〜Ｌ７）とからなっており、
負レンズ及び複数の正レンズの各々の屈折率が１．６９
以上であり、且つ複数の正レンズのうちフィゾー面を有
する正レンズの屈折率が１．７９以上であることが好ま
しい。更に、上記複数の正レンズが、負レンズ側から順
に、負レンズ側に凹である三つのメニスカス正レンズ
（例えば、実施形態における第２〜第４レンズＬ２〜Ｌ
４）、少なくとも負レンズ側に凸である一つの平凸レン
ズ（例えば、実施形態における第５レンズＬ５）、負レ
ンズ側に凸である二つのメニスカス正レンズ（例えば、
実施形態における第６及び第７レンズＬ６，Ｌ７）であ
ることが好ましい。

【００１０】また、本発明に係るフィゾーレンズは、こ
のようなフィゾー干渉計に用いられ、レーザー光源から
入射された光を発散させる少なくとも一つの負レンズ
と、この負レンズにより発散された光を集光して焦点
（フィゾーレンズ全体の焦点）に収束させるとともに負
レンズにおいて生じた球面収差の補正を行う複数の正レ
ンズとからなっており、負レンズ及び複数の正レンズの
各々の屈折率が１．６９以上であり、且つ複数の正レン
ズのうちフィゾー面を有する正レンズの屈折率が１．７
９以上になっている。なお、上記複数の正レンズが、負
レンズ側から順に、負レンズ側に凹である三つのメニス
カス正レンズ、少なくとも負レンズ側に凸である一つの
平凸レンズ、負レンズ側に凸である二つのメニスカス正
レンズであることが好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
ましい実施形態について説明する。図１は本発明に係る
フィゾー干渉計１の構成を示している。図１に示すよう
に、このフィゾー干渉計１は、レーザー光源２と、ビー
ムエキスパンダー３と、ハーフミラー４と、フィゾーレ
ンズ１０（本発明に係るフィゾーレンズ）と、結像レン
ズ５及び観察面６とを有して構成されている。ここで、
フィゾーレンズ１０は、反射防止膜が施されたレンズ群
であり、レーザー光源２側から入射された光を集光して
焦点Ｐに収束させる。ここで、フィゾーレンズ１０の最
終球面（図１において最右方に位置する球面）は参照面
であるフィゾー面（反射防止膜が施されていないレンズ
面）Ｆであり、焦点Ｐを曲率中心とする球面に形成され
ている。被検レンズＭは、その被検球面Ｑの中心がフィ
ゾーレンズ１０の焦点Ｐに一致するように設けられる。

【００１２】レーザー光源２から射出された光はビーム
エキスパンダー３によりその光束径が拡大され、ハーフ
ミラー４を介してフィゾーレンズ１０に入射される。フ
ィゾーレンズ１０内を進行した光はフィゾー面Ｆに垂直
に入射され、屈折することなく透過（すなわちフィゾー
面Ｆは入射光線に対してパワーを持たない）して被検球
面Ｑに至るが、このフィゾー面Ｆは前述したように反射
防止膜が施されていないため、一部の光はフィゾー面Ｆ
において反射される。このフィゾー面Ｆにおいて反射さ
れた光（参照光）は進行してきた光路を逆に辿ってフィ
ゾーレンズ１０内を進行した後ハーフミラー４により反
射され、直角方向に曲げられて進行する。一方、フィゾ
ー面Ｆを透過した光は被検球面Ｑにおいて反射される
が、この被検球面Ｑにおいて反射された光（被検光）も
進行してきた光路を逆に辿って進行する。すなわち、被
検球面Ｑにおいて反射した後フィゾー面Ｆに垂直に入射
し、参照光と同様にフィゾーレンズ１０内を進行し、ハ
ーフミラー４により直角方向に曲げられて進行する。

【００１３】このようにハーフミラー４により直角方向
に曲げられた被検光と参照光は結像レンズ５により集光
されて観察面６上に干渉パターンを形成する。この干渉
パターンは被検球面Ｑの面形状を表示するものであり、
その画像を取り入れて解析することにより面精度を測定
することが可能である。このように、フィゾー干渉計１
を用いることにより被検レンズＭの面精度を測定するこ
とが可能であるが、本発明においては上記フィゾーレン
ズ１０の構成に特徴があり、以下、このことについて詳
細に説明する。

【００１４】このフィゾー干渉計１に用いられているフ
ィゾーレンズ１０は前述したように反射防止膜が施され
たレンズ群であり、図２に示すように、レーザー光源２
側から順に、負レンズの第１レンズＬ１、第１レンズＬ
１側に凹であるメニスカス正レンズの第２、第３及び第
４レンズＬ２〜Ｌ４、第１レンズＬ１側にのみ凸である
平凸レンズの第５レンズＬ５、第１レンズＬ１側に凸で
あるメニスカス正レンズの第６及び第７レンズＬ６，Ｌ
７が並べられて構成されている。

【００１５】ここで、図２に示すレンズ面の符号Ｓ１〜
Ｓ１４はレーザー光源２側から順に付されており、第１
レンズＬ１のレーザー光源２側のレンズ面が第１レンズ
面Ｓ１、第７レンズＬ７の被検球面Ｑ側のレンズ面（す
なわちフィゾー面Ｆ）が第１４レンズ面Ｓ１４となって
いる。また、第１〜第６レンズＬ１〜Ｌ６は屈折率が
１．６９である硝材（ガラス）で製作されており、第７
レンズＬ７は屈折率が１．７９である硝材（ガラス）で
製作されている（理由は後述）。

【００１６】第１レンズＬ１（負レンズ）はビームエキ
スパンダー３から入射された光を発散させるために設け
られており、これによりフィゾーレンズ１０が必要とす
るバックフォーカス（Ｂ．ｆ）及び実効Ｆナンバーが確
保される。また、第２〜第７レンズＬ２〜Ｌ７（正レン
ズ）は第１レンズＬ１により発散された光を集光して焦
点Ｐに収束させるとともに、負の球面収差の発生を抑え
ながら第１レンズＬ１において生じた正の球面収差の補
正を行うために設けられている。このうち第２レンズＬ
２はわずかに正のパワーを持つレンズであり、その焦点
距離ｆ２は下式（１）の条件を満足する値に設定され
る。

【００１７】

【数１】 １．３２Ｔ．Ｌ．≦ｆ２≦１．８３Ｔ．Ｌ． …（１）

【００１８】ここでＴ．Ｌ．は第１レンズ面Ｓ１から焦
点Ｐまでの距離である。第３及び第４レンズＬ３，Ｌ４
は、第１レンズＬ１において発散された光を平行光に近
くする正のパワーを持っており、必要以上に負の球面収
差を発生させないようにするためレーザー光源２側に凹
のメニスカスレンズになっている。

【００１９】第５レンズＬ５（平凸レンズ）は第３及び
第４レンズＬ３，Ｌ４により平行光に近くなった光を収
束させ始めるためレンズである。この第５レンズＬ５
は、ここではレーザー光源２側にのみ凸である平凸レン
ズであるが、少なくとも第１レンズＬ１側に凸であれば
両凸レンズ若しくはメニスカスレンズであっても構わな
い。第６レンズＬ６は第２〜第５レンズＬ２〜Ｌ５によ
り生ずる負の球面収差を抑えながら光を収束させるため
のレンズである。

【００２０】ここで、第３〜第６レンズＬ３〜Ｌ６が大
きな負の球面収差の発生を抑えながら第１レンズＬ１に
おいて生じた正の球面収差を補正できるように、これら
の焦点距離ｆｎ（ｎ＝３，４，５，６）は下式（２）の
条件を満足する値に設定される。

【００２１】

【数２】 ０．９３Ｔ．Ｌ．≦ｆｎ≦１．６９Ｔ．Ｌ． …（２）

【００２２】第７レンズＬ７は被検球面Ｑ側にフィゾー
面Ｆ（第１４面Ｓ１４）を有している。このフィゾー面
Ｆは前述したように入射光線に対してパワーを持ってい
ないため、第７レンズＬ７における集光のためのパワー
は全て一つ前の第１３レンズ面Ｓ１３が受け持ってい
る。このようなレンズでは、レンズ面の曲率半径を外径
に対して小さくすることにより必要な屈折力を得る方法
もあるが、この場合にはレンズの縁厚部分は薄くなり、
加工が困難になってしまう。ここでは第７レンズＬ７の
屈折率を他のレンズＬ１〜Ｌ６よりも高くし、これによ
り必要な屈折力を確保してレンズ面の曲率半径が極端に
小さくならないようにしている。このため、第７レンズ
Ｌ７の屈折率は他のレンズＬ１〜Ｌ６の屈折率１．６９
よりも高い１．７９になっている。また、第７レンズＬ
７において大きな負の球面収差が発生しないようにする
ため、その焦点距離ｆ７は下式（３）を満足する値に設
定されている。

【００２３】

【数３】１．０３Ｔ．Ｌ．≦ｆｎ …（３）

【００２４】また、第７レンズＬ７のみならず他の第１
〜第６レンズＬ１〜Ｌ６も比較的高屈折率を有してお
り、これにより曲率をきつく（レンズ外径に対する曲率
半径の比率を小さく）することなく大きな屈折力が得ら
れている。このため強い球面収差の発生を抑えることが
でき、更にはレンズ径を小さくして使用硝材料を減らす
ことができるので、コスト低減が図られる。

【００２５】このような構成のフィゾーレンズ１０によ
れば、被検球面Ｑ側の開口数（ＮＡ）を０．８０６以上
（図２に示す立体角θを５３．７度以上）とすることが
でき、従来の開口数（０．６２５程度）に比べて大きく
することができる。このため、被検球面Ｑの曲率半径
（Ｒ）が外径（Ｄ）に対して小さい（Ｒ／Ｄが小さい）
レンズであっても、その被検球面Ｑの広い領域を収束光
（フィゾーレンズ１０により収束された光束）内に納め
ることができ、従来は困難であったこのような形状のレ
ンズの面精度測定を精度良く行うことが可能になる。ま
た、このときフィゾーレンズ１０全体の最大径Ｗを下式
（４）を満たす大きさに抑えることも可能である。

【００２６】

【数４】Ｗ≦０．７Ｔ．Ｌ． …（４）

【００２７】

【実施例１】以下、具体的な実施例を示す。この実施例
１におけるフィゾーレンズ１０の第１〜第７レンズＬ１
〜Ｌ７の構成及び形状は図２に示したものと同一であ
り、その形状及び屈折率のデータの詳細を図３の表に示
している。照射する光はＨｅ−Ｎｅレーザー光（波長６
３２．８ｎｍ）とし、ビームエキスパンダー３による拡
大後の光の光束径は１０２ｍｍとした。この結果得られ
たフィゾーレンズ１０の被検球面Ｑ側の開口数（ＮＡ）
は０．８０６であった（立体角θは約５３．７度）。ま
た、このときフィゾーレンズ１０のバックフォーカス
（Ｂ．ｆ）は１８０ｍｍ、実効Ｆナンバーは０．６２で
あり、Ｔ．Ｌ．は７１４．９ｍｍであった。また、フィ
ゾーレンズ１０全体の最大径Ｗは４７５ｍｍ（第９及び
第１０レンズ面Ｓ９，Ｓ１０の外径）であった。なお、
この最大径Ｗは式（４）を満たしていた。更に、このフ
ィゾーレンズ１０の球面収差は図４に示すように０．０
１３３λ（λはレーザー波長。以下、同じ）であり、極
めて良好であった。

【００２８】

【実施例２】この実施例２におけるフィゾーレンズ１０
の各レンズＬ１〜Ｌ７の構成及び形状は図５に示してあ
り、その形状及び屈折率のデータの詳細は図６の表に示
している。照射する光は実施例１と同様にＨｅ−Ｎｅレ
ーザー光（波長６３２．８ｎｍ）とし、ビームエキスパ
ンダー３による拡大後の光の光束径は実施例１と同様に
１０２ｍｍとした。このときもフィゾーレンズ１０の被
検球面Ｑ側の開口数（ＮＡ）は０．８０６であり（立体
角θは約５３．７度）であった。また、このときフィゾ
ーレンズ１０のバックフォーカス（Ｂ．ｆ）は１８０ｍ
ｍ、実効Ｆナンバーは０．６２であり、Ｔ．Ｌ．は７３
１．９３ｍｍであった。また、フィゾーレンズ１０全体
の最大径Ｗは４７５ｍｍ（第９及び第１０レンズ面Ｓ
９，Ｓ１０の外径）であり、式（４）を満たしていた。
更に、このフィゾーレンズ１０の球面収差は図７に示す
ように０．０１５９λであり、極めて良好であった。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るフィ
ゾー干渉計及びフィゾーレンズによれば、従来よりも大
きな開口数（０．８０６）が得られるので、被検球面の
曲率半径が外径に対して小さいレンズであっても、その
被検球面の広い領域を収束光内に納めることができ、従
来は困難であったこのような形状のレンズの面精度測定
を精度良く行うことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るフィゾー干渉計を示す略構成図で
ある。

【図２】上記フィゾー干渉計において用いられる本発明
に係るフィゾーレンズの構成を示す側面図である。

【図３】実施例１におけるフィゾーレンズを構成する各
レンズの形状及び屈折率のデータを示す図表である。

【図４】実施例１におけるフィゾーレンズを用いて得ら
れる球面収差を示すグラフである。

【図５】実施例２におけるフィゾーレンズの構成を示す
側面図である。

【図６】実施例２におけるフィゾーレンズを構成する各
レンズの形状及び屈折率のデータを示す図表である。

【図７】実施例２におけるフィゾーレンズを用いて得ら
れる球面収差を示すグラフである。

【図８】レンズＮの屈折力を大きくすることにより、光
の進行方向にあるレンズの径を小さくすることができる
ことを示す説明図である。

【図９】従来のフィゾーレンズにおいて、面精度を充分
に測定できる被検レンズと面精度を面精度を充分には測
定できない被検レンズとを比較して示す説明図であり、
（Ａ）は被検球面の曲率半径Ｒが外径Ｄに対して大きい
（Ｒ／Ｄが大きい）被検レンズを被検対象とした場合、
（Ｂ）は被検球面の曲率半径Ｒが外径Ｄに対して小さい
（Ｒ／Ｄが小さい）被検レンズを被検対象とした場合を
示している。

【符号の説明】

１ フィゾー干渉計 ２ レーザー光源 ３ ビームエキスパンダー ４ ハーフミラー ５ 結像レンズ ６ 観察面 １０ フィゾーレンズ Ｌ１ 第１レンズ（負レンズ） Ｌ２〜Ｌ７ 第２〜第７レンズ（正レンズ） Ｆ フィゾー面 Ｍ 被検レンズ Ｑ 被検球面

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザー光源と、 前記レーザー光源から射出された光を集光して焦点に収
   束させ、この焦点の位置に中心が一致するように配置さ
   れた被検球面上に前記光を照射させるフィゾーレンズ
   と、 前記被検球面において反射された被検光と前記フィゾー
   レンズのフィゾー面において反射された参照光とを干渉
   させて干渉パターンを形成させる干渉パターン形成装置
   とを有して構成されるフィゾー干渉計において、 前記フィゾーレンズにおける前記被検球面側の開口数が
   ０．８０６以上であることを特徴とするフィゾー干渉
   計。
2. 【請求項２】 前記フィゾーレンズが、前記レーザー光
   源から入射された光を発散させる少なくとも一つの負レ
   ンズと、この負レンズにより発散された光を集光して前
   記焦点に収束させるとともに前記負レンズにおいて生じ
   た球面収差の補正を行う複数の正レンズとからなってお
   り、 前記負レンズ及び前記複数の正レンズの各々の屈折率が
   １．６９以上であり、且つ前記複数の正レンズのうち前
   記フィゾー面を有する正レンズの屈折率が１．７９以上
   であることを特徴とする請求項１記載のフィゾー干渉
   計。
3. 【請求項３】 前記複数の正レンズが、前記負レンズ側
   から順に、前記負レンズ側に凹である三つのメニスカス
   正レンズ、少なくとも前記負レンズ側に凸である一つの
   平凸レンズ、前記負レンズ側に凸である二つのメニスカ
   ス正レンズであることを特徴とする請求項２記載のフィ
   ゾー干渉計。
4. 【請求項４】 フィゾー干渉計に用いられ、レーザー光
   源から射出された光を集光して焦点に収束させ、この焦
   点の位置に中心が一致するように配置された被検球面上
   に前記光を照射させるフィゾーレンズであって、 前記レーザー光源から入射された光を発散させる少なく
   とも一つの負レンズと、この負レンズにより発散された
   光を集光して前記焦点に収束させるとともに前記負レン
   ズにおいて生じた球面収差の補正を行う複数の正レンズ
   とからなっており、 前記負レンズ及び前記複数の正レンズの各々の屈折率が
   １．６９以上であり、且つ前記複数の正レンズのうちフ
   ィゾー面を有する正レンズの屈折率が１．７９以上であ
   ることを特徴とするフィゾーレンズ。