JP2001215105A - 干渉計、形状測定装置及び露光装置、並びに形状測定方法及び露光方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 参照光と計測光の光路をほぼ同じにするとと
もに、干渉縞のコントラストを容易に変更できる干渉
計、形状測定装置及び形状の測定方法を提供する。 【解決手段】 球面波を発生させて被検面(60,62)に球
面波を照射する球面波発生手段(40,42,45,72)と、被検
面(60A,62A,62B)からの透過光又は反射光を二つに分
け、一方の透過光又は反射光を測定光とする光学部材(4
4,77,144,145)と、光学部材(44,77,144,145)により分け
られた他方の透過光又は反射光を回折させて球面波の参
照光を発生させる回折部材(46A,146A)と、を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レンズ又はミラーなど
の球面又は非球面の形状、及びレンズの透過波面を高精
度に計測するための干渉計、形状測定装置又は形状測定
方法に関する。また、これら干渉計等を用いて計測した
レンズ又はミラーを使った露光装置又は露光方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】レンズ又はミラーなど（被検物）の球面
又は非球面（被検面）の形状を高精度に計測する干渉計
又は形状測定測定として、特開平2-228505号又は特開平
6-174447号で開示される発明がある。これら公報で開示
された干渉計又は形状測定装置は、レーザーをピンホー
ル又は光ファイバーから照射し、そのレーザーの球面波
を参照光として検出手段であるＣＣＤ等に到達させる。
その一方で、レーザーをピンホール又は光ファイバーか
ら照射し、そのレーザーの球面波を被検面に照射させそ
の被検面からの反射光を、一旦ピンホール又は光ファイ
バーの周辺の反射面に到達させてから、その反射光を測
定光として検出手段に到達させる。そして、これら参照
光と測定光とを検出手段で干渉させて被検面の形状を測
定するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】特開平2-228505号、特
開平6-174447号で開示された発明では、参照光は直接ピ
ンホール又は光ファイバーから検出手段に到達するが、
測定光はピンホール又は光ファイバーから被検面へ届
き、被検面からピンホール又は光ファイバーの周縁へ再
度戻り、それから検出手段に到達するため、ピンホール
又は光ファイバーから被検面までの往復距離だけ余分に
経由する。このためこの往復距離を経由しても参照光と
測定光とが干渉するために、レーザーのコヒーレンシィ
（可干渉性）が高くなくてはいけない。また、参照光は
ピンホール又は光ファイバーから検出手段に直接到達す
るため光量が落ちることがないが、測定光は被検面の反
射が低い（例えば被検面が磨かれていない面である反射
が低くなる）と、光量が落ちてしまう。従って、参照光
と測定光との光量の違いにより干渉縞のコントラストが
小さくなってしまう。また、ピンホール又は光ファイバ
ーからの球面波は、軸方向に光強度が強く軸から外れる
につれ光強度が弱くなる。被検物又はCCDが軸から外れ
る位置に配置された場合には、参照光と測定光との対称
性がくずれ被検面の測定に誤差が生じるため、被検物又
はCCD配置に制約があった。

【０００４】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、参照光と計測光の光路をほ
ぼ同じにすることができ、また干渉縞のコントラストを
容易に変更できる干渉計、形状測定装置及び形状の測定
方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によると、球面波
を発生させて被検面(60,62)に球面波を照射する球面波
発生手段(40,42,45,72)と、被検面(60A,62A,62B)から出
た測定光の一部を取り出す光学部材(44,77,144,145)
と、光学部材(44,77,144,145)で取り出された一部の測
定光を回折させて、球面波の参照光を発生させる回折部
材(46A,146A)と、を有することを特徴とする干渉計が提
供される。

【０００６】この構成により、測定光と参照光とがほぼ
同じ距離を経由して測定面に到達することができる。従
って、レンズ又はミラーなどの形状の測定誤差が少なく
なるとともに光源のコヒーレント長が短くてすむ。ま
た、干渉縞のコントラストの調整も容易にできる。

【０００７】また、光学部材(44,144,145)がハーフミラ
ーであれば、ハーフミラーの透過率又は反射率を調整す
ることにより、干渉縞のコントラストを調整することが
できる。光学部材が偏光ビームスプリッタ(77)であれ
ば、検光子(94)を調整することにより干渉縞のコントラ
ストを調整することができる。

【０００８】さらには、この干渉計で測定された被検物
を、露光装置の投影光学系に適用することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】−形状の測定装置の全体構成− 図１は、レンズ又はミラーなどの球面又は非球面の形状
を高精度に計測するための干渉計を備えた形状測定装置
の全体構成である。定盤10は、床15からの振動を遮断す
るためにエア／ゴムダンパ及びアクチュエータを用いた
防振装置20によって支えられている。定盤10上には、Ｘ
軸、Ｙ軸及びＺ軸方向、並びにＸ軸を中心に回転するθ
ｘ、Ｙ軸を中心に回転するθｙ及びＺ軸を中心に回転す
るθｚ方向に、レンズ又はミラーなどの被検物60を移動
させるステージ32が設けられている。また定盤10上には
ステージ32の位置を計測するレーザー測長干渉計30が設
けられている。ステージ32上にはレンズ又はミラーなど
被検物60を真空吸着するチャック34、及びレーザー測長
干渉計30からのレーザー光を反射するための移動鏡36が
設けられている。定盤10上には、被検物60を測定する干
渉計100を窒素又はヘリウムで密封し、湿度温度管理す
るためのチャンバー壁70が設けられている。

【００１０】干渉計100は、He-Neレーザー光源40からの
レーザー光を導く光ファイバー42と、一部の光を反射さ
せ一部の光を透過させるハーフミラー44等の光学部材
と、反射面を有する反射型回折ピン46等の反射部材と、
光を集光する集光レンズ48と、光を電気信号に変換する
ＣＣＤ等の光電変換器50からなる。光電変換器50からの
出力はコンピュータ55に取り込まれて解析され、干渉縞
の状態から被検面の球面形状又は収差などが求められ
る。なお、図１中、レーザー測長干渉計30及びレーザー
光源40はチャンバー壁70内に配置されていないが、これ
は熱源となるものをチャンバー壁70内に入れない理由に
よる。しかし、空調設備に余裕があればレーザー測長干
渉計30及びレーザー光源40をチャンバー壁70内に配置し
てもよい。また、図１中、光ファイバー42はハーフミラ
ー44を貫通するように描いてあるが、ハーフミラー44が
小さければハーフミラー44の側面に配置してもよい。

【００１１】−第１実施例の干渉計− 図２は、図１中の干渉計100を拡大したものである。不
図示のレーザー光源40からのレーザー光は、単一モード
光ファイバー42で平行光の形で導かれ、出射端42Aから
球面波として、被検物60の表面（被検面）に照射され
る。光ファイバー42の出射端42Aは、被検物60の軸中心
に向かって配置される。このように配置することによ
り、球面波が被検面に軸対称に照射されて対称性の良い
測定が可能となる。より正確な球面波を出射端42Aから
出射させるため、光ファイバー42のコア径（直径）φ
は、以下の条件である必要がある。 λ／２ ＜ φ ＜ λｒ／２ａ λ：レーザー光の波長、ｒ：被検面の曲率半径、ａ：被
検面の口径 この条件についての詳細は、特開平4-174447号に開示さ
れている。被検物60の表面（被検面）に照射された球面
波が、その被検面で反射されてハーフミラー44を経由し
て反射型回折ピンに集光するように、被検物60、ハーフ
ミラー44及び反射型回折ピン46を配置する。被検面で反
射された光（測定光）の一部は、ハーフミラー44で反射
されて集光レンズ48に向かいCCD50に集光する。また、
反射された測定光の一部は、ハーフミラー44を透過し反
射型回折ピン46の面46Aに届き、反射型回折ピン46の面4
6Aで反射回折してハーフミラー44を透過し集光レンズ48
に向かいCCD50に集光する。この反射型回折ピン46で回
折反射された光は参照光となる。測定光と参照光とは、
CCD50で干渉し干渉縞として測定される。CCD50を配置す
るかわりに、スリガラス等を用いて直接干渉縞を目視す
ることも可能である。

【００１２】反射型回折ピン46の面46Aは、金属を鏡面
仕上げしたものであってもよいし、セラミックの表面を
反射膜（アルミ等）を蒸着させて形成してもよい。ま
た、面46Aの形状は、円形、楕円形、四角形又は八角形
で形成すればよい。この面46Aに要求されることは、ハ
ーフミラー44を透過した光を反射させて球面の回折光
（参照光）を発生させることである。このため、できる
だけ平坦な面であること、また、以下の条件を満たす最
大径（楕円であれば長軸）φであることが面46Aに要求
される。

【００１３】φ ＜ λｒ／２ａ これは、面46Aの直径が上記式よりも大きいと、ピン46
から発生する球面波の回折光に歪が生じるため、参照光
として役立たなくなるからである。図２中のハーフミラ
ー44は、下面に反射膜が形成されているので、反射され
た球面波の一部が下面で反射しているが、ハーフミラー
44の上面に反射膜が形成されていてもよい。また、ハー
フミラー44の上面（表面）が図５に示すような半球状の
ものであってもよい。

【００１４】ハーフミラー44自体も、完全な平面でなく
所定のうねり又は荒さを有しているため、球面波の回折
光（参照光）がハーフミラー44を透過する際に発生する
波面の変化を事前に計算によって求めておくか、被検物
の代わりに原器を配置して求める必要がある。これらの
手法によって求められた波面の変化による誤差は、干渉
縞の解析をコンピュータ55で行う際に、キャリブレーシ
ョンを行って取り除けばよい。またハーフミラー44の透
過率／反射率は、必要な干渉縞のコントラストに応じて
適宜設計すればよい。

【００１５】また、第１実施例の干渉計では、被検物60
に入射する光ファイバー42からの光の発光点（端点42
A）は、被検物60の近軸曲率中心点65から離れているた
め、測定誤差が生じる。この発光点42Aと近軸曲率中心
点65とが離れることによって生じる測定誤差も事前に計
算によって求めておくか、被検物の代わりに原器を配置
して求め、キャリブレーションを行って取り除く。

【００１６】参照光の参照波面と測定光の測定波面との
位相差を異ならせて干渉縞の明暗を確認するためには、
ハーフミラー44とピン46との光学間隔を調整することに
よって干渉縞の縞走査を行う。かかる光学間隔は、ハー
フミラー44とピン46との少なくとも一方を不図示のピエ
ゾ、モータなどアクチュエータによって、図２中の矢印
方向に移動させることによって調整する。なお、ハーフ
ミラー44とピン46との間隔は最大でもレーザー光源のコ
ヒーレント長の半分以下とするのが好ましい。なぜな
ら、ハーフミラー44とピン46との間隔がレーザー光源の
コヒーレント長の半分以上であると、ハーフミラー44で
反射した測定光が、ピン46で反射した参照光と干渉しな
くなるからである。

【００１７】また、ハーフミラー44とピン46との光学間
隔を固定のままで、ハーフミラー44とピン46との間の屈
折率を変えることでも同様に位相差を異ならせて干渉縞
の明暗を変えることができる。具体的には、異なる屈折
率のガラス板を差し替えること、ハーフミラー44とピン
46との間を密閉して気圧を替えること、または均一な屈
折率を有するガラスの厚みを段階的に変えた光学部材47
を段階的に入れることで、ハーフミラー44とピン46との
間の屈折率を変えることができる。なお、被検物60の被
検面が非球面の場合には、曲率半径が部分毎に異なるか
ら、ピエゾ、モータなどを備えたステージ32によって、
被検物60を図２中の矢印方向に移動させることによって
形状を測定する。

【００１８】−第２実施例の干渉計− 図３は、第２実施例の干渉計100を説明するものであ
る。第１実施例と同じ部材には同一番号を付している。
図３Aにおいて、不図示のレーザー光源40からのレーザ
ー光は、集光レンズ41によってピンホール板45のピンホ
ール45Aを通過し、ピンホール45Aから球面波として、被
検物60の表面（被検面）に照射される。第１実施例と同
様に集光レンズ41は、被検物60の軸中心に向かって配置
される。より正確な球面波をピンホール45Aから出射さ
せるため、ピンホール45Aの径（直径）φは、以下の条
件である必要がある。 λ／２ ＜ φ ＜ λｒ／２ａ λ：レーザー光の波長、ｒ：被検面の曲率半径、ａ：被
検面の口径 この条件についての詳細は、特開平2-228505号に開示さ
れている。

【００１９】図３Bにピンホール板45を下（裏面）から
見た図を示す。ガラス板の右半分はピンホール45Aを除
いてクロム等でコーティングする。こうすることで余分
な光が被検物60に届かないように遮光することができ
る。ガラス板の左半分は下面に反射膜が形成され、反射
された球面波の一部が反射し一部が透過するようハーフ
ミラーになっている。この反射／透過率は適宜調整され
ることは、第１実施例のハーフミラーと同様である。第
１実施例の干渉計と第２実施例の干渉計とは、被検物に
照射する球面波の発生方法に違いがあるがそれ以外に大
きな差異はない。

【００２０】−第３実施例の干渉計− 図４は、第３実施例の干渉計100を説明するものであ
る。第１、２実施例と同じ部材には同一番号を付してい
る。図４のレーザー光源40からのレーザー光は、Ｓ偏光
成分、Ｐ偏光成分の光を分けるビームスプリッタ80に入
射する。Ｓ偏光成分の光は、ビームスプリッタ80で反射
されλ/４板82を経由して固定ミラー84で反射し、再度
λ/４板82を経由してＰ偏光となってビームスプリッタ8
0に入射する。Ｐ偏光成分の光は、ビームスプリッタ80
を透過しλ/４板86を経由して移動ミラー88で反射し、
再度λ/４板86を経由してＳ偏光となってビームスプリ
ッタ80に入射する。ＰＳ偏光成分の光は集光レンズ41を
経由しピンホール板72のピンホール72Aを通過しピンホ
ール72Aから球面波として、被検物60の表面（被検面）
に照射される。ピンホール72Aの径（直径）φは、第２
実施例と同様である。図４中では集光レンズ41等が、被
検物60の軸中心に向かって配置されていないが、球面波
の対称性を維持するために、被検物60の軸中心に向かっ
て配置することが好ましい。

【００２１】被検物60の表面（被検面）に照射された球
面波は、その被検面で反射されて偏光ミラー144を経由
して反射型回折面147に集光する。偏光ミラー144は、照
射された球面波が変形しないように設計されており、裏
面にＳ偏光を透過しＰ偏光を反射させる膜が形成されて
いる。その膜の裏面には反射型回折面147 はアルミ、又
はクロム蒸着させて偏光ミラー144と一体に形成され
る。回折面147の形状及びその最大径は、第１、２実施
例で説明したものと同じである。要するに、この回折面
147に要求されることは、偏光ミラー144を透過した測定
光を反射させて球面の回折光、つまり参照光を発生させ
ることである。

【００２２】反射された球面波のＰＳ偏光光（測定光及
び参照光）は、集光レンズ49に向かい平行光となり、検
光子（アナライザー）94に入射する。検光子94は、ＰＳ
偏光光を同じ方向に偏光させてＳ偏光の参照光及びＰ偏
光の測定光とを干渉させる。検光子94で同じ方向に偏光
させる量を調整すれば干渉縞のコントラストを調整する
ことができる。Ｓ偏光の参照光及びＰ偏光の測定光は、
検光子94及び集光レンズ48を経てCCD50に集光し、CCD50
で干渉し干渉縞として測定される。CCD50を配置するか
わりに、スリガラス等を用いて直接干渉縞を目視するこ
とも可能である。図４中の偏光ミラー144は、Ｓ偏光を
透過しＰ偏光を反射させる機能を有しているが、その逆
にＰ偏光を透過しＳ偏光を反射させる機能であってもよ
い。

【００２３】偏光ミラー144自体も、所定のうねり又は
荒さを有しているため、球面波の回折光（参照光）が偏
光ミラー44を透過する際に発生する波面の変化を事前に
計算によって求めておくか、被検物の代わりに原器を配
置して求める必要がある。参照光の参照波面と測定光の
測定波面との位相差を異ならせて干渉縞の明暗を確認す
るためには、移動ミラー88を不図示のピエゾ、モータな
どアクチュエータによって移動することによって干渉縞
の縞走査を行う。なお、第３実施例では、移動ミラー88
を移動させる構造にしたが、ミラー84,88の少なくとも
いずれか１つを移動できる構造とすれば干渉縞の縞走査
を行うことができる。第３実施例は、第１，２実施例と
異なり、干渉縞の縞走査のために偏光ミラー144と反射
回折面147との間隔を調整しなくてもよいため、偏光ミ
ラー144と反射型回折面147とを一体に形成できる。ま
た、偏光ミラー144と反射回折面147との間隔が無視でき
るほど狭いため、レーザー光源のコヒーレント長を心配
する必要がなくなる。

【００２４】−第４実施例の干渉計− 図５は、第４実施例の干渉計100を説明するものであ
る。第１、２実施例と同じ部材には同一番号を付してい
る。第１〜２実施例の干渉計は、被検物60が特に凹面を
計測するものであったのに対し、この第４実施例の干渉
計は、被検物62が特に凸面、又は非球面を計測するもの
である点で相違する。図５において、ピンホール72Aか
らの球面波は、Null（ヌル）素子64を介して被検物61の
表面（被検面）に照射される。Null素子64は計算機ホロ
グラム等又はレンズ系で構成される。Null素子64は、被
検物61の被検面の理想的な形状に合致するように、球面
波を回折させるものであり、予め計算して作成されるも
のである。被検物61の被検面から反射された光はNull素
子64を再び通過し、ハーフミラー145を経由して反射型
回折部材146の反射面146Aに集光する。ハーフミラー145
は、照射された球面波の変形ができるだけ少なくなるよ
うに、設計された形状になっており、裏面に反射／透過
率を適宜調整された膜が形成されている。第１、２実施
例と同じように、表裏面とも平面のハーフミラーであっ
てもよい。

【００２５】被検面で反射された測定光の一部は、ハー
フミラー145で反射されて集光レンズ48に向かいCCD50に
集光する。また、測定光の一部は、ハーフミラー145を
透過し反射型回折部材146の反射面146Aに届き、反射型
回折面146Aで反射回折してハーフミラー部分を透過し集
光レンズ48に向かいCCD50に集光する。この反射型回折
面146Aで回折反射された光は参照光となる。測定光と参
照光とは、CCD50で干渉し干渉縞として測定される。な
お、第３実施例のようにＰＳ偏光光を使った干渉計100
の構造でも計算機ホログラム又はNull（ヌル）素子64を
使用することができる。

【００２６】−第５実施例の干渉計− 図６は、第５実施例の干渉計100を説明するものであ
る。第１実施例と同じ部材には同一番号を付している。
第１〜４実施例の干渉計は、被検物60が特にミラーなど
の反射面を計測するものであったのに対し、この第５実
施例の干渉計は、被検物62が特に石英、フッ化カルシウ
ム等で形成されたレンズの透過波面を計測するものであ
る点で相違する。図６において、不図示のレーザー光源
40からのレーザー光は、ピンホール板72のピンホール72
Aを通過し、ピンホール72Aから球面波として、被検物62
の被検面62A,62Bに照射される。ピンホール板72を用い
ずに単一モード光ファイバー42を用いてもよい。また、
ピンホール72Aの径（直径）φは、第２実施例で説明し
たものと同様である。

【００２７】被検物62の透過した収束波面が、ビームス
プリッタ78で一部反射され、反射した一部の光はハーフ
ミラー74を透過し反射型回折ピン46に届き、反射型回折
ピン46で反射回折してハーフミラー74を透過し、さらに
ビームスプリッタ78を透過して集光レンズ48に向かいCC
D50に集光する。ハーフミラー74を透過しこの反射型回
折ピン46で回折反射された光は、被検物62の収差、面形
状に関係なく参照光となる。また、ビームスプリッタ78
で一部反射された一部の光はハーフミラー74で反射さ
れ、ビームスプリッタ78を透過して集光レンズ48に向か
いCCD50に集光する。このハーフミラー74で反射された
光は測定光となる。

【００２８】測定光と参照光とは、CCD50で干渉し干渉
縞として測定されるが、CCD50を配置するかわりに、ス
リガラス等を用いて直接干渉縞を目視することも可能で
あることは、上述した通りである。図６の干渉計では、
被検物62の被検面62A,62Bの両面を透過した球面波が測
定光となる。

【００２９】反射型回折ピン46の面46Aは、以下の条件
を満たす最大径（楕円であれば長軸）φであることが上
述したように要求される。 φ ＜ λｒ／２ａ 位相差を異ならせて干渉縞の明暗を確認するためには、
ハーフミラー74とピン46との光学間隔を調整することに
よって干渉縞の縞走査を行う。かかる光学間隔は、第１
実施例で説明した方法によって調整する。本第５実施例
のハーフミラーは両側平面であったが、第４実施例のよ
うに、ハーフミラー表面を半球形状にしてもよいし、ま
た、反射型回折部材がガラス等に反射膜を蒸着して形成
してもよい。なお、被検物62の被検面62A,62Bが非球面
の場合には、前述の計算機ホログラム又はNull（ヌル）
素子64を、ピンホール72Aと被検物62の間に配置するこ
とによって形状を測定することができる。

【００３０】−第6実施例の干渉計− 図７は、第6実施例の干渉計100を説明するものである。
第１、３実施例と同じ部材には同一番号を付している。
第５実施例の干渉計と同様にレンズの透過面を計測する
ものである。図７においても、ピンホール72Aから球面
波が発生するところまでは、第３実施例で説明した内容
と同じである。

【００３１】被検物62に照射された球面波のＰＳ偏光光
は、その被検物62を透過して偏光ビームスプリッタ77に
到達する。Ｐ偏光光は偏光ビームスプリッタ77を透過し
てλ/４板75を経由し全反射ミラー143で反射され、再度
λ/４板75経由してＳ偏光光となり、偏光ビームスプリ
ッタ77で反射され集光レンズ49に向かう。この全反射ミ
ラー143で反射された光が測定光となる。これがＳ偏光
光は偏光ビームスプリッタ77で反射してλ/４板76を経
由し反射型回折面146Aで反射され、再度λ/４板76経由
してＰ偏光光となり、偏光ビームスプリッタ77を透過し
て集光レンズ49に向かう。この反射型回折面146Aで回折
反射された光は参照光となる。その後ＰＳ偏光光は、第
３実施例で説明したように、検光子94で同一方向に偏光
されて集光レンズ48で集光しCCD50に到達する。測定光
と参照光とは、CCD50で干渉し干渉縞として測定され、
検光子94の調整により干渉縞のコントラストを調整でき
る。全反射ミラー143と反射型回折面146Aとは、偏光ビ
ームスプリッタ77から等距離になるように配置される。
レーザー光源のコヒーレント長以上に、偏光ビームスプ
リッタ77から全反射ミラー143、反射型回折面146Aまで
の距離の差が離れてしまうと干渉しなくなるからであ
る。

【００３２】全反射ミラー14３は、表面に全反射膜（ア
ルミ、クロム等の蒸着）が形成されている。全反射させ
るため、ガラス等を介せずに球面波を変形させないほう
が好ましいからである。また、図7では偏光ビームスプ
リッタ77の入射・射出面が球状に形成されているが、そ
れは球面波がビームスプリッタ77の影響により変形しな
いようにするためであり、偏光ビームスプリッタ77の入
射・射出面が平面であっても計算によりキャリブレーシ
ョンをする場合には、ビームスプリッタ77の影響を除去
できる。

【００３３】−第７実施例の干渉計− 図8は、第７実施例の干渉計100を説明するものである。
第１実施例と同じ部材には同一番号を付している。第１
〜６実施例の干渉計は、反射を使った回折面46A,146A,1
47を使って参照光を生成していたのに対し、この第７実
施例の干渉計は、ピンホール110Aを使って参照光を生成
する点で相違する。不図示のレーザー光源40からのレー
ザー光は、単一モード光ファイバー42で平行光の形で導
かれ、出射端42Aから球面波として、被検物60の表面
（被検面）に照射される。光ファイバー42の出射端42A
は、被検物60の軸中心に向かって配置される。出射端42
Aのコア径（直径）φは、第１実施例で説明した通りで
ある。被検物60で反射された測定光の一部は、ガラス板
110に形成されたピンホール110Aを通って回折し、集光
レンズ48に向かいCCD50に集光する。この回折ピンホー
ル110Aで回折された光は参照光となる。ガラス板110の
表裏面の少なくとも一方には、減光膜112が形成されて
おり、被検物60で反射された光は、減光されて集光レン
ズ48に向かいCCD50に集光する。この減光された測定光
と参照光とは、CCD50で干渉し干渉縞として測定され
る。

【００３４】ピンホール110Aの開口径（直径）φは、以
下の条件を満たす必要がある。 λ／２ ＜ φ ＜ λｒ／２ａ λ：レーザー光の波長、ｒ：被検面の曲率半径、ａ：被
検面の口径 ピンホール110Aの開口径φが下限を超えて小さい径であ
ると、球面波を生じる光の光量が少なくなるため、S/N
比を得ることが困難となるからである。ピンホール110A
の開口径φが上限を超えて大きい径であると、ピンホー
ル110Aで生じる球面波が歪むからである。

【００３５】図８中のガラス板110及びガラス板110に形
成された減光膜112は、図５に示すような半球状のもの
であってもよい。ガラス板110自体も、完全な平面でな
く所定のうねり又は荒さを有しているため、球面波の回
折光（参照光）がガラス板110及び減光膜112を透過する
際に発生する波面の変化を事前に計算によって求めてお
くか、被検物の代わりに原器を配置して求める必要があ
る。これらの手法によって求められた波面の変化による
誤差は、干渉縞の解析をコンピュータ55で行う際に、キ
ャリブレーションを行って取り除けばよい。

【００３６】また減光膜112の減光率を変えることによ
って干渉縞のコントラストを変えることが可能である
が、減光膜112の減光率が一定のままでも図８中の矢印
に示すように、ガラス板110を光軸方向に移動させるこ
とでも干渉縞のコントラストを変えることができる。こ
れは、ガラス板110の光軸方向の位置に応じて、ピンホ
ール110Aの領域と測定光との領域が変わる原理による。
なお、被検物60の被検面が非球面の場合には、曲率半径
が部分毎に異なるから、ピエゾ、モータなどを備えたス
テージ32によって、被検物60を図８中の矢印方向に移動
させることによって形状を測定する。

【００３７】以上の第１〜第７実施例で開示された形態
は、光源にHe-Neレーザーを用いたが、He-Neレーザーよ
り波長の短い紫外線、軟Ｘ線などを用いても良い。波長
を短くすればするほど、高精度の形状測定が可能とな
る。また、球面の回折光を発生される反射回折部材とし
て、第１、２、５実施例で回折ピンの面46Aを適用し、
第３、６実施例で反射回折面146Aを適用したが、第１、
２、５実施例で反射回折面146Aを適用し、第３、４、６
実施例で回折ピンの面46Aを適用してもよい。

【００３８】−干渉計で測定された被検物の適用例− ミラー、レンズなどの被検物は、上述した干渉計、形状
測定装置及び形状測定方法により、高精度に計測するこ
とができる。被検物の精度が出ていなかった場合には、
コンピュータ55で求められた結果に基づいて、その被検
物を研磨し所定の精度内に追い込んでいく。

【００３９】所定の範囲内に入ったミラー、レンズなど
の被検物は、高精度のミラー及びレンズが使用される、
例えば複数枚のミラーを使用した軟Ｘ線(波長5~15nm：E
xtreme Ultra Violet)、Ｘ線露光装置用の投影光学系に
適用することができる。また、複数枚のレンズを使用し
たエキシマレーザ、ｉ線等の露光装置用の照明光学系又
は投影光学系に搭載することができる。ここで、ＷＯ99
/26728号などで開示される軟Ｘ線露光装置用の投影光学
系ＰＯについて図９を用いて詳細に説明する。この図９
に示されるように、光源からの光束ＥＬは、ミラーＭで
反射され、レチクルステージＲＳＴ上のレチクルＲに照
射される。レチクルＲで反射された光束は、投影光学系
ＰＯを介してウエハステージＷＳＴ上のウエハＷ上に照
射される。レチクルＲに描かれた半導体回路パターンを
ウエハ上に露光して半導体回路（チップ）を作成するた
めには、レチクルＲ及びウエハＷが図中の矢印で示され
る方向へ同期して走査される。

【００４０】投影光学系ＰＯは、レチクルＲで反射され
たＥＵＶ光ＥＬを順次反射する第１ミラーＭ１、第２ミ
ラーＭ２、第３ミラーＭ３、第４ミラーＭ４の合計４枚
のミラー（反射光学素子）と、これらのミラーＭ１〜Ｍ
４を保持する鏡筒ＰＰとから構成されている。前記第１
ミラーＭ１及び第４ミラーＭ４の反射面は非球面の形状
を有し、第２ミラーＭ２の反射面は平面であり、第３ミ
ラーＭ３の反射面は球面形状となっている。各反射面は
設計値に対して露光波長の約５０分の１から６０分の１
以下の加工精度が実現され、ＲＭＳ値（標準偏差）で
０．２ｎｍから０．３ｎｍ以下の誤差しかない。この誤
差内に加工されているかを検査するために、本実施例を
使った干渉計、形状測定装置及び形状測定方法が使われ
る。各ミラーの素材は低膨張ガラスあるいは金属であっ
て、表面にはレチクルＲと同様の２種類の物質を交互に
重ねた多層膜によりＥＵＶ光に対する反射層が形成され
ている。

【００４１】この場合、図９に示されるように、第１ミ
ラーＭ１で反射された光が第２ミラーＭ２に到達できる
ように、第４ミラーＭ４には穴が空けられている。同様
に第４ミラーＭ４で反射された光がウエハＷに到達でき
るよう第１ミラーＭ１には穴が設けられている。勿論、
穴を空けるのでなく、ミラーの外形を光束が通過可能な
切り欠きを有する形状としても良い。

【００４２】投影光学系ＰＯが置かれている環境は真空
であるため、露光用照明光の照射による熱の逃げ場がな
い。そこで、本実施形態では、ミラーＭ１〜Ｍ４と当該
ミラーＭ１〜Ｍ４を保持する鏡筒ＰＰの間をヒートパイ
プＨＰで連結するとともに、鏡筒ＰＰを冷却する冷却装
置を設けている。すなわち、鏡筒ＰＰを内側のミラー保
持部５０と、その外周部に装着された冷却装置としての
冷却ジャケット５２との２重構造とし、冷却ジャケット
５２の内部には、冷却液を流入チューブ５４側から流出
チューブ５６側に流すための螺旋状のパイプ５８が設け
られている。冷却ジャケット５２から流出チューブ５６
を介して流出した冷却水は、不図示の冷凍装置内で冷媒
との間で熱交換を行い、所定温度まで冷却された後、流
入チューブ５４を介して冷却ジャケット５２内に流入す
るようになっており、このようにして冷却水が循環され
るようになっている。

【００４３】投影光学系ＰＯでは、露光用照明光（ＥＵ
Ｖ光）ＥＬの照射によりミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４
に熱エネルギが与えられても、ヒートパイプＨＰにより
一定温度に温度調整された鏡筒ＰＰとの間で熱交換が行
われて、ミラーＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４が一定温度に冷
却されるようになっている。この場合において、本実施
形態では、図９に示されるように、ミラーＭ１、Ｍ２、
Ｍ４等については、その裏面側のみでなく表面側（反射
面側）の露光用照明光が照射されない部分にもヒートパ
イプＨＰが貼り付けられているので、裏面側のみを冷却
する場合に比べてより効果的に前記各ミラーの冷却が行
われる。かかる冷却温度と合致するように、図１に示し
たチャンバー70内の温度管理することが好ましい。

【００４４】

【発明の効果】本発明は、測定光と参照光とがほぼ同じ
距離を経由して測定面に到達することができる。従っ
て、干渉縞の測定誤差が少なくなるとともに光源のコヒ
ーレント長が短くてすむ。また、測定光から一部の光を
取り出す光学部材がハーフミラーであれば、ハーフミラ
ーの透過／反射率を容易に可変できるので干渉縞のコン
トラストの調整も容易にでき、測定光から一部の光を取
り出す光学部材が偏光ビームスプリッタであれば、検光
子を調整することで干渉縞のコントラストの調整も容易
にできる。さらに、光路中の一部のミラー等を移動させ
ることで、参照光と測定光との波面の位相差を変えるこ
とができるため、干渉縞の走査が行い易く被検面の形状
などを確認し易い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の形状測定装置の全体構成を表した図で
ある。

【図２】形状測定装置に使われる第１実施例の干渉計で
あり、球面波を発生させるために光ファイバーを使用し
ている。凹面鏡の測定に適している。

【図３】形状測定装置に使われる第２実施例の干渉計で
あり、球面波を発生させるために回折ピンホールを使用
している。凹面鏡の測定に適している。

【図４】形状測定装置に使われる第３実施例の干渉計で
あり、ＰＳ偏光光の球面波を使って凸面鏡を測定してい
る。

【図５】形状測定装置に使われる第４実施例の干渉計で
あり、特に非球面形状の凸面鏡の測定に適している。

【図６】形状測定装置に使われる第５実施例の干渉計で
あり、光を透過するレンズ等の被検物の測定に適してい
る。

【図７】形状測定装置に使われる第６実施例の干渉計で
あり、光を透過するレンズ等の被検物をＰＳ偏光光の球
面波を使って測定している。

【図８】形状測定装置に使われる第７実施例の干渉計で
あり、ピンホール開口を使って参照光を生成する測定方
法である。

【図９】形状測定装置を用いて測定された反射ミラーを
軟Ｘ線（ＥＵＶ）用露光装置の投影光学系に用いた例を
示す。

【主要部分の符号の説明】

42……光ファイバー、44,74,145……ハーフミラー、45
……ピンホール板、46……回折反射ピン、48……集光レ
ンズ、50……ＣＣＤ、60,61,62……被検物、82,86,92,9
6……λ／４板、80,77,90……偏光ビームスプリッタ、9
4……検光子、146……反射型反射面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｂ 11/24 Ｋ Ｈ０１Ｌ 21/30 ５３１Ａ Ｆターム(参考） 2F064 AA09 BB04 BB05 FF02 GG03 GG20 GG22 GG23 GG34 GG38 GG51 HH03 HH08 JJ01 2F065 AA45 BB05 CC22 DD09 DD11 DD14 FF52 GG05 JJ03 JJ26 LL00 LL02 LL30 LL34 LL36 LL37 LL51 NN05 PP12 2H097 AA02 AA03 AB09 BA02 CA15 EA01 EA03 GB01 LA10 5F046 BA03 DA26 GA03 GB01 GB09

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定光と参照光とを干渉面で干渉させ
   て、被検物の被検面の形状を計測する干渉計において、
   球面波を発生させて前記被検面に前記球面波を照射する
   球面波発生手段と、前記被検面から出た測定光の一部を
   取り出す光学部材と、前記光学部材により取り出された
   一部の測定光を回折させて、球面波の参照光を発生させ
   る回折部材と、 を有することを特徴とする干渉計。
2. 【請求項２】 前記光学部材の透過率又は反射率を調整
   する手段を備え、前記干渉縞のコントラストを調整する
   ことを特徴とする請求項１記載の干渉計。
3. 【請求項３】 前記光学部材の透過率又は反射率を調整
   する手段を備え、前記干渉縞のコントラストを調整する
   ことを特徴とする請求項１記載の干渉計。
4. 【請求項４】 前記測定光の測定波面と前記参照光の参
   照波面との位相差を調整する手段を備えたことを特徴と
   する請求項１記載の干渉計。
5. 【請求項５】 前記測定波面と前記参照波面との位相差
   を調整する手段は、前記光学部材又は前記回折部材の少
   なくとも一方移動させる手段を含むことを特徴とする請
   求項４記載の干渉計。
6. 【請求項６】 前記測定波面と前記参照波面との位相差
   を調整する手段は、前記光学部材と前記回折部材との間
   に、光路長を変更させる手段を含むことを特徴とする請
   求項４記載の干渉計。
7. 【請求項７】 前記光学部材又は前記回折部材とが一体
   又は別部材で形成されていることを特徴とする請求項１
   ないし請求項４記載の干渉計。
8. 【請求項８】 前記被検物が透過光学系又は反射光学系
   で形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求
   項４記載の干渉計。
9. 【請求項９】 前記光学部材は偏光ビームスプリッタで
   あることを特徴とする請求項１ないし請求項４記載の干
   渉計。
10. 【請求項１０】 前記測定光と前記参照光とを偏光する
    検光子を備え、該検光子の調整により前記干渉縞のコン
    トラストを調整することを特徴とする請求項９記載の干
    渉計。
11. 【請求項１１】 前記回折部材は反射回折部材であり、
    該反射回折部材の反射面の最大直径φが、以下の条件を
    満たすことを特徴とする請求項１記載の干渉計。 φ＜λｒ／２ａ 但し、λ：レーザー光の波長、ｒ：被検面の曲率半径、
    ａ：被検面の口径。
12. 【請求項１２】 請求項１〜１１に記載した干渉計を、
    温度調節されたチャンバー内に載置したことを特徴とす
    る形状測定装置。
13. 【請求項１３】 請求項１〜１１に記載した干渉計を用
    いて計測された前記被検物を、投影光学系に備えたこと
    を特徴とする露光装置。
14. 【請求項１４】 球面波を発生させて被検物の被検面に
    前記球面波を照射させ、前記被検面から出た測定光か
    ら、光学部材によって一部の光束を取り出し、 取り出された一部の光束を回折させて参照光とし、 前記測定光と前記参照光とを干渉させて干渉縞を発生さ
    せて形状を計測することを特徴とする形状測定方法。
15. 【請求項１５】 前記光学部材の透過率又は反射率を調
    整し、前記干渉縞のコントラストを調整することを特徴
    とする請求項１４記載の形状測定方法。
16. 【請求項１６】 前記測定光の測定波面と前記参照光の
    参照波面との位相差を調整することを特徴とする請求項
    １４記載の形状測定方法。
17. 【請求項１７】 前記光学部材を透過するときに生じる
    光の波面変形を算出又は測定し、形状を計測する際に、
    光の波面変形を考慮することを特徴とする請求項１４〜
    １６に記載の形状測定方法。
18. 【請求項１８】 前記被検面が非球面の際に、前記被検
    物を光軸方向に移動させることにより又はNull素子を前
    記被検物の近傍に配置することにより、前記非球面を測
    定することを特徴とする請求項１４〜１６に記載の形状
    測定方法。
19. 【請求項１９】 前記光学部材と前記回折部材が、前記
    被検物を光軸方向に移動させることにより又はNull素子
    を前記被検物の近傍に配置することにより、前記非球面
    を測定することを特徴とする請求項１３〜１６に記載の
    形状測定方法。
20. 【請求項２０】 請求項１３〜１９の形状測定方法を使
    って測定された前記被検物を投影光学系に有し、前記投
    影光学系を介して原板に描かれたパターンを基板に露光
    することを特徴とする露光方法。