JP2002257524A

JP2002257524A - 干渉計及び干渉計測法

Info

Publication number: JP2002257524A
Application number: JP2001062065A
Authority: JP
Inventors: Akiyoshi Suzuki; 章義鈴木; Yoshiyuki Sekine; 義之関根
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-03-06
Filing date: 2001-03-06
Publication date: 2002-09-11

Abstract

(57)【要約】【課題】非球面の面形状を球面と同じ精度で測定が可
能で、かつ種々の面形状の測定に対応できる干渉計及び
干渉計測法を得ること【解決手段】干渉を利用して光学素子の面形状を測定
する干渉計において、該面形状の測定基準となる波面を
生成する基準波面生成ユニットを被検光路中に設けてい
る

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は干渉計及び干渉計測
法に関し、被検物として球面から非球面にわたる広範囲
な面形状に対応し高精度で被検物の面形状を測定する際
に好適なものである。

【０００２】この他本発明は、マスク上のパターンを感
光性の基板に転写し、半導体素子を製造する等のリソグ
ラフィ工程で使用される投影光学系を構成する各光学素
子（レンズ、フィルター等）の球面や非球面等の面形状
を高精度に測定する際に好適なものである。

【０００３】

【従来の技術】光学系におけるイノベーションは常に新
しい光学素子、あるいは自由度の導入によってもたらさ
れている。この中で非球面の導入による光学性能の改善
は天体望遠鏡の昔から追及されてきた項目の一つである
が、近年、加工法や計測法の改善により、最も精度が要
求される半導体素子製造用の半導体露光装置に導入され
るところにいたった。

【０００４】半導体露光装置における非球面の効果は大
きく分けて３つある。第一の効果は光学素子の枚数の削
減である。短波長化に伴い半導体露光装置の光学系には
石英や蛍石といった高価な材料を使用せざるを得なくな
ってきた。非球面の効果による光学素子の枚数の削減は
製作面及びコスト面で非常に効果が大きい。第二の効果
はコンパクト化である。非球面の効果として光学系を小
型化することが可能となって、やはり製作及びコストに
対する影響が無視できないほど大きい。第３の効果は高
性能化である。高ＮＡ化や、低収差化でますます要求精
度の高くなっている光学系の性能を達成する手段として
非球面の果たす役割は非常に重要となっている。

【０００５】また、最近ではパターンの微細化の加速に
伴って次世代を担う露光方式としてＥＵＶを用いる方式
が本命視されている。ＥＵＶ（Extreme Ultra Violet）
では従来の光露光で用いられてきた光の波長の１／１０
以下の１３．４ｎｍという短い波長の光を用いて、反射
結像光学系によりレチクル上の像をウェハーに転写す
る。ＥＵＶの領域では波長が短すぎる為、光が透過する
光学部材（透過材料）が存在せず、光学系はレンズを用
いないミラーのみの構成となる。しかしながら、ＥＵＶ
の領域では反射材料も限られており、１面あたりのミラ
ーの反射率は７０％弱しかない。従って、従来のレンズ
を用いた光学系の様に２０枚を越えるような光学系の構
成は光利用効率の面から不可能で、なるべく少ない枚数
で所定の性能を満足する結像光学系を構成しなければな
らない。

【０００６】現在、ＥＵＶの実験機で用いられているの
は３枚または４枚構成のミラー系でＮＡが０．１前後の
ものであるが、将来的には６枚のミラー系構成でＮＡ
０．２５から０．３０前後のシステムがターゲットとな
っている。このような高性能の光学系を少ない枚数で実
現する手段として、実際に高精度な非球面を加工し、計
測し、所定の面形状の光学素子を得ることが従来技術の
壁を打ち破るために必須の技術となってきている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高性能
が得られる設計値が得られても従来の非球面の加工では
非球面の計測精度に限界があり、所定の値以上の非球面
量を持った面は加工できないという問題点があった。該
所定の値は所望の精度で計測できる範囲によって定めら
れる。よく知られているように、計測と加工は一体のも
のであり、良い計測精度がなければ精密な加工を行うこ
とは不可能である。

【０００８】球面形状の計測の技術は光学素子の計測で
最も通常に用いられる技術であるため汎用の装置も製品
として存在しており、絶えざる精度向上の努力により精
度も大幅に向上している。しかしながら測定波長の１０
倍以上の大きな非球面量になると干渉縞の間隔が細かく
なりすぎて球面計測と同じ計測精度を出すことが困難と
なる。通常、大きな非球面の測定にはＣＧＨ（Comput
er Generated Hologram）や専用のヌルレンズを使って
所望の非球面の波面を発生させる手段がよく知られてい
る。しかしながらこれら従来の手法では、それらのＣＧ
Ｈやヌルレンズの製作精度そのものが半導体露光装置用
には十分でないこと、さらにＣＧＨでは回折光を用いる
配置であるため０次光の処理に問題を残すこと等があっ
て、他の用途はともかく、半導体露光装置用の光学系に
は不十分なことが判明してきた。

【０００９】また、別の方法として機械的あるいは光学
的なプローブを用いて非球面の表面を計測する方法も知
られている。しかしながらプローブ法は種々の形状の非
球面に対応できるフレキシビリティは備えているもの
の、プローブ自体の計測限界や、プローブの位置計測の
安定性などに問題があり、干渉計測法ほどの精度を出す
ことが困難である。

【００１０】本発明は非球面の面形状を球面と同じ精度
で測定が可能で、かつ種々の面形状の測定に適切に対応
できる干渉計及び干渉計測法、及びそれを用いられた光
学素子を用いた半導体露光装置の提供を目的としてい
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の干渉計
は干渉を利用して光学素子の面形状を測定する干渉計に
おいて、該面形状の測定基準となる波面を生成するアル
バレズレンズを有する基準波面生成ユニットを被検光路
中に設けていることを特徴としている。

【００１２】請求項２の発明は干渉を利用して光学素子
の面形状を測定する干渉計において、該面形状の測定基
準となる波面を生成する基準波面生成ユニットを被検光
路中に設け、前記基準波面生成ユニットは波面の動径の
４次以上の成分を可変的に生成することを特徴としてい
る。

【００１３】請求項３の発明は請求項２の発明において
前記基準波面生成ユニットを構成する各光学部材の基準
位置を該基準波面生成ユニットが発生する収差が最も小
さくなる位置で決定することを特徴としている。

【００１４】請求項４の発明は請求項２又は３の発明に
おいて前記基準波面生成ユニットは球面収差発生手段を
有することを特徴としている。

【００１５】請求項５の発明は請求項４の発明において
前記球面収差発生手段は複数のレンズ部材を有し、この
うち２つのレンズ部材間の距離を調整することによって
収差の発生を調整していることを特徴としている。

【００１６】請求項６の発明は請求項４の発明において
前記球面収差発生手段は平行平面機能として作用する複
数の光学部材を有し、該光学部材は平行平面機能を調整
することができることを特徴としている。

【００１７】請求項７の発明は請求項２乃至６のいずれ
か１項の発明において前記基準波面生成ユニットはアル
バレズレンズを有していることを特徴としている。

【００１８】請求項８の発明は請求項１の発明において
前記アルバレズレンズは波面の動径の６次以上の成分を
生成することを特徴としている。

【００１９】請求項９の発明は請求項１又は８の発明に
おいて前記アルバレズレンズは生成する波面の動径の次
数に対応して複数個設けられていることを特徴としてい
る。

【００２０】請求項１０の発明は請求項１の発明におい
て前記アルバレズレンズは波面の動径の４次以上の成分
を生成することを特徴としている。

【００２１】請求項１１の発明は請求項１の発明におい
て前記基準波面生成ユニットは波面の動径の４次以上の
成分を可変的に生成することを特徴としている。

【００２２】請求項１２の発明は請求項２の発明におい
て前記基準波面生成ユニットは可変的に波面を生成する
ことができる移動部を有し、該移動部の位置情報をモニ
タするモニタ手段を有することを特徴としている。

【００２３】請求項１３の発明は請求項１２の発明にお
いて前記モニタ手段によって得られる前記移動部の移動
量を用いて、発生する波面を計算し、基準波面として用
いることを特徴としている。

【００２４】請求項１４の発明の干渉計測法は干渉を利
用して光学素子の面形状を測定する干渉計測法におい
て、該面形状の測定基準となる基準波面をアルバレズレ
ンズを有する基準波面生成ユニットにより生成し、該基
準波面を該光学素子の面に導光し、該面を介した被検波
面と参照波面とを干渉させて面形状の計測を行うこと特
徴としている。

【００２５】請求項１５の発明は干渉を利用して光学素
子の面形状を測定する干渉計測法において、該面形状の
測定基準となる基準波面を基準波面生成ユニットにより
生成し、該基準波面を該光学素子の面に導光し、該面を
介した被検波面と参照波面とを干渉させて面形状の計測
を行うと共に、前記基準波面生成ユニットは波面の動径
の４次以上の成分を可変的に生成することを特徴として
いる。

【００２６】請求項１６の発明は請求項１５の発明にお
いて前記基準波面生成ユニットを構成する各光学部材の
基準位置を該基準波面生成ユニットが発生する収差が最
も小さくなる位置で決定することを特徴としている。

【００２７】請求項１７の発明は請求項１４の発明にお
いて前記基準波面生成ユニットは波面の動径の４次以上
の成分を可変的に生成することを特徴としている。

【００２８】請求項１８の発明は請求項１５の発明にお
いて前記基準波面生成ユニットは可変的に波面を生成す
ることができる移動部を有し、該移動部の位置情報をモ
ニタして得られた移動量をもとに基準波面の形状を計算
して求めることを特徴としている。

【００２９】請求項１９の発明の半導体露光装置は請求
項１乃至１３の干渉計を用いて作成された光学素子を用
いることによって作成されたことを特徴としている。

【００３０】請求項２０の発明の半導体露光装置は請求
項１４乃至１８のいずれか１項の干渉計測法を用いて作
成された光学素子を用いることによって作成されたこと
を特徴としている。

【００３１】請求項２１の発明の干渉計は参照ミラーか
らの参照波面と被検面からの被検波面とを干渉させて、
該被検面の面情報を測定する干渉計において該被検波面
の光路中に、該被検面の面情報の測定基準となる波面を
生成する基準波面生成ユニットを配置し、基準波面生成
ユニットは球面収差を可変的に発生させる球面収差発生
手段と、波面の動径の６乗以上の成分を可変的に発生さ
せるアルバレズレンズ手段とを含んでいることを特徴と
している。

【００３２】

【発明の実施の形態】通常の球面の面形状を測定する干
渉計は精度及び測定再現性などに長足の進歩を見せてい
る。最近では測定再現性で０．１ｎｍに近づこうという
精度を見せるまでになっており、ＥＵＶ時代の計測装置
としても使用出来る位のレベルに達している。

【００３３】これに対し非球面の面形状の計測は非球面
自体の要望があったにも拘らず、ヌルレンズ法やＣＧＨ
を用いる計測方法は、誤差要因が多いと言うことで、精
度も要求を満たしていなかった。本発明の実施形態はこ
の球面と非球面との乖離をなくすことを特徴としてい
る。このため、本発明の実施形態では精度上の達成値を
球面波にすることを目標として、球面計測用の光学配置
を基礎に非球面を計測する構成を用いている。

【００３４】最近の半導体製造装置における高精度な駆
動の実現、及び計算機の発達は基準位置の収差さえはっ
きりしておれば、該基準位置からオープンループで各エ
レメントを駆動した後に発生する収差を正確に知ること
を可能にしている。本発明は、これらの点を考慮し、非
球面が球面からのずれと言う形で定義される以上、該非
球面を収差とみなし、該収差量を収差発生光学系(基準
波面発生ユニット)で発生させて所望の非球面形状を持
つ波面を発生させる構成を用いている。

【００３５】即ち、本発明の実施形態では非球面の波面
を正確に合成して作成していくことを特徴としている。

【００３６】次に本発明の各実施形態を各図とともに説
明する。

【００３７】図１は本発明の実施形態１の要部概略図で
あり、被検面の非球面の面情報の測定法を示している。
被検面の面形状を測定するための干渉計は公知のトワイ
マン・グリーンの干渉計といわれる構成をとっている。
図１は不図示のレーザ光源からコリメートされた（平行
にされた）光Ｌａが干渉計に入るところから図示してい
る。レーザ光源としてはＨｅＮｅ、Ａｒ、ＨｅＣｄ、Ｙ
ＡＧの高調波など公知のレーザを用いることができる。

【００３８】図１においてコリメートされてきた光は先
ずビームスプリッタ１で波面が反射光(参照光)と透過光
(信号光)の２つに分割される。同図は参照光として参照
ミラー２へ行く光路(参照光路)と、物体(被検面)５側へ
行く光路(被検光路)とに分割されている。参照光路に行
った光は参照ミラー２で反射して再びビームスプリッタ
１に戻っていく。高精度な計測精度を得るためには位相
計測をすることが必須となるのでＰＭＩ（Phase Measur
ing Interferometer）と言われる手法が適用される。例
えば図１の構成では参照ミラー２が波長オーダで光軸方
向(矢印)に微小駆動される例が示されている。参照ミラ
ー部２の構成は従来の干渉計と同一である。

【００３９】被検面５（物体）側に行く光路が本発明の
中核をなす部分である。ビームスプリッタ１を通過した
光束は次いで被検面５の測定基準となる波面を生成する
基準波面発生ユニット３に入射する。基準波面発生ユニ
ット３の構成は種々考えられるが、図１の構成では主と
して波面の動径Ｒの４乗に対応する波面を基準波面発生
ユニット３の中にある球面収差発生手段としての光学系
（光学部材）の光軸方向の位置を調整することによって
球面収差を発生させることによって発生し、それ以上の
高次の波面はアルバレズレンズ（アルバレズレンズ手
段）と言われる光軸Oaに対して直交方向に光学素子を動
かすことによって発生させている。

【００４０】アルバレズレンズ３１の構成の説明は後述
することとして、ここでは先ず球面収差の発生法につい
て説明する。図中、３２は第１のレンズ、３３は第２の
レンズである。レンズ３２は図１の構成ではビームスプ
リッタ１から入射してくる平行光を点Ａに結像する作用
をする。レンズ３２は軸上Oa付近のごく小さい範囲だけ
収差を補正しておけばよいので、収差量をきわめて小さ
く抑えることができる。

【００４１】またたとえレンズ３２の収差が微小量のこ
っていても、微小量であるためオフセット処理でキャン
セルすることが容易である。以降の説明ではレンズ３２
の収差は無視することができるとして話を進める。

【００４２】レンズ３３は有限物点に対して収差の良く
補正されたレンズである。例えば顕微鏡の対物レンズ等
が適用でき、所定の物像位置関係で収差が良く補正され
ている。該レンズ３３の結像は従って、所定の関係から
外れた位置設定になっていると収差を多く発生する。干
渉計の光学配置では軸上しか使用しないので、所定の関
係からずれて発生する収差は光軸に関し回転対称な収
差、即ち球面収差となる。従ってレンズ３２によって形
成される結像点Ａの位置がレンズ３３の収差が補正され
るべき物点の位置と一致しておれば、レンズ３３を通過
後に形成される結像位置における収差は極めてよく補正
されている。図中Ｂで示されている点は後続のコリメー
タ（コリメーターレンズ）４の収差が最もよく補正され
ている位置である。点Ｂの位置が点Ａのレンズ３３によ
る結像位置に合致すると、図１を構成する総ての光学要
素が最も収差の小さくなる状態で配置されたことにな
る。このようにレンズ３２、３３、コリメータ４が収差
の最も良く補正される状態となった時、図１の干渉計は
「基準状態」に配置されていると定義する。

【００４３】基準状態についての記述を先に進めると、
レンズ３３によって点Ｂに結像した光は次いでコリメー
タ４に入射し、コリメーター４によって発散波を収束波
に変換されて被検物体５に向かう。コリメータ４は結像
点Ｂに対して収差補正されている光学系であるため、収
束波は収差のない（収差の極めて少ない）波面となって
被検物体５に向かう。即ち基準状態は被検面として球面
の測定を行うのに適した配置となっている。基準状態で
被検物体として予め素性のわかっている基準球面を配置
すればレンズ３２からコリメータ４にいたる測定光学系
の収差のオフセットを求めることができる。即ち、基準
状態は被検面として球面の測定に適した状態であり、な
おかつ測定系のオフセットをとる役割を果たす。なお、
オフセットの取り方については"Optical Shop Testing"
（Malacara編）等に詳しいので、ここでは詳述しない。

【００４４】次いで被検面として非球面の測定について
説明する。本発明者が測定対象となる非球面の形状を分
析したところ、非球面の形状は回転対称型の光学系の場
合、波面の動径Ｒの４乗、６乗、８乗、１０乗、…の順
番に低次から近似を行っていくことが効率的なことが判
明した。従って、基準波面を作る際、測定できる範囲内
に入るまで波面の動径Ｒの４乗、６乗、８乗、１０乗、
…の順番に低次から波面を合成していくのが本発明の特
徴である。更に本発明では種々の非球面形状に対応する
ため、波面の動径Ｒの４乗、６乗、８乗、１０乗、…の
発生量が可変となっているのが特徴である。

【００４５】図１の実施形態１では非球面の最も低次で
ある波面の動径Ｒの４乗の項を球面収差で発生させる構
成となっている。球面収差の発生は以下の手順で行われ
る。レンズ３３は前に説明したように、レンズ３２の結
像点Ａが所定の物点位置に来た時のみＢ点での収差が補
正される。従って、レンズ３２を光軸方向に動かして点
Ａの位置をレンズ３３の収差が取れる位置からずらす
と、結像点の位置は点Ｂからずれて、しかも球面収差が
発生したものとなる。

【００４６】この間の様子を示したのが図２である。図
２（Ａ）はレンズ３３の収差が補正されるレンズ配置
で、レンズ３２によって形成される結像位置点Ａがレン
ズ３３の収差の取れている点３３ｐに結像し、レンズ３
３により点３３ｑに結像している。基準状態では点３３
ｑがコリメータ４の収差の補正されている物点位置Ｂに
一致している。次いでレンズ３２を光軸方向右に動かす
ことによって結像位置Ａを点３３ｐ１の位置にずらす。
ずらした結果、レンズ３３による点３３ｐｌの結像位置
は点３３ｑ１に移動する。点３３ｐ１と点３３ｑ１は収
差の取れた関係からずれているので球面収差が発生して
いる。本実施形態はこの球面収差を非球面(被検面)の基
準波面に利用している。コリメータ４との関係からレン
ズ３２とレンズ３３を一体として光軸方向左側に移動す
れば、レンズ３３による結像位置を球面収差が発生した
状態を保ったままで点Ｂに一致させることができる。こ
こで一体として移動できるのはレンズ３２に入射する光
束が平行光束であることによる。

【００４７】基準波面発生ユニット３からの球面収差の
発生量は点Ａの結像点の移動量及び、移動方向で量及び
符号の双方をコントロールすることができる。従って、
波面の動径Ｒの４乗の項は可変量として扱うことができ
る。本実施形態で目的の１つとするのはオングストロー
ムオーダーまでの測定精度が可能な高精度な測定であ
る。厳密にいうとレンズ３２，３３の位置調整によって
発生する収差は波面の動径Ｒの４乗の項だけではない
が、レンズ３２，３３の光軸方向の位置さえ精密にわか
っていれば、その値をコンピュータで計算することによ
り、高次の項まで正確に発生する収差を計算することが
できる。計算された値は高次項も含め、基準波面の値と
して用いられる。

【００４８】図１の系ではレンズ３２の光軸方向の位置
検出を行うために、レンズ３２の鏡筒の位置をモニタす
るモニタ手段としてのレーザ干渉計１０１を用いてい
る。具体的にはレンズ３２の鏡筒を移動させる機械部品
３２−１の位置をモニタする為にレーザ干渉計１０１か
らの光３２−２が入射している。レーザ干渉計の代わり
にマグネスケールやエンコーダ等の位置検出素子を使う
ことも可能で、該モニタ機能を用いて計算を行うことに
より発生する収差量を正確に知ることができる。

【００４９】一方、レーザ干渉計でモニタできるのはあ
くまでレンズ３２の相対変位量なので、基準となる位置
は別途決定する必要がある。基準となる位置を決定する
ためには前述の「基準状態」を利用する。光学系を基準
状態におき、被検物体位置に素性のわかっている基準球
面を置く、この状態で収差が予め分かっている基準球面
のデータに最も近くなるようにレンズ３２，３３、コリ
メータ４、基準球面の位置を調整する。調整した後にあ
る許容値以内に入った状態で、レンズ３２，３３、コリ
メータ４の位置調整を終了する。この位置が位置検出素
子（レーザ干渉計１０１）の基準位置となる。該基準位
置からの駆動量が与える収差の発生量は、駆動量の測定
精度から定まる精度で正確に計算することができる。レ
ーザ干渉計１０１を用いれば駆動精度はナノメートルオ
ーダまで可能であるため、発生する収差の値を知るには
十分な精度である。

【００５０】図１はレンズ３２の光軸上の位置を検出す
るのを示しているがその他の光学素子３３，４などにつ
いても同様に位置を検出する手段が配置されている。

【００５１】実際の非球面はこのような波面の動径Ｒの
４乗の項のみで表わしきれるものではなく、より高次の
項の導入も必要である。これまで説明してきた光学素子
３２，３３，４の位置調整で発生する収差は波面の動径
Ｒの４乗を主とした発生パターンであった。位置調整だ
けで波面の動径Ｒの６乗以上の高次の収差を自由に制御
し、非球面の基準波面とすることは困難である。

【００５２】本実施形態では実際の非球面に存在する高
次の形状を有する収差を発生させるため、図３に示すア
ルバレズレンズ３１を利用することを特徴としている。
アルバレズレンズ３１は図３に示すように同一形状の２
枚組のレンズ３１ａ１，３１ａ２で、ｆ（ｘ，ｙ）で示
される非球面形状をした面が対抗して近接して配置され
たものである。２枚のレンズ３１ａ１，３１ａ２のｘｙ
面内における相対ずれがゼロである場合には、アルバレ
ズレンズ３１は平行平板と同じ働きをする。ｆ（ｘ，
ｙ）の形を適当に選択すれば２枚のレンズ３１ａ１，３
１ａ２の一方を光軸Oa方向と垂直のｙ方向にΔ、他方を
−Δ駆動することにより高次の収差を自由に発生させる
ことができる。例えばｙ方向にずらして６乗の特性を出
すアルバレズレンズの形状ｆ（ｘ，ｙ）はｆ（ｘ，ｙ）＝ａ（ｘ⁶ｙ＋ｙ⁷／７）とすると、互いに±Δだけｙ方向にずれたアルバレズレ
ンズの透過波面Ｗ（ｘ，ｙ）は、硝材の屈折率をｎとす
るとＷ（ｘ，ｙ） ≒ ２ａΔ （ｎ−１）（ｘ⁶＋
ｙ⁶）となり、ずらし量Δに比例した波面を形成させることが
できる。ずらし量Δを説明したようにプラスとマイナス
に対称に構成すると、ずらし量Δの偶数次の項が消えて
ずらし量Δの非線形の効果を抑えることができる。発生
する収差の量はずらし量Δを制御することによって調整
することができる。

【００５３】アルバレズレンズ３１を特徴付ける非球面
形状ｆ（ｘ，ｙ）を理想的に作ることは難しいため、製
作誤差をキャリブレーションする必要がある。キャリブ
レーションの際には球面収差の場合と同じく基準状態と
素性のわかっている基準面を用いて、測定を行いオフセ
ット量を計算する。オフセット量はｆ（ｘ，ｙ）の誤
差、ずれ量Δから発生する非線形効果等も含めて補正す
る。またアルバレズレンズの位置は位置検出素子を各
アルバレズレンズに装着して検出を行う。

【００５４】ここで説明したのは波面の動径Ｒの６乗の
項の説明であったが、更に８乗の項、１０乗の項も別の
アルバレズレンズを複数個挿入することによって制御す
ることができる。挿入すべきアルバレズレンズの数は対
象となる非球面の形状によって異なる。図１の系では３
１ａが６乗、３１ｂが８乗の項を発生させるアルバレズ
レンズに対応している。

【００５５】本実施形態では以上の構成により参照ミラ
ー２を介した参照波面と、基準波面発生ユニット３、コ
ソメーター４を通過し、被検面５で反射し、元の光路を
戻った被検波面(信号波面)と、をビームスプリッター１
で合成し、レンズ６によってＣＣＤ等の撮像手段上に干
渉波面を形成し、該撮像手段７からの信号（干渉信号）
によって被検面５の面形状(面情報)を測定している。

【００５６】以上のように本実施形態の干渉計は任意の
形状の非球面の面形状をＣＧＨやヌルレンズのような素
子を設けることなく汎用で検出できることのできるよう
にしている。このため非球面の面形状測定用の基準波面
を光学系（基準波面発生ユニット）の収差をコントロー
ルすることによって発生させている。

【００５７】また、本実施形態では非球面の面形状の計
測の基準となる基準波面を、該非球面を特徴づける非球
面形状の各次数を独立に制御して作り上げている。対象
となる光学系は共軸であることが多いところから、光学
素子は回転対称性を持っていることが多い。従って球面
からのずれは光軸からの距離(即ち波面の動径)をＲとし
た時、Ｒの４乗以上の偶数次の項で表わされる場合が通
常である。

【００５８】特に重要なのはＲの４乗の項であるが、４
乗の項は収差で言うと球面収差に相当する。そこで球面
収差を故意に所望の値だけ発生させて、非球面の形状が
持っている成分に対応する波面を形成させている。但
し、一般に非球面はＲの４乗だけでは表わすことができ
ない場合が多いため、４乗以上の高次の項に関しては各
次数ごとにアルバレズレンズを利用して制御できる収差
を発生させ、所望の非球面を構成する波面を合成させて
いる。また、アルバレズレンズで４次以上の総ての波面
を発生させることも可能である。

【００５９】本実施形態では波面を調整して合成するた
め、種々の基準波面を作成することができ、非球面の形
状ごとにＣＧＨやヌルレンズを作成すると言う手間から
開放される。従って、装置自体を基準として様々な非球
面を測定することができるために、極めて汎用性を持つ
装置を構成することができるというメリットがある。ま
た、汎用性があるにも拘らず干渉計測法であるために球
面を測定するのと同じ精度が達成できるため、従来の高
精度で測定することが困難であった非球面を容易に測定
することができる。

【００６０】図４は本発明の実施形態２の要部概略図で
ある。本実施形態は図１の実施形態１に比べて、基準波
面発生ユニット３による球面収差の発生の仕方が異なっ
ている。この他の構成は実施形態１と同じである。

【００６１】本実施形態では基準波面発生ユニット３内
のレンズ１３３が平行光入射に対して収差を発生させる
機能を持っている。図５（Ａ）はレンズ１３３を構成す
る２つのレンズ１３３ａ，１３３ｂの間隔ｄを制御する
ことによって球面収差の発生量を制御する方式である。
間隔ｄの変化に伴う結像位置の変化はレンズ１３１全体
を移動することによって調整する。また間隔ｄの基準位
置は実施形態１と同じくレンズ１３３とコリメータ４、
基準球面を用いて、同じような基準状態を求めることに
よって行う。

【００６２】図５（Ｂ）はレンズ１３３の後側の位置に
厚さを連続的に変えることのできる全体として平行平面
板となる楔形の２つのプリズム部材（ウエッジ）１３
４，１３５を挿入した例、図５（Ｃ）は複数の平行平板
１３６，１３７を離散的に変えて球面収差を制御する例
である。平行平板の厚さを可変にするには２枚の同じ角
度を持つウェッジ１３４，１３５を組み合わせ、光軸Oa
と直交する方向に動かすことによって目的を達成するこ
とができる。この場合の基準位置の調整も実施形態１と
同じく基準状態をいったん達成することによって求める
ことができる。図５（Ｃ）の平行平板の場合には該平板
の厚さを正確に測定することを利用して、発生する球面
収差を求めることができる。

【００６３】図６は本発明の実施形態３の要部概略図で
ある。

【００６４】本実施形態は図１の実施形態１に比べて、
基準波面発生ユニット３による収差発生を全てアルバレ
ズレンズに負担させている点が異なっている。

【００６５】この他の構成は実施形態１と同じである。

【００６６】本実施形態ではレンズ２３３が平行光を収
差なく結像させる機能を持っている。図中、アルバレズ
レンズ３１ｐが波面の動径Ｒの４乗に比例する球面収差
の発生量を制御する。アルバレズレンズの基準位置は実
施形態１と同じくレンズ２３３とコリメータ４、基準球
面を用いて、同じような基準状態を実現した上でアルバ
レズレンズを挿入していってオフセットを求めることが
できる。

【００６７】この他のアルバレズレンズ３１ａ，３１ｂ
の作用は実施形態１と同じである。

【００６８】以上の各実施形態の干渉計のうちの１つを
用いて作成された光学素子を第１の物体(レチクル)上に
形成されたパターンを第２の物体（ウエハ）上に結像さ
せて露光する投影露光装置における投影光学系に用いて
いる。

【００６９】これによって高い光学性能の投影光学系の
製造を容易にしている。

【００７０】以上述べたように本発明の各実施形態では
波面を調整して合成するため、種々の基準波面を容易に
作成することができ、非球面の形状ごとにＣＧＨやヌル
レンズを作成する必要がない。また、装置自体が基準と
なるため、原器として装置を使うことができる。更に本
発明の各実施形態では基準として発生させる波面を高精
度に可変制御できるため、様々な非球面を測定に対応す
ることができ、極めて汎用性が高い。汎用性があるにも
拘らず干渉計測法であるために球面を測定するのと同じ
精度が達成できるため、従来高精度で測定することが困
難であった非球面も容易に測定することができる。

【００７１】又、本発明の各実施形態によれば、従来よ
り設計値としては存在したが実際には加工が困難であっ
た非球面光学素子も容易に製作することができる。特に
ＥＵＶのように精度が厳しい上に、使うことのできる枚
数が限られている光学系で、従来より実際には加工計測
上の観点から適用することのできなかった範囲にある非
球面を持つ光学素子を利用できる、装置構成上多大なメ
リットが得られる。又、本発明の各実施形態はＥＵＶだ
けでなく従来のＵＶ、ＤＵＶ、ＶＵＶ領域の露光装置に
おける非球面にも適用することができる。非球面を用い
ることにより光学系のフレキシビリティが増したこと
で、半導体露光装置に対して大きな効果をもたらすこと
ができる。また、本発明による非球面の応用は半導体露
光装置だけでなく、他の光学装置にも同様に適用するこ
とができる。

【００７２】又、本発明の各実施形態による非球面計測
で得られる光学素子の応用は半導体露光装置だけでな
く、他の光学装置にも同様に適用することができる。

【００７３】

【発明の効果】本発明によれば非球面の面形状を球面と
同じ精度で測定が可能で、かつ種々の面形状の測定に適
切に対応できる干渉計及び干渉計測法を達成することが
できる。

【００７４】この他本発明によればレチクル上のパター
ンを所定の倍率(縮小率)で性格にウエハー上に結像性能
が良く、収差を抑えた状態で転写する投影レンズ(投影
光学系)に用いる光学素子の面形状を計測し、高精度な
投影光学系を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の非球面測定を示す概略
図

【図２】球面収差の発生を示す図

【図３】アルバレズレンズの原理図

【図４】本発明の実施形態２の非球面測定を示す概略
図

【図５】種々の球面収差発生法を示す説明図

【図６】本発明の実施形態３の非球面測定を示す概略
図

【符号の説明】

１ビームスプリッタ２参照ミラー３基準波面発生ユニット４コリメータ５被検物体６結像レンズ７ＣＣＤ３１（３１ａ，３１ｂ，３１ｃ）アルバレズレンズ３２レンズ３３レンズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F064 AA09 CC04 EE02 FF02 GG12 GG22 GG47 HH03 HH08 JJ01 2F065 AA53 CC22 DD03 EE08 FF04 FF52 GG04 HH03 HH13 JJ09 JJ26 LL10 UU07 5F046 CA08 CB02 CB25 DA13 GA14 GB01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】干渉を利用して光学素子の面形状を測定
する干渉計において、該面形状の測定基準となる波面を
生成するアルバレズレンズを有する基準波面生成ユニッ
トを被検光路中に設けていることを特徴とする干渉計。
【請求項２】干渉を利用して光学素子の面形状を測定
する干渉計において、該面形状の測定基準となる波面を
生成する基準波面生成ユニットを被検光路中に設け、前
記基準波面生成ユニットは波面の動径の４次以上の成分
を可変的に生成することを特徴とする干渉計。
【請求項３】前記基準波面生成ユニットを構成する各
光学部材の基準位置を該基準波面生成ユニットが発生す
る収差が最も小さくなる位置で決定することを特徴とす
る請求項２記載の干渉計。
【請求項４】前記基準波面生成ユニットは球面収差発
生手段を有することを特徴とする請求項２又は３記載の
干渉計。
【請求項５】前記球面収差発生手段は複数のレンズ部
材を有し、このうち２つのレンズ部材間の距離を調整す
ることによって収差の発生を調整していることを特徴と
する請求項４記載の干渉計。
【請求項６】前記球面収差発生手段は平行平面機能と
して作用する複数の光学部材を有し、該光学部材は平行
平面機能を調整することができることを特徴とする請求
項４記載の干渉計。
【請求項７】前記基準波面生成ユニットはアルバレズ
レンズを有していることを特徴とする請求項２乃至６の
いずれか１項に記載の干渉計。
【請求項８】前記アルバレズレンズは波面の動径の６
次以上の成分を生成することを特徴とする請求項１記載
の干渉計。
【請求項９】前記アルバレズレンズは生成する波面の
動径の次数に対応して複数個設けられていることを特徴
とする請求項１又は８記載の干渉計。
【請求項１０】前記アルバレズレンズは波面の動径の
４次以上の成分を生成することを特徴とする請求項１記
載の干渉計。
【請求項１１】前記基準波面生成ユニットは波面の動
径の４次以上の成分を可変的に生成することを特徴とす
る請求項１記載の干渉計。
【請求項１２】前記基準波面生成ユニットは可変的に
波面を生成することができる移動部を有し、該移動部の
位置情報をモニタするモニタ手段を有することを特徴と
する請求項２記載の干渉計。
【請求項１３】前記モニタ手段によって得られる前記
移動部の移動量を用いて、発生する波面を計算し、基準
波面として用いることを特徴とする請求項１２記載の干
渉計。
【請求項１４】干渉を利用して光学素子の面形状を測
定する干渉計測法において、該面形状の測定基準となる
基準波面をアルバレズレンズを有する基準波面生成ユニ
ットにより生成し、該基準波面を該光学素子の面に導光
し、該面を介した被検波面と参照波面とを干渉させて面
形状の計測を行うこと特徴とする干渉計測法。
【請求項１５】干渉を利用して光学素子の面形状を測
定する干渉計測法において、該面形状の測定基準となる
基準波面を基準波面生成ユニットにより生成し、該基準
波面を該光学素子の面に導光し、該面を介した被検波面
と参照波面とを干渉させて面形状の計測を行うと共に、
前記基準波面生成ユニットは波面の動径の４次以上の成
分を可変的に生成することを特徴とする干渉計測法。
【請求項１６】前記基準波面生成ユニットを構成する
各光学部材の基準位置を該基準波面生成ユニットが発生
する収差が最も小さくなる位置で決定することを特徴と
する請求項１５記載の干渉計測法。
【請求項１７】前記基準波面生成ユニットは波面の動
径の４次以上の成分を可変的に生成することを特徴とす
る請求項１４記載の干渉計測法。
【請求項１８】前記基準波面生成ユニットは可変的に
波面を生成することができる移動部を有し、該移動部の
位置情報をモニタして得られた移動量をもとに基準波面
の形状を計算して求めることを特徴とする請求項１５記
載の干渉計測法。
【請求項１９】請求項１乃至１３の干渉計を用いて作
成された光学素子を用いることによって作成されたこと
を特徴とする半導体露光装置。
【請求項２０】請求項１４乃至１８のいずれか１項の
干渉計測法を用いて作成された光学素子を用いることに
よって作成されたことを特徴とする半導体露光装置。
【請求項２１】参照ミラーからの参照波面と被検面か
らの被検波面とを干渉させて、該被検面の面情報を測定
する干渉計において該被検波面の光路中に、該被検面の
面情報の測定基準となる波面を生成する基準波面生成ユ
ニットを配置し、基準波面生成ユニットは球面収差を可
変的に発生させる球面収差発生手段と、波面の動径の６
乗以上の成分を可変的に発生させるアルバレズレンズ手
段とを含んでいることを特徴とする干渉計。