JP2002310624A

JP2002310624A - 面形状計測法

Info

Publication number: JP2002310624A
Application number: JP2001109998A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Sekine; 義之関根
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-04-09
Filing date: 2001-04-09
Publication date: 2002-10-23

Abstract

(57)【要約】【課題】非球面の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面形状測定法
及びそれを用いられた光学素子を用いた半導体露光方法
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
する面形状計測法であって、該光学素子の測定面を少な
くとも二つの領域に分割し、各領域において干渉計測を
行い、面形状を測定する際に、少なくとも一つの領域の
計測を行うときの測定基準となる波面が非球面波面であ
ること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は面形状計測法に関
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
る方法が知られている。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。

【０００９】さらに、非球面形状を測定するとき通常の
球面形状測定用の干渉計を用いて、球面上と非球面上の
曲率半径が一致する領域(通常は輪帯形状となる)のみを
測定し、次いで測定する曲率半径を変化させることで面
全体を計る手法も知られている。しかしながらこの方法
は次の問題点を含んでいる。

【００１０】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。非球面形状は光軸からの距離（半径、動径）を
ｒ、動径ｒにおける光軸方向の近軸球面の曲率半径を
ｃ、光軸方向をｚとした時、［式１］のように偶数次の
項のみで記述されるのが一般的である。

【００１１】

【式１】

【００１２】［式１］においてK=A=B=C=D =0の場合、曲
率半径Ｒ=１／ｃを持つ球面となる。従って球面からの
ずれ量（非球面量）δ は［式１］からその球面を差し
引いたものとなり、展開すると［式２］のように距離ｒ
の４乗以上の項のみで表される。

【００１３】

【式２】

【００１４】非球面量を考えた場合、特に重要なのは距
離ｒの４乗の項である。このずれ量δが測定に用いられ
る光の波長の１０倍を越えると干渉縞の間隔が狭くなり
過ぎて、測定が困難となる。

【００１５】この問題を補うために、基準となる球面の
曲率半径をＲ'=１／ｃ'に変えて始めに測定した領域の
外側を計測する。この方法によれば、非球面量δ'は
［式３］のようになる。

【００１６】

【式３】

【００１７】係数ｃ'を適当に選ぶことにより該領域に
おいて、δ'＜δ とすることが可能である。非球面量
δ'が測定波長をλとするとき１０λを越える程度にな
ったところで、さらに係数ｃ'を変化させて外側の領域
を測定することを繰り返せば面全体を測定することは不
可能でない。しかしながら面周辺部での変化の速さを考
えた場合は距離ｒの６乗や８乗等、高次の項が重要にな
ってくるため、これら高次項の影響により、干渉測定が
可能な領域が著しく狭くなる。

【００１８】このため、面全体を測定するためには多く
の領域に分割する必要が生じ、特に面周辺部では分割数
が多くなり、測定可能な領域の幅が狭くなる。個々に領
域を測定した後、それらを接続することが必要になるこ
とため、誤差の重ねあわせにより十分な精度の測定がで
きないという問題があった。

【００１９】本発明は非球面の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面
形状測定法及びそれを用いられた光学素子を用いた半導
体露光方法の提供を目的とする干渉計測法。

【００２０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の面形状
計測法は、干渉を利用して光学素子の面形状を測定する
面形状計測法であって、該光学素子の測定面を少なくと
も二つの領域に分割し、各領域において干渉計測を行
い、面形状を測定する際に、少なくとも一つの領域の計
測を行うときの測定基準となる波面が非球面波面である
ことを特徴としている。

【００２１】請求項２の発明は請求項１の発明におい
て、前記非球面波面は非球面波面生成手段により波面の
動径の４次以上の各成分が略独立に制御され形成されて
いることを特徴としている。

【００２２】請求項３の発明は請求項２の発明におい
て、前記非球面波面の内、前記波面の動径の４次以上の
各成分の略独立に制御し、測定を行う領域毎に球面成分
の曲率が制御されることを特徴としている。

【００２３】請求項４の発明は請求項２の発明におい
て、前記非球面波面生成手段は、少なくとも一組のアル
バレツレンズを有していることを特徴としている。

【００２４】請求項５の発明は請求項４の発明におい
て、前記非球面波面生成手段のアルバレツレンズは独立
に制御される成分と一対一に対応して設けられているこ
とを特徴としている。

【００２５】請求項６の発明は請求項５の発明におい
て、前記非球面波面生成手段による前記非球面波面の制
御される成分は波面の動径の４次、６次、８次の三成分
であって、それぞれ対応する一組のアルバレツレンズに
よって略独立に制御されることを特徴としている。

【００２６】請求項７の発明は請求項６の発明におい
て、前記アルバレツレンズによって制御される非球面量
が測定に利用される光の波長の２０倍を超えないことを
特徴としている。

【００２７】請求項８の発明の面形状計測法は、干渉を
利用して光学素子の面形状を測定する面形状計測法であ
って、該光学素子の測定面を少なくとも二つの領域に分
割し、各領域において干渉計測を行い、面形状を測定す
る際に、該測定面は光軸からの距離に応じて複数の領域
に分割され、少なくとも一つの領域の計測を行うときの
測定基準となる波面が非球面波面であり、該非球面波面
は波面の動径の４次以上の成分が略独立に制御されてい
ることを特徴としている。

【００２８】請求項９の発明は請求項８の発明におい
て、前記測定基準となる波面が非球面波面であり、該非
球面波面のうちの球面成分は分割された各領域毎に異な
り、該非球面波面と各領域における被検面とのずれ量が
測定に利用される光の波長の１０倍を越えないことを特
徴としている。

【００２９】請求項１０の発明は請求項８の発明におい
て、波面の動径の４次以上の各成分がアルバレツレンズ
によって略独立に制御されており、該各成分の非球面量
が測定に利用される光の波長の２０倍を超えないことを
特徴としている。

【００３０】請求項１１の半導体露光装置は、請求項１
乃至１０のいずれか１項の面形状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】

【発明の実施の形態】通常の球面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。

【００３２】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、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。

【００３３】尚、本発明において非球面とは軸対称であ
って球面又は平面でないこと、あるいは面対称であっ
て、平面でも円筒面でない非円筒面であることを意味し
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
を可能とする。

【００３５】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。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】又、本発明では被検面の非球面量が大き
く、面周辺部での変化が速い場合、非球面全体に対して
の基準波面を発生させることは困難となる場合であって
も被検面を複数の領域に分割し、個々の領域に対して、
球面乃至非球面の基準波面を光学系の収差をコントロー
ルすることによって基準波面を容易に発生させている。

【００３７】基準波面の発生に際しては、特に面周辺部
で一括測定可能な輪帯の幅を十分に大きく取ることがで
きるような構成するため、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。このこ
とにより、面形状の必要な測定回数を低減、あるいは複
数の輪帯を重ね合わせて測定することにより、精度の向
上を図っている。

【００３８】又、領域分割に際しては、発生させる非球
面の基準波面と測定対象の面形状とのずれ量が測定に利
用される光の波長の１０倍を超えないようにしている。

【００３９】さらに、光軸からの距離（動径）ｒの次数
毎独立に収差を制御する方法として、アルバレツレンズ
を利用している。

【００４０】そして該アルバレツレンズで制御する非球
面量を最大で測定波長の２０倍、通常１０倍に抑えるよ
うにしている。

【００４１】次に、本発明の実施形態を図面を用いて説
明する。

【００４２】図１は本発明の実施形態１の要部概略図で
あり、被検面の非球面形状の測定方法を示している。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・グリーン干渉計といわれる構成をとっている。

【００４３】図１は不図示のレーザ光源から出射し、さ
らに不図示の光学系により平行にされた光（コリメート
された）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、Ｈｅ−Ｎｅ、Ａｒ，Ｈｅ−Ｃｄ，
ＹＡＧの高調波など公知のレーザを用いることができ
る。

【００４４】図１において、コリメートされた光Ｌａは
ま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)の二つに分割される。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)４側
へ行く光路(被検光路)とに分割されている。

【００４５】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へ戻っていく。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 Measuring Interferometer)といわ
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。

【００４６】被検面４からの物体光と参照光とをビーム
スプリッタ１で合波し、レンズ６を介して撮像手段（観
察面）７上に干渉情報を形成し、これより被検面５の面
形状を測定している。

【００４７】被検面４(物体)側に行く光路の構成が本発
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４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はアルバレツレンズ３１ａ、３１ｂ、３１ｃ
と集光レンズ３２を有している。

【００４８】まず、アルバレツレンズ３１の構成は後述
するとして、集光レンズ３２について説明する。

【００４９】集光レンズ３２は図１の構成ではビームス
プリッタ１からアルバレツレンズ３１ａ、３１ｂ、３１
ｃを介して入射してくるほぼ平行な光を点Ａに結像する
作用をする。このとき、集光レンズ３２は軸上０ａ近傍
のごく小さい範囲のみ収差補正をしておけば良いので、
収差量を極めて小さく抑えることができる。仮に集光レ
ンズ５に収差が微小量残っていたとしても微小量である
為、オフセット処理でキャンセルすることが容易であ
る。以降の説明では集光レンズ３２の収差は無視するこ
とができるとして話を進める。

【００５０】次に、基準波面発生ユニット３を通過した
光はズームレンズ５に入射する。ズームレンズ５は、変
倍により、被検面４の測定領域に当たる光束の幅（領
域）を変化させるために利用される。ズームレンズ５は
所定の複数のズームステートにおいて有限物点で収差が
よく補正されているものであり、集光レンズ３２により
点Ａに収束した光をさらに点Ｂに結像させる。ズームレ
ンズ５は集光レンズ３２と同様、収差を無視することが
できる程度に収差補正されているが、場合によっては故
意に収差を与えて非球面波面の形成に利用することも可
能である。

【００５１】こうして、アルバレツレンズ３１ａ、３１
ｂ、３１ｃに入射した平行光Ｌａはアルバレツレンズを
駆動させない限りそれらは平行平板と同じ作用する為、
集光レンズ３２とズームレンズ５を介して点Ｂにほぼ無
収差の収束波となって結像する。本実施形態ではこの状
態を基準状態と定義する。基準状態は被検面４に球面が
配置されたときにその形状を測定するのに好ましい状態
である。なお、基準状態における点Ａと点Ｂの位置はズ
ームレンズ５の各ズームステートにおいて異なっていて
よいが、その際の集光レンズ３２とズームレンズ５の配
置、並びに発生する波面は予め把握しておく必要があ
る。

【００５２】本実施形態では非球面の測定基準波面を発
生させるためにアルバレツレンズ３１を用いることを特
徴としている。アルバレツレンズ３１は、図２に示すよ
うに同一形状の二枚のレンズ３１−１と３１−２を組み
合わせて用いるものである。レンズ３１−１とレンズ３
１−２のそれぞれ一方の面はｆ（ｘ、ｙ）で示される非
球面形状をなしており、該非球面側が対向、近接して配
置されている。二枚のレンズ３１−１とレンズ３１−２
のｘｙ面内における相対位置ずれが０である場合、アル
バレツレンズ３１は平行平板とほぼ同じ働きをする。一
方、二枚のレンズ３１−１とレンズ３１−２の一方を光
軸０ａと垂直のy方向にΔ、他方を−Δシフトさせる
と、アルバレツレンズ３１の透過波面Ｗ（ｘ，ｙ）は、
レンズ３１−１と３１−２の硝材の屈折率をｎとして、

【００５３】

【式４】

【００５４】と近似的に書ける。このことにより面形状
ｆ（ｘ、ｙ）の形を適当に選択すれば、各次数の収差を
自由に発生させることができる。光軸からの距離ｒは
ｘ、ｙを用いて、ｒ²＝ｘ²＋ｙ²と書けることを踏まえ
ると、距離ｒの４乗、６乗、８乗の収差を発生させるた
めに必要な面形状はそれぞれ、

【００５５】

【数１】

【００５６】となる。例えば、これらの面形状ｆ（ｘ、
ｙ）をそれぞれ図１中のアルバレツレンズ３１ａ，３１
ｂ、３１ｃに与えた場合、光軸からの距離ｒの４次、６
次、８次の成分を独立に制御できる。

【００５７】以上の説明は軸対称の場合であり、面対称
の系に関しては、例えば対称面がｘ軸と光軸を含む面で
あるとすると、ｒ²＝ｙ²と書いてよい。これは軸対称の
場合にｘ＝０としたことに相当し、アルバレツレンズに
与える面形状も軸対称の場合の式にｘ＝０を代入したも
のを用いればよい。

【００５８】ここで説明したのは、光軸からの距離ｒの
４次、６次、８次のみであるが、２次や１０次以上の項
も別の面形状を持ったアルバレツレンズを挿入すること
によって制御することができる。制御すべき次数は測定
対象の非球面によって異なる。

【００５９】アルバレツレンズ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
素性の分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。オフセット量は面形状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、アルバレツレンズの位置は位置検出素子
を各アルバレツレンズに装着して検出を行う。

【００６０】アルバレツレンズにより制御される波面Ｗ
（ｘ，ｙ）の値、すなわち非球面量は、主にｆ（ｘ、
ｙ）の係数（ｃ₄，ｃ₆，ｃ₈等）とシフト量Δの積に依
存する。面形状ｆ（ｘ、ｙ）の係数が大きすぎると屈折
の影響が大きくなること、シフト量が大きくなると差分
を微分で近似した際の精度が悪くなること、により光軸
からの距離ｒに対して各次数の成分を独立に制御するこ
とが難しくなる。このため、制御可能な波面Ｗ（ｘ，
ｙ）の値に制限が生じる。本発明者がアルバレツレンズ
について分析したところ、透過波面Ｗ（ｘ，ｙ）関して
は測定光の波長の１０乃至２０倍程度を制御の目標とし
た場合、光軸からの距離rに対して各次数の成分が略独
立であるようにすることが可能である。

【００６１】一方目標値をさらに大きくすると独立と見
なすことができなくなることに加えて、同一光路上に複
数個のアルバレツレンズを挿入した場合に各次数の加算
にならなくなり、制御が困難になることが明らかとなっ
た。このため、各アルバレツレンズで発生させる非球面
量の目標値は測定光の波長の２０倍以下、通常は１０倍
程度にするのが好ましい。これらアルバレツレンズによ
る制御が独立でなくなる場合は、ズームレンズ５の収差
を発生させて補正する方法も考えられる。ただし、この
方法は系が複雑になることに加えて汎用性が低下してく
る。

【００６２】次に、［式１］においてc=1/R=-0.002、K=
0.8、A=1.1e-8、B=-2.5e-13、C=1.2e-18、D=4.0e-22で
あり、最大半径がｒ＝５５なる非球面の形状を測定する
状況を考える。測定に利用する光の波長を６５６．３ｎ
ｍとすると、最大径ｒ＝５５位置において［式１］の非
球面と同じ曲率を持つ球面とのサグ量の差δとしての非
球面量は８６．５μｍ、すなわちδ＝１３１．８λとな
る。仮に１０λを通常の方法で測定可能な非球面量とす
ると、単純計算で１４の領域分割が必要となり、フレネ
ルレンズの輪帯間隔などと同様、外周に向かうほど間隔
が狭くなる。

【００６３】光軸近傍の面形状を考えると、δ＝１０λ
となるのはｒ₀＝２８．４６６においてである。従っ
て、ｒ＜ｒ₀の領域では通常の方法で測定可能であると
する。ここで、図１中のアルバレツレンズ３１ａをシフ
トさせて、距離ｒの４次の項のみを目標値１０λで制御
した場合を考える。光軸近傍では距離ｒの４次の影響の
みと考えてよく、アルバレツレンズ３１ａの駆動により
δ＝２０λまでが測定可能になると考えると、その位置
はｒ₁＝３３．９２５となる。実際にこれを図１の系で
行うためには、アルバレツレンズ３１ａをシフトして非
球面波面を発生させると同時に制御目標値である１０λ
の非球面量となる入射光線の光軸０ａからの距離ｒ_ray
を求め、ズームレンズ５をズームさせることで高さｒ
_rayの光線を被検面４において距離ｒ₁の位置に達するよ
うに制御する必要がある。このときの測定基準となる非
球面波面は位置検出装置のデータと基準状態の波面から
確定可能であり、測定された干渉縞を元に面形状を求め
ることができる。

【００６４】以上のようにして、アルバレツレンズ３１
ａの制御を行わない場合に比べて中心部の測定を広い範
囲で行うことができる。この中心部は図３−（ａ）ない
し（ｂ）の測定領域４−３に相当する。なお、測定領域
４−３の測定に際して、アルバレツレンズ３１ｂと３１
ｃをシフトさせてもよく、この自由度を用いると、測定
基準となる非球面波面と測定面とのずれ量を１０λより
小さく抑えることができる。

【００６５】次に、図３に示す被検面４の測定領域４−
４の測定方法を述べる。

【００６６】図４は被検面４の数値例である。

【００６７】被検面４が本数値例の場合、図４から分か
るように面周辺部での曲率は中心部に比べて緩い。この
ため、測定基準とする非球面波面のうち球面成分の曲率
を緩めてやるとよく、例えばc'=1/(R-8.70)=-0.00197程
度にすればよい。これを行うには被検面４の光軸０ａ方
向の位置ずらしを行う。この位置ずらし量をモニタする
モニタ手段として、レーザ干渉計１０１を用いている。
具体的には、被検面４を移動させる機械部品４−１の位
置をモニタするためにレーザ干渉計１０１からの光４−
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、測定
領域４−４に当たる波面の球面成分を精確に知ることが
できる。

【００６８】面形状の曲率を補正した後、距離ｒ₁にお
ける球面からずれ量を０とした場合、１０λのずれとな
る位置はｒ₂=４１．９７５となるが、アルバレツレンズ
３１ａと３１ｂをシフトさせ、それぞれ距離ｒの４次と
６次の項を１０λ制御することにより、ｒ₃＝４７．５
までが１０λのずれの範囲に入る。このとき、アルバレ
ツレンズ３１ｃはシフトさせる必要は無いが、シフトす
ることでずれの範囲を狭めることができる。

【００６９】この後、ズームレンズ５をズームさせ、入
射光束Ｌａを被検面４上の光軸０ａからの距離４７．５
の位置まで広げるよう調節する。

【００７０】この際に生成される非球面波面はアルバレ
ツレンズ３１ａと３１ｂに装着された位置検出素子のデ
ータ、ズームレンズ５の配置のデータ、被検面４の位置
のデータを用いて演算手段１０２で計算することで精確
に決定することができ、干渉縞の測定から領域４−４の
面形状を測定できる。

【００７１】さらに、図３に示す被検面４の測定領域４
−５の測定方法を述べる。

【００７２】基本的な手順は測定領域４−４の測定方法
の場合と同じであり、まず測定基準とする非球面波面の
うち球面成分の曲率を被検面４の光軸方向の位置をずら
すことで変化させる。例えば、c''=1/(R-12.6)=-0.0019
5程度にすればよい。この際、レーザ干渉計１０１を利
用して、位置ずれ量をモニタしている。

【００７３】次にｒ₃＝４７．５の位置での球面からの
ずれ量を０として、アルバレツレンズ３１ａ、３１ｂ、
３１ｃをシフトさせ、それぞれが目標値１０λの制御を
行う。入射光束Ｌａが被検面４上で光軸からの距離ｒ＝
５５になるように広げると、生成される非球面波面と被
検面４とのずれ量がほぼ１０λの範囲に入ることにな
り、干渉計測により被検面４の非球面波面からのずれ量
δが測定され、さらに非球面波面の形状がアルバレツレ
ンズ３１ａ、３１ｂ、３１ｃズームレンズ５、被検面４
の配置データから計算されるので、被検面４の形状を得
ることができる。

【００７４】以上説明したように、本実施形態によれば
非球面形状の測定に際して被検面の測定領域の分割数を
減らし、接続回数を減らすことでより高精度な計測を可
能としている。また、測定領域の幅自体が広がっている
ことを利用して、領域分割を行う際に重複するようにす
ることで、接続自体もより精度よく行うことが可能とな
る。本実施形態ではアルバレツレンズにより制御される
成分を光軸からの距離ｒの４次、６次、８次に限定して
いるが、測定対象により２次や１０次以上の高次成分用
のアルバレツレンズを採用してもよく、これらを利用す
ることで、領域内での被検面と基準波面とのずれ量を低
減し、より精度よく干渉計測が行えるようになる。

【００７５】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
リメーター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７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。

【００７６】以上のように本実施形態では、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。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ほぼ同じ精
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。

【００７７】尚、本実施形態においてアルバレツレンズ
３１の代わりに波面の動径の高次以上の各成分を発生さ
せることができるように製作したＣＧＨ(Computer Gene
rated Hologram)を用いても良い。又、ズームレンズ５
の代わりに複数の単焦点レンズを設け、そのうち１つを
光軸から挿脱可能に構成しても良い。

【００７８】以上の実施形態の干渉計を用いて作成され
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。

【００７９】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。

【００８０】

【発明の効果】本発明によれば非球面の形状を球面と同
じ精度で測定が可能で、かつ種々の面形状の測定に対応
できる面形状測定法及びそれを用いられた光学素子を用
いた半導体露光方法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の非球面測定方法を説明
するための説明図

【図２】本発明に係るアルバレツレンズの原理を示す
説明図

【図３】被検面の分割方法を示す説明図

【図４】被検面の数値例の説明図

【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被検面５ズームレンズ６結像レンズ７ＣＣＤ１０被検面の面形状(数値例) １１被検面を球面と仮定した場合の面形状(数値例) ３１ (３１ａ，３１ｂ，３１ｃ)アルバレツレンズ３２レンズ１０１レーザ干渉計

フロントページの続きＦターム(参考） 2F065 AA53 BB22 CC22 DD00 FF04 FF15 FF52 FF55 GG05 HH02 HH13 JJ03 JJ26 KK01 LL06 LL10 UU01 UU07 2G086 HH06 2H041 AA23 AB24 AZ00 AZ05

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
る面形状計測法であって、該光学素子の測定面を少なく
とも二つの領域に分割し、各領域において干渉計測を行
い、面形状を測定する際に、少なくとも一つの領域の計
測を行うときの測定基準となる波面が非球面波面である
ことを特徴とする面形状計測法。
【請求項２】前記非球面波面は非球面波面生成手段によ
り波面の動径の４次以上の各成分が略独立に制御され形
成されていることを特徴とする請求項１記載の面形状計
測法。
【請求項３】前記非球面波面の内、前記波面の動径の４
次以上の各成分の略独立に制御し、測定を行う領域毎に
球面成分の曲率が制御されることを特徴とする請求項２
記載の面形状計測法。
【請求項４】前記非球面波面生成手段は、少なくとも一
組のアルバレツレンズを有していることを特徴とする請
求項２記載の面形状計測法。
【請求項５】前記非球面波面生成手段のアルバレツレン
ズは独立に制御される成分と一対一に対応して設けられ
ていることを特徴とする請求項４記載の面形状計測法。
【請求項６】前記非球面波面生成手段による前記非球面
波面の制御される成分は波面の動径の４次、６次、８次
の三成分であって、それぞれ対応する一組のアルバレツ
レンズによって略独立に制御されることを特徴とする請
求項５記載の面形状計測法。
【請求項７】前記アルバレツレンズによって制御される
非球面量が測定に利用される光の波長の２０倍を超えな
いことを特徴とする請求項６記載の面形状計測法。
【請求項８】干渉を利用して光学素子の面形状を測定す
る面形状計測法であって、該光学素子の測定面を少なく
とも二つの領域に分割し、各領域において干渉計測を行
い、面形状を測定する際に、該測定面は光軸からの距離
に応じて複数の領域に分割され、少なくとも一つの領域
の計測を行うときの測定基準となる波面が非球面波面で
あり、該非球面波面は波面の動径の４次以上の成分が略
独立に制御されていることを特徴とする面形状計測法。
【請求項９】前記測定基準となる波面が非球面波面であ
り、該非球面波面のうちの球面成分は分割された各領域
毎に異なり、該非球面波面と各領域における被検面との
ずれ量が測定に利用される光の波長の１０倍を越えない
ことを特徴とする請求項８記載の面形状計測法。
【請求項１０】波面の動径の４次以上の各成分がアルバ
レツレンズによって略独立に制御されており、該各成分
の非球面量が測定に利用される光の波長の２０倍を超え
ないことを特徴とする請求項８記載の面形状計測法。
【請求項１１】請求項１乃至１０のいずれか１項の面形
状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。