JP2003254725A - 波面収差測定方法及び波面収差測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ピンホール干渉法による波面収差測定におい
て、ピンホールの径に対する制約を緩和することによ
り、光源の輝度に対する要求を緩和すると共に、測定精
度を向上させる。 【解決手段】 微小なピンホール３ａに照明光を当て、
該ピンホール３ａから発せられる球面波Ｌ２を被検光学
系６に照射し、該被検光学系６から出射される光をシア
リング干渉させ、その干渉縞を測定することにより上記
被検光学系６の波面収差を測定する。この際、上記球面
波Ｌ２を上記被検光学系６の手前で分割して別途シアリ
ング干渉させ、その干渉縞を測定することにより上記球
面波そのものの波面収差を測定し、その測定結果を用い
て上記被検光学系６の波面収差測定結果を較正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ミラー（反射）型
光学系等における波面収差の精密測定に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体回路素子等のデバイスを製
造する際に用いられる露光装置においては、露光光とし
て、波長が１９３ｎｍ以上の紫外線領域の光が用いられ
ていた。しかしながら、近年、半導体集積回路素子の微
細化に伴い、光の回折限界によって制限される光学系の
解像力を向上させるために、１３ｎｍ程度の波長を有す
る軟Ｘ線のように、紫外線より波長の短いＥＵＶ（Extr
eme Ultra Violet）を使用した投影リソグラフィ技術が
開発されている。

【０００３】このようなＥＵＶの波長域の光を低吸収で
透過させる材料はないので、ＥＵＶは光学レンズを用い
て集光や発散等の光学的制御するのに適さない。このた
め、ＥＵＶが用いられる露光装置においては、ミラー
（反射）型光学系が用いられる。このようなミラー型光
学系は、多層膜がコーティングされたＥＵＶ反射鏡によ
って構成される。この反射鏡は、多層膜の各界面におけ
る反射光の位相を一致させ、干渉効果によって高い反射
率を得ることができる。さらに、多層膜反射鏡の反射率
は７０％弱であるため、通常、ＥＵＶ露光装置に用いら
れる投影光学系には、収差を低減し、且つ、反射鏡の枚
数を最低限にしながら、広い露光フィールドを確保する
ために、輪帯の一部である円弧状の露光フィールドを持
つ光学系が用いられる。

【０００４】このような投影光学系は、精緻な回路パタ
ーンを精確に転写させるため、収差を極限まで低減させ
る必要がある。従って、投影光学系の製作する際には、
投影光学系の収差を精確に測定する測定装置が必要とな
る。この収差測定装置のうちの１つが、波面収差測定装
置である。

【０００５】精確に波面収差を測定するための方法とし
て、現在有力と考えられているのは、点回折を利用した
干渉計である。このような干渉計のうちの１つとして、
点回折を利用したシアリング干渉計がある。このシアリ
ング干渉計においては、微小なピンホールに光を入射さ
せて得られる理想的な球面波を用いて波面形状を計測す
る。前記球面波を被検光学系を通した後に、被検光学系
から出射する光波面を、回折格子を用いて横ずらし（シ
アリング）し、横ずらしされた波面同士を干渉させる。
この干渉によって生じた干渉縞を観測して解析すること
により、被検光学系において生じた波面収差を検出する
ことができる。

【０００６】点回折干渉計において充分に収差の小さい
理想的な球面波を得るには、ピンホールの径は、波長を
λ、マスク側の開口数をＮＡとして、おおよそλ／２Ｎ
Ａ以下が求められる。従って、λ＝１３．５、ＮＡ＝
０．０６２５のＥＵＶ露光装置においては、ピンホール
の大きさは約１００ｎｍ以下となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】点回折を利用した干渉
計において、測定に用いられる光は、全てこの微小なピ
ンホールを通ってくる。このため、測定に十分な光量を
確保するためには、輝度が非常に高い光源を利用するこ
とが必要である。

【０００８】このような点回折干渉計において、測定を
現実的な露光時間で終えるためには、例えば、Undulato
r（シンクロトロン）タイプの放射光光源等の強力な光
源が必要とされる。しかしながら、このような放射光光
源は、莫大な設備投資が必要とされる大規模な施設であ
る。既存の放射光施設を利用する場合でも、輝度の高い
Undulatorの数は限られており、頻繁に波面収差を計測
する生産工程に組み入れることは困難である。

【０００９】上記の点に鑑み、本発明は、点回折を利用
した干渉法による波面収差測定において、ピンホールの
径に対する制約を緩和することにより、光源の輝度に対
する要求を緩和すると共に、測定精度を一定以上に確保
できる波面収差測定方法、及び、波面収差測定装置を提
供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る波面収差測定方法は、微小なピンホー
ルに照明光を当て、該ピンホールから発せられる球面波
を被検光学系に照射し、該被検光学系から出射される光
をシアリング干渉させ、その干渉縞を測定することによ
り上記被検光学系の波面収差を測定する方法であって、
上記球面波を上記被検光学系の手前で分割して別途シア
リング干渉させ、その干渉縞を測定することにより上記
球面波そのものの波面収差を測定し、その測定結果を用
いて上記被検光学系の波面収差測定結果を較正する、こ
とを特徴とする。

【００１１】本発明によれば、ピンホールから生じた球
面波の波面収差を測定し、その測定結果を用いて被検光
学系の波面収差を較正する。そのため、球面波の無収差
性をそれほど要しないので、ピンホールの径に対する制
約を緩和することができる。従って、多少大きめのピン
ホールを使っても十分に高精度の波面収差測定を行え、
低輝度の光源を用いた実用性の高い波面収差測定を実現
できる。

【００１２】本発明の波面収差測定方法においては、上
記球面波を、上記被検光学系の手前に配置した回折格子
で分割し、分割した球面波を上記被検光学系を通してマ
スク部材上に結像させ、該マスク部材に設けた２個の孔
から＋１次と−１次回折光を通し、両回折光を干渉させ
ることができる。

【００１３】このようなマスク部材を用いることによ
り、０次及び２次以上の高次の回折光を遮断することが
できるので、測定された干渉縞におけるこれらの回折光
の寄与を除去するための複雑な演算処理が不要となる。

【００１４】本発明の第１の観点に係る波面収差測定装
置は、光源を含む照明光学系と、該照明光学系からの照
明光を受け、測定用球面波を発生させるピンホールが形
成されたピンホール部材と、上記球面波を分割する第１
の回折格子と、該第１の回折格子を通った球面波を受け
る位置に被検光学系を保持する被検光学系保持装置と、
上記被検光学系からの出射光を受ける位置に配置された
第２の回折格子と、該第２の回折格子から出射される光
を受ける位置に配置された、所定次数の回折光のみを選
択的に透過させる回折光選択手段を有するマスク部材
と、該マスク部材からの回折光の干渉縞を測定する検出
光学系と、からなり、上記第１の回折格子を不使用とし
た状態で、上記マスク部材からの回折光を測定すること
により、上記被検光学系の波面収差を測定し、上記第２
の回折格子を不使用とした状態で、上記マスク部材から
の回折光を測定することにより、上記球面波そのものの
波面収差を測定し、その測定結果を用いて、上記被検光
学系の波面収差を較正することを特徴とする。

【００１５】本発明の第１の観点によれば、第１及び第
２の回折格子のいずれかのみを使用することが可能なの
で、球面波そのものの波面収差のみを含む収差測定結果
と、球面波及び被検光学系における波面収差の双方を含
む測定結果とをそれぞれ得ることができる。従って、こ
れらの測定結果を用いることにより、被検光学系におけ
る波面収差を含む測定結果を較正し、精度の高い値を得
ることができる。

【００１６】本発明の第２の観点に係る波面収差測定装
置は、光源を含む照明光学系と、該照明光学系からの照
明光を受け、測定用球面波を発生させるピンホールが形
成されたピンホール部材と、上記球面波を分割する第１
の回折格子と、該第１の回折格子を通った球面波を受け
る位置に被検光学系を保持する被検光学系保持装置と、
上記被検光学系からの出射光を受ける位置に配置された
第２の回折格子と、回折光の干渉縞を測定する検出光学
系と、該検出光学系に入射する回折光に基づいて、所定
次数の回折光成分のみを選択的に解析する回折光解析手
段と、からなり、上記第１の回折格子を不使用とした状
態で、上記第２の回折格子からの回折光を測定すること
により上記被検光学系の波面収差を測定し、上記第２の
回折格子を不使用とした状態で、上記被検光学系からの
回折光を測定することにより球面波そのものの波面収差
を測定し、その測定結果を用いて、上記被検光学系の波
面収差を較正する。

【００１７】本発明の第２の観点によれば、検出光学系
に入射する回折光を、解析手段を用いることによって所
定次数の回折光成分のみを選択的に解析するので、精度
の高い波面収差測定を行うことができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、本発明
の実施形態に係る波面収差測定装置の主要部を模式的に
示す図である。この波面収差測定装置は、図の左から右
に向かって、光源１と、ピンホール照明光学系２と、ピ
ンホール部材３と、位相シフト用グレーティング駆動装
置５ａの付設された光源側の回折格子（グレーティン
グ）４ａと、被検光学系６の保持装置８と、位相シフト
用グレーティング駆動装置５ｂの付設された反光源側の
回折格子４ｂと、次数選択マスク７と、干渉縞撮像装置
９とを含んでいる。波面収差測定装置による測定対象で
ある被検光学系６は、グレーティング４ａと４ｂとの間
に配置される。

【００１９】光源１は、所定の波長（例えば、１３．５
ｎｍ）を有するＥＵＶを出射する光源である。このよう
な光源としては、シンクロトロン放射光源、レーザプラ
ズマ光源、放電プラズマ光源等が挙げられる。

【００２０】ピンホール照明光学系２は、例えば、凹面
鏡によって構成され、光源から出射したＥＵＶを集光す
ることにより光の強度を上げると共に、光をピンホール
の方向に向ける。

【００２１】ピンホール部材３にはピンホール３ａが形
成されており、ピンホール照明光学系２によって集光さ
れた光は、ピンホール３ａを通過することにより、球面
波となって出射される。

【００２２】グレーティング４ａ及び４ｂは、該グレー
ティングに入射する光を回折効果により分割して出射す
る。この際に、グレーティングのピッチ方向における位
置に応じて、出射される光の位相はシフトする。位相シ
フト用グレーティング駆動装置５ａ及び５ｂは、所定の
量だけ位相シフトするように、これらのグレーティング
４ａ、４ｂを駆動して位置を制御する。また、後述する
ように、各グレーティング４ａ又は４ｂを光路から外す
こともできる。

【００２３】ピンホール３ａは物面位置に配置され、次
数選択マスク７は被検光学系６の結像位置に配置されて
おり、波面収差の解析に用いられる所定の次数の光のみ
を通過させる。本実施形態においては、±１次光のみを
通過させるようにしている。ここで、回折光を干渉させ
るのに、±１次光のみを用いるのは、±２次光以上の高
次光は、±１次光に比較して急激に強度が落ちるため、
測定に用いるのに適さないからである。このため、次数
選択マスク７により、０次光及び±２次光以上の高次光
による寄与を遮断している。

【００２４】次数選択マスク７に用いられるマスク部材
としては、例えば、タンタル（Ｔａ）薄膜等のＥＵＶを
遮断することができる材料が用いられる。図３に示すよ
うに、マスク部材には、所定の次数の光のみを通過させ
るように、所定の間隔で窓部７ａ及び７ｂが形成されて
いる。

【００２５】ここで、次数選択マスク７に形成される窓
の間隔は、窓の間隔よりも窓部７ａから検出面までの距
離が充分に大きいとすれば、次のようにして決定され
る。窓部７ａから干渉縞撮像装置９の検出面までの距離
と、窓部７ｂから干渉縞撮像装置９の検出面までの距離
との差を光路差ＯＰＤ（Optical Path Difference）と
すると、ＯＰＤと検出面上に投影される回折干渉稿の数
Ｎとの関係は、次式で与えられる。 ＯＰＤ＝（Ｎ／２）λ …（１） また、投影光学系６の開口数ＮＡと、２つの窓の間隔ｄ
と、ＯＰＤとの関係は、次式で与えられる。 ＯＰＤ／ｄ＝ＮＡ …（２） 式（１）と式（２）からＯＰＤを消去すれば、次の関係
式が得られる。 （Ｎ／２）λ＝ｄ×ＮＡ 従って、 ｄ＝（Ｎ／２）λ／ＮＡ …（３）

【００２６】入射光としてＥＵＶ（λ＝１３．５ｎｍ）
を用いる場合に、干渉縞撮像装置９の検出面上に投影さ
れる干渉稿の本数をＮ＝８０、投影光学系６の開口数Ｎ
Ａを０．２５（４倍縮小投影光学）とすると、式（７）
からｄ＝２１６０ｎｍが得られる。

【００２７】また、窓部７ａ及び７ｂの１辺の長さにつ
いて、投影光学系６が４倍縮小投影光学である場合に
は、次数選択マスク７上に照射されるスポットの直径
は、ピンホールの直径の１／４となる。先に述べたよう
に、ピンホールの直径を２００ｎｍとすると、スポット
の直径は３０ｎｍ程度となる。しかしながら、これは、
収差のない理想的な球面波である場合の値であり、実際
には収差を含むため、さらに大きくすることが必要であ
る。これらのことを考慮すると、０次光や±２次光以上
の高次光を遮断し、±１次光を十分に通過させるために
は、窓部７ａ及び７ｂの１辺の長さＬは、２５０ｎｍ程
度であることが望ましい。なお、本実施形態において
は、窓部の形状を正方形としているが、例えば、長さＬ
を直径とする円形でも良い。

【００２８】被検光学系保持装置８は、被検光学系６を
所定の位置に保持する。干渉縞撮像装置９は、次数選択
マスク７から出射した回折光によって生じた干渉縞を撮
像する。干渉縞撮像装置９は、光検出器として、例え
ば、ＣＣＤ（coupled charge device）を有している。

【００２９】図２は、被検光学系６（一例）を概略的に
示している。被検光学系６は、ＥＵＶを用いて半導体リ
ソグラフィを行う露光装置に適用される投影光学系であ
る。図２に示すように、被検光学系６は、２枚の凸面鏡
６ａ及び６ｃと、２枚の凹面鏡６ｂ及び６ｄとを含んで
いる。ピンホール３を通過することによって球面波を為
すＥＵＶは、凸面鏡６ａ、凹面鏡６ｂ、凸面鏡６ｃ、凹
面鏡６ｄによって順に反射される。これにより、ＥＵＶ
は、被検光学系６の内部情報、即ち、反射鏡６ａ〜６ｄ
の歪み等の情報を含むようになる。

【００３０】次に、本実施形態に係る波面収差測定方法
について説明する。図４は、本実施形態に係る波面収差
測定方法を示すフローチャートである。

【００３１】まず、ステップＳ１において、測定の基準
となる測定用球面波の波面形状を測定する。図５は、ス
テップＳ１における測定の様子を示す図である。また、
図６は、光が図５に示す各位置を通過するときの波面形
状等を模式的に示している。ステップＳ１は、光源側の
グレーティング４ａをピンホール部材３と被検光学系６
との間に挿入した状態で行われ、反光源側のグレーティ
ング４ｂは光路外に移動させて使用しない。グレーティ
ング４ａは、通過する光の位相がシフトするように、ピ
ッチ方向に移動する。グレーティング４ａの移動量につ
いては、後で詳しく述べる。

【００３２】光源１から出射した光Ｌ１は、ピンホール
照明光学系２及びピンホール部材３に形成されたピンホ
ール３ａを通過することにより、球面波Ｌ２となる。こ
のとき、図６の（ａ）に示すように、実際の球面波Ｌ２
は微小な波面収差ｗを含む（図は誇張してある）。な
お、図６の（ａ）には、比較として、理想的な球面波の
波面が細い実線で示してある。

【００３３】図５に示すように、波面収差を含む球面波
Ｌ２は、グレーティング４ａを通過することにより分割
及びシアされて、複数の分割光を含む光Ｌ３となる。図
５においては、グレーティング４ａによって分割された
分割光の内、±１次光が示されている。また、図６の
（ｂ）に示すように、光Ｌ３に含まれる分割光の内、＋
１次光は波面収差ｗ₊₁を含み、−１次光は波面収差ｗ_-1
を含んでいる。なお、図５及び図６（ｂ）において、後
にマスクで除去する０次光及び２次以上の高次光は省略
されている。

【００３４】光Ｌ３は、図６の（ｃ）に示すように、被
検光学系６を通過することにより、被検光学系６におい
て生じた波面収差ｗ’を含む。さらに、光Ｌ３は、次数
選択マスク７上に結像する。図６の（ｄ）に示すよう
に、この次数選択マスク７により、光Ｌ３に含まれる複
数の分割光の内、＋１次光Ｌ４と−１次光Ｌ５とが選択
されて通過する。光Ｌ４と光Ｌ５とは、互いに干渉し、
これにより生じた干渉縞は干渉縞撮像装置９によって撮
像される。

【００３５】このようにして得られた干渉縞の画像を解
析することにより、測定用球面波Ｌ２の波面形状が測定
される。この解析方法としては、例えば、位相シフト法
が用いられる。位相シフト法については、後で詳しく説
明する。

【００３６】ステップＳ１において生じた干渉光の波動
関数Ψは、次のように表される。 Ψ＝Ψ₊₁＋Ψ_-1 ＝ａ₊₁ｅｘｐ｛ｉｋ（ｗ₊₁＋ｗ’）｝ ＋ａ_-1ｅｘｐ｛ｉｋ（ｗ_-1＋ｗ’）｝ …（４） Ψ₊₁とΨ_-1は、＋１次光Ｌ４と−１次光Ｌ５とをそれぞ
れ示す波動関数であり、ａ₊₁とａ_-1は、Ψ₊₁とΨ_-1の振
幅をそれぞれ示している。また、ｗ₊₁とｗ_-1は、ピンホ
ールにおいて生じた波面収差ｗが分割されたものであ
る。さらに、ｗ’は、被検光学系６において生じた波面
収差であり、これは、光Ｌ２が分割された後に生じた成
分なので、Ψ₊₁及びΨ_-1のそれぞれに共通に付加されて
いる。また、ｋは、波数を示している。

【００３７】次に、ステップＳ２において、被検光学系
の波面収差を含む被検用球面波の波面形状を測定する。
図７は、ステップＳ２における測定の様子を示す図であ
る。また、図８は、光が図７に示す各位置を通過すると
きの波面形状等を模式的に示している。ステップＳ２
は、反光源側のグレーティング４ｂを被検光学系６と次
数選択マスク７との間に挿入した状態で行われ、光源側
のグレーティング４ａは光路外に移動させて使用しな
い。グレーティング４ｂは、通過する光の位相がシフト
するように、ピッチ方向に移動する。グレーティング４
ｂの移動量についても、後で詳しく述べる。

【００３８】ステップＳ１と同様に、光源から出射した
光Ｌ１は、ピンホール照明光学系２及びピンホール部材
３に形成されたピンホール３ａを通過することにより、
球面波Ｌ２となる。このとき、図８の（ａ）に示すよう
に、球面波Ｌ２は波面収差ｗを含む。

【００３９】球面波Ｌ２は、被検光学系６を通過するこ
とにより、図２の（ｂ）に示すように、被検光学系６の
内部において生じた波面収差ｗ’を含む光Ｌ２’とな
る。

【００４０】さらに、図７に示すように、光Ｌ２’は、
グレーティング４ｂを通過することにより分割及びシア
されて、複数の分割光を含む光Ｌ３’となる。図７にお
いては、グレーティング４ｂによって分割された分割光
の内、±１次光が示されている。また、図８の（ｃ）に
示すように、光Ｌ３’に含まれる分割光の内、＋１次光
は波面収差ｗ₊₁及びｗ’₊₁を含み、−１次光は波面収差
ｗ_-1及びｗ’_-1を含んでいる。なお、図７及び図８の
（ｃ）においても、後にマスクで除去する０次光及び２
次以上の高次光は省略されている。

【００４１】光Ｌ３’は、次数選択マスク７上に結像す
る。図８の（ｄ）に示すように、この次数選択マスク７
により、光Ｌ３’に含まれる複数の分割光の内、＋１次
光Ｌ４’と−１次光Ｌ５’とが選択されて通過する。光
Ｌ４’と光Ｌ５’とは互いに干渉し、これにより生じた
干渉縞は、干渉縞撮像装置９によって撮像される。この
ようにして得られた干渉縞の画像を解析することによ
り、被検用球面波Ｌ２’の波面形状が測定される。この
解析方法についても、後で詳しく説明する。

【００４２】ステップＳ２において生じた干渉光の波動
関数Ψ’は、次のように表される。 Ψ’＝Ψ₊₁’＋Ψ_-1’ ＝ａ₊₁ｅｘｐ｛ｉｋ（ｗ₊₁＋ｗ₊₁’）｝ ＋ａ_-1ｅｘｐ｛ｉｋ（ｗ_-1＋ｗ_-1’）｝ …（５） ここで、Ψ₊₁’とΨ_-1’は、＋１次光Ｌ４’と−１次光
Ｌ５’とをそれぞれ示す波動関数である。ステップＳ２
においては、被検光学系６において生じた波面収差ｗ’
は、これが生じた後に反光源側のグレーティング４ｂに
よって分割及びシアされるので、ｗ₊₁’及びｗ_-1’とし
てΨ₊₁’及びΨ_-1’にそれぞれ付加されている。

【００４３】次に、ステップＳ３において、測定用球面
波Ｌ２の波面形状と被検用球面波Ｌ２’の波面形状とを
用いて演算処理を行うことにより、被検光学系において
生じた波面収差を算出する。

【００４４】先に述べたように、ステップＳ１において
得られた測定用球面波Ｌ２の波面形状は、ピンホールに
よって生じた波面収差を含み、ステップＳ２において得
られた被検用球面波Ｌ２’の波面形状は、ピンホール及
び被検光学系において生じた波面収差を含んでいる。し
たがって、これらの間で差を取ることにより、被検用球
面波Ｌ２’に含まれる被検光学系以外の要因によって生
じた収差等を除去し、被検光学系において生じた波面収
差のみを抽出することができる。

【００４５】以下、ステップＳ１及びＳ２において波面
形状を取得する際に用いられる位相シフト法について、
詳しく説明する。位相シフト法においては、干渉させる
光同士の位相差を変えて得られた複数枚の干渉縞画像が
使用される。干渉させる光同士に所定量の位相差を与え
るためには、グレーティング４ａ、４ｂを所定量だけ移
動させる。この移動量は、次のようにして決定される。

【００４６】グレーティング４ａ又は４ｂをピッチ方向
に移動させる移動量をΔｘとすると、各次数光の０次光
に対する位相シフト量Δφは、移動量Δｘに対応して次
のように表される。 Δφ＝２πｍ・Δｘ／ｐ ここで、ｐは回折格子のピッチ、ｍは回折光の次数をそ
れぞれ表している。図９に、グレーティングをΔｘ＝ｐ
／８ずつ移動させた場合における±１次光の位相シフト
量を示す。

【００４７】一方、ステップＳ１において生じた干渉縞
の強度ｇは、式（４）より、次のように表される。 ｇ＝ΨΨ^*＝（Ψ₊₁＋Ψ_-1）（Ψ₊₁ ^*＋Ψ_-1 ^*） ＝ａ₊₁ ²＋ａ_-1 ² ＋ａ₊₁ａ_-1ｅｘｐ｛ｉｋ（ｗ₊₁−ｗ_-1）｝ ＋ａ₊₁ａ_-1ｅｘｐ｛−ｉｋ（ｗ₊₁−ｗ_-1）｝ ＝ａ₊₁ ²＋ａ_-1 ²＋２ａ₊₁ａ_-1ｃｏｓ｛ｋ（ｗ₊₁−ｗ_-1）｝ …（６）

【００４８】この干渉縞強度ｇは、グレーティング４ａ
を移動させることにより、以下のｇ ₂〜ｇ₅のように変化
する。ここで、ｇ₂、ｇ₃、ｇ₄、ｇ₅は、＋１次光と−１
次光との間の位相差がπ／２、π、３／２π、２πの場
合における干渉縞強度をそれぞれ示している。

【００４９】（１）グレーティング４ａをΔｘ＝ｐ／８
だけ移動した場合 図９より、＋１次光と−１次光との間の位相差は、次の
ようになる。 （π／４）−（−π／４）＝π／２

【００５０】従って、この位相差を式（６）に与える
と、干渉縞強度は次のように変化する。 ｇ₂＝ａ₊₁ ²＋ａ_-1 ²＋２ａ₊₁ａ_-1ｃｏｓ｛ｋ（ｗ₊₁−ｗ_-1）＋π／２｝｝ ＝ａ₊₁ ²＋ａ_-1 ²−２ａ₊₁ａ_-1ｓｉｎ｛ｋ（ｗ₊₁−ｗ_-1）｝ …（７）

【００５１】同様に、グレーティング４ａをΔｘ＝２ｐ
／８、３ｐ／８、４ｐ／８だけ移動した場合における＋
１次光と−１次光との間の位相差を、式（６）に与え
る。 （２）Δｘ＝２ｐ／８、即ち、位相差πの場合 ｇ₃＝ａ₊₁ ²＋ａ_-1 ²＋２ａ₊₁ａ_-1ｃｏｓ｛ｋ（ｗ₊₁−ｗ_-1）＋π｝ ＝ａ₊₁ ²＋ａ_-1 ²−２ａ₊₁ａ_-1ｃｏｓ｛ｋ（ｗ₊₁−ｗ_-1）｝ …（８）

【００５２】 （３）Δｘ＝３ｐ／８、即ち、位相差３π／２の場合 ｇ₄＝ａ₊₁ ²＋ａ_-1 ² ＋２ａ₊₁ａ_-1ｃｏｓ｛ｋ（ｗ₊₁−ｗ_-1）＋３π／２｝ ＝ａ₊₁ ²＋ａ_-1 ²＋２ａ₊₁ａ_-1ｓｉｎ｛ｋ（ｗ₊₁−ｗ_-1）｝ …（９）

【００５３】 （４）Δｘ＝４ｐ／８、即ち、位相差２πの場合 ｇ₅＝ａ₊₁ ²＋ａ_-1 ²＋２ａ₊₁ａ_-1ｃｏｓ｛ｋ（ｗ₊₁−ｗ_-1）＋２π｝ ＝ａ₊₁ ²＋ａ_-1 ²＋２ａ₊₁ａ_-1ｃｏｓ｛ｋ（ｗ₊₁−ｗ_-1）｝ …（１０）

【００５４】上記の式（７）、（９）より、次式が導か
れる。 ｇ₄−ｇ₂＝４ａ₊₁ａ_-1ｓｉｎ｛ｋ（ｗ₊₁−ｗ_-1）｝ …（１１） また、式（８）、（１０）より、次式が導かれる。 ｇ₅−ｇ₃＝４ａ₊₁ａ_-1ｃｏｓ｛ｋ（ｗ₊₁−ｗ_-1）｝ …（１２）

【００５５】従って、式（１１）、（１２）より、 （ｇ₄−ｇ₂）／（ｇ₅−ｇ₃）＝ｔａｎ｛ｋ（ｗ₊₁−ｗ_-1）｝ よって、 ｋ（ｗ₊₁−ｗ_-1）＝ｔａｎ^-1｛（ｇ₄−ｇ₂）／（ｇ₅−ｇ₃）｝ Δｗ＝ｗ₊₁−ｗ_-1＝（１／ｋ）ｔａｎ^-1｛（ｇ₄−ｇ₂）／（ｇ₅−ｇ₃）｝ …（１３）

【００５６】このようにして得られた値Δｗは、ピンホ
ールから生じた波面収差ｗの微分値とみなすことができ
るから、これに基づいて球面波Ｌ２の波面形状を取得す
ることができる。

【００５７】このような位相シフト法を用いることによ
り、ステップＳ１における波面形状を取得することがで
きる。なお、この説明においては、一例として、位相差
をπ／２ずつ４ステップに渡って変更する方法を用いた
が、与える位相差の量やステップ数を変更することは可
能である。

【００５８】次に、ステップＳ２において生じた干渉縞
の強度ｇ’は、式（５）より、次のように表される。 ｇ’＝Ψ’Ψ’^*＝（Ψ₊₁’＋Ψ_-1’）（Ψ₊₁’^*＋Ψ_-1’^*） ＝ａ₊₁ ²＋ａ_-1 ² ＋ａ₊₁ａ_-1ｅｘｐ｛ｉｋ（ｗ₊₁−ｗ_-1＋ｗ₊₁’−ｗ₊₁’）｝ ＋ａ₊₁ａ_-1ｅｘｐ｛−ｉｋ（ｗ₊₁−ｗ_-1＋ｗ₊₁’−ｗ₊₁’）｝ ＝ａ₊₁ ²＋ａ_-1 ² ＋２ａ₊₁ａ_-1ｃｏｓ｛ｋ（ｗ₊₁−ｗ_-1＋ｗ₊₁’−ｗ₊₁’）｝ …（１４）

【００５９】式（１４）に対して、所定量の位相差を与
えることにより、式（７）〜（１３）におけるのと同様
の位相シフト法を用いると、次式が導かれる。 ｋ（ｗ₊₁−ｗ_-1＋ｗ₊₁’−ｗ₊₁’） ＝ｔａｎ^-1｛（ｇ₄’−ｇ₂’）／（ｇ₅’−ｇ₃’）｝ Δｗ＋Δｗ’＝（ｗ₊₁−ｗ_-1）＋（ｗ₊₁’−ｗ₊₁’） ＝（１／ｋ）ｔａｎ^-1｛（ｇ₄’−ｇ₂’）／（ｇ₅’−ｇ₃’）｝ …（１５） ここで、ｇ₂’、ｇ₃’、ｇ₄’、ｇ₅’は、＋１次光と−
１次光との間の位相差がπ／２、π、３／２π、２πの
場合における干渉縞強度をそれぞれ示している。

【００６０】この値Δｗ＋Δｗ’は、ピンホール及び被
検光学系から生じた波面収差ｗ＋ｗ’の微分値とみなす
ことができるから、これに基づいて球面波Ｌ２’の波面
形状を取得することができる。

【００６１】このようにして取得された球面波Ｌ２’の
波面形状と球面波Ｌ２の波面形状との差を取ることによ
り、求めるべき波面収差ｗ’を検出することができる。

【００６２】或いは、ステップＳ１及びＳ２において波
面形状を取得する前の微分値の段階で、両者の差を取っ
ても良い。即ち、式（１３）、（１５）より、 Δｗ’＝（Δｗ＋Δｗ’）−Δｗ …（１６） これは、被検光学系６において生じた波面収差ｗ’の微
分値とみなすことができるから、これにより、求めるべ
き被検光学系６の波面収差ｗ’を検出することができ
る。

【００６３】次に、本発明の実施形態に係る波面収差測
定方法について、より詳しく説明する。本実施形態にお
いて測定用球面波及び被検用球面波の波面形状を測定す
る際に、０次光の成分を除去するものである。±１次光
による干渉縞を生成させるために、次数選択マスクによ
って±１次光のみを選択するが、このとき、０次光の強
度が高いと、これを遮断しきれないことがある。このよ
うな場合には、次のような演算を行う解析手段を付加す
ることにより、０次光の成分を除去することができる。
以下、この演算方法について説明する。

【００６４】まず、次数選択マスク７を通過した回折光
に含まれる０次光及び±１次光は、近似的に次のように
表される。

【数１】

【数２】

【数３】 ここで、ψ_-1、ψ₀、ψ₊₁は、−１次、０次、＋１次の
回折光の波動関数をそれぞれ示している。また、ａ_-1、
ａ₀及びａ₊₁は振幅、ｋは波数、ｗは波面収差をそれぞ
れ示している。

【００６５】このとき、実際に観測される干渉縞の強度
ｇ₁は、次式のように表される。

【数４】

【００６６】今、回折格子をピッチ方向にｐ／８ずつず
らして測定を行う場合を考える。なお、このような間隔
で測定を行う方法は、９ステップにて位相が元に戻るた
め、９バケット法と呼ばれる。図９に示すΔｘ＝０、ｐ
／８、ｐ／４、・・・の場合における０次及び±１次の
位相シフト量Δφを、式（１７）における位相部分に加
えることにより、第ｎステップにおける干渉縞強度ｇ_n
が得られる。

【数５】 ここで、Ｎは回折格子の移動量Δｘを決定する際の回折
格子周期ｐの分割数であり、９バケット法による場合に
はＮ＝８である。

【００６７】式（１８）に、表１の値を代入すると、次
のように干渉縞強度ｇ₂〜ｇ₉が得られる。

【数６】

【００６８】

【数７】

【００６９】

【数８】

【００７０】

【数９】

【００７１】

【数１０】

【００７２】

【数１１】

【００７３】

【数１２】

【００７４】

【数１３】

【００７５】上記の式（１７）及び（１９）〜（２６）
より、式（２７）、（２８）が導かれる。

【数１４】

【数１５】

【００７６】式（２７）、（２８）から、９バケット法
（８分割）による０次光を除いた位相ｋ（ｗ₊₁−ｗ_-1）
を求める式（２９）が得られる。

【数１６】

【００７７】また、ｇ１＝ｇ９であることを考慮する
と、９バケット法による０次光を除いた位相ｋ（ｗ₊₁−
ｗ_-1）を求める式（３０）が得られる。

【数１７】

【００７８】上記の式（２９）、（３０）から、＋１次
光の波面収差ｗ₊₁と、−１次光の波面収差ｗ_-1との差Δ
ｗ＝ｗ₊₁−ｗ_-1が算出される。この差Δｗを波面収差の
微分値とみなし、被検光学系６の波面収差を検出するこ
とができる。

【００７９】本実施形態においては、回折格子周期を８
分割する９バケット法について説明したが、この他に
も、回折格子周期を６分割する７バケット法等、様々な
分割方法によって演算を行うことができる。

【００８０】本実施形態によれば、次数選択マスクを用
いて干渉させる光の次数を選択すると共に、測定結果に
対してさらに演算処理を行うことによって余分な次数の
成分を除去するので、波面収差の測定精度をさらに上げ
ることができる。なお、本実施形態においては、干渉光
の次数を選択する際に、次数選択マスクと、このような
演算を行う解析手段とを組み合わせたが、解析手段によ
る演算のみによって処理しても良い。

【００８１】

【発明の効果】以上述べたように、被検光学系の波面収
差の測定結果を測定用球面波の測定結果を用いて較正す
ることにより、被検光学系の波面収差の測定結果から、
ピンホールによる波面収差等の影響を除去することがで
きる。これより、ピンホールの径に対する制約が緩和さ
れるので、光源の強度に対する制約も緩和される。従っ
て、被検光学系の評価にあたって、例えば、レーザプラ
ズマＸ線装置等、生産工場における使用に適した汎用の
小型の光源（スタンドアロンタイプ等）を使用すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る波面収差測定装置の
主要部を概略的に示す図である。

【図２】図１に示す波面収差測定装置の測定対象である
被検光学系の内部を示す図である。

【図３】図１に示す次数選択マスクの形状を示す図であ
る。

【図４】本発明の第１の実施形態に係る波面収差測定方
法を示すフローチャートである。

【図５】本発明の第１の実施形態に係る波面収差測定方
法を説明するための図である。

【図６】図５に示す各位置における光の波面を模式的に
示す図である。

【図７】本発明の第１の実施形態に係る波面収差測定方
法を説明するための図である。

【図８】図７に示す各位置における光の波面を模式的に
示す図である。

【図９】グレーティングの移動量と位相シフト量との関
係を示す表である。

【符号の説明】

１ 光源 ２ ピンホール照明光学系 ３ ピンホール部材 ３ａ ピンホール ４ａ、４ｂ グレーティング ５ａ、５ｂ 位相シフト用グレーティング駆動装置 ６ 被検光学系 ６ａ、６ｃ 凹面鏡 ６ｂ、６ｄ 凸面鏡 ７ 次数選択マスク ７ａ、７ｂ 窓部 ８ 被検光学系保持装置 ９ 干渉縞撮像装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 玄間 隆志 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 (72)発明者 村上 勝彦 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） 2F065 AA53 BB25 CC21 DD03 FF53 GG22 JJ03 JJ26 LL19 LL30 LL42 PP11

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 微小なピンホールに照明光を当て、該ピ
   ンホールから発せられる球面波を被検光学系に照射し、
   該被検光学系から出射される光をシアリング干渉させ、
   その干渉縞を測定することにより前記被検光学系の波面
   収差を測定する方法であって、 前記球面波を前記被検光学系の手前で分割して別途シア
   リング干渉させ、 その干渉縞を測定することにより前記球面波そのものの
   波面収差を測定し、 その測定結果を用いて前記被検光学系の波面収差測定結
   果を較正する、ことを特徴とする波面収差測定方法。
2. 【請求項２】 前記球面波を、前記被検光学系の手前に
   配置した回折格子で分割し、分割した球面波を前記被検
   光学系を通してマスク部材上に結像させ、該マスク部材
   に設けた２個の孔から＋１次と−１次回折光を通し、両
   回折光を干渉させる、ことを特徴とする請求項１記載の
   波面収差測定方法。
3. 【請求項３】 光源を含む照明光学系と、 該照明光学系からの照明光を受け、測定用球面波を発生
   させるピンホールが形成されたピンホール部材と、 前記球面波を分割する第１の回折格子と、 該第１の回折格子を通った球面波を受ける位置に被検光
   学系を保持する被検光学系保持装置と、 前記被検光学系からの出射光を受ける位置に配置された
   第２の回折格子と、 該第２の回折格子から出射される光を受ける位置に配置
   された、所定次数の回折光のみを選択的に透過させる回
   折光選択手段を有するマスク部材と、 前記マスク部材からの回折光の干渉縞を測定する検出光
   学系と、からなり、 前記第１の回折格子を不使用とした状態で、前記マスク
   部材からの回折光を測定することにより、前記被検光学
   系の波面収差を測定し、 前記第２の回折格子を不使用とした状態で、前記マスク
   部材からの回折光を測定することにより、前記球面波そ
   のものの波面収差を測定し、 その測定結果を用いて、前記被検光学系の波面収差を較
   正する、ことを特徴とする波面収差測定装置。
4. 【請求項４】 光源を含む照明光学系と、 該照明光学系からの照明光を受け、測定用球面波を発生
   させるピンホールが形成されたピンホール部材と、 前記球面波を分割する第１の回折格子と、 該第１の回折格子を通った球面波を受ける位置に被検光
   学系を保持する被検光学系保持装置と、 前記被検光学系からの出射光を受ける位置に配置された
   第２の回折格子と、 回折光の干渉縞を測定する検出光学系と、 該検出光学系に入射する回折光に基づいて、所定次数の
   回折光成分のみを選択的に解析する回折光解析手段と、
   からなり、 前記第１の回折格子を不使用とした状態で、前記第２の
   回折格子からの回折光を測定することにより、前記被検
   光学系の波面収差を測定し、 前記第２の回折格子を不使用とした状態で、前記被検光
   学系からの回折光を測定することにより、前記球面波そ
   のものの波面収差を測定し、 その測定結果を用いて、前記被検光学系の波面収差を較
   正する、ことを特徴とする波面収差測定装置。