JP2003269909A - 形状測定方法及び干渉測定装置、並びに投影光学系の製造方法及び投影露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フィゾー面を非最終面に配置してなるヌル光
学系を使用した干渉測定で得られる測定結果から、ヌル
光学系に起因する誤差の影響を受けずに、被検面の単体
の形状情報を取得する。 【解決手段】 測定光束の入射時に生じる透過ｍ次回折
光の波面が前記被検面の設計形状と等価になるよう設計
された透過型ゾーンプレートを用いて前記被検面を干渉
測定することで、前記透過ｍ次回折光の波面を基準とし
た前記被検面の形状情報を取得し、前記透過型ゾーンプ
レートを用いて前記ヌル光学系の前記フィゾー面を前記
最終面側から干渉測定することで、前記透過型ゾーンプ
レートにおいて生じる透過−ｍ次回折光の波面を基準と
した前記波面変換部の誤差情報を取得し、前記取得した
各情報に基づく演算処理を行う。

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、ミラーな
どの光学素子の被検面の形状を測定する形状測定方法及
びそのための干渉測定装置、並びにその干渉測定方法が
適用される投影光学系の製造方法及びその投影光学系を
備えた投影露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光学機器（投影光学系など）の高
精度化の要求に伴い、その光学機器の製造時には、機器
を構成する光学素子（レンズやミラーなど）の表面の測
定をより高精度に行うことが要求されるようになった。
表面の測定には、被検面からの光束を所定波面の光束と
干渉させ、その干渉縞を観察する干渉計が利用される。
この干渉計によると、被検面の所定波面を基準とした形
状を光の波長以下の単位で測定することができる。

【０００３】特に、参照光路と被検光路とを重複させた
フィゾー型の干渉計は、それら両光路の非共通光路が短
いことから、高精度な干渉計として知られている。とこ
ろで、干渉計においては、被検面の形状を示す有効な干
渉縞を得るために、被検面に略垂直で略同位相で入射す
る波面（ヌル波面）を生成する必要がある。この波面を
生成するための光学素子や光学系を、一般に「ヌル素
子」という。

【０００４】例えば、被検面の設計形状が曲面であると
きには、干渉計から出射される測定光束（一般に平行光
束である。）を曲面の波面に変換するヌル素子が必要と
なる。因みに、フィゾー型干渉計で球面（被検球面）や
球面に近い非球面（被検非球面）を測定するときは、フ
ィゾーレンズが使用されることが多い。フィゾーレンズ
は、その最終面（使用時に光源と反対の側に位置する
面）が球面の半透過面となったヌル素子であり、その最
終面がフィゾー面として使用される。

【０００５】但し、近似球面からの乖離（非球面量）が
大きい被検非球面に対しては、このフィゾーレンズを使
用しても有効な干渉縞が得られない。この場合、フィゾ
ー面が最終面以外の面に配置されたヌル素子（以下、
「ヌル光学系」という。）を用いることが考えられる。
ヌル光学系は、最終面をフィゾー面として使用するとい
う制約が無い分だけ設計の自由度が高く、所望のヌル波
面（ここでは非球面波）を確実に生成するよう設計され
得る。また、このヌル光学系内のフィゾー面の形状も自
由に選択できるので、一般に作製の容易な平面（平面フ
ィゾー）とされることが多い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしその一方で、参
照光を生成するフィゾー面の配置位置が最終面でないこ
とから、ヌル光学系による測定ではフィゾー面から最終
面に至る部分が参照光路と被検光路との非共通光路にな
り、その部分の作製誤差が測定結果に影響する。そこで
本発明の目的は、ヌル光学系を使用した干渉測定で得ら
れる測定結果から、ヌル光学系に起因する誤差の影響を
受けずに、被検面の単体の形状情報を取得することので
きる形状測定方法、及びその形状測定を効率よく行うこ
とのできる干渉測定装置、並びに高性能な投影光学系の
製造方法、及び高性能な投影露光装置を提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の形状測
定方法は、フィゾー面を非最終面に配置してなるヌル光
学系を用いて被検面を干渉測定することで、そのヌル光
学系のフィゾー面から最終面に至る波面変換部を基準と
した前記被検面の形状情報を取得し、測定光束の入射時
に生じる透過ｍ次回折光の波面が前記被検面の設計形状
と等価になるよう設計された透過型ゾーンプレートを用
いて前記被検面を干渉測定することで、前記透過ｍ次回
折光の波面を基準とした前記被検面の形状情報を取得
し、前記透過型ゾーンプレートを用いて前記ヌル光学系
の前記フィゾー面を前記最終面側から干渉測定すること
で、前記透過型ゾーンプレートにおいて生じる透過−ｍ
次回折光の波面を基準とした前記波面変換部の誤差情報
を取得し、前記取得した各情報に基づく演算処理を行う
ことによって、前記被検面の単体の形状情報を求めるこ
とを特徴とする。

【０００８】請求項２に記載の形状測定方法は、請求項
１に記載の形状測定方法において、前記透過回折光の次
数ｍは、１又は−１であることを特徴とする。請求項３
に記載の形状測定方法は、フィゾー面を非最終面に配置
してなるヌル光学系を用いて被検面を干渉測定すること
で、そのヌル光学系のフィゾー面から最終面に至る波面
変換部を基準とした前記被検面の形状情報を取得し、前
記ヌル光学系を介した測定光束の入射時に生じる所定次
数の反射回折光の波面が前記被検面の設計形状における
反射波面と等価になるよう設計された反射型ゾーンプレ
ートを前記ヌル光学系を用いて干渉測定することで、前
記波面変換部を基準とした前記反射回折光の波面の形状
情報を取得し、測定光束の入射時に生じる光の波面が前
記ヌル光学系とは等量反対符号の角度で前記反射型ゾー
ンプレートに入射する波面になるよう設計された校正用
ヌル光学系を用いて前記反射型ゾーンプレートを干渉測
定することで、前記校正用ヌル光学系を基準とした、前
記反射回折光と同一次数の反射回折光の波面の形状情報
を取得し、前記校正用ヌル光学系を用いて前記ヌル光学
系の前記フィゾー面を前記最終面側から干渉測定するこ
とで、前記校正用ヌル光学系を基準とした前記波面変換
部の誤差情報を取得し、前記取得した各情報に基づく演
算処理を行うことによって、前記被検面の単体の形状情
報を求めることを特徴とする。

【０００９】請求項４に記載の形状測定方法は、請求項
３に記載の形状測定方法おいて、前記反射回折光の次数
は、１又は−１であることを特徴とする。請求項５に記
載の形状測定方法は、前記被検面が非球面であることを
特徴とする請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の形
状測定方法である。請求項６に記載の干渉測定装置は、
干渉計と、フィゾー面を非最終面に配置してなるヌル光
学系と、前記干渉計の測定光束の入射時に生じる透過ｍ
次回折光の波面が前記被検面の設計形状と等価になるよ
う設計された透過型ゾーンプレートと、前記被検面を前
記測定光束に対し挿脱可能に支持する支持手段と、前記
ヌル光学系を前記測定光束に対し挿脱可能に支持する支
持手段と、前記測定光束の照射方向を反転させる切り替
え手段と、前記透過型ゾーンプレートを前記測定光束に
対し挿脱可能、かつ裏返し可能に支持する支持手段とを
備えたことを特徴とする。

【００１０】請求項７に記載の形状測定装置は、干渉計
と、フィゾー面を非最終面に配置してなるヌル光学系
と、前記ヌル光学系を介した前記干渉計の測定光束の入
射時に生じる所定次数の反射回折光の波面が前記被検面
の設計形状における反射波面と等価になるよう設計され
た反射型ゾーンプレートと、前記被検面を前記測定光束
に対し挿脱可能に支持する支持手段と、前記測定光束の
照射方向を反転させる切り替え手段と、前記反射型ゾー
ンプレートを前記測定光束に対し挿脱可能かつ裏返し可
能に支持する支持手段とを備えたことを特徴とする。

【００１１】請求項８に記載の投影光学系の製造方法
は、投影光学系の何れかの被検面の単体の形状を、請求
項１〜請求項５の何れか一項に記載の形状測定方法によ
り測定し、前記測定された前記被検面の単体の形状に応
じて、前記投影光学系の一部又は全部の加工調整を行う
ことを特徴とする。請求項９に記載の投影露光装置は、
請求項８に記載の投影光学系の製造方法により製造され
た投影光学系を備えたことを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】＜第１実施形態＞図１、図２を参
照して本発明の第１実施形態について説明する。図１
は、本実施形態の干渉測定システム１の構成図である。
干渉測定システム１には、フィゾー型の干渉計１４、ヌ
ル光学系１２等が備えられる。

【００１３】通常の干渉測定時（図２（ａ）参照）、こ
れらは、干渉計１４から射出した測定光がヌル光学系１
２を介して被検非球面１１ａに入射し、かつ、被検非球
面１１ａにおける反射光がヌル光学系１２を介して再び
干渉計１４に戻るような位置関係で配置される。なお、
符号１３は、被検物１１（被検非球面１１ａを有した光
学素子）を支持する支持部材である。

【００１４】干渉計１４には、測定光を出射する照明光
学系６１、干渉光（後述）が成す干渉縞を検出する観察
光学系６２、照明光学系６１から射出した測定光をヌル
光学系１２に導くと共に、ヌル光学系１２内のフィゾー
面１２ａａ（後述）にて反射して生起した参照光と、ヌ
ル光学系１２を透過後に被検非球面１１ａにて反射して
再びヌル光学系１２に入射した被検光とにより生起する
干渉光を、観察光学系６２へと導くビームスプリッタ
（偏光ビームスプリッタ）６４、波長板（１／４波長
板）６５などが備えられる。

【００１５】因みに、照明光学系６１には、例えば、光
源（レーザ光源）６１ｃ、及び光源６１ｃから出射され
た光束を平行光束に変換するビームエキスパンダ６１ｄ
などが配置される。また、照明光学系６１から出射され
る測定光については、その偏光方向が、ビームスプリッ
タ６４において反射されヌル光学系１２の方向へ導かれ
るよう選択されている。また、ヌル光学系１２へ入射し
て再びそのヌル光学系１２からビームスプリッタ６４へ
と戻る光は、波長板６５を二度通過することでその偏光
方向が９０°回転しており、ビームスプリッタ６４を透
過して観察光学系６２の方向へ導かれる。

【００１６】観察光学系６２には、例えば、ビームスプ
リッタ６４を射出した干渉光の光束の径を変換するビー
ム径変換光学系６２ｄ、その干渉光による干渉縞を撮像
する２次元画像検出器６２ｃなどが配置される。この２
次元画像検出器６２ｃの出力は、不図示のコンピュータ
に接続される。コンピュータは、干渉縞を解析（干渉縞
の位相分布を算出）する他、干渉測定システム１の各駆
動部を駆動するために配置される。

【００１７】なお、ビーム径変換光学系６２ｄは、被検
非球面１１ａの像を二次元画像検出器６２ｃに結像する
役割も兼ねており、被検非球面１１ａ上の各点がその二
次元画像検出器６２ｃ上の各点に正確に対応するよう、
ディストーションを抑えた設計にされている。また、干
渉測定システム１には、位相シフト干渉法（フリンジス
キャン干渉法）が適用されていることが好ましい。すな
わち、ヌル光学系１２（又は被検物１１）は不図示のピ
エゾ素子などで光軸方向に微小に移動可能になってお
り、不図示のコンピュータは、ヌル光学系１２（又は被
検物１１）が移動している期間に二次元画像検出器６２
ｃから取得された干渉縞に対し、位相シフト干渉法に基
づく所定の演算処理を施すことにより、干渉縞の位相分
布を高精度に算出する。

【００１８】ここで、ヌル光学系１２は、フィゾー面１
２ａａを非最終面に配置してなるヌル素子である。ヌル
素子であるヌル光学系１２は、被検非球面１１ａからの
反射光（被検光）と、フィゾー面１２ａａにおける反射
光（参照光）とによる干渉縞が縞一色となるよう設計さ
れた、つまり、測定光束（平行光束である。）の波面を
変換して、遠隔距離Ｌ１の位置に、被検非球面１１ａの
設計形状と等価な波面を形成するよう設計されている。

【００１９】なお、ヌル光学系１２内のフィゾー面１２
ａａ以外の系は、回折光学素子、屈折レンズ、回折光学
素子と屈折レンズとの組み合わせの何れにより構成され
ていてもよい。また、フィゾー面１２ａａの形状は、平
面でも球面でもよい。以下、ヌル光学系１２は、光源側
から順に、平面のフィゾー部材１２ａと波面変換レンズ
１２ｂとが備えられているとする。フィゾー面１２ａａ
は、このフィゾー部材１２ａの波面変換レンズ１２ｂ側
の面である。

【００２０】さらに、本実施形態の干渉測定システム１
には、後述する形状測定手順を実現するために、図１中
円枠内に示すように透過型ゾーンプレート１０が用意さ
れている。透過型ゾーンプレート１０は、被検非球面１
１ａの設計形状に応じて設計されており、測定光束（こ
こでは平行光束である。）を入射させたときに生起する
透過１次回折光の波面が、遠隔距離Ｌ２の位置に被検非
球面１１ａの設計形状と等価な波面を形成する（図２
（ｂ）参照）。

【００２１】なお、ここでは、光軸に近い側に回折する
回折光の次数の符号を「正」に採り、光軸に遠い側に回
折する回折光の次数の符号を「負」に採る。図２は、本
実施形態の形状測定手順を説明する図である。本実施形
態の形状測定手順では、通常の干渉測定（図２（ａ））
の他に、２種類の校正用干渉測定（図２（ｂ）（ｃ））
が行われる。

【００２２】図２（ａ）に示す通常の干渉測定では、ヌ
ル光学系１２を用いて被検非球面１１ａを干渉測定し、
ヌル光学系１２のフィゾー面１２ａａから最終面１２ｂ
ｂに至る波面変換部１２’を基準とした、被検非球面１
１ａの形状情報（干渉縞の位相分布データ）Ｗ１を取得
する。すなわち、干渉測定システム１において、被検非
球面１１ａを、ヌル光学系１２を基準とした遠隔距離Ｌ
１の位置に配置し、その状態で干渉計１４を駆動して干
渉縞を検出し、その干渉縞を解析（不図示のコンピュー
タによる）することにより干渉縞の位相分布データＷ１
を求める。なお、ここで検出されるのは、被検非球面１
１ａにおける反射波面と、フィゾー面１２ａａにおける
反射波面とが成す干渉縞である。

【００２３】図２（ｂ）に示す第１の校正用干渉測定で
は、透過型ゾーンプレート１０を用いて被検非球面１１
ａを干渉測定し、透過型ゾーンプレート１０による透過
＋１次回折光の波面を基準とした被検非球面１１ａの形
状情報（干渉縞の位相分布データ）Ｗ２を取得する。す
なわち、図１に示したフィゾー型の干渉計１４、又は他
のフィゾー型の干渉計を用意し、その干渉計の測定光束
に透過型ゾーンプレート１０を挿入し、その透過型ゾー
ンプレート１０の回折面１０ａを基準とした遠隔距離Ｌ
２の位置に被検非球面１１ａを配置し、その状態で干渉
計を駆動して干渉縞を検出し、その干渉縞を解析するこ
とによりその干渉縞の位相分布データＷ２を求める。な
お、ここで検出されるのは、被検非球面１１ａにおける
反射波面と、透過型ゾーンプレート１０における反射０
次回折光の波面（参照波面）とが成す干渉縞である。

【００２４】なお、この第１の校正用干渉測定では、透
過型ゾーンプレート１０の回折面１０ａに平行光束が垂
直に入射する。図２（ｃ）に示す第２の校正用干渉測定
では、透過型ゾーンプレート１０を用いてヌル光学系１
２内のフィゾー面１２ａａを最終面１２ｂｂ側から干渉
測定し、透過型ゾーンプレート１０において生じる透過
−１次回折光の波面を基準とした、ヌル光学系１２内の
波面変換部１２’の誤差情報（干渉縞の位相分布デー
タ）Ｗ３を取得する。

【００２５】すなわち、図１に示したフィゾー型の干渉
計１４、又は他のフィゾー型の干渉計を用意し、その干
渉計の測定光束に透過型ゾーンプレート１０を挿入し、
その透過型ゾーンプレート１０の回折面１０ａを基準と
した遠隔距離Ｌ３の位置に、回折面１０ａと最終面１２
ｂｂとが対向するようヌル光学系１２を配置し、その状
態で干渉計を駆動して干渉縞を検出し、その干渉縞を解
析することによりその干渉縞の位相分布データＷ３を求
める。なお、ここで検出されるのは、フィゾー面１２ａ
ａにおける反射波面と、透過型ゾーンプレート１０にお
ける反射０次回折光の波面（参照波面）とが成す干渉縞
である。

【００２６】なお、この第２の校正用干渉測定でも、透
過型ゾーンプレート１０の回折面１０ａに平行光束が垂
直に入射する。また、Ｌ３＝Ｌ１−Ｌ２が成立する。と
ころで、本発明で取得すべき形状情報は、面の形状誤差
の回転対称成分である。よって、本明細書中の位相分
布、形状誤差、波面誤差などは何れもそれぞれの回転対
称成分のみを示しているものとする。なお、或るデータ
からその回転対称成分のみを抽出することは、周知の手
法により容易に行われる。

【００２７】ここで、上記取得された位相分布データＷ
１には、被検非球面１１ａの形状誤差ＥＳ、ヌル光学系
１２内の波面変換部１２’の波面誤差及び形状誤差（Ｅ
Ｆ＋ＥＷ）が重畳されている（ＥＦはフィゾー面１２ａ
ａの形状誤差、ＥＷは波面変換レンズ１２ｂの透過波面
誤差である）。また、位相分布データＷ２には、被検非
球面１１ａの形状誤差ＥＳ、透過型ゾーンプレート１０
の反射０次回折光の波面誤差（参照波面誤差）Ｅ０、及
び透過型ゾーンプレート１０による透過＋１次回折光の
波面誤差ＥＡが重畳されている。

【００２８】また、位相分布データＷ３には、透過型ゾ
ーンプレート１０の反射０次回折光の波面誤差（参照波
面誤差）Ｅ０、透過型ゾーンプレート１０の透過−１次
回折光の波面誤差ＥＢ、及びヌル光学系１２内の波面変
換部１２’の波面誤差及び形状誤差（ＥＦ＋ＥＷ）が重
畳されている。なお、本明細書中、「形状誤差」は、各
素子の設計形状からの乖離に相当する位相分布データを
示す。また、本明細書中、「波面誤差」は、各素子から
形成される波面の、設計波面形状からの乖離に相当する
位相分布データを示す。また、以下の各式中、各位相分
布データ及び各誤差の横座標は、それぞれ被検面上の各
位置との対応関係に応じて変換され、互いに揃えられた
ものである。

【００２９】各位相分布データＷ１、Ｗ２、Ｗ３は、次
式（１）のとおり表される。 Ｗ１＝ＥＳ＋（ＥＦ＋ＥＷ）， Ｗ２＝ＥＳ＋Ｅ０＋ＥＡ， Ｗ３＝（ＥＦ＋ＥＷ）＋Ｅ０＋ＥＢ ・・・・（１） 波面誤差ＥＡ、ＥＢは、透過型ゾーンプレート１０上の
パターン面の面形状誤差による誤差成分、回折パターン
の深さ（高さ）の面内ばらつき誤差による誤差成分、回
折パターンの座標誤差による誤差成分などからなる。

【００３０】そして、位相分布データＷ２に重畳される
波面誤差ＥＡと、位相分布データＷ３に重畳される波面
誤差ＥＢとの間では、それら位相分布データＷ２と位相
分布データＷ３とが互いに次数が正負反対の回折光によ
って得られるために、回折パターンの座標誤差による誤
差成分ＥＰは、互いに等量反対符号で重畳され、座標誤
差以外（面形状誤差、パターン深さの面内ばらつき）に
よる誤差成分ＥＣなどは、等しく重畳される。

【００３１】すなわち、波面誤差ＥＡ、ＥＢは、次式
（２）のとおり表される。 ＥＡ＝ＥＰ＋ＥＣ， ＥＢ＝−ＥＰ＋ＥＣ ・・・（２） したがって、上式（１）は、次式（３）のとおり表され
る。 Ｗ１＝ＥＳ＋（ＥＦ＋ＥＷ）， Ｗ２＝ＥＳ＋Ｅ０＋ＥＰ＋ＥＣ， Ｗ３＝（ＥＦ＋ＥＷ）＋Ｅ０−ＥＰ＋ＥＣ ・・・・（３） この式（３）に基づくと、被検非球面１１ａの形状誤差
ＥＳは、式（４）により表される。

【００３２】 ＥＳ＝（Ｗ１＋Ｗ２−Ｗ３）／２−ＥＰ ・・・（４） さて、本実施形態では、上記形状測定手順において取得
された各位相分布データＷ１、Ｗ２、Ｗ３は、実測値で
ある。また、座標誤差による誤差成分ＥＰの値は、透過
型ゾーンプレート１０から直接、（座標測定機などによ
り）十分な精度で測定することができる。

【００３３】すなわち、座標誤差Δｘと位相分布ずれＥ
との関係は、ピッチＰのパターン位置がΔＸだけずれて
いるとき、次式（５）で表される。 Ｅ＝Δｘ／Ｐ（単位：干渉計波長λ）・・・（５） よって、回折パターンの座標誤差Δｘを座標測定機を用
いて測定し、式（５）を用いてそれを位相分布ずれＥに
変換すれば、座標誤差による誤差成分ＥＰの値が取得で
きる。

【００３４】本実施形態では、以上のようにして取得さ
れた、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、及びＥＰの値を、式（４）に
代入することにより、被検非球面１１ａの形状誤差ＥＳ
を求める。なお、形状誤差ＥＳは位相分布の次元で求ま
るので、最終的には、形状誤差を表す次元に変換され
る。

【００３５】以上、本実施形態では、透過型ゾーンプレ
ート１０を利用した２種類の校正用干渉測定を行うの
で、合計３回の測定だけで、被検非球面１１ａの単体の
形状情報を高精度に得ることが可能となっている。な
お、本実施形態では、第１の校正用干渉測定（図２
（ｂ））と、第２の校正用干渉測定（図２（ｃ））とに
おいて、共通の参照光生成素子を使用すれば、透過型ゾ
ーンプレート１０を参照光生成素子として使用しなくと
も、ほぼ同様の効果が得られる。

【００３６】また、本実施形態では、第１の校正用干渉
測定（図２（ｂ））と、第２の校正用干渉測定（図２
（ｃ））とにおいて、互いに異なる参照光生成素子を使
用しても、それら参照光生成素子の間の形状誤差の差異
が既知であれば、同様の効果が得られる。但し、この場
合、式（１）（したがって式（４））はこの差異を考慮
したものとなる。

【００３７】また、第１の校正用干渉測定（図２
（ｂ））と第２の校正用干渉測定（図２（ｃ））とにお
いて、透過型ゾーンプレート１０を参照光生成素子とし
て使用しない場合には、トワイマン・グリーン型の干渉
計を使用してもよい。なお、図１、図２では、被検非球
面１１ａが凸面である場合の例を示したが、本実施形態
は、凹面である場合にも同様に適用できる。

【００３８】因みにその場合、各測定における光学素子
の配置関係は、それぞれ図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す
ようになる。また、図３（ｂ）にも明かなように、この
場合の透過型ゾーンプレート２０は、透過−１次回折光
の波面が前記被検面の設計形状と等価になるよう設計さ
れる。すなわち、第１の校正用干渉測定では透過型ゾー
ンプレート２０において生じる透過−１次回折光が用い
られ（図３（ｂ））、第２の校正用干渉測定では透過型
ゾーンプレート２０において生じる透過＋１次回折光が
用いられる（図３（ｃ））。

【００３９】また、本実施形態において、被検面を、被
検非球面に代えて被検球面（設計形状が球面である被検
面）としてもよいことは言うまでもない。特に、凹面の
被検球面の測定をするときには、以下に説明する第３の
校正用干渉測定を追加すれば、さらに高精度に被検面の
形状が求まる。この第３の校正用干渉測定では、第１の
校正用干渉測定（図３（ｂ））と同様に、被検球面の形
状情報を、透過型ゾーンプレートを基準として取得する
が、被検物２１と透過型ゾーンプレートとの間隔を図３
（ｂ）に示す間隔よりも広く採り、透過型ゾーンプレー
ト２０で生じる透過＋１次回折光を被検球面に略垂直に
略同位相で入射させる。

【００４０】被検球面の測定では、透過型ゾーンプレー
トの透過＋１次回折光は集束球面波を形成するので、そ
の集光点よりも回折面に近い側と回折面から遠い側との
双方に、球面波面がそれぞれ形成されるから、この第３
の校正用干渉測定が可能となる。位相分布データＷ１，
Ｗ２，Ｗ３に加え、この第３の校正用干渉測定により取
得された位相分布データに基づけば、座標誤差による誤
差成分ＥＰを演算で消去することができる。

【００４１】すなわち、座標誤差による誤差成分ＥＰの
値を、座標測定機などにより測定する必要が無くなる。
よって、その測定による誤差の影響を何ら受けることな
く、被検球面５１ａの形状誤差ＥＳがさらに高い精度で
抽出される。 ＜第２実施形態＞図４を参照して本発明の第２実施形態
について説明する。

【００４２】図４は、本実施形態の干渉測定システム２
の構成図である。図４において、図１に示した要素と同
一のものには、同一の符号を付して示した。干渉測定シ
ステム２は、第１実施形態で説明した形状測定を、効率
よく行うためのものである。干渉測定システム２は、干
渉計１４とヌル光学系１２と被検物１１とを配置した干
渉測定装置２４、及びコンピュータ２９とからなる。

【００４３】コンピュータ２９は、干渉測定装置２４の
各駆動部を駆動制御する制御ボード（制御回路２９ｃ）
が搭載された汎用のコンピュータなどであり、少なくと
も、ＣＰＵ２９ａ、メモリ２９ｂを有する。干渉測定装
置２４において、透過型ゾーンプレート１０、被検物１
１、ヌル光学系１２は、光学配置機構２７によってそれ
ぞれ測定位置（測定光路）に対する挿脱が可能であり、
かつ配置関係の切り替えが可能になっている。また、干
渉計１４から出射される測定光の前記測定位置（測定光
路）への入射方向は、ハーフミラー２５ａ、全反射ミラ
ー２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、シャッタ２６ａ、２６ｂ、
及び光路切り替え機構２８によって、反転が可能となっ
ている。

【００４４】干渉測定装置２４において、干渉計１４か
ら射出した測定光は、ハーフミラー２５ａにより、第１
の光路Ｒ１と第２の光路Ｒ２とに分岐される。第１の光
路Ｒ１と第２の光路Ｒ２とには、それぞれシャッタ２６
ａ、２６ｂが挿脱可能な状態で設けられる。

【００４５】第１の光路Ｒ１に入射した測定光は、ミラ
ー２５ｂにおいて光路を９０°偏向させ、第２の光路Ｒ
２に入射した測定光は、ミラー２５ｃ、２５ｄにおいて
光路を９０°ずつ偏向させる。第１の光路Ｒ１、すなわ
ちミラー２５ｂを経由した測定光と、第２の光路Ｒ２、
すなわちミラー２５ｃ、２５ｄを経由した測定光とは、
同一の測定位置（測定光路）に、互いに反対側から入射
する。

【００４６】なお、第１の光路Ｒ１と第２の光路Ｒ２と
にそれぞれ挿入された２つのシャッタ２６ａ、２６ｂ
は、光路切り替え機構２８を介してコンピュータ２９内
の制御回路２９ｃに接続されており、コンピュータ２９
内のＣＰＵ２９ａによって何れか一方が閉状態、他方が
開状態に設定される。すなわち、測定位置（測定光路）
には、第１の光路Ｒ１、第２の光路Ｒ２の何れか一方を
経由した測定光のみが到達する。なお、図４では、シャ
ッタ２６ａが開状態、シャッタ２６ｂが閉状態に設定さ
れ、第１の光路Ｒ１が有効である状態を示した。

【００４７】一方、光学配置機構２７は、各光学素子
（透過型ゾーンプレート１０、被検物１１、ヌル光学系
１２）のそれぞれを個別に支持する支持部材と、各支持
部材を個別に駆動するモータとを有する。各モータは、
コンピュータ２９内の制御回路２９ｃに接続され、コン
ピュータ２９内のＣＰＵ２９ａからの指示に従って、支
持部材を移動させ、各光学素子を個別に測定位置（測定
光路）に対し挿脱する。

【００４８】また、光学配置機構２７は、測定位置（測
定光路）に挿入された各光学素子間の距離を調整するこ
とができる。また、光学配置機構２７は、透過型ゾーン
プレート１０については、その配置方向を反転させるこ
ともできる。また、コンピュータ２９は、第１実施形態
の形状測定手順を実行するべく、以下のように動作す
る。

【００４９】通常の干渉測定（図２（ａ））を行うに当
たっては、ＣＰＵ２９ａは、シャッタ２６ａを開状態、
シャッタ２６ｂを閉状態に設定することにより、第１の
光路Ｒ１を有効にする。また、ＣＰＵ２９ａは、測定位
置（測定光路）に対し、測定光の入射する側から順に、
ヌル光学系１２、被検物１１を、最終面１２ｂｂと被検
非球面１１ａとが対向する配置方向で、挿入する。

【００５０】このとき、被検非球面１１ａとヌル光学系
１２との間隔は、Ｌ１に保たれる。この状態でＣＰＵ２
９ａは、干渉計１４を駆動して干渉縞を検出し、その干
渉縞を解析することにより干渉縞の位相分布データＷ１
を求める。第１の校正用干渉測定（図２（ｂ））を行う
に当たっては、ＣＰＵ２９ａは、シャッタ２６ａを開状
態、シャッタ２６ｂを閉状態に設定することにより、第
１の光路Ｒ１を有効にする。

【００５１】また、ＣＰＵ２９ａは、測定位置（測定光
路）に対し、測定光の入射する側から順に、透過型ゾー
ンプレート１０、被検物１１を、回折面１０ａと被検非
球面１１ａとが対向する配置方向で、挿入する。このと
き、被検非球面１１ａと回折面１０ａとの間隔は、Ｌ２
に保たれる。この状態でＣＰＵ２９ａは、干渉計１４を
駆動して干渉縞を検出し、その干渉縞を解析することに
より干渉縞の位相分布データＷ２を求める。

【００５２】第２の校正用干渉測定（図２（ｃ））を行
うに当たっては、ＣＰＵ２９ａは、シャッタ２６ｂを開
状態、シャッタ２６ａを閉状態に設定することにより、
第２の光路Ｒ２を有効にする。また、ＣＰＵ２９ａは、
測定位置（測定光路）に対し、測定光の入射する側から
順に、透過型ゾーンプレート１０、ヌル光学系１２を、
回折面１０ａと最終面１２ｂｂとが対向する配置方向
で、挿入する。

【００５３】このとき、被検非球面１１ａと回折面１０
ａとの間隔は、Ｌ３に保たれる。この状態でＣＰＵ２９
ａは、干渉計１４を駆動して干渉縞を検出し、その干渉
縞を解析することにより干渉縞の位相分布データＷ３を
求める。そして、ＣＰＵ２９ａは、以上のようにして取
得された、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３の値を、第１実施形態で説
明したとおり、式（４）に代入することにより、被検非
球面１１ａの単体の形状情報を取得することができる。

【００５４】なお、ＥＰ（座標誤差による誤差成分）の
値については、透過型ゾーンプレート１０から予め測定
されており、コンピュータ２９内のメモリ２９ｂなどに
記憶されている。この値についても、式（４）に代入さ
れる。以上、本実施形態では、第１実施形態と同様の形
状測定手順を実行するに当たり、各光学素子を測定光束
に対し挿脱可能とし、かつ透過型ゾーンプレート１０の
配置方向を反転可能とし、かつ測定光の入射方向の反転
を可能とすることにより、単一の干渉計１４を利用する
ことが可能となった。

【００５５】しかも、通常の干渉測定（図２（ａ））と
第２の校正用干渉測定（図２（ｃ））とを実行するとき
に、比較的重量の多いヌル光学系１２の配置方向を反転
させる必要がないので、光学配置機構２７による動作に
無理が生じることなく、安定した測定が可能である。す
なわち、本実施形態によれば、第１実施形態と同様の形
状測定を、効率よく実施することができる。

【００５６】なお、本実施形態では、通常の干渉測定
（図２（ａ））と第２の校正用干渉測定（図２（ｃ））
とが連続して実行されるようコンピュータ２９を（ＣＰ
Ｕ２９ａを）設定すれば、形状測定手順が開始されてか
ら終了するまでのヌル光学系１２の移動回数が１回に抑
えられるため、測定時間の短縮が図られる。また、本実
施形態においては、ＣＰＵ２９ａの動作の一部又は全部
を手動で行うこととしてもよい。

【００５７】また、本実施形態の干渉測定システム（図
４参照）では、光路を切り替える光学素子として、シャ
ッタ２６ａ、２６ｂ、ハーフミラー２５ａが用いられて
いるが、シャッタ２６ａ、２６ｂを省略してハーフミラ
ー２５ａの位置に対し挿脱可能な全反射ミラーが用いら
れてもよい。 ＜第３実施形態＞図５を参照して本発明の第３実施形態
について説明する。なお、ここでは、第１実施形態との
相違点についてのみ説明する。

【００５８】図５は、本実施形態の形状測定手順を説明
する図である。また、本実施形態の形状測定手順では、
通常の干渉測定（図５（ａ））の他に、３種類の校正用
干渉測定（図５（ｂ）（ｃ）（ｄ））が行われる。通常
の干渉測定は、第１実施形態で説明したものと同じであ
る。本実施形態では、第１実施形態とは異なり、透過型
ゾーンプレート１０に代えて、図５（ｂ）（ｃ）に示す
ような反射型ゾーンプレート３０、及び図５（ｃ）
（ｄ）に示すような校正用ヌル光学系３１が用意され
る。

【００５９】反射型ゾーンプレート３０は、被検非球面
１１ａの設計形状に応じて設計されており、その回折面
３０ａは、図５（ｂ）に示す配置状態（ヌル光学系１２
との間隔がＬａ）において被検非球面１１ａと等価な反
射作用を示す。校正用ヌル光学系３１は、被検非球面１
１ａの設計形状又は反射型ゾーンプレート３０の設計形
状に応じて設計されており、図５（ｃ）に示す配置状態
（反射型ゾーンプレート３０との間隔がＬｂ）におい
て、回折面３０ａからの反射光と、フィゾー面３１ａａ
における反射光とによる干渉縞が縞一色となるよう設計
されたものである。但し、回折面３０ａへの光線の入射
角は、図５（ｂ）の配置での入射角と等量反対符号にな
るように設計されている。

【００６０】また、図５（ｄ）に示す配置状態における
校正用ヌル光学系３１とヌル光学系１２との間隔をＬｃ
とすると、Ｌｃ＝Ｌａ＋Ｌｂとなる。ヌル光学系１２、
反射型ゾーンプレート３０、及び校正用ヌル光学系３１
は、これらの条件を満たすよう設計されている。

【００６１】なお、校正用ヌル光学系３１は、回折光学
素子、屈折レンズ、回折光学素子と屈折レンズとの組み
合わせの何れにより構成されていてもよい。非球面フィ
ゾーを備えたフィゾーレンズであってもよい。以下、校
正用ヌル光学系３１は、光源側から順に、平面のフィゾ
ー部材３１ａと波面変換レンズ３１ｂが備えられている
とする。フィゾー面３１ａａは、このフィゾー部材３１
ａの波面変換レンズ３１ｂ側の面である。

【００６２】次に、本実施形態の形状測定手順について
説明する。先ず、通常の干渉測定（図５（ａ））により
取得される、ヌル光学系１２を基準とした被検非球面１
１ａの形状情報（干渉縞の位相分布データ）を、Ｗ１と
おく。また、図５（ｂ）に示す第１の校正用干渉測定で
は、ヌル光学系１２を用いて反射型ゾーンプレート３０
の反射波面ＷＵを干渉測定し、ヌル光学系１２内の波面
変換部１２’を基準とした反射波面ＷＵの形状情報（干
渉縞の位相分布データ）Ｗ２’を取得する。

【００６３】すなわち、フィゾー型の干渉計１４（図１
参照）、又は他のフィゾー型の干渉計を用意し、その干
渉計の測定光束にヌル光学系１２を挿入し、ヌル光学系
１２を基準とした遠隔距離Ｌａの位置に、回折面３０ａ
とヌル光学系１２とが対向するよう反射型ゾーンプレー
ト３０を配置し、その状態で干渉計を駆動して干渉縞を
検出し、その干渉縞を解析することによりその干渉縞の
位相分布データＷ２’を求める。なお、ここで検出され
るのは、反射型ゾーンプレート３０の反射波面ＷＵと、
フィゾー面１２ａａの反射波面とが成す干渉縞である。

【００６４】また、図５（ｃ）に示す本実施形態の第２
の校正用干渉測定では、校正用ヌル光学系３１を用いて
反射型ゾーンプレート３０の反射波面ＷＶを干渉測定
し、校正用ヌル光学系３１を基準とした反射波面ＷＶの
形状情報（干渉縞の位相分布データ）Ｗ３’を取得す
る。

【００６５】すなわち、フィゾー型の干渉計１４（図１
参照）、又は他のフィゾー型の干渉計を用意し、その干
渉計の測定光束に校正用ヌル光学系３１を挿入し、その
校正用ヌル光学系３１を基準とした遠隔距離Ｌｂの位置
に、回折面３０ａと校正用ヌル光学系３１とが対向する
よう反射型ゾーンプレート３０を配置し、その状態で干
渉計を駆動して干渉縞を検出し、その干渉縞を解析する
ことによりその干渉縞の位相分布データＷ３’を求め
る。なお、ここで検出されるのは、フィゾー面３１ａａ
の反射波面と、反射型ゾーンプレート３０の反射波面Ｗ
Ｖとが成す干渉縞である。

【００６６】また、図５（ｄ）に示す本実施形態の第３
の校正用干渉測定では、校正用ヌル光学系３１を用いて
ヌル光学系１２内のフィゾー面１２ａａを最終面１２ｂ
ｂ側から干渉測定し、校正用ヌル光学系３１を基準とし
た、ヌル光学系１２内の波面変換部１２’の誤差情報
（干渉縞の位相分布データ）Ｗ４を取得する。すなわ
ち、フィゾー型の干渉計１４、又は他のフィゾー型の干
渉計を用意し、その干渉計の測定光束に校正用ヌル光学
系３１を挿入し、その校正用ヌル光学系３１を基準とし
た遠隔距離Ｌｃの位置に、最終面３１ｂｂと最終面１２
ｂｂとが対向するようヌル光学系１２を配置し、その状
態で干渉計を駆動して干渉縞を検出し、その干渉縞を解
析することによりその干渉縞の位相分布データＷ４を求
める。なお、ここで検出されるのは、フィゾー面３１ａ
ａの反射波面と、フィゾー面１２ａａの反射波面とが成
す干渉縞である。

【００６７】ここで、上記取得された位相分布データＷ
１には、被検非球面１１ａの形状誤差ＥＳ、ヌル光学系
１２内の波面変換部１２’の波面誤差及び形状誤差（Ｅ
Ｆ＋ＥＷ）が重畳されている（ＥＦはフィゾー面１２ａ
ａの形状誤差、ＥＷは波面変換レンズ１２ｂの透過波面
誤差である）。位相分布データＷ２’には、反射型ゾー
ンプレート３０の反射波面ＷＵの波面誤差（等価反射面
誤差）ＥＵ、波面変換部１２’の波面誤差及び形状誤差
（ＥＦ＋ＥＷ）が重畳されている。

【００６８】また、位相分布データＷ３’には、反射型
ゾーンプレート３０の反射波面ＷＶの波面誤差（等価反
射面誤差）ＥＶ、校正用ヌル光学系３１内の波面変換部
３１’（フィゾー面３１ａａから最終面３１ｂｂに至る
光学系）の波面誤差及び形状誤差（ＥＦ’＋ＥＷ’）が
重畳されている（ＥＦ’はフィゾー面３１ａａの形状誤
差、ＥＷ’は波面変換レンズ３１ｂの透過波面誤差であ
る）。

【００６９】位相分布データＷ４には、ヌル光学系１２
内の波面変換部１２’の波面誤差及び形状誤差（ＥＦ＋
ＥＷ）、校正用ヌル光学系３１内の波面変換部３１’の
波面誤差及び形状誤差（ＥＦ’＋ＥＷ’）が重畳されて
いる。各位相分布データＷ１、Ｗ２’、Ｗ３’、Ｗ４
は、次式（５）のとおり表される。

【００７０】 Ｗ１＝ＥＳ＋（ＥＦ＋ＥＷ）， Ｗ２’＝ＥＵ＋（ＥＦ＋ＥＷ）， Ｗ３’＝ＥＶ＋（ＥＦ’＋ＥＷ’）， Ｗ４＝（ＥＦ＋ＥＷ）＋（ＥＦ’＋ＥＷ’） ・・・・（５） 等価反射面誤差ＥＵ、ＥＶは、反射型ゾーンプレート３
０上のパターン面の面形状誤差による誤差成分、回折パ
ターンの深さ（高さ）の面内ばらつき誤差による誤差成
分、回折パターンの座標誤差による誤差成分などからな
る。

【００７１】そして、位相分布データＷ２’に重畳され
る等価反射面誤差ＥＵと、位相分布データＷ３’に重畳
される等価反射面誤差ＥＶとの間では、それら位相分布
データＷ２’と位相分布データＷ３’とが、互いに正負
が反対の入射角度の入射光による反射波面に基づいて得
られるために、回折パターンの座標誤差による誤差成分
ＥＰ’は、互いに等量反対符号で重畳され、その座標誤
差以外の誤差成分ＥＣ’（面形状誤差、パターン深さの
面内ばらつき等による）は、等しく重畳される。

【００７２】すなわち、等価反射面誤差ＥＵ、ＥＶは、
次式（６）のとおり表される。 ＥＵ＝ＥＰ’＋ＥＣ’ ＥＶ＝−ＥＰ’＋ＥＣ’ ・・・（６） したがって、上式（５）は、次式（７）のとおり表され
る。 Ｗ１＝ＥＳ＋（ＥＦ＋ＥＷ）， Ｗ２’＝ＥＰ’＋ＥＣ’＋（ＥＦ＋ＥＷ）， Ｗ３’＝−ＥＰ’＋ＥＣ’＋（ＥＦ’＋ＥＷ’）， Ｗ４＝（ＥＦ＋ＥＷ）＋（ＥＦ’＋ＥＷ’） ・・・・（７） この式（７）に基づくと、被検非球面１１ａの形状誤差
ＥＳは、式（８）により表される。

【００７３】 ＥＳ＝Ｗ１−（Ｗ２’−Ｗ３’＋Ｗ４）／２＋ＥＰ’ ・・・（８） さて、本実施形態では、上記形状測定手順において取得
された各位相分布データＷ１、Ｗ２’、Ｗ３’、Ｗ４
は、実測値である。また、座標誤差による誤差成分Ｅ
Ｐ’の値は、反射型ゾーンプレート３０から直接、（座
標測定機などにより）十分な精度で測定することができ
る。

【００７４】すなわち、座標誤差Δｘと位相分布ずれＥ
との関係は、ピッチＰのパターン位置がΔＸだけずれて
いるとき、次式（９）で表される。 Ｅ＝Δｘ／（２Ｐ）（単位：干渉計波長λ）・・・（９） よって、回折パターンの座標誤差Δｘを座標測定器を用
いて測定し、式（９）を用いてそれを位相分布ずれＥに
変換すれば、座標誤差による誤差成分ＥＰ’の値が取得
できる。

【００７５】本実施形態では、以上のようにして取得さ
れた、Ｗ１、Ｗ２’、Ｗ３’、Ｗ４、及びＥＰ’の値
を、式（８）に代入することにより、被検非球面１１ａ
の形状誤差ＥＳを求める。なお、形状誤差ＥＳは、位相
分布の次元で求まるので、最終的には、形状誤差を表す
次元に変換される。

【００７６】以上、本実施形態では、反射型ゾーンプレ
ート３０を利用した３種類の校正用干渉測定を行うの
で、合計４回の測定だけで、被検非球面１１ａの単体の
形状情報を取得することが可能となっている。なお、本
実施形態の第３の校正用干渉測定（図５（ｄ））では、
校正用ヌル光学系３１を用いてヌル光学系１２のフィゾ
ー面１２ａａを最終面１２ｂｂ側から測定するが、両者
の関係を反対にして、ヌル光学系１２を用いて校正用ヌ
ル光学系３１のフィゾー面３１ａａを最終面３１ｂｂ側
から測定しても、同様の精度で被検非球面１１ａの単体
の形状情報を取得することができる。

【００７７】本実施形態では、第２の校正用干渉測定
（図５（ｃ））と第３の校正用干渉測定（図５（ｄ））
とにおいて、共通の参照光生成素子を使用すれば、校正
用ヌル光学系３１として、フィゾー面３１ａａを有しな
いものを使用しても、ほぼ同様の効果が得られる。な
お、本実施形態では、第２の校正用干渉測定（図５
（ｃ））と、第３の校正用干渉測定（図５（ｄ））とに
おいて、互いに異なる参照光生成素子を使用しても、そ
れら参照光生成素子の間の形状誤差の差異が既知であれ
ば、同様の効果が得られる。但し、この場合、式（８）
はこの差異を考慮したものとなる。

【００７８】また、第２の校正用干渉測定（図５
（ｃ））と第３の校正用干渉測定（図５（ｄ））とにお
いて、校正用ヌル光学系３１としてフィゾー面３１ａａ
を有しないものを使用する場合には、トワイマン・グリ
ーン型の干渉計を使用してもよい。なお、図６では、被
検非球面１１ａが凸面である場合の例を示したが、本実
施形態は凹面である場合にも同様に適用できる。

【００７９】また、本実施形態を効率よく実施するため
の干渉測定システムを、上記第１実施形態を効率よく実
施するための干渉測定システム（第２実施形態、図４参
照）と同様にして、構成してもよい。因みに、このよう
なシステムは、例えば、測定光束の照射方向が反転可能
となっており、また、被検物１１を測定光束に対し挿脱
可能に支持し、かつ反射型ゾーンプレート３０を前記測
定光束に対し挿脱可能かつ裏返し可能に支持する光学配
置機構などが備えられる。

【００８０】＜第４実施形態＞図６を参照して本発明の
第４実施形態について説明する。なお、ここでは、第３
実施形態との相違点についてのみ説明する。図６は、本
実施形態の干渉測定手順を説明する図である。本実施形
態では、校正用ヌル光学系３１の代わりに、被検非球面
１１ａをフィゾー面として作用させるための光学系（本
明細書では「ワークフィゾー光学系」と称す。）６７が
用意される。そして、第３実施形態で説明した第２の校
正用干渉測定、及び第３の校正用干渉測定の代わりに、
以下に説明する第２の校正用干渉測定のみが行われる。

【００８１】ワークフィゾー光学系６７は、被検物１１
の形状（被検非球面１１ａの形状、及びその裏面１１ｂ
の形状、及び被検非球面１１ａと裏面１１ｂとの間隔、
及び被検物１１に使用される材料の特性など）に応じて
作製されており、入射した平行光束をその被検物１１の
形状に応じた所定波面の光束に変換する。このワークフ
ィゾー光学系６７は、第２の校正用干渉測定において、
被検物１１と干渉計１４との間に配置される。なお、こ
の第２の校正用干渉測定では、被検物１１は、その裏面
１１ｂをワークフィゾー光学系６７の側に向けた状態で
配置される。

【００８２】このときワークフィゾー光学系６７から射
出する所定波面の光束は、被検物１１の裏面１１ｂ側か
ら入射した後、被検非球面１１ａに対し略垂直に同位相
で入射する。このような所定波面の光束に平行光束を変
換するワークフィゾー光学系６７は、如何なる光学素子
により構成されてもよく、例えば、複数の屈折レンズな
どから構成される。

【００８３】先ず、通常の干渉測定（図５（ａ））によ
り取得される、ヌル光学系１２を基準とした被検非球面
１１ａの形状情報（干渉縞の位相分布データ）を、Ｗ１
とおく。また、図５（ｂ）に示す第１の校正用干渉測定
により取得される、ヌル光学系１２を基準とした、反射
型ゾーンプレート３０による反射波面ＷＵの形状情報
（干渉縞の位相分布データ）を、Ｗ２’とおく。

【００８４】また、図６に示す本実施形態の第２の校正
用干渉測定では、反射型ゾーンプレート３０の反射波面
ＷＶの形状情報を、被検非球面１１ａを基準として測定
する。すなわち、干渉計１４、又は他のフィゾー型の干
渉計を用意し、その干渉計の測定光束にワークフィゾー
光学系６７、被検物１１、及び反射型ゾーンプレート３
０を挿入し、被検非球面１１ａをフィゾー面とし、回折
面３０ａを被検面とした状態で干渉計を駆動して干渉縞
を検出し、その干渉縞を解析することによりその干渉縞
の位相分布データＷ３”を求める。

【００８５】なお、図６に示す配置状態における回折面
３０ａから被検非球面１１ａまでの距離は、図５（ａ）
に示す配置状態におけるヌル光学系１２と被検非球面１
１ａとの間の距離（図５（ａ）参照）から、図５（ｂ）
に示す配置状態における回折面３０ａからヌル光学系１
２までの距離Ｌａを差し引いたものに等しい。さて、位
相分布データＷ１には、被検非球面１１ａの形状誤差Ｅ
Ｓ、ヌル光学系１２内の波面変換部１２’の波面誤差
（ＥＦ＋ＥＷ）が重畳されている（ＥＦはフィゾー面１
２ａａの形状誤差、ＥＷは波面変換レンズ１２ｂの透過
波面誤差である）。

【００８６】また、位相分布データＷ２’には、反射型
ゾーンプレート３０の等価反射面誤差ＥＵ、波面変換部
１２’の波面誤差（ＥＦ＋ＥＷ）が重畳されている。そ
して、位相分布データＷ３”には、反射型ゾーンプレー
ト３０の等価反射面誤差ＥＶ、被検非球面１１ａの形状
誤差ＥＳが重畳されている。

【００８７】因みに、位相分布データＷ３”にワークフ
ィゾー光学系６７に起因する誤差が重畳されていないの
は、図６に示す本実施形態の第２の校正用干渉測定で
は、このワークフィゾー光学系６７は参照光（ここでは
被検非球面１１ａにおいて反射する光）と測定光（回折
面３０ａにおいて反射する光）との共通光路に配置され
ているからである（一般に干渉計では参照光と測定光の
共通光路内における波面形状は、測定結果に何ら影響を
与えない。）。

【００８８】各位相分布データＷ１、Ｗ２’、Ｗ３”
は、次式（１０）のとおり表される。 Ｗ１＝ＥＳ＋（ＥＦ＋ＥＷ）， Ｗ２’＝ＥＵ＋（ＥＦ＋ＥＷ）， Ｗ３”＝ＥＶ＋ＥＳ ・・・（１０） ここで、ＥＵ，ＥＶは、式（６）のように表されるの
で、上式（１０）は、下式（１１）のように変形され
る。

【００８９】 Ｗ１＝ＥＳ＋（ＥＦ＋ＥＷ）， Ｗ２’＝ＥＰ’＋ＥＣ’＋（ＥＦ＋ＥＷ） Ｗ３”＝−ＥＰ’＋ＥＣ’＋ＥＳ ・・・（１１） さらに、この式（１１）に基づくと、被検非球面１１ａ
の形状誤差ＥＳは、式（１２）のように表される。

【００９０】 ＥＳ＝（Ｗ１−Ｗ２’＋Ｗ３”）／２＋ＥＰ’ ・・・（１２） ここで、上記したように、Ｗ１，Ｗ２’，Ｗ３”は実測
値であり、また、誤差成分ＥＰ’は、反射型ゾーンプレ
ート３０のパターン座標を座標測定機などで測定するこ
とで十分な精度で取得できる。したがって、式（１２）
から、被検非球面１１ａの形状誤差ＥＳが求められる。

【００９１】以上、本実施形態では、反射型ゾーンプレ
ート、ワークフィゾー光学系を用いて２つの校正用干渉
測定を行うので、合計３回の測定だけで被検非球面１１
ａの単体の形状情報を取得することが可能となってい
る。

【００９２】なお、本実施形態を効率よく実施するため
の干渉測定システムを、上記第１実施形態を効率よく実
施するための干渉測定システム（第２実施形態、図４参
照）と同様にして、構成してもよい。 ＜第５実施形態＞図７に基づいて本発明の第５実施形態
について説明する。

【００９３】図７は、本実施形態の投影露光装置の概略
構成図である。この投影露光装置に搭載された投影光学
系ＰＬの全部又は一部の光学面は、その製造時、上記各
実施形態の何れかの干渉測定によって検査されている。
そして、投影光学系ＰＬの少なくとも何れかの面、及び
／又は投影露光装置の何れかの箇所は、その測定結果に
応じて調整されている。

【００９４】上記各実施形態によれば、高精度に検査が
行われるので、前記調整の方法がたとえ従来と同じであ
ったとしても、投影レンズ及び／又は投影露光装置は高
性能になる。なお、投影露光装置は、少なくともウェハ
ステージ１０８と、光を供給するための光源部１０１
と、投影光学系ＰＬとを含む。ここで、ウェハステージ
１０８は、感光剤を塗布したウエハｗを表面１０８ａ上
に置くことができる。また、ステージ制御系１０７は、
ウェハステージ１０８の位置を制御する。投影光学系Ｐ
Ｌは、上述のように上記各実施形態の干渉計を用いて製
造された高精度投影レンズである。また投影光学系ＰＬ
の物体面Ｐ１、及び像面Ｐ２に、それぞれレチクルｒ、
ウエハｗが配置される。さらに投影光学系ＰＬは、スキ
ャンタイプの投影露光装置に応用されるアライメント光
学系を有する。さらに照明光学系１０２は、レチクルｒ
とウエハｗとの間の相対位置を調節するためのアライメ
ント光学系１０３を含む。レチクルｒは、該レチクルｒ
のパターンのイメージをウエハｗ上に投影するためのも
のであり、ウェハステージ１０８の表面１０８ａに対し
て平行移動が可能であるレチクルステージ１０５上に配
置される。そしてレチクル交換系１０４は、レチクルス
テージ１０５上にセットされたレチクルｒを交換し運搬
する。またレチクル交換系１０４は、ウェハステージ１
０８の表面１０８ａに対し、レチクルステージ１０５を
平行移動させるためのステージドライバー（不図示）を
含む。また、主制御部１０９は位置合わせから露光まで
の一連の処理に関する制御を行う。

【００９５】＜その他＞なお、上記各形状測定の校正用
干渉測定において利用する回折光の次数の大きさは、２
以上の大きさとしてもよい。但し、一般に、回折光の強
度は、その次数が低いほど高くなるので、「１」とした
方が、測定を正確に行うことができる。また、上記形状
測定の何れかを、基準原器（比較測定の基準とされる原
器）の形状を既知とするために適用してもよい。基準原
器の形状を、上記形状測定の何れかにより既知としてお
けば、各被検面の形状は、各被検面を通常の干渉測定に
より１回ずつ測定するだけで、その測定結果と、基準原
器を同様にして測定したときの測定結果と、基準原器の
既知の形状とから、簡単に求めることができる。

【００９６】また、各形状測定では、被検非球面１１ａ
の形状情報を取得するのみであったが、同様の測定によ
り、ヌル光学系１２内の波面変換部１２’の誤差（透過
波面誤差）を求めることも可能である。これは、干渉測
定装置の校正に適用できる。また、被検面の形状と、波
面変換部１２’の誤差（透過波面誤差）との何れか一方
の形状が既知である場合には、透過型ゾーンプレート又
は反射型ゾーンプレートのパターン誤差を抽出すること
もできる。

【００９７】したがって、形状が既知の面に対して本発
明を適用することにより、ゾーンプレートのパターニン
グ装置の検定やパターン座標測定機の検定を行うことが
可能である。さらには、このようにして検定されたパタ
ーニング装置で透過型ゾーンプレート（又は反射型ゾー
ンプレート）を作製したり、このようにして検定された
パターン座標測定機で透過型ゾーンプレート（又は反射
型ゾーンプレート）の座標誤差を測定したりした上で、
上記形状測定の何れかを行えば、その結果は、さらに高
精度に得られる。

【００９８】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
ヌル光学系を使用した干渉測定で得られる測定結果か
ら、ヌル光学系に起因する誤差の影響を受けずに、被検
面の単体の形状情報を取得することのできる形状測定方
法、及びその形状測定を効率よく行うことのできる干渉
測定装置、並びに高性能な投影光学系の製造方法、及び
高性能な投影露光装置が実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の干渉測定システム１の構成図で
ある。

【図２】第１実施形態の形状測定手順を説明する図であ
る。

【図３】第１実施形態の変形例を説明する図である。

【図４】第２実施形態の干渉測定システム２の構成図で
ある。

【図５】第３実施形態の形状測定手順を説明する図であ
る。

【図６】第４実施形態の形状測定手順を説明する図であ
る。

【図７】第５実施形態の投影露光装置の概略構成図であ
る。

【符号の説明】

１，２ 干渉測定システム １０，２０ 透過型ゾーンプレート １０ａ，２０ａ 回折面 １１，２１ 被検物 １１ａ，２１ａ 被検非球面 １２，２２ ヌル光学系 １２ａ，２２ａ，３１ａ フィゾー部材 １２ａａ，２２ａａ，３１ａａ フィゾー面 １２ｂ，２２ｂ，３１ｂ 波面変換レンズ １２’，３１’ 波面変換部 １４ 干渉計 ２４ 干渉測定装置（干渉測定装置に対応） ２７ 光学配置機構（支持手段に対応） ２８ 光路切り替え機構（切り替え手段に対応） ２９ コンピュータ ３０ 反射型ゾーンプレート ３１ 校正用ヌル光学系 ６７ ワークフィゾー光学系 ＰＬ 投影光学系 １０１ 光源部 １０２ 照明光学系 １０３ アライメント光学系 １０４ レチクル交換系 １０５ レチクルステージ １０７ ステージ制御系 １０８ ウェハステージ １０９ 主制御部 ｗ ウエハ ｒ レチクル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F064 AA09 BB04 BB05 DD01 DD08 DD10 EE05 FF01 GG00 GG12 GG22 GG23 GG38 GG47 GG49 GG59 HH03 HH08 JJ01 2F065 AA54 BB05 BB22 CC21 CC22 DD06 EE00 FF52 FF61 GG04 HH13 JJ03 JJ09 JJ26 LL00 LL09 LL12 LL30 LL36 LL37 LL43 QQ00 QQ23

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フィゾー面を非最終面に配置してなるヌ
   ル光学系を用いて被検面を干渉測定することで、そのヌ
   ル光学系のフィゾー面から最終面に至る波面変換部を基
   準とした前記被検面の形状情報を取得し、 測定光束の入射時に生じる透過ｍ次回折光の波面が前記
   被検面の設計形状と等価になるよう設計された透過型ゾ
   ーンプレートを用いて前記被検面を干渉測定すること
   で、前記透過ｍ次回折光の波面を基準とした前記被検面
   の形状情報を取得し、 前記透過型ゾーンプレートを用いて前記ヌル光学系の前
   記フィゾー面を前記最終面側から干渉測定することで、
   前記透過型ゾーンプレートにおいて生じる透過−ｍ次回
   折光の波面を基準とした前記波面変換部の誤差情報を取
   得し、 前記取得した各情報に基づく演算処理を行うことによっ
   て、前記被検面の単体の形状情報を求めることを特徴と
   する形状測定方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の形状測定方法におい
   て、 前記透過回折光の次数ｍは、１又は−１であることを特
   徴とする形状測定方法。
3. 【請求項３】 フィゾー面を非最終面に配置してなるヌ
   ル光学系を用いて被検面を干渉測定することで、そのヌ
   ル光学系のフィゾー面から最終面に至る波面変換部を基
   準とした前記被検面の形状情報を取得し、 前記ヌル光学系を介した測定光束の入射時に生じる所定
   次数の反射回折光の波面が前記被検面の設計形状におけ
   る反射波面と等価になるよう設計された反射型ゾーンプ
   レートを前記ヌル光学系を用いて干渉測定することで、
   前記波面変換部を基準とした前記反射回折光の波面の形
   状情報を取得し、 測定光束の入射時に生じる光の波面が前記ヌル光学系と
   は等量反対符号の角度で前記反射型ゾーンプレートに入
   射する波面になるよう設計された校正用ヌル光学系を用
   いて前記反射型ゾーンプレートを干渉測定することで、
   前記校正用ヌル光学系を基準とした、前記反射回折光と
   同一次数の反射回折光の波面の形状情報を取得し、 前記校正用ヌル光学系を用いて前記ヌル光学系の前記フ
   ィゾー面を前記最終面側から干渉測定することで、前記
   校正用ヌル光学系を基準とした前記波面変換部の誤差情
   報を取得し、 前記取得した各情報に基づく演算処理を行うことによっ
   て、前記被検面の単体の形状情報を求めることを特徴と
   する形状測定方法。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の形状測定方法おいて、 前記反射回折光の次数は、１又は−１であることを特徴
   とする形状測定方法。
5. 【請求項５】 前記被検面が非球面であることを特徴と
   する請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の形状測定
   方法。
6. 【請求項６】 干渉計と、 フィゾー面を非最終面に配置してなるヌル光学系と、 前記干渉計の測定光束の入射時に生じる透過ｍ次回折光
   の波面が前記被検面の設計形状と等価になるよう設計さ
   れた透過型ゾーンプレートと、 前記被検面を前記測定光束に対し挿脱可能に支持する支
   持手段と、 前記ヌル光学系を前記測定光束に対し挿脱可能に支持す
   る支持手段と、 前記測定光束の照射方向を反転させる切り替え手段と、 前記透過型ゾーンプレートを前記測定光束に対し挿脱可
   能、かつ裏返し可能に支持する支持手段とを備えたこと
   を特徴とする干渉測定装置。
7. 【請求項７】 干渉計と、 フィゾー面を非最終面に配置してなるヌル光学系と、 前記ヌル光学系を介した前記干渉計の測定光束の入射時
   に生じる所定次数の反射回折光の波面が前記被検面の設
   計形状における反射波面と等価になるよう設計された反
   射型ゾーンプレートと、 前記被検面を前記測定光束に対し挿脱可能に支持する支
   持手段と、 前記測定光束の照射方向を反転させる切り替え手段と、 前記反射型ゾーンプレートを前記測定光束に対し挿脱可
   能かつ裏返し可能に支持する支持手段とを備えたことを
   特徴とする干渉測定装置。
8. 【請求項８】 投影光学系の何れかの被検面の単体の形
   状を、請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の形状測
   定方法により測定し、 前記測定された前記被検面の単体の形状に応じて、前記
   投影光学系の一部又は全部の加工調整を行うことを特徴
   とする投影光学系の製造方法。
9. 【請求項９】 請求項８に記載の投影光学系の製造方法
   により製造された投影光学系を備えたことを特徴とする
   投影露光装置。