JP2006078446A

JP2006078446A - 干渉測定方法および干渉測定装置

Info

Publication number: JP2006078446A
Application number: JP2004265673A
Authority: JP
Inventors: Hideki Tsukada; 英樹塚田; Jun Kawakami; 潤川上
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2004-09-13
Filing date: 2004-09-13
Publication date: 2006-03-23

Abstract

【課題】コヒーレントノイズを低減し高精度な干渉測定方法および干渉測定装置を提供する。
【解決手段】光を光源から出射させ、前記光を分割して、一方は測定すべき光学系または光学部品を透過または反射させて被検光を生成し、他の一方は参照面を透過または反射させて参照光を生成し、前記被検光と前記参照光を干渉させ、干渉状態により前記測定すべき光学系または光学部品の波面を測定する干渉測定方法であって、前記光源から出射させた光束は、少なくとも２つの位相変調器を通過させることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学系や光学部品の波面を干渉により測定する際に、測定精度に悪影響を与えるコヒーレントノイズを低減する方法およびそのための装置に関し、特に、干渉測定用の光源として最も安定しているHe-Neレーザーを用いた干渉計に有用である。

近年、半導体の高密度化に伴って、その製造に用いられる露光装置や測定装置等の高精度化への要求が著しい。これらの装置の高精度化を実現するには、その光学系の精度を向上させる必要があり、そのためには、光学系を構成する光学部品一つ一つの波面収差が精度よく測定できること、そして、組み立てられた光学系の波面収差が精度よく測定できることが必要である。そのためには高精度な干渉測定を行なう必要がある。

干渉測定は、光源から出射した光を分岐し、測定しようとする光学部品の面（被検面という）と、測定の基準となる別の面（参照面）に照射し、それぞれを再び一つに合わせることで互いに干渉させ、その干渉状態により被検物による波面を測定する方法である。干渉させた光（測定干渉光という）は、撮像素子に入射させて、その撮像画像を解析するのが一般的である。

撮像素子には、上記測定干渉光のみが入射するのが望ましく、それ以外の光が入射すると測定精度を低下させる。しかし、干渉測定には複数の光学素子を用いることが必須なため、これらの光学素子の複数の表面で反射光が発生し、これらが撮像素子に入射する。このような反射光同士は干渉し、測定結果に影響を及ぼす。測定干渉光以外のこれらの不必要な干渉光をコヒーレントノイズと呼んでおり、このコヒーレントノイズを極力低減することが高精度に干渉測定するためには必須である。

コヒーレントノイズを低減するために、これまでに干渉測定用の光源に工夫をこらす提案が幾つか行なわれてきた。
例えば、光源として半導体レーザーを用い、その注入電流を高速変調させることで擬似的にスペクトルを広げ、それにより可干渉性を低下させる方法が提案された。しかし、この方法では、光源としての半導体レーザーの寿命が短くなり、実用的でなかった。

また、光源として波長可変レーザーを用いることで、可干渉性を低下させる方法が提案された。しかし、この方法では有効な光路差が限定され、実用的でなかった。
また、光源として低コヒーレンス光源を用いた場合には、測定干渉光の光路差をほぼゼロに抑える必要があり、実用的でなかった。

従って、上記のような光源ではなく、波長や出力等が安定しているHe-Neレーザーを干渉測定の光源として用いた場合でも、コヒーレントノイズを有効に低減する方法が望まれていた。

上記課題を解決するために本発明者が研究した結果、光源から出射した光を位相変調器を通過させて干渉測定に用いることで、コヒーレントノイズを低減でき、その結果、高精度な干渉測定ができることを見出し、本発明をなすに至った。

よって、本発明は第一に、光を光源から出射させ、前記光を分割して、一方は測定すべき光学系または光学部品を透過または反射させて被検光を生成し、他の一方は参照面を透過または反射させて参照光を生成し、前記被検光と前記参照光を干渉させ、干渉状態により前記測定すべき光学系または光学部品の波面を測定する干渉測定方法であって、前記光源から出射させた光束は、少なくとも２つの位相変調器を通過させることを特徴とする。

このような構成により、コヒーレントノイズを有効に低減し、高精度な干渉測定方法を提供することができる。
また、本発明は第二に、請求項１に記載の干渉測定方法において、前記光源にはHe-Neレーザーを用いることを特徴とする。

このような構成により、波長や出力等が安定しているHe-Neレーザーを干渉測定の光源として用いた上で、コヒーレントノイズを有効に低減し、高精度な干渉測定方法を提供することができる。

また、本発明は第三に、光源と、前記光源から出射した光の位相を変化させる少なくとも２つの位相変調器と、前記少なくとも２つの位相変調器を通過した光を分割し、一方は測定すべき光学系または光学部品を透過または反射させて被検光を生成し、他の一方は参照面を透過または反射させて参照光を生成し、前記被検光と前記参照光により干渉光を生成する干渉測定部からなることを特徴とする。

このような構成により、コヒーレントノイズが有効に低減された高精度な干渉測定装置を提供することができる。
また、本発明は第四に、請求項３に記載の干渉測定装置において、前記光源は、He-Neレーザーであることを特徴とする。

このような構成により、波長や出力等が安定しているHe-Neレーザーを干渉測定の光源として用いた、コヒーレントノイズが有効に低減された高精度な干渉測定装置を提供することができる。

本発明によれば、光源から出射した光を位相変調器を通して干渉測定に用いることでコヒーレントノイズを低減することができ、高精度な干渉測定を行なうことができる。なお、本発明は、干渉測定の光源として最適なHe-Neレーザーに限らず、半導体レーザー等その他の種類の光源を用いた干渉測定においても有効である。

以下、本発明の干渉測定方法および干渉測定装置の実施に関して説明するが、本発明は実施するための最良の形態に限られるものではない。
図1に、本発明に係る干渉測定の系を示す。図１で、1は光源としてのHe-Neレーザー、2は第１位相変調器、3は第２位相変調器、4は干渉測定部である。被検光学部品または被検光学系は4の干渉計内にセットされ、その波面が測定される。

光源1から出射した振幅Ｅ₀、角周波数ωの光11は、第１位相変調器2を通過する。その際、第１位相変調器2により、変調深さｍ₁（rad）、変調周波数Ω₁（Hz）で正弦波的に位相変調される。位相変調器2から出射する光12は式（１）で表される。

光12のスペクトル分布を図２に示す。図２から、光源の中心周波数の両側に、J₁(m₁)、J₂(m₁)、・・・、および、-J₁(m₁)、-J₂(m₁)、・・・で示されるサイドバンドが発生していることがわかる。サイドバンドの位置と大きさは、変調周波数Ω₁と変調深さｍ₁によって決まる。

光12は更に第２位相変調器3を通過する。その際、第２位相変調器3により、変調深さｍ₂（rad）、変調周波数Ω₂（Hz）で正弦波的に位相変調される。第２位相変調器3から出射される光13は式（２）で表される。

光13のスペクトル分布を図３に示す。図３から、第１位相変調器2により発生した各サイドバンドのそれぞれに対して、第２位相変調器3によりサイドバンドが発生していることがわかる。そこで、第１位相変調器2と第２位相変調器3の変調周波数の比を2〜3：1程度に設定すると、第１位相変調器2により発生したサイドバンドの間を補完するように、第２位相変調器3によりサイドバンドが発生するので、全体としてコヒーレンスは効果的に低下することになる。

例えば、第１位相変調器2がΩ₁＝100MHz、ｍ₁＝1.2rad、第２位相変調器3がΩ₂＝50MHz、ｍ₁＝1.2radの場合、これら二つの位相変調器に光を通過させると、コヒーレンスは、光路差1.5〜4.5ｍの範囲で干渉光コントラストが0.1程度まで低下する。第１位相変調器を通過後の干渉光コントラストと第２位相変調器を通過後の干渉光コントラストを図４に示す。

即ち、干渉光とコヒーレントノイズとの光路差を上記範囲に設定することで、コヒーレントノイズを大幅に低減でき、その結果、干渉測定の精度を大幅に向上させることができる。

なお、上記説明では、二つの位相変調器を用いたが、より多くの位相変調器を用いることも可能である。また、干渉計としては、マッハツェンダー、フィゾー、マイケルソン等の種々のタイプを用いることができ、何れのタイプの干渉計を用いた場合にも、本発明は有効である。

半導体製造用の露光装置や検査装置の光学系を構成する光学部品および光学系を高精度に干渉測定することができる。

本発明の干渉測定の概念を示す概念図である。第１位相変調器を通過した光のスペクトル分布を示す説明図である。第２位相変調器を通過した光のスペクトル分布を示す説明図である。第１位相変調器を通過した光および第２位相変調器を通過した光の干渉光コントラストを示す説明すである。

符号の説明

1 光源
2 第１位相変調器
3 第２位相変調器
4 干渉測定部

Claims

光を光源から出射させ、前記光を分割して、一方は測定すべき光学系または光学部品を透過または反射させて被検光を生成し、他の一方は参照面を透過または反射させて参照光を生成し、前記被検光と前記参照光を干渉させ、干渉状態により前記測定すべき光学系または光学部品の波面を測定する干渉測定方法であって、
前記光源から出射させた光束は、少なくとも２つの位相変調器を通過させることを特徴とする干渉測定方法。
請求項１に記載の干渉測定方法において、前記光源にはHe-Neレーザーを用いることを特徴とする干渉測定方法。
光源と、前記光源から出射した光の位相を変化させる少なくとも２つの位相変調器と、前記少なくとも２つの位相変調器を通過した光を分割し、一方は測定すべき光学系または光学部品を透過または反射させて被検光を生成し、他の一方は参照面を透過または反射させて参照光を生成し、前記被検光と前記参照光により干渉光を生成する干渉測定部からなることを特徴とする干渉測定装置。
請求項３に記載の干渉測定装置において、前記光源は、He-Neレーザーであることを特徴とする干渉測定装置。