JP2006300876A

JP2006300876A - 干渉測定方法

Info

Publication number: JP2006300876A
Application number: JP2005126621A
Authority: JP
Inventors: Hideki Tsukada; 英樹塚田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2005-04-25
Filing date: 2005-04-25
Publication date: 2006-11-02

Abstract

【課題】コヒーレントノイズが存在している状況においても、その影響を極力低減して高精度に干渉測定方法を提供する。
【解決手段】光源から出射した光を、測定すべき光学部品または光学系に照射し、それにより生成した被検光と、光源から出射した光を、参照面に照射し、それにより生成した参照光とを干渉させて干渉測定光とし、それにより生成した干渉縞から測定すべき光学部品または光学系の波面を求める干渉測定方法であって、干渉測定光に位相変化を時間的に与えることで干渉縞を時間的に変化させ、時間の異なる複数組の干渉縞の明るさデータを求め、データに基づいて相互コヒーレンス関数を求め、相互コヒーレンス関数から初期位相を求めることで、測定すべき光学部品または光学系の波面を求める構成とする。
【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ための方法に関するものであり、特に、高い測定精度を要求される半導体や液晶用の露光装置に使用するための光学系や光学部品の干渉測定を行なう干渉測定に有用である。

近年、半導体や液晶の高密度化に伴って、その製造に用いる露光装置や測定装置の高精度化への要求が高まっている。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され、更に、それらにより構成された光学系の波面収差も精度よく測定される必要がある。

波面収差は干渉測定により行なう。干渉測定とは、測定光と参照光を干渉させて干渉縞を発生させ、干渉縞の状態により波面収差を測定する方法である。例えば、光学部品を干渉測定する場合、光源から出射した光を、測定しようとする光学部品の面（被検面という）に照射して反射または透過させた測定光と、測定の基準となる別の面（参照面）に照射して反射または透過させた参照光とを干渉させ、それにより発生した干渉縞の状態から被検物の波面収差を求める。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干渉縞を撮像し、撮影された撮像画像を解析することで波面収差を求めるのが一般的である。

干渉測定を高精度に行なうための方法は幾つか提案されているが、その一つにフリンジスキャン法（縞走査法）がある。この方法は、干渉光に既知量の位相変化を与えることで干渉縞を時間と共に変化させながら波面収差を求めるものである。位相変化を与えるには、参照面または被検面を光軸方向に機械的に移動させる方法や、光源の波長を変化させる方法がある。

フリンジスキャンを行ないながら干渉光を撮像素子に入射させると、上記の通り、干渉縞は時間と共に変化するので、撮像素子により撮像された干渉縞画像も時間と共に変化する。そこで、例えば、撮像面における明るさが正弦波的に周期的変をするように位相変化をさせながら、１／４周期（π／２）毎に４回画像を撮像する。このようにして得られた４つの画像情報から、最小自乗法によるフィッティングを行なって初期位相を求めることで、被検物の波面収差を求めることができる。この方法によれば、１つの画像情報から被検物の波面収差を求める場合に比べて、複数の画像情報から被検物の波面収差を求めることになるため、より高精度に初期位相情報が得られ、その結果、光学系や光学部品の波面収差をより高精度に測定できる。

ところで、干渉測定装置は多数の光学素子により構成されているため、これらの光学素子の表面からは様々な反射光が発生する。このような測定干渉光以外の光が、被検面の波面収差を求める際に、撮像素子に入射した場合、それらはノイズ成分となって測定精度を低下させるという問題がある。このような測定干渉光以外の干渉光によるノイズ成分をコヒーレントノイズと呼んでいる。この概念を図１に示す。

光学素子表面からの反射光を完全に無くすことは事実上は不可能なので、コヒーレントノイズが存在している状況においても、その影響を極力低減して高精度に干渉測定することが本発明の課題である。

上記課題を解決するために本発明者が研究した結果、位相の異なる複数組の干渉縞の明るさのデータから求めた相互コヒーレンス関数に基づき初期位相を求めることで、コヒーレントノイズの影響を低減して高精度に干渉測定できることを見出し、本発明をなすに至った。

従って、本発明は第一に、光源から出射した光を、測定すべき光学部品または光学系に照射し、それにより生成した被検光と、前記光源から出射した光を、参照面に照射し、それにより生成した参照光とを干渉させて干渉測定光とし、それにより生成した干渉縞から前記測定すべき光学部品または光学系の波面を求める干渉測定方法であって、干渉測定光に位相変化を時間的に与えることで前記干渉縞を時間的に変化させ、時間の異なる複数組の干渉縞の明るさデータを求め、データに基づいて相互コヒーレンス関数を求め、相互コヒーレンス関数から初期位相を求めることで、測定すべき光学部品または光学系の波面を求めることを特徴とする。

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、複数組のデータは、時間がπ／２異なる２組のデータであることを特徴とする。
また、本発明は第三に、請求項１に記載の干渉測定方法において、位相変化は、光源から出射する光の波長を時間的に変化させることにより与えられ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の影響を低減して高精度に干渉測定できる。

本発明によれば、理想波形との相互コヒーレンス関数を求めることで、コヒーレントノイズが存在する場合でも、理想波形から大きくずれているノイズが測定結果に影響することを避けることができ、光学系や光学部品の波面収差をより高精度に測定できる。

以下、本発明の干渉測定方法の実施に関して説明するが、本発明は、発明を実施するための最良の形態に限られるものではない。
フリンジスキャンによりΔφ（ｔ）の位相変化を与えながら干渉光を撮像素子に入射させて干渉縞を撮像素子により撮像する。この時の撮像素子の任意の点における明るさＩ（ｔ）の時間変化は式１で表される。

ここで、Ｉ_O は撮像素子における明るさの平均値、γは可視度（Visibility）である。また、φ_Oは測定光と参照光の位相差を表し、これを初期位相と呼ぶ。初期位相は、被検面に依存しているため、これを求めることで被検面形状を求めることができる。そこで、位相変化Δφ（ｔ）として、図２に示すような線形的な位相変化を与える場合を考える。この場合の位相変化Δφ（ｔ）は式２で表せる。

ここで、Ωは最大位相変化量、Ｔはその時間を表す。式１と式２より式３を導く。

なお、ν＝Ω／（2π）であり、これは時間Ｔ中に干渉光の明るさが周期的に変化する回数を表す。ΩおよびＴは任意に設定できる変数であるから、νは既知である。式３の変化の様子を図３に示す。

次に、一定周期毎に明るさのデータを取得すると、各データは式４で表される。

ここで、ｍ＝０、１、２、・・・・・Ｍ−１である。
次に、式４で表されるデータから相互コヒーレンス関数（相互相関関数）Ｃ（τ）を計算すると、式５となる。

ここで、Ａは定数である。式５のグラフを図４に示す。式５は、νが整数の場合には等号は成り立つが、νがそれ以外の実数の場合には等号は成り立たない。ただし、νが整数でない場合には、ハニング・ウィンドウのような窓関数を式５に掛けることで等号は成り立つ。τは任意に設定可能な変数であり、τ＝０およびτ＝Ｍ／（４ν）を式５に代入すると、互いにπ／２だけずれた波形を示す式６および式７が得られる。

式６および式７より初期位相φ_Oを求めると、式８となる。

次に、式７に対して４バケット法を適用して、次に示す式９を求める。

ここで、ｉ＝０、１、２、３である。初期位相φ_Oは式１０で表せる。

式９で表されるデータから相互コヒーレンス関数（相互相関関数）Ｓ（τ）を計算すると、式１１となる。

これを図５に示す。式１１からＳ（０）を求め、これを式８のＣ（Ｍ／（４ν））の代わりに用いると、式１２となる。

これにより初期位相が求まるので、被検面の波面収差が求まる。

図３に示したような明るさ変化に、周波数が２倍で振幅が１／２のコヒーレントノイズが混入している場合を考える。このような場合、実際に測定される明るさの変化は図６に示すようになる。図６から、コヒーレントノイズにより、本来は正弦波となるべき測定データは大きく歪んでいることがわかる。

次に、式５および式１１を用いて相互コヒーレンス関数を求めると、図７に示すようになる。図７を図４および図５と比較すると、図７では、ノイズによる波形の歪がないことがわかる。

以上説明したように、本発明の干渉測定方法によれば、コヒーレントノイズの影響を抑えて、より高精度に干渉測定を行なうことができる。

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。

コヒーレントノイズが干渉測定光に混入する概念を示す概念図である。線形的な位相変化を示す概念図である。干渉光の明るさの変化を示す概念図である。理想的な余弦波状波形との相互コヒーレンス関数を示す説明図である。理想的な正弦波状波形との相互コヒーレンス関数を示す説明図である。コヒーレントノイズが混入した干渉光の明るさの変化を示す概念図である。相互コヒーレンス関数を示す概念図である。

符号の説明

1被検面
1a 測定光
2参照面
2a 参照光
3 干渉計の光学素子面
3a ノイズ成分

Claims

光源から出射した光を、測定すべき光学部品または光学系に照射し、それにより生成した被検光と、前記光源から出射した光を、参照面に照射し、それにより生成した参照光とを干渉させて干渉測定光とし、それにより生成した干渉縞から前記測定すべき光学部品または光学系の波面を求める干渉測定方法であって、
前記干渉測定光に位相変化を時間的に与えることで前記干渉縞を時間的に変化させ、
時間の異なる複数組の干渉縞の明るさデータを求め、
前記データに基づいて相互コヒーレンス関数を求め、
前記相互コヒーレンス関数から初期位相を求めることで、前記測定すべき光学部品または光学系の波面を求め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、
前記複数組のデータは、時間がπ／２異なる２組のデータであ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、
前記位相変化は、前記光源から出射する光の波長を時間的に変化させることにより与えられることを特徴とする干渉測定方法。