JP2007509321A - 再構成可能干渉計システム - Google Patents

Abstract

回転対称テスト光学部品、および回転非対称テスト光学部品（２８）を正確に測定するための干渉装置（１０）および方法は、２つの波長を有する照射源（１２）と；基準面を有する透過フラット（１６）と；所定の形を有する波面を生成するための基本光学システム（１８）と；面を形作る非球波面（２２）および非球基準面（２４）を有する補正構成要素（２０）を備える。面を形作る非球面は、所定の波面が非球基準面の形と実質的に同等の形をもって、非球基準面に突き当たるように所定の波面を修正する。所定の非球基準面において、面を形作る非球面の非球面デパーチャが非球面基準面の非球面デパーチャよりも大きくないように、半径または曲率、および面を形作る非球面の間隔が最適化される。６つの自由度における正確な整列が、フィードバック制御を介して提供される。

Description

本発明は、一般的に、表面干渉計測学、特に、干渉装置および干渉方法に関し、それによって、光学面を比較することができる。

（発明の背景）
本発明によって解決される課題は、名目上は同形の二つの光学面、球面または非球面を比較することである。これは、マスター・キャリブレーション面と呼ばれる第１の面をフィゾー基準面の前に配置し、そして、フィゾー基準面およびマスター・キャリブレーション面において反射された光の結果的な位相差の測定をすることによって、フィゾー干渉計システムを用いて行われ得る。その結果は記憶され、次に、マスター・キャリブレーション面は、テスト面と呼ばれる第２の面と置き換えられる。これに続き、もう一つの干渉測定が、フィゾー基準面およびテスト面において反射された光の位相差に対して行われる。

第１の測定された位相差から第２の測定された位相差を引くことによって、テスト面のマスター・キャリブレーション面からの所望の偏差が得られる。正確な結果をもたらすには、数個の前提条件（ｐｒｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）を可能な限り正しく満たされなければならず、それらは、（１）フィゾー基準面は、２つの測定間にてその形を変更されるべきではない、（２）マスター面およびテスト面の両方の場合において干渉「キャビティ」を照射する波面は同一であるべきである、（３）フィゾー基準面の前のマスター・キャリブレーション面の絶対位置、およびフィゾー基準面の前のテスト面の絶対位置は、両方のケースにおいて同一であるべきである、である。「絶対位置」は、６つの自由度の中での整列を意味し、光学軸に対する回転は、回転対照光学面にとって些細な問題である。比較される面が球面である場合、比較測定用の不確かなターゲットを処理する際の許容誤差は、数ｎｍの範囲である。

従って、両方のケースにおける波面および位置が、必要とされる正確さを達成するために要求される限度内にて、実質的に同一であることを確実にすることが本発明の主な目的である。

本発明によって解決される他の課題は、以下に記載される。比較される面が非球面である場合、フィゾー基準面と比較される面の２つの面の垂直距離が一定値であるような、かつ、フィゾー基準面を照射する波面が、可能な限り非球面フィゾー基準面の形と一致するような、比較される面の形に沿うフィゾー基準面を提供することが必要である。

２つの面の垂線距離を一定値にするために、フィゾー基準面が、また、比較される面に非常に類似する非球面でもあることを必要とする。

第２の前提条件を満たすために、周知の技術は、非常に高価で非常に精密ないわゆるヌルレンズ、および多数の球面レンズ要素を含むバルキーレンズシステムを設計することである。一部のケースにおいて、所定の非球面の要求を満たすヌルシステムを設計することは非常に困難であり、全てのケースにおいて、そのようなヌルレンズを設計するために、経験を積んだスペシャリストが必要とされる。非常に高い基準が製造において満たされなければならないため、そのようなヌルレンズの形成の材料費および人件費もまた、非常に高くなる。

従って、本発明の他のゴールは、非常に明白な、決定的な、低コスト効果のある、そして適確な方法において課題を解決する方法を提供することである。

本発明の他の目的は、後述され、後述の詳細な記載を図面と共に読むことによって明確になるであろう。

（発明の概要）
球面、および／または非球面を検査するための干渉システムおよび方法が開示される。

一局面において、装置は、テスト光学部品が正確に整列され、照射されることが可能なように、測定されるテスト光学部品を固定するための手段を備える。照射源は少なくとも２つの波長を有する照射ビームを提供し、透過フラットは照射源に続く。基本光学システムは透過フラットに続き、照射ビームを受信し、所定の形を有する少なくとも一つの基本波面を生成するように作用する。補正構成要素は所定の距離をあけ、基本光学システムに続く。補正構成要素は第１の非球面および非球基準面を備え、第１の非球面は、第１の非球面の非球面デパーチャ（ｄｅｐａｒｔｕｒｅ）が非球面基準面の非球面デパーチャよりも大きくないような曲率半径および位置を有する。補正構成要素は、非球基準面が測定されるテスト光学部品に隣接して正確に整列される場合、基本波面が非球基準面の形と実質的に同等の形をもって、非球基準面に突き当たるように基本波面を修正し、基本波面の一部が基準波面として働くために非球基準面において反射され、基本波面の一部がテスト光学部品に突き当たる継続波面として透過し、非球基準面に向かって戻る測定波面としてテスト光学部品において反射されるように基本波面を修正する作用をする。基準および測定波面を組み合わせるための手段が、テスト光学部品によって生成された波面の形に暗示される位相情報を含むインターフェログラムを形成するために提供される。

含まれているものは、補正構成要素から離れて基本光学システムを所定距離に正確に設定するために、照射ビームの両方の波長を使用するマルチ位相変化干渉法を行うための手段である。

さらに含まれているものは、基本光学システムに対する補正構成要素の整列を測定し、好ましくは６つの自由度の下の、補正構成要素の誤整列を正すことによって補正構成要素を正確に位置付けるためにフィードバック制御信号を提供するための手段である。

３つの同時インターフェログラムは、整列を容易にする目的のために形成され、基本光学システムの前に位置する基準面と非球基準面との間に形成される１つのインターフェログラムと、テスト面と非球基準面との間に形成される他のインターフェログラムと、基本光学システムの前に位置する基準面とテスト面との間に形成される第３のインターフェログラムとを含む。演算手段は、異なった位相ステップおよび２つの移相子を用い、３つのインターフェログラムにおいて符号化される３つの位相差を個々に演算するために提供され、２つの移相子は、ゼロにならない行列式を有する等式システムをもたらすように、３つの干渉キャビティ全てにおいて位相差を変化する。非球基準面に対してテスト光学部品を正確に整列するための手段が提供されることに加え、２つの撮像機器またはカメラが、同時測定を容易にするために提供される。

他の局面において、本発明は、回転対称テスト光学部品、および回転非対称テスト光学部品を測定するための干渉方法であって、干渉方法は、テスト光学部品が正確に整列され、照射されることが可能なように、測定されるテスト光学部品を固定するステップと；少なくとも２つの波長を有する照射ビームを生成するステップと；照射源に続く基準面を有する透過フラットを提供するステップと；所定の形を有する少なくとも一つの基本波面を生成するステップと；補正構成要素を提供するステップであって、補正構成要素は第１の非球面および非球基準面を備え、第１の非球面は、第１の非球面の非球面デパーチャが非球面基準面の非球面デパーチャよりも大きくないような曲率半径および位置を有し、補正構成要素は、非球基準面が測定されるテスト光学部品に隣接して正確に整列される場合、基本波面が非球基準面の形と実質的に同等の形をもって、非球基準面に突き当たるように基本波面を修正し、基本波面の一部が基準波面として働くために非球基準面において反射され、基本波面の一部がテスト光学部品に突き当たる継続波面として透過し、非球基準面に向かって戻る測定波面としてテスト光学部品において反射されるように基本波面を修正する作用をする、補正構成要素を提供するステップと；テスト光学部品によって生成された波面の形に暗示される位相情報を含むインターフェログラムを形成するために、基準および測定波面を組み合わせるステップとを包む。

さらに含まれるものは、基本波面に対して補正構成要素を正確に整列するために、照射ビームの両方の波長を使用するマルチ位相変化干渉法を行うステップである。

さらに含まれるものは、基本波面に対する補正構成要素の整列を測定し、補正構成要素の誤整列を正すことによって補正構成要素を正確に位置付けるためにフィードバック制御信号を提供するステップであり、この整列は好ましくは６つの自由度の下に行われる。

３つの同時インターフェログラムは、整列を容易にする目的、および、異なった位相ステップおよび２つの移相子を用い、３つのインターフェログラムにおいて符号化される３つの位相差を個々に演算する目的のために形成され、２つの移相子が、ゼロにならない行列式を有する等式システムをもたらすように、３つの干渉キャビティにおいて位相差を変化する。方法は、また、非球基準面に対してテスト光学部品を正確に整列するステップを含む。

他の目的およびそれらの利点と共に、本発明の構造、作用、および方法は、図面と関連付けて発明を実施するための最良の形態を読むことによってより良く理解され得るだろう。様々な図面において、それぞれは、識別される番号またはラベルを有する。

球面または非球面を検査するための干渉システムおよび干渉計測学を記載する。システムは、図１において単純なフォームにて示され、全体が１０として明示される。システムは、好ましくは２つの波長を有するコヒーレント光源１２、基準面１６を有する透過フラット（ＴＦ）１４、既知の形または所定の形（限定はされないが、大部分が球面形）の収束（または発散）波面を生成するレンズまたは基本的な光学システム１８、および、補正面２２と非球面であり得るフィゾー基準面２４を有する再構成可能な（つまり、交換可能な）追加の補正要素または構成要素２０を備えるように示される。補正構成要素２０は、無収差面を裏面側に有するレンズ要素であり得、球面の検査においては、同心のフィゾー基準面を正面側に有する。非球面の検査においては、補正要素は、非球面を裏面側に有するレンズ要素であり得、非球面のフィゾー基準面を正面側に有する。補正要素は、球面を正面側に有し、非球面フィゾー基準面を裏面側に有し、レンズ要素の前にあるホログラムでもあり得る。または、非球基準面を正面側に有し、球面または非球面を裏面側に有するレンズに付け加え、１つの非球面および１つの球面を有するレンズ、もしくは、２つの球面を有するレンズであり得る。２つの要素が用いられるケースは、補正要素に必要な非球デパーチャ量を低減するのに有用であり得る。テスト面２８を有するテスト要素２６は、フィゾー基準面２４に隣接して正確に整列する。

上記の全ケースにおいて、本発明の主なる特徴の１つは、インターフェログラムがキャビティ３２において形成されることである。キャビティ３２は、フィゾー基準面を照射する光学システムの前に位置する基準面１６（つまり、基本レンズ＋補正要素）と、フィゾー基準面２４との間に位置する。同時に、他のインターフェログラムが、テスト面２８（または、フィゾー基準面の前にマスター・キャリブレーション面が位置する場合は、そのマスター・キャリブレーション面）と、フィゾー基準面２４との間に位置するキャビティ３０において形成され、さらに、第３のインターフェログラムが、キャビティ３３において形成される。キャビティ３３は、フィゾー面を照射する光学システムの前に位置する基準面１６と、テスト面２８（または、マスター面）との間に位置する。３つの全てのインターフェログラムは同時に確立される。本明細書に援用するＭｉｃｈａｅｌ ＫｕｃｈｅｌおよびＬｅｓｌｉｅ Ｌ．Ｄｅｃｋの名で２００４年４月６日に発行された米国特許第６，７１７，６８０号、「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ」に記載される発明から、２つの移相子に対し異なった位相ステップを用いるアプローチによって、３つのインターフェログラムに符号化される３つの位相差を個々に演算することが可能であるということは既知である。それら２つの移相子は、基本となる等式システムが、ゼロにならない行列式を有するように、３つの干渉キャビティ全てにおいて位相差を変化する。ＴＦ１６およびテスト面２８の移動の可能な一解決法は、図１に示される。

フィゾーキャビティを照射する波面の数学解析は、フィゾー基準面２４を有する（単一の要素またはサブアセンブリとしての）補正構成要素２６の位置情報の獲得を可能にし、閉じた制御ループによって、この情報は、図１に示されるように、基本光学システム１８の前にある補正構成要素２４の位置を調節するために用いられる。次なる数学的手順は、例えば、ｘ、ｙ、ｚ方向における補正要素の線形的なずれ、およびｘ、ｙ軸に対する傾きである全ての可能な誤整列を１つずつ光線追跡プログラムによってシミュレーションすることである。一誤整列構成要素が、僅かな量Δ（つまり、Δｘ、Δｙ、Δｚ、Δα、Δβ）分変更される度、（例えば、Ｚｅｒｎｉｋｅ関数を用いて表される）収差タームのセットが演算される。従って、誤整列タームに対しての収差係数の微分係数が与えられる。この感度マトリクスを逆転し、位相差測定において実際に求められた収差タームのセットを掛けることにより、実際の機器の誤整列が得られ、制御信号に変換される。これらの信号は、例えば、補正構成要素、または補正要素２６の位置を定める圧電変換器（図２において示されるＰＺＴ）をドライブし得る。測定された収差タームが、機器の誤整列にそのまま起因するのではなく、例えば、ＴＦ１４とフィゾー基準面２４との間の干渉キャビティにあるレンズ要素の透過率の変化に関連する温度変化に起因する際においても、フィゾー面２４の位置の変化による結果的な光学収差を補正することが望ましい。そのような場合、収差をゼロにすることはできないが、少なくとも一桁は減らされる。

両比較が実行される全ての状況における変化を最低限に保つべきことは、比較される面に「負」の形を有する第３の面の助けと共に、連続して２つの面を互いに比較するタスクの特徴である。上記のように、照射波面における変化の全てを、機器の整列によって補正することが可能ではないが、両方のケースにおける干渉キャビティを照射する波面の正確な形の理解が、測定に対する残留効果（ｒｅｓｉｄｕａｌ ｅｆｆｅｃｔ）の数学的な補正を可能にする。従って、メイン干渉キャビティにおける位相差と共に、これらの波面の同時測定は、低い測定不確定性を達成するのにとても有用である。

本発明の第３のゴールは、フィゾー基準面２４の前において正確に、同一の場所に２つの比較される面、例えばマスター面とテスト面、の位置を定める課題を解決することである（６つの自由度があり、その内の５個のみが主に重要であり、それら５個のみが制御され得る。光軸に対する回転はあまり重要ではない）。この位置定めの必要事項は、非常に狭い許容誤差が非球面または球面の絶対曲率半径にもまた、満たされなければならない故、基準面２４からの面の絶対距離を含む。

フィゾー基準面２４から面の絶対距離の測定の課題は、お互い非常に近接して位置する２つのレーザ波長を用いる本発明によって解決される。その２つのレーザ波長は、例えば、波長４８８．０ｎｍと４９６．５ｎｍのＡＲ＋レーザ、または、波長５３２ｎｍの周波数が２倍になったＮｄ：ＹＡＧレーザと波長５３４ｎｍの周波数が２倍になったＮｄ：ＹＬＦレーザ、または、これらの動作波長に近い同様のものである。本発明のより詳細な例示である図２において、波長λ_１で動作する第１のレーザ４０、および波長λ_２で動作する第２のレーザがある。レーザ４０からの出力ビームは、光学的アレンジメント４４によって、例えば、先ず１つの点に焦点が合わされ、コリメートされ、そしてコリメータレンズ５０の焦点面においてリング形の光源にするために、ホログラムおよび接眼レンズを介して導かれるように予め形付けられる（ｐｒｅ−ｓｈａｐｅｄ）。レーザ４２の出力ビームは、光学的アレンジメント４６によって、例えば、先ず１つの点に焦点が合わされ、コリメートされ、そしてコリメータレンズ５０の焦点前面においてリング形の光源にするために、ホログラムおよび接眼レンズを介して導かれるように予め形付けられる。両方のビームは、ビームコンバイナ４８によって組み合わされ、コリメータ５０を通過する。コリメータ５０の次は、第２のビームスプリッタ５２、透過フラット１６、そして、所定のおよび制御可能な形の波面、場合によっては、収束または発散している波面を形成するためのデコリメータレンズの形態の基本レンズシステム１８である。前に規定された多様なキャビティにおいてインターフェログラムを形成する基準およびリターン波面は、ビームスプリッタ５２において反射し、コリメータ５４を通過した後、ダイクロイックビームスプリッタ５６によって波長ごとに分けられ、ＣＣＤ光検出器５８および６０において映し出される。数学解析およびシステム制御、ユーザインターフェース、データ操作およびストレージ、ならびにハウスキーピング機能は、従来の方法にて適切なソフトウェアを有するコンピュータ６２を介して提供される。

本発明に従うと、２つのビームの３つの全ての可能な組み合わせの３つのインターフェログラム全ては、両方の波長（全部で６つのインターフェログラム）によって組み立てられるが、２つのＣＣＤ検出器５８および６０によって個々にキャプチャされる。これは、ダイクロイックビームスプリッタ５６の使用によって達成される。

あるいは、レーザは、カメラフレームと分断的に同期されても良い。第３の変形は、両方のレーザを同時に使用し、６つのインターフェログラム全てを数学的に分離するために、より多くの位相ステップを含むより複雑な位相変化アルゴリズムを適用することである。この最後のアプローチはあまり望ましくはない、何故なら、テスト面２８（またはマスター・キャリブレーション面）を移動する移相器の長い距離の移動を必要とし、これによって大きな誤整列を引き起こしてしまうからである。第１の方法は、一番高価なものであるが、光学的セットアップにあるカメラのノイズ源、および一部のノイズ源に関連する測定不確実性が、両方の測定からの結果の組み合わせ使用によって減少するという追加的な利点を有する。

テスト面とフィゾー基準面との間の干渉キャビティ３０における２つの位相マップの差異の測定が演算される際、Ｚｅｒｎｉｋｅ評価のピストンターム（定数ターム）は、光学キャビティの絶対厚みの情報を有する。キャビティの厚みは、結果的な波長値の半分より薄い場合、明確に求められる。

波長ペア４８８ｎｍと４９６．５ｎｍのケースにおいて、結果的な波長は、２８．５０５μｍであり、従ってキャビティの絶対厚みの周期的な不確かさは、このケースにおいて、λ_ｒｅｓ／２＝１４．２５３μｍである。設計された形からの最終的に必要とされる偏差からの、比較的小さいデパーチャに対しての形の必要事項を満たすテスト面のケースにおいて、λ_ｒｅｓ／２＝１４．２５３μｍよりも大きいエラーを有してセットアップされるキャビティは、ひどい不一致、つまり、中間のキャビティにおいて位相差として測定される大きな収差、を生じさせる。これは、テスト面２８が１０００ｎｍよりも小さい曲率半径を有する場合、または、最適球面からの非球面のデパーチャが１００μｍよりも大きい場合、実際に起こる。既知の高い質の面のみが測定される場合、大きな収差が、キャビティ内において測定され、不適切なオーダー数のλ_ｒｅｓが維持されることが予測され得る。λ_ｒｅｓ／２の倍数として周期的に増加するギャップエラーと共に、キャビティの設計された非球面の結果的な波面収差は事前に演算され得、実際に測定された収差は、それら事前に演算された収差と比較され得る。従って、キャビティ厚みの不一致の整数倍数「オーダー数」Ｍが決定され得る。このように、不確実性λ_ｒｅｓ／４未満にて位置の不確かさが決定され、両方の波長を用いて測定された位相値の計算された差異は、キャビティ厚みをλ_１／４（および、同様にλ_２／４）よりも改善して決定することを可能にし、λ_１／４またはλ_２／４のほんの一部、典型的に０．０５ｎｍ ＲＭＳのキャビティ厚みを直接得るために、両方の測定からの位相結果を用いる。

従って、第１のステップにおけるキャビティ３０は、インターフェログラムを検査し、収差を最低値にすることによってほぼ正確な厚みにセットアップされる。そして、絶対キャビティ厚みは、両方の波長からの位相差の差異から演算され、最終的に、測定に用いられる波長のほんの一部になる。記載されたステップの各々において、制御信号は、所定のキャビティの厚みが座標中心部（つまり、面の対称点）にて達成されるまで、テスト面２８を移動するＰＺＴに与えられる。

それに付け加え、フィゾー基準面２４に対してテスト部を整列するための、およびフィゾー基準面２４に対してマスター・キャリブレーション部を整列するためのＰＺＴは、収差係数がゼロになる度、波面の傾き収差およびコマ収差に対して分析し、キャビティの前にあるパーツを調節することによって行われる。これは、フィゾー基準面２４の前のテスト部（または、マスター・キャリブレーション部）が回転される際にも、行われる。

要約すると、本発明の重要な特徴は、
（１）安価な準ヌル非球面フィゾーの手段は、基本レンズ、および非球面補正面は勿論、フィゾー基準面を有する単一の要素または構成要素を使用して示され、
（２）補正面の設計は、予測可能な結果の手順であり、それは、補正面の必要とされる非球面のデパーチャを最低値にするゴールと共に、補正面位置の迅速且つ簡単な最適化を可能にし、
（３）（Ａ）１つのフィゾーレンズの整列の情報、および（Ｂ）テスト面と基準面との間のインターフェログラムについての情報を１つのインターフェログラムから得るために、３つのビームの干渉およびダブル位相変化アルゴリズム（ＴＦおよびテスト面）を使用し、
（４）Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、およびＮｄ：ＹＬＦレーザの２つのレーザを同時に使用するが、（ａ）確実に非常に小さいギャップを測定し、（ｂ）測定の不確実性（ノイズに起因するもの）を√２分近く低減するために、ダイクロイックビームスプリッタおよびビームコンバイナと共に、２つの別個のカメラをも使用し、
（５）全ての調節は、測定の間、サーボループとして、つまり、測定と調節が単一の統一されたアクションとして為される、となる。

本発明を実施する発明に関する方法に含まれるステップは、要約すると、
手順：
（１）例えば米国特許第６，７７１，３７５号に従い、マスター・キャリブレーション非球面を測定し、
（２）マスター・キャリブレーション非球面をセットアップし、ＴＦとフィゾー面との間のインターフェログラムと共に、デコリメータの前にあるフィゾー基準面（単一要素のフィゾーＱＮレンズ）を照射する波面の光学的なふるまい、および、フィゾー基準面と比較されるマスター面の波面の光学的なふるまいの両方を同時に測定し、両方のデータセットを維持し、
（３）同時に、正確に（２つの波長が同時且つ個々に２つのカメラによって得られることが可能なので、あらゆる場所の）ギャップを測定し、
（４）非球面テスト面をセットアップし、ステップ２、３および４のように行う、である。

データ評価：テスト面２８の回転によって変化するタームは、絶対に、インサイチュウで（キャリブレーション無しに）測定される。テスト面２８の半径方向の平均プロファイルに対しては、テスト面２８の半径方向の平均プロファイルから、キャリブレーション面の演算済みの半径方向の平均プロファイルを引く。さらに、両方のケースの半径方向の平均プロファイルの小さいキャビティに対する照射波面におけるインパクトの差異を演算し、追加的な補正タームとしてこの情報を使用する。

さらに詳細に、米国特許第６，７７１，３７５号は、非球テスト面が、非球フィゾー基準面に対して検査され得ることを開示している。さらに、非球基準面が、非球基準面の形と非常によく一致していなければならない非球波面によって照射されなければならないことをも記載されている。本発明の開示において、フィゾー面とテスト面の形の一致が、どのように、ある状況下において数学的に導かれるかを記載する。そのある状況とは、両方の面の間の直角距離（干渉「キャビティ」）が、事前に選択され、実際の検査において正確に到達される必要のある一定値を有する。さらに、非球フィゾー面は、非球基準面の偏差の「絶対」測定を提供する他のテストセットアップにおいて事前に限定されなければならない。あるいは、マスター面またはキャリブレーション人工品は、マスター面の「絶対」測定を提供する他のセットアップにおいて検査されなければならない。この別のセットアップは、例えば、米国特許出願公開ＵＳ２００３−００４３３８５−Ａ１号において記載される「ｔｈｅ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ ｆｏｒ Ａｓｐｈｅｒｉｃ Ｓｕｒｆａｃｅｓ ａｎｄ Ｗａｖｅｆｒｏｎｔｓ」である。従って、米国特許第６，７７１，３７５号において記載されるテストセットアップの目的は、所定のテスト面を所定の非球基準フィゾー面と簡単に比較するための手段を提供することである。

本発明において記載される再構成可能な干渉システムは、コスト効率のよい態様でこのゴールを達成し、同時に非常に低い測定不確実性を達成する（図２を再度参照）。

比較的低コストのゴールに到達するための重要な特徴は、基本的な光学セットアップによって生成される基本波面を変更する手段を提供することである。つまり、それは、変更されるのではなく、フィゾー基準面がその形とよく一致した波面によって照射されるように、１つまたは数個の要素を足すことである。より詳細に後述される効果的な方法においてこれを行う多数の異なった可能性がある。

非球補正面を有する一要素が、ここにおいて詳細に記載される。追加的な可能性は、非球面の勾配に対する必要事項を緩和するために、第２の補正レンズを付け加えることを含む。非球補正面は、コンピュータ生成のホログラムの使用によって置換され得る。さらに、本発明およびその利点は、テスト非球面のケースに限定されず、非常に低い測定不確実性を伴う球面の検査をするためにも使用され得る。これもまた、詳細に後述される。例えば、基本システムである、球波面をデリバーするデコリメータまたは発散器に加え、単一のレンズを加える。この単一のレンズは、基本システムに向かう球面収差のない面、および、テスト面に向かう同心フィゾー基準面を有する。球面が検査される度、この様なレンズが提供され、それによって測定不確実性の低い前提条件としてエアギャップを非常に小さく保つことが可能である。

一番単純な実施例（図２参照）において、基本システムは、光源として１つまたは２つのレーザを備える。光源は、どちらとも使用される既知の２つのコヒーレントな波長をデリバーする。前述したように、組み合わされたビームは、拡げられ、コリメートされ、ビームスプリッタ５２を通過する。平面波の一部は、透過フラット１４（ＴＦ）において反射し、その一部は透過しそれからデコリメータ光学部品１８によってデコリメートされる。システムのこの部分が、基本「照射部」を確立する。照射部は、単一のレンズ要素２０の追加によって完成する。その単一のレンズ要素２０は、デコリメータ１８に向かう側に非球補正面２２を、テスト面に向かう側に非球フィゾー基準面２４を有する。

デコリメータ１８によって生成された波面が、非球補正面２２を通過し、透過率ｎ、中心部厚みｇ０を有するガラスのレンズ内を通過した後、フィゾー基準面２４に達する際、その波面は、フィゾー基準面２４の設計値に非常によく一致した形を有する。デコリメータレンズ、フィゾー面２４に加え補正面２２を有する追加的な要素の所定の中心部厚みおよび透過率が定められると、補正面２２の形を変える唯一の自由度は、曲率半径である。この半径が設計中に変えられる場合、２つのことが厳密に成立しなければならない。基準面の形に一致する波面の状況が満たされなければならない場合、非球面デパーチャが規定されなければならず、そして、レンズからデコリメータへの距離が正しい値に設定されなければならない。

曲率半径の関数として非球面デパーチャを見ることは、その関数の最低値を素早く見つける手段を提供する。この課題は、所定の非球フィゾー面の補正面の形を分析的に計算することによって解決する（左および右とラベル付けした図３を参照）。等式は、ｈＢ、ｚＢ座標系において示される補正面の１つの点に対するものである。

フェルマーの原理より、

これは、（２）式および（３）式に挿入されるべきであり、そして、それらの式は、非球補正面２２の座標点ｈＢおよびｚＢについて解くことができる。その解は、

図３の右側のケースにおいて、（２）式および（３）式は有効である一方、（４）式は、

に修正する必要がある。

図３において、＋Ｚ軸は上方向を向いている。＋Ｚ軸は、光の方向を特徴付ける。ａ０は、物点から第１の面へのアキシアル距離である。通常の（例えば、ＺＥＭＡＸにおいて用いられる）記号の習慣において、ａ０は、図３左のケースにおいて正の数値を有し、図３右のケースにおいて負の数値を有する。（４）式および（７）式は、その習慣を反映する。図３右のケースの解は、

である。

記載した手順および示した等式は、今まで調査した全ての非球面フィゾー面に対して、フィゾー基準面２４よりも少ない非球面デパーチャを有する非球面補正面２２を使用することを可能にする。これがなければ、補正面２２の最適な曲率半径を決定するためには、２回よりも多く非球面デパーチャを有し得る。

補正面２２に必要な非球面デパーチャは、今しがた記載した要素とデコリメータ１８との間に第２のレンズ要素を導入することによってさらに低減され得る。これを行うに当たっての不利な点は、複雑性を加えると共に、他の要素のコスト、ならびに、安定性および整列に対する追加的な必要事項である。しかし、以下に記載するように、両方の必要事項は、本発明の技術を用いて達成され得る。

非球フィゾー面と一致する波面において必要とされ、単一の非球補正面２２によって生成される大非球面デパーチャ量は、デコリメータに対するこの面の整列エラーの高い感度への理由である。言い換えると、マスター・キャリブレーション人工品に対するキャリブレーション測定およびテスト部に対する測定である、２つの測定間に必要とされる熱的および機械的な安定性のための必要事項である。必要とされる安定性は、マスター・キャリブレーション面およびテスト面の両方の測定における０．０５ｎｍの測定不確定性を達成する必要がある場合、３０ｎｍの範囲内またはそれ以下であり得る。この値は、次世代のリソグラフィーツールに対する測定において典型的な値である。このレベルの受動的な安定性を保証する環境状態を確立することは、非常に高価であり、または不可能ですらある。従って、本発明の他の目的は、マスターおよびパートに対する両方の測定において、フィゾー面を照射する波面に対して同等の光学状態を確立するという課題を解決することである。

例示を目的として、図４は、最適な解決法を概略的に示す。入力距離のａ０＝−１８０．８９１ｍｍは、たった０．６３７ｍｍの非球面偏差を生じる。図５は、若干大きな入力距離のａ０＝−１９４．１９ｍｍがさらに大きな２．２７６８ｍｍの非球面偏差を生じることを概略的に示す。

本発明の重要な利点は、以下の通り。
１．環境の安定性（主に温度）に対する必要事項は、純粋な受動的なコンセプトと比較し、この「能動的な」コンセプトによって大幅に低減される。
２．非常に高い測定確実性が達成され得る。
３．テスト面の整列は勿論、補正要素の整列が自動である。従って、オペレータの技術面に対する必要事項が大幅に減らされる。
４．非球面の製造者は、この同等のアビリティを、非球キャリブレーションマスター面、非球フィゾー基準面、および非球補正面を製作するためにも使用できる。本発明は、入力ビームの最適化によって、非球テスト面の非球変形よりも少なくとも大きくない最低値に、補正面のために必要とされる非球変形を維持することが、可能である。これは、非球面に対してのテストを行うためのコスト効率の非常によい方法である。
５．非球フィゾー面と非球テスト面（または、マスター面）との間のキャビティは、非常に小さく（小さいとは、≦１ｍｍである）維持され、それによって、高い精度の空気中での測定が可能になる。このキャビティを小さく保つことによって、最終測定の不確実性が、メインフレームの干渉における大きな残留の内在的な収差に対して小さくなる。
６．非球フィゾー面と非球テスト面（または、マスター面）との間の小さなキャビティは、キャリブレーションと測定との間の空気中における波長および透過率の変化に影響を小さくする。
７．絶対キャビティ厚みの測定の可能性は、非球面偏差に加え、非球面の基本半径をも測定可能にし、球面の測定の場合においては、形測定（ｆｉｇｕｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）と共に、球面の半径を測定可能にする。

本発明の基礎を記載し終わり、他の変形が、本教示に基づき当業者には浮かぶであろう。例えば、そのような変形は、以下のようなものを含む。
（１）ダブル位相変化が、ＰＺＴおよび波長変化を用い、一つの物理的な移動によって行われ得る。
（２）球フィゾー基準面を有する従来のＴＳレンズが用いられ得る。この場合、メインキャビティは、非球フィゾー基準面との間にあり、第２のキャビティは、ＴＳレンズ上の球フィゾー面と非球フィゾー基準面との間にある。この第２のキャビティは、整列に対し非常に感度の高い非球補正面、および、場合によっては、追加的な光学的要素を含む。
（３）図２に「ＢＳ」と示された大きなビームスプリッタプレート、および図２に示された２つのコリメータレンズは、１つのコリメータレンズとコリメータの背後の小さめのビームスプリッタとに置き換えられ得、場合によっては、分極にアクティブなビームスプリッタキューブと適所に配置される四分の一波長板とに置き換えられ得る。この場合、図２に示されるＴＦは、小さめの基準面、例えば、コリメータの球波面と一致する球面（ビームの収束側）と置き換えられる。この場合、結果に影響するより多くの光学部品、キャリブレーションと測定の間においてフィゾー基準面を照射する波面の変化のモニタリングおよび制御に含まれる。

他の変形が当業者に浮かぶであろう、そして、それらは添付の特許請求の範囲によって含まれる事を意図する。

図１は、位相変化の目的のために、透過フラット（ＴＦ）の異なった方向へのλ／ｍ分ずつ、ｍ回のステップの移動、およびテスト面（ＴＳ）の異なった方向へのλ／（２ｍ）分ずつ、ｍ回のステップの移動を示す概略的な正面図である。その移動によって、一意の解を有する、３つのキャビティ内の位相値に対する等式システムが得られる。 図２は、本発明の好ましい実施形態の概略的な一実施例である。 図３は、Ｂ＝補正面、Ｆ＝非球基準面、を有する単一のレンズ非球面フィゾーを概略的に示す。左は非球補正面を照射する発散球波面の場合を示し、右は非球補正面を照射する収束球波面の場合を示す。空気中の光路が、ガラス材料中の光路に加え示される。球面波の中心部が、光線の像点に加え、物点を確立し、非球フィゾー面において反射される。 図４ａは、最適な解決法を概略的に示し、入力距離のａ０＝−１８０．８９１ｍｍは、たった０．６３７ｍｍの非球面偏差を生じる。 図４ｂは、若干大きな入力距離のａ０＝−１９４．１９ｍｍは、さらに大きな２．２７６８ｍｍの非球面偏差を生じることを概略的に示す。

Claims (25)

1. 回転対称テスト光学部品、および回転非対称テスト光学部品を測定するための干渉装置であって、該干渉装置は、
   テスト光学部品が正確に整列され、照射されることが可能なように、測定される該テスト光学部品を固定するための手段と、
   少なくとも２つの波長を有する照射ビームを提供するための照射源と、
   該照射源に続く透過フラットと、
   該透過フラットに続き、該照射ビームを受信し、所定の形を有する少なくとも一つの基本波面を生成するための基本光学システムと、
   所定の距離をあけ、該基本光学システムに続く補正構成要素であって、該補正構成要素は第１の非球面および非球基準面を備え、該第１の非球面は、該第１の非球面の非球面デパーチャが該非球面基準面の非球面デパーチャよりも大きくないような曲率半径および位置を有し、該補正構成要素は、該非球基準面が測定される該テスト光学部品に隣接して正確に整列される場合、該基本波面が該非球基準面の形と実質的に同等の形をもって、該非球基準面に突き当たるように該基本波面を修正し、該基本波面の一部が基準波面として働くために非球基準面において反射され、該基本波面の一部が該テスト光学部品に突き当たる継続波面として透過し、該非球基準面に向かって戻る測定波面として該テスト光学部品において反射されるように該基本波面を修正する作用をする、補正構成要素と、
   該テスト光学部品によって生成された該波面の該形に暗示される位相情報を含むインターフェログラムを形成するために、該基準および測定波面を組み合わせるための手段と
   を備える、干渉装置。
2. 前記補正構成要素から離れて前記基本光学システムを前記所定距離に正確に設定するために、前記照射ビームの両方の波長を使用するマルチ位相変化干渉法を行うための手段をさらに含む、請求項１に記載の干渉装置。
3. 前記基本光学システムに対する前記補正構成要素の整列を測定し、該補正構成要素の誤整列を正すことによって該補正構成要素を正確に位置付けるためにフィードバック制御信号を提供するための手段をさらに含む、請求項２に記載の干渉装置。
4. 前記整列が６つの自由度の下に行われる、請求項３に記載の干渉装置。
5. 前記非球基準面と前記テスト面を離す垂線距離が実質的に一定である、請求項２に記載の干渉装置。
6. 前記補正構成要素が
   テスト球面に向かって正面側に同心フィゾー基準面を有する、裏面側が無収差面のレンズ要素と、
   正面側に非球面フィゾー基準面を有する、裏面側が非球面のレンズ要素と、
   正面側に球面を有し、裏面側に非球フィゾー基準面を有するレンズ要素に続くホログラムと、
   １つの非球面および１つの球面を有するレンズと、
   正面側に非球基準面を有し、裏面側に球面または非球面を有するレンズに加え、２つの球面を有するレンズと
   からなる群から選択される、請求項２に記載の干渉装置。
7. ３つの同時インターフェログラムは、整列を容易にする目的のために形成され、前記基本光学システムの前に位置する基準面と前記非球基準面との間に形成される１つのインターフェログラムと、前記テスト面と該非球基準面との間に形成される他のインターフェログラムと、該基本光学システムの前に位置する該基準面と該テスト面との間に形成される第３のインターフェログラムとを含む、請求項２に記載の干渉装置。
8. 異なった位相ステップおよび２つの移相子を用い、前記３つのインターフェログラムにおいて符号化される３つの位相差を個々に演算するための演算手段をさらに含み、該２つの移相子が、ゼロにならない行列式を有する等式システムをもたらすように、該３つの干渉キャビティ全てにおいて位相差を変化する、請求項７に記載の干渉装置。
9. 前記テスト面によって生成された前記波面の予想される形と実際のふるまいとの間の差異に対応する位相情報を含む電気信号を生成するために、光検出器に前記インターフェログラムを映し出すための手段をさらに含む、請求項２に記載の干渉装置。
10. 前記非球基準面に対して前記テスト光学部品を正確に整列するための手段をさらに含む、請求項２に記載の干渉装置。
11. 回転対称テスト光学部品、および回転非対称テスト光学部品を測定するための干渉装置であって、該干渉装置は、
    テスト光学部品が正確に整列され、照射されることが可能なように、測定される該テスト光学部品を固定するための手段と、
    少なくとも２つの波長を有する照射ビームを提供するための照射源と、
    該照射源に続く透過フラットと、
    該透過フラットに続き、該照射ビームを受信し、所定の形を有する少なくとも一つの基本波面を生成するための基本光学システムと、
    所定の距離をあけ、該基本光学システムに続く補正構成要素であって、該補正構成要素は第１の非球面および非球基準面を備え、該第１の非球面は、該第１の非球面の非球面デパーチャが該非球面基準面の非球面デパーチャよりも大きくないような曲率半径および位置を有し、該補正構成要素は、該非球基準面が測定される該テスト光学部品に隣接して正確に整列される場合、該基本波面が該非球基準面の形と実質的に同等の形をもって、該非球基準面に突き当たるように該基本波面を修正し、該基本波面の一部が基準波面として働くために非球基準面において反射され、該基本波面の一部が該テスト光学部品に突き当たる継続波面として透過し、該非球基準面に向かって戻る測定波面として該テスト光学部品において反射されるように該基本波面を修正する作用をする、補正構成要素と、
    該テスト光学部品によって生成された該波面の該形に暗示される位相情報を含むインターフェログラムを形成するために、該基準および測定波面を組み合わせるための手段と、
    該補正構成要素から該基本光学システムを離す該所定距離を正確に設定するために、該照射ビームの両方の波長を使用するマルチ位相変化干渉法を行うための手段と、
    該基本光学システムに対して該補正構成要素の整列を測定し、該補正構成要素の誤整列を正すことによって該補正構成要素を正確に位置付けるためにフィードバック制御信号を提供するための手段と、
    該非球基準面に対して該テスト光学部品を正確に整列するための手段と
    を備える、干渉装置。
12. 回転対称テスト光学部品、および回転非対称テスト光学部品を測定するための干渉方法であって、該干渉方法は、
    テスト光学部品が正確に整列され、照射されることが可能なように、測定される該テスト光学部品を固定するステップと、
    少なくとも２つの波長を有する照射ビームを生成するステップと、
    該照射源に続く、基準面を有する透過フラットを提供するステップと、
    所定の形を有する少なくとも一つの基本波面を生成するステップと、
    補正構成要素を提供するステップであって、該補正構成要素は第１の非球面および非球基準面を備え、該第１の非球面は、該第１の非球面の非球面デパーチャが該非球面基準面の非球面デパーチャよりも大きくないような曲率半径および位置を有し、該補正構成要素は、該非球基準面が測定される該テスト光学部品に隣接して正確に整列される場合、該基本波面が該非球基準面の形と実質的に同等の形をもって、該非球基準面に突き当たるように該基本波面を修正し、該基本波面の一部が基準波面として働くために該非球基準面において反射され、該基本波面の一部が該テスト光学部品に突き当たる継続波面として透過し、該非球基準面に向かって戻る測定波面として該テスト光学部品において反射されるように該基本波面を修正する作用をする、補正構成要素を提供するステップと、
    該テスト光学部品によって生成された該波面の該形に暗示される位相情報を含むインターフェログラムを形成するために、該基準および測定波面を組み合わせるステップと
    を包含する、干渉方法。
13. 前記基本波面に対して前記補正構成要素を正確に整列するために、前記照射ビームの両方の波長を使用するマルチ位相変化干渉法を行うステップをさらに含む、請求項１２に記載の干渉方法。
14. 前記基本波面に対する前記補正構成要素の整列を測定し、該補正構成要素の誤整列を正すことによって該補正構成要素を正確に位置付けるためにフィードバック制御信号を提供するステップをさらに含む、請求項１３に記載の干渉方法。
15. 前記整列が６つの自由度の下に行われる、請求項１４に記載の干渉方法。
16. 前記非球基準面と前記テスト面を離す垂線距離が実質的に一定である、請求項１３に記載の干渉方法。
17. 前記補正構成要素が、
    テスト球面に向かって正面側に同心フィゾー基準面を有する、裏面側が無収差面のレンズ要素と、
    正面側に非球面フィゾー基準面を有する、裏面側が非球面のレンズ要素と、
    正面側に球面を有し、裏面側に非球フィゾー基準面を有するレンズ要素に続くホログラムと、
    １つの非球面および１つの球面を有するレンズと、
    正面側に非球基準面を有し、裏面側に球面または非球面を有するレンズに加え、２つの球面を有するレンズと
    からなる群から選択される、請求項１３に記載の干渉方法。
18. ３つの同時インターフェログラムは、整列を容易にする目的のために形成され、前記基本光学システムの前に位置する基準面と前記非球基準面との間に形成される１つのインターフェログラムと、前記テスト面と該非球基準面との間に形成される他のインターフェログラムと、該基本光学システムの前に位置する該基準面と該テスト面との間に形成される第３のインターフェログラムとを含む、請求項１３に記載の干渉方法。
19. 異なった位相ステップおよび２つの移相子を用い、前記３つのインターフェログラムにおいて符号化される３つの位相差を個々に演算するステップをさらに含み、該２つの移相子が、ゼロにならない行列式を有する等式システムをもたらすように、て該３つの干渉キャビティ全てにおいて位相差を変化する、請求項１８に記載の干渉方法。
20. 前記テスト面によって生成された前記波面の予想される形と実際のふるまいとの間の差異に対応する位相情報を含む電気信号を生成するために、光検出器に前記インターフェログラムを映し出すステップをさらに含む、請求項１３に記載の干渉方法。
21. 前記非球基準面に対して前記テスト光学部品を正確に整列するステップをさらに含む、請求項１３に記載の干渉方法。
22. 回転対称テスト光学部品、および回転非対称テスト光学部品を測定するための干渉装置であって、干渉方法は、
    テスト光学部品が正確に整列され、照射されることが可能なように、測定される該テスト光学部品を固定するステップと、
    少なくとも２つの波長を有する照射ビームを提供するステップと、
    該照射源に続く基準面を有する透過フラットを提供するステップと、
    該照射ビームを受信し、所定の形を有する少なくとも一つの基本波面を生成するステップと、
    所定の距離をあけ、該基本光学システムに続く補正構成要素を提供するステップであって、該補正構成要素は第１の非球面および非球基準面を備え、該第１の非球面は、該第１の非球面の非球面デパーチャが該非球面基準面の非球面デパーチャよりも大きくないような曲率半径および位置を有し、該補正構成要素は、該非球基準面が測定される該テスト光学部品に隣接して正確に整列される場合、該基本波面が該非球基準面の形と実質的に同等の形をもって、該非球基準面に突き当たるように該基本波面を修正し、該基本波面の一部が基準波面として働くために非球基準面において反射され、該基本波面の一部が該テスト光学部品に突き当たる継続波面として透過し、該非球基準面に向かって戻る測定波面として該テスト光学部品において反射されるように該基本波面を修正する作用をする、補正構成要素を提供するステップと、
    該テスト光学部品によって生成された該波面の該形に暗示される位相情報を含むインターフェログラムを形成するために、該基準および測定波面を組み合わせるステップと、
    該補正構成要素に対して正確に整列するために、該照射ビームの両方の波長を使用するマルチ位相変化干渉法を行うステップと、
    該基本波面に対する該補正構成要素の整列を測定し、該補正構成要素の誤整列を正すことによって該補正構成要素を正確に位置付けるためにフィードバック制御信号を提供するステップと、
    該非球基準面に対して該テスト光学部品を正確に整列するステップと
    を包含する、干渉装置。
23. 回転対称テスト光学部品、および回転非対称テスト光学部品を測定するための干渉装置であって、該干渉装置は、
    テスト光学部品が正確に整列され、照射されることが可能なように、測定される該テスト光学部品を固定するための手段と、
    少なくとも２つの波長を有する照射ビームを提供するための照射源と、
    該照射源に続く透過フラットと、
    該透過フラットに続き、該照射ビームを受信し、所定の形を有する少なくとも一つの基本波面を生成するための基本光学システムと、
    所定の距離をあけ、該基本光学システムに続く補正構成要素であって、該補正構成要素は第１の非球面および非球基準面を備え、該補正構成要素は、該非球基準面が測定される該テスト光学部品に隣接して正確に整列される場合、該基本波面が該非球基準面の形と実質的に同等の形をもって、該非球基準面に突き当たるように該基本波面を修正し、該基本波面の一部が基準波面として働くために非球基準面において反射され、該基本波面の一部が該テスト光学部品に突き当たる継続波面として透過し、該非球基準面に向かって戻る測定波面として該テスト光学部品において反射されるように該基本波面を修正する作用をする、補正構成要素と、
    該テスト光学部品によって生成された該波面の該形に暗示される位相情報を含むインターフェログラムを形成するために、該基準および測定波面を組み合わせるための手段と、
    該補正構成要素から該基本光学システムを離す該所定距離を正確に設定するために、該照射ビームの両方の波長を使用するマルチ位相変化干渉法を行うための手段と
    を備える、干渉装置。
24. 前記基本光学システムに対して前記補正構成要素の整列を測定し、該補正構成要素の誤整列を正すことによって該補正構成要素を正確に位置付けるためにフィードバック制御信号を提供するための手段をさらに含む、請求項２３に記載の干渉装置。
25. 前記非球基準面に対して前記テスト光学部品を正確に整列するための手段をさらに含む、請求項２４に記載の干渉装置。

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